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5章 细胞的能量供应和利用 5.1降低化学反应活化能的酶 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 便于取出肉块、排除物理性消化干扰。 1.为什么要将肉块放在金属笼内？ 胃内的化学物质 2.是什么物质使肉块消失了？ 问题探讨 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。 3.怎样才能证明你的推测？ 经过科学家施旺的研究得知这种物质就是 。 胃蛋白酶 2 　　1．细胞代谢 　（1）概念:细胞中每时每刻都进行着许多 ，统称为细胞代谢。 　（2）意义:是细胞 的基础。 生命活动　 化学反应 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（包括头发）变白 ，会加速人体衰老。幸而细胞中含有过氧化氢酶，能将过氧化氢分解，变成氧和水。 H2O2 H2O+ O2 过氧化氢酶 一、酶在细胞代谢中的作用 2H2O2 2H2O+O2 反应条件 不同条件 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 （2）实验原理： (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。 探究.实践 质量分数为20%的肝脏研磨液，3% H2O2溶液，3.5% FeCl3溶液 。 量筒，试管，酒精灯等。 （3）材料用具: H2O2酶数量多、活性强 增加H2O2酶与反应物的接触面 新鲜的 一、酶在细胞代谢中的作用 产生量 ①点燃的卫生香的复燃情况 ②气泡冒出情况 2.比较过氧化氢在不同条件下的分解 （4）实验步骤 2.比较过氧化氢在不同条件下的分解 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 常温 90℃水浴加热 2滴FeCl3 2滴肝脏研磨液 1 2 3 4 质量分数为3.5%的FeCl3溶液和质量分数为20%的新鲜肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3+数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。 5 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？ 在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？ 加热能促进过氧化氢分解 不能，温度过高会造成生物的细胞死亡 （5）实验结果与结论 3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？ Fe3+和过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解,起催化作用 过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高的多 （5）实验结果与结论 (6) 实验结论: 酶和Fe3+都有催化作用， 与无机催化剂相比，酶的催化作用更显著。 ④3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？ 1.变量：实验过程中变化的因素称为变量。 2.自变量：在实验过程中 。 3.因变量：随_________的改变而变化的变量。 4.无关变量：除_______外，实验过程中可能还存在一些对实验结果造 成影响的可变因素。 5.对照实验：除了一个因素以外，其余因素都__________的实验。 对照实验的类型： 。 空白对照、自身对照、相互对照、条件对照 （无关变量始终相同且适宜） 人为控制的对实验对象进行处理的因素 自变量 自变量 保持一致 6.实验过程中遵循的原则： 。 一、酶在细胞代谢中的作用 控制变量和设计对照实验 3 科学方法 单一变量原则、对照原则、等量原则 生物实验设置空白对照组的意义为便于排除因其他因素对实验结果的干扰。 8 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         卫生香复燃情况         不明显 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 复燃 迅速复燃 变量 对照组 实验组 对照实验 单一变量原则 等量性原则 等量性原则 一、酶在细胞代谢中的作用 控制变量和设计对照实验 3 自变量 无关变量 无关变量 因变量 常态 终态 活跃状态 活化能 二、酶的作用机理 加热为什么能加快过氧化氢分解？ Fe3+与H2O2 酶为什么也能加快反应速率？且H2O2 酶的催化效率更高？ 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。 加热为分子提供了能量 Fe3+能降低化学反应的活化能 同无机催化相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。 酶能降低化学反应的活化能。 2.作用机理: 1.活化能: 在化学反应里能改变其它物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有变化的物质叫做催化剂。 10 二、酶的作用机理分析 E1，E2，E3表示 ， E1-E2表示 ， E1-E3表示 。 