2021-2022学年高一上学期生物人教版必修1 5.1降低化学反应活化能的酶课件(45张PPT）

(共45张PPT)
第5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
人们普遍认为鸟类的胃只能磨碎食物，不能分解食物中的有机物，也就是说，鸟类的胃只有物理性消化，没有化学性消化。
实验背景：
实验过程：
将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去，一段时间后取出小笼子，发现笼内的肉块消失了。
思考：
这个实验说明了什么问题？
说明鸟的胃里有化学性消化；食物被某些化学物质分解了。
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。
细胞的生活需要物质和能量，能量的释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现。细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。
一、细胞代谢
一、细胞代谢
CO2+H2O （CH2O) +O2
光能
酶
C6H12O6+6H2O+O2 6CO2+12H2O+能量
氧气
酶
氨基酸 蛋白质
酶
脱水缩合
叶绿体
线粒体
核糖体
细胞代谢是细胞生命活动的基础
细胞代谢离不开酶
SOD，全名叫超氧化物歧化酶，被广泛用于食品、饮料、牙膏和化妆品中，它能去除人体内的垃圾——超氧化物，使人延缓衰老，保持青春活力。
大宝
酶为生活添姿彩
巴斯德之前
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德
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
毕希纳
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
萨姆纳
脲酶是蛋白质
李比希
切赫、奥特曼
少数RNA也是具有生物催化功能的酶
二、酶本质的探索历程
酶是 产生的具有 的有机物。
活细胞
（来源）
催化作用
（功能）
其中绝大多数酶的化学本质是 。
少数酶的化学本质是 。
蛋白质
RNA
酶的本质
本质
三、酶在细胞代谢中的作用
细胞代谢是细胞生命活动的基础，在代谢过程中也会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。
幸而细胞中含有一种物质，能将过氧化氢酶及时分解，变成氧和水。这种物质就是过氧化氢酶。
2H2O2
1.常温下反应
2.加热
3.Fe3+做催化剂
4.过氧化氢酶
新鲜的猪肝研磨液
加入试管直接观察
水浴加热
滴加FeCl3溶液
实验目的：通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解酶的作用。
三、酶在细胞代谢中的作用
→ 2H2O + O2

步骤 试管编号 说明
1 2 3 4 底物 H2O2 浓度
剂量 人为改变
剂量 底物分解速度 气泡产生
卫生香燃烧 结论
比较过氧化氢在不同条件下的分解速率
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
过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样
反应条件
自变量
因变量
无关变量
y=k·x
若干滴
大量
复燃
变量
指
标
对照组
实验组
对照实验
等量性原则
等量性原则
单一变量原则
y=kx+z
1.与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明了什么？
2.在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？
3.3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？
讨论：
加热能促进过氧化氢的分解,提高反应速率
FeCl3中Fe3+和猪肝研磨液的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率
不能
4.3号与4号相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？
讨论：
4号反应更快，
细胞每时每刻都在进行着成千上万的化学反应，要在常温常压的条件下高效率的进行化学反应，只有酶能满足这样的条件。
说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。
为什么加热、催化会使反应速率加快？
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称为活化能
2 H2O2 → 2 H2O + O2
反应物
产物
………………
活化能
反应进程
能量
各条件使反应加快的本质：
加热、催化剂在化学反应中的作用
产物
反应进程
反应物
………………
活化能
能量
..…………
无机
催化剂
……..
酶
能量
反应物
产物
…………………
活化能
反应进程
加 热
各条件使反应加快的本质：
加热：
无机催化剂：
酶：
降低化学反应所需的活化能
提高分子自身的能量使接近所需活化能
更显著地降低化学反应所需的活化能
无催化剂条件下所需的活化能
酶降低的活化能
(1)没有酶催化的反应曲线是 .
(2)有酶催化的反应曲线是 .
