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章細胞的能量供應(yīng)和利用5.1降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶問題探討

1773年，意大利科學(xué)家斯帕蘭札尼做了一個巧妙的實驗：將肉塊放入小巧的金屬籠內(nèi)，然后讓鷹把小籠子吞下去。過一段時間后，他把小籠子取出來，發(fā)現(xiàn)籠內(nèi)的肉塊消失了。1.為什么要將肉塊放在金屬籠內(nèi)?2.是什么物質(zhì)使肉塊消失了?3.怎樣才能證明你的推測?討論便于取出實驗材料（肉塊），排除物理性消化對肉塊的影響。確定其是否發(fā)生了化學(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。斯帕蘭札尼在研究鷹的消化作用一、酶的作用和本質(zhì)斯帕蘭札尼食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某種物質(zhì)。后來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)胃液中含有大量的鹽酸，推測鹽酸是使食物分解的物質(zhì)。1835年，施旺（德）胃腺分泌物中有一種物質(zhì)，將它與鹽酸混合后，對肉類的分解能力遠大于鹽酸的單獨作用，這種物質(zhì)就是胃蛋白酶。1.酶的發(fā)現(xiàn)

（一）酶在細胞代謝中的作用一、酶的作用和本質(zhì)

（一）酶在細胞代謝中的作用2.細胞代謝細胞中每時每刻都進行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為細胞代謝。細胞代謝是細胞生命活動的基礎(chǔ)，但代謝也會產(chǎn)生對細胞有害的物質(zhì)，如過氧化氫。幸而細胞中含有過氧化氫酶，能將過氧化氫分解，變成氧和水。2H2O22H2O+O2↑過氧化氫酶一、酶在細胞代謝中的作用3.實驗：比較H2O2在不同條件下的分解通過比較過氧化氫在不同條件下分解的快慢，了解酶的作用和意義。1、實驗?zāi)康?、實驗原理2

H2O2

2H2O+O2↑不同反應(yīng)條件如何判斷過氧化氫被分解的快慢？通過O2的產(chǎn)生量判斷H2O2的分解情況觀察單位時間內(nèi)產(chǎn)生氣泡的多少觀察帶火星的衛(wèi)生香的復(fù)燃情況3、實驗材料新配制的體積分數(shù)為3.5%的過氧化氫溶液等新鮮的質(zhì)量分數(shù)為20%的肝臟研磨液質(zhì)量分數(shù)為3.5%的FeCl3溶液不新鮮則過氧化氫酶活性低過氧化氫常溫會分解增大反應(yīng)接觸面試驗編號1234H2O2（3%）實驗處理檢測指標2mL2mL2mL2mL無90℃水浴加熱FeCl32滴肝臟研磨液2滴1.氣泡冒出情況；2.衛(wèi)生香復(fù)燃情況比較過氧化氫在不同條件下的分解4、實驗步驟比較過氧化氫在不同條件下的分解（視頻）思考與討論2）3、4號試管未經(jīng)加熱，也有大量氣泡產(chǎn)生，這說明了什么？1）與1號試管相比，2號試管產(chǎn)生的氣泡多，這一現(xiàn)象說明了什么？4）2號、3號、4號試管相比，哪支試管最終產(chǎn)生的氧氣最多,為什么？小組討論以下問題3）3號試管Fe3+數(shù)比4號試管H2O2酶高25萬倍，但4號反應(yīng)速率更快,這說明什么？2）3、4號試管未經(jīng)加熱，也有大量氣泡產(chǎn)生，這說明了什么？1）與1號試管相比，2號試管產(chǎn)生的氣泡多，這一現(xiàn)象說明了什么？加熱能促進H2O2的分解,提高反應(yīng)速率；FeCl3中的Fe3+

和新鮮肝臟中的過氧化氫酶都能加快過氧化氫分解的速率。3）3號試管Fe3+數(shù)比4號試管H2O2酶高25萬倍，但4號反應(yīng)速率更快,這說明什么？過氧化氫酶比Fe3+

的催化效率高得多。4）2號、3號、4號試管相比，哪支試管最終產(chǎn)生的氧氣最多,為什么？一樣多，幾支試管的H2O2溶液的體積和濃度都相同。一、酶的作用和本質(zhì)

（二）酶的作用機理1.活化能分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量。思考:（2）在常溫常壓下，F(xiàn)e3+和H2O2酶并未供給H2O2能量，為什么H2O2也能分解？思考:（1）加熱為什么能使H2O2分解？

因為加熱使H2O2分子得到能量，從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀追纸獾幕钴S狀態(tài)。它們降低了H2O2分解反應(yīng)的活化能。一、酶的作用和本質(zhì)

