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

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 01 02 03 学习目标 理解酶的化学本质，认同科学发现是在不断地探索和争论中前进的。(生命观念） 通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，尝试设计对照实验。（科学探究） 通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断的探索和争论中前进的，体会科学家不畏挫折的精神。 （社会责任） 情景一： 斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用实验 情景一： 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、排除物理性消化干扰 胃内的化学物质将肉块分解了 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。 我要和铁笼一起吃 肉没啦！铁笼还在？ 01 酶在细胞代谢中的作用 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。 6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O 光能 叶绿体 C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2+ 12H2O + 能量 酶 叶绿体： 线粒体： 核糖体： + 酶 细胞代谢离不开酶！ 实验原理：新鲜肝脏中有较多的H2O2酶。质量分数为3.5%的FeCl3溶液和质量分数为 20%的肝脏研磨液相比，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。 2H2O2 反应条件 2H2O + O2 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。 加热是化学反应常见的条件 Fe3+是无机催化剂 新鲜肝脏中含有过氧化氢酶 不同 条件 判断H2O2的分解快慢依据: O2的产生量 ①气泡冒出情况 ②点燃的卫生香的复燃情况 01 比较过氧化氢在不同条件下的分解 方法步骤： 取4支洁净的试管，分别编上序号1、2、3、4，向各试管内分别加入2ml过氧化氢溶液 空白对照组 实验组 常温 90℃水浴加热 2滴FeCl3 2滴肝脏研磨液 1 2 3 4 01 比较过氧化氢在不同条件下的分解 01 比较过氧化氢在不同条件下的分解 01 比较过氧化氢在不同条件下的分解 实验现象： 试管编号 1 2 3 4 第一步 H2O2浓度 3% 3% 3% 3% 剂量 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 第二步 反应条件 常温 90 ℃ FeCl3溶液 肝脏研磨液 剂量 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴 结果 气泡产生         卫生香         不明显 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 复燃 迅速复燃 01 比较过氧化氢在不同条件下的分解 讨论： 1、与1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号试管放出的气泡多，说明加热能提高反应速率。 2、与试管1相比，3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？ 3、3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？说明什么？ 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。 4、在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗?为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？ 不能；酶使细胞内的化学反应在温和的条件下快速有序地进行。 4号试管中的反应速率快，说明酶的催化效率比无机催化剂高。 01 比较过氧化氢在不同条件下的分解 通过刚才的探究实验，同学们有没有发现生物学实验设计中特别需要注意的一些因素呢？ 人为控制的对实验对象进行处理的因素 自变量 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。 对照实验 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 无关变量 因自变量改变而变化的变量 因变量 控制变量和设计 对照实验 01 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 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。 