(3) 段的含义是在无催化剂的条件下，反应所需要的活化能
(4) 段的含义是酶降低的活化能。
②
①
AC
BC
(5)若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则B点在纵轴上将 (向上、向下)移动，即反应需要的活化能要 (增大、减小）。
√
√
3.酶作用的本质：
降低化学反应的活化能
酶是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物。
酶的作用
降低活化能
酶是活细胞产生的，只能在活细胞中发挥作用吗？
酶是活细胞产生的，酶在细胞内外都能发挥作用
由酶催化的化学反应，称酶促反应 ；
酶在适宜条件下对化学反应的催化效率为酶的活性；
酶的作用
和无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。
正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和的条件下快速进行。
化学本质
合成原料
合成场所
来源 生理功能 作用原理 多数蛋白质
少数RNA
氨基酸
核糖核苷酸
核糖体
细胞核（真核生物）
活细胞都能产生酶
生物催化作用
显著降低化学反应的活化能
产物
时间
1.常温
2.90℃水浴
3. FeCl3
4.过氧化氢酶
2 H2O2 2 H2O + O2
酶
N
2N
(N)
5.酶量加倍，底物量不变
底物量一定，化学平衡点不变，酶加倍只加快化学反应速率。
提问：如何增加产物的量？
增加底物浓度
酶的作用（催化作用）：
能加快化学反应速率，但不能改变化学反应平衡点；
只改变化学反应速率，但不能改变化学反应方向；
不为化学反应提供物质和能量；
酶不参与反应，在反应中不会被消耗，但长久使用会钝化，需细胞自我更新。
你在打球或者赛跑时，肌细胞需要大量的能量供应，如果有关的酶催化效率很低，供能的化学反应只能慢悠悠进行，你还能跑得快吗？？
酶具有高效性
满足细胞高效率进行化学反应的需求
酶的催化效率大约是无机催化剂的107-1013倍
提高化学反应速率，缩短达到平衡点的时间，而不改变平衡点。
思考1：酶的催化效率是如此的高效，那么酶是不是就是万能的了？就一种酶是不是就可以催化所有的化学反应了呢？
思考2：口腔里有唾液淀粉酶，为什么塞进牙缝里的肉丝两天后还没被消化
酶还有专一性
淀粉和蔗糖都是非还原糖，他们在酶的催化作用下都能水解成还原糖。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
试管1 试管2
可溶性淀粉溶液 2ml -
蔗糖溶液 - 2ml
新鲜的淀粉酶溶液 2ml 2ml
现象
蓝色，无砖红色沉淀
有砖红色沉淀
专一性
酶的专一性是普遍存在的
生物体内有些酶能够催化某些分子结构相近的矿物质，如二肽酶，可以催化任何两种氨基酸组成的二肽水解。
所以，准确地说，酶的专一性是指一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应。
1. A 是酶，B、C、D 是底物。
2. 酶A 只能和底物B 结合，将底物B 分解为E 和F，体现了酶的专一性。
3. 酶和底物就像“锁和钥匙”一样，酶专一性识别底物后才能发挥作用。
4. 反应前后，酶的结构和性质不变。
课堂练习
1.能水解脂肪酶的酶是
A.淀粉酶 B.蛋白酶
C.脂肪酶 D.麦芽糖酶
B
一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应；细胞中有成千上万的化学反应，也就是说细胞中的酶也是多种多样的。
酶还有多样性
（目前已发现的酶有8000多种）
催化剂 无机催化剂 酶
催化效率
催化范围
催化条件
无机催化剂和酶的比较
低
高
大
小
高温、高压、强酸或强碱均可
？？？
小资料
初中做消化酶实验时，需要控制温度等实验条件。加酶洗衣粉的包装袋上，往往注明这种洗衣粉的适用温度范围。
唾液淀粉酶、胃蛋白酶等消化酶都是在消化道中起作用的。不同部位消化液的pH不一样。唾液的pH为6.2-7.4，胃液的pH为0.9-1.5，小肠液的pH为7.6.唾液淀粉酶会随唾液流入胃，胃蛋白酶会随食糜进入小肠。
读了上述文字，你能提出什么问题？
温度、pH对酶的活性有影响吗？
材料用具 P82
温度对酶活性的影响
2%新配置淀粉酶溶液
3%可溶性淀粉溶液
热水
蒸馏水
冰块
碘液
斐林试剂
pH对酶活性的影响
20%新鲜肝脏研磨液
3%过氧化氢溶液
5%盐酸
5%NaOH溶液
蒸馏水
①温度对酶活性的影响
1 2 3
3％可溶性淀粉 2ml 2ml 2ml
温度
2％淀粉酶
碘液
颜色
结论 冰水中
37℃水浴
沸水浴
淀粉酶保温2min
1ml
1ml
1ml
1滴
1滴
1滴
摇匀混合，放置反应5min
变蓝
变蓝
