高中生物人教版（2019）必修1 5.1降低化学反应活化能的酶（共56张ppt）

(共56张PPT)
5.1 降低化学反应活化能的酶
第五章 细胞的能量供应和利用
呼吸作用、光合作用、脱水缩合等
能量
酶
化学反应
（一）细胞代谢的定义：
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称细胞代谢。
一、酶的作用和本质
细胞代谢离不开酶
任务1：探究酶在细胞代谢中的作用
（二） 酶在细胞代谢中的作用
思考1：化学中要想使一个化学反应快速顺利进行，一般怎样反应条件？
高温 高压 强酸 强碱
剧烈条件
思考2：细胞内外是什么样的环境？细胞中的反应能使用高温、高压等条件加快反应吗
常温、常压、pH接近中性的温和环境
催化剂
请思考：
在细胞较为温和的环境中，各种生化反应如何高效有序的进行呢？
酶
探究1：
比较过氧化氢在不同条件下的分解
（二） 酶在细胞代谢中的作用
（二） 酶在细胞代谢中的作用
探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
1、实验原理
2H2O2
2H2O + O2 ↑
不同条件
2、实验目的
通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。
1.不做处理（常温）
2.加热
3.加FeCl3 (Fe3+是无机催化剂)
4.加过氧化氢酶. (新鲜肝脏中富含过氧化氢酶）.
相同时间内的产生量
3、材料用具
新鲜的质量分数为20%的肝脏(如猪肝、鸡肝)研磨液
质量分数为3%的FeCl3溶液
新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液
a.材料：
b.用具：
量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、酒精灯
试管夹、大烧杯、三脚架、石棉网、温度计
（二） 酶在细胞代谢中的作用
探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
步骤 试管编号
1 2 3 4
一 H2O2 浓度
剂量
二
三 结果观察指标
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
不做处理（常温）
90℃
2滴FeCl3溶液
2滴肝脏研磨液
反应条件
4、实验步骤
２
水浴加热
1
常温
3
室温
4
室温
1. 气泡冒出情况
2. 卫生香复燃情况
步骤 试管编号
1 2 3 4
一 H2O2 浓度
剂量
二
结果 气泡产生
卫生香燃烧
结论
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
2滴FeCl3
2滴肝脏研磨液
基本无气泡
少量
较多
大量
不复燃
复燃
复燃,迅速燃烧
复燃，剧烈燃烧
反应条件
5、实验结果和结论
1、加热、加Fe3+、加过氧化氢酶，都能加快过氧化氢分解
2、与无机催化剂Fe3+相比，过氧化氢酶的催化效率要高得多
1、和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，也有大量的气泡产生，这说明什么？
Fe3+和过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解,起催化作用。
4、3号和4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？
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。
讨论
不能，温度过高会造成细胞死亡。
2号试管放出的气泡多。说明加热促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
请思考：
为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？
（二） 酶在细胞代谢中的作用
细胞内每时每刻都在进行成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。
请思考：
通过刚才的探究实验，同学们有没有发现生物学实验设计中特别需要注意的一些因素呢？
科学方法
控制变量和设计对照实验
实验过程中遵循的原则：
单一变量原则、对照原则、
平行重复原则、科学性原则
1.单一变量原则
①变量:实验过程中变化的因素称为变量。
②自变量:实验过程中，人为控制的对实验对象进行处理的因素叫做自变量。
③因变量:因自变量改变而变化的变量叫做因变量。
④无关变量:实验中除因变量外的一些对因变量造成影响的可变因素，叫做无关变量。
⑤ 单一变量: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。
实验过程中遵循的原则
2.对照原则
①对照实验：除作为自变量的因素外，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。
②对照的类型：
空白对照、自身对照、条件对照、相互对照(对比)
排除无关变量对实验结果的干扰。
步骤 试管编号 说明
1 2 3 4
一 H2O2 浓度
剂量
二
剂量
结果 气泡产生量
卫生香燃烧
结论
