5.1降低化学反应活化能的酶课件2022-2023学年高一上学期生物人教版必修1(共32张PPT)

(共32张PPT)
人教版（2019） 必修1 《分子与细胞》
第1节 降低化学反应活化能的酶
一 酶的作用和本质
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。
1.为什么要将肉块放在金属笼内
2.是什么物质使肉块消失了
3.怎样才能证明你的推测
讨论
便于取出实验材料（肉块），排除物理性消化对肉块的影响。
确定是否发生了化学性消化
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。
一、酶的作用和本质
斯帕兰札尼
食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质。
后来，科学家
发现胃液中含有大量的盐酸，推测盐酸是使食物分解的物质。
1835年，
施旺（德）
胃腺分泌物中有一种物质，将它与盐酸混合后，对肉类的分解能力远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。
1.酶的发现
（一）酶在细胞代谢中的作用
一、酶的作用和本质
（一）酶在细胞代谢中的作用
2.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。
（1）场所：
（2）实质：
（3）类型：
（4）条件：
（5）意义：
活细胞内
各种化学反应的总和
分解代谢、合成代谢
细胞代谢离不开酶
细胞生命活动的基础
细胞代谢的控制中心是 。
细胞核
3.探究·实践
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） 目的要求
比较过氧化氢在不同条件下的分解
（2） 实验原理
2H2O2 2H2O + O2
反应条件
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
不同条件
一、酶的作用和本质
（一）酶在细胞代谢中的作用
3.探究·实践
新鲜的质量分数为20%的肝脏(如猪肝、鸡肝)研磨液。
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，陶土网，温度计。
新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液,质量分数为3.5%的FeCl 溶液。
（3） 材料用具（P77）
比较过氧化氢在不同条件下的分解
①过氧化氢酶是一种蛋白质，不新鲜的肝脏研磨液中该酶的活性较低或失活。
②肝脏要磨碎，使肝脏细胞中的过氧化氢酶释放出来，可充分与过氧化氢接触，发挥作用。
为什么要用新鲜的肝脏研磨液
一、酶的作用和本质
（一）酶在细胞代谢中的作用
3.探究·实践
比较过氧化氢在不同条件下的分解
如何判断过氧化氢被分解的快慢？
一、酶的作用和本质
（一）酶在细胞代谢中的作用
通过O2的产生量判断H2O2的分解情况
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
3.探究·实践
（4） 实验步骤
比较过氧化氢在不同条件下的分解
一、酶的作用和本质
（一）酶在细胞代谢中的作用
试管编号
1
2
3
4
H2O2溶液
（3%）
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
实验
处理
无
90℃水浴加热
2滴
FeCl3
2滴
肝脏研磨液
检测
指标
①气泡冒出情况
②卫生香复燃情况
3.探究·实践
（5） 实验结果
比较过氧化氢在不同条件下的分解
一、酶的作用和本质
（一）酶在细胞代谢中的作用
观察产生气泡的多少
观察卫生香的燃烧情况
基本无
少量
较多
大量
复燃
不明显
复燃
明显
3.探究·实践
比较过氧化氢在不同条件下的分解
一、酶的作用和本质
（一）酶在细胞代谢中的作用
与1号试管相比，2号出现什么不同的现象？这一现象说明什么？
在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？
3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？
3号试管与4号试管相比，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（P77）
2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
不能。
说明FeC13中的Fe3+和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
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。细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。
3.探究·实践
（6） 实验分析
比较过氧化氢在不同条件下的分解
一、酶的作用和本质
（一）酶在细胞代谢中的作用
加热可以促进H2O2的分解
Fe3+有催化作用
过氧化氢酶有催化作用
催化效率：过氧化氢酶>Fe3+----酶具有高效性
①1、2号试管对照：
②1、3号试管对照：
③1、4号试管对照：
④3、4号试管对照：
3.探究·实践
（7） 实验结论
比较过氧化氢在不同条件下的分解
一、酶的作用和本质
（一）酶在细胞代谢中的作用
加热、FeCl3溶液中的Fe3+以及新鲜肝脏研磨液中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解。
与无机催化剂Fe3+相比，过氧化氢酶的催化效率更高。
3.探究·实践
滴加肝脏研磨液和FeCl 溶液时不能共用一支滴管，因为滴管中残余的少量酶混入FeCl 溶液中会影响实验的准确性。
过氧化氢溶液最好现用现配，因为过氧化氢在常温下会分解。
加入催化剂后要振荡混匀，使催化剂和反应物充分接触。
高浓度的过氧化氢溶液的氧化性强，对皮肤有一定的腐蚀作用，配制时要注意安全。
实验过程中的注意事项
比较过氧化氢在不同条件下的分解
一、酶的作用和本质
（一）酶在细胞代谢中的作用
一、酶的作用和本质
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？
一、酶的作用和本质
（一）酶在细胞代谢中的作用
4.科学方法——控制变量和设计对照实验（P78）
变量：实验过程中的变化因素
自变量：人为控制的对实验对象进行处理的因素
因变量：因自变量改变而变化的变量
无关变量：实验过程中存在的其他一些会对实验结果造成影响的可变因素
（1）控制变量
温度（加热）、催化剂（FeCl 溶液、肝脏研磨液）
H2O2分解速率
H2O2浓度和体积、反应时间、肝脏的新鲜程度等
注意：自变量可控制、因变量比较好检测，并尽量避免无关变量对实验的干扰（通过将无关变量设置成“相同且适宜”来排除无关变量对实验的干扰
一、酶的作用和本质
（一）酶在细胞代谢中的作用
