2024-2025學年高一生物學必修1（人教版）上課課件 第5章- 第1節(jié) 降低化學反應活化能的酶

第節(jié)1降低化學反應活化能的酶第5

章高中生物學必修11.通過對酶催化作用具體實例的討論，說明酶在細胞代謝中的作用及酶的本質和特性。2.通過閱讀分析“關于酶本質的探索”資料，認同科學是在不斷的探索和爭論中前進的，偉大的科學家也會有認識上的局限性。3.進行有關的實驗和探究，學會控制自變量，觀察和檢測因變量的變化，以及設置對照組和重復實驗。學習目標重點酶的作用、本質和特性。難點1.酶降低化學反應活化能的原理。2.控制變量的科學方法。重點難點一細胞代謝細胞代謝的主要場所是[1]

，其實質是各種[2]

的總稱，意義是細胞[3]

的基礎。二關于酶本質的探究發(fā)現(xiàn)發(fā)酵與活的酵母細胞有關的科學家是[4]

，認為引起發(fā)酵的是酵母細胞死亡并裂解后釋放的某些物質的科學家是[5]

，發(fā)現(xiàn)酵母細胞中的某些物質能在酵母細胞破碎后繼續(xù)起催化作用的科學家是[6]

，發(fā)現(xiàn)酶是蛋白質的科學家是[7]

。課前預習細胞質化學反應生命活動巴斯德李比希畢希納薩姆納酶的特性酶的本質：具有[8]

的有機物，其中絕大多數(shù)是[9]

，少數(shù)是[10]

。酶的作用原理是[11]

，從而使細胞代謝能在[12]

的條件下快速進行。酶的作用特性有[13]

，即酶的催化效率比[14]

高得多；[15]

，能催化一種或[16]

化學反應；作用條件比較[17]

，在最適宜的[18]

條件下，酶的活性最高，過酸、過堿或溫度過高，會使酶的[19]

遭到破壞，使酶的[20]

，不再恢復活性。酶與無機催化劑一樣，都能縮短反應達到平衡的時間，但不改變反應的[21]

。

催化蛋白質RNA降低化學反應的活化能溫和高效性無機催化劑專一性一類溫和溫度和pH

空間結構活性喪失方向和平衡點判斷題1.脲酶能在丙酮中結晶析出，溶于水后分解尿素（）2.低溫下，酶的活性喪失（）3.酶是活細胞產生的，在細胞內外都能起作用（） 4.酶的催化作用完成后，就失去活性（）深度思考思考1怎樣理解酶催化一類化學反應？思考2唾液淀粉酶進入胃后，其活性是否喪失？為什么？ √×√×提示：喪失。唾液淀粉酶適宜的pH是6.8左右，胃液的pH是2左右，因此唾液淀粉酶進入胃中失去活性，并被胃蛋白酶水解。提示：酶催化一類化學反應也體現(xiàn)了酶的專一性。如蛋白酶分解所有的蛋白質，屬于分解一類化學物質。內容精解一

酶的作用和本質酶的本質酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質，少數(shù)酶是RNA。酶的作用原理酶在細胞代謝中的作用酶具有催化作用，使細胞代謝能在溫和的條件下快速進行。

酶能降低化學反應的活化能1.活化能：分子從常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)所需要的能量稱為活化能。2.酶的作用機理酶在生化反應中起著催化劑的作用，其作用機理是降低化學反應的活化能（如圖），使一個原本在較溫和條件下不能進行的反應可以高效快速地進行。（1）底物S處于常態(tài)，在反應的瞬間，底物中有一部分分子具有比常態(tài)更高的能量即處于活化態(tài)，這時就能形成新物質，即處于活化態(tài)的分子越多，反應速率就越快。（2）在酶催化反應過程中，只需較少的能量就可以使底物進入活化態(tài)，與非催化反應過程相比，處于活化態(tài)的分子數(shù)量大大增加，從而加快了反應速率?！咎貏e提示】（1）酶、無機催化劑可以降低反應的活化能，而不是提供活化能，用加熱的方法是提供化學能。（2）酶與無機催化劑一樣，都能改變化學反應的速率，但本身不被消耗；都能縮短反應達到平衡的時間，但不改變反應的方向和平衡點。（3）雖然酶是活細胞產生的有機物，但是它可以在細胞外發(fā)揮作用，如消化道內的唾液淀粉酶等消化酶。

