3.2酶是生物催化剂（第一课时）-课件（41张ppt）高一生物学（浙科版2019必修1）

(共41张PPT)
第三章 细胞的代谢
3.2 酶是生物催化剂（一）
课程导入
森林里的熊火，其实是空气中的氧气氧化了组成树木的纤维素等有机物，这种体外氧化要在剧烈的条件下才能发生。人体每天都要氧化食物中糖类等物质，这个氧化过程是在温和条件，即在体温37 ℃左右进行的。生物体内外氧化发生的条件如此不同，这是因为生物体内的化学反应是在酶的作用下进行的。
课程导入
生活中有关酶的应用：
加酶洗衣粉添加进蛋白酶后，大大增强了去污能力
多酶片，它所含的多种消化酶会增强人的消化能力
ATP合成酶
ATP水解酶
呼吸酶
光合酶
生物膜系统为酶提供附着位点
酶是什么？酶如何对体内各种生化反应起作用？
一、绝大多数酶是蛋白质
（一）酶的发现历程
1. 18世纪末 斯帕兰扎尼 喂食鹰实验
斯帕兰扎尼认为 中含有一种消化肉的物质
胃液
2. 19世纪 巴斯德VS李比希
巴斯德的实验证实，发酵过程中的酒精的产量与活酵母的繁殖量成正比，他认为酒精发酵是酵母菌 的结果。
李比希则认为，酒精发酵只需要酵母菌 参与而已。
代谢活动
某种物质
利用无细胞的酵母汁就可以进行酒精发酵，所以促使酒精发酵的是酵母菌中的某种物质，而不是酵母菌细胞本身。
这种物质后来被称为“酶”。这一重大发现，不仅促进了人们对酶的研究，而且促进了人们对酶与代谢反应关系的研究。
3. 1897年 毕希纳
+葡萄汁
4. 1926年，美国的萨姆纳（J.B.Sumner，1887-1955）得到脲酶（使尿素水解的酶）结晶后，才明白酶的本质是蛋白质。
5. 20世纪80年代初，科学家又发现极少数特殊的酶是RNA，我们称这一类酶为核酶（ribozyme）。
（二）酶的本质
酶是由活细胞产生的一类生物催化剂，大多数酶是蛋白质。生物体内错综复杂的化学反应都是在酶的催化下进行的。
化学本质 绝大多数是蛋白质 少数是RNA
合成原料
合成场所
来源 一般来说，活细胞都能产生酶
生理功能 具有生物催化作用
氨基酸
核糖核苷酸
核糖体
细胞核、细胞质、线粒体、叶绿体(真核生物)
（三）酶的催化作用
1. 酶促反应的过程
受酶催化而发生化学反应的分子称为底物。酶能催化底物分子发生反应，是因为酶分子有一定的空间结构，能和底物分子结合。酶与底物结合，形成酶-底物复合物，然后这个复合物会发生一定的形状变化，使底物变成产物（二肽），并从复合物上脱落；同时酶分子又恢复原状，可以重新与底物结合，继续下一轮的反应.
氨基酸1
氨基酸2
酶
酶的形状复原
底物
二肽（产物）
酶-底物复合物
与底物结合的酶形状发生改变，形成酶-底物复合物
酶是生物催化剂，具有促使反应物发生化学变化而本身却不发生化学变化的特点。
酶作用的强弱可用酶活性表示。酶活性一般是指单位时间内底物的消耗量或产物的生成量。例如，1g蔗糖酶在1min内使多少克蔗糖水解，就代表蔗糖酶的活性是多少。
2. 酶的作用原理
能量
反应物
生成物
活跃状态
活化能
活化能：化学反应进行时需要吸收能量以断开反应分子的化学键，使反应物活化，再完成化学反应生成产物，这种化学反应过程中反应物活化所需要的能量被称为活化能。
a
b
c
d
反应过程
能量
初态
（反应物）
终态
（产物）
活跃状态
①
①没有酶催化
②酶催化
②
酶的作用原理：降低反应的活化能。
3. 辅酶
辅酶是辅助酶起作用的分子，它们不是蛋白质。单独的辅酶是没有催化活性的，它只有和相关的酶组合成“全酶”，才能发挥作用。
辅酶是维生素或由维生素衍生而成的，如转氨酶的辅酶是维生素B6的衍生物。辅酶像酶一样，可以反复起作用，所以辅酶的需要量极少。
有些辅酶只是暂时与酶结合，改变酶的局部结构，使之更适合与底物分子结合。有些辅酶牢固结合在蛋白质分子上，帮助酶催化底物分子发生化学反应。
二、酶的催化功能具有专一性和高效性
（一）概念理解
实验中可以变化的量称为变量：
1. 自变量（实验变量）：实验中人为改变的变量，也是我们在该实验中要研究的变量。在一个实验中，自变量只能有一个，称单一变量原则。
2. 因变量（反应变量）：随着自变量改变而变化的变量。
