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

情景导入（发酵与酶的关系） 夏天发酵时间短 面团松软气孔多 有明显酒酸味 冬季发酵时间长 面团小 且内部结构较为紧实 第五单元 细胞的能量供应和利用 5.1 降低化学反应活化能的酶 学习目标 阐明酶在细胞代谢中的作用； 说出酶的化学本质，阐明酶的作用特点； 2 1 能区分自变量、因变量以及无关变量。 3 PART 1 酶的本质 目录 PART 2 酶在细胞代谢中的作用 PART 3 设计与酶相关的实验 PART 1 酶的本质 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。 思考：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? 斯帕兰札尼的实验 施旺 斯帕兰札尼的实验说明： 食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质。 后来，科学家发现胃液含有大量盐酸， 推测：盐酸是使食物分解的物质。 1835年，德国科学家施旺发现： 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。 斯帕兰札尼的实验 巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。 发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某种物质起作用。 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 酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起到催化作用， 就像在活酵母细胞中一样；并将酵母细胞中引起发酵的物质称作酿酶。 巴斯德 李比希 毕希纳 发现了起催化作用的物质 —— 酶 但酶的化学本质是什么呢？ 酶本质的探究历程 萨姆纳：从刀豆中提纯脲酶，并证明其化学本质是蛋白质 发现少数RNA具有催化功能 萨姆纳之后 科学家们获得胃蛋白酶，胰蛋白酶等许多酶的结晶，并证明这些酶的化学本质是蛋白质。 20世纪80年代，切赫、奥尔特曼 发现了绝大多数酶 是蛋白质，少数RNA。 证明： 脲酶：分解尿素的酶 CO(NH2)2+H2O 脲酶 CO2 + 2NH3 酶本质的探究历程 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。 化学本质 绝大多数是______ 少数是______ 合成原料 ________ __________ 合成场所 核糖体 主要是细胞核(真核细胞) 来源 一般情况，活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生酶 作用场所 细胞内外或生物体内外均可 生理功能 具有生物__________ 蛋白质 RNA 氨基酸 核糖核苷酸 催化作用 酶的本质 PART 2 酶在细胞代谢中的作用 意义：细胞生命活动的基础 实质：细胞内各种化学反应总称 场所：细胞质（基质） 　 细胞代谢 细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应的统称。 （有氧呼吸、光合作用、蛋白质的合成等） 酶促反应：有酶参与催化的反应称之为酶促反应。 特点：细胞代谢离不开酶，酶在代谢中起催化作用。 酶在细胞代谢中的作用 加 热 H2O2 常态 H2O2 活跃态 加热为反应分子提供能量从而提高反应速率。 常态 活跃状态 终态 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 活化能 Fe2+和过氧化氢酶的作用？ 酶的作用机理 （1）E1、E2、E3分别代表什么？（2）E1和E3所在的曲线相比，说明什么？ （3）E2和E3所在的曲线相比，说明什么？ 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，使细胞代谢能在温和条件下有序地进行。 （1）高效性： （2）专一性： （3）作用条件较温和： 与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。酶的催化效率是 无机催化剂的107 ～1013倍。 每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 酶发挥作用需要适宜的温度、适宜的pH等条件 酶的特性 PART 3 设计与酶相关的实验 请利用下列实验材料设计实验，验证酶的特性。 