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”核心内容，涵盖酶的作用、本质、特性、影响因素及应用。通过斯帕兰扎尼鹰消化实验和施旺胃蛋白酶探究导入，衔接细胞代谢知识，构建“问题驱动-实验验证-原理阐释”的学习支架。 其亮点在于以探究实践为核心，通过“比较过氧化氢分解”实验及温度、pH对酶活性影响等探究，结合控制变量与对照实验科学方法，培养科学思维与探究实践能力。融入锁钥学说模型及溶菌酶等生活应用，体现生命观念与态度责任，助力学生深化理解，便于教师高效教学。

5.1 降低化学反应活化能的酶 必修1 分子与细胞 第5章 细胞的能量供应和利用 问题探讨 斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用 1773年，意大利科学家斯帕兰札尼设计了一个巧妙的实验：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？ 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 2 问题探讨 食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质。 科学家发现胃液中有大量盐酸，推测盐酸是使食物分解的物质。 1835年，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。 物质是什么？ 胃蛋白酶 3 一、酶在细胞代谢中的作用 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: C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 活细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。 酶 酶 酶 主要场所(代谢中心)：细胞质基质 代谢控制中心：细胞核 意义：是细胞生命活动的基础 一、酶在细胞代谢中的作用 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。 2H2O2 2H2O + O2↑ 反应条件 加热是化学反应的常见条件 Fe3+是无机催化剂 过氧化氢酶 不同条件 探究实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解 1.实验目的： 通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。 2.实验原理： 2H2O2 2H2O + O2 反应条件 ↑ ②加热 ③ Fe3+ ④过氧化氢酶 不同条件 判断H2O2的分解快慢依据： ①带火星的卫生香的复燃情况 ②单位时间内产生气泡多少 ①放在常温下 实验设计： O2的产生量 探究实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解 3.实验材料： ①新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液 ②质量分数为3.5%的FeCI3溶液 ③新配制的体积分数为3 %的H2O2溶液 经计算，每滴FeCl3溶液中的Fe3+数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。 探究实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解 （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？ 过氧化氢酶是蛋白质，新鲜肝脏中过氧化氢酶活性高 使细胞破裂从而释放出过氧化氢酶，使酶与底物充分接触 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) 探究实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解 4.实验步骤 Fe3+做催化剂 过氧化氢酶 90℃水浴加热 探究实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解 探究实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解 5.实验结果 组别 1 2 3 4 过氧化氢 H2O2浓度 3% 3% 3% 3% H2O2剂量 2mL 2mL 2mL 2mL 反应条件 常温 90℃ FeCl32滴 肝脏研磨液2滴 结果 产生气泡 卫生香燃烧情况 不明显 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 复燃 迅速复燃 探究实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解 6.结果分析 Fe3+做催化剂 过氧化氢酶 90℃水浴加热 1与2对照：____________________________________________________________ 加热能促进H2O2的分解,提高反应速率.