5.1降低化学反应活化能的酶课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

生物（人教版） 高中生物 必修一 降低化学反应活化能的酶 1 学习目标 1.概述酶的本质及作用实质。 2.阐明酶的高效性、专一性和作用条件较温和。 3.通过探究“影响酶活性的条件”，培养科学探究能力。 2 问题探讨 1、为什么要将肉块放在金属笼内？ 2、是什么物质使肉块消失了？ 3、怎么样才能证明你的推测？ 1773年，意大利科学家斯帕兰札尼做了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间后，他把小笼子取出来，发现笼内的肉块消失了。 是胃内的化学物质将肉块分解了 收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解了。 便于取出实验材料(肉块)，排除物理性消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学性消化。 注意：鸟类消化分为物理消化和化学消化 3 ·什么是细胞代谢？细胞代谢的场所和条件是什么？ ·酶的作用和本质是什么？ 问题探讨 4 一、细胞代谢 细胞中每时每刻都进行这许多化学反应，统称为细胞代谢。 酶催化的生物化学反应达到95%以上，细胞代谢离不开酶。 场所： 意义： 活细胞内（主要是细胞质基质） 细胞生命活动的基础 时间： 每时每刻 条件： 需要酶的催化 细胞代谢中心 5 任务1：探究酶在细胞代谢中的作用 2H2O2 2H2O + O2 反应条件 1、实验原理 新配制的体积分数为3%的H2O2溶液；新鲜的肝脏研磨液（含有过氧化氢酶）；质量分数为3.5%的FeCl3溶液；卫生香等 2、实验材料 探究1：比较过氧化氢在不同条件下的分解 6 3、实验设计与操作 2 H2O2 2 H2O + O2↑ 2 H2O2 2 H2O + O2↑ 2 H2O2 2 H2O + O2↑ Fe3+ 过氧化氢酶 2 H2O2 2 H2O + O2↑ 加热是化学反应的常见条件 Fe3+是无机催化剂 新鲜的肝脏中含有过氧化氢酶 不同条件 7 试管编号 实验处理 无 90℃水浴加热 2滴FeCl3 2滴肝匀浆 H2O2溶液（3%） 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 检测指标 1. 气泡冒出情况；2. 卫生香复燃情况 1 2 3 4 3、实验设计与操作 8 与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？ 在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？为什么？ 2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。 不能 4. 实验结果与结论 9 3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？ 3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？ 说明FeCl3和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。 4号试管快，说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高。 4. 实验结果与结论 10 请分析过氧化氢在不同条件下的分解实验中的自变量、因变量和无关变量。 任务2：学习设计对照实验 试管编号 1 2 3 4 实验处理 无 90℃水浴加热 2滴FeCl3 2滴肝匀浆 H2O2溶液（3%） 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 检测指标 1. 气泡冒出情况；2. 卫生香复燃情况 11 对照组 实验组 试管编号 1 2 3 4 实验处理 无 90℃水浴加热 2滴FeCl3 2滴肝匀浆 H2O2溶液（3%） 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 检测指标 1. 气泡冒出情况；2. 卫生香复燃情况 空白对照 无关变量 自变量 因变量 H2O2溶液的量、浓度 是否加催化剂、催化剂的种类 H2O2溶液的分解速率 12 二、酶的作用 分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需的能量称为活化能。 加热使过氧化氢分子得到能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。 思考1：与1号试管相比，为什么2号试管加热后过氧化氢就能加快分解？ 