3.2 酶是生物催化剂课件-2025-2026学年高一上学期生物浙科版必修1

该高中生物学课件围绕“酶是生物催化剂”，系统阐述酶的本质、特性、催化机理及影响因素，以斯帕兰扎尼实验问题探讨导入，通过科学史（巴斯德、萨姆纳等研究）揭示酶的本质，结合实验探究和科学方法构建知识脉络，学习支架含问题思考、实验设计等。 其亮点在于科学史与探究实践深度融合，以科学思维（基于证据逻辑分析）和探究实践（如“探究酶的专一性”对照实验、“pH对过氧化氢酶影响”数据记录）为核心，培养学生科学思维和探究能力，教师可直接用实验方案提升教学效率，学生通过实验深化理解并形成严谨科学态度。

第二节 酶是生物催化剂 为什么要将肉块放在金属笼内？ 是什么物质使肉块消失了？ 1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼（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。 讨论 是胃内的化学物质将肉块分解了。 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。 问题探讨 斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用 2 酶的本质 酶到底是什么物质呢？ 我国早在4000多年前的夏禹时代，就掌握了酿酒技术，1716年《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”。“酒母”就是现在所说的酵母。 3 发酵过程的研究 19世纪 1857年 才认识到酵母菌与酒精发酵有着密切的联系 巴斯德：发酵是酵母菌代谢活动的结果 探索历程 李比希：酒精发酵是化学反应，只需要酵母菌中某种物质参与。 争论 毕希纳 利用无细胞的酵母汁就可以进行酒精发酵 推测 推测 萨姆纳 科学家推测酶是蛋白质。 获得脲酶，证明是蛋白质。 大多数酶是蛋白质， 少数酶是RNA（核酶）。 20世纪 80年代 有科学家发现： 少数RNA也具有生物催化功能，称为核酶。 证明 其它 科学家 获得胃、胰蛋白等酶结晶，证明也是蛋白质。 补充完善 思考 Thinking 关于酶的本质你能得到什么结论？ 你能尝试对酶下一个定义吗？ （从酶的来源、功能、本质） 酶是由活细胞产生的一类生物催化剂，大多数酶 是蛋白质，少数酶是RNA 酶的定义 功能 来源 化学本质 思考 Thinking 那么酶的基本组成单位是什么呢？ 化学本质 酶的催化机理: 酶与底物结合，形成酶-底物复合物。 酶-底物复合物会发生形状变化，使底物变成产物。 产物形成，从复合物上脱落，酶恢复原状。 酶所催化的反应叫酶促反应。受酶催化而发生化学反应的分子叫做底物，经反应产生的物质叫做产物。 酶催化过程 酶催化过程 酶 结合位点 底物(蔗糖) 酶的作用原理 酶变形。 酶与底物结合形成酶——底物复合物。 蔗糖的化学键被水解。 以蔗糖的水解为例： 8 酶催化过程 酶的作用原理 酶变形。 酶与底物结合形成酶——底物复合物。 蔗糖的化学键被水解。 生成一分子的葡萄糖和一分子的果糖。 酶复原，重复同样的反应。 以蔗糖的水解为例： 产物 (葡萄糖) 产物 (果糖) 9 【科学方法】控制变量和设计对照实验 控制变量 变量的定义：实验过程中变化的因素，称为变量。 变量的种类： 自变量： 含义：人为控制的对实验对象进行处理的因素叫作自变量。 举例：该实验的自变量是实验条件的改变，如水浴加热、加MnO2、加肝脏研磨液。 因变量： 含义：因自变量改变而变化的变量叫作因变量。 举例：因变量是不同条件下H2O2分解的速度。 无关变量： 含义：除自变量外，实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素，叫作无关变量。 举例：该实验中使用的肝脏要新鲜、滴管不能混用等。 10 【科学方法】控制变量和设计对照实验 对照实验 定义：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。 实验组和对照组： 含义：对照实验一般要设置对照组和实验组。 举例：该实验的1号试管是对照组，2、3、4号试管是实验组。 空白对照：对照组未作任何处理，这样的对照组叫作空白对照。 