5.1降低化学反应活化能的酶课件(共28张PPT)2023-2024学年高一上学期生物人教版必修1

(共28张PPT)
第五章 细胞的能量供应和利用
第一节 降低化学反应活化能的酶
5.1.1 酶的作用和本质
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。
斯帕兰扎尼在研究鹰的
消化作用
1.为什么要将肉块放在金属笼内？
便于取出实验材料(肉块)，排除物理消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学消化。
问题探讨
2.是什么物质使肉块消失了？
3.怎样才能证明你的推测？
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。
一.酶在细胞代谢中的作用
1
2
3
斯帕兰札尼的实验说明，食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质
科学家发现胃液中含有大量的盐酸，于是推测盐酸是使食物分解的物质。
德国科学家施旺通过实验发现，胃腺分泌物中有一种物质，将它与盐酸混合后，对肉类的分解能力增强，这种物质就是胃蛋白酶。
能量的释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现。
细胞代谢:细胞中每时每刻都进行着许多化学反应的统称。
1.条件:
细胞代谢离不开酶
4.意义:
细胞代谢是细胞生命活动的基础.
2.场所:
主要是细胞质
3.特点:
复杂、有序、温和、高效
2H2O2 2H2O + O2
2H2O2 2H2O + O2
反应条件
一.酶在细胞代谢中的作用
探究 实践 比较过氧化氢在不同条件下的分解
（1）实验原理
（2）实验目的
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。
H2O2在水浴加热、FeCl3溶液中Fe3＋和肝脏研磨液中过氧化氢酶的作用下加速分解。
质量分数为20%的新鲜肝脏研磨液 1滴 质量分数为3.5%的氯化铁溶液 1滴
过氧化氢酶 相对数量 1 Fe3+ 相对数量 25万
（3）实验设计
1.常温
2.水浴加热
3.加FeCl3
4.加过氧化氢酶
2ml过氧化氢+试管1
2ml过氧化氢+试管2+90℃水浴加热
2ml过氧化氢+试管3+FeCl3 溶液
2ml过氧化氢+试管4+过氧化氢酶
观察气泡多少
观察卫生香复燃
（4）实验材料：
一.酶在细胞代谢中的作用
3.5％的FeCl3 溶液
20％的新鲜肝脏研磨液
3%的新制H2O2溶液
卫生香、量筒、试管、滴管、试管架……
(酶多、接触面积大)
（5）实验步骤
常温
90℃
水浴加热
2滴3.5%
FeCl3
2滴20%
肝脏研磨液
(不稳定)
（6）实验现象
一.酶在细胞代谢中的作用
①观察气泡冒出的情况，并做比较。
1号
2号
3号
4号
无气泡
少量
较多
大量
②观察卫生香的燃烧情况。
3号
4号
变亮
复燃
加热能促进H2O2的分解。
FeCl3中的Fe3+和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快H2O2分解的速率。
细胞内不能加热
4号反应速率快
过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多
细胞内化学反应在常温常压酶的催化下高效进行。
（7）实验结论
过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样，在过氧化氢酶的作用下分解速率最快
一.酶在细胞代谢中的作用
控制变量和设计对照实验
科学方法
实验过程中遵循的原则：
单一变量原则、对照原则、平行重复原则。
1.单一变量原则
①变量:实验过程中变化的因素
②自变量: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:一些对实验结果造成影响的可变因素
⑤单一变量:除一个自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致且适宜。
2.对照原则
①对照实验：除作为自变量的因素外，无关变量都保持一致，并将结果进行比较的
实验。分为对照组和实验组
经实验因素处理的人为改变条件的组。
实验组：
对照组：
未经实验因素处理的组。
实验结果已知
实验结果未知
自变量
因变量
无关变量
(相同且适宜)
(控制)
(检测)
一.酶在细胞代谢中的作用
控制变量和设计对照实验
科学方法
2.对照原则
②对照的类型：
空白对照 不给对照组做任何实验处理，这里的”空白”绝不是什么影响因素都不给予，而是针对实验组所要研究的实验因素给与空白。
自身对照 对照组和实验组都在同一研究对象上进行。不另设对照组。(不同处理的前后对照)
条件对照 虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的。目的是通过对比得出相对立的结论，以验证实验结论的正确性。
相互对照 不另设对照组，而是几个实验组之间相互对照，其中的每一组既是实验组也是其他组的对照组。
1号试管为空白对照
2、3、4为相互对照
3.平行重复原则
多次实验，取平均值，用以减少误差和偶然性
一.酶在细胞代谢中的作用
（8）实验分析
试管编号
步骤 1 2 3 4
一
二
三
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
反应条件
无关变量
H2O2浓度
H2O2剂量
气泡产生
带火星的卫生香
对照组
实验组
自变量
对照实验
变量
相同且适宜
因变量
对照原则
单一变量原则
多次实验：平行重复原则
3号Fe3+和4号H2O2酶能促进H2O2分解，它们没有给H2O2分子提供能量，而是降低了H2O2分解反应的活化能。
2号加热能促进过H2O2分解，是因为加热使H2O2分子得到了能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。