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴清水
2滴清水
2滴
2滴
反应条件
自变量
因变量
无关变量
对照实验
对照组
实验组
人为改变的变量
指与自变量同时影响因变量的变化、但与研究目的无关的变量。
随着自变量的变化而变化的变量。
请思考：为什么加热,用Fe3+和过氧化氢酶都能促进过氧化氢分解 它们使反应加快的本质相同吗
（二） 酶在细胞代谢中的作用
Fe3+：降低化学反应的活化能
过氧化氢酶：显著降低化学反应的活化能
加热：使过氧化氢分子得到能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。
活化能：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。
加热相当于加大油门
用酶相当于走隧道
酶不提供能量，但能降低化学反应的活化能，只起催化作用。反应前后酶本身的化学性质和质量不变。
（二） 酶在细胞代谢中的作用
酶催化的机理：
酶与无机催化剂催化的机理相同，都能降低化学反应的活化能，但是酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。
阅读课本p79《关于酶本质的探索》，梳理归纳并完成P80的T2。
（三） 酶的本质
请思考：能够在细胞内温和环境中催化各种生化反应，酶是一种什么样的物质呢？
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.为什么要将肉块放在金属笼内？
便于取出实验材料(肉块)，排除物理消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学消化。
2.是什么物质使肉块消失了？
3.怎样才能证明你的推测？
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。
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
从刀豆中提纯脲酶，并证明其化学本质是蛋白质
李比希
切赫、奥特曼
发现少数RNA也具有生物催化功能
巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。
定义
化学本质
合成原料
合成场所
来源
作用
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（主要）
一般活细胞都能产生酶(除哺乳动物成熟的红细胞外）
催化作用
显著降低化学反应的活化能
关于酶的总结
酶是由活细胞产生的、具有生物催化作用的一类有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
细胞内
细胞外
（胃蛋白酶、唾液淀粉酶等）
（有氧呼吸酶、DNA聚合酶等）
酶是活细胞产生的，那只能在活细胞中发挥作用吗？
酶的作用场所
酶虽在细胞内合成，但可以在细胞内、细胞外或者生物体外发挥作用。
生物体外
（加酶洗衣粉中的酶等）
设计实验，探究某种酶的化学本质
某种酶 + 蛋白酶
加入酶的底物
底物没有被催化→该酶是蛋白质
底物被催化→该酶是RNA
某种酶 + 双缩脲试剂
出现紫色→该酶是蛋白质
不出现紫色→该酶是RNA
方案1
方案2
请思考：
酶与无机催化剂相比，有哪些共性和特性呢？
①催化机理相同，都是降低化学反应的活化能。
②在反应前后数量和性质均不发生改变，一段时间内可以重复利用。
底物 + 催化剂
产物 + 催化剂
共性：
③都不改变化学反应的平衡点，只是缩短了到达平衡点的时间。
二、酶的特性
思考：由此，你能说出酶具有什么特性吗？
3
4
4
3
2滴肝脏
研磨液
2滴FeCl溶液
分子数：
Fe3+数＞过氧化氢酶数
（约25万倍）
催化效率：
过氧化氢酶＞ Fe3+
(酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍)
（一）高效性
（与无机催化剂相比，酶的催化效率高）
意义：
保证了细胞内化学反应的顺利进行，保证了细胞内能量供应稳定。
二、酶的特性
无机催化剂催化的化学反应范围比较广。比如酸既能催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉水解。
思考：酶能像无机催化剂一样，催化多种化学反应吗？
探究2：
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
探究2 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
1、淀粉和蔗糖都是非还原糖，在酶的作用下都能水解成还原糖。
2、在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，通过斐林试剂鉴定溶液中是否有还原糖，确定淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
（一）实验原理
（二）实验目的
探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
淀粉
麦芽糖
淀粉酶
葡萄糖
麦芽糖酶
蔗糖
葡萄糖+果糖
蔗糖酶
步骤 项目 试管1 试管2
1 注入可溶性淀粉溶液
2 注入蔗糖溶液
