生物人教版（2019）必修1 5.1降低化学反应活化能的酶 课件 （共55张ppt）

(共55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
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。
确定其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。
斯帕兰札尼在研究鹰的消化作用
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。
意义：
细胞生命活动的基础
细胞代谢是细胞生命活动的基础，但代谢也会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。幸而细胞中含有过氧化氢酶，能将过氧化氢分解，变成氧和水。
2H2O2
2H2O + O2↑
过氧化氢酶
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
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
1号
2号
3号
4号
2mLH2O2
90℃
水浴加热
2滴
3.5%FeCl3
2滴
20%肝脏研磨液
常温
（4）实验步骤
一、酶的作用和本质
（一）酶在细胞代谢中的作用
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
（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
（1）与1号试管相比，2号试管产生的气泡多，这一现象说明了什么？
（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？
加热能促进H2O2的分解,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。
过氧化氢酶比Fe3+ 的催化效率高得多。
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。
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（结果Y）
无关变量：
（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
除自变量外，实验中还存在的一些也可对实验结果造成影响的其它变量（相同条件a）
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：
（2）对照实验
对照组
实验组
空白对照
空白对照、自身对照、相互对照、条件对照
1、探究甲状腺激素对动物生长发育的影响：
甲组：饲料中添加甲状腺激素
乙组：饲料中不添加甲状腺激素
实验组：
对照组：
乙组
甲组
2、植物细胞吸水与失水实验：
对照
对照
实验组：
对照组：
处理前
处理后
空白
自身
一、酶的作用和本质
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：
单一变量原则：
等量性原则：
（3）实验设计的一般原则
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。
在对照实验中,除了要观察的变量发生变化外,其他变量都应保持相同。（无关变量始终相同且适宜）
指除单一变量可以变化外，其他的实验条件应是一样的，如所用试剂量要相同，放在相同条件下培养，取长势相同的植物培养等。
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。
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。
Fe3+和过氧化氢酶促使过氧化氢分解，但它们并未供给过氧化氢能量，而是降低了过氧化氢分解的活化能
加热加压相当于给汽车加大油门
提供能量
穿山隧道
一、酶的作用和本质
（二）酶的作用机理
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。
各条件使反应加快的本质：
酶：
更显著地降低化学反应的活化能（作用机理）
想一想：如何表示？
无催化剂曲线：______
酶促反应曲线：______
无酶促反应所需活化能：______
酶促反应所需活化能： ______
酶降低的活化能： ______
曲线B
曲线A
E2
E3—E2
E3
一、酶的作用和本质
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）
糖 → 酒精+二氧化碳
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德（微生物学家）
是活酵母细胞的作用
是某些物质在酵母细胞死亡裂解后的作用
结论：酵母细胞提取液与活酵母细胞作用相同
毕希纳（化学家）
萨姆纳
脲酶是蛋白质
少数RNA
酿酶
奥诶奥尔特曼特曼
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
少数RNA也具有催化功能
切赫、奥尔特曼
酶的定义？
1.关于酶本质的探索（P79-P80）
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。
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。
酶的来源
酶的作用
降低活化能
酶的化学成分
少数是RNA
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
作用机理
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
酶的特性
3号
4号
2号
1号
比较过氧化氢在不同条件下的分解：
1号和4号对照，说明：
3号和4号对照，说明：
酶能催化过氧化氢的分解
酶的催化具有高效性
H2O2
H2O2
H2O2
常温
水浴
加热
无机
催化剂
酶
H2O2
二、酶的特性
1、酶具有高效性
复习回顾
酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍。
二、酶的特性
酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍。
①加入酶
②加入无机催化剂
③不加催化剂
时间
产物生成量
②
③
①
平衡点
判断无机催化剂和酶催化的曲线？
1.酶具有高效性
①②曲线比较，说明酶具有________
①③曲线比较，说明酶具有________
高效性
催化作用
(2)酶和催化剂只能缩短达到化学平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点（即生成物的量）
(1)催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
二、酶的特性
1.酶具有高效性
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的稳定 。
你在踢球或奔跑时，肌细胞需要大量的能量供应
供能的化学反应如果慢悠悠地进行
你还能跑那么快吗
酶的催化效率高
健步如飞
这对细胞有什么意义呢？
无机催化剂催化的化学反应的范围比较广，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。
酶能像无机催化剂一样，催化多种化学反应吗？
二、酶的特性
探究·实践
淀粉和蔗糖都是非还原糖。
它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。
1. 实验原理
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
二、酶的特性
探究·实践
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
2. 实验步骤
序号 项目 试管 1 试管 2
1 可溶性淀粉溶液 2ml ——
2 蔗糖溶液 —— 2
3 新鲜的淀粉酶溶液 2ml 2ml
4 保温 60℃，5min 60℃，5min
5 斐林试剂 2ml 2ml
6 沸水浴 1min 1min
7 实验结果
砖红色沉淀
无砖红色沉淀
3. 实验结论
淀粉酶只能催化淀粉的水解，而不能催化蔗糖的水解
4.