反应过程 能量 底物 产物 E3 E1 E2 不使用催化剂 使用无机催化剂 使用酶作催化剂 活化能 无机催化剂降低的活化能 酶降低的活化能 3.曲线表示: 在化学反应里能改变其它物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有变化的物质叫做催化剂。 11 4.酶的作用特点: 加酶 加无机催化剂 未加催化剂 ①只缩短达到平衡点的时间，不改变反应平衡点（不能增加产物的生成量）。 时间 a b c 生成物的量 平衡点 ②酶反应前后数量、性质不变，可以重复多次利用，不会立即被降解。 ③酶唯一的功能是催化，不具有调节作用，也不提供能量。 一样多，几支试管的H2O2 溶液的体积和浓度都相同 2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多？ 三、酶的本质 1．酶本质的探索历程 发酵是纯化学反应，与生命活动无关 巴斯德 发酵必需有活细胞参与 李比希 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 活细胞粉碎后所得物质（酿酶）的作用和活的酵母细胞一样 毕希纳 萨姆纳 脲酶是蛋白质 切赫和奥尔特曼 少数RNA也具有生物催化功能 切赫 奥尔特曼 13 2.酶的本质 活细胞产生 具有催化作用 降低化学反应的活化能　 蛋白质(大多数)或RNA 氨基酸或核糖核苷酸 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物 酶 来源 功能 本质 合成原料 作用机理 可在细胞内、细胞外(或体外)发挥作用 作用场所 14 ——鉴定酶的本质是蛋白质还是RNA 检验蛋白酶对蛋白质的水解时应选用蛋白块，通过观察其消失情况得出结论，原因是蛋白酶本身也可与双缩脲试剂发生反应。 3.实验 某种酶 + 蛋白酶 加入酶的底物 底物没有被催化→该酶是蛋白质 底物被催化→该酶是RNA (1).试剂鉴定法： 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 (2).酶解鉴定法： 15 保证了细胞内化学反应的快速进行 (3).意义: (1).含义: 四、酶的特性 酶具有高效性 1 与无机催化剂相比，酶能显著降低化学反应的活化能。 (2).原因: 酶催化效率是无机催化剂的107~1013倍 (4).曲线表示: 加酶 加无机催化剂 未加催化剂 时间 a b c 生成物的量 平衡点 a与c相比，说明酶具有 _________； a与b相比，说明酶具有___________。 催化作用 高效性 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。 酶能像无机催化剂一样，催化多种反应吗？ (1).含义： 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的进行。 (2).意义： H2O2 酶 ——H2O2 脲 酶 ——尿素 淀粉酶 ——淀粉 一种 一类 蛋白酶：蛋白质→多肽 肽 酶：多肽→氨基酸 二肽酶：二肽→氨基酸 四、酶的特性 酶具有专一性 2 不能，酶具有专一性 锁钥学说：酶有一定的空间结构，酶的反应中心与底物有特殊的匹配关系。 (3).原因: (4).曲线: 四、酶的特性 酶具有专一性 2 反应速率 反应物浓度 加酶A 加酶B或未加酶 酶的专一性原理模型 说明酶A能催化该反应物发生反应。 3%可溶性淀粉溶液、3%蔗糖溶液、 2%淀粉酶溶液、2%蔗糖酶溶液、斐林试剂、碘液 1.实验材料： 方案一 ① 淀粉酶 + 淀粉 方案二 同种底物 + 不同酶 ① 淀粉 + 淀粉酶 如何检测因变量？ 淀粉和蔗糖的水解产物都是还原糖，可以用斐林试剂来检测。 不能用碘液，碘液无法检测蔗糖是否被水解。 ② 淀粉酶 + 蔗糖 ② 淀粉 + 蔗糖酶 探究酶的专一性 四、酶的特性 同种酶 + 不同底物 探究.实践 如何设计相关的实验，验证你们的假设 如果只给你一种酶，你如何设计实验？ 酶比较贵，一般用方案一 20 2.实验设计： 探究酶的专一性： 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 探究.实践 四、酶的特性 1号试管 2号试管 实验步骤 一 二 三 实验现象 结论 加入斐林试剂 振荡 沸水浴1min 加入淀粉酶2mL，60℃左右的热水中保温5min 2mL蔗糖溶液 2mL淀粉溶液 无砖红色沉淀 有砖红色沉淀 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。 说明酶具有专一性。 温度和PH (1).含义： 四、酶的特性 酶的作用条件较温和 3 大多数酶的化学本质是蛋白质， 强酸、强碱、高温等会破坏其空间结构，使酶失去活性 酶催化的反应一般在温和条件下进行 以单位时间内底物减少量或产物生成量表示酶活性大小。 酶催化特定化学反应的能力。 (4).影响酶促反应速率的因素 (3).酶活性： (2).原因： 底物浓度和酶浓度 影响 酶活性 影响 酶与底物接触面积 抑制剂 低温：抑制酶的活性，但酶的空间结构稳定，升温后能恢复活性。所以酶适合在 下保存 高温：使酶的 遭到破坏，导致酶 ， 甚至永久失活。 (4).影响酶促反应速率的因素 ①温度 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。 低温使酶 活性抑制 高温使酶 永久失活 四、酶的特性 酶的作用条件较温和 3 不同生物的最适温度不同 动物：35-40℃之间； 植物：40-50℃之间； 细菌和真菌：差别较大。 