生物人教版（2019）必修1 5.1降低化学反应活化能的酶（共41张ppt）

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第五章 细胞的能量供应和利用
细胞的能量供应和利用都离不开化学反应
复杂
有序
温和
高效
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。
细胞代谢离不开酶。
那酶到底有什么用呢？
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，然后让鸡把小笼子吞下去。过一段时间后，他把小笼子取出来，发现笼内肉块消失了。
讨论：
1、为什么将肉块放入金属笼内？
2、是什么物质使肉块消失了？
3、怎样证明你的推测？
排除物理消化
胃液中的消化物质
问题探讨
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。
第1节 降低化学反应活化能的酶
1.关于酶本质的探索
一、酶的概念
发酵需要活酵母菌参与
酵母菌死后释放物质引起发酵
提取脲酶，证明脲酶是蛋白质
少数RNA也具有生物催化功能
从细胞中获得含酶提取液，称酿酶
李比希
巴斯德
毕希纳
萨姆纳
切赫 奥尔特曼
19世纪：发酵是纯化学过程
一、酶的概念
1.关于酶本质的探索
一、酶的概念
2.酶的概念
（1）酶从哪儿来？
（2）酶有什么用？
（3）酶的化学本质是什么？
活细胞产生的
具有催化作用
有机物（大多是蛋白质，少数是RNA）
酶
二、酶在细胞代谢中的作用
1.探究实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
（2）目的要求:
通过比较H2O2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:
2H2O2
2H2O+O2
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，细胞中有过氧化氢酶，能将过氧化氢及时分解为氧气和水。
加热是化学反应的常见条件
Fe3+是无机催化剂
新鲜的肝脏中含有过氧化氢酶
二、酶在细胞代谢中的作用
1.探究实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
常温 加热 FeCl3 H2O2酶
（3）方法步骤:
试管编号 1 2 3 4
H2O2溶液 （体积分数为3%）
实验处理 （不同反应条件）
检测指标
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
无
90℃
水浴加热
2滴
FeCl3
2滴肝脏研磨液
1.气泡冒出情况
2.卫生香复燃情况
（4）实验分析
3、4号试管比较， 。
1、3号试管比较， 。
1、2号试管比较， 。
加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率
FeCl3在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率
1、4号试管比较， 。
过氧化氢酶在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率
过氧化氢酶比FeCl3的催化效率高
二、酶在细胞代谢中的作用
1.探究实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
1
2
3
4
常温
90℃水浴
3.5%FeCl3溶液
20%肝脏研磨液
（5）实验结论
二、酶在细胞代谢中的作用
1.探究实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
①高温可以加快过氧化氢分解；
②FeCl3、过氧化氢酶能催化过氧化氢分解；
③过氧化氢酶的催化效率比FeCl3高。
二、酶在细胞代谢中的作用
2.科学方法：控制变量和设计对照实验
实验中，人为控制的对实验对象进行处理的因素
实验中，随自变量改变而变化的变量
除自变量外，能对实验结果造成影响的可变因素
自变量：
因变量：
无关变量：
实验对象：
实验中要接受某种因素处理的实验材料
变量：
实验过程中可以变化的因素
二、酶在细胞代谢中的作用
2.科学方法：控制变量和设计对照实验
一般不经自变量处理（空白对照），起对照作用
对照原则（对照组和实验组）
等量原则（控制无关变量）
对照组：
实验遵循
的 原则：
对照实验：
除作为自变量的因素外，其余因素（无关变量）都
保持一致，并将结果进行比较的实验。
单一变量原则（自变量）
实验组：
经过自变量处理
试管编号
步骤 1 2 3 4
一
二
三 观察
2ml
2ml
2ml
2ml
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
几乎无
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
变亮
复燃
反应条件
无关变量
H2O2剂量
气泡产生
带火星的卫生香
自变量
因变量
对照实验
变量
设置对照组的意义：排除其他实验因素对实验结果的影响
对照组
实验组
二、酶在细胞代谢中的作用
2.科学方法：控制变量和设计对照实验
思考：
为什么加热、滴加FeCl3、及过氧化氢酶能加快过氧化氢的分解？它们对过氧化氢做了什么？