FeCl3溶液、过氧化氢酶、过氧化氢溶液、卫生向酒精灯、 淀粉酶、淀粉、蔗糖、斐林试剂、碘液、冰水、水浴锅、 盐酸、氢氧化钠 设计实验 【探究·实践】比较过氧化氢在不同条件下的分解 实验步骤 试管编号 1 2 3 4 1.加入过氧化氢 浓度 3% 3% 3% 3% 剂量 2ml 2ml 2ml 2ml 2.实验处理处理 反应条件 常温 90℃ FeCl3 鲜肝研磨液 3.结果观察 气泡产生 带火星木条 实验探究 实验步骤 试管编号 1 2 3 4 1.加入过氧化氢 浓度 3% 3% 3% 3% 剂量 2ml 2ml 2ml 2ml 2.实验处理处理 反应条件 常温 90℃ FeCl3 鲜肝研磨液 3.结果观察 气泡产生 带火星木条 不明显 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 复燃 迅速复燃 实验结果： 实验探究 控制变量和设计对照实验 1.变量 自变量： 因变量： 无关变量： 实验过程中的变化因素成为变量。 人为控制的对实验对象进行处理的因素叫作自变量。 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，这些变量称为无关变量。 因自变量改变而变化的变量叫作因变量。 实验探究 2.对照实验 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；对照实验一般要设置对照组和实验组。 对照组：对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组。 (1号试管) 空白对照：不做任何实验处理的对照组。（如上述实验1号试管） 实验组：是接受实验变量处理的对象组。 （如上述实验2、3、4号试管） 设置空白对照的意义：排除无关变量的影响，增加实验结果的可信度和说服力。 实验探究 实验步骤 试管编号 1 2 3 4 1.加入过氧 化氢 浓度 3% 3% 3% 3% 剂量 2ml 2ml 2ml 2ml 2.实验处理 处理 反应条件 常温 90℃ FeCl3 鲜肝研磨液 3.结果观察 气泡产生 带火星木条 不明显 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 复燃 迅速复燃 温度 催化剂种类 过氧化氢的分解速率 自变量：人为改变的变量。 因变量：随自变量的变化而变化的变量。 实验探究 自变量 因变量 无关量 水浴加热(90℃)处理、无机催化剂(FeCl3)和过氧化氢酶 底物(H2O2)的分解速率，可用产生的气泡数目的多少表示 加入H2O2的量;实验室的温度;FeCl3和肝脏研磨液的新鲜程度 （相同且适宜） 决定 影响 FeCl3溶液、过氧化氢酶、过氧化氢溶液、淀粉酶、淀粉、蔗糖、斐林试剂、碘液、冰水、水浴锅、盐酸、氢氧化钠 酶的高效性 与无机催化剂相比，酶具有高效性。 生成物浓度 时间 平衡点 a b d 曲线a、b、c、d分别代表什么？ 曲线a、b对比说明： 曲线a、d对比说明： 曲线b、d对比说明： 曲线a、b、c、d对比说明酶： 能缩短达到化学平衡所需要的时间， 不能改变化学反应的平衡点 高效性的含义： c 酶的高效性 自变量 因变量 无关量 决定 影响 底物种类(淀粉、蔗糖) 底物是否被酶催化水解 底物和酶的体积，浓度等 FeCl3溶液、过氧化氢酶、过氧化氢溶液、淀粉酶、淀粉、蔗糖、斐林试剂、碘液、冰水、水浴锅、盐酸、氢氧化钠 酶的专一性 甲 乙 丙 丁 底物 蔗糖 淀粉 蔗糖 淀粉 蔗糖 淀粉 酶 蔗糖酶 淀粉酶 蔗糖酶 淀粉酶 蔗糖酶 淀粉酶 试剂 斐林试剂/碘液 斐林试剂 斐林试剂 检测指标 是否有砖红色沉淀 是否有砖红色沉淀 结论 酶具有专一性 思路2：底物不同，酶相同 思路1：底物相同，酶不同 斐林试剂 是否有砖红色沉淀 斐林试剂/碘液 是否有砖红色沉淀/蓝色深浅 斐林试剂 斐林试剂 是否有砖红色沉淀 是否有砖红色沉淀 酶具有专一性 酶的专一性 (1）定义：每一种酶只能催化 化学反应。 (2）意义：使细胞代谢有条不紊地进行。 (3)专一性的模型表述 一种或一类 说明：酶催化具有___________ 专一性 A、B、C、D表示：？ 说明：酶催化具有_____________ 专一性 酶的专一性 实验材料及器具：质量分数为2%的淀粉酶溶液、质量分数为20%的肝脏研磨液 （过氧化氢酶）、缓冲液、质量分数为3%的可溶性淀粉溶液、体积分数为3%的过氧化氢溶液物质的量浓度为0.01mol/L的盐酸、物质的量浓度为0.01mol/L的NaOH溶液、热水、蒸馏水、冰块、碘液、斐林试剂 任务：请同学们自主学习探究温度对酶活性的影响材料，完成以下问题。 （1）实验选择材料是什么？原因？ （2）检测试剂选择什么？原因？ （3）实验材料先分别处理温度，还是先混合？ （4）简述实验步骤： （5）预期实验结论： 淀粉、淀粉酶 为什么不选用H2O2？ 