有的酶最适温度可达70℃ 空间结构 变性 低温 ②pH值 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 超过最适pH后，酶促反应速率随pH升高而减慢，直至酶失活。 过酸、过碱都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。 过碱使酶 永久失活 过酸使酶 永久失活 四、酶的特性 酶的作用条件较温和 3 DE： E点： EF： (4).影响酶促反应速率的因素 不同生物的最适PH不同 动物：6.5-8.0之间； 胃蛋白酶最适PH是1.5 植物：4.5-6.5之间； 不同温度下，酶最适pH________； 反应溶液温度的变化________(影响 /不影响)酶作用的最适pH。 不同pH条件下，酶最适温度________； 反应溶液pH的变化________(影响/不影响)酶作用的最适温度。 不变 不变 不影响 不影响 温度、PH的综合影响 四、酶的特性 酶的作用条件较温和 3 (4).影响酶促反应速率的因素 25 酶促反应速率 酶的浓度 酶促反应速率 底物浓度 （酶量一定） 在一定浓度范围内，反应速率随浓度的升高而加快，但达到一定浓度，反应速率不再变化。 反应速率随酶浓度的升高而加快。 （底物充足） ④底物浓度 四、酶的特性 酶的作用条件较温和 3 限制因素：酶的浓度 P (4).影响酶促反应速率的因素 ③酶浓度 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。 (1)请解释在A、B、C三点时该化学反应的状况。 A点: 随着反应底物浓度的增加,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底物浓度的增加而升高,维持在相对稳定的水平。 教材P85 练习与应用 (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。 (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。 a、竞争性抑制剂： 与底物竞争结合酶的活性位点。 竞争性抑制剂的抑制作用可以通过增大底物的浓度来抵消其抑制作用。 非竞争性抑制剂不与底物竞争，其抑制作用不能通过增加底物的浓度来抵消。 b、非竞争性抑制剂： 与酶非活性部位结合，引起酶空间构象改变。 ⑤抑制剂 四、酶的特性 酶的作用条件较温和 3 (4).影响酶促反应速率的因素 人发烧时不想吃东西，原因是？ 酶在生活中的实例 体温升高导致消化酶活性降低，食物在消化道中消化缓慢。 唾液淀粉酶的最适pH为6.8，而胃液的pH为0.9～1.5，此条件酶的空间结构被破坏，使酶失活 3. 胰岛素等蛋白质类或多肽类激素只能注射，不能口服，原因是？ 2.唾液淀粉酶随食物进入胃内就会失活，原因是？ 口服会导致该类激素在消化道内被蛋白酶和肽酶分解而失效。 29 酶为生活添姿彩 溶菌酶溶解细菌的细胞壁 含酶牙膏 多酶片 加酶洗衣粉 果胶酶 酶的应用 与生活的联系1 生活中的酶 30 1.选择淀粉酶还是H2O2酶作为实验材料？ 淀粉酶，因为 H2O2受热易分解，会干扰实验结果。 四、酶的特性 探究温度对酶活性的影响 探究.实践 自变量: 因变量: 无关变量: 不同的温度 酶的活性（检测指标：淀粉分解量的多少） 淀粉和淀粉酶的浓度和用量、溶液的PH和反应时间 如何控制温度？ 如何控制？ 用冰块降温、水浴加热，用温度计随时测量 如何检测？ 用碘液检测是否出现蓝色或蓝色深浅表示 相同且适宜 不能，该实验自变量是温度，用斐林试剂时需水浴加热,会干扰自变量。 能否用斐林试剂检测？ 2.控制变量 四、酶的特性 探究温度对酶活性的影响 探究.实践 先保温再混合 3.实验思路 1试管 1′试管 2试管 2′试管 3试管 3′试管 实 验 步 骤 1 2 3 4 5 取出试管，分别滴加2滴 摇匀，观察现象 实验现象 结论 变蓝 不变蓝 变蓝 碘液 温度对酶的活性有影响，温度偏低或偏高都会降低酶活性 2mL淀粉 溶液 2mL淀粉 溶液 2mL淀粉溶液 2mL淀粉酶 溶液 2mL淀粉酶 溶液 2mL淀粉酶 溶液 在冰水中水浴5min 在60℃水中水浴5min 在沸水中水浴5min 1与1′试管混合摇匀 2与2′试管混合摇匀 3与3′试管混合摇匀 冰水中水浴数分钟 60℃水浴数分钟 沸水中水浴数分钟 四、酶的特性 探究温度对酶活性的影响（ 淀粉和淀粉酶 ） 探究.实践 1.选择淀粉酶还是H2O2酶作为实验材料？ H2O2酶，因为淀粉在酸性条件下可以水解 四、酶的特性 探究PH对酶活性的影响 探究.实践 不同的pH 酶的活性（检测指标：过氧化氢分解速率） H2O2和H2O2酶的浓度和用量、温度和反应时间等 自变量: 因变量: 无关变量: 如何控制PH？ 如何控制？ 可加入强酸或强碱 如何检测？ 相同且适宜 气泡产生量，卫生香复燃情况 2.控制变量 四、酶的特性 探究PH对酶活性的影响 探究.实践 3.实验思路 先调pH再混合 实 验 步 骤 1 2 3 4 实验现象 结论 各加入3%过氧化氢2mL 反应约5min，记录气泡产生情况（或插入卫生香，观察复燃情况） 各加入2滴肝脏研磨液 1号 2号 3号 1mL PH=7的缓冲液 1mL HCl 1mLNaOH 酶的作用需要适宜的PH，PH偏高或偏低都会使酶活性降低 有大量气泡产生 卫生香复燃明显 无明显气泡产生 卫生香不复燃 无明显气泡产生 卫生香不复燃 实验中,能否将步骤2、3调换?为什么? 不能。若调换2、3步骤,在调节pH之前,试管中已经发生了反应,从而影响实验结果。 四、酶的特性 探究PH对酶活性的影响(过氧化氢和过氧化氢酶) 先加酶调pH，再加底物反应，不用淀粉 Lavf57.41.100 Lavf57.41.100 $