【公开课】降低化学反应活化能的酶高一上学期生物人教版必修1.pptx

第五章 细胞的能量供应和利用第一节 降低化学反应活化能的酶5.1.1 酶的作用和本质 1773 1773年，意大利科学家年，意大利科学家斯帕兰札尼斯帕兰札尼做了一个巧妙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，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。发现笼内的肉块消失了。斯帕兰扎尼在研究鹰的斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用消化作用1.1.为什么要将肉块放在金属笼内？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。问题探讨2.2.是什么物质使肉块消失了？是什么物质使肉块消失了？3.3.怎样才能证明你的推测？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。一.酶在细胞代谢中的作用123斯帕兰札尼的实验说明，食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质科学家发现胃液中含有大量的盐酸，于是推测盐酸是使食物分解的物质。德国科学家施旺通过实验发现，胃腺分泌物中有一种物质，将它与盐酸混合后，对肉类的分解能力增强，这种物质就是胃蛋白酶。能量的释放、储存和利用，都必须通过能量的释放、储存和利用，都必须通过化学反应化学反应来实现。来实现。细胞代谢:细胞中每时每刻都进行着许多化学反应的统称。1.条件:细胞代谢离不开酶4.意义:细胞代谢是细胞生命活动的基础.2.场所:主要是细胞质3.特点:复杂、有序、温和、高效 2H2O2 2H2O+O22H2O2 2H2O+O2反应条件一.酶在细胞代谢中的作用探究实践 比较过氧化氢在不同条件下的分解（1）实验原理（2）实验目的通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。H2O2在水浴加热、FeCl3溶液中Fe3和肝脏研磨液中过氧化氢酶的作用下加速分解。质量分数为20%的新鲜肝脏研磨液 1滴 质量分数为3.5%的氯化铁溶液 1滴过氧化氢酶 相对数量 1Fe3+相对数量 25万（3）实验设计1.常温2.水浴加热3.加FeCl34.加过氧化氢酶2ml过氧化氢+试管12ml过氧化氢+试管2+90水浴加热2ml过氧化氢+试管3+FeCl3 溶液 2ml过氧化氢+试管4+过氧化氢酶观察气泡多少观察卫生香复燃（4）实验材料：一.酶在细胞代谢中的作用3.5的FeCl3 溶液20的新鲜肝脏研磨液3%的新制H2O2溶液卫生香、量筒、试管、滴管、试管架(酶多、接触面积大酶多、接触面积大)（5）实验步骤常温90水浴加热2滴3.5%FeCl3 2滴20%肝脏研磨液(不稳定不稳定)（6）实验现象一.酶在细胞代谢中的作用观察气泡冒出的情况，并做比较。1号2号3号4号无气泡少量较多大量观察卫生香的燃烧情况。3号4号变亮复燃加热加热加热加热能促进能促进能促进能促进H H H H2 2 2 2O O O O2 2 2 2的分解。的分解。的分解。的分解。FeClFeClFeClFeCl3 3 3 3中的中的中的中的FeFeFeFe3+3+3+3+和新鲜肝和新鲜肝和新鲜肝和新鲜肝脏中的脏中的脏中的脏中的过氧化氢酶过氧化氢酶过氧化氢酶过氧化氢酶都能都能都能都能加快加快加快加快H H H H2 2 2 2O O O O2 2 2 2分解的速率。分解的速率。分解的速率。分解的速率。细胞内不能加热细胞内不能加热细胞内不能加热细胞内不能加热 4 4 4 4号号号号反应速率快反应速率快反应速率快反应速率快过氧化氢酶过氧化氢酶过氧化氢酶过氧化氢酶比比比比Fe3+Fe3+Fe3+Fe3+的的的的催化效率高催化效率高催化效率高催化效率高得多得多得多得多细胞内化学反应在常温常细胞内化学反应在常温常细胞内化学反应在常温常细胞内化学反应在常温常压酶的催化下高效进行压酶的催化下高效进行压酶的催化下高效进行压酶的催化下高效进行。（7）实验结论过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样，在过氧化氢酶的作用下分解速率最快一.酶在细胞代谢中的作用控制变量和设计对照实验科学方法实验过程中遵循的原则：单一变量原则、对照原则、平行重复原则。1.单一变量原则变量:实验过程中变化的因素自变量: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:一些对实验结果造成影响的可变因素单一变量:除一个自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致且适宜。2.对照原则对照实验：除作为自变量的因素外，无关变量都保持一致，并将结果进行比较的 实验。分为对照组和实验组经实验因素处理的人为改变条件的组。实验组：对照组：未经实验因素处理的组。