01 比较过氧化氢在不同条件下的分解 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) 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） 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） 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。 01 酶在细胞代谢中的作用 思考：实验中1号和2号管现象的比较，我们可知加热会促进过氧化氢的分解，提高反应速率，这是为什么呢？ 常温下反应速率较慢，这是因为反应物分子的能量较低，温度升高后，部分分子获得了能量，所以较易发生反应。2号管就是因为加热使H2O2分子获得了能量，所以容易分解产生氧气。 H2O2 (活跃状态) H2O2 (常态) 能量 加热 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： 01 酶在细胞代谢中的作用 思考：3号、4号试管没有加热，为什么也有大量气泡产生？ Fe3+和过氧化氢酶虽然没有给过氧化氢分子提供能量，但却降低了化学反应的活化能。 同无机催化相比，酶能更显著地降低化学反应的活化能，因而催化效率更高。 01 酶在细胞代谢中的作用 探究酶的作用原理 活动 曲线分析： ①表示无酶催化时反应进行所需要的活化能是 段。 ②表示有酶催化时反应进行所需要的活化能是 段。 ③表示酶降低的活化能是 段。 ④该反应中，若将酶催化改为无机催化剂催化，则b点在纵轴上将 移动。 AC BC AB 向上 01 酶在细胞代谢中的作用 ①加热（无催化剂）时化学反应所需要的活化能 ② Fe3+（无机催化剂）催化时化学反应所需要的活化能 ③无机催化剂降低的活化能 ④酶催化时化学反应所需要的活化能 ⑤酶降低的活化能 归纳总结 A.本实验的自变量是催化剂的种类 B.1号和4号试管比较可以说明酶具 有高效性 C.用同一支滴管向4号试管加入肝脏 研磨液后再向3号试管加入FeCl3溶液 D.该实验证明了高温和催化剂都会影响过氧化氢的分解 实战训练 1.如图是“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验,下列叙述正确的是(　 　) 2.如图曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示物质M在无催化剂条件和有酶催化条件下生成物质P所需能量的变化过程。下列叙述正确的是(　 　) A.ad段表示无催化剂时,反应所需要的 活化能 B.ac段表示有酶催化时,酶降低的活化能 C.若换用无机催化剂,b点将向上移动 D.加热、加压不能使物质M更容易从常态转变为活跃状态 实战训练 02 关于酶本质的探索 19 世纪以前,人们还不知道酶为何物。19世纪以后,随着对酿酒中发酵过程的深入研究，科学家才逐渐揭开了酶的“面纱”。 酶到底是什么物质呢? 02 关于酶本质的探索 合作探究二：请同学们自主阅读教材P79，梳理下列问题，并做相应勾画标注。 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？ 巴斯德和李比希的争论原因是什么？他们的争论对后人研究酶的本质有何意义？ 毕希纳是如何终结上述争论的？他的实验结论是什么？ 萨姆纳成功揭示脲酶的化学本质靠的是什么样的精神？ 02 关于酶本质的探索 巴斯德之前 萨姆纳 巴斯德 李比希 毕希纳 切赫和奥尔特曼 发酵必须有活细胞参与 引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质，且只在酵母菌死亡裂解后才发挥作用 发酵是纯化学反应，与生命活动无关 活细胞粉碎后所得物质（酿酶）的作用和活的酵母细胞一样 证明脲酶是蛋白质 证明少量RNA也具有生物催化功能 02 关于酶本质的探索 一般说来，活细胞都能产生酶 酶可在细胞内、细胞外、体外发挥作用 酶只起催化作用，无调节功能 酶是 产生的具有 的 ，其中，绝大多数酶是 。 催化作用 活细胞 有机物 蛋白质，少数的酶是RNA 酶的来源 酶的化学本质 酶的功能 特别注意 请给酶下一个比较完整的定义： 02 关于酶本质的探索 化学本质 绝大多数是____________ 少数是______________ 元素组成 合成原料 合成场所 来源 一般来说，活细胞都能产生 作用场所 作用原理 RNA 蛋白质 核糖核苷酸 氨基酸 核糖体 细胞核（真核生物） 细胞内、外及生物体外均能发挥作用 C、H、O、N、(S) C、H、O、N、P 显著降低化学反应的活化能 归纳总结 02 关于酶本质的探索 拓展延伸---酶化学本质的实验验证 自变量： 待测酶液和标准蛋白质样液或RNA样液 因变量： 是否有紫色反应或红色反应 标准蛋白质样液 待测酶液 标准RNA样液 双缩脲试剂 吡罗红染液 紫色反应 红色反应 该酶是蛋白质 该酶是RNA 02 酶在生活中的应用 多酶片 多酶片中含有多种消化酶，人在消化不良时可以服用。 加酶洗衣粉 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。 溶酶菌 溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁,具有抗菌消炎的作用。 加酶洗衣粉比普通洗衣粉有更强的去污能力,能把衣物清洗得更加干净鲜亮。 1. 关于酶本质的探索，相关叙述错误的是（ ） A．巴斯德证实了引起酒精发酵的是酵母菌所含的酶 B．科学家制取蛋白酶结晶，确立酶是蛋白质的概念 C．毕希纳从细胞中获得了含有酶的提取液 D．萨姆纳证明了脲酶是蛋白质 实战训练 2. 