5.1降低化学反应活化能的酶课件(共41张PPT)

(共41张PPT)
细胞的能量供应和利用
化学反应
使分子活化
能量的通货-ATP
提供
能量
——
高温
高压
降低活化能——催
化剂
细胞呼吸：有机物
氧化分解
无机催化剂
酶
光合作用
需要通过
条件
需要
途径一
途径二
细胞外
细胞内
最终来源
来源于





第五章 细胞的能量供应和利用
与生活联系：谈谈自己生活中接触过哪些用品含有酶？
5.1 降低化学反应活化能的酶
本节聚焦
细胞代谢为什么离不开酶？
酶是什么物质？
通过对酶本质的探索过程的分析，你对科学史怎样发展的有哪些领悟？
1773年，意大利科学家斯帕兰礼尼做了
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？
3. 怎样才能证明你的推测
排除物理性消化对肉块的影响
胃内的化学物质将其分解
收集胃内化学物质，做体外分解肉块实验
问题探讨
5.1 降低化学反应活化能的酶
细胞代谢：细胞中每时每刻发生的化学反应，统称为细胞代谢。
意义：是细胞生命活动的基础。
与酶的关系：细胞代谢离不开酶。代谢产生的废物，有害物质，比如过氧化氢，也需酶的分解。
光合作用
(一)酶在细胞代谢中的作用
特点：复杂、有序、温和、高效
一 酶的作用和本质
比较过氧化氢在不同条件下的分解
试管编号 1 2 3 4
H2O2溶液 2ml 2ml 2ml 2ml
变量 室温 900C中水浴 加FeCl3溶液 加肝脏研磨液
气泡现象 无 少量 较大量 大量
对照实验 对照组 实验组
(自变量)
(因变量)
(一)酶在细胞代谢中的作用
探究.实验
提示：
过氧化氢酶是普遍存在的。实验中动物肝脏研磨液需保持新鲜，因为久置的肝脏研磨液中过氧化氢酶（蛋白质）会被微生物分解利用。
一 酶的作用和本质
对照原则
单一变量原则
二、酶的作用
试管编号
1 2 3 4
1 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3%
剂量 2ml 2ml 2ml 2ml
2 反应条件 常温 90℃ FeCl3溶液 2滴 新鲜肝脏研磨液 2滴
结果 H2O2 分解 速率 气泡 产生
卫生香燃烧
对照组
实 验 组
随自变量的变化而变化的变量
实验中人为改变的变量
自变量
因变量
无关变量
步骤
说明
变量
实验的原则：
实验中可能存在的一些可变因素，对实验结果造成影响
比较过氧化氢在不同条件下的分解
对照实验—科学方法分析
(观测指标)
①空白对照
②自身对照
③相互对照，如伞藻的嫁接实验、蝾螈受精卵横缢实验。
实验过程中可以变化的因素
实验组＝对照组+实验处理
＝对照组±自变量
一 酶的作用和本质
讨论
比较过氧化氢在不同条件下的分解
（1）1号试管与2号试管相比，说明了什么？
1
2
加热可以加快过氧化氢分解
不能！
（2）细胞内能通过加热来提高反应速率吗？
90℃
探究.实验
(一)酶在细胞代谢中的作用
一 酶的作用和本质
1
2
3
4
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,也称“能障”。
常态
活跃状态
能量
90℃
酶的作用机理：
降低化学反应的活化能
探究.实验
讨论
比较过氧化氢在不同条件下的分解
(一)酶在细胞代谢中的作用
一 酶的作用和本质
与无机催化剂相比较，酶的催化效率更高。
FeCl3溶液
新鲜肝脏研磨液
3
4
（3）3号试管与4号试管未经加热，也有大量气
泡产生，这说明了什么？
Fe3+和过氧化氢酶都能加快H2O2分解速率
（4）3号试管与4号试管相比，哪只试管反应速
率快，这说明了什么？
1滴FeCl3溶液中Fe3+数：1滴肝脏研磨液中过氧化氢酶数=25万：1
探究.实验
讨论
比较过氧化氢在不同条件下的分解
(一)酶在细胞代谢中的作用
一 酶的作用和本质
1.生物催化剂 2.无机催化剂 3.无酶催化
酶使活化能降低
同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高
探究.实验
讨论
比较过氧化氢在不同条件下的分解
(一)酶在细胞代谢中的作用
一 酶的作用和本质
催化剂可以降低化学反应的活化能，而且与无机催化剂相比较，生物催化剂酶有突出的优越性——酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。
结论
探究.实验
比较过氧化氢在不同条件下的分解
(一)酶在细胞代谢中的作用
一 酶的作用和本质
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
萨姆纳
李比希
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
