生物人教版（2019）必修1 5.1 降低化学反应活化能的酶（共54张ppt)

(共54张PPT)
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。
讨论：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？
便于取出实验材料（肉块），排除物理性的消化对肉块的影响，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。
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。
问题探讨
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。
第五章 细胞的能量供应和利用
第1节 降低化学反应活化能的酶
一 酶的作用和本质
（一）
酶在细胞代谢中的作用
（一）酶在细胞代谢中的作用
1、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。
CO2+H2O （CH2O) +O2
光
酶
叶绿体
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
线粒体
酶
氨基酸 多肽
酶
核糖体
（主要场所：细胞质基质）
细胞代谢离不开酶
（一）酶在细胞代谢中的作用
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，能将过氧化氢分解成氧气和水。
2H2O2
2H2O + O2↑
（一）酶在细胞代谢中的作用
2、探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
（1）实验原理
过氧化氢在高温或铁离子或过氧化氢酶的作用下都可分解成水和氧气。
新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。
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的分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。
1.常温
2.加热
3.加FeCl3
4.加过氧化氢酶.
（一）酶在细胞代谢中的作用
2、探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
（3）实验材料
新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液
质量分数为3.5%的FeCl3溶液
体积分数为3%的过氧化氢溶液
量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、试管夹、大烧杯、三脚架、石棉网、温度计
（一）酶在细胞代谢中的作用
2、探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
（4）实验设计及现象
4
常温
90℃
水浴加热
2滴
3.5%FeCl3
2滴
20%肝脏研磨液
1
2
3
（一）酶在细胞代谢中的作用
2、探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
（4）实验设计及现象
试管编号
步骤 1 2 3 4
一
二
三 观察
实验结论
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴
2滴
几乎无
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
变亮
复燃
过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样
过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快
反应条件
H2O2浓度
H2O2剂量
气泡产生
带火星的卫生香
2滴清水
2滴清水
1与2对照：________________________________________________
加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(为反应提供能量)
1与3对照：________________________________________________
FeCl3在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(催化作用)
1与4对照：______________________________________________
____________
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。(催化作用)
（5）实验分析:
3与4对照：____________________________
过氧化氢酶比FeCl3的催化效率高。
（6）实验结论：酶和无机催化剂一样，都能催化化学反应，并且酶的催化效率远高于无机催化的催化效率。
（一）酶在细胞代谢中的作用
2、探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
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。
③因变量：因自变量改变而变化的变量。
④无关变量：除自变量外，实验中还存在的一些对实验结果造成影响的可变因素。
实验中变量的控制：
（一）酶在细胞代谢中的作用
2、探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
科学方法——控制变量和设计对照实验
（一）酶在细胞代谢中的作用
2、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 说明
1 2 3 4
一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3%
剂量 2ml 2ml 2ml 2ml
二 反应条件 常温 90℃ FeCl3溶液 新鲜肝脏研磨液
剂量 2滴 2滴
结果 气泡产生
卫生香燃烧
因自变量的改变而变化的变量
人为控制的对实验对象进行处理因素
实验中可能存在的一些对实验结果造成影响的可变因素
自变量
因变量
无关变量
