高中生物人教版（2019）必修第一册5.1降低化学反应活化能的酶（共30张ppt）

(共30张PPT)
5.1降低化学反应活化能的酶
一、考试要求
1．了解酶发现过程中的经典实验，理解酶的概念，掌握酶的本质。
2.理解酶的三个特性，分析比较酶与无机催化剂的不同
3．掌握验证酶的高效性实验的基本操作方法，并具备应用相关知识设计验证实验的能力。探究影响酶活性的因素，培养学生探究能力。
二、知识整理
1．细胞代谢
概念：
细胞代谢是细胞中每时每刻都进行着许多化学反应的统称。
2．酶
概念：活细胞产生的具有生物催化作用的有机物。
来源：活细胞产生的。（死细胞不产生酶，凡是活细胞都一定能产生酶。）
本质：绝大多数是蛋白质，少数酶是RNA。
合成原料：氨基酸
或
核糖核苷酸（组成RNA）
功能：生物催化剂：
a.在催化某一反应时，与其他一般无机催化剂
一样，能显著降低反应的活化能，提高反应速率，缩短达到平衡的时间，但并不改变反应的方向和平衡常数；
b.反应前后酶的性质和数量均没有变化。
作用分布：细胞外(胞外酶：如各种消化酶)；细胞内(胞内酶：如呼吸氧化酶)
酶的功能作用机理：
1、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称为活化能。
2、酶在生化反应中起的催化的作用，主要是降低了反应的活化能，酶在反应前后质量和性质不变化
看两道题
下图示酶促反应，甲、乙、丙、丁中属于酶的是（
）
A、甲
B、乙
C、丙
D、丁
A
科学家发现了一种合成物质（神经毒气），这种物质能够钝化参与神经递质（乙酰胆碱）形成乙酰胆碱酯酶。乙酰胆碱酯酶的活性部位内含有丝氨酸，这种抑制剂通过与酶活性部位的丝氨酸反应而起作用。胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和胰肽酶E被证明也受该神经毒气的钝化。随后，科学家又发现血管紧张肽原酶和胃蛋白酶的活性部位内都含天冬氨酸。根据上述材料能推测到的是（
　）
　A．胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和胰肽酶E的活性部位都含有丝氨酸
　B．上述这些酶的活性部位具有完全相同的结构和功能特点
　C．血管紧张肽原酶和胃蛋白酶由于结构上的相似可归属于同一类别
　D．血管紧张肽原酶和胃蛋白酶可能会被某一类物质钝化
ACD
关于酶的本质的探索：
⑴1857年，法国微生物学家巴斯德提出：酿酒中的发酵是由于
的存在，没有
的参与，糖类不可能变成酒精。
⑵德国化学家李比希坚持认为：引起发酵的是
，但这些物质只有在
后才能发挥作用。
⑶德国化学家毕西纳得到
，加入葡萄糖后变成酒，他将引起发酵的物质称为
。
⑷美国科学家萨姆纳用
作溶剂，得到
的结晶，这种结晶溶于水后能够催化
分解成
，然后他用多种方法证明该物质是
。
⑸后来，科学家又相继获得
、
等许多酶的结晶，并证明这些酶都是
。
⑹20世纪80年代，美国科学家切赫和奥特曼发现少数
也具有生物催化功能。
酶的特性：
a.高效性；
b.专一性；
c.需要适宜的条件：适宜的温度和适宜的pH。
3.酶在细胞代谢中的作用
实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解，如下表
试管编号
加入物质
处理
观察
1
2mLH2O2溶液
不作处理
基本无气泡产生
2
2mLH2O2溶液
90℃水浴加热
有气泡产生
3
2mLH2O2溶液
加2滴Fecl3溶液
有较多气泡产生
4
2mLH2O2溶液
加2滴肝脏研磨液
有大量的气泡产生
通过1号与2号相比，2号试管明显的气泡产生，说明升高温度能加快过氧化氢的分解反应。
3号和4号试管中都有大量的气泡产生，说明FeCl3溶液和肝脏研磨液都能催化过氧化氢的分解反应；4号比3号的反应速度快，说明酶的催化效率比Fecl3高。
结论：酶在细胞代谢中具有催化作用，且酶具有高效性。
控制变量与对照实验
1、自变量：实验中人为控制改变的变量。
2、因变量：随自变量而变化的变量。
3、无关变量：除自变量外，实验过程中可能还会存在的一些可变因素，对实验结果造成影响。
4、对照实验：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。
5、对照实验一般要设置对照组与实验组。
P79
在本实验中应该注意哪些事项？
1.实验时肝脏必须要新鲜。肝脏如果不新鲜，实验效果不好。因为酶是蛋白质，如果取材过早，肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生细菌的作用下分解，使组织中酶的数量减少且活性降低。
2.要使用肝脏的研磨液，这样可加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中过氧化氢的接触面积，从而加速过氧化氢的分解。
