3.1.1生物催化剂——酶-课件-2026-2027学年高一上学期生物苏教版必修1

该高中生物学课件以“酶”为核心，系统涵盖酶的本质、作用原理、特性及影响因素。通过斯帕兰扎尼实验、发酵历程等导入，从酶的定义过渡到降低活化能的作用原理，再到高效性、专一性、作用条件温和的特性，构建从现象到本质的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，通过“比较过氧化氢分解”“验证酶专一性”等实验培养科学思维与探究实践能力，结合加酶洗衣粉等生活实例体现生命观念。小结系统梳理知识，助力学生构建网络，教师可借实验案例提升课堂互动与教学效果。

光合作用 细胞呼吸 能量 物质代谢 有机物 分解 有机物 合成 酶 ATP 1 第3章 细胞的能量转换和利用 第1节 生物催化剂——酶 问题探讨 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。 讨论 斯帕兰扎尼在研究鹰的 消化作用 1. 金属笼的作用是什么？ 2. 怎样才能证明肉块消失是化学物质作用？ 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。 后来科学家发现，胃液中含有大量的盐酸，于是推测盐酸是使食物分解的物质。 1835年，德国科学家施旺通过实验发现，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。 酶是什么物质呢？ 1.酶本质的探索历程 十九世纪，酒变酸 为什么？ 酶－－是活细胞产生的具有催化功能的有机物。绝大多数是蛋白质，少数是RNA. 一、酶的本质 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） 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后才能发挥作用 毕希纳 酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎死亡后继续起催化作用，与在活酵母细胞中一样，称为酶。 萨姆纳 获得脲酶结晶，并证明其是蛋白质 李比希（化学家） 切赫、奥尔特曼 少数RNA也具有生物催化功能 酶，酒母也。 ——《康熙字典》 CO2+H2O （CH2O) +O2 光能 酶 C6H12O6+6H2O+O2 6CO2+12H2O+能量 酶 氨基酸 多肽 酶 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为 光合作用 有氧呼吸 蛋白质合成 2. 酶在生物体中有什么作用？ 细胞代谢的高效进行离不开酶的催化 细胞代谢 物质和能量 细胞进行生命活动需要物质与能量，而细胞中能量的储存、释放和利用，都必须通过化学反应来实现。 酶体现了蛋白质的哪一种功能？ 酶的合成场所在哪？ 合成酶的原料是什么？ 酶能否在细胞外发挥作用？能否在体外发挥作用？ 酶的本质 催化作用 大多在核糖体，有的在细胞核或拟核 氨基酸或核糖核苷酸 酶是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA。 根据酶的定义，回答以下问题： （化学本质） 若代谢反应中缺少酶会如何呢？ 与无机催化剂相比酶具有什么特性呢？ 探究·实践 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。 1. 实验原理 2. 实验目的 通过比较H2O2在不同条件下的分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。 2H2O2 2H2O + O2 反应条件 1.常温 2.加热 3.加FeCl3 4.加过氧化氢酶. 细胞代谢中会产生过氧化氢，如不及时清除会对细胞产生损伤。新鲜肝脏细胞中有较多过氧化氢酶，能将H2O2及时分解为氧气和水。FeCl3溶液中Fe3+也能催化H2O2分解。 实验自变量和因变量是什么？ 