2022-2023學(xué)年浙科版（2019）必修一 3.2 酶是生物催化劑（第一課時(shí)）-(1) 課件（41張）

第三章

細(xì)胞的代謝3.2酶是生物催化劑（一）課程導(dǎo)入森林里的熊熊大火，其實(shí)是空氣中的氧氣氧化了組成樹木的纖維素等有機(jī)物，這種體外氧化要在劇烈的條件下才能發(fā)生。人體每天都要氧化食物中糖類等物質(zhì)，這個(gè)氧化過程是在溫和條件，即在體溫37℃左右進(jìn)行的。生物體內(nèi)外氧化發(fā)生的條件如此不同，這是因?yàn)樯矬w內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)是在酶的作用下進(jìn)行的。課程導(dǎo)入生活中有關(guān)酶的應(yīng)用：加酶洗衣粉添加進(jìn)蛋白酶后，大大增強(qiáng)了去污能力多酶片，它所含的多種消化酶會增強(qiáng)人的消化能力ATP合成酶ATP水解酶呼吸酶光合酶生物膜系統(tǒng)為酶提供附著位點(diǎn)酶是什么？酶如何對體內(nèi)各種生化反應(yīng)起作用？一、絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)（一）酶的發(fā)現(xiàn)歷程1.18世紀(jì)末斯帕蘭扎尼喂食鷹實(shí)驗(yàn)斯帕蘭扎尼認(rèn)為

中含有一種消化肉的物質(zhì)胃液2.19世紀(jì)巴斯德VS李比希巴斯德的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，發(fā)酵過程中的酒精的產(chǎn)量與活酵母的繁殖量成正比，他認(rèn)為酒精發(fā)酵是酵母菌

的結(jié)果。李比希則認(rèn)為，酒精發(fā)酵只需要酵母菌

參與而已。代謝活動某種物質(zhì)利用無細(xì)胞的酵母汁就可以進(jìn)行酒精發(fā)酵，所以促使酒精發(fā)酵的是酵母菌中的某種物質(zhì)，而不是酵母菌細(xì)胞本身。這種物質(zhì)后來被稱為“酶”。這一重大發(fā)現(xiàn)，不僅促進(jìn)了人們對酶的研究，而且促進(jìn)了人們對酶與代謝反應(yīng)關(guān)系的研究。3.1897年畢希納+葡萄汁4.1926年，美國的薩姆納（J.B.Sumner，1887-1955）得到脲酶（使尿素水解的酶）結(jié)晶后，才明白酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)。5.20世紀(jì)80年代初，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)極少數(shù)特殊的酶是RNA，我們稱這一類酶為核酶（ribozyme）。（二）酶的本質(zhì)酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的一類生物催化劑，大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)。生物體內(nèi)錯(cuò)綜復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)都是在酶的催化下進(jìn)行的?；瘜W(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)少數(shù)是RNA合成原料合成場所來源一般來說，活細(xì)胞都能產(chǎn)生酶生理功能具有生物催化作用氨基酸核糖核苷酸核糖體細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、線粒體、葉綠體(真核生物)（三）酶的催化作用1.酶促反應(yīng)的過程受酶催化而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的分子稱為底物。酶能催化底物分子發(fā)生反應(yīng)，是因?yàn)槊阜肿佑幸欢ǖ目臻g結(jié)構(gòu)，能和底物分子結(jié)合。酶與底物結(jié)合，形成酶-底物復(fù)合物，然后這個(gè)復(fù)合物會發(fā)生一定的形狀變化，使底物變成產(chǎn)物（二肽），并從復(fù)合物上脫落；同時(shí)酶分子又恢復(fù)原狀，可以重新與底物結(jié)合，繼續(xù)下一輪的反應(yīng).氨基酸1氨基酸2酶酶的形狀復(fù)原底物二肽（產(chǎn)物）酶-底物復(fù)合物與底物結(jié)合的酶形狀發(fā)生改變，形成酶-底物復(fù)合物酶是生物催化劑，具有促使反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)變化而本身卻不發(fā)生化學(xué)變化的特點(diǎn)。酶作用的強(qiáng)弱可用酶活性表示。酶活性一般是指單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量或產(chǎn)物的生成量。例如，1g蔗糖酶在1min內(nèi)使多少克蔗糖水解，就代表蔗糖酶的活性是多少。2.酶的作用原理能量反應(yīng)物生成物活躍狀態(tài)活化能活化能：化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)需要吸收能量以斷開反應(yīng)分子的化學(xué)鍵，使反應(yīng)物活化，再完成化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物，這種化學(xué)反應(yīng)過程中反應(yīng)物活化所需要的能量被稱為活化能。abcd反應(yīng)過程能量初態(tài)（反應(yīng)物）終態(tài)（產(chǎn)物）活躍狀態(tài)①①沒有酶催化②酶催化②酶的作用原理：降低反應(yīng)的活化能。3.輔酶輔酶是輔助酶起作用的分子，它們不是蛋白質(zhì)。單獨(dú)的輔酶是沒有催化活性的，它只有和相關(guān)的酶組合成“全酶”，才能發(fā)揮作用。

