5.1降低化学反应活化能的酶 课件

(共44张PPT)
第5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
什么是酶？酶是怎么发现的？
幻灯片 3
斯帕兰扎尼
巴斯德
李比希
毕希纳
萨姆纳
切赫和奥尔特曼
是胃里的某种化学物质使肉块分解了
发酵过程中，糖→酒是由酵母菌引起的
科学家
实验结论
糖→酒的发酵过程是由酵母菌产生的某种物质导致
破坏酵母菌获的提取物可以发酵，并将其命名为酿酶
从刀豆中提取出酿酶，证明其是蛋白质
少数RNA也有催化功能
(1)为什么要将肉块放在金属笼内？
(2)是什么物质使肉块消失了？
便于取出肉块、排除物理性消化干扰
胃内的化学物质
【问题探讨】
1773年，意大利科学家斯帕兰扎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。
残忍！
肉没啦！铁笼还在？
酶的本质
定义
绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA
酶的化学本质
酶的来源
酶的功能
活细胞产生的
具有催化作用的
有机物。
一类
一般说来，活细胞都能产生酶
酶可在细胞内、细胞外、体外发挥作用
酶只起催化作用，无其他功能
本质
合成原料：氨基酸或核糖核苷酸
(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(　　)
×
×
随堂检测
9.(2024·河北省重点中学调研，改编)欲判断某种酶的化学本质是蛋白质还是RNA，下列方案不可行的是
A.与双缩脲试剂反应，观察是否出现紫色
B.用蛋白酶处理，检测其活性是否丧失
C.用RNA水解酶处理，检测其活性是否丧失
D.与斐林试剂反应，观察是否出现砖红色沉淀
斐林试剂可用来检测还原糖，但酶的本质不是还原糖。
　实战训练　
3.下列关于酶的说法，有几项是正确的（ ）
①是有分泌功能的细胞产生的　
②有的从食物中获得，有的在体内转化而来　
③凡是活细胞，一般都能产生酶　
④酶都是蛋白质　
⑤有的酶不是蛋白质　
⑥酶在代谢中有多种功能　
⑦在新陈代谢和生长发育中起调控作用　
⑧酶只是起催化作用
A.2项 B.3项 C.4项 D.5项
酶具有催化功能，可以用实验验证吗？
可以设计一个实验：“加酶和不加酶的两组实验”来验证
探究实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解
试验编号 1 2 3 4
H2O2 （3%）
实验处理
检测指标 2mL
2mL
2mL
2mL
常温
90℃
水浴加热
FeCl3
肝脏研磨液
1.气泡产生情况；2.卫生香复燃情况
自变量
不加酶
加酶——新鲜的猪肝研磨液（含过氧化氢酶）
（不同的条件）
加热
加FeCl3
2滴
2滴
单一变量原则：保持无关变量一致，避免影响实验结果
2H2O2
2H2O+O2
实验目的
实验原理
实验材料
实验现象
实验用具
实验结果
实验设计
Fe3+做催化剂
过氧化氢酶
1
2
3
4
3
4
探究·实践——比较过氧化氢在不同条件下的分解
基本无气泡
少量
较多
大量
5
实验结果
试管编号 1 2 3 4
第一步 H2O2浓度 3% 3% 3% 3%
剂量 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL
第二步 反应条件 常温 90 ℃ FeCl3溶液 肝脏研磨液
剂量 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴
结果 气泡产生
卫生香复燃情况
不明显
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
复燃
迅速复燃
实验结论：酶具有催化作用，且过氧化氢在不同条件下分解速率不同，在过氧化氢酶的作用下分解速率最快
(1)实验结果分析
①与1号试管相比，2号试管产生的气泡多，这一现象说明_____________
。
②1、4号试管对照说明 。
③1、3、4(或3、4)号试管对照说明_______________________________________。
(3)2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多，为什么？
加热能促进过
氧化氢的分解，提高反应速率
酶具有催化作用
与无机催化剂相比，酶的催化效率更高
一样多
因为最终氧气的量取决于过氧化氢的量。加催化剂只是提高了反应速率
(4)在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗 为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要
不能，酶使细胞内的化学反应在温和的条件下快速有序地进行。
—— 人为控制的对实验对象进行处理的因素，即研究对象
自变量
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；对照实验一般要设置对照组和实验组
对照实验
除自变量外，其他的变量
无关变量
—— 因自变量改变而变化的变量
因变量
控制变量和
设计对照实验
通过刚才的探究实验，说明一个严谨的实验该如何来设计？