活化能是指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。
活化能
反应历程
活跃态
常态
终态
原理分析
一.酶在细胞代谢中的作用
酶和无机催化剂并没有给反应物提供活化能，而是降低了化学反应所需要的活化能。
酶显著降低了反应的活化能，催化效率更高
不同：
酶和无机催化剂的比较
共性：
①可降低反应的活化能，具有催化效率
②反应前后酶的化学性质和数量均没有变化
③酶和催化剂都只能缩短达到化学平衡的时间，并不改变化学反应的平衡点。
同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而酶的催化效率更高
活化能
一.酶在细胞代谢中的作用
1.思考

讨论
：关于酶本质的探索
二.酶的本质
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德
李比希
毕希纳
萨姆纳
其他科学家
切赫和奥特曼
发酵与死细胞中的物质有关
发酵与活细胞有关
死细胞中的物质和活细胞都能引起发酵
脲酶是蛋白质
胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质
少数酶是RNA
切赫
奥特曼
疑问：酶到底是什么物质？
1.巴斯德和李比希的观点各有什么积极的意义？各有什么局限性？
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 ×
毕希纳:发酵是细胞中的某些物质 √；这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解才能发挥作用 ×
思考 讨论：关于酶本质的探索
二.酶的本质
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？
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，使科学研究有的放矢。
3.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？
4.请给酶下一个比较完整的定义。
萨姆纳历时9年，用正确的科学方法，坚持不懈、百折不饶的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。
酶是活细胞产生的具有催化活性的有机物。
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，少数酶是RNA(核酸)。
2.酶的本质
①在细胞内、细胞外、生物体内、生物体外都能起催化作用
②酶本身在反应前后其数量和性质都不改变
③酶在反应中不被消耗,可重复利用,但时间过长,催化能力降低甚至丧失
二.酶的本质
某种酶 + 双缩脲试剂
出现紫色→该酶是蛋白质
不出现紫色→该酶是RNA
某种酶 + 蛋白酶
加入酶的底物
底物没有被催化→该酶是蛋白质
底物被催化→该酶是RNA
作业
第五章 细胞的能量供应和利用
第一节 降低化学反应活化能的酶
5.1.2 酶的特性
（1）实验验证:
3号
4号
一.酶的特性
（2）含义:酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍。
1.酶具有高效性
每滴溶液中Fe3+的数量是过氧化氢酶的分子数的25万倍。
过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多,说明酶具有高效性。
3号
4号
项目 对照组 实验组
材料 等量的同一种底物
试剂 一定量的无机催化剂 等量底物对应的酶溶液
现象 反应速率慢 或反应时间长 反应速率快
或反应时间短
结论 酶具有高效性
（4）意义：
一.酶的特性
（3）原理:与无机催化剂相比，酶能显著降低化学反应的活化能，
酶的催化效率更高。
酶只能缩短达到化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的 。酶_______改变最终生成物的量。
平衡点
不能
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 。
一.酶的特性
探究 实践：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
2.酶具有专一性
1. 实验原理
淀粉
蔗糖
(非还原糖)
(还原糖)
(非还原糖)
(还原糖)
(还原糖)
还原糖+斐林试剂
砖红色沉淀
水解
水解
水浴加热
淀粉酶
2.实验目的
探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应
淀粉酶溶液，淀粉溶液，蔗糖溶液，蔗糖酶溶液，斐林试剂、热水、试管、烧杯等
3.实验材料
麦芽糖
葡萄糖 + 果糖
（1）实验验证
步骤 项目
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2mL
—
60℃保温5min
各加入2mL
沸水浴1min
60℃保温5min
各加入2mL
沸水浴1min
砖红色
无砖红色
砖红色
无砖红色
一.酶的特性
方案一:同种酶+不同底物
1
2
3
4
方案二:同种底物+不同底酶
—
2mL
2mL
2mL
—
—
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解
2mL
—
2mL
2mL
—
—
—
2mL
淀粉只能被淀粉酶水解，不能被蔗糖酶水解
酶具有专一性
注入可溶性淀粉溶液
注入蔗糖溶液
注入新鲜的淀粉酶溶液
注入新鲜的蔗糖酶溶液
保温
加斐林试剂
水浴加热
观察颜色变化
结论
结论
4.实验步骤
（2）含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