例1

難度★★☆典型★★☆下列關于酶的敘述，正確的是（）A.酶只有在生物體內才能起催化作用B.酶都有促進消化的作用C.調節(jié)新陳代謝的物質不是酶D.所有酶都能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應【解析】酶雖然是由活細胞產生的，但它的催化作用不一定只能發(fā)生在生物體內，只要條件適宜，酶在體內、體外都可起催化作用，A項錯誤。酶的催化作用表現(xiàn)在多方面，有的酶促進物質合成，有的酶促進物質分解，只有消化酶才能促進消化，B項錯誤。調節(jié)新陳代謝的物質有激素、維生素、無機鹽等，酶對代謝過程的化學反應起催化作用，C項正確。少數(shù)酶是RNA，不能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應，D項錯誤?！敬鸢浮緾

例2

難度★★☆典型★★☆圖中①表示有酶催化的反應曲線，②表示沒有酶催化的反應曲線，E表示酶降低的活化能，正確的圖解是（） 【解析】酶的作用是降低化學反應的活化能，從而使化學反應能夠高效快速地進行，但反應過程仍然需要能量，只是有酶時所需能量少，沒有酶時所需能量多?！敬鸢浮緾 二實驗：比較過氧化氫在不同條件下的分解實驗原理水浴加熱、FeCl3

溶液中的Fe3+

以及肝臟研磨液中的過氧化氫酶均可促進H2O2

分解為H2O和O2。實驗設計

實驗結論常溫常壓下，F(xiàn)e3+

和過氧化氫酶都能催化H2O2

的分解，但過氧化氫酶的催化效率更高，酶具有高效性的特點。實驗中的相關變量

【特別提示】試管中冒出的氣泡的快慢不是因變量。H2O2

的分解速率是因變量，但不能直接觀察到這一變量，通過檢測產生氣泡的多少可推測出H2O2

分解速率的快慢。 對照實驗概念：除了要探究的因素外，其余因素都保持不變的實驗。原則：除了要探究的變量外，其他變量都應當始終保持相同且適宜?！咎貏e提示】

實驗設計要遵循單一變量原則和等量對照原則。單一變量即實驗中只有一個自變量。等量對照是指在其他無關變量相同且適宜的情況下，設置對照組和實驗組作比較。上述實驗中可形成多組對照實驗，如試管1與試管4作對照，可說明酶具有催化作用，試管3與試管4作對照，可說明酶的催化效率更高。

例

難度★★★典型★★★在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗中，各組的處理如下表所示。對該實驗的有關分析，不正確的是（）A.上表所示實驗處理研究了溫度和催化劑兩個自變量B.試管2中沒有加入任何試劑，應為空白對照組C.試管4和試管1形成對照，可說明酶具有催化作用D.若研究酶的高效性，選用的實驗組合是試管3和試管4【解析】根據(jù)表格中的信息可知，試管1和試管2的變量為溫度，試管3和試管4的變量為催化劑的種類，兩者均為自變量，其他因素如底物濃度、pH等為無關變量，A項正確。試管2中雖沒有添加任何試劑，但是溫度與試管1不同，因此也是實驗組，B項錯誤。試管1和試管4的不同點為是否添加了酶，由此可以說明酶具有催化作用，C項正確。試管3和試管4的不同點為加入的是酶還是無機催化劑，由此可以說明酶具有高效性，D項正確?！敬鸢浮緽

三酶的特性高效性與無機催化劑相比，酶具有更高的催化效率，如圖所示：1.a與b曲線比較，說明酶的高效性。2.a與c曲線比較，說明酶具有催化作用。3.酶只能縮短達到化學反應平衡所需的時間，不能改變反應的平衡點（即底物量一定的條件下，不會改變產物的最終生成量）。

專一性每一種酶只能催化一種或一類化學反應，需用同一種酶催化不同的底物或同種底物用多種酶催化來驗證。如圖所示。1.A是酶，B、C、D是底物。2.酶A只能和底物B結合，將底物B分解為E和F，體現(xiàn)了酶的專一性。3.酶和底物就像“鎖和鑰匙”一樣，酶專一性識別底物后才能發(fā)揮作用。4.反應前后，酶的結構和性質不變。作用條件較溫和酶所催化的化學反應一般在比較溫和的條件下進行。酶的催化作用需要適宜的溫度和pH，過酸、過堿和高溫都能使蛋白質分子的空間結構遭到破壞，從而引起酶活性的改變。如圖所示。1.低溫時酶的空間結構沒有被破壞，酶活性降低但不會失活，一定范圍內，隨著溫度升高，酶的活性會提高。高溫時酶的空間結構被破壞，酶的活性喪失，且不可恢復。2.強酸、強堿條件下，酶的空間結構被破壞，酶的活性喪失，且不可恢復。

