降低化学反应活化能的酶课件 2023-2024学年高一上学期生物人教版（2019）必修1.pptx

第第1 1节节 降低化学反应活化能的降低化学反应活化能的酶酶第第5 5章章 细胞的能量供应和利用细胞的能量供应和利用一、导入新课一、导入新课问题探讨 1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼做了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间后，他把小笼子取出来，发现笼内的肉块消失了。讨论斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用1.为什么要将肉块放在金属笼内？便于取出实验材料(肉块)，排除物理消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学消化。2.是什么物质使肉块消失了？3.怎样才能证明你的推测？是胃内的化学物质将肉块分解了。收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。蛋白块被蛋白酶水解消失一、酶的作用(一一)酶在细胞代谢中的作用酶在细胞代谢中的作用(1)(1)细胞代谢细胞代谢主要场所主要场所:细胞质基质细胞质基质实质实质:细胞内各种化学反应的统称。细胞内各种化学反应的统称。特点特点:一般都需要酶催化；一般都需要酶催化；在水环境中进行；在水环境中进行；反应条件温和；反应条件温和；一般伴随着能量的释放、储存和一般伴随着能量的释放、储存和利用利用意义意义:细胞代谢是细胞生命活动的基础细胞代谢是细胞生命活动的基础实验原理：实验原理：通过比较过氧化氢在通过比较过氧化氢在不同条件不同条件下分解的快慢，了解过氧化下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用和意义。氢酶的作用和意义。过氧化氢酶和过氧化氢酶和FeFe3+3+能催化过氧化氢形成水和氧。能催化过氧化氢形成水和氧。目的要求：目的要求：（1 1）常温）常温（2 2）水浴加热）水浴加热（3 3）加）加FeFe3+3+催化剂催化剂（4 4）加过氧化氢酶）加过氧化氢酶探究：探究：比较过氧化氢在不同条件下的分解比较过氧化氢在不同条件下的分解点点2H2H2 2O O2 2 2H2H2 2O OO O2 2 水浴水浴加热加热或或FeClFeCl3 3溶液或溶液或过氧化氢酶过氧化氢酶特别注意特别注意：1.1.新鲜的肝脏：新鲜的肝脏：H2O2酶数量多、活性强.若不新鲜，过氧化氢酶就会在腐生细菌的作用下分解而失去催化作用。氢酶就会在腐生细菌的作用下分解而失去催化作用。2.2.研磨液研磨液：增加H2O2酶与反应物的接触面3.滴入肝脏研磨液和氯化铁溶液时，能否共用一个吸管？4.氧气的多少可以通过哪些途径观察？酶具有高效性,少量的酶带入FeCl3溶液中就会干扰实验结果的准确性,增大实验误差单位时间内产生气泡的数量、带火星木条复燃情况剧烈程度 不能优化探究大本83页3 3）3 3、4 4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？1 2 3 4 1 2 3 4 3 43 41 1）与）与1 1号试管相比，号试管相比，2 2号试管出现什么现象，说明了什么？号试管出现什么现象，说明了什么？产生气泡多，加热产生气泡多，加热能促进能促进H H2 2O O2 2的分解的分解,提高反应速率；提高反应速率；FeClFeCl3 3和和过氧化氢酶过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。都能加快过氧化氢分解的速率。2 2）在细胞内，能通过加热来提高反应速率？）在细胞内，能通过加热来提高反应速率？不能不能，温度过高会造成细胞死亡；，温度过高会造成细胞死亡；4 4）3 3号与号与4 4号试管相比，那支试管反应速度快？说明什么？号试管相比，那支试管反应速度快？说明什么？1 2 3 4 3 44 4号快，号快，说明说明过氧化氢酶过氧化氢酶比比FeFe3+3+的催化效率的催化效率高高得多。得多。自主探究自主探究1 1：另：另：2 2号、号、3 3号、号、4 4号试管相比，哪支试管号试管相比，哪支试管最终最终产生的氧气产生的氧气最多最多,为什么为什么？