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

第1节 降低化学反应活化能的酶 必修一 第5章 细胞的能量供应和利用 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。 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？ 3.怎样才能证明你的推测？ 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。 2 细胞代谢是细胞生命活动的基础，但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。 酶的作用和本质 1 一、酶在细胞代谢中的作用 1.细胞代谢 ☞细胞代谢离不开酶的催化 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。 2H2O2 2H2O + O2↑ H2O2 酶 过氧化氢酶有什么作用？ 3 一、酶在细胞代谢中的作用 2.比较过氧化氢在不同条件下的分解 （1）实验原理 通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解酶的作用和意义。 （2）实验目的 如何判断过氧化氢被分解的快慢？ 观察单位时间内产生气泡的多少 观察带火星的卫生香的复燃情况 4 （3）实验材料 ①新鲜的质量分数为20%肝脏研磨液（含H2O2 酶) ）； ②新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液； ③质量分数为3.5%的FeCl3溶液（无机催化剂）； ④各种用具如：量筒、试管、滴管、酒精灯、卫生香等等。 本实验为什么要用新鲜的肝脏？ 新鲜肝脏中有较多的H2O2 酶 。 制成肝脏研磨液会增大酶与H2O2 的接触面积，加快分解速率。 实验为什么把肝脏制备成研磨液？ 2.比较过氧化氢在不同条件下的分解 5 . 一、酶在细胞代谢中的作用 SZ-LWH 卫生香不复燃， 少量气泡 ②90℃左右的水浴中加热 ③2滴FeCl3溶液 2.比较过氧化氢在不同条件下的分解 （4）实验步骤 ①常温下反应 ④2滴新鲜肝脏研磨液 比较实验①②说明： 比较实验①③说明： 比较实验③④说明： 无机催化剂具有催化作用。 同无机催化剂相比，酶催化效率更高。 加热能促进H2O2的分解 ③号试管Fe3+数比④号试管H2O2酶高25万倍 卫生香变亮， 较多气泡 ➟ 卫生香复燃， 大量气泡 ➟ 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。 7 组别 对照组 实验组 1 2 3 4 过氧化氢 浓度 3% 3% 3% 3% 剂量 2mL 2mL 2mL 2mL 反应条件 常温 90℃ FeCl32滴 肝脏研磨液2滴 结果 产生气泡 无气泡 少量 较多 大量 卫生香 燃烧情况 不复燃 不复燃 变亮 复燃 酶和无机催化剂一样，都能催化化学反应，并且酶的催化效率更高（高效性）。 结论 2.比较过氧化氢在不同条件下的分解 1.自变量： 一、控制变量 变量： 实验过程中变化的因素称为变量。 实验过程中，人为控制的对实验对象进行处理的因素(x轴) 2.因变量： 3.无关变量： 因自变量改变而变化的变量(y轴）。 除自变量外，实验过程中存在一些对实验结果造成影响的可变因素。 实验过程中除自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致（相同且适宜）。 4.单一变量： 控制变量和设计对照实验 组别 对照组 实验组 变量 1 2 3 4 过氧化氢 浓度 浓度 3% 3% 3% 3% 剂量 剂量 2mL 2mL 2mL 2mL 反应条件 常温 90℃ FeCl32滴 肝脏研磨液2滴 结果 产生气泡 无气泡 少量 较多 大量 卫生香 燃烧情况 不复燃 不复燃 变亮 复燃 无关变量 无关变量 自变量 因变量 因变量 习题巩固 1.分析本实验的变量 10 Fe3+做催化剂 过氧化氢酶 二、设计对照实验 对照实验： 除作为自变量的因素外，无关变量都保持一致 （相同且适宜），并将结果进行比较的实验。 对照的类型： 空白对照、自身对照、相互对照、条件对照 1.空白对照： 不给对照组做任何实验处理，这里的”空白”绝不是什么影响因素都不给予，而是针对实验组所要研究的实验因素给予空白。 1号试管即为空白对照 控制变量和设计对照实验 二、设计对照实验 2.自身对照： 对照组和实验组都在同一研究对象上进行， 不另设对照组。(不同处理的前后对照) 紫色洋葱鳞片叶外表皮 滴加3%的蔗糖溶液，低倍镜观察 滴加清水后，低倍镜观察 → → 制成装片， 低倍镜观察。 → Fe3+做催化剂 H2O2 酶 3.相互对照： 不另设对照组，而是几个实验组之间相互对照，其中的每一组既是实验组也是其他组的对照组。 2、3、4为相互对照 酶的作用和本质 1 二、酶的作用机理分析 降低化学反应的活化能 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 H2O2 常态 H2O2 活跃态 提醒　 ①加热不能降低化学反应 的活化能，但是可以为 反应提供能量。 ②酶可以重复多次利用， 不会立即被降解。 活化能 供能 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。 13 图中①表示： 图中②表示： 图中④表示： 时 化学反应所需的活化能。 催化时 化学反应所需的活化能。 催化时化学反应所需的活化能。 