13 思考2： FeCl3和肝脏研磨液的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解，原因与2号试管的相同吗？ 催化剂的作用机理：降低化学反应的活化能，不能提供能量。 酶的作用机理:与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。 二、酶的作用 14 15 加热： 为反应物分子提供能量(活化能），使其达到活跃状态 Fe3+： 降低化学反应的活化能 酶： 更显著地降低化学反应的活化能（作用机理） 想一想：如何表示？ 无催化剂曲线：______ 酶促反应曲线：______ 无酶促反应所需活化能：______ 酶促反应所需活化能： ______ 酶降低的活化能： ______ 曲线B 曲线A E2 E3—E2 E3 图形分析： 16 分析：ac段、bc段、ab段表示什么？如果将酶改为无机催化剂，b点在纵轴上如何变化？ ac：无催化剂催化时反应进行所需要的活化能 bc：有酶催化时反应进行所需要的活化能 ab：酶降低的活化能 酶只提高化学反应速率，缩短反应时间，不会改变化学平衡位置。 图形分析： 17 1．在常温下H2O2溶液几乎不分解，但加入肝脏研磨液（含H2O2酶）后，会快速分解成H2O和O2。反应过程中能量变化如图所示，其中表示活化能的是（ ） 2．科学家在大肠杆菌中发现了一种RNaseP酶，其由20%的蛋白质和80%的RNA组成，实验表明将这种酶中的蛋白质除去后留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明（ ） A．酶都是由RNA和蛋白质组成的 B．所有的酶都是核糖体合成的 C．酶的化学本质都是RNA D．某些RNA具有生物催化作用 A．E2 B．E3 C．E3-E2 D．E2-E1 C D 随堂检测 18 能够在细胞内温和环境中催化各种生化反应，酶是一种什么样的物质呢？ 最初，人们认为食物的消化靠是胃的蠕动来完成的，直到1773年，意大利科学家斯帕兰札尼做了一个巧妙的实验。 任务3：探索酶的本质 19 发酵需要活酵母菌参与 酵母菌死后释放物质引起发酵 提取脲酶，证明脲酶是蛋白质 少数RNA也具有生物催化功能 从细胞中获得含酶提取液，称酿酶 李比希 巴斯德 毕希纳 萨姆纳 切赫 奥尔特曼 19世纪：发酵是纯化学过程 20 三、酶的本质 酶的来源： 酶的化学本质： 酶的功能： 酶促反应: 底物: 有机物（大多数是蛋白质，少数是RNA） 具有催化作用 一般来说，活细胞产生的 由酶催化的化学反应称为酶促反应 受酶催化而发生化学反应的分子叫底物（反应物） 21 （1）酶的本质是蛋白质（ ） 绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA （2）具有分泌功能的细胞才能产生酶（ ） 活细胞都能产生酶（一般不考虑哺乳动物成熟的红细胞等） （3）有的酶可来源于食物等（ ） 酶在生物体内合成，不可能来自食物 （4）酶的合成原料只有氨基酸（ ） 氨基酸或核糖核苷酸 22 （5）酶的合成场所只有核糖体（ ） 核糖体、细胞核等 （6）酶有催化、调节等多种功能（ ） 酶只起催化作用、无调节功能 （7）酶只在细胞内发挥作用（ ） 既可以在细胞内，也可以在细胞外或生物体外发挥作用 （8）酶不能重复利用（ ） 酶作为催化剂，反应前后化学性质和数量不变，可以重复利用 23 （9）酶在反应中不能作为反应物（ ） 酶可以被蛋白酶或RNA酶催化水解，所以酶在某些反应中可作为反应物 （10）加热可以降低化学反应的活化能（ ） 加热不能降低化学反应的活化能，但可以增加反应物分子的内能，从而能够增加活化分子数 （11）化学反应结束后，酶的数量减少，活性降低甚至丧失（ ） 酶和无机催化剂一样，能催化化学反应的进行，降低化学反应的活化能，但本身并不被消耗，并不为化学反应提供物质和能量，不改变化学反应的方向和生成物的量 24 酶的催化机理: 酶 酶 酶 酶+底物 酶-底物复合物 酶+产物 根据酶的催化机理，酶催化反应具有哪些特性呢？ 25 四、酶的特性 1、高效性： 酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍。 与无机催化剂相比，酶的催化效率极高 。 （1）保证了细胞代谢快速有效地进行。 （2）保证了细胞内能量供应的稳定。 意义 26 任务4：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 1. 实验原理 （1）淀粉和蔗糖都是非还原糖。 （2）在酶的催化作用下都能水解成还原糖。 （3）通过斐林试剂鉴定溶液中是否有还原糖，确定酶促反应产物。 27 试管 编号 淀粉 溶液 蔗糖 溶液 淀粉酶 溶液 操作 斐林试剂 实验条件 1 2 2mL 2. 实验设计 2mL 2mL 2mL 2mL 2mL 60℃保温5min 沸水浴1min 1.实验的自变量、因变量以及无关变量分别是什么？ 