（二）酶的作用機理2.酶的作用機理：降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。（1）與無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，催化效率更高。（2）正是由于酶的催化作用，細胞代謝才能在溫和條件下快速有序地進行。想一想：如何表示？無催化劑曲線：______酶促反應(yīng)曲線：______無酶促反應(yīng)所需活化能：______酶促反應(yīng)所需活化能：______酶降低的活化能：______曲線A曲線CE3E2—E3E2ABC變量：實驗過程中的變化因素自變量：因變量：無關(guān)變量：步驟試管編號

說明1234

一H2O2濃度3%3%3%3%劑量2ml2ml2ml2ml二反應(yīng)條件常溫90℃FeCl3溶液新鮮肝臟研磨液劑量2滴清水2滴清水2滴2滴結(jié)果氣泡產(chǎn)生不明顯少量較多大量衛(wèi)生香燃燒不復(fù)燃不復(fù)燃變亮復(fù)燃自變量因變量無關(guān)變量無關(guān)變量實驗應(yīng)遵循的原則：①等量性原則②單一變量原則（實驗設(shè)計時只有一個自變量，且無關(guān)變量在對照組和實驗組中均要保持相同且適宜。（不同條件）（結(jié)果）（相同條件）

（三）科學(xué)方法：控制變量和設(shè)計對照實驗人為控制的對實驗對象進行處理的因素因自變量改變而變化的變量實驗過程中存在的其他一些會對實驗結(jié)果造成影響的可變因素對照實驗一般要設(shè)置對照組和實驗組對照組空白對照步驟試管編號1234

一H2O2濃度3%3%3%3%劑量2ml2ml2ml2ml二反應(yīng)條件常溫90℃FeCl3溶液新鮮肝臟研磨液劑量2滴清水2滴清水2滴2滴結(jié)果氣泡產(chǎn)生不明顯少量較多大量衛(wèi)生香燃燒不復(fù)燃不復(fù)燃變亮復(fù)燃實驗組實驗應(yīng)遵循的原則：③對照原則

（三）科學(xué)方法：控制變量和設(shè)計對照實驗對照實驗的目的是排除無關(guān)變量的干擾，從而確定自變量與因變量的關(guān)系。自變量因變量無關(guān)變量(適宜且相等)(控制)(檢測)一般步驟：第一步：分組編號，統(tǒng)一處理；第二步：設(shè)定自變量，設(shè)置好實驗組和對照組；第三步：一段時間后，檢測因變量，觀察記錄實驗結(jié)果。

根據(jù)實驗?zāi)康暮推鞑模治鰧嶒灥淖宰兞浚页鲋饕臒o關(guān)變量，明確因變量的檢測方法。（不同條件）（相同條件）（結(jié)果）

（三）科學(xué)方法：控制變量和設(shè)計對照實驗巴斯德之前發(fā)酵是純化學(xué)反應(yīng)，與生命活動無關(guān)巴斯德發(fā)酵與活細胞有關(guān)，發(fā)酵是整個細胞而不是細胞中某些物質(zhì)起作用引起發(fā)酵的是細胞中的某些物質(zhì)，但這些物質(zhì)只有在酵母細胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用畢希納酵母細胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母細胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細胞中一樣薩姆納酶是蛋白質(zhì)李比希少數(shù)RNA也具有催化功能切赫、奧爾特曼酶的定義？1.關(guān)于酶本質(zhì)的探索（P79-P80）

（四）酶的本質(zhì)2.請給酶下一個比較完整的定義：酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)。酶的來源酶的作用作用機理：降低活化能酶的化學(xué)成分少數(shù)是RNA概念化學(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)是

少數(shù)是合成原料（基本單位）合成場所作用機理

酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物蛋白質(zhì)RNA氨基酸核糖核苷酸核糖體主要是細胞核(真核生物)降低化學(xué)反應(yīng)的活化能

酶的本質(zhì)3號4號2號1號比較過氧化氫在不同條件下的分解：1號和4號對照，說明：

3號和4號對照，說明：酶能催化過氧化氫的分解酶的催化具有高效性H2O2H2O2H2O2常溫水浴加熱無機催化劑酶H2O2二、酶的特性

1、酶具有高效性復(fù)習(xí)回顧酶的催化效率一般是無機催化劑的107～1013倍。二、酶的特性酶的催化效率一般是無機催化劑的107～1013倍。①加入酶②加入無機催化劑③不加催化劑時間產(chǎn)物生成量②③①平衡點判斷無機催化劑和酶催化的曲線？

1.酶具有高效性①②曲線比較，說明酶具有________①③曲線比較，說明酶具有________高效性催化作用(2)酶和催化劑只能縮短達到化學(xué)平衡所需時間，不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點（即生成物的量）(1)催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)速率，與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。二、酶的特性

