5.1 降低化学反应活化能的酶（课件）-2026-2027学年高一生物同步优质精讲课件（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 一 酶的作用和本质 二 酶的特性 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。 斯帕兰扎尼在研究鹰的 消化作用 问题探讨 2.是什么物质使肉块消失了？ 3.怎样才能证明你的推测？ 胃内的某种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。 1.为什么要将肉块放在金属笼内？ 排除物理消化对肉块的影响 一.酶的本质 P76 第一段：关于酶本质的探索 2 1773年，意大利科学家斯帕兰札尼 后来，科学家推测盐酸是使食物分解的物质。 1835年——施旺——胃蛋白酶。 酶到底是什么物质？ P79 关于酶本质的探索 根据时间轴，圈画当时背景下关于酶本质的说法，并圈画重要科学家及其观点 发酵是纯化学反应，与生命活动无关 巴斯德 李比希 毕希纳 萨姆纳 其他科学家 切赫和奥尔特曼 发酵与死细胞中的物质有关 发酵与活细胞有关 活、死细胞中的物质 都能引起发酵—酿酶 脲酶是蛋白质 胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质 少数酶是RNA 切赫 奥尔特曼 P79 思考讨论： 关于酶本质的探索 酒母——十九世纪，酒变酸 科学家 主要观点或成就 ①巴斯德 糖类变酒精需酵母菌活细胞参与 ②李比希 糖类变酒精需酵母菌细胞死亡并释放其中物质 ③毕希纳 将酵母菌细胞中引起发酵的物质称为酿酶 ④萨姆纳 从刀豆种子中提取出脲酶，证明脲酶的化学本质为蛋白质，作用为催化尿素分解 ⑤切赫和奥尔特曼 少数RNA也具有生物催化功能 酶的本质和功能 本质 绝大多数是________，少数是________ 合成原料 ____________________等 合成场所 ________、细胞核等 来源 一般来说，活细胞(哺乳动物成熟红细胞等除外)都能产生酶 功能 催化作用是酶的唯一功能 蛋白质 RNA 氨基酸或核糖核苷酸 核糖体 如核酶 1.酶的作用场所有哪些？ 2.酶有调节作用吗？ 3.反应前后酶的质量和性质是否改变？ 细胞内或细胞外 没有 没有改变 细胞代谢是细胞生命活动的基础，但细胞代谢中也会产生代谢废物，甚至会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。 幸而细胞中含有过氧化氢酶，能将过氧化氢及时分解为氧气和水。 二.酶在细胞代谢中的作用 细胞代谢 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——P76 黑体 细胞代谢离不开酶 1 2 3 4 2H2O2 2H2O + O2 探究•实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解: P78 控制变量和设计对照实验： 自变量？ 因变量？无关变量？ 科学方法 (相同且适宜、等量且适量) 设计对照实验一般步骤： 第一步：分组、编号（均分多只/株、生长一致等） 第二步：控制自变量 第三步：控制无关变量 第四步：检测因变量 ①空白对照：不给对照组以任何处理因素. 例如，在“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”的实验中，向甲试管溶液加入试剂，而乙试管溶液不加试剂（零剂量），一起进行温水浴加热，比较它们的变化。这样，甲为实验组，乙为对照组，且乙为典型的空白对照 ②自身对照:同一研究对象，不另设对照。实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化则为实验组。 如“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验，就出现了两次对照，其中第一次对照是在高浓度溶液处理下，质壁分离状态与自然状态形成对照；第二次对照是在低浓度溶液处理下，复原后状态与质壁分离状态形成对照。 ③相互对照：指不单独设对照组，而是几个实验组相互对比对照，其中每一组既是实验组也是其他级别的对照组。 比如探究不同温度下种子的萌发率。观察种子分别在5℃、15℃、25℃、35℃、45℃、55℃不同温度条件下的萌发率。 ④条件对照：指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的。条件对照的目的是通过对比得出相对立的结论，以验证实验结论的正确性。例如，“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”实验，采用等组实验法，其实验设计方案是： 甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）； 乙组：饲喂甲状腺抑制剂（条件对照组）； 丙组：不饲喂药剂（空白对照组）。 探究•实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解: 1、实验的自变量是什么？应设置哪几组？ 2、新鲜肝脏的作用？研磨液？Fecl3? 3、因变量如何观测？哪些因素必须保持相同？ 气泡产生情况、卫生香复燃情况 新鲜的肝脏——H2O2酶数量多、活性强 研磨液——增加H2O2酶与反应物的接触面 步骤 试管编号 说明 1 2 3 4 一 二 观察 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ FeCl3 肝脏 研磨液 2滴 2滴 不明显 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 反应条件 自变量 因变量 无关变量 H2O2浓度 剂量 剂量 气泡产生 带火星的木条 对照实验 对照组 实验组 实验分析： 排除无关变量对实验结果的干扰 试管号 过氧化氢溶液 实验处理 H2O2分解速率（气泡多少） 卫生香检测 1 3%,2mL 不处理 基本无气泡产生 不复燃 2 3%,2mL 90℃水浴加热 很少 不复燃 3 3%,2mL FeCl₃溶液2滴 很多 复燃不明显 4 3%,2mL 肝脏研磨液2滴 很多 复燃明显 1、2对照：加热可以加快过氧化氢的分解。 1、4对照：酶有催化作用。 3、4对照：过氧化氢酶比Fe3+ 的催化效率高得多,即酶具有高效性。 对实验结果分析可以得出什么结论？（1、2对照，1、4对照、3、4对照） 实验结果： 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号试管做对照;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。 5 蒸馏水 煮沸研磨液 研磨液 Fe3+ P80左下 拓展应用： 练.(2025·广东深圳模拟)下列实验所采取的措施,不涉及“降低化学反应活化能”原理的是(　　) A.利用溶菌酶溶解细菌的细胞壁 B.滴加肝脏研磨液促使过氧化氢的分解 C.滴加FeCl3溶液提高过氧化氢的分解速率 D.通过加热提高过氧化氢的分解速率 D 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。 ③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，因蛋白酶本身也是蛋白质，不能用双缩脲试剂鉴定。 ④酶既可以作为催化剂，又可以作为另一个化学反应的底物。　　　 催化作用的实质： 降低化学反应的活化能 活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需的能量。 活化能 反应历程 活跃态 常态 终态 原理： 加热可以加快过氧化氢分解 FeCl3能催化过氧化氢分解 过氧化氢酶能催化过氧化氢分解 过氧化氢酶的催化效率比FeCl3高 提供能量 降低活化能 显著降低活化能 拓展、人肝脏细胞某种酶，可将肝糖原分解为还原糖。为探究该酶化学本质是蛋白质还是RNA，请设计相互印证的甲、乙两个组。 