5.1降低化学反应活化能的酶课件(共55张PPT)-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

(共55张PPT)
第5章 细胞的能量供应和利用
能量
光合作用
有机物
合成
有机物
分解
细胞呼吸
物质
代谢
酶
ATP
第1节 降低化学反应活化能的酶
学习目标
化学教材相关内容
高温、高压、强酸、强碱
常态
活跃状态
终态
活化能
细胞内的环境是很温和的：常温、常压、水溶液环境、pH接近中性。
实验原理：
通过氧气的产生速率判断H2O2分解情况
（1）常温
（2）水浴加热
（3）加Fe3+催化剂
（4）加过氧化氢酶（新鲜的肝脏研磨液）
2H2O2 2H2O＋O2
反应条件
产生量：
1、气泡产生情况
2、卫生香复燃情况
反应条件
——增加H2O2酶与反应物的接触面
任务一：比较过氧化氢在不同条件下的分解
试管编号 1 2 3 4
实验处理 常温 90℃ FeCl3 2滴 肝脏研磨液2滴
3% H2O2 2mL 2mL 2mL 2mL
H2O2分解速度 检测指标 1、气泡冒出情况2、卫生香复燃情况 讨论
还原糖是指具有还原性的糖，包括葡萄糖、果糖和麦芽糖等
1. 与1号试管相比，2号试管出现了什么不同的现象？这一现象说明什么？
2号试管放出的气泡多，这一现象说明加热促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
2. 在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？
不能。
3. 3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？
说明FeCl3中的Fe3+和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
1号
2号
4、3号试管与4号试管相比，哪支试管中反应速率快？这说明什么？为什么说酶对细胞内化学反应的顺利进行至关重要？
4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢比Fe3+的催化效率高得多。
1.2 酶的作用原理动画版
活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃态所需要的能量。
活化能
常态
能量
活跃状态
思考？
1.加热为什么能加速过氧化氢分解？
2.滴加催化剂（包括无机催化剂和酶）为什么能加速过氧化氢分解？
3.过氧化氢酶的催化效率为什么比FeCl3要高？
因为与无机催化剂相比酶降低活化能的作用更显著。
加热的过程中为过氧化氢分子提供了从常态转变为活跃状态的活化能。
加催化剂降低了化学反应所需的活化能
酶催化作用原理：
酶高效性原理：
1.2 酶的作用原理图片版
酶降低化学反应活化能示意图
1.2 酶的作用原曲线版
①
②
④
H2O2
H2O＋1/2O2
⑤
③表示：
⑤表示：
无机催化剂降低的活化能
酶降低的活化能
①表示：
②表示：
④表示：
化学反应所需的活化能。
无机催化剂催化时化学反应
所需的活化能。
酶催化时化学反应所需的
活化能。
③
反应过程
能量
1.2 酶的作用原理
酶作用特征：与无机催化剂一样，本身并不被消耗，也不改变反应的方向和生成物的量。只是改变了化学反应速率。
时间
O2
量
无催化剂
加Fe 3+
加过氧
化氢酶
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叫做自变量。
因变量：因自变量改变而变化的变量叫做因变量。
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，叫做无关变量。
任务二：学习设计对照实验。
试管编号 1 2 3 4
实验处理 常温 90℃ FeCl3 2滴 肝脏研磨液2滴
3% H2O2 2mL 2mL 2mL 2mL
H2O2分解速度 检测指标 1、气泡冒出情况2、卫生香复燃情况 ①
实验设计通常要设计对照组和实验组。
遵循单一变量原则。
遵循对照原则。
对照实验：除自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致，
并将结果进行比较的实验。
试管编号 1 2 3 4
实验处理 常温 90℃ FeCl3 2滴 肝脏研磨液2滴
3% H2O2 2mL 2mL 2mL 2mL
H2O2分解速度 检测指标 1、气泡冒出情况2、卫生香复燃情况 鸡为什么要啄食沙粒？
物理性消化
任务三：酶本质的探索。
问题探讨
去污更强劲，雕牌洗衣粉
牙白口清新，蓝天六必治
消化不良，家中常备多酶片
1783年，意大利科学家斯帕兰札尼设计了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间他把小笼子取出来发现笼内的肉块消失了。
1．为什么要将肉块放在金属笼内？
2．是什么物质让肉块消失了？
3．怎样才能证明你的推测？
斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用
排除物理性消化
消化道内的化学物质将肉块分解了
收集消化道内的化学物质，看看这些化学物质在体外是否也能将肉块分解
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。
后来，科学家发现胃液含有大量盐酸，推测：
盐酸是使食物分解的物质。
1835年，德国科学家施旺发现：