3.滴加氯化铁和肝脏研磨液不能合用一支滴管。原因是酶的催化效率具有高效性，少量酶带入氯化铁溶液中也会影响实验结果的准确性，导致得出错误的结论。
4.由于反应速度快，要注意观察实验的现象。
5.过氧化氢具有一定的腐蚀性，使用时不要让其接触皮肤。
4.实验探究出影响酶活性的条件
a.酶的确定：淀粉酶不适合做研究pH对酶活性的影响的实验
，是由于在碱性条件下，碘与淀粉的反应不能进行；氧化氢酶不适合做研究温度对酶活性的影响的实验，是由于温度能影响过氧化氢分解反应的速度。
b.实验原理：用淀粉和淀粉酶做实验时，可利用加碘液后看溶液是否变蓝来判断淀粉是否水解，从而了解淀粉酶的活性；用过氧化氢酶做实验时，
可根据产生气泡的数量和速度来判断酶的活性。
c.变量的确定：本实验的自变量是温度或pH，因变量是酶的活性。温度的控制可用冰块降温或水浴加热，用温度计随时测量；pH的控制可加入强酸或强碱，用pH试纸进行测量。
d.对照组的设置：应将温度或pH调到该酶的最适温度或pH水平上，其他条件与实验组相同。
e.实验组的设置：探究pH对酶活性的影响，实验组至少要设置2组，一组pH明显高于对照组，一组pH明显低于对照组，其他条件实验组和对照组均相同。探究温度对酶活性的影响，实验组至少要设置2组，一组温度明显高于对照组，一组温度明显低于对照组，其他条件实验组和对照组均相同。
课本P83
三、知识拓展
1.影响酶活性的因素：除温度和PH
对酶活性的影响外，酶浓度和反应底物的浓度也能影响酶促反应的速度。
甲
乙
丙
丁
温度：
一般而言，温度越高化学反应越快，但酶是蛋白质，若温度过高会发生变性而失去活性，因而酶促反应一般是随着温度升高反应加快，直至某一温度活性达到最大，超过这一最适温度，由于酶的变性，反应速度会迅速降低。
?
大多数酶，在30-40℃范围内显示最高活性。低温不会使酶失去活性，低温时酶活性降低，但若再给予适宜的温度，酶活性又增强。高温可导致酶失去活性，绝大多数酶在70℃以上，其空间结构即被破坏。
?
热对酶活性的影响对食品很重要，如，绿茶是通过把新鲜茶叶热蒸处理而得，经过热处理，使酚酶、脂氧化酶、抗坏血酸氧化酶等失活，以阻止儿茶酚的氧化来保持绿色。红茶的情况正相反，是利用这些酶进行发酵来制备的。
pH值：在极端的酸性或碱性条件下会变性而完全失去活性，大多数酶的最适PH值为4.5-8.0范围内。
（1）动物体内的酶最适宜pH大多在6.5—8之间。唾液pH为6.2—7.4，胃液的pH为0.9—1.5，小肠液的pH为7.6。
（2）植物体内的酶最适pH大多在4.5—6.5之间。
酶的浓度：在有足够底物而又不受其它因素的影响的情况下，则酶促反应速率与酶浓度成正比。
底物浓度：当酶浓度、温度和PH恒定时，在底物浓度很低的范围内，反应速率与底物浓度成正比，当底物浓度达到一定限度时，所有的酶与底物结合，反应速率达到最大，再增加底物演义，反应速率不再增加。
如果酶的数量一定，下列哪个图示最确切地反映了反应速率与底物浓度的数量关系
（
）
A
下图纵轴为酶反应速度，横轴为底物浓度，其中正确表示酶量增加1倍时，底物浓度和反应速度关系的是（
）
B
此题见于课后拓展题
下面讨论几个问题
注意酶与激素、蛋白质、维生素、脂质的关系：
问：能产生激素的细胞一定能产生酶吗？
能产生酶的细胞一定能产生激素吗？
用数学集合怎样表示？？
生物体所有的细胞都能产生酶吗？
一般来说，只要活细胞都是可以产生酶的。
成熟的红细胞是没有细胞核的，也没有大多数的细胞器，红细胞一旦成熟，将不再合成酶。
1、将乳清蛋白，淀粉，胃蛋白酶，唾液淀粉酶和适量的水混合装入一容器内，调整PH至2.0，保存在37摄氏度的温水内，过一段时间后，容器内剩余的物质是（
）
A
淀粉、胃蛋白酶、多肽、水
B
唾液淀粉酶、麦芽酶、胃蛋白酶、多肽
C
唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水
D
唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水
2、将胃液的PH从10降到2的过程中，胃液中胃蛋白酶的活性的变化是（
）
A
一直上升
B
没有变化
C
先升后降
D
先降后升
A
B
典型例题
3、加酶洗衣粉不能用沸水溶解，这说明了酶的作用（
）
A
适于低温下催化
B
具有高效性
C
具有专一性
D
需要适宜的温度
4、下列叙述不正确的是（
）
A
酶的主要作用是降低反应所需的活化能
B
酶以相同的能量能使更多的分子活化，从而加速反应的进行
C
酶加速反应的进行，使给反应物提供能量
D
酶同无机催化剂相比，降低活化能的能力显著
5、蛋白酶使蛋白质水解为多肽，但不能使多肽水解为氨基酸，这说明酶有（
）
A
高效性
B
专一性
C
多样性
D
稳定性
D
C
B
6、下图为某同学根据实验所做的不同温度下，A、B、C、D四种酶的催化效率曲线图，请据图回答下列问题：
(1)?