脲酶是蛋白质
切赫、奥特曼
少数RNA也具有生物催化功能
(二)酶的本质
一 酶的作用和本质
思考.讨论
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？
【答案】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。
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？
【答案】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。
(二)酶的本质
一 酶的作用和本质
3.从毕希纳的实验可以得出什么结论？
【答案】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。
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？
【答案】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。
5.请给酶下一个比较完整的定义。
【提示】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。
思考.讨论
(二)酶的本质
一 酶的作用和本质
化学本质 绝大多数是蛋白质 少数是RNA
实验验证 与_________________反应呈紫色
与__________________反应呈红色
合成原料 ___________
________________
合成场所 ____________ 主要是___________(真核生物)，
_____________(原核生物)
1.几乎所有的活细胞都能合成酶，酶可以在细胞内起作用(胞内酶：呼吸酶)，也可以在细胞外起作用(胞外酶：消化酶)，酶只起催化作用，不起调节作用，也不提供能量。
2.能产生激素的细胞一定能合成酶，但能合成酶的细胞不一定能产生激素。
3.酶与无机催化剂相比：均降低了反应的活化能，加快了反应速度，不改变反应的平衡点，反应前后数量和性质不变，只是酶降低化学反应活化能更加显著。
4.加热的方法不能降低活化能，但会提供活化能。
双缩脲试剂
吡罗红染液
氨基酸
核糖核苷酸
核糖体
细胞核
拟核
思考.讨论
(二)酶的本质
一 酶的作用和本质
练习与应用
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
D
D
一 酶的作用和本质
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2mL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滴蒸馏水。这样做的目的是_______ 。
【提示】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。
练习与应用
2.仔细阅读本节的“思考 讨论”，通过完成下面的
图解，体会巴斯德、李比希、毕希纳、萨姆纳的观
点之间的逻辑关系；写一篇短文，谈谈对科学发展过程的认识。
【答案】巴斯德：发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用。李比希：引起发酵的是细胞中的某些物质，但是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。
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？
【提示】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。
练习与应用
酶的化学成分
酶的来源
是活细胞产生的一类
具有生物催化作用的有机物
什么是酶？
酶是一类生物催化剂
思考：蛋白质是酶吗？
大部分酶是蛋白质，少数酶是RNA(核酶)
酶的功能
(一)酶的概念
二 酶的特性
3
4
4
3
少量肝脏
研磨液
说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率(活性)高得多
比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率
为什么4号试管的反应速率比3号试管快得多？
(二)1.酶具有高效性
二 酶的特性
1. 具有高效性
事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的
倍
107 ～1013
酶的高效性保证了细胞内化学反应的顺利进行。