碘液 为什么不选用斐林试剂? 先处理温度，再混合，原因：酶具有高效性，保证反应从一开始就是预设温度。 （1）温度对酶活性的影响 酶的作用条件温和 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 变蓝 不变蓝 变蓝 实验过程和分析： 结论 酶的催化作用需要适宜的温度， 温度过低或过高都会影响酶的活性。 如何进一步探究淀粉酶的最适温度？ 缩小温度梯度，重复进行上述实验，进一步探究淀粉酶的最适温度 （2）pH对酶活性的影响 任务：请同学们自主学习探究pH对酶活性的影响材料，完成以下问题。 （1）实验选择材料是什么？原因？ （2）检测指标是什么？ （3）先调ph还是先混合溶液？ （4）找出自变量、因变量、无关变量。 （5）简述实验步骤： （6）预期实验结论： H2O2、H2O2酶 为什么不选用淀粉？ 淀粉在酸性条件下会被水解 气泡产生速率；复燃 先加入酶溶液，固定好酶的活性， 再加底物。 实验材料及器具：质量分数为2%的淀粉酶溶液、质量分数为20%的肝脏研磨液（过氧化氢酶）、缓冲液、质量分数为3%的可溶性淀粉溶液、体积分数为3%的过氧化氢溶液物质的量浓度为0.01mol/L的盐酸、物质的量浓度为0.01mol/L的NaOH溶液、热水、蒸馏水、冰块、碘液、斐林试剂 实验过程和分析： 实验 步骤 一 取三支试管，编号1、2、3。 二 三支试管都三支试管都加入2mLH2O2溶液，振荡，反应 三 1号试管中加入1mL蒸馏水 2号试管中加入等量1mL盐酸溶液 3号试管中加入等量1mLNaOH溶液 四 三支试管都加入2滴新鲜肝脏研磨液，振荡，反应 实验现象 产生少量气泡 产生少量气泡 产生大量气泡 实验结论： 酶的催化作用需要适宜的pH,pH偏高或偏低都会影响酶的活性。 酶的作用条件温和 温度和pH对酶活性的影响 失活 失活 低温抑制 酶活性 失活 低温：不破坏酶的空间结构，只是降低酶的活性。（可恢复） 高温：会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。（不可逆） 过酸、过碱 ，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。（不可逆） 思考：温度较低时，酶活性低的原因？ 酶分子的热运动较慢，与底物碰撞接触的机会减少。 思考：酶的保存的条件？　　　 低温 适宜的pH →在最适温度和pH下，酶活性最高 酶的作用条件温和 （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： 底物 产物 酶 1.底物浓度 2.酶浓度 酶活性 3.温度 4.pH 5.抑制剂 6.激活剂 …… Cl-是淀粉酶激活剂 Mg2+是DNA聚合酶的激活剂 酶与底物接触面积 酶活性 影响酶促反应速率的因素 （4）酶、反应物和生成物三者的浓度与酶促反应速率的关系曲线 酶促反应速率 底物浓度 酶量一定 A B O 酶促反应速率 酶浓度 底物足够 AB段：限制因素是酶浓度或酶活性 OA段：限制因素是底物浓度 O 在底物充足、其他条件适宜的情况下,反应速率与酶浓度成正比 注意：底物浓度和酶浓度是通过影响底物和酶的接触概率来影响酶促反应速率，并不影响酶的活性 影响酶促反应速率的因素 产物浓度 ③ O 时间 ② ① 思考：画出在曲线①的基础上，增加酶浓度的变化曲线②; 画出在曲线①的基础上，增加反应物浓度的变化曲线③。 影响酶促反应速率的因素 （5）抑制剂：抑制剂与酶结合引起酶活性降低或丧失的过程称为失活作用。 非竞争性抑制剂 根据抑制剂与底物的关系可分为竞争性抑制和非竞争性抑制 竞争性抑制剂 竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性位点，从而降低酶对底物的催化效应。 非竞争性抑制剂与酶活性位点以外的其他位点结合，能改变酶的构型，使酶不能与底物结合，从而使酶失去催化活性。 影响酶促反应速率的因素 思考：下图为无抑制剂条件下，酶促反应速率随底物浓度变化的曲线， 如加入竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂，曲线会怎么变化？ 牛刀小试 牛刀小试 你能举例说出酶在生活中的应用吗？ 多酶片 加酶洗衣粉 溶酶菌 下列关于人体内的酶的叙述有几项是正确的(　　) ①是有分泌功能的细胞产生的 ②有的从食物中获得，有的在体内转化而来 ③凡是活细胞都能产生酶 ④酶只能在核糖体上合成 ⑤酶的水解产物都是氨基酸 ⑥酶只是起催化作用，其催化作用的实质是为化学反应提供活化能 A.0项 B.1项 C.2项 D.3项 A 牛刀小试 谢谢观看 EVCapture4.2.1软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.70 $