5.1降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶 課件 高一上學(xué)期生物人教版必修1

第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶細(xì)胞的能量通貨——ATPATP的主要來(lái)源——細(xì)胞呼吸能量之源——光與光合作用第1節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶本節(jié)聚集：1.細(xì)胞代謝為什么離不開(kāi)酶？2.酶是什么？3.科學(xué)家是怎樣研究酶的本質(zhì)的？斯帕蘭札尼實(shí)驗(yàn)？——純物理過(guò)程——化學(xué)物質(zhì)起作用消化實(shí)驗(yàn)用金屬小籠的目的是什么，能否改為密封金屬盒？？問(wèn)題探討討論：1.1783年斯巴蘭讓尼的實(shí)驗(yàn)要解決什么問(wèn)題？2.是什么物質(zhì)使肉塊消失了？3.怎樣才能證明你的推測(cè)？鳥(niǎo)類的胃是否只有物理性消化，沒(méi)有化學(xué)性消化是胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)將肉塊分解了收集胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，看看這些物質(zhì)在體外是否也能將肉塊分解了。

酶是

產(chǎn)生的具有的

來(lái)源酶的本質(zhì)功能活細(xì)胞催化作用※

絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)有機(jī)物※酶是一類生物催化劑一、酶的作用和本質(zhì)：

1.酶在細(xì)胞代謝中的作用：用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)證明酶的催化效率：2H2O22

H2O+O21.常溫2.加熱3.FeCl3

4.加肝液說(shuō)明：1、加熱能促進(jìn)過(guò)氧化氫的分解，提高反應(yīng)速率；2、FeCl3中的Fe3+和新鮮肝臟中的過(guò)氧化氫酶都能加快過(guò)氧化氫分解的速率；3、過(guò)氧化氫酶比Fe3+的催化效率高得多；細(xì)胞內(nèi)每時(shí)每刻都在進(jìn)行著成千上萬(wàn)種化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)需要在常溫、常壓下高效率地進(jìn)行，只有酶能夠滿足這樣的要求，所以說(shuō)酶對(duì)于細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行至關(guān)重要。酶憑什么能擔(dān)此大任？提高化學(xué)反應(yīng)速率的途徑：

(1)用加熱或光照給反應(yīng)體系提供能量。

(2)使用催化劑。那么，為什么使用催化劑可以提高反應(yīng)速率呢？思考：1molH2O2由常態(tài)變?yōu)榛钴S的狀態(tài)時(shí)需要吸收75KJ的熱量，這75KJ就是每molH2O2的活化能。但加入過(guò)氧化氫酶時(shí)，H2O2只要吸收29KJ的熱量就可以轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的狀態(tài)。少了的46KJ的熱量是不是由過(guò)氧化氫酶提供的呢？如果不是由過(guò)氧化氫提供的，那么如何解釋為何少了46KJ的熱量呢？活化能：

在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)體系中，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，反應(yīng)物分子的平均能量水平較低，為“初態(tài)”。在反應(yīng)的任何一瞬間反應(yīng)物中都有一部分分子具有了比初態(tài)更高一些的能量，高出的這一部分能量稱為“活化能”在一定溫度下，1mol反應(yīng)底物全部進(jìn)入活化態(tài)所需要的自由能就是該反應(yīng)底物的活化能。單位J/mol

