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必修1《分子与细胞》第五章第一节“降低化学反应活化能的酶”，核心围绕酶的作用、本质及特性展开。以斯帕兰扎尼金属笼肉块实验情境导入，从细胞代谢需求切入酶的重要性，通过实验探究逐步揭示酶的催化作用、高效性及本质，构建“现象-探究-结论”的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，通过过氧化氢分解、淀粉酶专一性等实验，强化变量控制与对照设计，培养科学思维；结合酶本质探索史及生活应用案例，渗透结构与功能观及态度责任。学生能深化对抽象概念的理解，教师可依托完整实验方案提升教学实效。

高中生物学 必修1分子与细胞 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 学习目标 1.通过对酶催化作用具体实例的讨论， 说明酶在细胞代谢中的作用及酶的本质和特性。 2.酶能降低化学反应的活化能。 3.进行有关的实验和探究，学会控制自变量， 观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验。 探究实验中控制变量的科学方法。 一、酶的作用和本质 第1课时 情境探究 ➽ 1773年，意大利科学家斯帕兰扎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。 斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用 讨论1、 为什么要将肉块放在金属笼内？ 是什么物质使肉块消失了？ 怎样才能证明你的推测？ 讨论2、 讨论3、 便于取出肉块、排除物理性消化干扰。 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。 一、酶在细胞代谢中的作用 1.细胞代谢 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。 细胞代谢离不开酶 酶在细胞代谢中的作用是什么？ 一、酶在细胞代谢中的作用 2.酶的作用 细胞代谢是细胞生命活动的基础，但细胞代谢中也会产生代谢废物，甚至会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。 幸而细胞中含有另一种物质，能将过氧化氢及时分解为氧气和水，这种物质就是过氧化氢酶。 2H2O2 2H2O + O2 过氧化氢酶 过氧化氢可导致人体遗传物质DNA损伤及基因突变；可能加速人体的衰老进程，过氧化氢与老年痴呆的发生或发展关系密切；过氧化氢与老年帕金森氏病、脑中风、动脉硬化及糖尿病性肾病和糖尿病性神经性病变的发展密切相关等。 以过氧化氢在不同条件下的分解为例，探究酶的作用。 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，了解酶的作用 2、材料用具 新鲜的质量分数为20%肝脏（猪肝、鸡肝）研磨液； 保证酶的数量与活性 增加酶与底物接触面积 用具：量筒、试管、滴管、试管架、酒精灯、三脚架、温度计、卫生香等 材料：新配制的体积分数3％的过氧化氢溶液，质量分数为3.5％的氯化铁溶液 比较过氧化氢在不同条件下的分解 3、实验步骤 试管编号 1 2 3 4 第一大步 H2O2浓度 3% 3% 3% 3% 剂量 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 第二大步 反应条件 常温 90 ℃ FeCl3溶液 肝脏研磨液（H2O2酶） 剂量 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴 第三大步 结果检验 气泡产生 不明显 少量气泡 较多小气泡 大量较大气泡 卫生香复燃 —— —— 变亮 复燃，猛烈燃烧 比较过氧化氢在不同条件下的分解 比较过氧化氢在不同条件下的分解 4、讨论 讨论1、与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？ 2号试管冒出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。 讨论2、在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？ 不能，温度高影响酶活性，且温度过高会导致细胞死亡 讨论3、3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？ 说明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。 比较过氧化氢在不同条件下的分解 讨论4、3号试管和4号试管相比，哪只试管中的反应速率块？这说明什么？为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？ 相同时间内4号试管中产生气泡多，4号试管的反应速率比3号试管快得多。 说明过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高得多。 细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对细胞内化学反应的顺利进行至关重要。 比较过氧化氢在不同条件下的分解 5、实验结论 ①1、4号试管对照，说明酶具有催化作用，同无机催化剂一样都可以加快化学反应速率。 ②1、3、4号试管对照，说明酶具有高效性，同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。 ③与1号试管相比，2号试管产生的气泡多，这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。 比较过氧化氢在不同条件下的分解 6、变量和对照实验 变量 自变量：人为控制的对实验对象进行处理的因素 因变量：因自变量改变而变化的变量 无关变量：除自变量外，实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素（需保持一致，且适宜） 对过氧化氢的不同处理：温度、催化剂。 过氧化氢分解速率 过氧化氢的浓度、反应时间等 比较过氧化氢在不同条件下的分解 6、变量和对照实验 对照实验 ①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 ②对照实验一般要设置对照组和实验组。 ③对照组未作任何处理，这样的对照组叫做空白对照组 本实验中，1号试管就是空白对照组，2号、3号、4号试管是实验组 ※注意：对照有空白对照、自身对照、相互对照、条件对照 一、酶在细胞代谢中的作用 3、酶的作用机理 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。 ①加热：为分子提供了能量 ②Fe3+：降低化学反应的活化能 ③酶：与无机催化相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。 酶降低化学反应的活化能 一、酶在细胞代谢中的作用 意义：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快速有序地进行。 二、酶的本质 关于酶本质的探索 1、夏禹时代，我国已经掌握了酿酒技术 2、1716年，《康熙字典》，“酶”——酒母（现在的酵母） 3、法国，生物学家巴斯德，提出酿酒中的发酵是酵母菌细胞参与 4、德国，化学家李比希，坚持发酵是酵母细胞中某些物质，且这些物质在酵母菌细胞死亡裂解后发挥作用 5、德国，化学家毕希纳，酵母菌研磨提取液与含活酵母菌细胞结果是一样的。提出酿酶。 关于酶本质的探索 二、酶的本质 6、美国，萨姆纳，从刀豆种子中提纯了脲酶，并证明了脲酶是蛋白质 7、科学家相继获得胃蛋白酶、胰蛋白酶等的结晶，并证明这些酶是蛋白质。 8、美国，切赫和奥尔特曼，发现少数RNA也有催化功能。 酶的定义： 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 关于酶本质的探索 二、酶的本质 讨论1、 巴斯德和李比希的观点各有什么积极意义？各有什么局限性？ 巴斯德认为发酵与活细胞有关是合理的，但是认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用是不正确的；李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质是合理的，但是认为这些物质只有在酵母菌细胞死亡并裂解后才能发挥作用是不正确的。 讨论2、 巴斯德和李比希争论的原因是什么？对研究酶的本质起到什么作用？ 巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。 关于酶本质的探索 二、酶的本质 讨论3、 从毕希纳的实验可以得出什么结论？ 毕希纳的实验说明，酵母菌细胞中的某些物质能够在酵母菌细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母菌细胞中一样。 讨论4、 萨姆纳历时9年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获若贝尔化学奖。你认为他取得成功靠的是什么样的精神品质？ 萨姆纳历时9年用正确的科学方法，发扬坚持不懈、百折不挠的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。 酶的本质和功能小结 （1）本质：绝大多数是蛋白质，少部分是RNA。 （2）合成原料：氨基酸或核糖核苷酸。 （3）合成场所：核糖体或细胞核等。 （4）作用场所：可在细胞内、细胞外(或体外)发挥作用。 （5）来源：一般活细胞都能产生酶(哺乳动物成熟的红细胞除外) （6）功能：具有催化作用(降低化学反应的活化能） 练习与应用 一、概念检测 1.酶对细胞代谢起着非常重要的作用，可以降低化学反应的活化能。下列关于酶的作用特点及本质的叙述，正确的是（ ） A.酶不能脱离生物体起作用 B.酶只有释放到细胞外才起作用 C.所有的酶都是蛋白质 D.酶是具有催化作用的有机物 D 练习与应用 2.酶和无机催化剂都能催化化学反应。与无机催化剂相比，酶具有的特点是( ) A.能为反应物提供能量 B.能降低化学反应的活化能 C.能在温和条件下催化化学反应 D.催化化学反应更高效 D 练习与应用 二、拓展应用 1、在本节“探究·实践”中，有同学在原有实验的基础上增加了5号和6号试管，向其中分别加入2mL过氧化氢溶液后，再向5号试管内加入2滴煮沸过的肝脏研磨液，向6号试管内加入2滴蒸馏水。这样做的目的是: 加入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号试管进行对照；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。 