1.酶具有高效性保證了細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的順利進行。保證了細胞內(nèi)能量供應(yīng)的穩(wěn)定。

你在踢球或奔跑時，肌細胞需要大量的能量供應(yīng)供能的化學(xué)反應(yīng)如果慢悠悠地進行你還能跑那么快嗎?酶的催化效率高健步如飛這對細胞有什么意義呢？

無機催化劑催化的化學(xué)反應(yīng)的范圍比較廣，例如酸既能催化蛋白質(zhì)水解，也能催化脂肪水解，還能催化淀粉水解。

酶能像無機催化劑一樣，催化多種化學(xué)反應(yīng)嗎？二、酶的特性探究·實踐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。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分別加入淀粉酶，再用斐林試劑鑒定溶液中有無還原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化學(xué)反應(yīng)。1.實驗原理淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用二、酶的特性探究·實踐淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用2.實驗步驟序號項目試管

1試管

21可溶性淀粉溶液2ml——2蔗糖溶液——23新鮮的淀粉酶溶液2ml2ml4保溫60℃，5min60℃，5min5斐林試劑2ml2ml6沸水浴1min1min

7實驗結(jié)果磚紅色沉淀無磚紅色沉淀3.實驗結(jié)論淀粉酶只能催化淀粉的水解，而不能催化蔗糖的水解探究

淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用思考：1.實驗的自變量、因變量以及無關(guān)變量分別是什么？2.該實驗?zāi)芊裼玫庖哼M行鑒定？不能，碘液無法鑒定蔗糖是否發(fā)生水解，反應(yīng)前后均不變藍。3.在已知淀粉酶能夠催化淀粉水解的情況下，本實驗設(shè)置1號試管還有沒有必要？有必要，可排除無關(guān)變量，如淀粉酶的活性、濃度、加熱時間，斐林試劑等因素的影響。自變量：底物（反應(yīng)物）種類因變量：底物是否分解或者有無磚紅色沉淀產(chǎn)生無關(guān)變量：底物用量、酶的用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等二、酶的特性

2.酶具有專一性每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)意義：保證了細胞代謝能夠有條不紊地進行“鑰匙——鎖”模型二、酶的特性探究·實踐影響酶活性的條件酶活性：酶催化特定化學(xué)反應(yīng)的能力。酶活性可用在一定條件下酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的速率表示。

許多無機催化劑能在高溫、高壓、強酸或強堿條件下催化化學(xué)反應(yīng)。

酶起催化作用需要怎樣的條件呢？二、酶的特性探究·實踐影響酶活性的條件資料2：我們知道口腔溫度和體溫差不多，而當我們口腔中的唾液淀粉酶進入胃中以后，卻發(fā)現(xiàn)，唾液不再具有催化淀粉分解的功能。（提示：唾液pH為6.2~7.4,胃液pH為0.9~1.5）資料1：威白污漬爆炸鹽(獨有三重復(fù)合酶配方）威白教你洗衣小絕招：①洗前浸泡三十分鐘，效果更佳②若衣服太臟，可適當增加用量③用溫水浸泡效果更好，但水溫不要超過60℃根據(jù)上述資料，你能提出什么問題嗎？溫度會影響酶的活性嗎？pH會影響酶的活性嗎？提出問題溫度會影響酶的活性pH會影響酶的活性作出假設(shè)二、酶的特性探究·實踐選擇淀粉酶還是H2O2酶作實驗材料？為什么選擇這種酶？2.本實驗的自變量是什么？需要設(shè)計幾組實驗？設(shè)定幾個溫度？3.本實驗的因變量是什么？怎樣檢測因變量？選擇哪種鑒定試劑？為什么不用斐林試劑？設(shè)計實驗探究溫度對酶活性的影響淀粉酶；因為H2O2受溫度影響也會分解溫度；三組；高溫，低溫和常溫酶的活性；單位時間底物的剩余量；碘液，檢測是否出現(xiàn)藍色及藍色深淺；斐林試劑鑒定需要水浴加熱，會影響實驗結(jié)果。二、酶的特性探究·實踐探究溫度對酶活性的影響二、酶的特性探究·實踐探究溫度對酶活性的影響步驟試管1試管2試管3試管4試管5試管612ml淀粉溶液+++1ml淀粉酶溶液+++2分別保溫5min冰浴水浴，37℃沸水浴3將試管2中的溶液倒入試管1中混合將試管4中的溶液倒入試管3中混合將試管6中的溶液倒入試管5中混合4分別保溫2min冰浴水浴，37℃沸水浴5加入2滴碘液，觀察顏色變化實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論酶的催化作用需要適宜的溫度，溫度過高或過低都會影響酶的活性

藍色

無藍色出現(xiàn)