酶和一般催化劑的作用就是降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能，從而使活化分子數(shù)增多，反應(yīng)速度加快。酶的催化機(jī)理是降低活化能分子初態(tài)活化能活躍狀態(tài)2.作用機(jī)理：相同點(diǎn)：改變化學(xué)反應(yīng)速率，本身不被消耗。加快化學(xué)反應(yīng)速率，縮短達(dá)到化學(xué)反應(yīng)平衡的時(shí)間，但不改變平衡點(diǎn)。降低活化能，使速率加快。酶的催化作用和無(wú)機(jī)催化劑的比較糖酒精+CO2？關(guān)于酶本質(zhì)的探索對(duì)這一問(wèn)題的爭(zhēng)論有哪些觀點(diǎn)？代表人物分別是誰(shuí)？他們爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是什么，出現(xiàn)爭(zhēng)論的原因是什么？是哪位科學(xué)家通過(guò)怎樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)束了這場(chǎng)爭(zhēng)論？得到了什么結(jié)論？是誰(shuí)最先鑒定出酶的化學(xué)本質(zhì)？為什么在他之前很難鑒定？1.巴斯德認(rèn)為發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)是合理的，但是認(rèn)為發(fā)酵是整個(gè)細(xì)胞而不是細(xì)胞中的某些物質(zhì)在起作用是不正確的；李比希認(rèn)為引起發(fā)酵的是細(xì)胞中的某些物質(zhì)是合理的，但是認(rèn)為這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用是不正確的。2.巴斯德是微生物學(xué)家，特別強(qiáng)調(diào)生物體或細(xì)胞的作用；李比希是化學(xué)家，傾向于從化學(xué)的角度考慮問(wèn)題。他們的爭(zhēng)論促使后人把對(duì)酶的研究的目標(biāo)集中在他們爭(zhēng)論的焦點(diǎn)上，使科學(xué)研究更加有的放矢。糖酒精+CO2？關(guān)于酶本質(zhì)的探索對(duì)這一問(wèn)題的爭(zhēng)論有哪些觀點(diǎn)？代表人物分別是誰(shuí)？巴斯德（微生物學(xué)家）是活酵母細(xì)胞的作用李比希（化學(xué)家）是某些物質(zhì)在細(xì)胞死亡裂解后的作用3.畢希納的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母細(xì)胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細(xì)胞中一樣。糖酒精+CO2？關(guān)于酶本質(zhì)的探索巴斯德（微生物學(xué)家）是活酵母細(xì)胞的作用李比希（化學(xué)家）是某些物質(zhì)在細(xì)胞死亡裂解后的作用他們爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是什么，出現(xiàn)爭(zhēng)論的原因是什么？是誰(shuí)通過(guò)怎樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)束了這場(chǎng)爭(zhēng)論？得到什么結(jié)論？畢希納（化學(xué)家）酵母細(xì)胞提取液與活酵母細(xì)胞作用相同巴斯德之前發(fā)酵是純化學(xué)反應(yīng)，與生命活動(dòng)無(wú)關(guān)巴斯德發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)，發(fā)酵是整個(gè)細(xì)胞而不是細(xì)胞中某些物質(zhì)起作用引起發(fā)酵的是細(xì)胞中的某些物質(zhì)，但這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用畢希納酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母細(xì)胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細(xì)胞中一樣薩姆納脲酶是蛋白質(zhì)李比希切赫、奧特曼少數(shù)RNA也具有生物催化功能是誰(shuí)最先鑒定出酶的化學(xué)本質(zhì)？為什么在他之前很難鑒定？薩姆納脲酶是蛋白質(zhì)切赫奧特曼少數(shù)RNA也具有生物催化作用1834年，提取胃蛋白酶施旺1930年Northrop分離得到的胃蛋白酶結(jié)晶二、酶的特性

高效性：催化效率很高，大大提高反應(yīng)速率

專一性：任何一種酶只作用于一種或幾種相關(guān)的化合物

反應(yīng)需要溫和的條件：適宜的溫度、酸堿度

多樣性：種類繁多

易變性：容易被高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等破壞少量肝臟研磨液為什么4號(hào)試管的反應(yīng)速率比3號(hào)試管快得多？說(shuō)明過(guò)氧化氫酶比Fe3+的催化效率高得多。

比較過(guò)氧化氫酶和Fe3+的催化效率1.酶具有高效性

二、酶的特性酶具有高效性事實(shí)上，酶的催化效率一般是無(wú)機(jī)催化劑的倍。107

～1013上述實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了：

酶的高效性保證了細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行能量供應(yīng)的穩(wěn)定。是細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)能在常溫、常壓、中性水溶液環(huán)境中進(jìn)行的關(guān)鍵因素。酶具有高效性的意義：探究淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的水解作用

淀粉和蔗糖都是非還原性糖，淀粉在酶的催化作用下能水解為麥芽糖和葡萄糖。蔗糖在酶的催化作用下能水解為葡萄糖和果糖。麥芽糖、葡萄糖、果糖均屬還原性糖。還原性糖能夠與斐林試劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成磚紅色的沉淀。

現(xiàn)在給你淀粉酶溶液，要觀察淀粉酶能催化哪種糖水解，應(yīng)該如何設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)？你有怎么知道淀粉酶催化了糖的水解呢？2.酶具有專一性淀粉溶液蔗糖溶液實(shí)驗(yàn)步驟一二三實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論加入淀粉酶2滴，振蕩，試管下半部浸入60℃左右的熱水中，反應(yīng)5min2號(hào)試管中加入2mL蔗糖溶液加入斐林試劑振蕩約60℃水浴2min1號(hào)試管中加入2mL淀粉溶液白色無(wú)變化棕色磚紅色沉淀淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。探究淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的水解作用每一種酶只能催化

化學(xué)反應(yīng)。細(xì)胞代謝能夠有條不紊地進(jìn)行，與酶的

是分不開(kāi)的。一種或一類

8000專一性目前發(fā)現(xiàn)的酶有

多種,它們分別催化不同的化學(xué)反應(yīng)。酶具有專一性（例如，二肽酶可以水解由任意兩種氨基酸組成的二肽。）思考：上述實(shí)驗(yàn)可否用碘液檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為什么？鎖鑰學(xué)說(shuō)酶活性：酶對(duì)化學(xué)反應(yīng)的催化效率。