一样多一样多，几支试管的，几支试管的H H2 2O O2 2 溶液的溶液的体积体积和和浓度浓度都相同。都相同。探究：比较过氧化氢在不同条件下的分解（大本84页）点点自变量人为控制的对实验对象进行处理的因素。因变量因自变量改变而变化的变量。无关变量除自变量外，实验过程中还存在的一些对实验结果造成影响的可变因素。实验中变量的控制Y=3+xY=3+x自自变变量量因因变变量量无关无关变量变量 通常把经过处理的一组(或者未知实验结果的一组)称为实验组;实验组:未经过处理的一组(自然状态下或者已知实验结果的一组)称为对照组。对照组:步骤试管编号说明1234一二观察2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温90FeCl3肝脏研磨液2滴2滴不明显少量较多大量不复燃 不复燃变亮复燃反应条件自变量因变量无关变量变量H2O2浓度剂量剂量气泡产生带火星的木条对照实验对照组实验组在对照实验中，除了要观察的变量外，其他变量（无关变量）都应当始终保持不变(相同且适宜)探究：比较过氧化氢在不同条件下的分解点点除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验。！实验设计基本原则1.对照原则2.单一变量原则1与2对照：_加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(为反应提供能量)1与3对照：_FeCl3在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(催化作用)1与4对照：_ _过氧化氢酶在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(催化作用)实验分析3与4对照：_过氧化氢酶比FeCl3的催化效率高。实验结论 酶和无机催化剂一样，都能催化化学反应，并且酶酶的催化效率远高于无机催化高于无机催化的催化效率。活化能：活化能：产物产物产物产物反应进程反应进程反应进程反应进程能能能能量量量量反应物反应物反应物反应物常态常态活跃态活跃态活活化化能能常态常态活跃态活跃态分子从常态转变为容易发生化学反应的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。活跃状态所需要的能量。二、酶的作用机理思考：结合活化能的知识，分析加热加快化学反应的原理。思考：结合活化能的知识，分析加热加快化学反应的原理。常态常态活跃态活跃态加热：加热：使过氧化氢分子得到能量，从常态变为活跃态。使过氧化氢分子得到能量，从常态变为活跃态。活跃态活跃态活跃态活跃态常态常态酶的催化机理：降低了化学反应的活化能。活跃态活跃态酶的作用及原理酶的作用及原理:酶的作用酶的作用:酶的作用原理酶的作用原理:催化催化作用作用 降低降低化学反应的化学反应的活化能活化能。与无机催化剂相比与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。催化效率更高。酶是一种生物催化剂，酶是一种生物催化剂，能显著降低活化能能显著降低活化能高效性意义：酶的催化作用，使细胞代谢在温和条件下快速有序地进行。意义：酶的催化作用，使细胞代谢在温和条件下快速有序地进行。时间时间O O2 2量量无催化剂加Fe3+加过氧化氢酶建构过氧化氢分解产生的氧气量与时间关系的数学模型 (无催化剂 加Fe3+H2O2Fe3+H2O2酶)酶具有催化剂的特点：酶具有催化剂的特点：反应前后反应前后性质、数量性质、数量不变；不变；能改变反应速率能改变反应速率降低降低化学反应化学反应活化能；活化能；缩短缩短达到平衡的达到平衡的时间时间，不改变平衡点不改变平衡点（即产物的总量不变）（即产物的总量不变）巴斯德之前发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用毕希纳酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样萨姆纳脲酶是蛋白质李比希切赫、奥特曼少数RNA也具有生物催化功能学科网三、酶本质（蛋白质三、酶本质（蛋白质 RNA RNA）课后习题80页 总结：酶的本质定义绝大多数酶是蛋白质，少数是绝大多数酶是蛋白质，少数是RNARNA。酶的化学本质 酶的来源 酶的功能活细胞活细胞产生的产生的具有催化作用具有催化作用的的 有机物有机物。