无关变量
（4）实验设计及现象
2滴清水
2滴清水
几乎无
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
变亮
复燃
遵循的原则：
对照原则、单一变量原则
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叫作对照实验。
空白对照
（一）酶在细胞代谢中的作用
2、探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
①空白对照 ②相互对照 ③自身前后对照
类型：
科学方法——控制变量和设计对照实验
（一）酶在细胞代谢中的作用
2、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 说明
1 2 3 4
一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3%
剂量 2ml 2ml 2ml 2ml
二 反应条件 常温 90℃ FeCl3溶液 新鲜肝脏研磨液
剂量 2滴 2滴
结果 气泡产生
卫生香燃烧
因自变量的改变而变化的变量
人为控制的对实验对象进行处理因素
实验中可能存在的一些对实验结果造成影响的可变因素
自变量
因变量
无关变量
无关变量
（4）实验设计及现象
2滴清水
2滴清水
几乎无
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
变亮
复燃
实验组
对照组
对照实验应遵循的原则
对照原则、单一变量原则、平行重复原则、科学性原则
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。
（一）酶在细胞代谢中的作用
3、活化能
H2O2 (常态) H2O2(活跃状态)
能量
加热
活化能
思考1：加热为什么能加快化学反应？
分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需的能量，称为活化能。
思考2：Fe3+和酶为反应提供了能量吗？
生物催化剂
常态
终态
活跃状态
活化能
（一）酶在细胞代谢中的作用
3、活化能
各条件使反应加快的本质：
加热：
Fe3+：
酶：
为反应物分子提供能量(活化能），使其达到活跃状态
降低化学反应所需的活化能
更显著地降低化学反应所需的活化能
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。
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。
4、意义：
想一想：如何表示？
无催化剂曲线：______，所需活化能：____
无机催化剂曲线：______，所需活化能：____
酶促反应曲线：______，所需活化能：____
无机催化剂降低的活化能： ______
酶降低的活化能： ______
曲线B
曲线C
E2
E2—E3
E3
（一）酶在细胞代谢中的作用
A
B
C
曲线A
E1
E2—E1
（二）
酶的本质
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
脲酶是蛋白质
李比希
少数RNA也具有催化功能
切赫、奥尔特曼
（二）酶的本质（探索）
（二）酶的本质
酶
来源
活细胞产生的
活细胞产生，可在细胞内、细胞外(或体外)发挥作用
功能
具有催化作用
降低化学反应的活化能　
本质
有机物(绝大多数酶是蛋白质)
合成原料：氨基酸和核糖核苷酸
少数是RNA
（哺乳动物成熟红细胞不能合成）
第五章 细胞的能量供应和利用
第1节 降低化学反应活化能的酶
二 酶的特性
（一）
酶具有高效性
（一）酶具有高效性
实验数据表明：
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。
酶具有高效性是相对于无机催化剂而言的
酶和无机催化剂一样，能催化化学反应的进行，降低化学反应的活化能，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产物的生成量。
（一）酶具有高效性
酶能增加产物的生成量吗？
未加催化剂
无机催化剂
酶
时间
产物量
(1)能降低反应的活化能，提高反应速率，缩短到达平衡的时间，并不改变平衡点。
(2)反应前后，性质和数量均没有变化。
无机催化剂催化的化学反应范围比较广。
酶也能催化多种化学反应吗？
（二）
酶具有专一性
1、概念：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。
如：脲酶——只能催化____________分解。
过氧化氢酶——只能催化___________________分解。
二肽酶——可以催化所有的____________分解。
尿素
过氧化氢
二肽
底物
（反应物）
酶
产物
（生成物）
酶
酶
（二）酶具有专一性
同一生物不同细胞内酶的种类和数量不相同。
锁钥模型
诱导契合模型
1、概念：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
（二）酶具有专一性
（二）酶具有专一性
2、探究·实践：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
①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
（二）酶具有专一性
2、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 注入质量分数为3%的可溶性淀粉溶液 2mL —
2 注入质量分数为3%的蔗糖溶液 — 2mL
3 注入质量分数2%的新配制的淀粉酶溶液 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2mL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
砖红色沉淀
能不能将实验中的斐林试剂换成碘液作为实验材料？
无砖红色沉淀
（二）酶具有专一性
实验探究
设计思路一：
设计思路二：
同种酶、不同底物
① 淀粉 + 淀粉酶
② 蔗糖 + 淀粉酶
同种底物、不同酶
① 淀粉 + 淀粉酶
② 淀粉 + 蔗糖酶
用斐林试剂鉴定
用碘液或斐林试剂鉴定
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？
（三）