需要设计哪些反应条件？ 自变量 （人为控制） 因变量 (检测对象) 试验编号 1 2 3 4 H2O2 实验处理 观察指标 3mL 3mL 3mL 3mL 无 90℃水浴 加热 FeCl3 2滴 肝脏研磨液 2滴 气泡产生情况； 卫生香复燃情况 3. 实验设计 如何判断H2O2被分解的快慢？ H2O2的浓度和反应时间会不会对因变量造成影响？ 属于实验设计中的何种变量？ 为了不影响实验效果，应如何处理？ H2O2的浓度和使用量需相等；各种条件反应时间相同等。（即无关变量需相同且适宜） 无关变量(除自变量外，对结果造成影响的其他可变因素) 气泡 卫生香 探究·实践 实验结果 90℃加热 两滴FeCl3溶液 两滴肝脏研磨溶液 气泡数量最少 卫生香燃烧 卫生香 燃烧猛烈 气泡数量较少 气泡数量较多 气泡数量最多 1 2 3 4 卫生香不燃烧 卫生香不燃烧 常温 讨论 3号和4号试管分别与1号相比，说明了什么？ Fe3+和肝脏中的过氧化氢酶都能催化过氧化氢分解。 3号试管与4号试管相比，说明什么？ 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。 1号试管与2号试管相比，说明了什么？ 加热能促进H2O2的分解，提高反应速率。 由此可得出什么结论？ FeCl3和过氧化氢酶都可以催化H2O2 分解； 同无机催化剂（FeCl3）相比，酶的催化效率更高 (高效性)。 试验编号 1 2 3 4 H2O2 实验处理 结果 几乎无气泡 少量气泡 较多气泡 大量气泡 3mL 3mL 3mL 3mL 无 90℃水浴 加热 FeCl3 2滴 肝脏研磨液 2滴 已知催化剂只缩短反应所需的时间，不改变生成物的量，即不改变化学反应平衡点。尝试在下图中绘制不同反应条件下的曲线图。 加酶 加无机 催化剂 无催 化剂 生成物的量 时间 0 1 3 4 反应物的量 时间 0 1 3 4 2 加热 2 为什么在酶的作用下过氧化氢的分解速度显著加快了呢？ 试验编号 1 2 3 4 实验处理 结果 几乎无气泡 少量气泡 较多气泡 大量气泡 无 加热 FeCl3 肝脏研磨液 二、酶的作用原理 1. 将石头推到山下是否全程需要用力？ 2. 推到什么地方后不再需要用力？ 3. 怎样更容易将石头推下山？ 为什么酶可以高效催化化学反应呢？ 在一定温度下，反应物分子需要从外界获取一定的能量，使分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态，这部分能量称为活化能。 二、酶的作用原理 图中①表示：无催化剂时化学反应所需的活化能。 图中②表示：无机催化剂催化时化学反应所需的活化能。 图中④表示：酶催化化学反应时所需的活化能。 常态 终态 活跃状态 活化能 同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。 二、酶的作用原理 据图分析，酶的催化作用是如何实现的？ 酶的高效性如何体现？ 显著降低化学反应所需的活化能（活化能越低，处于活化状态的分子越多），从而提高反应速率。 常态 终态 活跃状态 活化能 bc 。 b a c d 反应过程 能量 常态 （反应物） 终态 （产物） 活跃状态 ① ② ③ ac__________________________ _________。 ② ① 酶降低的活化能 无催化剂条件下，反应所需要的活化能 无催化剂 无机催化剂 ③ 酶 ab 酶催化时，反应所需活化能 归纳：各条件使反应加快的实质 思考 加热如何影响反应所需的活化能？ 15 酶高效性的曲线分析 时间 产物浓度 A、加酶 B、加无机催化剂 C、不加催化剂 酶作为催化剂的特点： ①反应前后性质、数量不变； ②通过降低化学反应活化能改变反应速率； ③缩短达到平衡的时间，不改变平衡点（即产物的总量不变） A、C曲线比较，说明酶具有________ A、B曲线比较，说明酶具有________ 高效性 催化作用 若使酶的剂量加倍曲线如何变化？ 