本小节“探究·实践”涉及的自变量并非只有一个，而是包括温度和催化剂两个变量，1号试管中仅放置了过氧化氢溶液，可以起到对照作用。2号试管与1号试管的区别在于温度，3号试管和4号试管与1号试管的区别在于比1号试管多了催化剂。3号试管和4号试管之间也可以起相互对照作用。加入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号试管进行对照；同理，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 3、给你一份某种酶的结晶，你能设计实验检测它是不是蛋白质吗？请简略写出实验步骤，想一想，在萨姆纳之前，为什么很难鉴定酶的本质？ 可用双缩脲试剂等鉴定蛋白质。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。 待测酶液 + 双缩脲试剂 → 是否出现紫色反应 已知蛋白液 + 双缩脲试剂 → 出现紫色反应 实验组 对照组 二、酶的特性 第2课时 一、酶具有高效性 Fe3+做催化剂 过氧化氢酶 每滴FeCL3溶液溶液中的Fe3+数大约是每滴肝脏研磨液中过氧化氢酶的25万倍 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。 ※注意：酶具有高效性，是与无机催化剂对比；1、4对照只能得出酶有催化作用 酶的催化效率一般是无机催化剂的 107～1013倍 二、酶具有专一性 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 1、实验原理 （1）淀粉和蔗糖都是非还原糖，（2）在酶的催化作用下都能水解成还原糖，（3）还原糖与斐林试剂反应生成砖红色沉淀。 2、实验目的 探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。（也即淀粉酶能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解） 3、材料用具 质量分数为2%的新配置的淀粉酶溶液；质量分数为3%的可溶性淀粉溶液；质量分数为3%的蔗糖溶液；斐林试剂、热水、量筒、试管、滴管、试管夹、温度计、酒精灯等。 二、酶具有专一性 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 3、方法步骤 1 试管编号 1 2 注入可溶性淀粉溶液 2 mL － 注入蔗糖溶液 － 2 mL 注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL 2 60 ℃水浴保温5 min 3 新配制的斐林试剂 2 mL 2 mL 4 将两支试管下半部放在盛有热水的大烧饼中，沸水浴煮沸1 min 5 实验现象 有砖红色沉淀 没有砖红色沉淀 酶促反应适宜温度和时间 斐林试剂反应条件 二、酶具有专一性 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 4、实验结论 淀粉酶只能催化淀粉水解，对蔗糖则不起催化作用。即酶具有专一性。 ※过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解，不能催化其他化学反应。脲酶除了催化尿素分解，对其他化学反应也不起作用。 酶的专一性：一种酶只能催化一种或一类化学反应。 讨论1、 已知淀粉酶能够催化淀粉水解，设置1号试管有无必要？ 有必要。可排除淀粉酶的活性、浓度等无关变量的影响。 讨论2、 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 能否用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂？ 不能，因为碘液只能检测淀粉是否被水解，而蔗糖无论是否被水解都不会使碘液变色。 本实验的设计思路：探究同一种酶是否能催化不同底物水解。有其他设计思路吗？ 思路：探究不同种类的酶能否催化同一种底物的水解。 讨论3、 举例：用淀粉酶，蔗糖酶，淀粉，等探究酶的专一性 拓 展 三、酶的作用条件较温和 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？ 影响酶活性的条件 1.酶活性 （1）定义：酶催化特定化学反应的能力 （2）表示方法：可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。 提示：用单位时间反应物的消耗量或产物的生产量表示化学反应的速率。 2、材料及用具：质量分数为2%的淀粉酶溶液、质量分数为20%的肝脏研磨液、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。 试管、量筒、试管、小烧杯、大烧杯、滴管、试管架、酒精灯、三脚架、温度计等 影响酶活性的条件 3.设计实验 探究淀粉酶活性在不同温度下的变化 探究过氧化氢酶活性在不同pH下的变化 探究温度、pH对酶活性的影响 （1）实验目的 （2）实验设计 1、过氧化氢在高温下会分解，因此探究温度对酶活性影响时，不选过氧化氢酶， 2、探究pH对酶活性的影响时，不宜采用淀粉酶催化淀粉的反应，因为用作鉴定试剂的碘液会和NaOH发生化学反应，使碘与淀粉生成蓝色络合物的机会大大减少，而且在酸性条件下淀粉也会被水解，从而影响实验的观察效果。 