輔酶是維生素或由維生素衍生而成的，如轉(zhuǎn)氨酶的輔酶是維生素B6的衍生物。輔酶像酶一樣，可以反復(fù)起作用，所以輔酶的需要量極少。

有些輔酶只是暫時(shí)與酶結(jié)合，改變酶的局部結(jié)構(gòu)，使之更適合與底物分子結(jié)合。有些輔酶牢固結(jié)合在蛋白質(zhì)分子上，幫助酶催化底物分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。二、酶的催化功能具有專一性和高效性（一）概念理解實(shí)驗(yàn)中可以變化的量稱為變量：1.自變量（實(shí)驗(yàn)變量）：實(shí)驗(yàn)中人為改變的變量，也是我們在該實(shí)驗(yàn)中要研究的變量。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，自變量只能有一個(gè)，稱單一變量原則。2.因變量（反應(yīng)變量）：隨著自變量改變而變化的變量。3.無關(guān)變量（控制變量）：除自變量以外，也可以對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成一定影響的變量，它們并不是我們在該實(shí)驗(yàn)中要研究的變量。4.對照實(shí)驗(yàn)：除自變量外，無關(guān)變量都必須保持一致。（二）活動：探究酶的專一性目的要求：比較唾液淀粉酶和蔗糖酶對淀粉和蔗糖的作用探究問題：唾液淀粉酶能水解蔗糖嗎？蔗糖酶能水解淀粉嗎？材料用具：稀釋200倍的新鮮唾液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的蔗糖溶液，溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的氯化鈉溶液中的淀粉溶液（其中淀粉含量為1%），本尼迪特試劑，蔗糖酶溶液，試管，試管架。實(shí)驗(yàn)原理：淀粉和蔗糖都是非還原糖。它們在酶的催化作用下都能水解成還原糖（麥芽糖、葡萄糖、果糖）。還原糖能夠與本尼迪特試劑發(fā)生反應(yīng)，生成紅黃色沉淀。123456本尼迪特試劑2ml2ml2ml2ml2ml2ml1%淀粉溶液3mL-3ml-3ml-2%蔗糖溶液-3mL-3ml-3ml新鮮唾液--1ml1ml--蔗糖酶溶液----1ml1ml溫度處理-37°C恒溫水浴15分鐘水浴加熱熱水浴中加熱2～3分鐘實(shí)驗(yàn)結(jié)果無現(xiàn)象無現(xiàn)象無現(xiàn)象無現(xiàn)象紅黃色紅黃色實(shí)驗(yàn)結(jié)果：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解；蔗糖酶只能催化蔗糖水解，不能催化淀粉水解。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：酶具有專一性（一種酶只能催化一種底物或少數(shù)幾種相似底物的反應(yīng)）（1）1、2號試管在本實(shí)驗(yàn)中起什么作用？（2）從實(shí)驗(yàn)遵循等量原則的角度分析，對1、2號試管應(yīng)如何改進(jìn)？（3）3、4、5、6號試管均置于37℃恒溫水浴中保溫，這樣做的原因是什么？【思考】1、2號試管為對照組，用于檢驗(yàn)淀粉、蔗糖能否與本尼迪特試劑發(fā)生反應(yīng)。1、2號試管應(yīng)各滴加1mL蒸餾水。實(shí)驗(yàn)中用到唾液，其中唾液淀粉酶的最適溫度是37℃。（4）3、4號試管對照，5、6號試管對照，是從什么角度證明酶具有專一性的？（5）針對本實(shí)驗(yàn)，還有其他角度也能說明酶具有專一性嗎？（6）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：3、4號試管對照說明唾液淀粉酶催化淀粉水解產(chǎn)生還原糖，而不能催化蔗糖的水解。5、6號試管對照說明蔗糖酶催化蔗糖水解產(chǎn)生還原糖，而不能催化淀粉的水解。上述結(jié)果說明酶具有________。專一性3、5號試管對照，4、6號試管對照，都是用兩種不同的酶作用于同一種底物，判斷兩種酶是否對同一底物都有催化作用，從而探究酶的專一性。都是同一種酶作用于不同底物，判斷酶是否對二者都有催化作用，從而探究酶的專一性。

