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

该高中生物学课件聚焦“降低化学反应活化能的酶”，系统阐述酶的作用、本质及高效性、专一性、作用条件温和等特性。以斯帕兰扎尼研究鹰消化的问题探讨导入，通过“肉块为何消失”等提问，衔接物理消化与化学消化，借助实验步骤解析、变量分析表格及问题讨论搭建学习支架。 其特色在于融合科学史与探究实践，以“比较过氧化氢分解”实验为例，运用控制变量法（科学思维）分析酶与无机催化剂的催化效率，通过温度、pH对酶活性影响的自主探究（探究实践），结合酶发现历程培养严谨求实态度。学生通过动手实验深化理解，教师可依托详实实验设计与习题提升教学效果。

第五章 细胞的能量供应和利用 第 1 节 降低化学反应活化能的酶 1 问题探讨 讨论 斯帕兰扎尼在研究鹰的 消化作用 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.怎样才能证明你的推测？ 便于取出肉块，排除物理消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学消化。 胃内的化学物质 收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否能将肉块分解 酶的作用 斯帕兰扎尼的实验说明，食物在胃中的消化，靠的是胃中的某种物质。然而这种物质是什么？ 盐酸？ 胃蛋白酶 酶的作用 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。 细胞代谢离不开酶。 CO2+H2O 有机物 +O2 光能 叶绿体: 氨基酸 多肽(蛋白质） 脱水缩合 核糖体： 线粒体: 有机物 +O2 CO2+H2O+能量 一、酶在细胞代谢中的作用 2H2O2 2H2O + O2↑ 1、过氧化氢在体外分解需要什么条件？ 细胞代谢是细胞生命活动的基础，但细胞代谢也会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢，体内过氧化氢过多会导致皮肤发黄，毛发变白 ，会加速人体衰老。 加热、加催化剂（如FeCl3) 2、细胞内的过氧化氢又是怎样被快速分解的呢？ 过氧化氢酶 （一）比较过氧化氢在不同条件下的分解 ①实验原理 ②实验目的 通过比较过氧化氢在不同条件下的分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。 2 H2O2 2 H2O + O2↑ 2 H2O2 2 H2O + O2↑ 2 H2O2 2 H2O + O2↑ 2 H2O2 2 H2O + O2↑ Fe3+ 过氧化氢酶 探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解 ③材料用具 新鲜的质量分数为20%的肝脏(如猪肝、鸡肝)研磨液 质量分数为3%的FeCl3溶液 新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液 a.材料： b.用具： 量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、酒精灯、试管夹、大烧杯、三脚架、石棉网、温度计。 想一想 1、为什么要选用新鲜的猪肝？ 2、为什么要将猪肝制成研磨液？ 3、滴入肝脏研磨液和氯化铁溶液时，能否共用一个吸管？ 新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶 使细胞破裂从而释放出过氧化氢酶增加酶与底物的接触面积 不能，影响实验的准确性 气泡的数量、带火星木条复燃情况 4、为什么要新配制的H2O2 ? H2O2不稳定，易分解 5、氧气的多少可以通过哪些途径观察？(过氧化氢分解速率) 步骤 试管编号 说明 1 2 3 4 一 二 结果 结论 ④进行实验，完成表中的内容： 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴 反应条件 H2O2 浓度 剂量 剂量 气泡产生 卫生香燃烧 1号 2号 4号 3号 肝脏研磨液 FeCl3 90℃水浴 实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解P77 常温 步骤 试管编号 说明 1 2 3 4 一 二 结果 结论 ④进行实验，完成表中的内容： 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴 几乎无 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 反应条件 H2O2 浓度 剂量 剂量 气泡产生 卫生香燃烧 2）3、4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？ 