酶的作用条件较温和
实验设计：
哪些因素会影响酶的活性？
（三）酶的作用条件较温和
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。
1.在不同的温度下，同一种酶的活性是否会受到影响？
2.在不同的pH下，同一种酶其活性是否会改变？
请设计相关的实验，验证你们的假设。
（三）酶的作用条件较温和
1、探究温度对酶活性的影响
①实验原理：
温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。
②实验的变量分析:
自变量:
因变量：
无关变量：
温度
淀粉分解量的多少（用是否出现蓝色及蓝色深浅表示）
淀粉和淀粉酶的量、溶液的pH、反应时间、反应变量的检测方法等
操作 1试管 2试管 3试管 4试管 5试管 6试管
0℃ 0℃ 60℃ 60℃ 100℃ 100℃
加淀粉 2mL — 2mL — 2mL —
加淀粉酶 — 2mL — 2mL — 2mL
保温 在各自温度下保温5min
混合 将2加入1中 将4加入3中 将6加入5中
保温 在各自温度下保温5min
加碘液 2滴 2滴 2滴
观察颜色
实验结论：
温度过低或过高，酶的活性都较低。
变蓝
不变蓝
变蓝
注意：
1.实验不宜用斐林试剂，本实验自变量为温度，须严格控制。
2.不宜选用过氧化氢酶催化H2O2分解，H2O2在加热条件下会自然分解。
1、探究温度对酶活性的影响
（三）酶的作用条件较温和
同温处理：让底物和酶各自在所控制的温度下保温一段时间，再进行混合。
酶活性受温度影响示意图
温度低于最适温度时，随温度升高，酶活性(催化效率)增强；
温度达到最适温度时，酶活性(催化效率)达到最大；
温度高于最适温度时，随温度升高，酶活性(催化效率)减慢。
高温会使酶永久失活，不可恢复；
低温使酶活性降低，但酶的空间结构稳定，酶制剂常在低温下保存。
(人体内的最适温度为37度)
1、探究温度对酶活性的影响
（三）酶的作用条件较温和
2、探究pH对过氧化氢酶活性的影响
（三）酶的作用条件较温和
①实验原理：
H2O2
H2O＋O2↑
H2O2酶
pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成量，可用带火星的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成量的多少。
②试剂：体积分数为3％的过氧化氢溶液、质量分数为5％的HCl溶液、质量分数为5％的NaOH溶液、蒸馏水。
2、探究pH对过氧化氢酶活性的影响
（三）酶的作用条件较温和
③实验的变量分析:
自变量:
因变量：
无关变量：
氧气生成量的多少
pH
肝脏研磨液的量、H2O2的量、反应时间、温度（最适）等
过氧化氢溶液 1号试管 2号试管 3号试管
实验步骤 一
二
三
四
实验现象
结论
各加入2ml过氧化氢，振荡2min
试管各加入2滴新鲜的肝脏研磨液
无明显变化
1ml 蒸馏水
1ml NaOH溶液
1ml HCl溶液
将带火星的卫生香分别放入试管中
只有在适合的pH下酶的催化效率最好
复燃
无明显变化
2、探究pH对过氧化氢酶活性的影响
（三）酶的作用条件较温和
探究pH对酶活性的影响，不宜选用淀粉溶液和淀粉酶溶液，因为酸性条件会促进淀粉的水解。
酶活性受pH影响示意图
一般地，动物体内的酶最适pH在6.5－8.0之间，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；
细菌和真菌体内的酶最适pH差别较大。
在最适pH条件下，酶的活性最高，pH偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。
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。
2、探究pH对过氧化氢酶活性的影响
（三）酶的作用条件较温和
①温度和pH：通过影响酶活性来影响酶促反应速率
②酶的浓度：在底物充足、其他条件适宜的条件下，反应速率随酶浓度的升高而加快。
③底物浓度：在其他条件适宜，酶量一定的条件下，酶促反应速率随着底物浓度的增加而加快,但底物达到一定浓度后，受酶的数量的限制（所有的酶都已参与反应），酶促反应速率不再增加。
酶促反应速率
酶的浓度
酶促反应速率
底物浓度
（三）酶的作用条件较温和
3、影响酶促反应速率的因素
酶催化反应时,最适温度和最适pH不会相互影响。
（三）酶的作用条件较温和
3、影响酶促反应速率的因素
0
反应物剩余量（相对值）
pH
30℃
33 ℃
37 ℃
35 ℃
细胞的各类化学反应之所以能有序进行，还与酶在细胞中的分布有关。拿植物叶肉细胞说，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内。与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内，这样，光合作用与呼吸用在细胞内不同的区室同时进行，就可以互不干扰了。
（四）
酶的应用
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。
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。
（四）酶的应用
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。
（四）酶的应用
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。
（四）酶的应用
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。
即时训练
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。
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)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。
即时训练
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。
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。
(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。
即时训练