端粒酶由蛋白质和RNA组成，其作用是修复DNA复制过程中受损的DNA分子。将这种酶中的蛋白质和RNA分开，在适宜条件下，RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，而蛋白质不具有。这一结构表明（ ） A．酶的基本单位是氨基酸 B．绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA C．端粒酶中的RNA具有催化作用 D．核酶的作用条件较温和 实战训练 A.①②⑤ B.③⑦⑨ C.③④⑧ D.④⑤⑥ 3.下列有关酶的叙述，正确的是（ ） ①是由具有分泌功能的细胞产生的　 ②有的从食物中获得，有的从体内转化而来　 ③活细胞中都含有酶　 ④绝大多数酶是蛋白质　 ⑤有的酶是蛋白质，有的是固醇　 ⑥酶在代谢中有多种功能　 ⑦在新陈代谢和生殖发育中起调控作用　 ⑧酶只是起催化作用 　⑨酶只在细胞内发挥作用 实战训练 03 酶的特性 回忆上节课的实验“比较3、4号试管过氧化氢的分解”情况。 酶的高效性:大量实验数据表明,酶的催化效率是无机催化剂的________倍。 107-1013 意义：保证了细胞内化学反应的顺利进行。 03 酶的特性 酶没有改变产物的生成量，即不能改变化学反应的平衡点，只能缩短达到化学平衡所需的时间。 酶是否增加了产物的生成量？ 无机催化剂催化的化学反应的范围比较广，比如酸既能催化蛋白质的水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉的水解。酶也能催化多种反应吗？ 如何设计实验来证明？ 03 酶的特性 探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 1.实验原理 淀粉 蔗糖 葡萄糖（还原糖） 水 解 水解 还原糖+斐林试剂 水浴加热 砖红色沉淀 果糖+葡萄糖（还原糖） 03 酶的特性 探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 试管 编号 淀粉 溶液 蔗糖 溶液 淀粉酶 1 2 2mL 2mL 2mL 2mL 斐林 试剂 反应 条件 2mL 2mL 沸水浴 产物鉴定 该实验的自变量、因变量和无关变量分别是什么？ 平均分组 施加变量 能不能将实验中的斐林试剂换成碘液作为实验材料？ 60℃ 2.实验设计 03 酶的特性 3.实验现象与结论 对比现象： 1号试管出现砖红色沉淀 2号试管无明显变化 对比得出实验结论： 淀粉酶只能催化淀粉的水解，而不能催化蔗糖的水解，从而说明酶具有专一性。 03 酶的特性 每一种酶只能催化____________化学反应。 细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的_______是分不开的。 一种或一类 专一性 酶具有专一性： 底物浓度 反应速率 酶A+底物A 酶A+ 底物B ①反应前后酶的结构和性质不变 ②同一生物不同细胞内酶的种类和数量不相同 03 拓展---探究酶的专一性 方案二： 淀粉 + 蔗糖酶 蔗糖 + 蔗糖酶 方案四： 蔗糖 + 淀粉酶 蔗糖 + 蔗糖酶 方案一： 淀粉 + 淀粉酶 蔗糖 + 淀粉酶 方案三： 淀粉 + 淀粉酶 淀粉 + 蔗糖酶 思路1：底物不同，酶相同 思路2：底物相同，酶不同 用斐林试剂检测 用斐林试剂检测 用斐林试剂检测 用碘液或者斐林试剂检测 1.某研究小组为比较H2O2在不同条件下的分解情况，在常温下进行了如下实验。下列相关叙述错误的是（ ） 组别 质量分数为20%的H2O2溶液 实验处理 现象 1 2 mL 不处理 气泡很少 2 2 mL FeCl3溶液 气泡较多 3 2 mL 新鲜猪肝匀浆 大量气泡 A.组1和组3对照可以证明酶具有高效性 B.由于H2O2化学性质不稳定，所以最好现用现配 C.实验温度、H2O2溶液的浓度与用量均为无关变量 D.滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时不能共用一支滴管 实战训练 2.某同学为了验证淀粉酶的专一性设计了以下三种实验方案。方案一：一组试管内加入淀粉酶和淀粉，另一组试管内加入淀粉酶和蔗糖，一段时间后往两组试管中分别加入适量碘液并观察两组试管的颜色反应。方案二：一组试管内加入淀粉酶和淀粉，另一组试管内加入淀粉酶和蔗糖，一段时间后往两组试管中分别加入适量斐林试剂并观察两组试管的颜色反应。方案三：一组试管内加入淀粉酶和淀粉，另一组试管内加入蔗糖酶和淀粉，一段时间后往两组试管中分别加入适量碘液并观察两组试管的颜色反应。下列有关这三种方案的说法，正确的是（ ） A.三种方案中的两组试管加入的底物和酶的量分别相等 B.方案一加入碘液可以鉴定淀粉是否被分解，也能证明蔗糖是否被分解 C.方案二加入斐林试剂可以鉴定淀粉是否被分解，但不能证明蔗糖是否被分解 D.方案三能通过颜色反应判断两组试管中是否有还原糖产生 实战训练 04 影响酶活性的条件 酶活性：酶催化特定化学反应的能力。 情境资料：加酶牙膏需要30℃温水刷牙；多酶片作为药物，我们要从说明书中了解它的注意事项： a.不宜用热水送服 b.不能与碱性食物同服 以上事项说明酶起催化作用需要怎样的条件？ 温度影响酶的活性 pH 影响酶的活性 如何设计实验来证明？ 04 影响酶活性的条件 探究温度对酶活性的影响 1.选出探究温度对酶活性影响实验材料？原因？ 2.检测试剂？ 3.实验材料先处理温度，还是先混合？ 淀粉、淀粉酶， H2O2不稳定，受热易分解。 斐林试剂检测需要水浴加热，温度是干扰条件。 