碘液无法鉴定蔗糖是否发生水解，反应前后均不变蓝
能不能用碘液检测实验结果？
二、酶的特性
2.酶具有专一性
每一种酶只能催化一种或一类化学反应
意义：保证了细胞代谢能够有条不紊地进行
“钥匙——锁” 模型
二、酶的特性
探究·实践
影响酶活性的条件
酶活性：酶催化特定化学反应的能力。酶活性可用在一定条件下酶催化某一化学反应的速率表示。
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。
酶起催化作用需要怎样的条件呢？
二、酶的特性
探究·实践
影响酶活性的条件
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pH为6.2~7.4,胃液pH为0.9~1.5）
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℃
根据上述资料，你能提出什么问题吗？
温度会影响酶的活性吗？
pH会影响酶的活性吗？
提出问题
温度会影响酶的活性
pH会影响酶的活性
作出假设
二、酶的特性
探究·实践
选择淀粉酶还是H2O2酶作实验材料？为什么选择这种酶？
2. 本实验的自变量是什么？需要设计几组实验？设定几个温度？
3. 本实验的因变量是什么？怎样检测因变量？选择哪种鉴定试剂？
为什么不用斐林试剂？
设计实验
探究温度对酶活性的影响
淀粉酶；因为H2O2受温度影响也会分解
温度；三组；高温，低温和常温（60℃）
酶的活性；碘液，检测是否出现蓝色及蓝色深浅
斐林试剂鉴定需要水浴加热，会影响实验结果。
二、酶的特性
探究·实践
探究温度对酶活性的影响
二、酶的特性
探究·实践
探究温度对酶活性的影响
步骤 试管1 试管2 试管3 试管4 试管5 试管6
1 2ml淀粉溶液 + + +
1ml淀粉酶溶液 + + +
2 分别保温5min 冰浴 水浴，60℃ 沸水浴
3 将试管2中的溶液倒入试管1中混合 将试管4中的溶液倒入试管3中混合 将试管6中的溶液倒入试管5中混合
4 分别保温2min 冰浴 水浴，60℃ 沸水浴
5 加入2滴碘液，观察颜色变化
实验现象
实验结论
酶的催化作用需要适宜的温度，温度过高或过低都会影响酶的活性
蓝色 无蓝色出现 蓝色
二、酶的特性
探究·实践
探究温度对酶活性的影响
1.为什么要先将底物和酶控制到预设温度，再混合反应？
2. 如何进一步探究淀粉酶的最适温度？
思考
酶具有高效性，若酶和底物没有在对应温度混合，一混合就已发生反应，降低了实验的说服力。
缩小温度梯度（梯度要均匀），重复进行上述实验。
二、酶的特性
温度对酶活性的影响
B
C
A
（1）在一定温度范围内，酶促反应速率随温度的升高而_______，但当温度升高到一定限度时，酶促反应速率不仅不再加快反而随着温度的升高而________。
（2）在一定条件下，酶活性最大时的温度称为该酶的_________。
（3）低温影响酶的活性，但不会使酶的_________遭到破坏，温度升高后，酶________恢复活性。但高温会导致酶_________，酶会_______活性。
一般地，动物体内的酶最适温度在35~40℃之间；植物体内的酶最适温度在40~50℃之间；细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大。
升高
降低
最适温度
空间结构
能够
变性
失去
二、酶的特性
探究·实践
探究pH对酶活性的影响
选择淀粉酶还是H2O2酶作实验材料？为什么选择这种酶？
2. 本实验的自变量是什么？需要设计几组实验？设定几个pH？
3. 本实验的因变量是什么？怎样检测因变量？
设计实验
H2O2酶；因为淀粉在酸性条件下也会分解，影响实验观察效果
pH；三组；酸性、中性和碱性
酶的活性；看气泡产生多少或卫生香复燃程度
二、酶的特性
探究·实践
探究pH对酶活性的影响
二、酶的特性
探究·实践
探究pH对酶活性的影响
步骤 试管1 试管2 试管3
1 加入2ml H2O2溶液
2 1ml pH=7的缓冲液 1ml 盐酸溶液 1ml NaOH溶液
3 加入2滴肝脏研磨液
4 观察气泡生成速率，或插入卫生香，观察复燃所需时间
实验现象
实验结论
有大量气泡产生 基本无气泡产生 基本无气泡产生
酶的催化作用需要适宜的pH，pH偏低或偏高都会影响酶的活性
必须先调pH，然后再将反应物与酶混合。否则反应物会在未调节好pH的情况下就在酶的作用下发生反应，影响实验的准确性。
二、酶的特性
PH对酶活性的影响
υ/mmol. s-1
最适pH
0
pH
酶活性受pH影响示意图
（1）在一定条件下，酶活性最大时的pH值称为该酶的________。偏离该pH，不论升高还是降低，酶促反应速率都会________。