保持无关变量一致，避免影响实验结果
试管编号
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
几乎无
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
无关变量
H2O2浓度
H2O2剂量
气泡产生
带火星的卫生香
自变量
因变量
相同、适宜
步骤
变量
你能准确找出以上实验中的相关变量吗？
控制变量和设计对照实验
单一变量原则：实验设计时只有一个自变量，且无关变量在对照组和实验组中均要保持相同且适宜。
试管编号 1 2 3 4
实验处理 无 90℃水浴加热 2滴FeCl3 2滴肝匀浆
H2O2溶液（3%） 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL
检测指标 1. 气泡冒出情况2. 卫生香复燃情况
对照组
实验组
空白对照
空白对照：
自身对照：
相互对照：
对照组不施加任何处理因素
同一受试对象上进行，如质壁分离和复原实验
几种处理（或水平）互为对照，此时都是实验组
该实验的对照组和实验组分别是什么？
控制变量和设计对照实验
设置对照实验：只有一个自变量，无关变量要保持相同且适宜。
(1)酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物(　　)
(2)在一个实验中，因变量的检测指标往往不是唯一的(　　)
提示　如过氧化氢酶可以被蛋白酶分解。
√
√
1.(教材P77“探究·实践”，改编)如图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，下列有关分析正确的是
A.本实验的自变量只是催化剂的不同
B.本实验的无关变量有温度和酶的用量等
C.1号与2号试管、1号与4号试管可分别构成对照实验
D.4号试管最后产生的氧气最多
自变量是温度和催化剂的种类
而温度是自变量之一
最后产生的氧气一样多，因为都是加入等量的过氧化氢溶液
(1)加热为什么能使过氧化氢分解？
因为加热使过氧化氢分子得到能量，从常态转变成容易分解的活跃状态！
通过以上学习你能总结出加热、Fe3+、酶使H2O2分解的作用机理吗？
活化能：分子从常态变成容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量叫做活化能。
(3)Fe3+和过氧化氢酶加速过氧化氢的分解，也是供给了能量吗？
没有供给能量，只是降低了过氧化氢分解所需的活化能！
(4)Fe3+和过氧化氢酶相比，哪个降低活化能的作用更显著？
同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。
(2)分子从常态转变为容易发生反应的活跃状态所需要的能量称为什么？
提高分子的能量
降低化学反应的活化能
更显著地降低化
学反应的活化能
加热
Fe3+
酶
酶作用意义：使细胞代谢在温和条件下快速有序地进行。
没有催化剂
无机催化剂
加酶
反应过程
能量
酶降低反应的活化能
常态
活跃状态
作用机理：
（1）无催化剂时反应所需活化能： 段
ac
有酶催化时反应所需活化能： 段
bc
酶降低的活化能： 段
ab
（2）若换用无机催化剂，b点将向 移
上
3.(教材P78图5－1，改编)如图曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示物质M在无催化剂条件和有酶催化条件下生成物质P所需能量的变化过程。下列叙述正确的是
A.ad段表示无催化剂时，反应所需要的活化能
B.ac段表示有酶催化时，酶降低的活化能
C.若换用无机催化剂，b点将向上移动
D.酶具有催化作用，是因为能为化
学反应提供能量
ac
ab
酶不能提供能量，酶降低活化能
思考：酶作用的时候有什么特点特性呢？
酶的催化效率一般是无机催化剂的107 ～1013倍。
科学家整理大量的实验数据发现：
酶特性一：高效性
酶的特性：
上节课实验中用的每滴
FeCl3溶液含Fe3+数是每滴过氧化氢酶分子数的25万倍。但酶催化效率更高。说明什么？
注意：酶的高效性是同无机催化剂相比！！，两者比较才能得出高效性！！
a
b
c
时间
产物浓度
_______对比说明酶具有高效性。
a、b
a、c对比说明酶具有_____
______。
酶只能缩短达到平衡的时间，不能改变平衡点
催化
作用
加酶
加无机催化剂
不加催化剂
平衡点
请思考：a、c对比能说明酶有高效性吗？
(1)酶具有高效性模型分析
不能
无机催化剂催化的化学反应范围比较广：
酶能像无机催化剂一样，催化多种化学反应吗
例如：酸既能催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解,还能催化淀粉水解。
情境二
不行，酶具有专一性
怎么体现专一性，你能设计实验验证吗
方案一
酶相同，底物不同
方案二
底物相同，酶不同
三、酶的特性
探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
实验原理：淀粉和蔗糖都是非还原糖，它们在酶的作用下都能水解成 。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用 鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
