生物人教版（2019）必修1 5.1降低化学反应活化能的酶（共37张ppt）

(共37张PPT)
第5章 细胞的能量供应和应用
第1节 降低化学反应活化能的酶
问题探讨
思考：
将肉块放入小巧的金属笼内，让鹰把小笼子吞下去。一段时间后，取出小笼子，发现笼内的肉块消失了。
斯帕兰札尼在研究鹰的消化作用
3.怎样才能证明你的推测？
1.为什么要将肉块儿放在金属笼内？
2.是什么物质使肉块消失了？
便于取出实验材料（肉块），排除物理性消化，确定其是否发生了化学性消化。
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发挥作用。
后来，科学家发现胃液中含有大量盐酸，于是推测盐酸是使食物分解的物质。
1835年，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，对肉类的分解能力远远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。细胞代谢离不开酶。那么，酶有什么作用呢？
一、酶的作用和本质
探究·实践
实验原理
实验材料
新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液
新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液
质量分数为3.5%的FeCl3溶液。
（一） 酶在细胞代谢中的作用
比较过氧化氢在不同条件下的分解
新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。质量分数为3.5%FeCl3溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3+，大约是过氧化氢酶分子数的25万倍。
细胞在代谢中会产生代谢废物，甚至是有害的物质，如H2O2 。幸而细胞中含有过氧化氢酶，能将过氧化氢及时分解为氧气和水，解除对细胞的毒害。
2ml H2O2溶液
1号
2滴FeCl3溶液
2滴肝脏研磨液
2号
2ml H2O2溶液
90℃水浴
3号
2ml H2O2溶液
3号
4号
4号
探究·实践
实验过程及结果
常温
讨 论：
1. 与1号试管相比 ，2号试管产生的气泡多 。说明了什么 ？
2. 在细胞内 ，能通过加热来提高反应速率吗 ？
4. 3号试管和4号试管相比 ，4号试管中的反应速率快 , 说明了什么 ？
3. 3号和4号试管未经加热 ，也有大量气泡产生 ，说明了什么 ？
4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢酶比铁离子的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。
2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
不能。
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。
探究·实践
实验注意事项
1、肝脏需要新鲜的，肝脏需制成研磨液，使酶释放出来。
2、不能共用一个滴管吸取 液和 溶液。
3、H2O2溶液氧化性强，有腐蚀性，使用时不要使其接触到皮肤。
最好 （ 因为H2O2常温下易 ）。
4、检验试管内产生的气体性质时，应用点燃的卫生香（无火焰）将气泡搅动一下，但注意不要将卫生香插入试管底部。
肝脏研磨
氯化铁
现配现用
分解
科学方法
控制变量和设计对照实验
变量：
概念:
实验过程中的变化因素称为变量。
类型:
1. 人为控制的对实验对象进行处理的因素叫作自变量。
2. 因自变量改变而变化的变量叫作因变量。
3. 除自变量外,实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素，叫作无关变量。
对照实验：
概念: 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叫作对照实验。
类型:
对照实验一般要设置对照组和实验组,未作任何处理的对照组叫作空白对照。
探究·实践
比较过氧化氢在不同条件下的分解——变量分析
对照组
实验组
试管编号 1 2 3 4
加入物质
处理 不处理 加2滴 溶液 加2滴 液
现象 基本无气泡产生 有_______气泡产生 有_______气泡产生，并使卫生香燃烧 有_______气泡产生，并使卫生香猛烈燃烧
2 mL 3% H2O2溶液
90℃水浴加热
FeCl3
肝脏研磨
变量
无关变量
自变量
因变量
少量
较多
大量
（二）酶的作用机理
1. 加热为什么能促进过氧化氢的分解呢？
加热使H2O2分子获得能量（提供活化能），
