高中生物学 人教版（2019）必修一 5.1降低化学反应活化能的酶(共61张PPT3个视频)

(共61张PPT)
生物学（新人教版）
分子与细胞
第五章 细胞的能量供应和利用
第 1 节
降低化学反应活化能的酶
Biology
为什么要将肉块放在金属笼内？
1773年，意大利科学家斯帕兰礼尼（L.Spallanzani，1729-1799）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。
讨论
是胃内的化学物质将肉块分解了。
便于取出实验材料（肉块），排除物理性消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学性消化。
问题探讨
收集胃内化学物质，进行体外实验。
斯帕兰礼尼在研究鹰的消化作用
2.是什么物质使肉块消失了？
3.怎样才能证明你的推测？
胃蛋白酶的发现
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。然而这种物质是什么，他始终未能得出结论。
后来，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。
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。（胃蛋白酶需要在酸性的环境下发挥作用）
光合作用
有机物
合成
呼吸作用
分解
释放能量
太阳能
化学能
ATP等
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。
一、酶在细胞代谢中的作用
酶的作用
H2O2
(有害物质)
H2O
O2
H2O2酶
代谢产生
含有
危害
细胞
以过氧化氢在不同条件下的分解为例，探究酶的作用。
试验编号 1 2 3 4
H2O2 （3%）
实验处理
检测指标
2mL
2mL
2mL
2mL
无
90℃水浴
加热
FeCl3
2滴
肝脏研磨液
2滴
1.气泡冒出情况；2.卫生香复燃情况
实验设计
【探究·实践】比较过氧化氢在不同条件下的分解
【探究·实践】比较过氧化氢在不同条件下的分解
方法步骤
【探究·实践】比较过氧化氢在不同条件下的分解
实验结果
气泡数量最少
卫生香燃烧
卫生香
燃烧猛烈
气泡数量较少
气泡数量较多
气泡数量最多
气泡数量
卫生香燃烧
讨论
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？
4.3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？
2.在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？
与1号试管相比，2号试管放出的气泡多。
这一现象说明了什么？
试管编号
步骤 1 2 3 4
一
二
三 观察
实验结论
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴
2滴
不明显
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
变亮
复燃
过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样
过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快
反应条件
H2O2浓度
H2O2剂量
气泡产生
带火星的卫生香
【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：
无关变量：
除自变量外，实验中还存在的一些也可对实验结果造成影响的其它变量
随着自变量的变化而变化的变量
人为改变的变量
变量：
实验中可以变化的因素
y = f(x) + a
自变量
因变量
无关变量
（不同条件x）
（结果y）
（相同条件a）
阅读教材P78相关内容（控制变量），思考：一个严谨的实验该如何来设计？有哪些因素是我们必须要考虑的？
步骤 试管编号 说明
1 2 3 4
一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3%
剂量 2ml 2ml 2ml 2ml
二 反应条件 常温 90℃ FeCl3溶液 新鲜肝脏研磨液
剂量 2滴 2滴
结果 气泡产生 不明显 少量 较多 大量
卫生香燃烧
不复燃 不复燃 变亮 复燃
对照组
实验组
实验应遵循的原则：
等量性原则
单一变量原则
自变量
因变量
无关变量
无关变量
变量
对照原则
2滴清水
2滴清水
等量性原则
等量性原则
单一变量原则
控制变量
1
常态
终态
活跃状态
活化能
酶的催化效率为何会更高呢？
你能解释加热，加无机催化剂，加酶在这一过程中的不同吗？
酶的作用原理
活化能
分子从_____转变为_________________的活跃状态所需要的能量。
常态
容易发生化学反应
加热：
让更多的H2O2吸收能量处于活跃状态
催化剂：
降低非活化分子转变为活化分子的门槛
各条件使反应加快的本质
如果把化学反应比做驾车翻越一座高山，“加热”相当于给汽车加大油门。
用催化剂则相当于帮司机找到穿山的隧道。
同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更明显，因而催化效率更高。
活化能
二、酶的本质
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
完成教材P80“拓展2”
一、酶的作用和本质
1.关于酶本质的探索（P79-P80）
对发酵过程的研究
中国
4000多年前的夏禹时代，我国就掌握了酿酒技术
1716年《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”，即现在所说的酵母
19世纪：
认为酿酒是让糖类通过发酵变成酒精和CO2，这是一个纯化学过程
1857年：
巴斯德：发酵需要活酵母菌细胞参与
李比希：酵母菌细胞死亡后释放出某些物质引起发酵
毕希纳：
从酵母菌细胞中获得了含有酶的提取液，并将酵母菌细胞中引起发酵的物质成为酿酶
推测
科学家推测酶是蛋白质
证明
萨姆纳
获得脲酶，证明脲酶是蛋白质
其他科学家