实验结果已知实验结果未知自变量自变量因变量因变量无关变量无关变量(相同相同且适宜且适宜)(控制控制)(检测检测)一.酶在细胞代谢中的作用控制变量和设计对照实验科学方法2.对照原则对照的类型：空白对照不给对照组做任何实验处理，这里的”空白”绝不是什么影响因素都不给予，而是针对实验组所要研究的实验因素给与空白。自身对照对照组和实验组都在同一研究对象上进行。不另设对照组。(不同处理的前后对照)条件对照虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的。目的是通过对比得出相对立的结论，以验证实验结论的正确性。相互对照不另设对照组，而是几个实验组之间相互对照，其中的每一组既是实验组也是其他组的对照组。1 1号试管为号试管为空白对照空白对照2 2、3 3、4 4为为相互对照相互对照3.平行重复原则多次实验，取平均值，用以减少误差和偶然性一.酶在细胞代谢中的作用（8）实验分析试管编号试管编号步骤步骤1 12 23 34 4一一二二 三三2ml2ml2ml2ml2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%3%3%3%3%常温常温9090FeClFeCl3 3肝脏研磨液肝脏研磨液2 2滴滴2 2滴滴几乎无几乎无少量少量较多较多大量大量不复燃不复燃 不复燃不复燃 变亮变亮复燃复燃反应条件反应条件无关变量无关变量 H H2 2O O2 2浓度浓度H H2 2O O2 2剂量剂量气泡产生气泡产生带火星的卫生香带火星的卫生香带火星的卫生香带火星的卫生香对照组对照组实验组实验组实验组实验组自变量自变量对照实验对照实验对照实验对照实验变量变量相同且适宜因变量因变量对照原则单一变量原则多次实验：平行重复原则3 3号号FeFe3+3+和和4 4号号H H2 2O O2 2酶能促进酶能促进H H2 2O O2 2分解，它们分解，它们没有给没有给H H2 2O O2 2分子分子提供能量，而是降低了提供能量，而是降低了H H2 2O O2 2分解反应的活化能。分解反应的活化能。2 2号号加热能促进过加热能促进过H H2 2O O2 2分解，是因为分解，是因为加热使加热使H H2 2O O2 2分子得到了分子得到了能量能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。，从常态转变为容易分解的活跃状态。活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需的能量。活化能活化能反应历程反应历程活跃态常态终态原理分析一.酶在细胞代谢中的作用酶和无机催化剂并没有给反应物提供活化能，而是降低了化学反应所需要的活化能。酶显著降低了反应的活化能，催化效率更高不同：酶和无机催化剂的比较共性：可降低反应的活化能，具有催化效率反应前后酶的化学性质和数量均没有变化酶和催化剂都只能缩短达到化学平衡的时间，并不改变化学反应的平衡点。同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而酶的催化效率更高活化能活化能一.酶在细胞代谢中的作用1.思考讨论：关于酶本质的探索二.酶的本质发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德李比希毕希纳萨姆纳其他科学家切赫和奥特曼发酵与死细胞中的物质有关发酵与活细胞有关 死细胞中的物质和活细胞都能引起发酵脲酶是蛋白质胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质 少数酶是RNA切赫奥特曼疑问：酶到底是什么物质？1.1.巴斯德和李比希的观点各有什么积极的意义？各有什么局限性？巴斯德和李比希的观点各有什么积极的意义？各有什么局限性？巴斯德:发酵与活细胞有关 ；发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用 毕希纳:发酵是细胞中的某些物质；这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解才能发挥作用 思考讨论：关于酶本质的探索二.酶的本质2.2.在科学发展过程中出现争论是正常的。巴斯德和李比希之间出现争论的原因是什在科学发展过程中出现争论是正常的。巴斯德和李比希之间出现争论的原因是什么？这一争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用？么？这一争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用？巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究有的放矢。3.3.萨姆纳历时萨姆纳历时9 9年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他取得年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他取得成功靠的是什么样的精神品质？