5.1 降低化学反应活化能的酶课件-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

第1节 降低化学反应活化能的酶 第5章 细胞的能量供应和利用 问题探讨 1773年，意大利科学家斯帕兰札尼(L.Spallanzani，1729-1799)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。 1.为什么要将肉块放在金属笼内？ 便于取出实验材料(肉块)，排除物理性消化对肉块的影响，确定其是否发生消化。 问题探讨 1773年，意大利科学家斯帕兰札尼(L.Spallanzani，1729-1799)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。 2.是什么物质使肉块消失了？ 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。 3.怎样才能证明你的推测？ 科学家发现胃液中含有大量的盐酸，于是推测盐酸是使食物分解的物质。1835年，德国科学家施旺通过实验发现，胃腺分泌物中有一种物质，将它与盐酸混合后，对肉类的分解能力远远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。 ㈠酶在细胞代谢中的作用 1.细胞代谢 细胞的生活需要物质和能量。能量的释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现。 细胞代谢是细胞生命活动的基础，细胞代谢离不开酶。 一 酶的作用和本质 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，通称为细胞代谢。 ㈠酶在细胞代谢中的作用 2.比较过氧化氢在不同条件下的分解 ⑴实验原理 2H2O2→2H2O+O2↑ 过氧化氢在不同条件下的分解速率可通过观察产生气泡的多少或卫生香燃烧的猛烈程度来确定。 一 酶的作用和本质 ㈠酶在细胞代谢中的作用 2.比较过氧化氢在不同条件下的分解 ⑵方法步骤 ①取4支洁净的试管，分别编上序号1、2、3、4，向各试管内分别加入2mL过氧化氢溶液，按序号依次放置在试管架上。 ③向3号试管内滴入2滴FeCl3溶液，向4号试管内滴入2滴肝脏研磨液，仔细观察，并记录实验结果。 一 酶的作用和本质 ②将2号试管放在90℃左右的水浴中加热，观察气泡冒出的情况，并与1号试管比较。 ㈠酶在细胞代谢中的作用 2.比较过氧化氢在不同条件下的分解 ⑵方法步骤 ④立即将点燃的卫生香分别放入3号和4号试管内液面的上方，仔细观察，并记录实验结果。 一 酶的作用和本质 ㈠酶在细胞代谢中的作用 2.比较过氧化氢在不同条件下的分解 ⑶结果和结论 一 酶的作用和本质 试管编号 1 2 3 4 反应条件 常温 90℃ 2滴 FeCl3溶液 2滴 肝脏研磨液 结果 气泡产生 卫生香燃烧 结论 极少 较少 较多 很多 燃烧不猛烈 燃烧猛烈 过氧化氢在不同条件下的分解速率不同，分解速率由慢到快的条件依次是：常温、加热至90℃、加FeCl3溶液、加肝脏研磨液。 3.变量 ⑴概念 实验过程中的变化因素称为变量。 ⑵种类 自变量： 因变量： 人为控制的对实验对象进行处理的因素，也称实验变量。 因自变量改变而变化的变量。 无关变量： 除自变量外，实验过程中存在的对实验结果造成影响的可变因素。 ㈠酶在细胞代谢中的作用 一 酶的作用和本质 4.对照实验 ⑴概念 除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致，并将结果进行比较的实验叫作对照实验。 ㈠酶在细胞代谢中的作用 一 酶的作用和本质 4.对照实验 ⑵组成 对照实验一般要设置对照组和实验组。 实验组：做了自变量处理或实验结果未知的对象组。 对照组：未做自变量处理或实验结果已知的对象组。 ㈠酶在细胞代谢中的作用 一 酶的作用和本质 4.对照实验 ⑶对照类型 ㈠酶在细胞代谢中的作用 一 酶的作用和本质 空白对照： 自身对照： 未作任何处理、使用清水或蒸馏水等的对象组。 对照组和实验组为同一研究对象，不另设对照组。 相互对照： 不单独设对照组，而是几个实验组相互对照。 A.1号试管和2号试管可构成对照实验，此对照实验的自变量为温度 B.3号试管和4号试管可构成对照实验，此对照实验的自变量为催化剂的种类 C.气泡的多少和卫生香燃烧的猛烈程度都能作为过氧化氢分解速率的指标，所以，该实验有两个因变量 D.该实验中试管的型号和洁净程度、过氧化氢的浓度和用量都是无关变量 【例】如图为“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验装置，下列有关分析错误的是（ ） C ㈠酶在细胞代谢中的作用 5.酶的作用 加热能促进过氧化氢分解，是因为加热使过氧化氢分子得到了能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。 一 酶的作用和本质 Fe3+和过氧化氢酶能促进过氧化氢分解，它们没有给过氧化氢分子提供能量，而是降低了过氧化氢分解反应的活化能。 分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃 状态所需要的能量称为活化能。 ㈠酶在细胞代谢中的作用 5.酶的作用 一 酶的作用和本质 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。 正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和的条件下快速有序地进行。 ㈡酶的本质 1.关于酶的本质的探索 一 酶的作用和本质 巴斯德之前 发酵是纯化学过程，与生命活动无关 巴斯德 李比希 酵母菌细胞中的某些质(酿酶)和活酵母菌细胞的作用一样 毕希纳 萨姆纳 切赫、奥尔特曼 发酵是由酵母菌细胞的存在所致 引起发酵的是酵母菌细胞中的某些质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用 脲酶是蛋白质 少数RNA也具有生物催化功能 ㈡酶的本质 2.酶的本质 一 酶的作用和本质 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物， 其中绝大多数是蛋白质，极少数是RNA。 A.ad段表示无酶催化时该反应的活化能 B.bc段表示酶为底物提供的活化能 C.若把酶改成无机催化剂，则图中b点的位置会上移 D.酶只能在细胞内催化化学反应 【例】如图为反应物A生成产物P的化学反应在无酶和有酶催化条件下的能量变化过程，假设酶所处的环境条件最适，对于图中曲线分析正确的是（ ） C ㈠酶的特性 1.酶具有高效性 二 酶的特性 酶的催化效率是无机催化剂的107-1013倍。 酶同无机催化剂相比催化效率更高，这就是酶的高效性。 ㈠酶的特性 2.酶具有专一性 二 酶的特性 无机催化剂催化的化学反应范围比较广。例如，酸既能催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉水解。 每一种酶只能催化一种或一类化学反应，这就是酶的专一性。 细胞代谢能够有条不紊地进进行，与酶的专一性是分不开的。 ㈠酶的特性 3.酶的作用条件较温和 二 酶的特性 许多无机催化剂能在高温、高压、强酸、强碱条件下催化化学反应。 过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到遭到破坏，使酶永久失活。在0℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高。因此，酶制剂适宜在低温、适宜pH下保存。 与无机催化剂相比，酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。 ㈠酶的特性 细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，还与酶在细胞中的分布有关。 二 酶的特性 ㈡淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 1.实验原理 二 酶的特性 该实验不能用碘液检验，因为蔗糖无论水解还是没水解，加碘液都不变蓝色。 淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 ㈡淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 2.方法步骤 二 酶的特性 ①取两支洁净的试管，分别编号为1和2，1试管号注入2mL3％的可溶性淀粉溶液，2试管号注入2mL3％的蔗糖溶液，两支试管各注入2mL新鲜的淀粉酶溶液。 ②轻轻振荡这两支试管，使试管内的液体混合均匀，然后将试管的下半部浸到60℃左右的热水中，保温5min。 ㈡淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 2.方法步骤 二 酶的特性 ③取出试管，各加入2mL斐林试剂(边加入斐林试剂，边轻轻振荡这两支试管，以便使试管内的物质混合均匀)。 ④将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中，用酒精灯加热，煮沸1min。 ⑤观察两支试管内的溶液颜色变化。 ㈡淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 3.结果和结论 二 酶的特性 1号试管有砖红色沉淀出现，2号试管没有砖红色沉淀出现。 ⑴结果 ⑵结论 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶具专一性。 ㈢与酶的作用和特性有关的曲线 二 酶的特性 右图：加酶和未处理对照说明酶具催化作用；加酶和加无机催化剂对照说明酶具高效性性。 左图：加酶A和未加酶对照说明酶具催化作用；加酶A和加酶B对照说明酶具专一性。 A.可用“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中的3号试管和4号试管来验证酶的高效性 B.可用淀粉酶和蔗糖酶分别催化淀粉水解的实验来验证酶的专一性 C.在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中增加一个5号试管，加入2mL过氧化氢溶液后再加2滴蒸馏水，可与4号试管形成对照实验，证明酶具有催化作用 D.口腔中的唾液淀粉酶随唾液达到小肠后仍然可以催化淀粉水解 【例】下列有关酶的叙述错误的是（ ） D ㈣影响酶活性的条件 1.酶活性的概念 二 酶的特性 酶催化特定化学反应的能力称为酶活性。 酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。 ㈣影响酶活性的条件 2.探究温度对酶活性的影响 二 酶的特性 原理：淀粉遇碘液变蓝，根据溶液是否出现蓝色及蓝色的深浅可以判断酶的活性，从而判断温度对酶活性的影响。 