3. 无关变量（控制变量）：除自变量以外，也可以对实验结果造成一定影响的变量，它们并不是我们在该实验中要研究的变量。
4. 对照实验：除自变量外，无关变量都必须保持一致。
（二）活动：探究酶的专一性
目的要求：比较唾液淀粉酶和蔗糖酶对淀粉和蔗糖的作用
探究问题：唾液淀粉酶能水解蔗糖吗？蔗糖酶能水解淀粉吗？
材料用具：
稀释200倍的新鲜唾液，质量分数为2%的蔗糖溶液，溶于质量分数为0.3%的氯化钠溶液中的淀粉溶液（其中淀粉含量为1%），本尼迪特试剂，蔗糖酶溶液，试管，试管架。
实验原理：
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（麦芽糖、葡萄糖、果糖）。还原糖能够与本尼迪特试剂发生反应，生成红黄色沉淀。
1 2 3 4 5 6
本尼迪特试剂 2ml 2ml 2ml 2ml 2ml 2ml
1%淀粉溶液 3mL - 3ml - 3ml -
2%蔗糖溶液 - 3mL - 3ml - 3ml
新鲜唾液 - - 1ml 1ml - -
蔗糖酶溶液 - - - - 1ml 1ml
温度处理 - 37°C恒温水浴15分钟
水浴加热 热水浴中加热2～3分钟
实验结果
无现象
无现象
无现象
无现象
红黄色
红黄色
实验结果：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解；蔗糖酶只能催化蔗糖水解，不能催化淀粉水解。
实验结论：酶具有专一性
（一种酶只能催化一种底物或少数几种相似底物的反应）
（1）1、2号试管在本实验中起什么作用？
（2）从实验遵循等量原则的角度分析，对1、2号试管应如何改进？
（3）3、4、5、6号试管均置于37 ℃恒温水浴中保温，这样做的原因是什么？
【思考】
1、2号试管为对照组，用于检验淀粉、蔗糖能否与本尼迪特试剂发生反应。
1、2号试管应各滴加1 mL蒸馏水。
实验中用到唾液，其中唾液淀粉酶的最适温度是37 ℃。
（4）3、4号试管对照，5、6号试管对照，是从什么角度证明酶具有专一性的？
（5）针对本实验，还有其他角度也能说明酶具有专一性吗？
（6）实验结论：3、4号试管对照说明唾液淀粉酶催化淀粉水解产生还原糖，而不能催化蔗糖的水解。5、6号试管对照说明蔗糖酶催化蔗糖水解产生还原糖，而不能催化淀粉的水解。上述结果说明酶具有________。
专一性
3、5号试管对照，4、6号试管对照，都是用两种不同的酶作用于同一种底物，判断两种酶是否对同一底物都有催化作用，从而探究酶的专一性。
都是同一种酶作用于不同底物，判断酶是否对二者都有催化作用，从而探究酶的专一性。
由于酶分子的结构只适合与一种或者一类分子结合，所以一种酶只能催化一种底物或者少数几种相似底物的反应。这就是酶的专一性。
通过实验结果，如何理解酶的专一性？
例如，虽然蔗糖和麦芽糖都是二糖，但是蔗糖酶只能催化蔗糖的水解，不能催化麦芽糖的水解。
资料: 过氧化氢是细胞中某些化学反应的副产物，具有很强的氧化性，如果不及时除去或分解，就会杀死细胞，细胞如何快速分解过氧化氢呢？
怎样设计实验验证酶具有高效性？
细胞内存在过氧化氢酶快速催化分解过氧化氢。过氧化氢酶与过氧化氢结合，降低了化学反应的活化能，使化学反应极易进行，每个酶分子能在1s内将10万个过氧化氢分子分解，是没有酶参与情况下的1000万倍。酶催化具有高效性。
H2O2 H2O+O2
过氧化氢酶
MnO2
（三）活动：探究酶催化的高效性
目的要求：比较过氧化氢酶和二氧化锰在过氧化氢分解中的催化效率。
探究问题：在过氧化氢分解反应中，过氧化氢酶和二氧化锰的催化作用哪一个更高效？
材料用具：
2%过氧化氢溶液，新鲜的鸡肝匀浆（或马铃薯匀浆），二氧化锰，试管，试管架，橡胶塞，卫生香，火柴。
实验步骤：
1
2
取两支试管，编号后各加入2%的过氧化氢溶液3mL
2%的过氧化氢溶液3mL
2%的过氧化氢溶液3mL
2. 1号试管中加入鸡肝匀浆或马铃薯匀浆少许，将试管口塞上橡胶塞（注意：试管口不要对着人）
1
鸡肝匀浆或马铃薯匀浆
3. 2号试管中加入二氧化锰少许，将试管口塞上橡胶塞
2
二氧化锰
4. 观察两支试管中发生的变化