胃腺分泌物中有一种物质，将它与盐酸混合后，对肉类的分解能力远远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。
施旺
德国生理学家
阅读课本P79“思考 讨论”
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？
巴斯德和李比希争论对后人研究酶的本质有何意义？
毕希纳的实验可以得出什么结论？
萨姆纳成功揭示脲酶的化学本质靠的是什么样的精神？
四、探索酶的本质
思考·讨论
巴斯德之前：酿酒发酵是纯化学反应，与生命活动无关。
发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某种物质其作用。
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。
酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起到催化作用，就像在活酵母细胞中一样。
巴斯德
李比希
毕希纳
①对酵母菌发酵的探索
发现了起催化作用的物质——酶
②对酶本质的探索
萨姆纳：从刀豆中提纯脲酶，并证明其化学本质是蛋白质
发现少数RNA具有催化功能，称为核酶。
萨姆纳之后
科学家们获得胃蛋白酶，胰蛋白酶等许多酶的结晶，并证明这些酶的化学本质是蛋白质。
切赫、奥尔特曼
发现了绝大多数酶是蛋白质，少数RNA。
酶：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。
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？？
思考·讨论
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。
毕希纳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才能发挥作用，是不正确的。
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。
思考·讨论
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？
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。
思考·讨论
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？
请给酶下一个比较完整的定义。
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。
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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
D
2.1 概念检测
.
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
2.1 概念检测
探究pH对酶活性的影响
步骤 操作方法 试管 1 2 3
1 加新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液 2滴 2滴 2滴
2 调pH 加1mL蒸馏水 加1mL质量分数为5%的盐酸 加1mL质量分数为5%的NaOH溶液
3 加入体积分数为3%的过氧化氢溶液 2mL 2mL 2mL
4 37℃水浴 5min 5min 5min
5 检测 气泡产生量 多 很少 很少
放入卫生香 能复燃 不复燃 不复燃
实验 步骤 一 取三支试管，编号1、2、3。 二 1号管中加入 2D HCL。 2号试管中加入 2D NaOH。 3号试管中加入
2D H2O。
三 三支试管都加入2D 肝脏研磨液 四 三支试管都加入2 mLH2O2溶液，振荡，反应 实验现象 产生少量气泡 产生少量气泡 产生大量气泡
课前检测
找出实验中的自变量、因变量、无关变量
1、酶的化学本质、来源分别是什么？
2、酶的作用是什么？其原理为？
3、酶具有高效性的原理为？
酶的特性
1
酶催化反应的特性？
2
影响酶活性的因素？
探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
实验设计思路
试管编号 淀粉 溶液 蔗糖 溶液 淀粉酶溶液
试管1 2mL — 2mL
试管2 — 2mL 2mL
实验原理：
1、淀粉和蔗糖都是非还原糖
3、通过斐林试剂鉴定溶液中是否有还原糖，确定酶促反应产物
2、淀粉和蔗糖在酶的作用下都能水解成还原糖。
产物鉴定
斐林 试剂 反应
条件
2mL 55-60℃
水浴加热
2mL 猜想实验结果
1
2
淀粉酶只能催化淀粉水解，
而不能催化蔗糖水解。
实验的自变量、因变量、无关变量分别为哪些
1. 在已知淀粉酶能够催化淀粉水解的情况下，本实验设置1号试管还有没有必要 ？
2、能否用碘液检测淀粉、蔗糖底物是否分解？
酶的专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应
如：脲酶——只能催化____________分解。
过氧化氢酶——只能催化___________________分解。
尿素
过氧化氢
意义：保证了细胞代谢能够有条不紊地进行
任务二：影响酶活性的条件
酶活性：酶催化特定化学反应的能力。
通常用单位时间内反应物的减少量或生成物的生成量来表示。