步骤 试管1 试管2 试管3 试管4 试管5 试管6 ① 加3％淀粉溶液 2mL 2mL 2mL 加2％淀粉酶溶液 2mL 2mL 2mL ② 保温5分钟 0℃水浴 60℃水浴 100℃水浴 ③ 淀粉酶溶液倒入同温度下的淀粉溶液中混合均匀 试管2中的溶液倒入试管1中混合均匀 试管4中的溶液倒入试管3中混合均匀 试管6中的溶液倒入试管5中混合均匀 ④ 保温5分钟 0℃水浴 60℃水浴 100℃水浴 ⑤ 取出试管加碘液 2滴 2滴 2滴 ⑥ 观察记录颜色 浅蓝色 蓝色 不呈蓝色 ㈣影响酶活性的条件 2.探究温度对酶活性的影响 二 酶的特性 ㈣影响酶活性的条件 2.探究温度对酶活性的影响 二 酶的特性 结论：温度对酶的活性有影响，酶发挥催化作用需要适宜的温度，0℃左右的低温会使酶的活性降低，温度过高会使酶失活。 ㈣影响酶活性的条件 3.探究pH对酶活性的影响 二 酶的特性 实验原理：2H2O2→2H2O+O2↑，根据产生气泡的多少可以判断过氧化氢的分解速率，从而判断pH对酶活性的影响。 ㈣影响酶活性的条件 3.探究pH对酶活性的影响 二 酶的特性 步骤 试管1 试管2 试管3 ①加20％新鲜肝脏研磨液 2滴 2滴 2滴 ②加不同pH的溶液 缓冲溶液1mL 0.01mol/L的HCL溶液1mL 0.01mol/L的NaOH溶液1mL ③加3％H2O2溶液 2mL 2mL 2mL ④观察气泡产生的情况 极少 很多 极少 ㈣影响酶活性的条件 3.探究pH对酶活性的影响 二 酶的特性 结论：pH对酶的活性有影响，酶发挥催化作用需要适宜的pH，过酸、过碱都会使酶失活。 ㈤影响酶促反应速率的因素 1.温度 二 酶的特性 2.pH 4.底物浓度 酶 促 反 应 速 率 酶的浓度 酶 促 反 应 速 率 底物浓度 ㈤影响酶促反应速率的因素 3.酶浓度 二 酶的特性 在酶量一定、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率先随底物浓度增加而加快，当底物达到一定浓度后，受酶量的限制，酶促反应速率不再增加。 在底物足量、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。 A.增大pH后重复该实验，A、B点位置均会上移 B.酶浓度降低后，图示反应速率可用曲线甲表示 C.酶浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素 D.若B点后升高温度，将呈现曲线丙所示变化 【例】下图中的曲线乙表示在最适温度、最适pH条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析正确的是（ ） B 溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁，具有抗菌消炎的作用。在临床上与抗生素混合使用，能增强抗生素的疗效。 三 酶的应用 果胶酶能分解果肉细胞壁中的果胶。提高果汁产量，使果汁变得清亮。 加酶洗衣粉比普通洗衣粉有更强的去污能力，能把衣物清洗得更加干净鲜亮。加酶洗衣粉中的酶不是直接来自生物体的，而是经过酶工程改造的产品，比一般的酶稳定性强。 残留在牙缝里的食物残渣是细菌的美食，也是导致龋齿的祸根。含酶牙膏可以分解细菌，使我们的牙齿亮洁，口气清新。 多酶片中含有多种消化酶，人在消化不良时可以服用。 三 酶的应用 胰蛋白酶可用于促进伤口愈合和溶解血凝块，还可用于去除坏死组织，抑制污染微生物的繁殖。 利用脂肪酶处理废油脂，制造生物柴油，既保护了环境又使其得到合理利用。 自然界中存在的酶并不完全适于在生活和生产上应用。科学家利用酶工程技术对酶进行改造，使之更加符合人们的需要。 青霉素酰化酶能将易形成抗药性的青霉素改造成杀菌力更强的氨苄青霉素。 练习与应用㈠ 一 概念检测 1.D 2.D 练习与应用㈠ 二 拓展应用 1.加2滴煮沸过的肝脏研磨液的5号试管，可以与加入新鲜的肝脏研磨液的4号试管做对照；加入2滴蒸馏水的6号试管可以作为3号试管和4号试管的对照组。 练习与应用㈠ 二 拓展应用 2.巴斯德：发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用。李比希：引起发酵的是细胞中的某些物质，但是这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。毕希纳：酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。 萨姆纳：酶是蛋白质。 练习与应用㈠ 二 拓展应用 3.可用第2章中学过的检测蛋白质的方法。在萨姆纳之前，之所以很难鉴定酶的本质，主要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。 练习与应用㈡ 一 概念检测 1.D 2.B 3.D 练习与应用㈡ 二 拓展应用 1.这个模型中A代表某类酶，B代表底物，C和D代表产物。这个模型的含义是：酶A与底物B专一性结合，催化反应的发生，产生了产物C和D。这个模型可以类比解释了酶的专一性。 练习与应用㈡ 二 拓展应用 2.⑴A点：随着反应底物浓度的增加，反应速率加快。B点：反应速率在此时达到最高。C点：反应速率不再随反应底物浓度的增加而升高，维持在相对稳定的水平。 练习与应用㈡ 二 拓展应用 2.⑵如果A点时温度升高10℃，曲线上升的幅度变小。因为图中原曲线表示在最适温度下催化速率随底物浓度的变化，温度高于或低于最适温度，反应速率都会变慢。 练习与应用㈡ 二 拓展应用 2.⑶曲线会上升。该曲线表明，B点的反应底物的浓度足够大，是酶的数量限制了反应速率的提高，这时加入少量的酶，会使反应速率加快。 $