16 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？ 酶的专一性： 一般每一种酶只能催化一种或一类化学反应 如何设计实验验证酶具有专一性呢？ H2O2 酶 ——只能分解H2O2 脲 酶 ——只能分解尿素 淀粉酶 ——只能分解淀粉 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 三、酶的特性 思考：一个严谨科学的实验该如何来设计？哪些因素是我们需要考虑的？ 自变量： 因变量： 无关变量： 除自变量外，实验中还存在的一些可能对实验结果造成影响的可变因素. 因自变量的改变而变化的量 为达到实验目的而人为控制的变量 1. 变量：实验过程中变化的因素 变量 观察检测指标 2. 实验设计原则 对照原则：设计对照实验，既要有对照组又要有实验组。 单一变量原则：在一组对照实验中，除了自变量发生变化外，其他变量如生理状态(动物)、生长情况(植物)、培养环境应保持相同且适宜。 平行重复原则：多次重复以减少误差，如有数值要取平均值。 科学性原则：实验方案严谨，选材合适，步骤科学规范。 3. 实验设计需要考虑的问题 是否需要分组、编号？若分组需要随机均分。 如何处理实验组和对照组？喷施、饲喂、注射等实现加法/减法 实验材料如何处理？研磨、离心、过滤、培养等处理手段 如何控制实验变量？对自变量、无关变量的处理 如何显示实验结果？使因变量的现象更明显，易检测量化,平均值 探究·实践：验证酶的专一性 材料：淀粉溶液、蔗糖溶液、淀粉酶溶液、蔗糖酶溶液、 斐林试剂、碘液、水浴锅等 方案一 方案二 酶相同，底物不同 底物相同，酶不同 ①淀粉+淀粉酶溶液 ②等量蔗糖+等量淀粉酶溶液 ①淀粉+淀粉酶溶液 ②等量淀粉+等量蔗糖酶溶液 如何处理实验组和对照组？ 如何检测？可能出现哪些结果？分别可得出什么结论？ 20 实验步骤 一 取两支试管，编号1、2 二 三 2支试管均加入______________2滴，振荡，试管下半部浸到60℃的热水中，反应5min。 四 加入__________→振荡→60℃水浴加热2min 实验现象 结论 1号试管加入2mL淀粉溶液 方案一：酶相同，底物不同 2号试管加入2mL蔗糖溶液 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 淀粉酶溶液 斐林试剂 1号试管溶液生成砖红色沉淀 2号试管溶液不生成砖红色沉淀 自变量 因变量 无关变量 实验中的自变量、因变量和无关变量是？ 呈什么颜色？ 【思考】 1.用斐林试剂检测的原理是什么？ 2.为什么不用碘液检测？ 斐林试剂可以与产物（还原糖）发生颜色反应。 淀粉（非还原性） 麦芽糖（还原性） 酶 蔗糖（非还原性） 葡萄糖（还原性）+果糖（还原性） 酶 碘液无法鉴定蔗糖是否发生水解，反应前后均不变蓝。 22 实验步骤 一 取两支试管，编号1、2 二 向两支试管各加入2mL淀粉溶液 三 四 反应5min后，向两支试管加入等量的________ 实验现象 结论 1号试管加入2滴淀粉酶溶液 2号试管加入2滴蔗糖酶溶液 淀粉酶能催化淀粉水解，蔗糖酶不能催化淀粉水解 【思考】该实验能否用斐林试剂鉴定？ 可以，1号出现砖红色沉淀，2号没有 方案二：底物相同，酶不同 淀粉酶和蔗糖酶对淀粉的水解作用 碘液 1号试管溶液不变蓝 2号试管溶液变蓝 自变量 因变量 无关变量 实验中的自变量、因变量和无关变量是？ 底物 （反应物） 酶 产物 （生成物） 酶 酶 为什么酶有专一性？ 三、酶的特性——专一性 模型的含义：酶的活性中心与底物在空间结构上能够匹配，二者结合后催化反应的发生。 大多数酶在发挥作用时自身结构会改变以契合底物结构。 锁钥模型 底物 产物 （酶促反应） 酶 【想一想】生物体为什么需要酶具有专一性？ 使代谢有序进行 24 构成酶的化学元素一定含有C、H、O、N。 具有分泌功能的细胞才能产生酶。 酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核苷酸。 酶在化学反应中为底物供能并降低其活化能。 