11 探究酶的专一性 实验原理 目的要求 比较唾液淀粉酶和蔗糖酶对淀粉和蔗糖的作用 材料用具 稀释200倍的唾液，质量分数为2%的蔗糖溶液，质量分数为3%的淀粉溶液，本尼迪特试剂，蔗糖酶溶液，试管，试管架等。 麦芽糖(还原糖) 淀粉(非还原糖) 水解 蔗糖(非还原糖) 葡萄糖(还原糖)+果糖(还原糖) 水解 还原糖+本尼迪特试剂 热水浴 加热 红黄色沉淀 探究酶的专一性 步骤 试管1 试管2 试管3 试管4 试管5 试管6 1 本尼迪特试剂 + + + + + + 2 1%的淀粉溶液 + + + 2%的蔗糖溶液 + + + 3 新鲜唾液 + + 蔗糖酶溶液 + + 4 热水浴加热 + 5 检测观察 记录实验结果 《探究酶的专一性》实验方案 方法步骤和现象 探究酶的专一性 探究酶的专一性 实验结论 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。蔗糖酶只能催化蔗糖水解，不能催化淀粉水解。这说明： 酶的催化作用具有专一性 （1）1、2号试管在本实验中起什么作用？ （2）3、4、5、6号试管均置于37 ℃恒温水浴中保温，这样做的原因是什么？ 1、2号试管为对照组，用于检验淀粉、蔗糖能否与本尼迪特试剂发生反应。 实验中用到唾液，其中唾液淀粉酶的最适温度是37 ℃。 （3）通过实验结果，如何理解酶的专一性？ 由于酶分子的结构只适合与一种或者一类分子结合，所以一种酶只能催化一种底物或者少数几种相似底物的反应。这就是酶的专一性。 思考 Thinking 探究酶的专一性 步骤 试管1 试管2 试管3 试管4 试管5 试管6 1 本尼迪特试剂 + + + + + + 2 1%的淀粉溶液 + + + 2%的蔗糖溶液 + + + 3 新鲜唾液 + + 蔗糖酶溶液 + + 4 热水浴加热 + 5 检测观察 记录实验结果 《探究酶的专一性》实验方案 思考 Thinking （4）试管3、4自变量是什么？试管3、5呢？ （5）检测实验结果的试剂能不能换成碘-碘化钾溶液？ 酶的特性 酶具有专一性 含义： 一种酶只能催化一种或少数几种相似底物（一类）化学反应。 意义： 使细胞代谢有条不紊地进行。 原理： 如下图。 探究酶催化的高效性 H2O2 (有害物质) H2O O2 H2O2酶 代谢产生 含有 危害 细胞 实验中也能使用MnO2作为催化剂完成上述反应 实验原理 19 探究酶催化的高效性 目的要求 比较过氧化氢和二氧化锰在过氧化氢分解中的催化效率。 材料用具 实验材料：新鲜的鸡肝匀浆（或马铃薯匀浆）。 实验器材：量筒，试管，滴管，试管架，卫生香，火柴等。 实验药品：新配制的体积分数为2%的过氧化氢溶液，二氧化锰。 20 探究酶催化的高效性 方法步骤 21 探究酶催化的高效性 实验现象 卫生香燃烧 卫生香 燃烧猛烈 气泡数量较多 气泡数量最多 气泡数量 卫生香燃烧 22 探究酶催化的高效性 实验结论 1号和2号相比，酶比无机催化剂的催化效率高很多。说明： 酶的催化作用具有高效性 23 酶的特性 酶具有高效性 含义：酶的催化效率是无机催化剂的107～1013倍。 证明： “探究酶催化的高效性”： 1号和2号相比，酶比无机催化剂二氧化锰的催化效率高很多。 意义：生物体内的化学反应高效进行。 酶的作用 反应过程 能量 没有催化剂 酶降低化学反应活化能示意图 活跃状态 常态 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。 25 酶的作用 反应过程 能量 没有催化剂 有无机 催化剂催化 有酶催化 酶使活化能降低 酶降低化学反应活化能示意图 活跃状态 常态 活化能 二氧化锰和过氧化氢酶没有给过氧化氢提供能量，而是降低了分解反应的活化能。 26 酶的特性 思考 Thinking 许多无机催化剂能在高温、高压、强酸或强碱条件下催化化学反应。酶起催化作用需要怎样的条件呢？ 酶的特性 酶活性 定义： 酶活性指单位时间内底物的消耗量或者产物的生成量。 例子： 蔗糖酶活性：1g蔗糖酶在1min内使多少克蔗糖水解。 新鲜肝脏匀浆（过氧化氢酶溶液）、3%过氧化氢溶液、缓冲液（pH5.0、pH6.0、pH7.0、pH8.0）、清水、滤纸片、水槽、 25ml量筒、培养皿、记号笔、反应小室、吸管、镊子、试管架… … 材料用具： 探究pH影响过氧化氢酶活性的实验装置 浸过肝脏匀浆的滤纸片 2mL3%过氧化氢溶液+2mL缓冲液 实验开始前反应小室的状态 气体 气泡 倒置的量筒 水槽 清水 浸过肝脏匀浆的滤纸片 2mL3%过氧化氢溶液+2mL缓冲液 活动：探究影响酶催化功能的因素——pH对过氧化氢酶的影响 实验步骤： 1. 