1 2 3 4 3 4 1）与1号试管相比，2号试管产生的气泡多，这一现象说明了什么？ 加热能促进H2O2的分解,提高反应速率； 自主探究1：小组讨论以下问题，时间2min。 FeCl3中的Fe3+ 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。 12 3）3号试管Fe3+数比4号试管H2O2酶高25万倍，但4号反应速率更快,这说明什么？ 1 2 3 4 3 4 过氧化氢酶比Fe3+ 的催化效率高得多。 自主探究1：小组讨论以下问题，时间2min。 4）2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多,为什么？ 一样多，几支试管的H2O2 溶液的体积和浓度都相同。 13 1与2对照：________________________________________________ 加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。 1与3对照：________________________________________________ FeCl3在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。 1与4对照：______________________________________________ 过氧化氢酶在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。 ⑤实验分析 3与4对照：____________________________ ⑤实验分析 过氧化氢酶比FeCl3的催化效率高。 ⑥实验结论 酶和无机催化剂一样，都能催化化学反应，并且酶的催化效率远高于无机催化的催化效率。 科学方法 控制变量和设计对照实验 实验过程中遵循的原则： 单一变量原则、对照原则、平行重复原则。 1.单一变量原则 ①变量:实验过程中的变化因素 ②自变量:实验过程中人为控制的对实验对象进行处理的因素 ③因变量:因自变量改变而变化的变量 ④无关变量:实验中除自变量外的一些对实验结果造成影响的可变因素 ⑤ 单一变量:实验过程中除自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致（相同且适宜）。 Y = a + f(x) 自变量 因变量 无关变量 （不同条件X） （结果Y） （相同条件a） 试管编号 步骤 1 2 3 4 一 二 三 观察 实验结论 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 2滴 2滴 几乎无 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样 过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快 反应条件 无关变量 H2O2浓度 H2O2剂量 气泡产生 带火星的卫生香 自变量 因变量 对照实验 变量 相同 适宜 无关变量：压强，试管洁净程度，过氧化氢是否新配制等 2.对照原则 ①对照实验：除作为自变量的因素外，无关变量都保持一致，并将结果进行比较的实验。 ②对照的类型： 空白对照、自身对照、条件对照、相互对照、 不给对照组做任何实验处理，这里的”空白”绝不是什么影响因素都不给予，而是针对实验组所要研究的实验因素给与空白。 对照实验设计的一般步骤 对照实验的目的是排除无关变量的干扰，从而确定自变量与因变量的关系。 自变量 因变量 无关变量 (相同且适宜) (控制) (检测) 一般步骤： 第一步：分组编号，统一处理； 第二步：分组施加自变量 第三步：一段时间后，检测因变量 根据实验目的和器材，分析实验的自变量，找出主要的无关变量，明确因变量的检测方法。 试管编号 步骤 1 2 3 4 一 二 三 观察 实验结论 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 2滴 2滴 几乎无 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样 过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快 反应条件 无关变量 H2O2浓度 H2O2剂量 气泡产生 带火星的卫生香 对照组 实验组 自变量 因变量 对照实验 讨论：该实验的对照组和实验组分别是什么？ 