图中③表示： 图中⑤表示： 无机催化剂降低的活化能。 酶降低的活化能。 更显著地降低化学反应的活化能（高效性） 无催化剂 无机催化剂 酶 二、酶的作用机理分析 酶的作用和本质 1 三、酶本质的探索历程 巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。 发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某种物质起作用。 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到催化作用，就像在活酵母细胞中一样。 巴斯德 李比希 毕希纳 发现了起催化作用的物质 —— 酶 15 萨姆纳：从刀豆中提纯脲酶，并证明其化学本质是蛋白质 发现少数RNA具有催化功能，称为核酶。 萨姆纳之后 科学家们获得胃蛋白酶，胰蛋白酶等许多酶的结晶，并证明这些酶的化学本质是蛋白质。 切赫、奥特曼 绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA（核酶） 核糖体的rRNA就是催化肽键形成的酶 三、酶本质的探索历程 催化作用 功能 本质 活细胞产生的 酶 来源 绝大多数酶是蛋白质， 少数是RNA 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。 四、 . 二、酶的本质 SZ-LWH 酶的作用和本质 1 四、酶的本质和功能 化学本质 合成原料 合成场所 来源 作用部位 生理功能 作用原理 绝大多数是蛋白质 少数是RNA 氨基酸 核糖核苷酸 核糖体 细胞核 降低化学反应的活化能 只起催化作用，无调节作用 活细胞（哺乳动物红细胞除外） 细胞内外、体外 18 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 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 19 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: 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号试管与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号试管作对照；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。 20 3.鉴定酶的本质是否是蛋白质 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 待测酶液 实验组 稀释的鸡蛋清 对照组 实验组呈现紫色说明该酶的化学本质为蛋白质 （1）实验组： （2）对照组： 二、拓展应用 酶的特性 2 酶的特性 2 一、酶具有高效性 酶的催化效率一般是无机催化剂的 倍。 107 ～1013 ①保证了细胞代谢快速有效地进行。 ②保证了细胞内能量供应的稳定。 加酶 加无机催化剂 不加催化剂 t 产物量 酶只能缩短达到化学反应平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。 酶不能改变最终产物的量。 1.意义 23 酶的特性 2 二、酶具有专一性 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地进行。 如：脲酶——只能催化尿素分解。 过氧化氢酶——只能催化过氧化氢分解。 二肽酶——可以催化所有的二肽分解 1.意义: 细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，还与酶在细胞中的分布有关。 24 二、酶具有专一性 2.实验：探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 （1）实验原理 ②淀粉酶可以催化淀粉水解为还原糖， 但不能催化蔗糖水解。 ①淀粉、蔗糖均为非还原糖， 不能与斐林试剂共热产生砖红色沉淀。 淀粉（非还原性） 麦芽糖（还原性） 淀粉酶 蔗糖（非还原性） ？？？？？ 淀粉酶 25 2.实验：探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 试管编号 1 2 注入可溶性淀粉溶液 2 mL － 注入蔗糖溶解 － 2 mL 注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL 60 ℃水浴保温5 min 新配制的斐林试剂 2 mL 2 mL 沸水浴煮沸1 min  实验现象 有砖红色沉淀 无砖红色沉淀 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。 斐林试剂显色条件 淀粉酶的最适温度 结论 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。 2.能否用碘液对实验结果进行检测？ 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 26 酶的特性 2 三、酶的作用条件较温和 一）温度对酶活性的影响 温度 酶活性 最适温度 a b c 0 随温度降低， 酶活性下降， 酶的空间结构稳定， 若温度升高 可恢复。 随温度升高， 酶活性下降， 空间结构遭到破坏， 温度降低时 不可恢复。 低温抑制 高温失活 温度不同，酶活性可能相同，如a、c。 27 探究影响酶活性的条件 一）、探究温度对酶活性的影响 1.