二、酶在细胞代谢中的作用
3.酶的作用机理
（1）物质分子发生化学反应条件：
常态分子
（2）活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃所需要的能量。
活跃态分子
易发生化学反应
（3）90℃水浴加热：
向H2O2分子提供能量，让更多的H2O2吸收能量处于活跃状态
（4）催化剂：
降低非活化分子转变为活化分子的门槛（降低了化学反应的活化能）
吸收能量
与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。
b
a
c
d
反应过程
能量
初态
（反应物）
终态
（产物）
活跃状态
①
②
③
ac______________________________________。
酶降低的活化能
无催化剂条件下，反应所
需要的活化能
①
无催化剂
②
无机催化剂
③
酶
ab 。
酶催化时，反应所需的活化能
bc 。
二、酶在细胞代谢中的作用
3.酶的作用机理
酶能增加产物的生成量吗？
未加催化剂
无机
催化剂
酶催化
时间
产物量
二、酶在细胞代谢中的作用
3.酶的作用机理
小结
酶的概念：
正确说法 错误说法
来源 具有分泌功能的细胞产生，有的来源于食物
化学本质 蛋白质
合成原料 氨基酸
合成场所 核糖体
作用场所 只在细胞内起催化作用
生理功能 酶具有调节、
催化等多种功能
活细胞都能产生
(人的成熟红细胞除外)
有机物(多数是蛋白质，少数为RNA)
氨基酸 或 核糖核苷酸
核糖体 或 细胞核
在细胞内、细胞外，
或生物体外发挥作用
酶只有催化作用
活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物
回顾：酶的作用和本质
过氧化氢酶实验组产生气泡速率更快，酶催化效率更高
思考：过氧化氢酶与铁离子对过氧化氢的催化产生的气泡的情况怎样？这说明了什么？
三、酶的特性
事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的107--1013倍。
每滴FeCl3中Fe3+数是每滴肝脏研磨液中过氧化酶分子数的20万倍。
说明酶有高效性
1.高效性（催化效率）
实验数据表明，酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍。
保证了细胞内化学反应高效进行，
保证了细胞内能量供应稳定。
与无机催化剂相比，酶能显著降低化学反应的活化能。
（1）内容：
（2）意义：
（3）原因：
（4）曲线表示：
三、酶的特性
分析生活现象：
口腔里有唾液淀粉酶，而塞进牙缝里的肉丝很长时间还没被消化，可能原因是什么？
无机催化剂催化的化学反应范围比较广。例如，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。
三、酶的特性
（1）淀粉酶既催化淀粉溶液分解又催化蔗糖溶液分解
（4）淀粉酶都不能催化分解
提出问题： 一种酶是否也能催化多种化学反应？
作出假设：
（2）淀粉酶能催化淀粉溶液分解不能催化蔗糖溶液分解
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
淀粉溶液，蔗糖溶液，淀粉酶溶液
斐林试剂
（3）淀粉酶能催化蔗糖溶液分解不能催化淀粉溶液分解
设计实验（一）
底物种类
实验步骤 一
二
三
四
预期结果
实验现象
结论
加入淀粉酶溶液2mL，振荡，试管下半部分浸入60℃的水浴中，保温5min。
2号试管中加入2mL蔗糖溶液
加入斐林试剂2mL
振荡
煮沸1min
1号试管中加入2mL淀粉溶液
1红2不红
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。
取两支试管，编号1、2
思考：不选碘液鉴定的原因是什么？
无法鉴定蔗糖是否反应
三、酶的特性
自变量：
因变量：
底物分解情况
观测指标？
（1）都砖红 （2）1红2不红 （3）2红1不红 （4）都不红
2.专一性（作用范围）
每一种酶只能催化一种或一类反应。
保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。
（1）内容：
（2）意义：
（3）原因：
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，它们的空间结构必须相互结合形成复合物才能发生反应。
三、酶的特性
N
C
精氨酸
赖氨酸
胰蛋白酶
胰蛋白酶
胰蛋白酶能切开特定氨基酸之间的肽键
2.专一性（作用范围）
三、酶的特性
实验步骤 一
二
三
四
实验现象
结论
1号试管加入2滴淀粉酶溶液
向两支试管中各加入2mL淀粉溶液
变蓝
不变蓝
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。
取两支试管，编号1、2
2号试管加入2滴蔗糖酶溶液
反应5min后，向两支试管中加入等量的碘液
思考：能不能用斐林试剂鉴定？
可以
三、酶的特性
设计实验（二）
酶种类
自变量：
因变量：
底物分解情况
观测指标？
方案一：
总结：酶专一性的实验设计思路
方案二：
底物相同、酶不同
酶相同、底物不同
实验组：底物1 + 相应酶液
对照组：等量底物2 + 等量相同酶溶液
检测
底物被分解
检测