从常态转变为容易分解的活跃状态。
2. Fe3+和过氧化氢酶为什么能促进过氧化氢分解呢？
活化能：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. Fe3+和过氧化氢酶为什么能促进过氧化氢分解呢？
催化剂降低了非活化分子转变为活化分子的门槛
催化剂的催化原理：
降低化学反应的活化能
酶作用的机理：
同无机催化相比，酶能更显著地降低化学反应的活化能，因而催化效率更高。
（二）酶的作用机理
易错提醒
1. 酶只能降低化学反应的活化能，只起催化作用，不能为化学反应提供活化能。
2. 加热、加压、点燃等剧烈条件为化学反应反应物提供能量（活化能）。
3. 因为酶的催化作用，使细胞代谢中的化学反应能在温和的条件下快速的进行。
活化能
b
a
c
d
反应过程
能量
初态
（反应物）
终态
（产物）
活跃状态
①
②
③
ac______________________________________。
②
①
酶降低的活化能
无催化剂条件下，反应所
需要的活化能
无催化剂
无机催化剂
③
酶
ae 。
无机催化剂催化时，反应所需的活化能
bc 。
思维提升
e
思考·讨论
阅读课本79-80页“资料分析”
找出每一位科学家的研究背景、过程、结论及贡献
完成课后练习“T2图解”
酶到底是什么物质呢？
19世纪
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
李比希
引起发酵的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后才能发挥作用
萨姆纳
脲酶是蛋白质
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。
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
切赫、奥尔特曼
少数RNA也具有生物催化功能
思考·讨论
酶的本质
酶是由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。
由细胞产生，在细胞内和细胞外都能发挥催化作用
酶
Enzyme
化学本质 绝大多数是蛋白质
合成原料
合成场所
来源 生理功能 作用部位 作用原理 少数是RNA
氨基酸
核糖核苷酸
核糖体
催化作用
降低化学反应的活化能
主要在细胞核（真核）
活细胞一般都能合成
（三）酶的本质
细胞内、细胞外都可以
★酶与无机催化剂的共性
特别提醒
1、酶与无机催化剂的催化机理相同，都是降低化学反应的活化能。
2、酶和无机催化剂在反应前后数量和性质不发生改变，一段时间内可以重复利用。
3、酶与无机催化剂都不改变反应的平衡点，只是缩短了到达平衡点的时间。如下图所示。
无机催化剂
生物酶
VS
二、酶的特性
1、高效性
①内容：与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
（实验数据表明，酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍）
②意义：保证了细胞内化学反应的快速进行。
③原因：与无机催化剂相比，酶能显著降低化学反应的活化能。
④曲线表示：
无机催化剂催化范围比较广。酸能催化蛋白质、脂肪、淀粉水解。
酶能像无机催化剂一样，催化多种化学反应吗
无机催化剂
生物酶
VS
二、酶的特性
实验原理
探究·实践
探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
淀粉（非还原性） 麦芽糖（还原性）
淀粉酶
蔗糖（非还原性） 葡萄糖（还原性）+果糖（还原性）
蔗糖酶
实验思路
1. 不同种底物 + 同种酶
2. 同种底物 + 不同种酶
观察是否有反应进行
探究·实践
探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
广东省四会市四会中学　方仲扬
试管1 试管2
实 验步 骤 1 2ml可溶性 溶液 /
2 / 2ml 溶液
3 2ml新鲜 溶液 4 振荡 → 60℃水浴 → 保温5 min → 2ml 试剂→沸水浴1min 实验现象 砖红色沉淀 无 沉淀
结论 淀粉酶能使 水解，不能使 水解。酶具有 性。 淀粉酶
斐林
蔗糖
砖红色
淀粉
淀粉
蔗糖
专一
实验自变量：____________ 因变量：________________无关变量： 。
底物种类
底物是否水解
溶液浓度等
实验步骤
能否用碘液对实验结果进行检测？
不能，因为碘液无法检测蔗糖是否发生水解。
2、专一性
①内容：每一种酶只能催化一种或一类化学反应
（目前发现的酶有8000多种,它们分别催化不同的化学反应）