不变蓝
淀粉酶在37 ℃中活性最强
自变量
因变量
【特别提示】
（1）本实验不宜使用斐林试剂检验有无葡萄糖的生成，因为斐林试剂与还原糖的反应需要加热条件，而本实验必须严格控制温度。
（2）实验中一定要将盛有淀粉酶和淀粉溶液的两支试管分别保温后再混合。若先混合再放到相应的温度环境中，混合后在达到相应温度之前会发生反应，影响实验结果。
（3）本实验不适合用H2O2 作为底物，因为H2O2 遇热会加速分解，无法确认实验现象的出现是不是温度对酶活性影响的结果。
图5-3 酶活性受温度影响示意图
A
B
C
最适温度
A点：低温0度，化学反应速率慢，酶活性低，没有失活。
AB段：酶的活性随温度的升高而升高，化学反应速率加快。。
BC段：超过最适温度后，酶活性随温度的升高而降低，化学反应速率减慢。
B点：最适温度，化学反应速率最快，酶活性最高。
C点：化学反应速率为0，酶失活。
生物一般耐低温不耐高温，酶一般超过50℃就会失活。
例题：将唾液淀粉酶先放入沸水中2分钟，再放在37℃的恒温水浴中，酶的催化效率前后变化是
A、不断降低 B、先升后降
C、先降后升 D、没有变化
D
蛋白质变性，空间结构改变，不可逆
1号试管
过氧化氢溶液 实验步骤 一 二 三 四 实验现象
结论 2号试管
3号试管
在不同PH下加入过氧化氢酶2滴混合，振荡2～3min
试管各加入2mL过氧化氢溶液
无明显变化
pH＝7（蒸馏水）
pH=12（氢氧化钠）
pH＝2（盐酸）
将带火星的卫生香分别放入试管中
只有在适合的pH下酶的催化效果最好
复燃
无明显变化
4、探究pH对过氧化氢酶活性的影响
特别注意
1. 实验步骤中第二、三步一定不能颠倒，否则会导致实验失败。
2. 本实验中也可将过氧化氢酶溶液和H2O2 溶液分别调至同一pH 再混合，以保证反应一开始便达到预设pH。
3. 本实验不宜选用淀粉酶催化淀粉的水解反应，因为淀粉酶催化的底物淀粉在酸性条件下会发生水解。
图5-3 酶活性受PH影响示意图
A
B
C
最适PH值
A点、C点：化学反应速率为0，酶失活。
AB段：酶活性随PH的升高而升高，化学反应速率加快。
BC段：超过最适PH后，酶活性随PH的升高而降低，化学反应速率减慢。
B点：最适PH值，化学反应速率最快，酶活性最高。
生物一般不耐强酸、强碱，重金属。
例题：将胃液的PH从10降到2的过程中，胃液中胃蛋白酶的活性的变化是（ ）
A 一直上升 B 没有变化 C 先升后降 D 先降后升
B
作用条件较温和
酶所催化的化学反应一般在比较温和的条件下进行。酶的催化作用需要适宜的温度和pH，过酸、过碱和高温都能使蛋白质分子的空间结构遭到破坏，从而引起酶活性的改变。低温只会降低酶的活性，但不破坏酶的结构，因此可低温保存酶制剂。
每种酶都有自己的最适温度和最适pH，超过或低于最适温度或最适pH，酶的活性都会降低。
三、影响酶促反应速率的因素：
1.温度
3.酶浓度：
4.底物浓度：
酶促反应速率
酶浓度
酶促反应速率
底物浓度
2.pH
甲（底物充足）
酶促反应速率
酶浓度
乙（底物浓度一定）
酶促反应速率
底物浓度
丙（酶量充足）
丁（酶量一定）
判断题
1. 脲酶能在丙酮中结晶析出，溶于水后分解尿素 （　　）
2. 低温下，酶的活性丧失 （　　）
3. 酶是活细胞产生的，在细胞内外都能起作用 （　　）
4. 酶的催化作用完成后，就失去活性 （　　）
唾液淀粉酶进入胃后，其活性是否丧失？为什么？
√
×
√
×
丧失。唾液淀粉酶适宜的pH 是6.8 左右，胃液的pH 是2 左右，因此唾液淀粉酶进入胃中失去活性，并被胃蛋白酶水解。
1、关于酶的特性，下列表述中错误的是
A、酶是活细胞产生的具有催化能力的有机物
B、化学反应前后，酶的化学性质和数量不变
C、酶的催化效率比无极催化剂高
D、一旦离开活细胞，酶就失去催化能力
D
课堂练习
C
D
2、大多数酶在水解过程中，通常能得到多肽，最后能得到氨基酸，这说明（ ）
A.大多数酶石油或细胞产生的
B.大多数酶是生物催化剂
C.大多数酶的化学本质是蛋白质
D.大多数酶的基本组成单位是多肽
3、酶的基本组成单位是（ ）
A.氨基酸 B.核苷酸
C.核糖核苷酸 D.A或C
4．在过氧化氢酶和Fe3+的催化效率比较的实验中，把肝脏制成研磨液的目的是（ ）。
A．有利于过氧化氢酶的释放
B．保护过氧化氢酶
C．提高过氧化氢酶的活性
D．以上说法都不正确
A
5.细胞内合成酶的主要的场所是（ ）
A.细胞质 B. 线粒体
C.核糖体 D. 内质网
C
6.加酶洗衣粉中一般含有蛋白酶，请回答下面的问题：
（1）这种洗衣粉为什么能够很好地除去衣物上的奶渍和血渍？
（2）含有蛋白酶的洗衣粉不宜用来洗涤下列哪些衣料 A.化纤 B.纯毛 C.纯棉 D.真丝
（3）为了更好地除去衣物上的油渍，在洗衣粉中还可以加入什么酶？
脂肪酶
B D
奶渍、血渍的主要成分是蛋白质