一类一类一类一类酶只能由活细胞产生，不能从食物中获取一般说来，活细胞都能产生酶（哺乳动物成熟的红细胞除外）酶可在细胞内、细胞外、体外发挥作用 酶只起催化作用，无调节功能本质温馨提示归纳酶的本质及生理功能化学本质绝大多数是_少数是_合成原料合成场所来源生理功能作用原理蛋白质RNA氨基酸核糖核苷酸核糖体核仁降低化学反应的活化能生物催化作用活细胞小技巧小技巧 探究酶化学本质的实验设计探究酶化学本质的实验设计1 1、设计原理、设计原理大部分是蛋白质大部分是蛋白质少部分是少部分是RNARNA加加_，呈，呈_双缩脲试剂双缩脲试剂紫色紫色加加_，呈，呈_吡罗红染液吡罗红染液红色红色2 2、设计方案、设计方案分组分组实验操作实验操作现象现象结论结论紫色紫色对照组：对照组：标准蛋白质溶液标准蛋白质溶液实验组：实验组：等量等量待测酶液待测酶液紫色紫色/蓝色蓝色是蛋白质是蛋白质/不是蛋白质不是蛋白质（鉴定是否为（鉴定是否为RNARNA同上）同上）加双缩脲试剂加双缩脲试剂1.酶对细胞代谢起着非常重要的作用，可以降低化学反应的活化能。下列关于酶的作用特点及本质的叙述，正确的是（）A.酶不能脱离生物体起作用B.酶只有释放到细胞外才起作用C.所有的酶都是蛋白质D.酶是具有催化作用的有机物2.酶和无机催化剂都能催化化学反应。与无机催化剂相比，酶具有的特点是（）A.能为反应物提供能量B.能降低化学反应的活化能C.能在温和条件下催化化学反应D.催化化学反应更高效DD课后习题：课本80页（一）酶具有高效性（一）酶具有高效性四、酶特性四、酶特性（二）酶具有专一性（二）酶具有专一性（三）酶的作用条件较温和（三）酶的作用条件较温和（一）酶具有高效性（一）酶具有高效性 酶的催化效率是无机催化剂的1071013倍。与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。酶具有高效性的意义：保证了细胞内化学反应的顺利进行和能量供应的稳定。四、酶特性四、酶特性表示酶高效性高效性的曲线由曲线可知:_的催化效率更高；酶只能缩短达到_所需的时间，不改变化学反应的平衡点。因此，酶_(“能”或“不能”)改变最终生成物的量。酶比无机催化剂化学平衡不能酶只能缩短达到平衡的时间，不能改变平衡点2.2.每一种酶只能催化每一种酶只能催化_化学反化学反应应如：如：脲酶只能催化_分解。过氧化氢酶只能催化_分解。DNA酶可以催化所有的_分解。保证了细胞代谢能够有条不紊有条不紊地进行。一种或一类一种或一类尿素尿素过氧化氢过氧化氢DNADNA3.3.酶具有专一性的意义：酶具有专一性的意义：底物底物（反应物）（反应物）1.1.酶具有专一性的模型：锁钥模型酶具有专一性的模型：锁钥模型 （二）酶具有专一性（二）酶具有专一性酶酶产物产物（生成物）（生成物）酶酶酶酶还原糖+斐林试剂 砖红色沉淀水浴加热淀粉酶淀粉酶对对淀粉淀粉和蔗糖的水解作用和蔗糖的水解作用酶相同 底物不同 自变量因变量有没有另外一种实验思路？验证酶专一性 无砖红无砖红色沉淀色沉淀酶具有专一性的理论解释:锁钥学说在化学反应前后酶的数量和性质不变在化学反应中酶能重复利用，不会被分解,但酶也会发生自我更新。酶酶 A A与底物与底物 B B 专一性结合专一性结合,催化反应的发生催化反应的发生，产生了产物产生了产物 C C 和和 D D某类酶某类酶底物底物产物产物温度温度 PH PH 对酶活性的影响对酶活性的影响 细胞中几乎所有的化学反应都是由酶催化几乎所有的化学反应都是由酶催化的，酶催化特定化学反应的能力称为酶活性酶活性。酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速度表示。若细胞生活的环境条件发生改变，酶活性会怎样变化呢？