（2）过酸，过碱都会使酶的_________遭到破坏，使酶___________。
一般地，动物体内的酶最适pH在6.5~8.0之间，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在4.5~6.5之间。
最适pH
降低
空间结构
永久失活
二、酶的特性
※高温、低温、过酸和过碱对酶活性的影响，其本质相同吗？
不同。
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；低温使酶活性明显下降，但在适宜温度下其活性可以恢复。
※过酸、过碱或高温 酶永久失活
低温 酶暂时失活
二、酶的特性
※影响酶促反应速率的因素：
1. 温度
2. pH
3. 酶的浓度：在有足够底物且不受 其他因素影响的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比
4. 底物浓度：在一定浓度范围内，反应速率随浓度的升高而加快，但达到一定浓度，反应速率不再变化
5. 抑制剂、激活剂
酶促反应速率
酶的浓度
酶促反应速率
底物浓度
酶数量限制
温度
小结：影响酶促反应速率的因素及其作用的实质
pH
抑制剂或激活剂
酶浓度
底物浓度
酶活性
影响
影响
酶与底物的接触面积
酶促反应速率
二、酶的特性
二、酶的特性
细胞中的各类化学反应的有序进行还与酶的分布有关
与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内。
与光合作用有关的酶分布在叶绿体内。
二、酶的特性
酶为生活添姿彩
酶的应用
溶菌酶溶解细菌的细胞壁
含酶牙膏
多酶片
胰蛋白酶
加酶洗衣粉
果胶酶
课堂小结
实验：比较过氧化氢在不 同条件下的分解
实验：淀粉酶对淀粉和蔗 糖的水解作用
探究：影响酶活性的条件
1.酶具有高效性
2.酶具有专一性
3.酶的作用条件较温和
二 酶的特性
选一选
1、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
2、酶具有极强的催化功能，其原因是（ ）
A．增加了反应物之间的接触面积
B．降低了化学反应的活化能
C．提高了反应物分子的活化能
D．酶提供使反应开始所必需的活化能
选一选
3、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.大多数酶是细胞产生的
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
选一选
4.关于酶的叙述中,正确的是( )
A．酶只有在生物体内才能起催化作用
B．酶都有消化作用
C．酶是活细胞产生的具有催化效率的有机物。
D．酶都是在核糖体上合成的
5．20世纪80年代初，切赫和奥特曼分别发现了具有催化功能的核酶，打破了酶只是蛋白质的传统观念，为此双双获得了1989年的诺贝尔化学奖。“核酶”是指某些（ ）
A．DNA B．RNA C．染色体 D．ATP
二、酶的特性
2、人在发高烧时，常常食欲大减，最根本的原因是（ ）
A.所吃食物不能消化
B.胃没有排空
C.吃药使人没有了胃口
D.体温超过合适温度，消化酶的活性下降。
D
1、关于酶的特性，下列表述中错误的一项是（ ）
A.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物
B.化学反应前后，酶的化学性质和数量不变
C.酶的催化效率很高，但易受温度和酸碱度影响
D.一旦离开活细胞，酶就失去催化能力
D
二、酶的特性
3，在测定胃蛋白酶活性时，将溶液pH由10降到2的过程中，
胃蛋白酶的活性将：（ ）
A．不断上升
B．没有变化
C．先升后降
D．先降后升
催化效率
pH值
0
2
4
胃蛋白酶
6
8
10
B
底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响
（1）甲图中在其他条件适宜、酶浓度一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度的改变怎样变化？
（2）甲图中：A~B段限制因素：_____________；B以后稳定阶段限制因素：___________________________
（3）乙图显示在底物足够、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率和酶浓度之间的关系：_______________________
底物浓度
酶的数量
成正比
酶促反应速率随底物浓度增大而加快，但当底物达到一定浓度后，酶促反应速率不再增大。
二、酶的特性
同学们再见