5.1 降低化学反应活化能的酶课件-2026-2027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”，涵盖酶的本质、特性及作用机理。通过斯帕兰札尼实验问题探讨导入，从细胞代谢有序性引出酶，衔接已学消化酶等知识，搭建现象到本质的探究学习支架。 其亮点在于以“比较过氧化氢分解”实验培养科学思维与探究实践，通过巴斯德与李比希观点辨析渗透严谨求实态度，结合活化能曲线等模型深化生命观念。联系加酶洗衣粉等生活实例，助学生理解应用，教师可依托丰富案例实施探究教学，提升教学效果。

第五章 细胞的能量供应和利用 恩格斯 恩格斯在《反杜林论》谈到了他对于生命的认识：生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白质的化学组成部分的不断的自我更新。 新陈代谢 生物体内所发生的一系列化学反应的总称 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。 恩格斯眼中的生命 细胞代谢带来了细胞中物质、能量、信息的自我更新， 因此细胞代谢是细胞生命活动的基础！ 细胞代谢 能量 系统 三类要素 物质 信息 6CO2+6H2O +能量 C6H12O6+6O2 酶 有氧呼吸总方程式： 信息分子：胰岛素 细胞代谢 细胞代谢的通路十分繁杂，且每个细胞每分钟会发生数十万甚至数百万次反应。 是什么让这些反应有序、高效地发生的呢？ 第五章 第1节 降低化学反应活化能的酶 已学过的酶 唾液淀粉酶 多种消化酶 胃蛋白酶 多种消化酶 水解酶 有氧呼吸相关的酶 光合作用相关的酶 消化系统中的消化酶参与化学性消化 问题探讨 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。 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? 讨论 便于取出实验材料（肉块），排除物理性消化对肉块的影响，确定是否发生了化学性消化。 是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也能将肉块分解。 酶的发现 斯帕兰札尼 食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质。 后来的科学家 发现胃液中含有大量的盐酸，推测盐酸是使食物分解的物质。 1835年 （德国）施旺 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大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。 探究·实践 实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解 （1） 实验目的 （2） 实验原理 1. 加热 2. 无机催化剂——Fe3+ 3. 过氧化氢酶——存在于新鲜的肝脏 不同条件 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 2H2O2 2H2O + O2 反应条件 （3） 实验思路 1. 自变量：人为控制的对实验对象进行处理的因素 2. 因变量：因自变量改变而变化的变量 3.无关变量：实验过程中存在的其他一些会对实验结果造成影响的可变因素 控制自变量： 观察因变量： ①水浴加热 ②FeCl3溶液 ③新鲜的肝脏研磨液（含过氧化氢酶） 温度、催化剂的种类 H2O2分解速率 ①气泡冒出的情况 ②将点燃的卫生香放入试管，观察其复燃情况 H2O2浓度和体积、反应时间等 保证无关变量相同且适宜：如各试管加入2ml等浓度的过氧化氢溶液 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。一般设置对照组和实验组。 探究·实践 （4） 实验设计 试管编号 1 2 3 4 体积分数为3%的过氧化氢溶液 加入2mL过氧化氢溶液 实验处理 不处理 放入90℃左右的水浴中加热 滴入2滴FeCl3溶液 滴入2滴肝脏研磨液 检测指标 气泡冒出情况（数量、速度） — 卫生香复燃情况 探究·实践 （5） 实验结果 观察产生气泡的多少 观察卫生香的燃烧情况 基本无 少量 较多 大量 复燃 不明显 复燃 明显 探究·实践 （6） 实验结果与结论 该实验中哪两组之间可以形成对照？可以分别得到怎样的结论？ 试管编号 1 2 3 4 体积分数3%的H2O2溶液 2mL 实验处理 无 90℃ 水浴加热 2滴 FeCl3 2滴 肝脏研磨液 实验现象 气泡产生情况 基本无气泡 少量气泡 较多气泡 大量气泡 卫生香复燃情况 不复燃 不复燃 复燃不明显 复燃明显 探究·实践 催化效率：过氧化氢酶>Fe3+ 加热可以促进H2O2的分解 1、2号试管 Fe3+有催化作用 1、3号试管 过氧化氢酶有催化作用 1、4号试管 3、4号试管 意义： 1. 