变量 对照性原则 相同 适宜 无关变量：压强，试管洁净程度，过氧化氢是否新配制等 酶的作用 思考：为什么加热、FeCl3、H2O2酶能加快化学反应？ 作用原理一样吗？ 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（activation energy）。 （二）酶的作用机理 各条件使反应加快的本质： 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 （二）酶的作用机理 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 二、酶的作用机理 酶能增加产物的生成量吗？ 未加催化剂 无机催化剂 酶催化 时间 产物量 酶的本质 酶到底是什么物质呢？19世纪以前，人们还不知道酶为何物。19世纪以后，随着酿酒中发酵过程的深入研究，科学家才揭开酶的“面纱” 发酵与死细胞中的物质有关 发酵与活细胞有关 死细胞中的物质和活细胞都能引起发酵 脲酶是蛋白质 胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质 少数酶是RNA 发酵是纯化学反应，与生命活动无关 巴斯德 李比希 毕希纳 VS 切赫和奥特曼 其他科学家 萨姆纳 假如你是切赫或奥特曼，你能总结酶的概念吗？ 2酶的本质 酶的化学成分 酶的来源 酶的功能 活细胞产生的具有生物催化作用的有机物 什么是酶？ (3)酶本质的理解 （2）本质： （1）概念： 绝大多数酶是蛋白质，少数酶为RNA 项目 化学本质 合成原料 合成场所 来源 作用 作用场所 作用原理 绝大多数为蛋白质 氨基酸 核糖体 活细胞 酶只起催化作用 可在细胞内、细胞外、体外发挥作用 降低化学反应的活化能 少数为RNA 核糖核苷酸 主要在细胞核内 酶 （4）、实验：验证酶的化学本质 某种酶 + 双缩脲试剂 出现紫色→该酶是蛋白质 不出现紫色→该酶是RNA 酶与无机催化剂的共性 酶与无机催化剂的催化机理相同，都是降低化学反应的活化能。 酶和无机催化剂在反应前后数量和性质不发生改变，一段时间内可以重复利用。 酶与无机催化剂相比有哪些共性和特性呢？ 酶与无机催化剂都不改变反应的平衡点，只是缩短了到达平衡点的时间。如下图所示。 机理： 数量和性质： 平衡点： 资料分析 Data analysis 和 都能催化该反应的进行。经计算，每滴FeCl3溶液中的Fe3+数大约是每滴研磨液中H2O2酶分子数的25万倍。 酶与无机催化剂相比，哪一个催化效率更高呢？ FeCl3 肝脏研磨液（内含H2O2酶） 酶与无机催化剂的特性 实验材料： H2O2溶液、 FeCl3 、 新鲜肝脏研磨液（内含H2O2酶）、试管 实验步骤： 实验现象： 实验结论： 酶的特性 Enzyme characteristics 探究一：与无机催化剂相比，酶的催化效率如何 2滴FeCl3溶液 2滴新鲜肝脏研磨液 较多 大量 气泡产生 过氧化氢在酶的催化作用下分解速率更高 3号 酶具有高效性 2mLH2O2溶液 2滴清水 很少 2mLH2O2溶液 32 酶的特性 Enzyme characteristics 探究二：一种酶是否可以催化多种反应 实验材料：淀粉溶液，蔗糖溶液，淀粉酶溶液，蔗糖酶溶液， 斐林试剂，水浴锅、试管等 实验原理： 淀粉（非还原性） 麦芽糖（还原性） 淀粉酶 蔗糖（非还原性） 葡萄糖（还原性）+果糖（还原性） 蔗糖酶 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。 33 酶的特性 The action of enzymes 方案一 同种酶、不同底物 ① 底物1 + 酶溶液 ② 等量底物2 + 等量相同酶溶液 方案二 同种底物、不同酶 ① 底物 + 酶溶液1 ② 等量相同底物 + 等量酶溶液2 思考与讨论：在上述实验中，检测试剂斐林试剂可否换做碘液？ 不能，因为碘液无法检测蔗糖是否发生水解。 34 酶的特性 The action of enzymes 实验步骤 一 二 三 四 实验现象 结论 两支试管都加入 ，振荡，反应5min。 2号试管中加入等量的 溶液 两支试管加入 振荡 60℃水浴2min 1号试管中加入 溶液 取两支试管，编号1、2 酶具有专一性 探究二：一种酶是否可以催化多种反应 2mL淀粉 蔗糖 2滴淀粉酶溶液 斐林试剂 砖红色沉淀 无砖红色沉淀 35 注意：酶作为催化剂在反应前后质量和结构是不变的 酶的特性 The action of enzymes 锁钥学说：认为整个酶分子的天然构象具有刚性结构，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样。 