4.科学方法——控制变量和设计对照实验（P78）
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。一般设置对照组和实验组。
对照实验的类型：空白对照、自身对照、相互对照、条件对照
（2）对照实验
对照组
实验组
空白对照
一、酶的作用和本质
（一）酶在细胞代谢中的作用
4.科学方法——控制变量和设计对照实验（P78）
对照原则：在实验中，一般需要设置对照组。通过设置对照组，既能排除无关变量对实验结果的影响，又能增加实验结果的可信度和说服力。
单一变量原则：实验组和对照组只能有自变量这一种处理因素不同，其他可能对实验结果造成影响的无关变量在实验组和对照组中应完全相同，且处于最适宜的状态。
平行重复原则：在同样条件下多次重复实验，以消除偶然误差。
科学性原则：实验方案严谨，选材合适，实验步骤科学规范。
（3）实验设计的一般原则
加热为什么能使H2O2分解？
因为加热使H2O2分子得到能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。
一、酶的作用和本质
（二）酶的作用机理
1.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。
在常温常压下，Fe3+和H2O2酶并未供给H2O2能量，为什么H2O2也能分解？
它们降低了H2O2分解反应的活化能。
一、酶的作用和本质
（二）酶的作用机理
2.酶的作用机理：
活跃状态
降低化学反应的活化能。
（1）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。
（2）正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速有序地进行。
一、酶的作用和本质
（二）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
酶和无机催化剂一样能催化化学反应的进行，降低反应的活化能，但本身并不被消耗，不为化学反应提供物质和能量，不改变化学反应的方向和生成物的量。
产物量
一、酶的作用和本质
（三）酶的本质
1.关于酶本质的探索（P79-P80）
对发酵过程的研究
4000多年前的夏禹时代，我国就掌握了酿酒技术
1716年《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”，即现在所说的酵母
认为酿酒是让糖类通过发酵变成酒精和CO2，这是一个纯化学过程
巴斯德：发酵需要活酵母菌细胞参与
李比希：酵母菌细胞死亡后释放出某些物质引起发酵
从酵母菌细胞中获得了含有酶的提取液，并将酵母菌细胞中引起发酵的物质成为酿酶
推测
科学家推测酶是蛋白质
证明
获得脲酶，证明脲酶是蛋白质
相继获得胃蛋白酶、胰蛋白酶等许多酶的结晶，并证明这些酶都是蛋白质
补充完善
切赫和奥尔特曼发现少数RNA也具有生物催化功能
争论
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
酶是蛋白质
李比希
切赫、奥尔特曼
发现少数RNA也具有生物催化功能
1.关于酶本质的探索（P79-P80）
教材（P80）
拓展应用2
一、酶的作用和本质
（三）酶的本质
1.关于酶本质的探索（P79-P80）
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？
2.在科学发展过程中出现争论是正常的。巴斯德和李比希之间出现争论的原因是什么？这一争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用？
讨论
巴斯德认为发酵与活细胞有关,是合理的；认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用,是不正确的。李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质,是合理的；认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用，是不正确的。
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目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。
一、酶的作用和本质
（三）酶的本质
1.关于酶本质的探索（P79-P80）
3.从毕希纳的实验可以得出什么结论？
4.萨姆纳历时9年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他取得成功靠的是什么样的精神品质？
讨论
毕希纳的实验说明，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。
萨姆纳历时9年，发扬坚持不懈、百折不挠的科学精神，用正确的科学方法，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。
一、酶的作用和本质
（三）酶的本质
1.关于酶本质的探索（P79-P80）
5.请给酶下一个比较完整的定义。
讨论
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。
一、酶的作用和本质
（三）酶的本质
2.酶的本质
概念
化学本质
绝大多数是
少数是
合成原料
（基本单位）
合成场所
生理功能
作用机理
作用场所
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物
蛋白质
RNA
氨基酸
核糖核苷酸
核糖体
主要是细胞核(真核生物)
降低化学反应的活化能
生物催化剂
在细胞内、细胞外和生物体外均可发挥作用
课堂小结
一 酶的作用和本质
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
练习与应用
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2 mL过氧化氢溶液后，再向5号试管内加入滴煮沸过的肝脏研磨液，向6号试管内加入2滴蒸憎水。这样做的目的是_______ 。
练习与应用
5
6
2 mL H2O2+2滴煮沸的肝脏研磨液
2 mL H2O2+2滴蒸馏水
2 mL H2O2
2 mL H2O2
90℃水浴加热
2 mL H2O2
+2滴FeCl
2 mL H2O2
+2滴肝脏研磨液
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。
二、拓展应用
3.给你一份某种酶的结晶，你能设计实验检测它是不是蛋白质吗？请简略写岀实验步骤。想一想，在萨姆纳之前，为什么很难鉴定酶的本质？
练习与应用
用双缩脲试剂检测。在萨姆纳之前，之所以很难鉴定酶的本质，主要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。
同学们再见