【特別提示】（1）怎樣描述溫度對酶活性的影響？提示：在一定范圍內，隨著溫度的升高，酶的活性逐漸升高；當超過最適溫度時，隨溫度的升高，酶的活性逐漸降低。（2）怎樣描述pH對酶活性的影響？在最適pH時，酶的活性最高，高于或低于最適pH時，酶的活性逐漸降低。 例1 難度★★☆典型★★☆研究發(fā)現(xiàn)酸可以催化蛋白質、脂肪以及淀粉的水解。研究人員以蛋清為實驗材料進行了如下實驗：下列相關說法正確的是（）A.蛋清中的蛋白質分子比蛋白塊a中的蛋白質分子更容易被蛋白酶水解B.將鹽酸與蛋白酶、蛋白塊混合，可直接測定蛋白酶在此pH條件下的催化效果C.①②③過程中，蛋白質的空間結構不變D.處理相同時間，蛋白塊b明顯小于蛋白塊c，可證明與無機催化劑相比，酶具有高效性【解析】蛋白塊a是經過加熱后形成的，空間結構已經被破壞，因此更容易被蛋白酶水解，A項錯誤；測定蛋白酶在某pH下的催化效果，需要先將蛋白酶和相應鹽酸混合一段時間，B項錯誤；蛋白質在高溫、強酸或酶的催化下，空間結構都會被破壞，C項錯誤；酶的高效性是相對無機催化劑而言的，處理相同時間，由蛋白酶催化形成的蛋白塊b明顯小于由鹽酸催化產生的蛋白塊c，可證明與無機催化劑相比，酶具有高效性，D項正確。【答案】D

四探究：影響酶活性的條件課題1探究溫度對酶活性的影響實驗原理溫度影響酶（如淀粉酶）的活性，進而影響化學反應的速度（如淀粉水解）。淀粉遇碘變藍，根據(jù)是否出現(xiàn)藍色及藍色的深淺可以判斷酶的活性。實驗步驟、現(xiàn)象及結論取6支試管，分別編號為1與1′、2與2′、3與3′，并分別進行以下操作。 【特別提示】（1）本實驗不宜使用斐林試劑檢驗有無葡萄糖的生成，因為斐林試劑與還原糖的反應需要加熱條件，而本實驗必須嚴格控制溫度。（2）實驗中一定要將盛有淀粉酶和淀粉溶液的兩支試管分別保溫后再混合。若先混合再放到相應的溫度環(huán)境中，混合后在達到相應溫度之前會發(fā)生反應，影響實驗結果。（3）本實驗不適合用H2O2

作為底物，因為H2O2

遇熱會加速分解，無法確認實驗現(xiàn)象的出現(xiàn)是不是溫度對酶活性影響的結果。課題2：探究pH對酶活性的影響實驗原理實驗步驟

實驗結論不同pH條件下，過氧化氫酶的活性不同。特別注意1.實驗步驟中第二、三步一定不能顛倒，否則會導致實驗失敗。2.本實驗中也可將過氧化氫酶溶液和H2O2

溶液分別調至同一pH再混合，以保證反應一開始便達到預設pH。3.本實驗不宜選用淀粉酶催化淀粉的水解反應，因為淀粉酶催化的底物淀粉在酸性條件下會發(fā)生水解。以上兩個實驗的變量分析【知識拓展】（1）每種酶都有自己的最適溫度和最適pH，超過或低于最適溫度或最適pH，酶的活性都會降低。（2）過酸、過堿和高溫都會降低酶的活性，甚至使酶失活。低溫只會降低酶的活性，但不破壞酶的結構，因此可低溫保存酶制劑。 例1難度★★★典型★★☆下列是有關某種淀粉酶的實驗，其處理方式及結果如下表及下圖所示。根據(jù)結果判斷，下列敘述正確的是（） A.此種淀粉酶在作用40min后便會失去活性B.在60℃的環(huán)境中此種淀粉酶已失去活性C.此種淀粉酶在中性環(huán)境中的催化效率比偏堿性環(huán)境中的高D.物質甲對試管Ⅲ中淀粉酶活性的促進作用大于試管Ⅱ【解析】由圖中試管Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的相應處理及其淀粉含量的變化情況可知：試管Ⅱ與試管Ⅰ僅有溫度不同，那么試管Ⅰ中淀粉含量不下降的原因可能是溫度過高導致酶變性失活；試管Ⅱ（pH=8）、試管Ⅲ（pH=7）內的淀粉含量都減少了，但是試管Ⅱ的淀粉減少得更快，說明此淀粉酶在偏堿性環(huán)境中的催化效率比在中性環(huán)境中的高。【答案】B 深度拓展一