排除无关变量对实验结果的影响 2. 增加实验结果的可信度和说服力 空白对照 含义： 未作任何处理的对照组 相互对照 含义： 两组及以上的实验组之间进行对照。 相互对照实验=对比实验 酶与活化能 活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃态所需要的能量。 活化能 反应历程 活跃态分子的平均能量 常态分子的平均能量 加热：可直接给H2O2分子提供能量，使更多的H2O2分子达到活跃态。 催化剂：降低化学反应的活化能。 酶降低活化能的作用更显著。 反应物的平均能量 终产物的平均能量 活跃状态分子的平均能量（无催化剂） 活跃状的分子的平均能量（＋无机催化剂） 活跃状态分子的平均能量（＋酶） 能量 反应历程 E1 E2 E3 H2O2 H2O＋1/2O2 无催化剂时的活化能 加无机催化剂时的活化能 加酶时的活化能 无机催化剂降低的 活化能： 酶降低的活化能： E1—E2 E1—E3 酶具有高效性：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 酶本质的探索史 传统酿酒技术 《康熙字典》：“酶“——“酒母也”（即酵母） 19世纪所认识的酿酒过程： 糖类 酒精+CO2 一个纯化学过程，与生命活动无关。 阅读P79-80《关于酶本质的探索》，勾画出所有科学家的名字及其做出的贡献。 酶本质的探索史 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） 毕希纳 萨姆纳 李比希（化学家） 切赫、奥尔特曼 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 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 脲酶是蛋白质 少数RNA也具有生物催化功能 思考·讨论 巴斯德和李比希的观点各有什么积极的意义？各有什么局限性？ 合理之处：发酵与活细胞有关 错误之处：发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用 合理之处：引起发酵的是细胞中的某些物质 错误之处：这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解才能发挥作用 思考·讨论 请给酶下一个比较完整的定义： 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。 化学本质 功能 所有酶的化学本质都是蛋白质，都能被蛋白酶水解。 （X） 酶的本质 定义 化学本质 绝大多数是 少数是 合成原料 （基本单位） 合成场所 生理功能 作用机理 作用场所 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物 蛋白质 RNA 氨基酸 核糖核苷酸 核糖体 主要是细胞核(真核生物) 降低化学反应的活化能 催化功能 在细胞内、细胞外和生物体外均可发挥作用 酶的高效性 2 mL H2O2+2滴FeCl₃ 2 mL H2O2+2滴肝脏研磨液 原因：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。 酶具有高效性 效率：酶的催化效率是无机催化剂的107-1013倍 意义：保证了细胞代谢快速有效的进行。 酶的高效性 a、b、c三组对应于P77中实验1、3、4，说明a、b、c分别对应哪一组实验？ a——4组，加入肝脏研磨液（含过氧化氢酶） b——3组，加入FeCl3溶液 （无机催化剂） c——1组，不加入催化剂 请通过左侧两组曲线，说明酶、无机催化剂对于反应过程和反应结果的影响。 酶和无机催化剂只改变反应的速率，不改变反应体系最终状态（平衡点） 酶的专一性 无机催化剂催化的化学反应范围比较广。 酶能像无机催化剂一样，催化多种化学反应吗？ 酶的专一性 实验名称：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用。 实验目的：探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 实验思路： 实验1： 实验2： 淀粉酶 能否催化？ 淀粉 麦芽糖 蔗糖 葡萄糖+果糖 √ × 酶具有专一性 其他思路：观察不同的酶能否催化相同的实验。 