(为反应提供能量) 1与3对照：____________________________________________________________ FeCl3在常温下能促进H2O2的分解,提高反应速率.(催化作用) 1与4对照：_____________________________________________________________ 过氧化氢酶在常温下能促进H2O2分解,提高反应速率.(催化作用) 3与4对照：____________________________________ 过氧化氢酶比FeCl3的催化效率高。 ①加热能加快反应的速率 结论: ③酶比无机催化剂的催化效率更高 ②酶和无机催化剂都能催化化学反应 科学方法：控制变量和设计对照实验 对照原则:在实验中，设置对照组和实验组。通过对照，使实验结果更加可信。 单一变量原则:控制唯一变量【自变量】而排除其他因素的干扰。 适宜性原则:其他无关变量要相同且适宜。 对照实验 的原则 平行重复原则:尽可能地多观察较多的实验对象，使实验结果不是由于偶然的原因而呈现的特例。 科学性原则:实验方案严密，选材合适，实验原理准确无误。 科学方法：控制变量和设计对照实验 对照实验的类型有空白对照、自身对照、相互对照等 空白对照 不给对照组做任何实验处理。这里的“空白"绝不是什么因素都不给予，而是针对实验组所要研究的实验因素给予空白。 1号试管为对照组。 2，3，4号试管为实验组。 且1号试管为典型的空白对照。 Fe3+做催化剂 过氧化氢酶 90℃水浴加热 科学方法：控制变量和设计对照实验 对照实验的类型有空白对照、自身对照、相互对照等 Fe3+做催化剂 过氧化氢酶 90℃水浴加热 相互对照 不单独设对照组，而是几个实验组相互对比对照，其中每一组既是实验组也是其他级别的对照组。 3号试管和4号试管形成相互对照。 科学方法：控制变量和设计对照实验 自身对照 对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不另设对照组。实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象状况为实验组。 生长状况相同的正常同种植物分两组 甲组：缺Fe的完全培养液 乙组：完全培养液 出现缺乏症 加入Fe元素再培养 缺乏症消失 Fe为植物生长的必需元素 植物正常生长 植物正常生长 Fe为植物生长的非必需元素 证明Fe元素是否为 植物必需的元素 自身对照 一、酶在细胞代谢中的作用 为分子提供能量 Fe3+ 降低化学反应的活化能 酶 降低化学反应的活化能（更显著） (1)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。 (2)酶作用原理（实质）：降低化学反应的活化能。 (3)酶作用意义：使细胞代谢在温和条件下快速有序地进行。 加热、Fe3+、酶的作用机(原)理？ 与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。 加热 一、酶在细胞代谢中的作用 A B C 反应能量 无催化剂曲线：______ 无机催化剂曲线：______ 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A 曲线C E3 E2—E3 E2 曲线B 一、酶在细胞代谢中的作用 酶能增加产物的生成量吗？ 前提：底物含量一定，反应条件适宜 未加催化剂 无机催化剂 酶催化 时间 产物量 不能 （1）降低化学反应的活化能，只改变化学反应速率，缩短达到平衡的时间，并不改变化学反应的方向和平衡点（即产物的总量不变）。 （2）在反应前后催化剂数量和性质不变，不为化学反应提供物质和能量 （3）只能催化原本就能发生的化学反应。 催化剂的性质： 二、酶的本质 阅读课本79-80页“资料分析” 找出每一位科学家的研究背景、过程、结论及贡献 完成教材P80“拓展应用2” 二、酶的本质 巴斯德之前 发酵是纯化学反应，与生命活动无关 巴斯德(微生物学家） 发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用 引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用 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 脲酶是蛋白质 李比希（化学家） 切赫、奥尔特曼 少数RNA也具有生物催化功能 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数的酶是RNA。 三、酶的特性 1、酶具有高效性 实验数据表明，酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍。 保证了细胞内化学反应的顺利进行，保证了细胞内能量供应稳定 与无机催化剂相比，酶能显著降低化学反应的活化能。 ①内容： ③意义： ②原因： ④曲线表示 三、酶的特性 2、酶具有专一性——探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 淀粉（非还原糖） 麦芽糖（还原糖） 淀粉酶 蔗糖（非还原糖） 葡萄糖（还原糖）+ 果糖（还原糖） 蔗糖酶 实验目的： 探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 实验原理： 淀粉和蔗糖都是非还原糖。 