由于酶分子的結(jié)構(gòu)只適合與一種或者一類分子結(jié)合，所以一種酶只能催化一種底物或者少數(shù)幾種相似底物的反應(yīng)。這就是酶的專一性。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如何理解酶的專一性？例如，雖然蔗糖和麥芽糖都是二糖，但是蔗糖酶只能催化蔗糖的水解，不能催化麥芽糖的水解。資料:過氧化氫是細(xì)胞中某些化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)物，具有很強(qiáng)的氧化性，如果不及時(shí)除去或分解，就會殺死細(xì)胞，細(xì)胞如何快速分解過氧化氫呢？怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證酶具有高效性？細(xì)胞內(nèi)存在過氧化氫酶快速催化分解過氧化氫。過氧化氫酶與過氧化氫結(jié)合，降低了化學(xué)反應(yīng)的活化能，使化學(xué)反應(yīng)極易進(jìn)行，每個(gè)酶分子能在1s內(nèi)將10萬個(gè)過氧化氫分子分解，是沒有酶參與情況下的1000萬倍。酶催化具有高效性。H2O2H2O+O2過氧化氫酶MnO2（三）活動：探究酶催化的高效性目的要求：比較過氧化氫酶和二氧化錳在過氧化氫分解中的催化效率。探究問題：在過氧化氫分解反應(yīng)中，過氧化氫酶和二氧化錳的催化作用哪一個(gè)更高效？材料用具：2%過氧化氫溶液，新鮮的雞肝勻漿（或馬鈴薯勻漿），二氧化錳，試管，試管架，橡膠塞，衛(wèi)生香，火柴。實(shí)驗(yàn)步驟：12取兩支試管，編號后各加入2%的過氧化氫溶液3mL2%的過氧化氫溶液3mL2%的過氧化氫溶液3mL2.1號試管中加入雞肝勻漿或馬鈴薯勻漿少許，將試管口塞上橡膠塞（注意：試管口不要對著人）1雞肝勻漿或馬鈴薯勻漿3.2號試管中加入二氧化錳少許，將試管口塞上橡膠塞2二氧化錳4.觀察兩支試管中發(fā)生的變化215.打開兩支試管的橡膠塞，將點(diǎn)燃后無明火的衛(wèi)生香放在試管口處，觀察現(xiàn)象21泡產(chǎn)生較明顯衛(wèi)生香復(fù)燃明顯結(jié)論：酶的催化作用相較于無機(jī)催化劑催化作用強(qiáng)，具有高效性。試管1號2號H2O2溶液3mL3mL雞肝勻漿少許MnO2少許試管中發(fā)生的變化帶火星衛(wèi)生香檢測產(chǎn)生較多氣泡產(chǎn)生很多氣泡助燃性更強(qiáng)助燃性較強(qiáng)酶具有高效性：酶的催化效率大約是無機(jī)催化劑的107~1013倍催化劑種類（過氧化氫酶與MnO2）1.兩支試管在處理上有什么區(qū)別？2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果有什么不同？單位時(shí)間內(nèi)氣泡產(chǎn)生的多少，衛(wèi)生香的燃燒情況不同自變量因變量【思考】3.兩支試管的區(qū)別是催化劑種類不同，如果兩支試管的過氧化氫溶液的體積也不同，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響嗎？有無關(guān)變量對照原則單一變量原則4.該實(shí)驗(yàn)中為什么選用兩支試管？如果只用1號試管能否證明酶具有高效性？沒有對比性，不嚴(yán)謹(jǐn)注：過氧化氫溶液的質(zhì)量、濃度、配制時(shí)間，溫度、pH等。6.如果本實(shí)驗(yàn)中雞肝或馬鈴薯塊莖沒有被制成勻漿，你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與本實(shí)驗(yàn)相同，為什么?5.為什么要用新鮮的肝臟或生的馬鈴薯塊莖?