A酶的催化效率达到最高值时温度约为_____。
(2)
_____曲线能反映出温度对人体内酶的影响。
(3)
_________
曲线很可能是错误的，因为_____。
（1）15℃（2）B（3）C，超过60℃，绝大多数的酶失去活性。
7．（2006年广东，27）下表是探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用实验设计及结果。
根据实验结果，以下结论正确的是
(
)
A．蔗糖被水解成非还原糖
B．淀粉在淀粉酶的作用下水解成还原糖
C．淀粉酶活性在60℃比40℃高
D．淀粉酶对蔗糖的水解具有专一性
根据实验结果，以下结论正确的是
(
)
A．蔗糖被水解成非还原糖
B．淀粉在淀粉酶的作用下水解成还原糖
C．淀粉酶活性在60℃比40℃高
D．淀粉酶对蔗糖的水解具有专一性
[思路解析]读表格中的信息可知：淀粉酶能够催化分解淀粉（试管①②③），而对蔗糖不起作用（试管④⑤⑥），说明酶具有专一性，一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应。从砖红色的深浅可以看出，不同温度条件下，淀粉酶对淀粉的水解作用不同，以60℃时最高，说明酶的催化效率的高低受温度的影响较大。
[答案]
BC
8、动物脑组织中含有丰富的谷氨酸脱羧酸，能专一催化1
mol谷氨酸分解为1mol
r－氨基丁酸和1
mol
CO2。某科研小组从小鼠的脑中得到该酶后，在谷氨酸起始浓度为10mmol/L、最适温度、最适pH值的条件下，对该酶的催化反应过程进行研究，结果见图38-1和图38-2。
图1产物CO：浓度随时间变化曲线图
图2酶催化反应速率随酶浓度变化曲线
（注：酶浓度固定）
（注：反应物浓度过量）
请根据以上实验结果，回答下列问题：
（1）在图1画出反应过程中谷氨酸浓度随时间变化的曲线（请用“1”标注）。
（2）当一开始时，将混合物中谷氨酸脱羧酸的浓度增加50%或降低反应温度10℃，请在图1中分别画出理想条件下CO2
浓度随时间变化的曲线（请用“2”标注酶浓度增加后的变化曲线，用"3”标注温度降低后的变化曲线），并分别说明原因。
【答案】（1）见曲线1（评分依据：每分解1
mmol谷氨酸则产生1
mmol
CO2，根据CO2浓度变化曲线，可得到严格的谷氨酸浓度随时间变化曲线）。
（2）当谷氨酸脱竣酶的浓度增加50%时，见曲线2，其原因：酶量增加50%，酶催化反应速率相应提高，反应完成所需时间减少。当温度降低10℃时，见曲线3，其原因：温度降低，酶催化反应速率下降，但酶并不失活，反应完成所需时间增加。
（3）重金属离子能与谷氨酸脱羧酸按比例牢固结合，不可解离，迅速使酶失活。在反应物浓度过量的条件下，向反应混合物中加入一定量的重金属离子后，请在图2中画出酶催化反应速率随酶浓度变化的曲线（请用“4”标注），并说明其原因。
（3）见曲线4（注：曲线4为一条不经过原点的平行直线，平移距离不限）。原因：一定量的重金属离子使一定量的酶失活，当加入的酶量使重金属离子完全与酶结合后，继续加入的酶开始表现酶活力，此时酶的催化反应速率与酶浓度变化的直线关系不变。
立意：重点考查酶的作用以及影响酶活性的因素等相关知识；考查考生对实验现象和结果进行解释、分析和处理、运用图表形式准确地描述实验现象以及推理能力；考查考生对建立模型分析的科学研究方法的掌握。