成功靠的是什么样的精神品质？4.4.请给酶下一个比较完整的定义。请给酶下一个比较完整的定义。萨姆纳历时9年，用正确的科学方法，坚持不懈、百折不饶的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。酶是活细胞产生的具有催化活性的有机物。酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA(核酸)。2.酶的本质在细胞内、细胞外、生物体内、生物体外都能起催化作用在细胞内、细胞外、生物体内、生物体外都能起催化作用酶本身在反应前后其数量和性质都不改变酶本身在反应前后其数量和性质都不改变酶在反应中不被消耗酶在反应中不被消耗,可重复利用可重复利用,但时间过长但时间过长,催化能力降低甚至丧失催化能力降低甚至丧失二.酶的本质某种酶+双缩脲试剂出现紫色该酶是蛋白质不出现紫色该酶是RNA某种酶+蛋白酶加入酶的底物底物没有被催化该酶是蛋白质底物被催化该酶是RNA作业第五章 细胞的能量供应和利用第一节 降低化学反应活化能的酶5.1.2 酶的特性（1）实验验证:3号4号一.酶的特性（2）含义:酶的催化效率是无机催化剂的1071013倍。1.酶具有高效性每滴溶液中Fe3+的数量是过氧化氢酶的分子数的25万倍。过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多,说明酶具有高效性。3号4号项目对照组实验组材料等量的同一种底物试剂一定量的无机催化剂等量底物对应的酶溶液现象反应速率慢或反应时间长反应速率快或反应时间短结论酶具有高效性（4）意义：一.酶的特性（3）原理:与无机催化剂相比，酶能显著降低化学反应的活化能，酶的催化效率更高。酶只能缩短达到化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的 。酶_改变最终生成物的量。平衡点不能保证了细胞内化学反应的顺利进行。保证了细胞内能量供应的稳定。一.酶的特性探究实践：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用2.酶具有专一性1.实验原理 淀粉 蔗糖 (非还原糖)(还原糖)(非还原糖)(还原糖)(还原糖)还原糖+斐林试剂砖红色沉淀水解水解水浴加热淀粉酶2.实验目的探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应淀粉酶溶液，淀粉溶液，蔗糖溶液，蔗糖酶溶液，斐林试剂、热水、试管、烧杯等3.实验材料麦芽糖葡萄糖 +果糖（1）实验验证步骤项目123456789102mL60保温5min各加入2mL沸水浴1min60保温5min各加入2mL沸水浴1min砖红色无砖红色砖红色无砖红色一.酶的特性方案一:同种酶+不同底物1234方案二:同种底物+不同底酶2mL2mL2mL淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解2mL2mL2mL2mL淀粉只能被淀粉酶水解，不能被蔗糖酶水解酶具有专一性注入可溶性淀粉溶液注入蔗糖溶液注入新鲜的淀粉酶溶液注入新鲜的蔗糖酶溶液保温加斐林试剂水浴加热观察颜色变化结论结论4.实验步骤（2）含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。（3）意义：保证了细胞代谢能够有条不紊地进行（4）原因：a.锁钥学说酶有一定的空间结构，酶有一定的空间结构，酶酶在反应在反应中与中与底物底物的关系就像的关系就像钥匙和锁钥匙和锁的的关系，它们的空间结构必须关系，它们的空间结构必须相互相互结合结合形成形成复合物复合物才能发生反应。才能发生反应。一.酶的特性2.酶具有专一性 酶的催化作用酶的催化作用图解图解 底物（反应物）酶产物（生成物）一类一类一类一类蛋白酶蛋白酶:蛋白质蛋白质多肽多肽肽酶肽酶:多肽多肽氨基酸氨基酸一种一种H H2 2OO2 2酶酶酶酶:H H2 2OO2 2脲酶脲酶脲酶脲酶:尿素尿素尿素尿素淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶:淀粉淀粉淀粉淀粉b.诱导契合学说底物与酶活性部位结合，底物与酶活性部位结合，会诱导酶会诱导酶发生构象变化发生构象变化，使酶的活性中心变，使酶的活性中心变得与底物的得与底物的结构互补结构互补，两者，两者相互契相互契合合，从而发挥催化功能。，从而发挥催化功能。酶加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶具有 。专一性许多许多无机催化剂无机催化剂能在能在高温、强酸、强碱高温、强酸、强碱条件下催化化学反应。条件下催化化学反应。酶催化特定化学反应的能力。酶活性:一.酶的特性探究实践：影响酶活性条件（1）实验验证1.实验原理2.背景知识可用在一定条件下催化某一化学反应的速率表示。唾液(淀粉酶)pH 6.27.4胃夜(胃蛋白酶)pH0.91.5小肠液(多种酶)pH 7.6使用温水(3040)效果最佳，切勿用60 以上的热水加酶影响酶活性的可能因素是？