②意义：保证了细胞代谢能够有条不紊地进行
③曲线表示：
或空白对照
a.在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时的变化是明显加快，说明酶A能催化该反应。
b.在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不能催化该反应。
二、酶的特性
③原因：
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。
二、酶的特性
许多无机催化剂能在高温、高压、强酸和强碱条件下催化化学反应。
酶起催化作用需要怎样的条件呢
无机催化剂
生物酶
VS
提示：酶的本质绝大多数是蛋白质，高温、高压、强酸或强碱会使其变性失活。
二、酶的特性
探究·实践
酶的活性：酶催化化学反应的能力，一般用化学反应的速率表示。
背景信息
在初中做消化酶实验时，需要控制温度等条件。
不同的消化液的pH不一样。
作出假设
1. 在不同的温度下，同一种酶活性是否会受到影响？
2. 在不同的pH下，同一种酶活性是否会改变？
影响酶活性的条件
材料选择
影响酶活性的条件
探究·实践
质量分数为2%的淀粉酶溶液、质量分数为20%的肝脏研磨液（过氧化氢酶）、
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0.01mol/L的盐酸、物质的量浓度为0.01mol/L的NaOH溶液、缓冲液、热水、蒸馏水、冰块、 碘液、斐林试剂
应该选择哪一种酶作实验材料 分别探究温度、pH对酶活性的影响呢 ？为什么
提示：温度会影响H2O2的分解，而酸性条件下淀粉会被分解，最终影响实验结果。
1. 本实验的自变量和因变量是什么？
2. 本实验将设置几个组别？
3. 如何控制自变量？
4. 因变量将如何检测？
5. 本实验中存在哪些无关变量？怎么控制？
设计实验
探究·实践
影响酶活性的条件
探究温度对淀粉酶活性的影响实验
步骤 试管1 试管2 试管3 试管4 试管5 试管6
第一步 2 mL淀粉溶液 ＋ ＋ ＋
1 mL淀粉酶溶液 ＋ ＋ ＋
第二步 分别保温5min 冰浴，0℃ 水浴，60℃ 沸水浴 第三步 将试管 中的溶液倒入试管 中混合 将试管 中的溶液倒入试管 中混合 将试管 中的溶液倒入试管 中混合 第四步 分别保温2min 冰浴 水浴，60℃ 沸水浴 用自来水冲凉 第五步 加入2滴 ，观察 变化
2
1
4
3
6
5
碘液
颜色
探究·实践
实验过程
实验结论
温度会影响酶的活性，温度过低或过高酶活性都较低。
探究·实践
小结
类比
影响酶活性的条件
探究pH对H2O2酶活性的影响实验
步骤 试管1 试管2 试管3
第一步 加入2滴 液 第二步 1mLpH=7的 液 mL盐酸溶液 1mL 溶液
第三步 加入2mL 溶液 第四步 观察 速率，或插入卫生香、观察 时间 实验 现象 气泡生成速率快 气泡生成速率慢 气泡生成速率慢
肝脏研磨
缓冲
NaOH
1
H2O2
气泡生成
复燃所需
探究·实践
实验过程
实验结论
pH会影响酶的活性，pH过低或过高酶活性都较低。
3、酶的作用条件较温和
①内容：酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的
②曲线表示：（通过系列梯度实验进行测定，绘制出温度和pH曲线图）
最适pH
υ/mmol. s-1
酶活性受pH影响示意图
t/℃
υ/mmol. s-1
最适温度
酶活性受温度影响示意图
二、酶的特性
最适pH
υ/mmol. s-1
酶活性受pH影响示意图
t/℃
υ/mmol. s-1
最适温度
酶活性受温度影响示意图
高温、强酸、强碱会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。
在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。
温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。
低温使酶活性受抑制，温度恢复，酶活性可以恢复；（适于酶的储存）
阅读P84
“相关性息”
二、酶的特性
3、酶的作用条件较温和
小结
与无机催化剂相比较，酶所具有的特性，使得细胞中的各类化学反应能在温和的环境中高效、有序的进行。当然，这些还与酶在细胞中的分布有关。
无机催化剂
生物酶
VS
补充·拓展
酶促反应
1. 酶促反应：
由酶催化的化学反应，生物体内的化学反应绝大多数属于酶促反应。
2. 酶促反应速率：
单位时间内反应物或生成物浓度的改变量。
3.影响酶促反应速率的因素：
pH
温度
抑制剂
激活剂
活性
浓度
底物浓度
酶
酶促反应速率
补充·拓展
酶促反应
课堂小结