底物没被分解
实验组：底物 + 酶溶液1
对照组：等量相同底物 + 等量酶溶液2
检测
底物被分解
检测
底物没被分解
三、酶的特性
三、酶的特性
许多无极催化剂能在高温、高压、强酸和强碱条件下催化化学反应。
资料1：威白污渍爆炸盐(独有三重复合酶配方）
威白教你洗衣小绝招：
①洗前浸泡三十分钟，效果更佳
②若衣服太脏，可适当增加用量
③用温水浸泡效果更好，但水温不要超过60℃
资料2：我们知道口腔温度和体温差不多，而当我们口腔中的唾液淀粉酶进入胃中以后，却发现，唾液不再具有催化淀粉分解的功能。
（提示：唾液pH6.2－7.4,胃液pH0.9－1.5）
思考：从上面的现象你能提出什么问题？根据所学的知识作出假设？
（1）酶的催化效率可能受温度影响。
（2）酶的催化效率可能受pH值的影响。并且不同的酶需要不同的pH条件。
探究：影响酶活性的条件
酶活性：指酶催化特定化学反应的能力。
三、酶的特性
酶促反应速率：用单位时间内、单位体积中反应物的剩余（消耗）量或产物的生成（增加）量表示。
可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。
提出问题 探究温度对酶活性的影响？ 探究pH对酶活性的影响？
自变量
实验材料
因变量
淀粉酶、淀粉溶液
温度（高温促进H2O2分解）
淀粉的分解情况
检测淀粉剩余量VS还原糖的生成量
材料:淀粉,淀粉酶,碘液,斐林试剂;H2O2溶液,新鲜的肝脏研磨液;热水,冰块
pH（酸能促进淀粉分解）
H2O2酶、 H2O2
H2O2的分解情况
斐林试剂需要加热
氧气的生成速率
实 验 步 骤 一
二
三
四
五
六
实验现象
结论
加入0 ℃保温的淀粉酶2滴
蓝色
在各自的温度条件下反应约5min
各加入两滴碘液
振荡
不变蓝
温度对酶的活性有影响，温度偏低或偏高都会降低酶活性
蓝色
各加入2mL淀粉溶液
1号
2号
3号
0 ℃保温
60 ℃保温
100 ℃保温
加入60 ℃保温的淀粉酶2滴
加入100 ℃保温的淀粉酶2滴
三、酶的特性
提出问题：探究温度对酶活性的影响？
作出假设：温度对酶活性有影响。
设计实验：
（2）一定范围，酶的活性随温度升高而增强
（5）低温时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，不会失活，在适宜的温度下酶的活性又可升高。
酶制剂常在低温条件下保存：-20℃~-80℃
（1）在最适温度，酶的活性最高
（3）超过一定温度，酶的活性随温度升高而降低
（4）温度过高，空间结构破坏，永久失活
三、酶的特性
温度对酶活性的影响：
三、酶的特性
思考：实验是如何保温的？为什么要这样操作？
先将酶和底物放到相应温度中一段时间后再混合，再在各自所控制的温度下保温一段时间。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反应已发生，影响实验结果。
思考：如何进一步探究淀粉酶的最适温度？
缩小温度梯度，重复进行上述实验。
三、酶的特性
pH对酶活性的影响：
（2）pH偏高或偏低，酶活性都会明显降低。
（1）在最适合的pH下，酶的活性最高
因此酶制剂常在最适pH下保存。
（3）在过酸过碱的条件下，都会使酶的空间结构破坏，酶永久失去活性。
不同酶的最适pH不同：
胃蛋白酶：1.5~2.2 唾液淀粉酶:6.8
胰蛋白酶:8~10 过氧化氢酶: 6.8
3.酶的作用条件较温和（起作用所需的条件）
（1）含义：
酶通常在一定pH范围和一定温度范围内才能起作用，而且在某一pH、某一温度下作用最强。
（2）意义：
保证细胞代谢能够在温和条件下高效进行。
（3）原因：
过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。低温使酶的活性抑制，但酶的空间结构稳定，在适宜温度下酶的活性会升高。因此，酶制剂适宜在低温和适宜的pH下保存。
三、酶的特性
酶的分工分区
叶绿体中含有光合作用的酶，线粒体中含有细胞呼吸的酶，两者分区分工，互不干扰。
溶酶体中的酶（最适pH≈5.0）一般局限在溶酶体中发挥作用，即使少量溶酶体中的酶进入细胞质基质（pH接近中性），也会失去活性。
甲
乙
丙
丁
①图甲中，温度从a降低或升高，酶促反速率均下降，但是下降的原因不同。
1.温度、pH、底物浓度、酶浓度
②图乙中，pH从b降低或升高，酶促反速率均下降，但是下降的原因相同。
③图丙中，底物浓度为c时，酶促反应速率达到最大值，因为底物被酶饱和。
四、影响酶活性的因素
温度的变化不会影响酶的最适pH
pH的变化不会影响酶的最适温度
思考：分析下图能得出什么结论？
酶
活化能
能障
高效性
专一性
作用条件温和
有机物
生理条件
酶的活性
pH
温度
是
降低
具有以下特性
也称
一般为
具有高的
影响因素
拓展2.下图表示的是在最适温度下，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三点时该化学反应得状况。
（2）如果在A点时温度升高10℃，曲线会发生什么变化？为什么？请画出变化后的曲线。
（3）如果在B点时往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。
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。
A
B
C
反应速度
反应物浓度
B
C
C