水槽加水至快满为止。 新鲜肝脏匀浆的培养皿 *注意： 放入滤纸片时，滤纸片不要碰到反应小室的瓶口 2. 取大小相同的8片滤纸片放在盛有新鲜肝脏匀浆的培养皿中浸泡1min，然后用镊子夹起滤纸片，贴靠在培养皿上，使多余的匀浆流尽。 3. 将两片含有酶的滤纸片小心放入反应小室的一侧内壁上使是滤纸片粘在内壁上。 活动：探究影响酶催化功能的因素——pH对过氧化氢酶的影响 pH5.0的缓冲液2mL+2mL3%的过氧化氢溶液 *注意： 加入溶液时，切勿使溶液接触贴在内壁上的滤纸片 4. 将反应小室稍立起，使贴有滤纸片的一侧在上面，小心加入pH5.0的缓冲液2mL，然后再加入2mL3%的过氧化氢溶液。将小室塞紧。 活动：探究影响酶催化功能的因素——pH对过氧化氢酶的影响 5. 将25mL量筒横放于水槽中使之灌满水。 6. 将反应小室小心平放在水槽的水里，然后将量筒移至反应小室口上伸出的玻璃管上方。 7. 将反应小室小心旋转180°，使过氧化氢溶液接触滤纸片，同时开始计时。每隔30s读取量筒中水平面的刻度一次，共进行4次，记录结果。 8. 该实验完成后，反复冲洗反应小室，再重复上述实验过程，测量在pH6.0、pH7.0、pH8.0下过氧化氢在酶的催化下所释放的气体量。 活动：探究影响酶催化功能的因素——pH对过氧化氢酶的影响 9. 记录实验结果（画一画实验记录表需要记录哪些数据） 缓冲液 pH5.0 pH6.0 pH7.0 pH8.0 收集的气体体积/mL 0.5min 1min 1.5min 2min 实验结果： pH在接近7.0时，收集的气体量最多；低于或高于7.0时，收集的气体量减少。 1. 分析实验数据，你认为过氧化氢酶的最适pH为多少？ 2. 实验过程中有哪些因素可能造成实验误差？ 3. 如果想要得出不同的pH与酶活性关系的变化曲线，应该如何设计实验？ 过氧化氢酶量、pH准确度、反应时间计数、操作失误 活动：探究影响酶催化功能的因素——pH对过氧化氢酶的影响 不同的酶最适的pH值不同;最适PH的宽度范围也不同 酶的催化功能受多种条件的影响-- pH 酶的特性 酶活性 定义： 酶活性指单位时间内底物的消耗量或者产物的生成量。 例子： 蔗糖酶活性：1g蔗糖酶在1min内使多少克蔗糖水解。 酶促反应速率 定义： 由酶催化的化学反应速率称为酶促反应速率。 思考 Thinking 酶活性等同于酶促反应速率吗？ 温度对酶活性的影响 曲线a：温度升高，反应物分子具有的能量增加，反应速度加快； 曲线b：酶是蛋白质，酶分子随温度的升高而发生空间结构改变，导致热变性，升到一定温度，酶就完全失去活性； 曲线c：两个作用叠加在一起，使得酶所催化的反应表现出最适温度。 　　　 酶的催化功能受多种条件的影响– 温度 温度对酶活性的影响 影响： 温度升高，反应物具有的能量增加，反应速度加快。 温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，导致热变性，升到一定温度后，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；温度适宜，酶的催化作用能恢复。 图像： 如右图。 应用： 酶一般在较低温度下保存。 t/℃ (v/(mmols−1) O 酶的催化功能受多种条件的影响-- pH pH对酶活性的影响 影响： 在最适宜的pH条件下，酶的活性最高。 pH偏高或偏低，酶活性都会明显降低。 过酸、过碱，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。 图像： 如右图。 pH (v/(mmols−1) O 影响酶催化功能的其他因素 底物浓度对酶促反应速率的影响 影响： 在酶充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与底物浓度呈 酶量一定的条件下在一定范围内随着底物浓度的增加，反应速率也增加，但达到一定浓度后不再增加，此时的限制性因素是 图像： 如右图。 正相关 酶数量和酶活性的限制 影响酶催化功能的其他因素 酶浓度对酶促反应速率的影响 影响： 在底物充足、其他条件适宜且固定的条件下，酶促反应速率与酶浓度成 在底物一定的条件下，达到一定酶浓度后，酶促反应速率不再随酶浓度的增大而增大，此时的限制因素是 图像： 如右图。 正相关 底物浓度 $