实验原理 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。 无蓝色出现 碘液 淀粉酶 碘液 淀粉 蓝色 麦芽糖 酶催化特定化学反应的能力称为酶活性，酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。 28 2.实验设计思路 不用H2O2及H2O2 酶, 因: 不用斐林试剂,因: 先保温再混合 必须在达到预设的温度条件后，再让反应物与酶接触，避免在未达到预设的温度时反应物与酶接触发生反应，影响实验结果。 一）、探究温度对酶活性的影响 H2O2受热易分解，干扰实验结果 其需水浴加热，干扰自变量 操作 1号试管 2号试管 3号试管 4号试管 5号试管 6号试管 0℃ 0℃ 50℃ 50℃ 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号加入1号中 将4号加入3号中 将6号加入5号中 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 酶的催化作用需要适宜的温度，温度过低过高都会影响酶的活性。 缩小温度梯度，重复进行上述实验，进一步探究淀粉酶的最适温度 结论 30 三、酶的作用条件较温和 二） pH对酶活性的影响 随着pH降低， 酶活性下降， 若pH升高 不可恢复。 随着pH升高，酶活性下降，pH降低时 不可恢复。 过酸、过碱会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(蛋白质变性) pH 酶活性 最适pH a b c 0 d e 过酸失活 过碱失活 f 31 据图可知，不同pH条件下，酶最适温度 ； 不同温度条件下，酶最适pH ，即反应溶液pH(温度)的变化不影响酶作用的最适温度(pH)。 相同 相同 习题巩固 探究影响酶活性的条件 二）、探究pH对酶活性的影响 1.实验原理 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。 2.实验设计思路 先调pH再混合 33 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 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。 产生大量气泡 结论 二）探究pH对酶活性的影响 不用淀粉酶催化淀粉的反应： 酸性条件下淀粉会水解， 影响实验效果。 注意 2.果胶酶：溶解细胞壁中的果胶 3.加酶洗衣粉：去污力更强 4.含酶牙膏： 分解细菌，清新口气 5.多酶片： 治疗消化不良 1.溶解细菌的细胞壁：抗菌消炎 酶的应用 35 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 36 一、概念检测 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 37 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。 酶 反应物 产物 38 二、拓展应用 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。 0 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： B点： C点： 随着反应物浓度的增加,反应速率加快。 反应速率在此时达到最高 。 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。 39 二、拓展应用 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。 (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。 0 反应物浓度 反应速率 A B C B1 C1 如果 A 点时温度升高 10℃，曲线上升的幅度变小，因为图中原曲线表示在最适温度下催化速率随底物浓度的变化。温度高于或低于最适温度，反应速率都会变慢。 40 二、拓展应用 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。 (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。 0 反应物浓度 反应速率 A B C 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。 C2 41 课堂总结 酶的特性 2 1.高效性 2.专一性 3.作用条件较温和 酶的催化效率是无机催化剂的107 ～1013倍。 每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 有适宜的温度、有适宜的pH。 43 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？ 都认为发酵与酵母菌有关；巴斯德局限于与整个活细胞有关，李比希局限于细胞裂解后才发挥作用。 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？ 争论的原因是只提出观点，未进行实验验证；促使后来的科学家用实验去验证，结束争论。 3.从毕希纳的实验可以得出什么结论？ 是酵母细胞的产物引起发酵。 4.萨姆纳取得成功靠的是什么样的精神品质？ 尝试不同的方法，持之以恒的努力。 44 2H2O22H2O＋O2↑ $