從上面進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)我們看出進(jìn)行實(shí)驗(yàn)需要一定的條件，比如淀粉酶60℃左右最好。能不能設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，來(lái)證明溫度會(huì)影響酶的活性？3.酶的作用條件比較溫和淀粉溶液1號(hào)試管2號(hào)試管3號(hào)試管實(shí)驗(yàn)步驟一試管各加入2mL淀粉溶液二三四實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論加入淀粉酶2滴，振蕩藍(lán)色保持0℃冰水中反應(yīng)約5min加熱至100℃，反應(yīng)約5min加熱至60℃，反應(yīng)約5min各加兩滴碘液（可否用斐林試劑，為什么？）振蕩無(wú)明顯現(xiàn)象只有在一定溫度下酶的催化效率才最高藍(lán)色探究溫度對(duì)淀粉酶活性的影響在最適溫度范圍內(nèi)，隨溫度升高，酶活性增強(qiáng)；最適溫度下酶活性最強(qiáng)；超過(guò)最適溫度后，隨溫度升高，酶活性降低。每種酶都有自己的最適溫度過(guò)氧化氫溶液實(shí)驗(yàn)步驟一二三四實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論2號(hào)試管3號(hào)試管加鹽酸試管各加入2mL過(guò)氧化氫溶液無(wú)明顯變化pH＝7pH=12pH＝2各加幾滴過(guò)氧化氫酶溶液，3min后將點(diǎn)燃的衛(wèi)生香放入試管中只有在適合的pH下酶的催化效率最好復(fù)燃無(wú)明顯變化探究pH對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響加蒸餾水加氫氧化鈉1號(hào)試管過(guò)氧化氫酶在最適合的pH下，酶的活性最高

在最適PH時(shí)酶活性最高，高于或低于最適PH時(shí)，酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，酶活性降低。

高溫、低溫、過(guò)酸和過(guò)堿對(duì)酶活性的影響其本質(zhì)相同嗎？

不同，過(guò)酸、過(guò)堿或溫度過(guò)高，會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使酶永久失活；低溫使酶活性明顯下降，但在適宜溫度下其活性可以恢復(fù)。酶的作用條件溫和酶的特性：具有高效性具有專一性作用條件較溫和★影響酶促反應(yīng)速率的因素：1、溫度3、酶的濃度：反應(yīng)速率隨酶濃度的升高而加快。4、底物濃度：在一定濃度范圍內(nèi)，反應(yīng)速率隨濃度的升高而加快，但達(dá)到一定濃度，反應(yīng)速率不再變化5.抑制劑、激活劑酶促反應(yīng)速率酶的濃度酶促反應(yīng)速率底物濃度酶量一定2、pH酶的分類1.氧化還原酶類：催化底物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的酶類。如：乳酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、細(xì)胞色素氧化酶、過(guò)氧化氫酶等2.轉(zhuǎn)移酶類：催化底物之間進(jìn)行某些基團(tuán)的轉(zhuǎn)移或交換的酶類。如：轉(zhuǎn)氨酶、轉(zhuǎn)甲基酶等。3.水解酶類：指催化底物發(fā)生水解反應(yīng)的酶類。例如、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、核酸酶等。4.裂解酶類：指催化一個(gè)底物分解為兩個(gè)化合物或兩個(gè)化合物合成為一個(gè)化合物的酶類。脫氨酶5.異構(gòu)酶類：指催化各種同分異構(gòu)體之間相互轉(zhuǎn)化的酶類。例如，磷酸丙糖異構(gòu)酶等。6.合成酶類(連接酶類）：指催化兩分子底物合成為一分子化合物，同時(shí)還必須偶聯(lián)有ATP的磷酸鍵斷裂的酶類。例如，DNA連接酶1、酶的特性（1）酶具有高效性（2）酶具有專一性（3）酶的作用條件較溫和溫度影響酶的活性PH值影響酶的活性2、對(duì)照性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則

（1）單因子變量原則（2）對(duì)照性原則（3）等量原則課堂小結(jié)例題：在生物化學(xué)反應(yīng)中，當(dāng)?shù)孜锱c酶的活性位點(diǎn)形成互補(bǔ)結(jié)構(gòu)時(shí)，可催化底物發(fā)生變化，如圖甲Ⅰ所示。酶的抑制劑是與酶結(jié)合并降低酶活性的分子。競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性位點(diǎn)，非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑和酶活性位點(diǎn)以外的其他位點(diǎn)結(jié)合，從而抑制酶的活性，如圖甲Ⅱ、Ⅲ所示。圖乙示意發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)性抑制和非競(jìng)爭(zhēng)性抑制時(shí)，底物濃度與起始反應(yīng)速率的變化曲線圖。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題：（1）當(dāng)?shù)孜锱c酶活性位點(diǎn)具有互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)時(shí)，酶才能與底物結(jié)合，這說(shuō)明酶的催化作用具有

。（2）青霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)與細(xì)菌合成細(xì)胞壁的底物相似，故能抑制細(xì)胞合成細(xì)胞壁相關(guān)的酶活性，其原因是