5.1降低化学反应活化能的酶课件（共32张PPT）-2023-2024学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

(共32张PPT)
第五章 细胞的能量供应和利用
降低化学反应活化能的酶
姜撞奶是以水牛奶为原料，利用生姜中的生姜蛋白酶，使牛奶凝固而成，是典型植物蛋白酶型新鲜奶酪。其口感香醇爽滑，甜中带有姜汁辛辣味，风味奇特，名扬珠江三角、港澳地区以及东南亚。
什么是蛋白酶？
蛋白酶发挥什么样的作用？
它的作用受哪些因的影响？
你如何设计实验证明你的观点？
一.酶的发现历程
(1)18世纪末：斯帕兰扎尼证明鹰胃液中有一种能消化肉的物质；
(2)19世纪：巴斯德认为酒精发酵是酵母菌代谢活动的结果；
李比希认为酒精发酵最多只需要酵母菌中的某种物质参与而已；
(3)1897年：毕希纳发现促使酒精发酵的是酵母菌中的某种物质，这种物质后来被
为“酿酶”；
(4)1926年：萨姆纳分离得到脲酶结晶，才弄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。
资料分析
思考并回答：
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？
②从毕希纳的实验可以得出什么结论？
③酶的化学本质是什么？
④酶是由什么产生的？
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
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
绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA
由活细胞产生
二.酶在细胞代谢中的作用
概念：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：细胞代谢是细胞生命活动的基础。
酶在细胞代谢中能起到什么样的作用？
探究·实践
比较过氧化氢在不同条件下的分解
（2） 材料用具
1、材料：新鲜的质量分数为20%的肝脏（猪/鸡肝）研磨液
2、用具： 量筒，试管，滴管，试管架，卫生香，火柴等
3、试剂：新配制的3%H2O2溶液,质量分数为3.5%的FeCl3溶液
探究·实践
比较过氧化氢在不同条件下的分解
自变量
因变量
H2O2→H2O＋O2↑
设计实验（思路）：
对等量的过氧化氢分别进行加热、加入等量的FeCl3、猪肝研磨液（过氧化氢酶）的处理，比较不同条件下气泡的产生速率。
（1） 实验分析
科学方法
控制变量和设计对照实验
随自变量改变而变化的变量
对实验结果造成影响的可变因素
一般不做处理（空白对照），起对照作用
对照原则（对照组和实验组）
等量原则（控制无关变量）
自变量：
因变量：
无关变量：
对照组：
实验遵循
的原则：
对照实验：
单一变量原则（自变量）
实验中人为控制的对实验对象进行处理的因素
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。
（3） 实施实验
探究·实践
比较过氧化氢在不同条件下的分解
第一组 2mlH2O2 + 不做处理
观察现象
第二组 2mlH2O2 + 加热
第三组 2mlH2O2 + 2滴FeCl3
第四组 2mlH2O2 + 2滴猪肝研磨液
观察现象
观察现象
观察现象
无明显变化
少量气泡产生
较多气泡产生
大量气泡产生
自变量
因变量
无关变量
对照组
实验组
对照组
实验组
对照性原则
第一组与第二组对照
第一组与第三组对照
第一组与第四组对照
第三组与第四组对照
加热能加快过氧化氢分解
加FeCl3能加快过氧化氢分解
加过氧化氢酶能加快过氧化氢分解
过氧化氢酶的催化效率更高
单一变量原则
观察现象
加热能促进H2O2的分解,酶和无机催化剂都能催化化学反应，并且酶的催化效率远高于无机催化的催化效率
归纳
酶具有催化作用
（4） 得出结论
未加催化剂
无机催化剂
酶催化
时间
产物浓度
酶与无机催化剂均能够使反应速率加快，缩短达到平衡点的时间。但是只改变反应速率，不改变反应平衡点。
合作探究：阅读P78，小组讨论以下问题，时间3min
（1）在常态下，几乎所有H202分子都不易分解，为什么加热后，一小部分则可以分解？
因为加热使H202分子获得了能量
反应物分子：
常态
活跃态
发生反应
生成物
活化能
单位时间内达到活跃态的反应物分子数量越多反应速率就越快！
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
（2）无机催化剂和酶是通过怎样的途径加快化学反应速率的
降低化学反应所需要的活化能，使活跃态的分子增多
（3）为什么酶的催化效率比无机催化剂快
酶更显著地降低了化学反应所需要的活化能
（4）为什么说酶对于细胞代谢的顺利进行至关重要
细胞的正常代谢需要在温和的条件下快速进行化学反应，而酶满足以上要求。
加热：为反应物分子提供能量
FeCl3：降低化学反应的活化能
过氧化氢酶：降低化学反应的活化能
(1)有酶催化的反应曲线是 。
(2)ac段的含义是在无催化剂的条件下，反应所需要的 。