淀粉酶只能水解淀粉不能水解蔗糖的原理是什么? 淀粉酶的活性部位只能与淀粉的空间结构相匹配。 [甘肃天水一中2019高一上期末]如图表示的是某种酶作用模型，下列有关叙述中，错误的是(　　) A．该模型可以解释酶的专一性 B．该模型显示，酶在反应前后质和量不变 C．a催化d分解为e、f D．a表示酶，该模型可解释酶的多样性 D 1.在不同的温度下，同一种酶活性是否会受到影响？ 2.在不同的pH下，同一种酶活性是否会改变？ 请设计相关的实验，验证你们的假设。 思考：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，那么酶起催化作用需要怎样的条件？ （酶催化特定化学反应的能力称为酶活性） 探究温度对酶活性的影响 实验过程与结果(探究温度对酶活性的影响) 操作 1号试管 2号试管 3号试管 4号试管 5号试管 6号试管 0℃ 0℃ 50℃ 50℃ 100℃ 100℃ 加淀粉 2mL — 2mL — 2mL — 加淀粉酶 — 2mL — 2mL — 2mL 保温 在各自温度下保温5min 混合 将2号加入1号中 将4号加入3号中 将6号加入5号中 保温 在各自温度下保温5min 加碘液 2滴 2滴 2滴 观察颜色 实验结论 温度过低或过高酶活性都较低，在适宜的温度下酶活性最高。 变蓝 不变蓝 变蓝 探究pH对酶活性的影响 实验 步骤 一 取三支试管，编号1、2、3。 二 1号试管中加入 。 2号试管中加入等量 。 3号试管中加入等量 。 三 三支试管都加入 ， 四 三支试管都加入 ，振荡，反应 实验现象 实验结论 酶在酸性、碱性条件下的催化效率 实验材料：H2O2溶液、 新鲜肝脏研磨液、NaOH溶液、稀盐酸、清水、试管 2滴NaOH 2mLH2O2溶液 产生少量气泡 产生少量气泡 过酸过碱都会影响酶的活性，在适应的PH下酶的活性最高。 2滴新鲜肝脏研磨液 稀盐酸 清水 产生大量气泡 42 酶的作用条件较温和 ①含义 酶通常在一定pH范围和一定温度范围内才能起作用，而且在某一pH、某一温度下作用最强。 ②意义 保证细胞代谢能够在温和条件下高效进行。 ③原因 过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。低温使酶的活性抑制，但酶的空间结构稳定，在适宜温度下酶的活性会升高。因此，酶制剂适宜在低温和适宜的pH下保存。 三、影响酶促反应速率的因素 1.酶促反应： 由酶催化的化学反应，生物体内的化学反应绝大多数属于酶促反应。 2.酶促反应速率： 单位时间内反应物或生成物浓度的改变量。 3.影响酶促反应速率的因素： pH 温度 活性 浓度 底物浓度 酶 酶促反应速率 高温、强酸、强碱会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。 在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。 温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。 低温使酶活性受抑制，温度恢复，酶活性可以恢复； 甲 乙 丙 丁 ①图甲中，温度从a降低或升高，酶促反速率均下降，但是下降的原因不同。 1.温度、pH、底物浓度、酶浓度 ②图乙中，pH从b降低或升高，酶促反速率均下降，但是下降的原因相同。 ③图丙中，底物浓度为c时，酶促反应速率达到最大值，因为底物被酶饱和。 四、酶的应用 1.溶菌酶 溶解细菌细胞壁，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。 2.果胶酶 分解果肉内细胞壁中的果胶，提高果汁产量，使果汁变得澄清。 3.加酶洗衣粉 蛋白酶——血渍、奶渍 脂肪酶——油渍 淀粉酶、纤维素酶 4.含酶牙膏 含酶牙膏可以分解细菌，使我们的牙齿亮白、口气清新。 课堂小结 酶的特性： 1.酶具有高效性 2.酶具有专一性 3.酶的作用条件温和 总结 summarize 实验中的注意事项： 1.控制无关变量 2.设置空白对照 如图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是(　　) A．当反应温度由t3调到最适温度时，酶活性上升 B．当反应温度由t1调到最适温度时，酶活性上升 C．酶活性在t2时比t1时高，故t2时更适合酶的保存 D．酶活性在t1时比t2时低，表明t1时酶的空间结构被破坏得更严重 B 在不同温度和pH组合下对酶的作用进行研究，下列符合下图的含义的是(　　) A．随pH从5升到7，酶的最适温度不变 B．随pH从5升到7，酶的活性逐渐降低 C．温度由O～A变化过程中，酶的活性逐渐降低 D．该酶的最适pH为7 A $