2022-2023学年高一上学期生物人教版（2019）必修1-5.1降低化学反应活化能的酶课件（40张ppt）

(共40张PPT)
降低化学反应活化能的酶
预习检测
细胞代谢：细胞中进行的用于维持生命活动的一系列变化
控制中心：细胞核
代谢场所：细胞质基质
意义：是生命活动的基础
条件：需要酶催化
细胞内外的环境
温和
常温
常压
水溶液环境
pH接近中性
导入
1783年，意大利科学家斯帕兰札尼设计了一个巧妙的实验：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
科学探究的基本原则
提出问题 鸟胃是否只是一个物理过程
做出假设 胃具有化学性消化作用
进行实验 鸟类的消化实验
得出结论 胃具有化学性消化作用
2.是什么物质使肉块消失了？
是胃内的化学物质将肉块分解了。
3.怎样才能证明你的推测？
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。
思考：这些物质是什么？它起什么作用？
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。
物理性消化：是指牙齿的咀嚼、舌的搅拌、胃肠的蠕动、胆汁对脂肪的乳化等，它将食物磨碎，改变食物的形态，但不改变食物的分子结构和化学性质的一个物理过程。
化学性消化：是指通过消化酶的作用，将不溶于水的淀粉、蛋白质和脂肪分解成可溶于水的小分子有机物的过程。
讨论
1773年斯帕兰札尼发现是胃液中的某种物质导致了食物的分解
后来科学家从胃液中发现盐酸认为盐酸是分解食物的物质
1835年德国科学家施旺发现胃腺分泌物中的一种物质与盐酸混合会加快肉类分解速率
该物质是胃蛋白酶
酶在细胞代谢中的作用
资料1：细胞代谢过程中产生过氧化氢，对细胞有毒害作用。细胞中含有过氧化氢酶能够将过氧化氢及时分解，起到解毒的作用。
资料2：贮藏条件：遮光、密闭，在阴凉处（不超过20℃）保存。
过氧化氢在过氧化氢酶的作用下可被分解为水和氧气。
资料3：过氧化氢在储存过程中有特殊要求，严禁与Fe3+等金属化合物混存混运。
分析：哪些因素会影响过氧化氢的分解？
比较过氧化氢在不同条件下的分解
实验原理：
H2O2
H2O
+
O2
适宜条件
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和意义。
实验材料：新鲜的20%肝脏研磨液、新配制的过氧化氢溶液、FeCl3溶液
实验器材：量筒、试管、酒精灯、卫生香、烧杯等。
含有过氧化氢酶
Fe3+可催化过氧化氢分解
卫生香复燃的程度；
产生气泡量
试管编号 1 2 3 4
实验原理 H2O2在高温，FeCl3，过氧化氢酶的作用下都能分解产生氧气
步骤一 每只试管中加入2ml浓度为3%的H2O2溶液
步骤二 无 90℃水浴加热 用滴管加入2滴3.5%的FeCl3 用滴管加入2滴20%的新鲜肝脏研磨液
观察 产生气泡的多少
现象
原因
结论
Fe3+做催化剂
过氧化氢酶
实验现象：
试管编号 1 2 3 4
实验原理 H2O2在高温，FeCl3，过氧化氢酶的作用下都能分解产生氧气
步骤一 每只试管中加入2ml浓度为3%的H2O2溶液
步骤二 无 90℃水浴加热 用滴管加入2滴3.5%的FeCl3 用滴管加入2滴20%的新鲜肝脏研磨液
观察 产生气泡的多少
现象 没有气泡产生 产生少量气泡 产生较多气泡 产生大量气泡
原因 没有产生氧气 产生少量氧气 产生较多氧气 产生大量氧气
结论 过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样
Fe3+做催化剂
过氧化氢酶
讨论：
1.与１号试管相比，２号试管出
现什么不同的现象？说明什么？
2.3、4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？
3.3号试管Fe3+数比4号试管H2O2酶高25万倍，但4号反应速率更快,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？
过氧化氢酶比Fe3+ 的催化效率高得多。细胞中有多种化学反应，且要求条件较为温和，只有酶能够满足这种要求。
加热能提高反应速率
FeCl3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
无关变量：除自变量外，实验过程中可能还会存在的一些对实验结果造成影
响的变量，如肝脏的新鲜程度等。条件需要适宜且相同。