实验目的：温度对酶活性的影响？或者PH对酶活性的影响？
材料用具:
淀粉酶溶液， 淀粉溶液，肝脏研磨液，H2O2溶液，HCL，NaoH溶液，蒸馏水，热水，冰块，碘液，斐林试剂，卫生香。
1 底物 + 不同温度 + 酶
2 底物 + 不同PH + 酶
一段时间后
检测
底物的减少量或
产物的生成量
用淀粉酶探究温度对酶活性的影响；
用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响。
因为过氧化氢在不同温度下分解速率就不同；
盐酸对淀粉有分解作用。
实验原理：
温度影响淀粉酶的活性，进而影响淀粉的水解速率。
淀粉遇碘液变蓝，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅可以判断酶的活性。
1试管 1’试管 2试管 2’试管 3试管 3’试管
加淀粉酶 2ml — 2ml — 2ml —
加淀粉 — 2ml — 2ml — 2ml
保温 混合 保温 0℃冰水保温5min 60℃水浴保温5min 100℃水浴保温5min 加碘液 2滴 2滴 2滴 观察颜色 结论 0℃冰水保温5min
60℃水浴保温5min
100℃水浴保温5min
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
分别将每组的两支试管内的液体混合，摇匀
自变量
因变量
无关
变量
用淀粉酶探究温度对酶活性的影响。
酶的活性(催化效率)受温度影响：
低温可降低酶活性，但不使酶失活
因此酶制剂常在低温条件下保存。
-20℃~-80℃
在最适温度，酶的活性最高
超过一定温度，酶的活性随温度升高而降低。温度过高，空间结构破坏，永久失活。
酶的活性(催化效率)受pH影响：
在过酸过碱的条件下，都会使酶的空间结构破坏，酶永久失去活性。
在最适合的pH下，酶的活性最高
因此酶制剂常在最适pH下保存。
酶的作用条件较温和
相关信息
一般来说，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，有的酶最适温度可高达70℃。
动物体内的酶最适pH大多在6.5~8.0，但也有例外，如胃蛋白酶的最适pH为1.5；植物体内的酶最适pH大多为4.5～6.5。
20世纪60年代以前，医院里用的葡萄糖是用盐酸催化淀粉水解的方法来生产的，生产过程要在245kPa的高压和140-150℃的高温下进行，并且需要耐酸的设备。60年代以后改用酶法生产，想一想，用酶来水解淀粉生产葡萄糖有什么优越性？有哪些产品可以用酶法生产？
与社会的联系
高效性；作用条件温和，常温压下就可以进行；
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。
影响酶促反应速率的因素之底物浓度

A
在其他条件适宜、酶量一定的情况下
其他条件适宜，酶充足条件下
底物浓度
酶促反应速率
条件适宜的情况下
底物足量，
酶浓度
酶促反应速率
条件适宜的情况下
底物一定量，
影响酶促反应速率的因素之酶浓度
影响酶促反应速率的因素之酶活性
酶专一性
花样曲线解读
此曲线能说明酶的什么特性
酶高效性
酶只缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。
时间
无催化剂
加Fe3+
加过氧
化氢酶
O2生成量
花样曲线解读
此曲线能说明酶的什么特性
0
反应物剩余量（相对值）
PH
30℃
33 ℃
37 ℃
35 ℃
30℃时生成物量达到最大时所用时间较短。
35℃时，反应物剩余量最少
花样曲线解读
思考：酶活性比较适宜的温度？试着说出判断理由。
反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
花样曲线解读
思考：酶活性比较适宜的PH值？试着说出判断理由。
思考：酶失活PH值？试着说出判断理由。
思考：两条曲线的最低点相同，猜猜能说明什么？
2
练习与应用
.
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
D
2.1 概念检测
B
.
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
2.1 概念检测
.
2.2 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？
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。
4.2 拓展应用
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。
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。
4.2 拓展应用
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。
(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。变化后的曲线如图所示：
4.2 拓展应用
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。
(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。
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。变化后的曲线如图所示：