甲组： 乙组： 该酶用蛋白酶处理后，再与肝糖原混合 该酶用RNA酶处理后，再与肝糖原混合 预期结果及结论： 若甲组有还原糖生成，而乙无，则该酶是RNA 若甲无乙有，则该酶是蛋白质 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 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 D 练习与应用-P80 无酶催化曲线：______ 酶促反应曲线：______ 无酶促反应所需活化能：_____ 酶促反应所需活化能： ______ 酶降低的活化能： ______ E1表示_______________ 在图中画出加入无机催化剂后的反应曲线 曲线B 曲线A E2 E3—E2 E3 在有酶和无酶作用的条件下进行反应得到下图，据图分析 反应释放出来的能量 一、高效性 二、专一性 三、作用条件温和性 三、酶的三大特性 （1）含义：酶的高效性是相对无机催化剂而言的。酶的催化效率是无机催化剂的__ _ _____倍。 （2）意义：保证细胞代谢快速进行。 （3）曲线： 107~1013 a b c 【设计实验】 1、实验a、c证明了什么？ 2、如何证明酶有高效性？ 2）酶只能缩短达到化学平衡的时间，不改变化学反应的平衡点。反应前后质量、性质不变。 酶有催化作用 a、b 反应物（底物） 酶 产物 2. 专一性 （1）含义：每一种酶只能催化 化学反应。 一种或一类 1)字母A、B、C和D分别代表______、______、______。 2)如何解释这一模型？ 锁钥学说 体现酶具有专一性。反应前后酶的理化性质不发生变化。 酶 反应物 产物 二肽酶 27 例. 下图表示一个有酶起作用的化学反应,则A、B、C最可能代表 ( ) A 麦芽糖酶 麦芽糖 葡萄糖 B 淀粉酶 淀粉 麦芽糖 C 蛋白酶 蛋白质 多肽 D 脂肪酶 脂肪 甘油和脂肪酸 B 实验探究： 淀粉酶能水解淀粉而不能水解蔗糖。 实验设计： 在含淀粉溶液和蔗糖溶液的试管中分别加入淀粉酶。 实验预测： 淀粉被水解；蔗糖没有被水解。 如何检测淀粉和蔗糖是否被水解呢？ 用碘液？还是用斐林试剂？ P81 探究•实践：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 如何验证酶具有专一性呢？ 用一种酶催化两种不同物质 or 用两种酶催化同种物质 1号试管 2号试管 实验步骤 一 二 三 实验现象 结论 分别加入淀粉酶2滴，振荡，试管下半部浸入60℃左右的热水中，反应5min 加入2mL蔗糖溶液 加入斐林试剂 振荡 水浴煮沸1min 加入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。 思考：能否用碘液对实验结果进行检测？ 不能，无论蔗糖是否发生水解，都不与碘发生颜色反应（反应前后都无变化） 唾液（淀粉酶） pH 6.2~7.4 胃夜（胃蛋白酶） pH0.9~1.5 小肠液（含多种酶） pH 7.6 使用温水30~40℃效果最佳，切勿用60 ℃以上的热水 加酶 温度或pH的改变会不会影响酶的活性呢？ 背景资料 提出问题： 做出假设： 温度或pH会影响酶的活性 唾液淀粉酶进入胃后还能消化淀粉吗？ 酶的作用条件较温和 （1）酶促反应： 由酶催化的化学反应。 （2）底 物： 发生化学反应的分子------就是反应物 （3）酶活性： 酶催化特定化学反应的能力。 【拓展】概念：酶促反应、底物、酶活性P82 （可用什么表示活性高低？） 酶的活性高低可用单位时间内底物的减少量和生成物的生成量来表示。 探究•实践：影响酶活性的条件(温度、PH) 探究温度对淀粉酶活性的影响： 淀粉酶、淀粉溶液、碘液 实验原理： 淀粉 → 碘液 蓝色 → 淀粉酶 麦芽糖+葡萄糖 → 碘液 无蓝色出现 1、实验的自变量、因变量各是什么？观察指标？ 2、至少要设计几组实验？选择几个温度？ 