酶的专一性 实验设计： 自变量： 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 因变量： 利用斐林试剂检测还原糖的生成 无关变量： 保证无关变量相同且适宜 反应物（底物）的不同 能否发生反应，生成还原糖 反应物浓度、反应时间等 酶的专一性 实验步骤 一 二 三 四 实验现象 结论 两支试管都加入 ，振荡，反应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 酶具有专一性 2mL淀粉 蔗糖 2滴淀粉酶溶液 斐林试剂 砖红色沉淀 无砖红色沉淀 酶的专一性 实验反思 1. 在该实验中能否利用碘液检测判断反应发生与否？ 不能，因为碘液无法检测蔗糖是否发生水解 2. 相较于无机催化剂，酶的催化范围较窄，这对生物体而言有何意义？ 保证细胞代谢能够有条不紊地进行 3. 酶的专一性是什么含义？ 一种酶只能催化一种或一类化合物的反应 酶的专一性 1. 上述模型描述中A、B、C、D分别代表什么？ 2. 尝试用文字描述该模型？ 3. 该模型能够解释酶的什么特性？ A——酶；B——底物；C、D——产物 酶A与底物B专一性结合，催化反应的发生，产生了C和D。 专一性 酶的作用条件较温和 淀粉 葡萄糖 盐酸 245kPa 140~150℃ 酸解法： 淀粉 葡萄糖 淀粉酶 酶解法： 糖化酶 常温常压 常温常压 比较工业中淀粉水解的两种常用方案，你有什么发现？ 有机酸和无机酸作为该反应的催化剂时需要高温高压， 酶的作用条件较温和，在常温常压下就能发生反应。 酶的作用条件较温和 实验名称：影响酶活性的条件 背景知识： 酶活性：酶催化特定化学反应的能力称为酶活性。 资料一：加酶洗衣粉一般对水温有要求，用温水浸泡效果更好，但水温不要超过60℃。 资料二：唾液的pH为6.2-7.4，胃液的pH为0.9-1.5，小肠液的pH为7.6。 通过两则资料，你能猜测哪些因素会影响酶的活性吗？ 1. 温度 2. pH 酶的作用条件较温和 实验目的：验证pH值、温度能够影响酶的活性 实验思路： 1. pH值的影响： 底物 生成物 酶 一系列pH值 测定并比较酶活性 2. 温度的影响： 底物 生成物 酶 一系列温度 测定并比较酶活性 酶活性 酶催化某一反应的速率 单位时间内反应物的消耗量 单位时间内生成物的产生量 表示 表示 表示 酶的作用条件较温和 实验目的：验证pH值、温度能够影响酶的活性 反应一： 2H2O2 2H2O + O2 过氧化氢酶 反应二： 淀粉 麦芽糖 淀粉酶 上述两个反应是否都能分别验证pH值、温度能够影响酶的活性？ ①反应一中过氧化氢在高温时会分解，影响实验结果，不能用于验证温度对酶活性的影响，仅用于验证pH值的影响。 ②反应二中淀粉会被酸催化分解，影响实验结果，不能用于验证pH值对酶活性的影响，仅能用于验证温度的影响。 探究温度对于酶活性的影响 操作 1试管 2试管 3试管 4试管 5试管 6试管 0℃ 0℃ 60℃ 60℃ 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加入1中 将4加入3中 将6加入5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 探究温度对于酶活性的影响 实验反思： 1. 本实验的自变量是什么？因变量是什么? 实验结论是什么？ 自变量是温度；因变量是酶的活性；实验结论是温度过低或过高酶的活性都较低。 2. 本实验中为什么要将淀粉和淀粉酶分别保温后再进行混合，而不采用直接混合后再进行保温？ 不能，底物和酶可能还没有经过自变量的处理，便已反应完全 3. 本实验为什么不能用斐林试剂对实验结果进行检测？ 该实验的自变量是温度，用斐林试剂检测时需要水浴加热，这样会干扰自变量。 4.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。 探究pH对于酶活性的影响 步骤 项目 试管1 试管2 试管3 1 注入新鲜的肝脏研磨液 2滴 2滴 2滴 2 注入不同pH的溶液 1 mL 蒸馏水 1 mL 盐酸 1 mL NaOH 溶液 3 注入等量的H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL 4 观察现象 产生大量气泡 无气泡产生 无气泡产生 探究pH对于酶活性的影响 实验反思： 1. 本实验的自变量是什么？因变量是什么? 实验结论是什么？ 自变量是pH值；因变量是酶的活性；实验结论是过酸或过碱都会降低酶的活性。 2. 该实验中,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。 3.如何进一步探究过氧化氢酶的最适pH？ 缩小pH梯度，重复进行上述实验。 pH 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 反应结束耗时 0.8h 0.7h 0.5h 0.4h 0.6h 0.7h 能否根据上表确定过氧化氢酶最适pH值为8.0？