2.在已知淀粉酶能够催化淀粉水解的情况下，本实验设置1号试管还有没有必要？实验是否继续改进，使结果更可靠。 28 试管 编号 淀粉 溶液 蔗糖 溶液 蒸馏水 淀粉酶 溶液 操作 斐林试剂 实验条件 1 2 3 2mL 2mL 2mL 2mL 2mL 2mL 60℃保温5min 沸水浴1min 2mL 2mL 2mL 2. 改良实验设计 29 4.实验结论： 专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 3. 实验结果 ①反应前后酶的结构和性质不变 ②同一生物不同细胞内酶的种类和数量不相同 注意： 意义：保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。 30 酶的抑制剂 竞争性抑制剂 特异性作用于酶，从而降低酶的活性，甚至使酶完全丧失活性的物质。 ①竞争性抑制剂是与酶的正常底物相似的化学物质，它与底物分子竞争酶的活性部位。 酶的活性部位不能同时既与底物结合又与抑制剂结合，因而在底物和抑制剂之间产生竞争，抑制剂占据了酶的活性部位，底物分子被排斥在外，这种抑制作用可以通过增大底物浓度而解除。 31 ②非竞争性抑制剂并不占据活性部位，它与酶分子结合的部位不是活性部位。有些酶与非竞争性抑制剂结合后，会使酶的活性部位的空间结构改变，使之不能与底物结合 当然，非竞争性抑制剂的作用机制也有其他情况。如有些抑制剂与酶结合后，还可以与底物结合，酶与底物结合后，也可以与抑制剂结合。这种情况下形成的抑制剂一酶一底物复合物不能进一步分解为产物，从而隆低酶活性。非竞争性抑制剂与酶的活性部位以外的基团相结合，其结构与底物无、共同之处，增大底物浓度不能解除该种抑制作用。 非竞争性抑制剂 32 任务5：影响酶活性的因素 请根据相关知识，尝试设计实验探究温度、pH对酶活性的影响。（提示：从自变量、因变量及无关变量思考。） 探究温度对淀粉酶活性的影响 探究pH对过氧化氢酶活性的影响 33 1.低温抑制酶活性，酶制剂通常在低温（0-4℃)下保存。 2.高温可导致酶失去活性，其空间结构被破坏。 活性位点 底物 1、动物体内酶的最适温度：35~40 ℃ 2、植物体内酶的最适温度：40~50 ℃ 3、细菌、真菌体内酶的最适温度差别较大，有的可达70 ℃ 34 最适pH 最适pH 失活 失活 强酸、强碱会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(蛋白质变性) 动物体内酶的最适pH大多在：6.5~8.0 植物体内酶的最适pH大多在：4.5~6.5 例外：胃蛋白酶最适pH为1.5 3、酶的作用条件较温和 35 影响酶活性的因素-调节剂 Cl-离子是唾液淀粉酶的激活剂 淀粉 淀粉+酶 淀粉+酶+Cl- 36 活性 位点 活性位点空间结构改变 重金属离子Hg2+中毒抑制酶的作用 影响酶活性的因素-调节剂 重金属离子Hg2+中毒抑制酶的作用 37 【易错提醒】 酶催化反应时,最适温度和最适pH不会相互影响。 反应溶液中pH的变化不影响酶作用的最适温度。 反应溶液中温度的变化不影响酶作用的最适pH。 38 【易错提醒】 酶量的增加会提高酶促反应的速率,但不会改变化学反应的平衡点; 适当增加反应物浓度,既改变了反应速率,也改变了反应的平衡点。 A B C 底物充足 39 课堂小结 40 3．生物学上常用制作模型的方法帮助人们加深对结构和功能的理解。下图为某同学所制作的酶催化作用的模型。下列叙述正确的是（ ） A．该同学制作的概念模型体现了酶具有专一性 B．图中A一定含有碳、氢、氧、氮、磷等元素 C．若图中的B表示二糖，则C、D可以表示单糖 D．若图中的B表示氨基酸，则该生理过程表示脱水缩合 C 随堂检测 41 4．图①表示甲、乙两种酶用同一种蛋白酶在体外适宜条件下处理时，酶的活性与处理时间的关系；图②表示某生物体内酶的活性与一定范围的外界环境温度变化的关系。下列有关叙述错误的是（　　） A．图①中甲酶可能是具有催化功能的RNA B．图①中乙酶活性下降可能是因为其分子结构发生改变 C．图②中酶的活性不变说明该酶已经失活 D．图②可以表示人体细胞内的酶与外界环境温度的关系 C 42 4．酶分子具有相应底物的活性中心，用于结合并催化底物反应。在37℃、适宜pH等条件下，用NaCl和CuSO4研究Cu2+、Cl-对唾液淀粉酶催化淀粉水解速率的影响，得到实验结果如图所示，已知Na+和SO42-几乎不影响该反应。下列相关分析，正确的是（　　） A. 实验中的无关变量是无机盐溶液的种类 B. Q点条件下淀粉完全水解所需的时间较P点的长 C. 实验说明Cu2+能与淀粉竞争酶分子上的活性中心 D. 若将温度提高至60℃，则三条曲线的最高点均上移 C 43 Lavf57.41.100 Lavf57.41.100 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$