酶具有高效性的意义：
(二)1.酶具有高效性
二 酶的特性
淀粉酶对淀粉和蔗糖的分解作用
讨论
淀粉溶液 蔗糖溶液
实验步骤 一
二
三
实验现象
结论
分别加入淀粉酶2滴，振荡，试管下半部浸入60℃左右的热水中，反应5min
2号试管中加入2mL
蔗糖溶液
加入斐林试剂
振荡
约60℃水浴2min
1号试管中加入2mL
淀粉溶液
蓝色
无变化
棕色
砖红色沉淀
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。
探究.实验
(二)1.酶具有高效性
二 酶的特性
淀粉酶对淀粉和蔗糖的分解作用
讨论
若上述实验中，两支试管均产生砖红色沉淀，请分析可能原因？
①试管不干净，残留有还原糖。
②蔗糖纯度不高，里面混杂有果糖、葡萄糖等还原糖。
③蔗糖放置时间过长，被溶液中的微生物分解成了还原糖。
探究.实验
(二)2.酶具有专一性
二 酶的特性
1. 具有高效性
事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的
倍
107 ～1013
目前发现的酶有 多种,它们分别催化不同
的化学反应。
2. 具有专一性
细胞代谢能够有条不紊，互不干扰地进行，与
酶的 是分不开的。
一种或一类
8000
专一性
每一种酶只能催化 化学反应。
二 酶的特性
(二)2.酶具有专一性
1. 具有高效性
事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的
倍
107 ～1013
2. 具有专一性
（1）设计思路一：换反应物不换酶
（2）设计思路二：换酶不换反应物
实验组：反应物+相应酶溶液 反应物被分解
检测
对照组：相同反应物+等量另一种酶溶液 反应物不被分解
检测
实验中的自变量可以是不同的反应物，也可以是不同的酶溶液，因变量是反应物是否被分解。
二 酶的特性
(二)2.酶具有专一性
1. 具有高效性
事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的
倍
107 ～1013
2. 具有专一性
3. 作用条件较温和
（1）温和条件：常温、常压和接近中性的PH。
（2）易变性：因其绝大多数是蛋白质，强酸、强碱、高温等剧烈条件都会破坏其空间结构——变性，失去活性。
特殊实例：①Taq DNA聚合酶最适高温可达70℃。
②胃蛋白酶的最适PH为1.5。
二 酶的特性
(二)3.酶作用条件较温和
1. 具有高效性
事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的
倍
107 ～1013
2. 具有专一性
3. 作用条件较温和
O
t/ C
v/mmol·s-1
最适温度
① 要有合适的温度：
在最适温度的两侧，反应速率都
比较___较高的温度容易使酶的
________遭到破坏，蛋白质变性
而失去_____。
低
活性
空间结构
动物：35---40摄氏度
植物：40--50摄氏度
细菌、真菌：差别较大
酶制剂适宜在低温下保存
二 酶的特性
(二)3.酶作用条件较温和
1. 具有高效性
事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的
倍
107 ～1013
2. 具有专一性
3. 作用条件较温和
O
PH
v/mmol·s-1
最适PH
① 要有合适的温度：
6
10
胰蛋白酶
在过酸过碱的条件下，都会
使酶的________遭到破坏,
蛋白质变性，酶失去_____。
空间结构
活性
② 要有合适的pH：
动物体里的酶最适PH大多在6.5---8.0之间，（但胃蛋白酶为1.5，胰液中的酶为8---9）植物体里的酶最适PH大多在4.5-----6.5之间
二 酶的特性
(二)3.酶作用条件较温和
特别提醒：
1.专一性实验鉴定试剂不能用碘液，因为碘液与蔗糖的反应前后都无变化，不能说明蔗糖被分解。
2.淀粉不适合做研究PH对酶活性的影响的实验，是由于在碱性条件下，碘液与淀粉的反应不能进行。
3.过氧化氢不适合做研究温度对酶活性的影响的实验，是由于温度能影响过氧化氢分解反应速率。
二 酶的特性
例题：下列有关酶的正确叙述是(　 　)
①是有分泌功能的细胞产生的
②有的从食物中获得，有的是体内转化而来
③凡是活细胞都能产生酶
④绝大多数酶是蛋白质
⑤有的酶是蛋白质，有的是固醇
⑥酶在代谢中有多种功能
⑦在新陈代谢和生殖发育中起调控作用
⑧酶只是起催化作用
⑨酶只在细胞内发挥作用
A．①②⑤ B．③⑦⑨ C．③④⑧ D．④⑤⑥
C
二 酶的特性
————酶相关知识的理解误区
项目 正确说法 错误说法
产生场所 活细胞(不考虑哺乳动物成熟的红细胞等) 具有分泌功能的细胞才能产生