淀粉和蔗糖在酶的催化作用下都能水解成还原糖。 通过斐林试剂鉴定溶液中是否有还原糖，确定底物是否被水解。 能用碘液替换斐林试剂吗？ 不能！碘液无法鉴定蔗糖是否发生水解，反应前后均不变蓝。 三、酶的特性 2、酶具有专一性——探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 实验步骤 一 二 三 四 实验现象 结论 两支试管都加入 ，振荡，60℃保温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 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶具有专一性 2mL淀粉 蔗糖 2mL淀粉酶溶液 斐林试剂 砖红色沉淀 无砖红色沉淀 三、酶的特性 2、酶具有专一性——探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 其他设计方案 三、酶的特性 2、酶具有专一性 锁钥学说：认为酶表面具有特定的形状，酶与底物在其结合部位的结构应当严格匹配，高度互补，犹如一把钥匙对一把锁一样。 同一生物不同细胞内酶的种类和数量不相同 酶的 专一性 概念 意义 每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。 酶 底物 产物 三、酶的特性 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） 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。 三、酶的特性 探究温度对酶活性的影响 酶具有高效性，若酶和底物没有在对应温度混合，一混合就已发生反应，降低了实验的说服力。 不能用斐林试剂检测，因为用斐林试剂检测时需要水浴加热，这样会干扰自变量。 不能用过氧化氢酶和过氧化氢，因为过氧化氢本身受热易分解，会对实验结果造成干扰。 三、酶的特性 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 三、酶的特性 探究pH对酶活性的影响 不使用淀粉酶和淀粉溶液的原因： 1.淀粉在酸性条件下会被水解 2.淀粉酶在碱性环境中，会优先与碱反应，而不与淀粉反应 用不同pH值的溶液分别处理H2O2酶，用不同PH值处理的H2O2酶催化H2O2分解，其它因素一致，观察气泡的产生量，即达到实验目的。 实验原理 三、酶的特性 实验过程与结果 (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 加入2滴NaOH。 2号试管 加入等量稀盐酸 3号试管 加入清水 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 2mLH2O2溶液 产生少量气泡 产生少量气泡 2滴新鲜肝脏研磨液 产生大量气泡 过酸过碱都会影响酶的活性，在适应的PH下酶的活性最高 若要研究最适温度和最适pH，我们可以通过预实验，先在一定范围内设置梯度温度（pH），然后以效果最佳的一组为中心，前推一组后推一组，缩小变量范围，并减小温度（pH）梯度，重复进行实验。 三、酶的特性 3、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。 在最适宜的温度和PH条件下，酶的活性最高。 ②意义 保证细胞代谢能够在温和条件下高效进行。 ③实例 动物体内的酶最适温度在35～40℃；植物体内的酶最适温度在40～50℃。 动物体内的酶最适pH大多在6.5～8.0，胃蛋白酶的最适pH为1.5; 植物体内的酶最pH大多为4.5～6.5。 四、影响酶促反应的因素 1、温度和pH（影响酶活性） ①在一定范围内，随温度（pH）的升高，酶的催化作用 ，超过这一范围，催化作用逐渐 ； ②低温只会 酶的活性，不会改变酶的空间结构；高温、过酸、过碱会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久 。 增强 减弱 抑制 失活 抑制 失活 失活 失活 四、影响酶促反应的因素 生成物的量 时间 底物浓度(v) 底物浓度(2v) 酶促反应速率 底物浓度 图1 图2 如图1，在OA段，反应速率随底物浓度的升高而加快，在AB段，反应速率不再变化，其原因是酶的数量有限。 O A B 如图2，在OA段，生成物的量随反应时间的增加而增加，在AB段，生成物的量不再变化，其原因是底物的量有限。 O A B 2、底物浓度 四、影响酶促反应的因素 生成物的量 时间 酶的浓度(a) 酶的浓度(2a) 底物浓度一定 注意：酶只能加速化学反应达到平衡，但不会改变达到平衡时反应物和生成物的量 O A B 3、酶的浓度 五、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 含酶牙膏可以分解细菌，使我们的牙齿亮白、口气清新。 4.含酶牙膏 课堂小结 酶的特性 （1）酶具有高效性 （2）酶具有专一性 （3）酶的作用条件较温和 产生部位 活细胞（不包括成熟的红细胞） 化学本质 绝大多数是蛋白质，少数是RNA　 合成原料 氨基酸或核糖核苷酸　 功能 生物催化作用 细胞内外或生物体外均可 作用场所 酶的本质 作用机理 降低了化学反应的活化能 $