还原糖
斐林试剂
1 号试管 2 号试管
步 骤 一 2ml 淀粉溶液 2ml 蔗糖溶液
二 加入 2ml 新鲜的淀粉酶溶液，振荡， 60℃水浴保温 5min 三 加入 2ml 斐林试剂，水浴加热 1min 现象
砖红色沉淀
无砖红色沉淀
(1)实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂？
不能，因为碘液只能检测淀粉的有无被分解，蔗糖无论是否被水解都不会使碘液变色。
(2)该实验的自变量和因变量分别是什么？
底物的种类
底物是否被淀粉酶水解
(3)该实验的实验结论是什么？
淀粉酶只能催化淀粉水解，即酶的作用具有专一性。
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
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
底物浓度
反应速率
底物D+ 酶D
底物D + 酶E
a.锁钥学说
课本P85的模型
酶具有专一性:
这个模型中A代表酶，B代表底物，C和D代表产物。这个模型可以类比解释酶的专一性。
4.(教材P85科学·技术·社会，改编)加酶洗衣粉中的碱性蛋白酶制剂可以轻易去除奶渍、血渍等多种污垢，却不能很好地清除衣物上的油渍，这体现了酶具有
A. 选择性 B. 专一性 C. 多样性 D. 持久性
5.(教材P82，改编)酶是一种生物催化剂，细胞内的各项化学反应离不开酶的催化。下列关于酶的专一性的叙述，错误的是
A. 每种酶只能催化一种化学反应的进行
B. 脲酶只能催化尿素的分解，不能催化其他反应
C. 可用淀粉、淀粉酶、蔗糖酶和碘液验证酶的专一性
D. 细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的专一性有关
每一种酶只能催化一种或一类化学反应的进行
7.(2025·江苏徐州高一检测)某类酶作用的模型如图所示，下列有关说法正确的是
A.该模型中A代表酶，B代表底物，C和D代表产物
B.该模型可以用来解释酶的专一性和高效性
C.酶能够为化学反应提供能量，从而加快反应速率
D.酶发挥作用后，结构将发生改变，不能被再次利用
不能解释高效性
酶作用的机理是降低化学反应的活化能，不是提供能量
图中A表示酶，反应前后结构不发生变化
酶具有高效性和专一性；这两个特性是不是在任何条件下都能发挥呢？
资料3：多酶片作为药物，我们要从说明书中了解它的注意事项：
a.不宜用热水送服
b.不能与碱性食物同服
以上注意事项说明酶起催化作用需要怎样的条件？
温度影响酶的活性
pH 影响酶的活性
①如何设计实验来证明？
酶催化特定化学反应的能力称为 。酶活性可用
表示。
衡量酶活性的指标：用 来表示。
酶活性
在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率
探究实验：影响酶活性的条件
单位时间内底物减少量或产物生成量
淀粉酶、过氧化氢酶、可溶性淀粉溶液、过氧化氢溶液、碘液、斐林试剂
淀粉、淀粉酶
①实验材料：
不选用过氧化氢酶和H2O2的原因？
H2O2不稳定，受热易分解。
碘液
②检测试剂：
不选用斐林试剂进行鉴定的原因
斐林试剂检测需要水浴加热，改变了自变量。
先处理温度，再混合，原因：保证反应从一开始就是预设温度。
2、选择什么实验材料？从以下材料中选取
3、实验材料先处理温度，还是先混合？
任务驱动 任务三：探究温度对酶活性的影响
1、自变量是什么？如何设置？
自变量是温度，可以设置低温、适宜温度、和高温三种温度进行实验
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 各自放入0 ℃冰水中水浴5 min 各自放入60 ℃温水中水浴5 min 各自放入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60 ℃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
淀粉酶在60 ℃时催化淀粉水解，在100 ℃和0 ℃时都不能发挥催化作用。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
☆注意：酶和底物先分别在对应温度（或pH）下保温后再混合
任务驱动 任务三：探究温度对酶活性的影响
变量分析：
①该实验的自变量是 ；②因变量是 ；
③无关变量有：
温度
淀粉酶的活性
淀粉溶液的剂量、酶溶液的剂量、反应的时间、pH等
低温使酶活性受抑制，但酶的空间结构稳定，温度恢复，酶活性可以恢复。（低温保存）
高温使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(高温变性)
①酶的活性最高，催化效率最高的温度称为酶的最适温度。
②在低于最适温度的范围内,酶的活性随着温度的升高而升高。
③当超过最适温度，酶的活性随着温度的升高而降低，甚至失活。
失活
抑制
温度对酶活性的影响：
(4)归纳总结：
尝试画出酶活性与pH的关系曲线图
温度
反应速率
最适温度
A
B
C