對酶的多角度辨析項目錯誤說法正確理解產生場所只有具有分泌功能的細胞才能產生活細胞（不考慮哺乳動物成熟的紅細胞等）都能產生化學本質蛋白質有機物（絕大多數(shù)酶為蛋白質，少數(shù)酶為RNA）作用場所只在細胞內起催化作用可在細胞內、細胞外、體外發(fā)揮作用溫度影響低溫和高溫均會使酶變性失活低溫只抑制酶的活性，不會使酶變性失活作用酶具有調節(jié)、催化等多種作用酶只具有催化作用來源有的可來源于食物等酶只在生物體內合成二與酶有關的曲線解讀方法酶高效性的曲線（如圖甲）與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。酶只能縮短達到化學反應平衡點所需的時間，不會改變化學反應的平衡點。酶只能催化已存在的化學反應，且不改變反應的方向。酶專一性的曲線（如圖乙）在底物A中加入酶A，反應速率較未加酶時明顯加快，說明酶A能夠催化底物A參加的反應。在底物A中加入酶B，反應速率和未加酶時相同，說明酶B不催化底物A參加的反應。影響酶活性的曲線（如圖）在一定條件下，酶活性最高時的溫度（或pH）稱為該酶的最適溫度（或pH）。在一定溫度（或pH）范圍內，隨著溫度（或pH）的升高，酶的活性增強；當超過最適溫度（或pH）后，酶活性會隨溫度（或pH）的升高而減弱，甚至失活。酶和底物的濃度與反應速率的關系曲線反應速率與酶濃度的關系：在底物充足，其他條件均適宜的情況下，反應速率與酶濃度成正比（如圖甲）。反應速率與底物濃度的關系：在酶量一定的條件下，在一定范圍內，反應速率會隨著底物濃度的增加而增大，但當?shù)孜餄舛冗_到一定值后，由于受酶數(shù)量或酶活性的限制，反應速率不再增大（如圖乙）。反應時間對酶促反應速率的影響（如圖）甲、乙兩圖中的時間t0、t1

和t2

是一致的。隨著反應的進行，底物因被消耗而減少，產物因被生成而增多。

例

難度★★★

典型★★★下圖中圖甲表示某底物剩余量隨pH及溫度的變化情況，圖乙表示在最適溫度和pH下，淀粉酶分解淀粉產生的產物量隨時間的變化曲線。下列敘述正確的是（）A.圖甲可以說明在一定范圍內隨著pH的升高，酶的活性先降低后升高B.圖乙中虛線表示增加酶濃度后，其他條件不變時，產物量與反應時間關系的變化情況，若該反應過程中pH下降，則b點下移，a點左移C.圖乙中若該反應過程中溫度適當降低，則b點不移動，a點右移D.圖甲可以說明隨著溫度的升高，酶的活性逐漸降低；圖乙中a點后曲線變成水平，表明底物已被消耗盡【解析】圖甲可以說明在一定范圍內隨著pH的升高，酶的活性先升高后降低，A項錯誤；圖乙中若pH或溫度下降，則酶的活性降低，圖乙中的b點不移動，a點右移，B項錯誤、C項正確；由圖甲可知，溫度從30℃升高到35℃后，酶的活性升高，D項錯誤?！敬鸢浮緾走向高考一

影響酶活性的因素例1［2016·全國Ⅱ高考］難度★★☆典型★★★為了研究溫度對某種酶活性的影響，設置三個實驗組：A組（20℃）、B組（40℃）和C組（60℃），測定各組在不同反應時間內的產物濃度（其他條件相同），結果如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：（1）三個溫度條件下，該酶活性最高的是