影响酶活性的条件 （3）探究淀粉酶活性在不同温度下的变化 序号 项目 试管 1 4 2 5 3 6 1 可溶性淀粉溶液 2mL -- 2 mL -- 2 mL -- 2 α-淀粉酶溶液 -- 2 mL -- 2 mL -- 2 mL 3 温度 0 ℃（冰水） 60℃ 100 ℃（沸水） 4 相同温度下两溶液混合 混合液 混合液 混合液 5 碘液 2 滴 2 滴 2滴 6 预期实验现象 变蓝  不变蓝  变蓝 无关变量 自变量 1、酶有高效性，淀粉和酶必须先各自保温，然后混合 2、本实验检验结果不用斐林试剂检验，因斐林试剂检验还原糖需加热处理。 原理：淀粉遇碘变蓝，根据不同温度下相同时间内反应后的溶液是否出现蓝色以及蓝色的深浅可以判断淀粉被水解的量，从而判断不同温度下酶的活性。 影响酶活性的条件 （3）探究淀粉酶活性在不同温度下的变化 1号试管逐渐升温到60℃ 3号试管逐渐降温到60℃ 会出现什么现象 预期实验现象：1号试管不变蓝，3号试管蓝色 影响酶活性的条件 （4）探究过氧化氢酶活性在不同pH下的变化 过氧化氢可在过氧化氢酶的作用下分解产生氧气和水，根据不同pH下气泡产生的快慢可判断过氧化氢酶的活性。 序号 项目 试管 1 2 3 1 加过氧化氢溶液 2mL 2 mL 2 mL 2 加等量溶液 1mL蒸馏水 1mL盐酸 1mL氢氧化钠溶液 3 加肝脏研磨液 2滴 2滴 2滴 4 预期实验现象 产生大量气泡 产生少量气泡 产生少量气泡 自变量：PH，（可用盐酸和氢氧化钠溶液的加入量调节来调节2号试管和3号试管的PH值。） ※探究影响酶活性实验的“四步曲” (1)分组编号：将实验器具分组编号并装入相应的等量试剂。 (2)控制变量：控制影响酶活性的条件(如温度)，即首先将底物、酶液分别处理到预设的条件。 (3)进行反应：让酶液与底物混合，在预设的条件(如温度、pH等)下反应，无关变量保持相同。 (4)结果检测：检测实验的因变量，观察并记录实验结果。 三、酶的作用条件较温和 通过实验可以看出，溶液的温度和PH都对酶活性有影响。与无机催化剂相比，酶催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。 科学家用定量分析的方法，分别在不同的温度和PH条件下测定同一种酶的活性，根据数据绘制成曲线图 在最适宜的温度和PH条件下，酶的活性最高。 温度和pH对酶促反应速率的影响 据图可知： 不同pH条件下，酶最适温度不变； 不同温度条件下，酶最适pH也不变  ， 即反应溶液pH(温度)的变化不影响酶作用的最适温度(pH)。 三、酶的作用条件较温和 一般来说，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，植物体内的酶最适PH大多为4.5-6.5 胃蛋白酶的最适PH为1.5 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。在0℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜温度下酶的活性会升高。 酶制剂适宜在低温下保存 酶为生活添姿彩 溶菌酶能溶解细菌细胞壁，具有抗菌消炎的作用 果胶酶能分解果肉细胞壁中的果胶，提高果汁产量，使果胶变得清亮 加酶洗衣粉有更强的去污能力 多酶片中含多种消化酶，在消化不良时可以服用 胰蛋白酶可用于促进伤口愈合和溶解血凝块，去除坏死组织 脂肪酶处理废油脂，制造生物柴油 练习与应用 一、概念检测 1.嫩肉粉的主要作用是利用其中的酶对肌肉组织中的有机物进行分解，使肉类制品口感鲜嫩。由此可推测嫩肉粉中能起分解作用的酶是（ ） A.纤维素酶 B.淀粉酶 C.脂肪酶 D.蛋白酶 2.能够促使唾液淀粉酶水解的酶是（ ） A.淀粉酶 B.蛋白酶 C.脂肪酶 D.麦芽糖酶 D B 练习与应用 3.将刚采摘的新鲜糯玉米立即放入85℃水中热烫处理2min，可较好地保持甜味。这是因为加热会（ ） A.提高淀粉酶的活性 B.改变可溶性糖分子的结构 C.破坏淀粉酶的活性 D.破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶的活性 D 练习与应用 二、拓展应用 1.下图表示的是某类酶作用的模型。尝试用文字描述这个模型。这个模型能解释酶的什么特性？ 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。这个模型可以解释酶的专一性。 练习与应用 2.下图表示最适温度下反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。 反应物浓度 反应速率 A B C (1)请解释在A、B、C三点时该化学反应的状况。 A点：随着反应物浓度的增加，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物浓度的增加而升高，维持在相对稳定的水平。 (2)如果从A点开始温度升高10℃，曲线会发生什么变化？为什么？ 请画出变化后的曲线。 因为图中原曲线表示在最适温度下反应速率随反应物浓度的变化，温度高于或低于最适温度，反应速率都会变慢。从A点开始上升幅度变小 B1 C1 练习与应用 2.下图表示最适温度下反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。 反应物浓度 反应速率 A B C (3)如果在B点时向反应混合物中加入少量同样的酶，曲线会发生什么变化？为什么？请画出相应的曲线。 B点时反应物的浓度足够大，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。 FormatFactory : www.pcfreetime.com $