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。
②但高温(如C点)会导致酶的空间结构遭到破坏，使其永久失活。
高温破坏酶的空间结构，使酶失活
探究温度对酶活性的影响
低温抑制酶的活性，低温保存
①低温使酶活性受抑制，但酶的空间结构稳定，温度恢复，酶活性可以恢复。（低温保存）
淀粉酶、过氧化氢酶、可溶性淀粉溶液、过氧化氢溶液、碘液、斐林试剂
H2O2、H2O2酶
①实验材料：
不选用淀粉和淀粉酶的原因？
气泡的量
②检测：
先处理PH，再混合，原因：保证反应从一开始就是预设PH。
2、选择什么实验材料？从以下材料中选取
3、实验材料先处理PH，还是先混合？
任务驱动 任务三：探究PH对酶活性的影响
1、自变量是什么？如何设置？
自变量是PH，可以设置酸性、适宜中性、和碱性三种温度进行实验
淀粉在酸性条件下会被水解
实验 步骤 一 取三支试管，编号1、2、3。 二 三支试管都三支试管都加入2mLH2O2溶液，振荡，反应 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2滴新鲜肝脏研磨液，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
实验结论：
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。
任务驱动 任务四：探究PH对酶活性的影响
变量分析：
①该实验的自变量是 ；②因变量是 ；
③无关变量有：
PH
H2O2酶的活性
H202的剂量、酶溶液的剂量、反应的时间、温度等
①酶的活性最强，催化效率最高的pH称为酶的最适pH。
②在低于最适pH的范围内,酶的活性随着pH的升高而升高。
③当超过最适pH，酶的活性随着温度的升高而降低，甚至失活。
②过酸（如D点）、过碱（如F点）都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。
强酸、强碱会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(蛋白质变性)
失活
失活
pH对酶活性的影响：
动物体内的酶的最适PH大多在:6.5~8.0，例外，胃蛋白酶的最适pH:1.5
植物体内的酶的最适PH大多为:4.5~6.5。
(1)二肽酶能催化多种二肽水解，不能说明酶具有专一性(　　)
(2)催化脂肪酶水解的酶是蛋白酶(　　)
提示　酶的专一性是指每一种酶只能催化一种或一类化学反应，二肽酶能催化多种二肽水解，能说明酶具有专一性。
×
提示　脂肪酶的化学本质是蛋白质，可被蛋白酶水解。
√
　实战训练　
6.下列有关探究温度对酶活性影响的实验，最佳选项是(　　) A．过氧化氢＋过氧化氢酶＋带火星木条
B．淀粉＋淀粉酶＋碘液
C．淀粉＋淀粉酶＋斐林试剂
D．过氧化氢＋过氧化氢酶＋双缩脲试剂
　实战训练　
8.为探究影响酶活性的因素、验证酶的专一性和高效性等，某同学设计了如表所示的4套方案。下列叙述正确的是（　　　）
A.方案①的目的是探究pH对酶活性的影响，自变量是酶的种类
B.方案②的目的是验证淀粉酶的专一性，可用斐林试剂检测
C.方案③的目的是验证温度对酶活性的影响，可用双缩脲试剂检测
D.方案④的目的是验证酶的高效性，加酶的一组产生的气泡数较多
1.某研究小组为比较H2O2在不同条件下的分解情况，在常温下进行了如表实验。下列相关叙述错误的是
落实思维方法
组别 质量分数为20%的H2O2溶液 实验处理 现象
1 2 mL 不处理 气泡很少
2 2 mL FeCl3溶液 气泡较多
3 2 mL 新鲜猪肝匀浆 大量气泡
A.组1和组3对照可以证明酶具有高效性
B.催化过氧化氢酶水解的酶是蛋白酶
C.实验温度、H2O2溶液的浓度与用量均为无关变量
D.滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时不能共用一支滴管
√
3.下列有关酶的实验的叙述，正确的是
A.探究温度和pH对酶活性的影响时，分别选用淀粉和H2O2作为底物
B.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用时，可用碘液检测实验结果
C.用H2O2作底物验证酶的高效性时，通过测定气泡或者氧气释放速率可
达到目的，不需要对照
D.探究pH对酶活性影响的实验，需设计系列梯度pH条件作对照，对温度
没有要求
落实思维方法
√
4.菠萝蛋白酶存在于菠萝细胞内，其能损伤口腔黏膜，导致人在食用过程中产生疼痛感。研究人员探究了在不同温度和NaCl浓度的环境中浸泡菠萝对菠萝蛋白酶活性的影响，结果如图所示。下列分析错误的是
A.菠萝蛋白酶能催化口腔黏膜的蛋白质
分解
B.该酶到达胃部后空间结构可能会发生
改变
C.高盐浓度可以降低菠萝蛋白酶的活性
D.建议食用前用40 ℃的温水浸泡菠萝
√
一、竞争性抑制剂抑制剂与底物竞争。如图，抑制剂的结构与酶的活性中心相似，当抑制抑制与酶结合时，就阻止了底物与酶结合，如果底物与酶结合也会阻止抑制剂与酶结构。拓展延伸可以通过增加底物的浓度来抵消其抑制作用二、非竞争性抑制剂由于非竞争性抑制剂不与底物竞争，因此，其抑制作用不能通过增加底物的浓度来抵消其抑制作用。拓展延伸非竞争性抑制剂与酶分子结合后，改变了酶分子的空间结构，影响了酶的活性。