自变量：在实验过程中通过人为控制而改变的变量。
因变量：随着自变量的变化而变化的变量。
对照试验：其他条件都相同，只有一个条件不同的实验。
空白对照：空白试验是在不加入试样的情况下，按与测定试样相同的步骤和
条件进行的试验。
相互对照：几种处理（或水平）互为对照。
自身对照：对照与实验在同一受试对象进行。质壁分离实验
设计实验的原则：单一变量原则，对照实验原则，可重复性原则
思考：为什么2号管没有加入催化剂也能放出较多的气泡呢？
答：因为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。
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。
思考：Fe3+和过氧化氢酶并未给过氧化氢提供能量，为什么也能促使过氧化氢分解呢？
答：二者均能降低活化能
酶在细胞代谢中的作用
反应物
产物
………………
活化能
反应进程
能量
催化剂在化学反应中的作用
..………
…
无机
催化剂
酶
降低化学反应的
活化能
酶降低化学反应活化能作用更显著
1、相同点：
1）改变化学反应速率，本身几乎不被消耗；
2）只催化已存在的化学反应；
3）加快化学反应速率，缩短达到平衡时间，但不改变平衡点；
4）降低活化能，使化学反应速率加快。
酶与无机催化剂的比较？
由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和的条件下快速有序地进行。
酶的本质
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
死细胞中的物质和活细胞都能引起发酵
脲酶是蛋白质
胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质
切赫
奥尔特曼
少数酶是RNA
二 酶的本质
化学本质
来源
功能
活细胞产生的
具有催化作用的
有机物。
一类
化学本质
合成原料
合成场所
来源
作用场所
生理功能
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(真核生物)
一般来说,活细胞都能产生酶
细胞内、外或生物体外均可
生物催化作用
降低化学反应的活化能
总结
酶唯一的作用是催化
细胞内酶的唯一来源是自身合成
所有的活细胞都能合成酶（不考虑哺乳动物成熟的红细胞）
所有的酶在化学反应前后质量不变
所有的酶都含有C、H、O、N 四种元素
两个“唯一”
三个“所有”
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
酶的特性
酶具有高效性
酶降低化学反应活化能示意图
① 与无机催化剂相比，酶催化效率更高。
是无机催化剂107~1013倍。
② 酶降低活化能的作用更显著。
意义：
（1）保证细胞内化学反应顺利进行。
（2）保证细胞内能量供应稳定。
一种酶能催化多种化学反应吗？
无机催化剂催化的化学反应的范围比较广。比如，酸既能催化蛋白质的水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉的水解。
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
实验原理：
（1）淀粉和蔗糖都是非还原糖，葡萄糖、果糖、麦芽糖都是还原糖。
淀粉（非还原性） 麦芽糖（还原性）
淀粉酶
蔗糖（非还原性） 葡萄糖（还原性）+果糖（还原性）
蔗糖酶
（2）淀粉酶能催化淀粉水解，不能催化蔗糖分解。
（3）斐林试剂能鉴定溶液中有无还原糖
实验步骤
序号 项目 试管1 试管2
1 注入可溶性淀粉溶液 2mL —
2 注入蔗糖溶液 — 2mL
3 注入新鲜的淀粉酶溶液 2mL 2mL
4 震荡两支试管，并使试管内液体混匀，将试管下半部沉浸在60℃左右热水中，保温5min
5 取出试管，各加入5mL斐林试剂，轻轻震荡，使物质混合均匀 2mL 淡蓝色 2mL
淡蓝色
6 将两支试管的下半部浸在盛有热水的大烧杯中，煮沸1min，观察颜色变化
无砖红色沉淀
砖红色
实验的自变量、因变量以及无关变量分别是什么？
实验方案设计
自变量：操作简单可行且安全合理
因变量
产物生成
底物剩余
现象明显且科学合理
无关变量：相同且适宜
有无其他的设计方案？
方案一
同种酶、不同底物
① 底物1 + 酶溶液
② 等量底物2 + 等量相同酶溶液
方案二
同种底物、不同酶
① 底物 + 酶溶液1
② 等量相同底物 + 等量酶溶液2