相继获得胃蛋白酶、胰蛋白酶等许多酶的结晶，并证明这些酶都是蛋白质
补充完善
20世纪80年代
切赫和奥尔特曼发现少数RNA也具有生物催化功能
争论
巴斯德之前
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德(微生物学家）
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
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
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
萨姆纳
脲酶是蛋白质
李比希（化学家）
切赫、奥尔特曼
少数RNA也具有生物催化功能
一、酶的作用和本质
1.关于酶本质的探索（P79-P80）
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.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？
讨论
巴斯德认为发酵重点强调细胞忽略物质,是不正确的。李比希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。
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。
巴斯德认为发酵与活细胞有关,是合理的；
李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质,是合理的。
一、酶的作用和本质
1.关于酶本质的探索（P79-P80）
3.从毕希纳的实验可以得出什么结论？
4.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？
讨论
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。
萨姆纳历时9年，发扬坚持不懈、百折不挠的科学精神，用正确的科学方法，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。
一、酶的作用和本质
1.关于酶本质的探索（P79-P80）
5.请给酶下一个比较完整的定义。
讨论
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。
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数是RNA。（教材P81，黑体字）
来源
酶的概念
化学本质
功能
酶促反应：由酶催化的化学反应称为酶促反应
底物：受酶催化而发生化学反应的分子叫底物（反应物）
酶的本质
化学本质 绝大多数是_______ 少数是_________
元素组成
合成原料
合成场所
来源 一般来说，活细胞都能产生
作用场所
RNA
蛋白质
核糖核苷酸
氨基酸
核糖体
细胞核
细胞内、外及生物体外均能发挥作用
C、H、O、N、(S)
C、H、O、N、P
小技巧
探究酶化学本质的实验设计
1、设计原理
大部分是蛋白质
少部分是RNA
加__________，呈_____
双缩脲试剂
紫色
加__________，呈_____
吡罗红染液
红色
2、设计方案
分组 实验操作 现象 结论
紫色
对照组：
标准蛋白质溶液
实验组：
等量待测酶液
紫色
/ 蓝色
是蛋白质
/ 不是蛋白质
（鉴定是否为RNA同上）
加双缩脲试剂
(1)酶的基本组成单位是氨基酸(　　)
(2)具有分泌功能的细胞才能产生酶(　　)
(3)酶是活细胞产生的，只能在细胞内起催化作用(　　)
(4)酶在反应完成后立即被降解成氨基酸(　　)
(5)酶具有催化、调节等多种功能(　　)
判断正误
×
×
×
×
×
三、酶的特性
1
2
酶具有高效性
3
酶具有专一性
酶的作用条件较温和
1
酶具有高效性
高效性：酶的催化效率非常高！一般是无机催化剂的107～1013倍。
1
酶具有高效性
(1)图中表示无酶催化时反应进行需要的活化能的是哪一段？
(2)图中表示有酶催化时反应进行所需要的活化能的是哪一段？
(3)图中表示酶降低的活化能的是哪一段？
(4)若将酶变为无机催化剂，则B在纵轴上向什么方向移动？
AC
BC
AB
向上移动
探究1 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
2
酶具有专一性
【实验目的】
探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
【实验设计】
试管编号 试管1 试管2
淀粉溶液 2 mL
蔗糖溶液 2 mL
淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
斐林试剂 （沸水浴1 min） 2 mL 2 mL
实验结果
【实验过程】
2
酶具有专一性
2
酶具有专一性
【实验结果】
试管编号 试管1 试管2
淀粉溶液 2 mL
蔗糖溶液 2 mL
淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
斐林试剂 （沸水浴1 min） 2 mL 2 mL
实验结果
砖红色沉淀
无颜色变化
2
酶具有专一性
淀粉酶只能催化淀粉水解，而不能催化蔗糖水解。
【实验结论】
专一性：
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
锁钥模型
诱导契合模型
探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
想一想：
上述实验，能否用碘液代替斐林试剂对实验结果进行检测
该实验中不能用碘液代替斐林试剂,因为碘液只能使淀粉变蓝,而与还原糖没有特殊的颜色反应,不能检验蔗糖是否被淀粉酶水解。
酶的特性
目前已发现的酶有8000多种，它们分别催化不同的化学反应。
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
3
酶的作用条件较温和
科学 技术 社会
加酶洗衣粉中一般加入了溶菌酶、淀粉酶、蛋白酶等多种酶，加酶洗衣粉比普通洗衣粉有更强的去污能力，能把衣物清洗得更加干净鲜亮。