化学本质 有机物(大多数为蛋白质，少数为RNA) 蛋白质
作用场所 可在细胞内、细胞外、体外发挥作用 只在细胞内起催化作用
温度影响 低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活 低温和高温均使酶变性失活
作用 酶只起催化作用 酶具有调节、催化等多种功能
来源 生物体内合成 有的可来源于食物等
二 酶的特性
酶活性：酶催化一定化学反应的能力。酶活性的高低可用在一定条件下，酶所催化的化学反应的反应速率来表示。
酶促反应速率：用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。
模拟题提示：
酶活性≠酶促反应速率。有时两者等价，如淀粉酶失活后，淀粉分解速率可视为0；有时两者存在差异，如过氧化氢酶失活后，过氧化氢分解速率不为0。
三 影响酶促反应的其他因素
1.酶浓度
（1）条件：底物足够过量，温度、PH等条件——无关变量固定不变。
（2）影响：反应速率（因变量）和酶浓度（自变量）成正比，即V=k[E]。
三 影响酶促反应的其他因素
2.底物浓度
（1）条件：酶浓度、温度、PH等条件——无关变量固定不变。
（2）影响：底物浓度（自变量）较低时，反应速率（因变量）随之增加而显著升高； 升高逐渐减慢；几乎不在增加（限制因素 ）。
酶的数量
三 影响酶促反应的其他因素
3.温度
（1）条件：酶浓度、底物浓度、PH等条件——无关变量固定不变。
（2）影响：达到最适温度（自变量）之前， 反应速率（因变量）随温度升高而加快（这说明低温抑制了酶的活性，温度适当升高酶的活性增加）；
酶在低温下保存(0-40C)
最适温度时最大，之后，迅速下降（说明高温使酶的活性迅速丧失）。
温馨提示：
1.低温保存酶。
2.低温诱导染色体数目加倍。
3.低温菌种临时保藏。
三 影响酶促反应的其他因素
4.PH
（1）条件：酶浓度、底物浓度、温度等条件——无关变量固定不变。
（2）影响：最适PH（自变量）时，反应速率（因变量）最大；低于或高于最适PH都会因酶活性降低而减慢；过酸或过碱会因酶蛋白变性失活而迅速下降或停止。
温馨提示：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。
三 影响酶促反应的其他因素
1.温度和PH是通过影响酶活性而影响酶促反应速率的。
2.底物浓度和酶浓度是通过影响酶与底物接触而影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。
三 影响酶促反应的其他因素
5.1 降低化学反应活化能的酶
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
思维导图
练习与应用
5.1 降低化学反应活化能的酶
一、概念检测
1.嫩肉粉的主要作用是利用其中的酶对肌肉组织中的有机物进行分解，使肉类制品口感鲜嫩。由此可推测嫩肉粉中能起分解作用的酶是 ( )
A.纤维素酶 B.淀粉酶 C.脂肪酶 D.蛋白酶
2.能够促使唾液淀粉酶水解的酶是 ( )
A.淀粉酶 B.蛋白酶 C.脂肪酶 D.麦芽糖酶
3.将刚采摘的新鲜糯玉米立即放入85℃水中热烫处理2min，可较好地保持甜味。这是因为加热会 ( )
A.提高淀粉酶的活性
B.改变可溶性糖分子的结构
C.破坏淀粉酶的活性
D.破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶的活性
D
B
D
二、拓展应用1.下图表示的是某类酶作用的模型。尝试用文字描述这个模型。这个模型能解释酶的什么特性？
【提示】这个模型中A代表某类酶，B代表底物，C和D代表产物。这个模型的含义是：酶A与底物B专一性结合，催化反应的发生，产生了产物C和D。这个模型可以类比解释酶的专一性。
练习与应用
5.1 降低化学反应活化能的酶
2. 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。(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。(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？请画岀相应的曲线。
【答案】(1)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。(2)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。(3)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(图略)。
练习与应用
5.1 降低化学反应活化能的酶