专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。
意义：
酶起催化作用需要怎样的条件？
许多无机催化剂能在高温、高压、强酸或强碱条件下，催化化学反应。
酶活性：酶催化特定化学反应的能力。可用在一定条件下催化某一化学反应的速率表示。
实验设计思路及预期结果
设置对照
1 底物 + 不同温度 + 酶
2 底物 + 不同PH + 酶
一段时间后
检测
底物的减少量或
产物的生成量
用淀粉酶探究温度对酶活性的影响；
用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响。
因为过氧化氢在不同温度下分解速率就不同；
盐酸对淀粉有分解作用。
1试管 1’试管 2试管 2’试管 3试管 3’试管
加淀粉酶 2ml — 2ml — 2ml —
加淀粉 — 2ml — 2ml — 2ml
保温
混合
保温 0℃冰水保温5min 60℃水浴保温5min 100℃水浴保温5min
加碘液 2滴 2滴 2滴
观察颜色
结论
0℃冰水保温5min
60℃水浴保温5min
100℃水浴保温5min
变蓝
变蓝
不变蓝
温度对酶的活性有影响，温度过高或过低都会降低酶的活性
分别将每组的两支试管内的液体混合，摇匀
自变量
因变量
无关
变量
一定范围，酶的活性随温度升高而增强
低温可降低酶活性，但不使酶失活
因此酶制剂常在低温条件下保存。
-20℃~-80℃
在最适温度，酶的活性最高
超过一定温度，酶的活性随温度升高而降低。温度过高，空间结构破坏，永久失活。
酶的作用条件温和
酶的活性(催化效率)受温度影响：
实验步骤 实验操作 1试管 2试管 3试管
一 注入等量不同pH溶液 1mL NaoH 溶液 1mL 盐酸 1mL 蒸馏水
二 等量过氧化氢酶溶液 新鲜肝脏研磨液2滴
三 等量过氧化氢溶液 2mL
四 实验现象 无气泡 无气泡 大量气泡
实验结论
酶的催化作用需要适宜的pH,
pH偏高或偏低都会影响酶的活性
自变量
因变量
无关
变量
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。
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。
酶的作用条件温和
酶的活性(催化效率)受pH影响：
一般来说，动物体内的酶最适温度在35～40℃；植物体内的酶最适温度在40～50℃；细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大，有的酶最适温度可高达70℃。
动物体内的酶最适pH大多在6.5~8.0，但也有例外，如胃蛋白酶的最适pH为1.5；植物体内的酶最适pH大多为4.5～6.5。
酶的活性与酶促反应速率的相关曲线分析
1．反应条件
(1)与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
(2)酶只缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。
2．酶浓度和反应条件
(1)图甲：
在底物充足，其他条件适宜的情况下，
酶浓度与酶促反应速率成正比。
(2)图乙：
①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
②酶只缩短达到化学平衡所需时间，不改变化学反应平衡点。
3．反应底物浓度
(1)加入酶A时，一定范围内随底物浓度增加反应速率增加， 当底物浓度超过一定范围后反应速率不再改变。
(2)酶A会促进酶促反应进行酶B不会，说明酶具有专一性。
4．pH和温度
(1)甲图：
①在最适pH时，酶的催化作用最强，高于或低于最适pH，酶的催化作用将减弱；
②过酸过碱都会使酶失活
③不同的酶最适pH不同
(2)乙图：
①在一定温度范围内，随温度升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用将减弱；
②低温只会抑制酶的活性，而高温会使酶失活
(3)丙图：
反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
5.底物浓度影响酶促反应速率曲线分析
A点之后：
底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。

A
在其他条件适宜、酶量一定的情况下
OA段：
酶促反应速率随底物浓度增加而加快，限制反应速率的因素主要是底物浓度。
小结