組。（2）在時間t1

之前，如果A組溫度提高10℃，那么A組酶催化反應的速度會

。（3）如果在時間t2

時，向C組反應體系中增加2倍量的底物，其他條件保持不變，那么在t3時，C組產物總量

，原因是

。（4）生物體內酶的化學本質是

，其特性有

（答出兩點即可）。【解析】（1）曲線圖顯示：在反應剛開始的一段時間內，溫度條件為40℃時產物濃度增加最快，最先到達平衡點，說明在此溫度條件下酶活性最高，而B組控制的溫度是40℃。（2）A組控制的溫度是20℃。在時間t1

之前，若A組溫度提高10℃，由（1）可知該酶活性增強，則A組酶催化反應的速度會加快。（3）對比分析圖示中的3條曲線可推知，在時間t2

時，C組的酶在60℃條件下已經失活，所以在時間t2

時，向C組反應體系中增加2倍量的底物，其他條件保持不變，在t3

時，C組產物的總量不變。（4）絕大多數(shù)酶的化學本質是蛋白質，少數(shù)酶的化學本質是RNA。酶具有高效性、專一性，酶的作用條件較溫和。【答案】（1）B（2）加快（3）不變60℃條件下，t2

時酶已失活，即使增加底物，產物總量也不會增加（4）蛋白質或RNA高效性和專一性（其他合理答案也可）例2［2021·海南卷］某種酶的催化反應速率隨溫度和時間變化的趨勢如下圖所示。據(jù)圖分析，下列有關敘述錯誤的是（）該酶可耐受一定的高溫B.在t1

時，該酶催化反應速率隨溫度升高而增大C.不同溫度下，該酶達到最大催化反應速率時所需時間不同D.相同溫度下，在不同反應時間該酶的催化反應速率不同【解析】據(jù)圖可知，該酶在70℃條件下仍具有一定的活性，說明該酶可以耐受一定的高溫，A項正確。據(jù)圖可知，在t1

時，酶促反應速率隨溫度升高而增大，即該酶的催化反應速率與溫度的關系為40℃<50℃<60℃<70℃，B項正確。由題圖可知，在不同溫度下，該酶達到最大催化反應速率（曲線變平緩）時所需時間不同，其中70℃達到該溫度下的最大催化反應速率時間最短，C項正確。相同溫度下，不同反應時間內該酶的催化反應速率可能相同，如達到最大催化反應速率（曲線平緩）之后的反應速率相同，D項錯誤?！敬鸢浮緿二酶的化學本質例3［2017·全國Ⅱ高考］

難度★★☆典型★★★下列關于生物體中酶的敘述，正確的是（）A.在細胞中，核外沒有參與DNA合成的酶B.由活細胞產生的酶在生物體外沒有催化活性C.從胃蛋白酶的提取液中沉淀該酶可用鹽析的方法D.唾液淀粉酶催化反應最適溫度和保存溫度是37℃【解析】DNA的合成主要發(fā)生在細胞核中，此外在線粒體和葉綠體中也能合成，因此三者中都有參與DNA合成的酶，A項錯誤。只要給予適宜的溫度、pH等條件，活細胞產生的酶在生物體外仍有催化活性，B項錯誤。鹽析使蛋白質在水溶液中的溶解度降低，但不影響其活性，而胃蛋白酶的化學本質是蛋白質，因此可用鹽析的方法從胃蛋白酶的提取液中沉淀該酶，C項正確。唾液淀粉酶催化反應的最適溫度是37℃，低溫環(huán)境下，酶的空間結構穩(wěn)定，酶及酶制劑適合在低溫條件下保存，D項錯誤?！敬鸢浮緾例4［2017·天津卷］

難度★★☆典型★★★將A、B兩種物質混合，T1

時加入酶C。下圖為最適溫度下A、B濃度的變化曲線。下列敘述錯誤的是（）A.酶C降低了A生成B這一反應的活化能B.該體系中酶促反應速率先快后慢C.T2

后B增加緩慢是酶活性降低導致的D.若適當降低反應溫度，則T2

值增大【解析】T1

時加入酶C后，A的濃度逐漸降低，B的濃度逐漸升高，說明酶C催化物質A生成了物質B。由于酶能降低化學反應的活化能，因此酶C降低了A生成B這一反應的活化能，A項正確。由圖可知，該體系中酶促反應速率先快后慢（減慢的原因是反應物減少）