3
酶的作用条件较温和
探究2 温度对酶活性的影响
【实验原理】
鉴定原理：
温度影响酶的活性，从而影响淀粉水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。
(不宜用斐林试剂检测：实验中要严格控制温度)
反应原理：
淀粉＋淀粉酶＋碘液→出不出现蓝色
1号试管
淀粉溶液
实验步骤 一
二
三
四
实验现象
结论
2号试管
3号试管
加入淀粉酶2滴，振荡
试管各加入2mL淀粉溶液
蓝色
保持0℃冰水中约5min
加热至100℃，
约5min
加热至60℃，
约5min
各加入两滴碘液
振荡
无明显现象
只有在一定温度下酶的催化效率最好
蓝色
探究温度对淀粉酶活性的影响
1号试管
淀粉溶液
实验步骤 一
二
三
四
实验现象
2号试管
3号试管
加入淀粉酶2滴，振荡
试管各加入2mL淀粉溶液
蓝色
保持0℃冰水中约5min
加热至100℃，
约5min
加热至60℃，
约5min
各加入两滴碘液
振荡
无明显现象
蓝色
探究温度对淀粉酶活性的影响
疑问1：为什么不用斐林试剂检测产物？而用碘液检测底物？
因斐林试剂检测需要加热而改变反应条件
1号试管
淀粉溶液
实验步骤 一
二
三
四
实验现象
2号试管
3号试管
加入淀粉酶2滴，振荡
试管各加入2mL淀粉溶液
蓝色
保持0℃冰水中约5min
加热至100℃，
约5min
加热至60℃，
约5min
各加入两滴碘液
振荡
无明显现象
蓝色
探究温度对淀粉酶活性的影响
疑问2：为什么不选H2O2作为实验材料？
因为H2O2分解受温度的影响
在合适的条件下将肉块和蛋白酶放到一起
预实验
如何找到酶活性最高时的温度？
3
酶的作用条件较温和
在一定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。甲点对应的温度是该酶的最适温度。
温度对酶活性的影响
酶失活
活性位点
底物
3
酶的作用条件较温和
探究3 pH对酶活性的影响
【实验原理】
②鉴定原理：pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成量，可用带火星的卫生香燃烧的情况来检验产生O2的多少。
（不宜选用淀粉和淀粉酶：在酸性条件下，淀粉也会水解）
①反应原理(反应式)：2H2O2 2H2O＋O2。
过氧化氢酶
1号试管
过氧化氢溶液
实验步骤 一
二
三
四
实验现象
结论
2号试管
3号试管
加入过氧化氢酶2滴，振荡2—3min
试管各加入2mL过氧化氢溶液
无明显变化
pH＝7
pH=12
pH＝2
将带火星的卫生香分别放入试管中
只有在适合的pH下酶的催化效率最好
复燃
无明显变化
探究pH对过氧化氢酶活性的影响
【实验过程】
3
酶的作用条件较温和
【实验结果】
实验结论：pH能影响酶的活性。
3
酶的作用条件较温和
pH对酶活性的影响
在一定pH范围内，随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。乙点对应的温度是该酶的最适pH。
A点
B点
3
酶的作用条件较温和
(1)温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的。
(2)过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复其活性。
(3)底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触面积来影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。
影响酶促反应速率的因素
1、温度
3、酶的浓度：
4、底物浓度：
酶促反应速率
酶的浓度
酶促反应速率
底物浓度
酶量一定
2、pH
随酶浓度的升高而加快
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
温和性
一般来说，动物体内的酶最适温度为35-40℃之间，植物为40-50℃ 之间，细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大，有的可达70℃。
动物体内的酶最适pH大多为6.5-8.0之间，但也有例外，如胃蛋白酶
的最适pH为1.5(胃液呈酸性);植物体内酶最适pH在4.5-6.5之间。
小结
1.具有高效性：催化效率高于无机催化剂等
2.具有专一性：只能催化一种或一类化学反应。
2.作用条件较温和：要有合适的温度；
要有合适的pH。
一、概念检测
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
D
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
B
3. 将刚采摘的新鲜糯玉米立即放入 85 ℃水中热烫处理 2 min，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
二、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性。
（1）请解释在 A、B、C 三点时该化学反应的状况。
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。
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。
（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。
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。
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。
（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。
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。
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。
谢谢观看