若不是最适pH所在的范围在哪里？ 否；最适pH范围在7.5-8.5之间 酶的作用条件较温和 ①温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。 ②在最适温度和pH时，酶的活性最高。 原因：过酸、过碱、温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。 低温不会使酶失去活性，但酶活性降低，若给予适宜的温度，酶活性又恢复，因此实验室中的酶制剂通常在低温（0-4℃)下保存。 酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。 酶的作用条件较温和 不同的酶最适pH和最适温度一样吗？请结合资料说明你的理由。 资料一：一般来说，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℃；细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大，有的酶最适温度可高达70℃。 资料二： 不同酶的最适pH和最适温度不同，有的甚至有很大差异 酶与无机催化剂 无机催化剂 酶 作用原理都是降低化学反应的活化能 反应前后数量和性质不发生改变，可重复利用 不改变反应结果， 仅提高反应速率。 催化效率较低 高效性 催化效率较高 催化范围较广 专一性 催化一种或一类反应 作用条件温和 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。 酶的分布 资料一：叶绿体中含有光合作用的酶，线粒体中含有细胞呼吸的酶，两者在细胞内的不同区室进行。 资料二：溶酶体中的酶（最适pH≈5.0）一般局限在溶酶体中发挥作用，即使少量溶酶体中的酶进入细胞质基质（pH接近中性），也会失去活性。 请结合下面两则材料，说明酶的区隔分布对于细胞生命活动有何意义？ 保证细胞生命活动的有序、有序进行，避免化学反应的相互干扰。 酶促反应的影响因素 酶促反应： 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。 底物 产物 酶 底物的浓度 酶的浓度 酶的活性 pH 温度 激活剂 抑制剂 酶促反应的影响因素 ①图甲中，温度从a降低或升高，酶促反应速率 ，下降的原因分别是 。 ②图乙中，pH从b降低或升高，酶促反应速率 ，下降的原因是 。 ③图丙中，底物浓度为c时，酶促反应速率 ，不再增长的原因是 。 ④图丁中， 时， 。 酶促反应的影响因素 甲 乙 丙 丁 均下降 低温抑制了酶活性，高温使酶的空间结构发生改变(被破坏) 均下降 酶的空间结构发生改变(被破坏) 最大 酶的数量有限，已达到饱和 底物充足 酶促反应速率和酶浓度成正比 酶促反应的影响因素 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。 （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。 酶促反应的影响因素 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。 (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。 该曲线表明,B 点的反应底物的浓度足够大,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。 酶与生活 ①溶菌酶能够溶解细菌的____________，具有抗菌消炎的作用。在临床上与________混合使用，能增强其疗效。 ②______酶能分解果肉细胞壁中的果胶，提高果汁产量，使果汁变得清亮。 ③加酶洗衣粉（例如，加入__________用于去除血渍，加入_________用于去除油渍等）比普通洗衣粉有更强的去污能力。加酶洗衣粉中的酶不是直接来自生物体的，而是经过酶工程改造的产品，比一般的酶稳定性强。 ④残留在牙缝里的食物残渣是细菌的美食，也是导致龋齿的祸根。含酶牙膏可以__________，使我们的牙齿亮洁。 细胞壁 抗生素 果胶 蛋白酶 脂肪酶 分解细菌 酶与生活 ⑤多酶片中含有多种_________，人在消化不良时可以服用。 ⑥胰蛋白酶可用于促进伤口愈合和____________，还可用于去除坏死组织，抑制________的繁殖。 ⑦利用________酶处理废油脂，制造生物柴油，既保护了环境又使其得到合理利用。 ⑧_____________酶能将易形成抗药性的青霉素改造成杀菌力更强的氨苄青霉素。 消化酶 溶解血凝块 微生物 脂肪 青霉素酰化 $