藍色二、酶的特性探究·實踐探究溫度對酶活性的影響1.為什么要先將底物和酶控制到預(yù)設(shè)溫度，再混合反應(yīng)？2.如何進一步探究淀粉酶的最適溫度？思考酶具有高效性，若酶和底物沒有在對應(yīng)溫度混合，一混合就已發(fā)生反應(yīng)，降低了實驗的說服力?？s小溫度梯度（梯度要均勻），重復(fù)進行上述實驗。二、酶的特性溫度對酶活性的影響B(tài)CA（1）在一定溫度范圍內(nèi)，酶促反應(yīng)速率隨溫度的升高而_______，但當溫度升高到一定限度時，酶促反應(yīng)速率不僅不再加快反而隨著溫度的升高而________。（2）在一定條件下，酶活性最大時的溫度稱為該酶的_________。（3）低溫影響酶的活性，但不會使酶的_________遭到破壞，溫度升高后，酶________恢復(fù)活性。但高溫會導(dǎo)致酶_________，酶會_______活性。一般地，動物體內(nèi)的酶最適溫度在35~40℃之間；植物體內(nèi)的酶最適溫度在40~50℃之間；細菌和真菌體內(nèi)的酶最適溫度差別較大。升高降低最適溫度空間結(jié)構(gòu)能夠變性失去二、酶的特性探究·實踐探究pH對酶活性的影響選擇淀粉酶還是H2O2酶作實驗材料？為什么選擇這種酶？2.本實驗的自變量是什么？需要設(shè)計幾組實驗？設(shè)定幾個pH？3.本實驗的因變量是什么？怎樣檢測因變量？設(shè)計實驗H2O2酶；因為淀粉在酸性條件下也會分解，影響實驗觀察效果pH；三組；酸性、中性和堿性酶的活性；看氣泡產(chǎn)生多少或衛(wèi)生香復(fù)燃程度二、酶的特性探究·實踐探究pH對酶活性的影響二、酶的特性探究·實踐探究pH對酶活性的影響步驟試管1試管2試管31加入2mlH2O2溶液21mlpH=7的緩沖液1ml鹽酸溶液1mlNaOH溶液3加入2滴肝臟研磨液4觀察氣泡生成速率，或插入衛(wèi)生香，觀察復(fù)燃所需時間實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論

有大量氣泡產(chǎn)生

基本無氣泡產(chǎn)生

基本無氣泡產(chǎn)生酶的催化作用需要適宜的pH，pH偏低或偏高都會影響酶的活性必須先調(diào)pH，然后再將反應(yīng)物與酶混合。否則反應(yīng)物會在未調(diào)節(jié)好pH的情況下就在酶的作用下發(fā)生反應(yīng)，影響實驗的準確性。二、酶的特性PH對酶活性的影響υ/mmol.s-1最適pH0pH酶活性受pH影響示意圖（1）在一定條件下，酶活性最大時的pH值稱為該酶的________。偏離該pH，不論升高還是降低，酶促反應(yīng)速率都會________。（2）過酸，過堿都會使酶的_________遭到破壞，使酶___________。

一般地，動物體內(nèi)的酶最適pH在6.5~8.0之間，但也有例外，如胃蛋白酶的最適pH為1.5；植物體內(nèi)的酶最適pH在4.5~6.5之間。最適pH降低空間結(jié)構(gòu)永久失活二、酶的特性

※高溫、低溫、過酸和過堿對酶活性的影響，其本質(zhì)相同嗎？不同。過酸、過堿或溫度過高，會使酶的空間結(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)。

※過酸、過堿或高溫酶永久失活低溫酶暫時失活二、酶的特性※影響酶促反應(yīng)速率的因素：

1.溫度2.pH3.酶的濃度：在有足夠底物且不受其他因素影響的情況下，酶促反應(yīng)速率與酶濃度成正比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)速率底物濃度酶數(shù)量限制溫度小結(jié)：影響酶促反應(yīng)速率的因素及其作用的實質(zhì)pH抑制劑或激活劑酶濃度底物濃度酶活性影響影響酶與底物的接觸面積酶促反應(yīng)速率二、酶的特性二、酶的特性細胞中的各類化學(xué)反應(yīng)的有序進行還與酶的分布有關(guān)與呼吸作用有關(guān)的酶分布在細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體內(nèi)。與光合作用有關(guān)的酶分布在葉綠體內(nèi)。二、酶的特性酶為生活添姿彩酶的應(yīng)用溶菌酶溶解細菌的細胞壁含酶牙膏多酶片胰蛋白酶加酶洗衣粉果膠酶課堂小結(jié)實驗：比較過氧化氫在不

同條件下的分解實驗：淀粉酶對淀粉和蔗

糖的水解作用探究：影響酶活性的條件

1.酶具有高效性

2