（三）酶的作用条件较温和（三）酶的作用条件较温和0最适温度/mmol.s-1酶活性受温度影响示意图(1)酶酶促反应速率(酶活性)与温度温度的关系ACB在一定范围内在一定范围内，随着温度的升高，酶的，随着温度的升高，酶的活性逐渐增强；活性逐渐增强；达到最适温度时达到最适温度时，酶的活，酶的活性最高；性最高；超过最适温度时超过最适温度时，随着温度的继，随着温度的继续升高，酶的活性逐渐下降续升高，酶的活性逐渐下降温度过高温度过高会会使酶的空间结构遭到破坏使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久使酶永久失活失活,低温低温只是只是酶活性降低酶活性降低每种酶都有自己的每种酶都有自己的最适温度最适温度 动物动物：35-40 35-40 植物植物：40-50 40-50 细菌、真菌细菌、真菌 ：差：差别较大别较大温度(2)(2)酶促反应速率酶促反应速率(酶活性酶活性)与与PHPH的关系的关系/mmol.s-1最适PH0PH酶活性受pH影响示意图ACB在一定范围内在一定范围内,随着随着pHpH的升高的升高,酶的酶的活性逐渐增强；活性逐渐增强；达到最适达到最适pHpH时时，酶的，酶的活性最高；活性最高；超过最适超过最适pHpH时时，随着，随着pHpH的的继续升高继续升高,酶的活性逐渐下降酶的活性逐渐下降过酸、过碱过酸、过碱会使酶的空间结构遭到会使酶的空间结构遭到破坏，使破坏，使酶永久失活酶永久失活每种酶都有自己的最适每种酶都有自己的最适pHpH值，值，动物动物：6.5-8.0(6.5-8.0(但胃蛋白酶为但胃蛋白酶为1.51.5););植物植物:4.5-6.5:4.5-6.5总结总结:温度和和pH对酶促反应的影响对酶促反应的影响 过酸、过碱或高温会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。低温时，酶的活性低，但酶的空间结构稳定酶制剂适于在低温(0 4)下,最适PH下保存。试管步骤1 12 2 3 3淀粉溶液2ml/2ml/2ml/淀粉酶溶液/1ml/1ml/1ml不同温度下处理5 min_37 _滴加碘液1滴1滴1滴结果(现象)_课题1：探究温度对唾液淀粉酶活性的影响0100变蓝不变蓝变蓝将同一温度下的两种物质混合后，保温5分钟酶的催化作用需在适宜的温度下进行，温度过高或过低都会影响酶的活性 结论自变量因变量无关变量无关变量淀粉淀粉 淀粉酶的浓度淀粉酶的浓度 用量用量PHPH和反应时间等和反应时间等相同且适宜相同且适宜酶和底物分别保温混合再保温碘液检测结果课题2：探究PH对酶活性的影响自变量因变量无关变量肝脏研磨液的浓度和量，过氧化氢的浓度和量，温度等相同且适宜酶的催化作用需在酶的催化作用需在适宜适宜PHPH下进行下进行过酸或过碱过酸或过碱都会影响酶的活性都会影响酶的活性 结结论论注意注意：1.在研究温度和PHPH对酶活性影响时，检测试剂均不用“斐林试剂”（斐林试剂需水浴加热，而该实验需严格控制温度；斐林试剂呈碱性斐林试剂呈碱性）2.研究温度和PHPH对酶活性影响时，使反应物和酶在各自试管达到要求的温度达到要求的温度或或PHPH后在混合后在混合（不可先混和，在调温度或PH）3.在研究温度对酶活性影响时 不选H2O2（常温常压下可分解，加热分解更快）4.在研究PH对酶活性影响时 不选淀粉（淀粉在酸性条件下会水解）加酶 加酸（或碱）加底物观察结果总结总结:温度温度和和pHpH对酶促反应的影响对酶促反应的影响 从图从图丙丙可以看出可以看出:反应溶液反应溶液pHpH的变化不影响的变化不影响酶作用的酶作用的最适温度最适温度。从右下图可以看出从右下图可以看出:温度变化温度变化不影响酶作用的不影响酶作用的最适最适PHPH下图表示最适温度下反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。如果从A点开始温度升高10，曲线会发生什么变化?为什么?请画出变化后的曲线。温度升高 10,曲线上升的幅度变小。因为图中原曲线表示在最适温度下催化速率随底物浓度的变化。温度高于或低于最适温度,反应速率都会变慢。(2)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响甲图甲图:在其他条件适宜、酶量一定的情况下在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随底物，酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，当底物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。酶促反应速率不再增加。酶的数量和酶活性有限P点之后不变的原因：P乙图：乙图：在底物充足、其他条件适宜的情况下在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比酶促反应速率与酶浓度成正比课后习题85页