影响酶活性的可能因素是？唾液淀粉酶进入胃后还能消唾液淀粉酶进入胃后还能消化淀粉吗？化淀粉吗？不能温度、pH产物生成产物生成底物剩余底物剩余温度或pH的改变会影响酶的活性吗？3.提出问题：4.做出假设：温度或pH会影响酶的活性5.材料用具：根据实验目的选择材料用具（酶、底物、检测试剂）一.酶的特性6.实验步骤：步骤组别试管123456782mL2mL2mL2mL2mL2mL0冰水保温5min60水浴保温5min100水浴保温5min0冰水保温5min60水浴保温5min100水浴保温5min2滴2滴2滴变蓝变蓝不变蓝温度对酶的活性有影响，温度过高或过低都会降低酶的活性温度对酶活性的影响加淀粉加淀粉酶第一组第二组第三组保温混合混合保温加碘液观察颜色结论淀粉 麦芽糖淀粉酶蓝色 无蓝色碘液 碘液 1号2号3号4号5号6号1与2试管混合摇匀3与4试管混合摇匀5与6试管混合摇匀1.1.为什么不宜选择为什么不宜选择H H2 2O O2 2酶探究温度对酶活性影响酶探究温度对酶活性影响？H2O2在加热条件下分解，会干扰实验结果。2.2.本实验的自变量、因变量各是什么？观察指标？本实验的自变量、因变量各是什么？观察指标？自变量自变量检测指标3.3.能能不能用斐林试剂对实验结果检测？不能用斐林试剂对实验结果检测？不能，因为斐林试剂检测时要水浴加热，干扰实验结果。因变量自变量步骤试管1号2号3号1 2 3451mlHCl1mlH2O1mlNaOH2滴2滴2滴pH影响酶活性,过高或过低都会降低酶活性2ml2ml2ml无气泡大量气泡无气泡思考：先往试管加入酶溶液还是底物呢？先加入酶溶液一.酶的特性6.实验步骤：pH对酶活性的影响加肝脏研磨液加不同pH溶液H2O2溶液实验现象结论2H2O2 2H2O+O2H2O2酶酶1.1.为什么不宜选择淀粉探究为什么不宜选择淀粉探究PHPH对酶活性影响？对酶活性影响？淀粉在酸性条件下可以水解2.2.本实验的自变量、因变量各是什么？观察指标？本实验的自变量、因变量各是什么？观察指标？自变量检测指标底物和酶混合之前，必须先在一定的温度或PH条件下分别处理一段时间，使反应一开始就达到预设条件。自变量因变量(2)含义酶通常在酶通常在一定一定pHpH范围范围和和一定温度范围一定温度范围内才能起作用，而且在内才能起作用，而且在最适宜的温最适宜的温度和度和pHpH下酶的活性最高下酶的活性最高，温度和温度和pHpH偏高或偏低，酶活性都会明显降低偏高或偏低，酶活性都会明显降低。一.酶的特性3.酶的作用条件较温和酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。/mmol.s/mmol.s-1-1t/t/酶活性受温度影响示意图酶活性受温度影响示意图pHpH/mmol./mmol.s s-1-1酶活性受酶活性受PHPH影响示意图影响示意图(3)数学模型描述曲线含义？在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围酶的催化作用逐渐减弱。最适温度最适温度最适最适pHpH一.酶的特性/mmol.s/mmol.s-1-1t/t/酶活性受温度影响示意图酶活性受温度影响示意图pHpH/mmol./mmol.s s-1-1酶活性受酶活性受PHPH影响示意图影响示意图最适温度最适温度最适最适pHpH低温、高温、过酸、过碱对酶活性的影响其本质相同吗？低温、最适PH酶的保存方法？低温使酶的活性抑制，不会破坏酶的结构，在适宜温度下酶的活性会升高。高温、过酸、过碱会破坏酶的空间结构，使酶永久失活。失活失活失活抑制pH为多少时，酶活性最大？从图中可以得到什么结论？0反应物剩余量（相对值）PH3033 37 35 温度(pH)的变化不影响酶作用的最适pH(温度)。二.影响酶促反应速率的因素1.温度3.酶的浓度在一定浓度范围内，反应速率随浓度的升高而加快，但达到一定浓度，反应速率不再变化。2.pH影响影响底物与酶的接触面积底物与酶的接触面积进而影响酶促反应速率。进而影响酶促反应速率。酶促反应速率酶的浓度影响影响酶的空间结构酶的空间结构进而影响进而影响酶活性酶活性，影响酶促反应速率。，影响酶促反应速率。反应速率随酶浓度的升高而加快4.底物浓度受酶数量和酶的活性限制(5)意义保证细胞代谢能够在温和条件下高效进行。(4)影响因素酶促反应速率底物浓度P点底物充足酶量一定叶绿体中含有光合作用的酶，线粒体中含有呼吸作用的酶，两者分区分工，互不干扰。溶酶体中的酶(最适pH5.0)一般局限在溶酶体中发挥作用，即使少量溶酶体中的酶进入细胞质基质(pH接近中性)，也会失去活性。三.酶的分工分区1.溶菌酶溶解细菌细胞壁，具溶解细菌细胞壁，具有抗菌消炎的作用。有抗菌消炎的作用。2.果胶酶分解果肉内细胞壁中分解果肉内细胞壁中的果胶，提高果汁产的果胶，提高果汁产量，使果汁变得澄清。量，使果汁变得澄清。3.加酶洗衣粉蛋白酶蛋白酶血渍、奶渍血渍、奶渍 脂肪酶脂肪酶油渍油渍淀粉酶、纤维素酶淀粉酶、纤维素酶4.含酶牙膏含酶牙膏可以分含酶牙膏可以分解细菌解细菌,防防龋齿龋齿