碘液， 先处理温度，再混合，原因：保证反应从一开始就是预设温度。 阅读课本82-83页，借助课本中的材料，设计实验。 选用哪种实验材料？淀粉还是H2O2？试剂使用碘液还是斐林试剂？ 04 探究温度对酶活性的影响 试管编号 试管1 试管1′ 试管2 试管2′ 试管3 试管3′ 实验步骤 一 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 二 放入0 ℃冰水中水浴5 min 37 ℃温水中水浴5min 100 ℃热水中水浴5 min 三 将1与1′试管内的液体混合后继续在0 ℃冰水内放置10 min 将2与2′试管内的液体混合后继续在37 ℃温水内放置10 min 将3与3′试管内的液体混合后继续在100 ℃热水内放置10 min 四 取出试管各加入两滴碘液，振荡 实验现象 实验结论 呈蓝色 无蓝色出现 呈蓝色 酶的催化作用需要适宜的温度，温度过高或过低都会影响酶的活性 ☆酶和底物先分别在对应温度下保温后再混合 自变量 因变量 对照组 实验组 实验组 04 影响酶活性的条件 温度 反应速率 最适温度 A B C 在一定温度范围内，酶促反应速率 随温度的升高而加快 在最适温度时，酶促反应速率最快 AB段： B点： BC段： 超过最适温度，酶促反应速率随温 度升高而减慢，直至酶失活。 抑制 失活 低温使酶活性受抑制，但酶的空间结构稳定，温度恢复， 酶活性可以恢复。（低温保存） 高温使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(高温变性) 04 影响酶活性的条件 探究PH对酶活性的影响 1.你会选择哪一种酶及底物作实验材料？为什么？ 2.用什么试剂制造不同的PH？ 3.本实验的自变量、因变量、无关变量分别是什么？ 4.底物和产物分别是什么？因变量可用什么来反映？ 5.本实验如何观察和检测？ H2O2、H2O2酶， 因为酸也能催化淀粉的水解。 阅读课本82-83页，借助课本中的材料，设计实验。 选用哪种实验材料？淀粉还是H2O2？ 04 影响酶活性的条件 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 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。 04 影响酶活性的条件 pH 反应速率 最适pH D E F 在一定pH范围内，酶促反应速率随pH的升高而加快 在最适pH时，酶促反应速率最快 DE： E点： EF： 超过最适pH后，酶促反应速率随pH升高而减慢，直至酶失活。 ①在最适pH条件下，酶活性最高（如E点）。pH偏高和偏低，酶活性都会明显降低。 ②过酸（如D点）、过碱（如F点）都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。 失活 失活 一般地，动物体内的酶最适pH在6.5－8.0之间；植物体内的酶最适pH在4.5－6.5之间；细菌和真菌体内的酶最适pH差别较大。 04 酶相关曲线分析 1.底物浓度影响酶促反应速率 酶量一定 2.酶浓度影响酶促反应速率 底物足够 （酶的数量限制） P点 04 课堂小结 酶的专一性 每一种酶只能催化一种或一类的化学反应 酶的催化效率是无机催化剂的107 ~1013 倍 酶的高效性 酶的作用 条件较温和 酶所催化的反应一般是在比较温和的条件下进行的。 实战训练 1.概念速判:基于对酶的特性和探究实验的理解,判断下列说法的正误。 (1)每一种酶只能催化一种或一类化学反应。( ) (2)高温和低温都能使酶的活性降低,但是二者的作用实质不同。( ) (3)探究酶的最适pH,需要在酶的最适温度条件下进行。( ) (4)温度过高,过酸,过碱会破坏酶中存在的肽键。 ( ) (5)酶具有高效性、专一性和反应条件温和等特性。( ) (6)酶制剂应该在低温和适宜pH条件下保存。( ) √ √ √ × √ √ A.探究温度和pH对酶活性的影响时，分别选用淀粉和H2O2作为底物 B.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用时，可用碘液检测实验结果 C.用H2O2作底物验证酶的高效性时，通过测定气泡或者氧气释放量可达 到目的 D.探究淀粉酶的最适温度的实验顺序：淀粉＋淀粉酶→置于相应水浴温 度下保温5 min→加入斐林试剂加热→观察溶液颜色变化 实战训练 2.下列有关酶的实验的叙述，正确的是（ ） 3.将乳清蛋白、淀粉、胃蛋白酶、唾液淀粉酶和适量的水混合装入一容器中，调整pH至2.0，置于37 ℃的水浴锅内。过一段时间后容器内剩余的物质是（ ） A.唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水 B.唾液淀粉酶、麦芽糖、胃蛋白酶、多肽 C.唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水 D.淀粉、胃蛋白酶、多肽、水 实战训练 05 拓展延伸 一、竞争性抑制剂 抑制剂与底物竞争酶 如图，抑制剂的结构与酶的活性中心相似，当抑制抑制与酶结合时，就阻止了底物与酶结合，如果底物与酶结合也会阻止抑制剂与酶结合。 05 拓展延伸 二、非竞争性抑制剂 由于非竞争性抑制剂不与底物竞争，因此，其抑制作用不能通过增加底物的浓度来抵消其抑制作用。 指与酶的活性位点以外的部位结合，使酶分子形状发生了变化， 活性位点不适于接纳底物分子。 Lavf57.25.100 Lavf57.62.100 Lavf58.48.100 $