酶具有催化、调节等功能。 唾液淀粉酶水解淀粉的过程需细胞提供能量。 人体的肝脏细胞也能产生氧气。 微量的过氧化氢酶就能使H2O2快速分解可以体现酶的高效性。 √ 判断 × × × × × √ √ 许多无机催化剂需要在特定温度、pH、压强等条件下发挥作用，酶发挥作用需要怎样的条件呢？ 1. 加酶洗衣粉包装袋上，往往注明这种洗衣粉的适用温度范围。 2. 人在发烧时往往食欲较差，身体乏力。 3. 初中做消化酶实验时，需要控制温度。 4. 探究酶专一性实验中，需要在60℃热水中保温5 min。 生活实践 做出假设：温度对酶的活性有影响 酶活性：酶催化特定化学反应的能力。 酶活性可用在一定条件下单位酶所催化某一化学反应的速率衡量，即单位时间内底物的消耗量或产物的生成量。 提出问题：为什么酶促反应的正常进行对温度范围有要求？ 通常温度越高，化学反应速率越快 实验1：探究温度对酶活性的影响 实验材料：淀粉、淀粉酶、碘液 ①该实验的原理是？ ②实验自变量、因变量？ 在不同温度下反应一定时间后检测淀粉含量. ③大致实验思路？ 反应一定时间后蓝色的深浅程度。 ④如何显示化学反应速率？ 1试管 2试管 3试管 4试管 5试管 6试管 加淀粉 2mL — 2mL — — 加淀粉酶 — — 2mL — 2mL 预保温 混合 将2加入1中 将4加入3中 将6加入5中 保温 0℃冰水保温5min 60℃水浴保温5min 100℃水浴保温5min 加碘液 2滴 2滴 2滴 观察颜色 结论 0℃冰水保温5min 60℃水浴保温5min 100℃水浴保温5min 2mL 2mL 浅蓝 深蓝 不变蓝 温度过高或过低都会降低酶的活性 探究温度对酶活性的影响（淀粉酶） 无关 变量 2、预保温的目的是什么？该步骤能省略吗？ 🤔 讨论 3、为什么不能选择斐林试剂代替碘液作检测试剂？ 为了确保酶和底物接触时处于预设的温度，可减小实验误差，因此预保温步骤不能省略。 斐林试剂需要加热，而该实验需要严格控制温度。 不可以，过氧化氢在加热条件下会分解。 1、本实验能否选择过氧化氢酶催化过氧化氢？ 4、如何进一步探究淀粉酶的最适温度？ 缩小温度梯度（梯度要均匀），重复上述实验。 5、将低温组和高温组分别调节温度到60℃继续反应实验现象分别如何？ 酶活性 o 温度 酶活性受温度影响示意图 A B C 动物体内酶 35~40℃ 植物体内酶 40~50℃ 人体内酶 37℃ 唾液淀粉酶 37℃ α淀粉酶 60℃ (从植物中提取) ①在最适温度（B）时，酶的活性最高。 ②温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活，不可恢复。 ③在0℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会恢复。 酶制剂适宜在低温下保存。 三、酶的特性——作用条件通常较温和 1、不同消化液的pH不一样，唾液的pH为6.2-7.4，胃液的pH为0.9-1.5，小肠pH为7.6-8.4。胃蛋白酶会随食糜进入小肠，为什么不会消化掉小肠？ 2、服用多酶片时为什么必须整颗吞服而不能破碎后服用？ 生活实践 做出假设：pH对酶的活性有影响 实验2：探究pH对酶活性的影响 实验材料：H2O2、过氧化氢酶 ①该实验的原理是？ ②实验自变量、因变量？ 在不同pH条件下检测的H2O2分解速率. ③大致实验思路？ 32 实验 步骤 一 取三支试管，编号1、2、3。 二 1号试管中加入 _____________ 。 2号试管中加入等量 __________________。 3号试管中加入等量 _________________。 三 三支试管都加入 ______________________ 四 三支试管都加入 ，振荡，反应 实验现象 实验结论 2滴NaOH 2 mL H2O2溶液 产生少量气泡 产生大量气泡 酶的催化作用需要适宜的pH, pH偏高或偏低都会降低酶的活性 2滴新鲜肝脏研磨液 蒸馏水 稀盐酸 产生少量气泡 实验2：探究pH对酶活性的影响（H2O2酶） 无关 变量 无关变量有哪些？ 