3 注入新鲜的淀粉酶溶液
4 轻轻振荡，保温
5 加斐林试剂，振荡
6 水浴加热
7 观察颜色变化
2mL
—
—
2mL
2mL
2mL
60℃保温5min
各加入2mL
沸水浴1min
（三）实验步骤
请阅读P81-82，完成以下步骤：
请思考：
1、本实验的自变量、因变量、无关变量？
自变量：底物的不同
因变量：溶液颜色的变化
无关变量：淀粉酶的活性、淀粉酶的浓度、加热时间等
2、本实验的对照组和实验组分别是什么？
试管1和试管2均为实验组，两者相互对照
3、在已知淀粉酶能够催化淀粉水解的情况下，本实验设置1号试管还有没有必要 ？
有必要，可排除无关变量，如淀粉酶的活性、淀粉酶的浓度、加热时间、斐林试剂等因素的影响。
（五）实验结论：
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。即酶具有专一性。
请思考：
4、为什么要将试管的下半部浸到60℃ 左右的热水？
淀粉酶的最适温度为60℃，在此温度下，酶活性最高，催化效率最高。
5、为什么不直接酒精灯加热试管？
水浴加热可使试管受热均匀，更好控制试管内液体温度。
（四）实验结果：
步骤 项目 试管1 试管2 试管3
1 注入可溶性淀粉溶液
2 注入蔗糖溶液
3 蒸馏水
4 注入新鲜的淀粉酶溶液
5 轻轻振荡，保温
6 加斐林试剂，振荡
7 水浴加热
8 观察颜色变化
2mL
—
—
2mL
2mL
2mL
60℃保温5min
各加入2mL
沸水浴1min
（三）实验步骤
改进实验设计
—
—
2mL
—
—
2mL
砖红色
浅蓝色
浅蓝色
请思考：
6、能否用碘液对实验结果进行检测？
不能，因为碘液无法检测蔗糖是否发生水解。
7、如果试管2也出现砖红色，可能的原因是 ？
①蔗糖溶液放置时间过长，被微生物分解成葡萄糖和果糖
②蔗糖中混有还原糖或淀粉。
步骤 项目 试管1 试管2 试管3
1 注入可溶性淀粉溶液
2 注入蔗糖溶液
3 蒸馏水
4 注入新鲜的淀粉酶溶液
5 轻轻振荡，保温
6 加斐林试剂，振荡
7 水浴加热
8 观察颜色变化
2mL
—
—
2mL
2mL
2mL
60℃保温5min
各加入2mL
沸水浴1min
（三）实验步骤
改进实验设计
—
—
2mL
—
—
2mL
砖红色
浅蓝色
浅蓝色
二、酶的特性
（二）专一性
2、意义：
1、含义：指一种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。
保证了细胞内化学反应有序进行。
3、原因：
a.锁钥学说
酶有一定的空间结构，酶在反应中与底物的关系就像钥匙和锁的关系。酶的这种互补形状，使酶只能与对应化学物契合，排斥那些形状、大小不适的化合物。
蛋白质就是一类物质，其种类繁多，蛋白酶可以水解种类繁多的蛋白质
b.诱导契合学说
酶活性部位不是刚性不变的，其形状可在结合底物时有所改变，即底物与酶活性部位结合，会诱导酶发生构象变化，使酶的活性中心变得与底物的结构互补，两者相互契合，从而发挥催化功能。
（二）专一性
3、原因：
二、酶的特性
请思考：许多无机催化剂能在高温、高压、强酸或者强碱条件下催化化学反应。酶的作用需要什么条件？有哪些因素会影响酶活性呢？
酶活性的定义:
酶催化特定化学反应的能力
酶活性的表示方法：
在一定条件下催化某一化学反应的速率
单位时间内反应物的减少量或产物的生成量。
酶促反应速率最快时的环境温度称为该酶促反应的最适温度。
0
最适温度
t/℃
υ/mmol. s-1
酶活性受温度影响示意图
高温容易使酶的_________遭到破坏，蛋白质变性，而失去____；低温_____使酶失去活性，只会抑制酶的活性，但空间结构稳定，在适宜温度下酶的活性会升高。
活性
空间结构
不会
温度对酶活性的影响
2、高温和低温对酶活性的影响机制是否相同？
思考：1、怎么描述温度对酶活性的影响？
在最适温度时，酶的活性最高；
在低于最适温度的范围内，随着温度的升高，酶活性逐渐升高；
当超过最适温度时，随着温度的升高，酶的活性逐渐降低，甚至失活。
υ/mmol. s-1
最适pH
0
pH
酶活性受pH影响示意图
酶促反应速率最快时的pH值称为该酶促反应的最适pH。
在过酸或过碱的条件下，都会使酶的_________ 遭到破坏,蛋白质_____，从而使酶失去_____。
活性
变性
空间结构
PH对酶活性的影响
思考：1、怎么描述PH对酶活性的影响？
在最适PH时，酶的活性最高；
在低于最适PH的范围内，随着PH的升高，酶活性逐渐升高；
当超过最适PH时，随着PH的升高，酶的活性逐渐降低，甚至失活。
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
思考：人体各部位的温度相差不大，均在37℃左右。而研究发现，当口腔中的唾液淀粉酶进入胃以后，却不再具有催化淀粉水解的作用。
对此，你能给出合理的解释吗？
唾液淀粉酶在胃液酸性条件中失活，并被胃蛋白酶水解，因此不再具有催化淀粉水解的作用。
二、酶的特性
(1) ：催化效率约是无机催化剂的107～1013倍。
_______：每一种酶只能催化 化学反应。
(3) _________________: 在 条件下，酶才能发挥更好的效果。
一种或一类
适宜温度和pH
高效性
专一性
作用条件较温和
【思考】该如何保存酶？
在低温且适宜的PH下进行保存。
1.酶促反应：
由酶催化的化学反应，生物体内的化学反应绝大多数属于酶促反应。