（3）意义：保证了细胞代谢能够有条不紊地进行
（4）原因：a.锁钥学说
酶有一定的空间结构，酶在反应中与底物的关系就像钥匙和锁的关系，它们的空间结构必须相互结合形成复合物才能发生反应。
一.酶的特性
2.酶具有专一性
酶的催化作用图解
底物
（反应物）
酶
产物
（生成物）
一类
蛋白酶:蛋白质→多肽
肽酶:多肽→氨基酸
一种
H2O2酶:H2O2
脲酶:尿素
淀粉酶:淀粉
b.诱导契合学说
底物与酶活性部位结合，会诱导酶发生构象变化，使酶的活性中心变得与底物的结构互补，两者相互契合，从而发挥催化功能。
酶
加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。
加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶具有 。
专一性
许多无机催化剂能在高温、强酸、强碱条件下催化化学反应。
酶催化特定化学反应的能力。
酶活性:
一.酶的特性
探究 实践：影响酶活性条件
（1）实验验证
1. 实验原理
2.背景知识
可用在一定条件下催化某一化学反应的速率表示。
唾液(淀粉酶)
pH 6.2~7.4
胃夜(胃蛋白酶)
pH0.9~1.5
小肠液(多种酶)
pH 7.6
使用温水(30~40℃)效果最佳，切勿用60 ℃以上的热水
加酶
影响酶活性的可能因素是？
唾液淀粉酶进入胃后还能消化淀粉吗？
不能
温度、pH
产物生成
底物剩余
温度或pH的改变会影响酶的活性吗？
3.提出问题：
4.做出假设：
温度或pH会影响酶的活性
5.材料用具：
根据实验目的选择材料用具（酶、底物、检测试剂）
一.酶的特性
6.实验步骤：
步骤 组别
试管
1
2
3
4
5
6
7
8
2mL
—
2mL
—
2mL
—
—
2mL
—
2mL
—
2mL
0℃冰水保温5min
60℃水浴保温5min
100℃水浴保温5min
0℃冰水保温5min
60℃水浴保温5min
100℃水浴保温5min
2滴
2滴
2滴
变蓝
变蓝
不变蓝
温度对酶的活性有影响，温度过高或过低都会降低酶的活性
温度对酶活性的影响
加淀粉
加淀粉酶
第一组
第二组
第三组
保温
混合
混合保温
加碘液
观察颜色
结论
淀粉 麦芽糖
淀粉酶
蓝色 无蓝色
碘液
碘液
1号
2号
3号
4号
5号
6号
1与2试管混合摇匀
3与4试管混合摇匀
5与6试管混合摇匀
1.为什么不宜选择H2O2酶探究温度对酶活性影响？
H2O2在加热条件下分解，会干扰实验结果。
2.本实验的自变量、因变量各是什么？观察指标？
自变量
自变量
检测指标
3.能不能用斐林试剂对实验结果检测？
不能，因为斐林试剂检测时要水浴加热，干扰实验结果。
因变量
自变量
步骤 试管 1号 2号 3号
1
2
3
4
5
1mlHCl
1mlH2O
1mlNaOH
2滴
2滴
2滴
pH影响酶活性,过高或过低都会降低酶活性
2ml
2ml
2ml
无气泡
大量气泡
无气泡
思考：先往试管加入酶溶液还是底物呢？
先加入酶溶液
一.酶的特性
6.实验步骤：
pH对酶活性的影响
加肝脏研磨液
加不同pH溶液
H2O2溶液
实验现象
结论
2H2O2 2H2O + O2
H2O2酶
1.为什么不宜选择淀粉探究PH对酶活性影响？
淀粉在酸性条件下可以水解
2.本实验的自变量、因变量各是什么？观察指标？
自变量
检测指标
底物和酶混合之前，必须先在一定的温度或PH条件下分别处理一段时间，使反应一开始就达到预设条件。
自变量
因变量
(2)含义
酶通常在一定pH范围和一定温度范围内才能起作用，而且在最适宜的温度和pH下酶的活性最高，温度和pH偏高或偏低，酶活性都会明显降低。
一.酶的特性
3.酶的作用条件较温和
酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
υ/mmol. s-1
t/℃
酶活性受温度影响示意图
pH
υ/mmol. s-1
酶活性受PH影响示意图
(3)数学模型
①描述曲线含义？
在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围酶的催化作用逐渐减弱。
最适温度
最适pH
一.酶的特性
υ/mmol. s-1
t/℃
酶活性受温度影响示意图
pH
υ/mmol. s-1
酶活性受PH影响示意图
最适温度
最适pH
②低温、高温、过酸、过碱对酶活性的影响其本质相同吗？
低温、最适PH
③酶的保存方法？
低温使酶的活性抑制，不会破坏酶的结构，在适宜温度下酶的活性会升高。
高温、过酸、过碱会破坏酶的空间结构，使酶永久失活。
失活
失活
失活
抑制
④pH为多少时，酶活性最大？从图中可以得到什么结论？
0
反应物剩余量（相对值）
PH
30℃
33 ℃
37 ℃
35 ℃
温度(pH)的变化不影响酶作用的最适pH(温度)。
二.影响酶促反应速率的因素
1.温度
3.酶的浓度
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。
2.pH
影响底物与酶的接触面积进而影响酶促反应速率。
酶促反应速率
酶的浓度
影响酶的空间结构进而影响酶活性，影响酶促反应速率。
反应速率随酶浓度的升高而加快
4.底物浓度
受酶数量和酶的活性限制
(5)意义
保证细胞代谢能够在温和条件下高效进行。
(4)影响因素
酶促反应速率
底物浓度
P点
底物充足
酶量一定
叶绿体中含有光合作用的酶，线粒体中含有呼吸作用的酶，两者分区分工，互不干扰。
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.酶的分工分区
1.溶菌酶
溶解细菌细胞壁，具有抗菌消炎的作用。
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。
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
含酶牙膏可以分解细菌,防龋齿