因?yàn)樾迈r的肝臟或生的馬鈴薯塊莖中過氧化氫酶活性較高，如果將肝臟或馬鈴薯塊莖煮熟，過氧化氫酶將由于高溫而失去活性。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可能沒有制成勻漿明顯，制成肝臟研磨液會增大酶與過氧化氫的接觸面積，加快分解速率。沒有制成勻漿的肝臟或馬鈴薯塊莖，其過氧化氫酶主要存在于細(xì)胞中。思考：酶具有高效性的原因？活化能：化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)需要吸收能量以斷開反應(yīng)分子的化學(xué)鍵，使反應(yīng)物活化并完成化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物，這種化學(xué)反應(yīng)過程中所需要的能量被稱為活化能。同無機(jī)催化劑相比酶更能顯著的降低反應(yīng)的活化能，因而與無機(jī)催化劑相比效率更高。在一定溫度范圍內(nèi)提高化學(xué)反應(yīng)的溫度，可以加快化學(xué)反應(yīng)的速率。然而，生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)一般是在常溫下進(jìn)行的。酶的作用是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，使得化學(xué)反應(yīng)加快。鞏固練習(xí)1.下列有關(guān)酶的敘述中，正確的是()A．酶的催化效率總是高于無機(jī)催化劑B．一個(gè)酶分子只起一次作用C．酶催化反應(yīng)能放出更多的能量D．催化蛋白質(zhì)水解的酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)D2.下表是“探究酶的專一性”的實(shí)驗(yàn)過程(單位：mL)。下列敘述正確的是(

)組別1234561%淀粉溶液3－33－－2%蔗糖溶液－3－－33新鮮唾液－－－11－蔗糖酶溶液－－1－－1本尼迪特試劑222222A．實(shí)驗(yàn)的檢測試劑可換成碘—碘化鉀溶液B．組3與組4對照可以說明淀粉酶具有專一性C．若組5出現(xiàn)陽性反應(yīng)，而組2未出現(xiàn)，可能原因是蔗糖溶液中混有淀粉D．該實(shí)驗(yàn)的自變量是酶的種類和溫度C3.下列有關(guān)酶的作用的敘述正確的是（）A．酶是一種生物催化劑，可以降低反應(yīng)的活化能，使所有反應(yīng)都能進(jìn)行B．酶是一種生物催化劑，和一般的無機(jī)催化劑相同C．酶是一種生物催化劑，與無機(jī)催化劑一樣反應(yīng)前后不變D．生物體內(nèi)的酶不易受體內(nèi)環(huán)境條件的影響C4.酶具有極強(qiáng)的催化功能，其原因是（）A．降低了底物分子的活化能B．增加了反應(yīng)物的活化能C．降低了化學(xué)反應(yīng)的活化能D．提高了反應(yīng)物之間的活化能C5.胰蛋白酶在水解過程中，通常能得到多肽，最后能得到氨基酸，這說明（）A．胰蛋白酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的B．胰蛋白酶是生物催化劑C．胰蛋白酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白