试管编号 1 1′ 2 2′ 3 3′ 实验步骤 一 2 mL 淀粉酶溶液 2 mL可溶性 淀粉溶液 2 mL 淀粉酶溶液 2 mL可溶性 淀粉溶液 2 mL 淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 二 在冰水中水浴5 min 在60 ℃温水中水浴5 min 在沸水中水浴5 min 三 1与1′试管内液体混合，摇匀 2与2′试管内液体混合，摇匀 3与3′试管内液体混合，摇匀 四 在冰水中水浴数分钟 在60 ℃温水中水浴相同时间 在沸水中水浴相同时间 五 取出试管，分别滴加2滴碘液，摇匀，观察现象 实验 现象 呈______ ____________ 呈______ 结论 蓝色 无蓝色出现 蓝色 酶发挥催化作用需要适宜的温度条件，温度过高和过低都将影响酶的活性 1.能否用过氧化氢的分解进行该实验的探究？ 2.能否将步骤二、三对调？ 3.能否用斐林试剂代替碘液作为鉴定试剂？为什么？ 4.如何进一步探究淀粉酶的最适温度？ 例：等梯度温度下将肉块（蛋白块）和蛋白酶放到一起 思路：如何获得更加准确的最适温度？ 温度 15℃ 25℃ 35℃ 45℃ 55℃ 65℃ 肉块消失时间 3h 2h 0.8h 0.8h 1.8h 4h 温度 35℃ 37℃ 39℃ 41℃ 43℃ 45℃ 肉块消失时间 0.8h 0.7h 0.4h 0.6h 0.7h 0.8h 问题：此为 实验，能确定酶最适温度的大致值； 最适温度一定在 之间。 问题：此为 实验，能确定酶最适温度是39℃吗？ ； 预 35℃~45℃ 正式 不能 可以用双缩脲试剂检测反应情况吗？ ①探究温度对酶活性的影响时，一定要让反应物和酶在各自所需的温度下保温一段时间，再进行混合。 ②选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度时，检测试剂不可用斐林试剂代替碘液。因为斐林试剂需在水浴加热条件下才会发生特定的颜色反应，而该实验中需严格控制温度。 ③探究温度对酶活性的影响时，不宜用H2O2作反应物，因为H2O2易分解，加热条件下其分解会加快，氧气的产生速率增加，并不能准确反映酶活性的变化。④探究pH对酶活性的影响时，不能用斐林试剂作指示剂，因为盐酸会和斐林试剂发生反应，使斐林试剂失去作用。 ⑤探究pH对酶活性的影响时，不宜采用淀粉酶催化淀粉的反应，因为用作鉴定试剂的碘液会和NaOH发生化学反应，使碘与淀粉生成蓝色络合物的机会大大减少，而且在酸性条件下淀粉也会被水解，从而影响实验的观察效果。　　　 　　　 探究PH对过氧化氢酶活性的影响： 过氧化氢酶、过氧化氢溶液 A.为什么不宜选择淀粉探究PH对酶活性影响？ 三组，偏酸性、偏碱性及中性(pH=7) C.至少要设计几组实验？ 淀粉在酸性条件下可以水解 B.本实验的自变量、因变量各是什么？观察指标？ pH、酶的活性、观察试管中气泡产生情况（卫生香复燃） 酶液 酶液 各自与等量的相应pH下的底物混合 在各自控制保温一段时间 检测 D. 设计思路 (探究pH对过氧化氢酶活性的影响) 酶液 pH1缓冲液 pH2 pHn E、步骤及现象 实验步骤 实验操作内容 试管1 试管2 试管3 一 注入等量过氧化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴 二 注入不同pH的溶液 1 mL 蒸馏水 1 mL盐酸 1 mL NaOH溶液 三 注入等量的过氧化氢溶液 2 mL 2 mL 2 mL 四 观察现象 有大量气泡产生 基本无气泡产生 基本无气泡产生 1、能否将步骤二、三对调？ 2、如何进一步探究过氧化氢酶的最适pH？ (4)结论：酶的催化作用需要____________，______________都会影响酶的活性。 适宜的pH pH偏低或偏高 υ/mmol. s-1 t/℃ 酶活性受温度影响示意图 pH υ/mmol. s-1 酶活性受PH影响示意图 最适温度 最适pH 在一定温度(pH)范围内，随温度（pH）的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围酶的催化作用逐渐减弱。 酶的作用条件较温和 数学模型 思考： （1）描述曲线含义？ （2）低温、高温对酶活性的影响其本质相同吗？ （3）酶的保存方法？ 抑制 失活 P84 低温 思考： （1）低温、高温、过酸、过碱对酶活性的影响其本质相同吗？ （2）酶的保存方法？ 均使蛋白质变性，破坏空间结构 最适PH 思考：pH为多少时，酶活性最大？从图中可以得到什么结论？ pH（温度）的变化不影响酶作用的最适温度（pH）。 0 反应物剩余量（相对值） PH 30℃ 33 ℃ 37 ℃ 35 ℃ pH的变化不影响酶作用的最适温度。 1.P84“相关信息”：胃蛋白酶的最适pH为1.5，小肠液的pH约为7.6，胃蛋白酶随食糜进入小肠后还能发挥作用吗？为什么？ 2.P85“科学·技术·社会”：以下应用分别利用了酶的什么特性？ ①溶菌酶抗菌消炎的原理是？ ②用什么方法使果汁变得清亮？ ③加酶洗衣粉为什么去污能力更强？ 溶解细菌的细胞壁，专一性 果胶酶分解果胶，专一性 高效性 5、酶的浓度 4、底物浓度： 酶促反应速率 酶的浓度 酶促反应速率 底物浓度 酶量和酶活性的限制 1.温度 2.PH 3.重金属 【总结】影响酶促反应的因素 反应底物足够多 影响酶的空间结构进而影响酶活性，影响酶促反应速率。 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 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 B 练习与应用 (课本P85页) B 【能力提升】课本P85页 拓展2 A B C A点反应速率随反应物浓度增大而升高 B点反应速率在此时达到最高。 C点反应速率不再随反应物浓度增大而升高，维持在相对稳定的水平。 (2)原因：原曲线表示最适温度下的酶促反应速率随底物浓度的变化。温度高于或低于最适温度，反应速率都会下降。 (3)该曲线表示，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。 提升科学思维：根据抑制剂与底物的关系可分为竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂，图甲为两种抑制剂的作用机理模型，图乙为相同酶溶液在无抑制剂、添加不同抑制剂的条件下，酶促反应速率随底物浓度变化的曲线。 1.竞争性抑制剂引起酶活性降低的原因是什么？对应图乙的哪条曲线？可以通过增加底物浓度解除吗？ 2.非竞争性抑制剂引起酶活性降低的原因是什么？对应图乙的哪条曲线？可以通过增加底物浓度解除吗？ 竞争酶的活性部位；曲线b；可以 酶的空间结构改变；曲线c；不可 (1)胃蛋白酶应在酸性、37 ℃条件下保存。( ) (2)具有催化功能RNA的发现是对酶化学本质认识的补充。( ) (3)淀粉酶在一定pH范围内起作用，酶活性随pH升高而不断升高。( ) (4)“探究温度对酶活性的影响”实验中，室温下将淀粉溶液与淀粉酶溶液混合后，在设定温度下保温。( ) (5)麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度低。( ) (6)酶、抗体、激素都是由氨基酸通过肽键连接而成的。( ) × √ × × × × 60℃左右，植物由于无法移动，其酶系统通常适应更高环境温度 练一练 练1.(2025·广东深圳调研)如图曲线乙表示在最适温度、最适pH条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析下列说法正确的是(　　) B A.适当升温后重复该实验，A、B点位置均会上升 B.酶浓度降低后，图示反应速率可用曲线甲表示 C.酶浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素 D.若B点后升高PH，将呈现曲线丙所示变化 练2.(2025·重庆南开中学调研)新鲜菠萝肉中的菠萝蛋白酶会损伤口腔黏膜，使人在食用过程中产生刺痛感。研究发现菠萝蛋白酶的活性与温度及NaCl溶液浓度的关系如图所示，下列说法错误的是(　　) C A.20 ℃处理和60 ℃处理对菠萝蛋白酶结构的影响不同 B.菠萝蛋白酶能损伤口腔黏膜，是由于该酶可分解黏膜细胞的蛋白质 C.菠萝蛋白酶的最适温度为40 ℃，建议食用前用此温度的水浸泡菠萝 D.该实验中不同浓度的NaCl溶液均对菠萝蛋白酶的活性起抑制作用 Lavf54.6.100 $