33 1. 可以用淀粉酶探究pH对酶活性的影响实验吗？ 🤔 讨论 不可以，淀粉在酸性条件下会水解； 如果用斐林试剂鉴定产物还原糖，由于斐林试剂作用的条件是碱性环境，所以无法监测pH为酸性条件的酶的活性。 如果用碘液鉴定底物淀粉的含量，则碘会与碱性环境下的NaOH反应生成NaI； 2. 可以先加酶再调节pH吗？可以先加底物和酶后再调pH吗？ 3. 低pH组和高pH组调节pH到中性后，实验现象分别如何？ 酶的名称 最适pH 动物体内酶 6.5-8.0 植物体内酶 4.5-6.5 胰蛋白酶 8.0-9.0 胃蛋白酶 1.5-2.2 ①在最适pH下，酶的活性最高。 ②pH偏高或偏低，酶活性都会明显降低。 ③过酸、过碱，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活，不可恢复。 酶的活性受pH的影响 A B C 三、酶的特性——作用条件通常较温和 哪些因素可以影响酶促反应的速率？ 【思考】应当将酶在什么的条件下保存？ 酶活性 学生自己描绘这个图像 35 四、影响酶促反应速率的因素及其规律 酶催化速率的表示方法：单位时间内底物的减少量或产物的生成量。 1.温度 2.pH A B C 还有哪些因素可以影响酶促反应的速率？ 四、影响酶促反应速率的因素及其规律 酶催化速率的表示方法：单位时间内底物的减少量或产物的生成量。 3.酶的浓度 υ/mmol. s -1 酶的浓度 在底物足量情况下反应速率与酶浓度呈正相关。 4.底物浓度 底物浓度 （酶量一定情况下） υ/mmol. s -1 在酶量一定的条件下，在一定范围内酶促反应速率与底物浓度呈正相关；但当底物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性的限制，酶促反应速率不再增加。 （底物足量情况下） B A （一）酶的特性 1、酶具有高效性：与无机催化剂相比，酶能更显著地降低反应的活化能 2、酶具有专一性：一种酶只能催化一种或一类化合物的反应 3、酶的作用条件温和：酶催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的，通常为生理条件，要有适宜的温度和适宜的pH （二）影响酶促反应的因素 反应过程 酶与底物接触 酶催化 完成反应 限速点 分子接触概率 酶活性 影响因素 底物浓度、酶浓度 温度、pH （影响接触概率） （影响酶的活性） 小结 38 放眼社会 酶与疾病 1.许多遗传病的发生与酶有关 2.某些有机磷农药能与神经组织中胆碱酯酶的活性中心结合，使酶的活性中心不能与底物互相结合。 3.酶作为药物已经用于多种疾病的治疗。 例如，淀粉酶、蛋白酶用于帮助消化，胰蛋白酶用于化脓性伤口的净化，纤溶酶和尿激酶在血栓治疗中具有重要作用。 4.当人体患病时，某些酶的活性会出现异常。 佝偻病患者血清中碱性磷酸酶的活性增高；癌细胞转移扩散时，血清中乳酸脱氢酶的活性增高；甲型病毒性肝炎患者血清中氨基转移酶的活性增高。 5. 酶原 消化酶、凝血酶等在细胞外发挥作用的酶刚分泌出细胞时通常以无活性的酶原形式存在，需要被蛋白酶等水解一部分肽链后才有活性。 例如：胃蛋白酶原需要在胃酸的作用下激活为胃蛋白酶。 （ ）1．下图纵轴为生成物量，横轴为反应时间，其中能正确表示酶浓度增加， 而其他条件不变时，生成物量变化的曲线图是（虚线表示酶增加后的变化曲线） （ ）2．将唾液淀粉酶溶液的PH值由1.8调高至12的过程中,其催化活性表现为下图 (纵坐标代表催化活性,横坐标代表PH值) C C 0 0 0 0 14 14 14 14 3. 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。 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。 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？请画出相应的曲线. $