2.酶促反应速率：
单位时间内反应物的减少量或生成物的生成量。
3.影响酶促反应速率的因素：
pH
温度
抑制剂
激活剂
活性
浓度
底物浓度
酶
酶促反应速率
三、影响酶促反应速率的因素：
1.酶促反应：
由酶催化的化学反应，生物体内的化学反应绝大多数属于酶促反应。
2.酶促反应速率：
单位时间内反应物的减少量或生成物的生成量。
3.影响酶促反应速率的因素：
三、影响酶促反应速率的因素：
（底物浓度）
生成物C
酶
酶的活性
酶的浓度
底物A+底物B
pH
温度
抑制剂
激活剂
注意：（1）适量增加酶的浓度和活性会提高反应速率，但生成物的量不会增加； 若适当增加反应物的浓度，提高反应速率的同时生成物的量会增加。
4.温度、pH影响酶活性的曲线
过酸、过碱、高温会使酶失去活性，而低温只是使酶的活性降低。前者都会使酶的空间结构遭到破坏，而后者并未破坏酶的分子结构。
5.底物浓度影响酶活性的曲线
在一定浓度范围内，反应速率随浓度的升高而加快，达到一定浓度后不再增加，原因是受到酶数量和酶活性的限制。
6.酶浓度影响酶活性的曲线
在底物充足、其他条件适宜且固定的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
7.影响酶活性的曲线
（1）纵坐标为反应物剩余量，剩的越多，生成
物越少，反应速率越慢。
（2）图示pH=7时，反应物剩余量最少，应为最适pH。
（3）当pH改变时，最适温度保持不变。
1.表示酶专一性的图像和曲线
(1)图像——锁匙学说
图中 表示酶， 表示被催化的底物
A
B
【归纳总结】与酶有关的曲线分析
(2)酶专一性的曲线
①在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时的变化是 ，说明酶A能催化该反应。
②在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明 。
明显加快
酶B不能催化该反应
2.表示酶专一性的图像和曲线
验证酶具有专一性的设计思路：
①底物相同，酶不同
②底物不同，酶相同
3.表示酶高效性的曲线
(1)曲线
(2) 由曲线可知： 的催化效率更高；酶只能 ，不改变化学反应的 。因此，酶 (“能”或“不能”)改变最终生成物的量。
酶比无机催化剂
缩短达到化学平衡所需的时间
平衡点
不能
1.溶菌酶
溶解细菌细胞壁，具有抗菌消炎的作用。在临床上与抗生素混合使用，能增强抗生素的疗效。
三、酶的应用
2.果胶酶
分解果肉内细胞壁中的果胶，提高果汁产量，使果汁变得澄清。
3.加酶洗衣粉
蛋白酶——血渍、奶渍
脂肪酶——油渍
淀粉酶、纤维素酶
4.含酶牙膏
残留在牙缝里的食物残渣是细菌的美食，也导致龋齿的祸根。含酶牙膏可以分解细菌，使我们的牙齿亮白、口气清新。
5.多酶片
多酶片中含有多种消化酶，人在消化不良时可以服用。
普通糖衣-胃蛋白酶-肠溶衣糖衣-胰酶
外层
内层
胰酶中包括：胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶等。
普通糖衣保护胃蛋白酶，在胃液中会分解，释放出胃蛋白酶。
肠溶衣保护胰酶，在胃液中不会分解，在小肠中分解，释放出胰酶。
课后习题
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
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
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？
这个模型中 A 代表某类酶,B 代表底物,C 和 D 代表产物。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.这个模型可以类比解释酶的专一性。
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。
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。
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。
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。
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
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。这样做的目的是什么？
本小节“探究·实践”涉及的自变量并非只有 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。
2.仔细阅读本节的“思考·讨论”，通过完成下面的图解，体会巴斯德、李比希、毕希纳、萨姆纳的观点之间的逻辑关系；写一篇短文，谈谈对科学发展过程的认识。
巴斯德之前
发酵与活细胞有关,发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用
发酵是纯化学反应，与生命活动无关。
巴斯德
李比希
引起发酵的是细胞中的某些物质,但是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
酶是蛋白质