(3)ab段的含义是________________。
(4)若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则b点在纵轴上将移动到 对应位置。
③
酶降低的活化能
活化能
②
酶的来源：
活细胞产生
酶的化学本质：
大多数是蛋白质，少数是RNA
酶的功能：
具有催化作用
酶的定义
①酶的定义是：酶是 产生的具有 作用的 ，其中绝大多数酶是 ，少数酶是 。
②合成酶的原料有： 。
③合成酶的部位有： 。
④酶的作用原理是： 。
⑤酶的作用部位是： 。
活细胞
催化
有机物
蛋白质
RNA
氨基酸和核糖核苷酸
核糖体和细胞核
降低化学反应所需的活化能
细胞内、细胞外、体外
三.酶的特性
1.酶具有高效性
加FeCl3
加H2O2酶
H2O2 酶与Fe3+催化效果的比较：
①每滴FeCl中Fe3+大约是每滴猪肝研磨液中H2O2 酶分子数的25万倍；
②加入H2O2 酶的试管产生气泡的速率明显高于加入FeCl的试管。
得出结论：
与无机催化剂相比，酶具有高效性
大量实验数据表明，酶的催化效率是无机催化剂的107～1013倍
意义：
(1)保证了细胞内化学反应的顺利进行 ；
(2)保证了细胞内能量供应的稳定 。
三.酶的特性
2.酶具有专一性
思考：①图中A、B、C、D分别代表什么？
②图示内容能反映出酶具有什么特性？
③如何设计实验验证你的观点？请说出实验思路。
④请选择下列药品设计实验并说出实验原理：
质量分数为2%的新配制的淀粉酶溶液，质量分数为3%的可溶性
淀粉溶液，质量分数为3%的蔗糖溶液，碘液，斐林试剂。
探究·实践
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
实验步骤 一 二
三 四 实验现象
结论 加入新鲜淀粉酶溶液2滴，振荡，试管下半部分浸入37℃的
水浴中，反应5min。
加入斐林试剂
振荡
水浴加热
1号试管中加入2mL淀粉溶液
无变化
砖红色沉淀
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。
取两支洁净试管，编号1、2
2号试管中加入2mL蔗糖溶液
自变量
因变量
无关变量
1.预测实验可能出现哪几种现象？
2.如果同时提供了蔗糖酶，还可以怎样设计实验？
思考：
实验步骤 一 二 三
四 实验现象
结论 1号试管加入2滴淀粉酶溶液
向两支试管中各加入2mL淀粉溶液
变蓝
不变蓝
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。
取两支洁净试管，编号1、2
方案二
底物相同、酶不同
2号试管加入2滴蔗糖酶溶液
反应5min后，向两支试管中加入等量的碘液
本实验能不能用斐林试剂鉴定？
（可以）
取材分组编号
分组处理
检测结果
观察记录
分析得出结论
对照实验步骤：
思考：
三.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。
比如：①脲酶——只能催化尿素分解。
②过氧化氢酶——只能催化过氧化氢分解。
③二肽酶——可以催化所有的二肽分解
意义：
保证了细胞代谢能够有条不紊地进行
锁钥学说：
活性中心
诱导契合学说：
目前发现的酶有4000多种,它们分别催化不同的化学反应
三.酶的特性
3.酶的作用条件温和
用一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。
通常以单位时间内底物减少的量或产物生成的量来表示酶活性的大小。
酶的活性：
酶的活性的表示：
酶催化特定化学反应的能力。
资料分析
1.威白污渍爆炸盐(独有三重复合酶配方）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℃
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 6.2－7.4,胃液PH 0.9－1.5）
由此推测，哪些因素会影响酶的作用？
你如何设计实验证明你的观点？
新配制的质量分数为2%的淀粉酶溶液，新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液，缓冲液(能在加入少量酸或碱时抵抗pH改变的溶液)，质量分数为3%的可溶性淀粉溶液，体积分数为3%的过氧化氢溶液。物质的量浓度为0.01 mol/L的盐酸，物质的量浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液，热水，蒸馏水，冰块，碘液，斐林试剂。
任务：请根据下面提供的材料，选择合适的药品设计实验进行探究
探究温度对酶活性的影响
淀粉、淀粉酶
①实验材料：
碘液
②检测试剂：
不选用H2O2作为反应底物的原因？
不选用斐林试剂进行鉴定的原因
（H2O2不稳定，受热易分解）
（斐林试剂检测需要水浴加热，温度是干扰条件）
问题: 如何更好地控制温度这个自变量？
探究PH对酶活性的影响
H2O2、H2O2酶
①实验材料：
不选用淀粉作为反应底物的原因？
问题: 先往试管加入酶溶液还是底物？
（淀粉在酸性条件下会被水解）
（先加入酶溶液，固定好酶的活性，再加底物）