2
1
5. 打开两支试管的橡胶塞，将点燃后无明火的卫生香放在试管口处，观察现象
2
1
泡产生较明显
卫生香复燃明显
结论：酶的催化作用相较于无机催化剂催化作用强，具有高效性。
试管 1号 2号
H2O2溶液 3mL 3mL
鸡肝匀浆 少许
MnO2 少许
试管中发生的变化
带火星卫生香检测
产生较多气泡
产生很多气泡
助燃性更强
助燃性较强
酶具有高效性：酶的催化效率大约是无机催化剂的107~1013倍
催化剂种类（过氧化氢酶与MnO2）
1. 两支试管在处理上有什么区别？
2. 实验结果有什么不同？
单位时间内气泡产生的多少，卫生香的燃烧情况不同
自变量
因变量
【思考】
3. 两支试管的区别是催化剂种类不同，如果两支试管的过氧化氢溶液的体积也不同，对实验结果有影响吗？
有
无关变量
对照原则
单一变量原则
4. 该实验中为什么选用两支试管？如果只用1号试管能否证明酶具有高效性？
没有对比性，不严谨
注：过氧化氢溶液的质量、浓度、配制时间，温度、pH等。
6. 如果本实验中鸡肝或马铃薯块茎没有被制成匀浆，你认为实验结果是否与本实验相同，为什么
5. 为什么要用新鲜的肝脏或生的马铃薯块茎
因为新鲜的肝脏或生的马铃薯块茎中过氧化氢酶活性较高，如果将肝脏或马铃薯块茎煮熟，过氧化氢酶将由于高温而失去活性。
实验现象可能没有制成匀浆明显，制成肝脏研磨液会增大酶与过氧化氢的接触面积，加快分解速率。没有制成匀浆的肝脏或马铃薯块茎，其过氧化氢酶主要存在于细胞中。
思考：酶具有高效性的原因？
活化能：化学反应进行时需要吸收能量以断开反应分子的化学键，使反应物活化并完成化学反应生成产物，这种化学反应过程中所需要的能量被称为活化能。
同无机催化剂相比酶更能显著的降低反应的活化能，因而与无机催化剂相比效率更高。
在一定温度范围内提高化学反应的温度，可以加快化学反应的速率。然而，生物体内的化学反应一般是在常温下进行的。酶的作用是降低化学反应的活化能，使得化学反应加快。
巩固练习
1. 下列有关酶的叙述中，正确的是(　　)
A．酶的催化效率总是高于无机催化剂
B．一个酶分子只起一次作用
C．酶催化反应能放出更多的能量
D．催化蛋白质水解的酶的化学本质是蛋白质
D
2. 下表是“探究酶的专一性”的实验过程(单位：mL)。下列叙述正确的是(　 　)
组别 1 2 3 4 5 6
1%淀粉溶液 3 － 3 3 － －
2%蔗糖溶液 － 3 － － 3 3
新鲜唾液 － － － 1 1 －
蔗糖酶溶液 － － 1 － － 1
本尼迪特试剂 2 2 2 2 2 2
A．实验的检测试剂可换成碘—碘化钾溶液
B．组3与组4对照可以说明淀粉酶具有专一性
C．若组5出现阳性反应，而组2未出现，可能原因是蔗糖溶液中混有淀粉
D．该实验的自变量是酶的种类和温度
C
3. 下列有关酶的作用的叙述正确的是（ ）
A．酶是一种生物催化剂，可以降低反应的活化能，使所有反应都能进行
B．酶是一种生物催化剂，和一般的无机催化剂相同
C．酶是一种生物催化剂，与无机催化剂一样反应前后不变
D．生物体内的酶不易受体内环境条件的影响
C
4. 酶具有极强的催化功能，其原因是（ ）
A．降低了底物分子的活化能
B．增加了反应物的活化能
C．降低了化学反应的活化能
D．提高了反应物之间的活化能
C
5. 胰蛋白酶在水解过程中，通常能得到多肽，最后能得到氨基酸，这说明（ ）
A．胰蛋白酶是由活细胞产生的
B．胰蛋白酶是生物催化剂
C．胰蛋白酶的化学本质是蛋白质
D．胰蛋白酶的基本组成单位是多肽
C
6. 结合实验结果，分析酶的本质。甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如图所示，据图分析：
(1)甲酶的化学本质为________，该酶属于______酶，其基本单位是____________。
(2)乙酶的化学本质为________，该酶是在细胞内的________上合成的。
(3)该结果说明了酶既可以作为________，也可以作为另一反应的________。
RNA
核
核糖核苷酸
蛋白质
核糖体
催化剂
底物
甲酶
乙酶
时间
酶活性
THANKS