（先到达温度，再混合酶和底物）
探究·实践
探究温度对酶活性的影响
试管编号 试管1 试管1′ 试管2 试管2′ 试管3 试管3′
实验步骤 一 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液
二 放入0 ℃冰水中水浴5 min 放入37 ℃温水中水浴5 min 放入100 ℃热水中水浴5 min 三 将1与1′试管内的液体混合后继续在0 ℃冰水内放置10 min 将2与2′试管内的液体混合后继续在37 ℃温水内放置10 min 将3与3′试管内的液体混合后继续在100 ℃热水内放置10 min 四 取出试管各加入两滴碘液，振荡 实验现象 实验结论 呈蓝色
无蓝色出现
呈蓝色
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
温度（t/℃）
0
最适温度
失活
空间结构被破坏
空间结构不被破坏
低温抑制活性
A
B
C
1.温度对酶促反应速率的影响
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。
酶制剂适合在低温下储存
在一定温度范围内，酶促反应速率随温度的升高而加快
在最适温度时，酶促反应速率最快
AB段：
B 点：
BC段：
超过最适温度，酶促反应速率随温度升高而减慢，直至酶失活。
如何找到酶的最适温度？
思路：等梯度温度下将肉块和蛋白酶放到一起。
思路：如何获得更加准确的最适温度？
温度 15℃ 25℃ 35℃ 45℃ 55℃ 65℃
肉块消失时间 3h 2h 0.8h 0.8h 1.8h 4h
温度 35℃ 37℃ 39℃ 41℃ 43℃ 45℃
肉块消失时间 0.8h 0.7h 0.4h 0.6h 0.7h 0.8h
此为预实验，能确定酶最适温度的范围；最适温度一定在______________之间。
此为 实验，能确定酶最适温度是39℃吗？
35℃ ～ 45℃
正式
不能
拓 展
探究·实践
探究PH对酶活性的影响
实验 步骤 一 取三支试管，编号1、2、3。 二 三支试管都加入1mL肝脏研磨液，振荡 三 1号试管中加入1mL蒸馏水 2号试管中加入等量1mL盐酸溶液 3号试管中加入等量1mLNaOH溶液
四 三支试管都加入2mLH2O2溶液，振荡，反应 实验现象
实验结论 产生少量气泡
产生少量气泡
产生大量气泡
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
2.PH对酶促反应速率的影响
不同生物体内酶的最适PH不同：
动物体内最适PH为6.5-8.0
例外：胃蛋白酶最适PH为1.5
植物体内最适PH为4.5-6.5
细菌和真菌：差别较大
在一定pH范围内，酶促反应速率随pH的升高而加快
在最适PH时，酶促反应速率最快
AB段：
B 点：
BC段：
超过最适PH，酶促反应速率随PH升高而减慢，直至酶失活。
最适PH
失活
失活
空间结构
被破坏
0
A
B
C
V
PH
①在最适pH条件下，酶活性最高（如B点）。pH偏高和偏低，酶活性都会明显降低。
②过酸（如A点）、过碱（如C点）都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。
空间结构
被破坏
小 结
影响酶促反应速率的因素
1、温度
2、pH
3、酶的调节剂（激活剂和抑制剂）
①竞争性抑制剂
②非竞争性抑制剂
小 结
影响酶促反应速率的因素
不改变酶的活性，影响酶与底物的接触面积
酶促反应速率
酶的浓度
4、酶的浓度
反应速率随酶浓度的高而加快
酶促反应
速率
底物浓度
5、底物浓度
酶量一定
在一定浓度范围内，反应速率随浓度的升高而加快；但达到一定浓度后，反应速率不再变化
练习与应用
二、拓展应用
2.下图表示在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：反应速率在此时刻达到最高。
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。
二、拓展应用
2.下图表示在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。
(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。
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(如图所示)。
B’
C’
2.下图表示在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。
(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。
B点是酶的数量限制了反应速率的提高,加入少量的酶，酶浓度增加且反应物充足，反应速率加快（如图所示）。
S T S
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
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。