第5章第1節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶(共38張PPT)-2023-2024學(xué)年高一生物人教版必修一課件

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第1節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶

第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用

1．為什么要將肉塊放在金屬籠內(nèi)？

便于取出肉塊、排除物理性消化干擾

2．是什么物質(zhì)使肉塊消失了？

3．怎樣才能證明你的猜測(cè)？

1773年，意大利科學(xué)家斯帕蘭札尼做了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)：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(guò)一段時(shí)間后，他把小籠子取出來(lái)，發(fā)現(xiàn)籠內(nèi)的肉塊消失了。

注意：鳥(niǎo)類(lèi)消化分為物理消化和化學(xué)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

細(xì)胞中每時(shí)每刻進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的統(tǒng)稱(chēng)。

一酶的作用和本質(zhì)

細(xì)胞代謝：

細(xì)胞代謝是細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，但代謝過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生代謝廢物，甚至?xí)a(chǎn)生對(duì)細(xì)胞有害的物質(zhì)，如過(guò)氧化氫。幸而細(xì)胞中含有另一種物質(zhì)，能將過(guò)氧化氫及時(shí)分解為氧氣和水。這種物質(zhì)就是過(guò)氧化氫酶。

1．酶在細(xì)胞代謝中的作用

2H2O22H2O+O2

實(shí)驗(yàn)比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解

材料：新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟（如豬肝、雞肝）研磨液

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的FeCl3溶液

新配制的體積分?jǐn)?shù)為3%的過(guò)氧化氫溶液

用具：量筒，試管，滴管，試管架，衛(wèi)生香，火柴，酒精燈，試

管夾，大燒杯，三腳架，石棉網(wǎng)，溫度計(jì)

3%的H2O2

水浴

FeCl3

肝臟研磨液

2mL

2mL

2mL

2mL

90℃

2滴

2滴

現(xiàn)

象

試管內(nèi)液面的上方

點(diǎn)燃的衛(wèi)生香

比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解速率

衛(wèi)生香

氣泡

不明顯

少量

最多

快速?gòu)?fù)燃

步驟

1234

較多

復(fù)燃

1號(hào)

2號(hào)

(1)與1號(hào)試管相比，2號(hào)試管出現(xiàn)什么不同的現(xiàn)象？

這一現(xiàn)象說(shuō)明了什么？

2號(hào)試管產(chǎn)生的氣泡多，

(2)在細(xì)胞內(nèi)，能通過(guò)加熱來(lái)提高反應(yīng)速率嗎？

不能，細(xì)胞是在常溫下生活，若加熱，會(huì)使細(xì)胞死亡

討論：

加熱能促進(jìn)H2O2的分解，提高反應(yīng)速率

加熱使過(guò)氧化氫分子得到能量

從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀追纸獾幕钴S狀態(tài)

活化能

討論：

（3）3、4號(hào)試管未經(jīng)加熱，也有大量氣泡產(chǎn)生，這說(shuō)明了什么？

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。

（4）3號(hào)試管和4號(hào)試管相比，4號(hào)試管中的反應(yīng)速率快，這說(shuō)明了什么？

過(guò)氧化氫酶比Fe3+的催化效率高得多

(5)為什么說(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？

細(xì)胞的化學(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。

(6)滴入肝臟研磨液和氯化鐵溶液時(shí)，可否共用用一個(gè)吸管？為什么？

不能

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)需要在溫和條件下（常溫、常壓）下快速有序進(jìn)行，只有酶能滿足這樣的要求

1.反應(yīng)條件溫和

2.生物化學(xué)反應(yīng)數(shù)量巨大

3.反應(yīng)速度很快

生物體內(nèi)大量的反應(yīng)是如何在溫和條件下快速進(jìn)行？

生物體內(nèi)的反應(yīng)和玻璃試管里的反應(yīng)有什么區(qū)別？

化學(xué)上：

無(wú)機(jī)催化劑

加熱、Fe3+和過(guò)氧化氫酶是怎樣加快過(guò)氧化氫分解速率的呢？

分子從常態(tài)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量稱(chēng)為活化能

化學(xué)反應(yīng)好比架車(chē)翻越一座高山，

加熱加壓相當(dāng)于給汽車(chē)加大油門(mén)，

用催化劑則相當(dāng)于幫司機(jī)找到一條穿山隧道。

各條件使反應(yīng)加快的本質(zhì)：

加熱：

Fe3+：

酶：

提高分子的能量

降低化學(xué)反應(yīng)的活化能

更顯著地降低化學(xué)反應(yīng)的活化能

正是由于酶的催化作用，細(xì)胞代謝能在溫和條件下快速進(jìn)行。

與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，催化效率更高

酶具有高效性

a

c

c

如圖a、b、c中，代表無(wú)催化條件下分子活化能的是，代表無(wú)機(jī)催化劑降低的活化能是,代表酶所降低的活化能的是＿＿＿＿

a+b+c

a+b

想一想

b

a

┇

┇

┇

無(wú)機(jī)催化劑

沒(méi)有催化劑催化

有酶催化

變量：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中變化的因素。

因變量：

對(duì)照實(shí)驗(yàn)：除自變量外，其余因素（無(wú)關(guān)變量）都保持一致，并將結(jié)果進(jìn)行比較的實(shí)驗(yàn)

對(duì)照組

實(shí)驗(yàn)組

人為控制的對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行處理的因素

隨著自變量的改變而變化的變量

無(wú)關(guān)變量：

控制變量和設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)

自變量：

除自變量外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還存在一些對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響的可變因素，如上述實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)物濃度和反應(yīng)時(shí)間等

（1）對(duì)照原則

（2）單一變量原則

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本原則：

試管編號(hào)1234

第一步每支試管加2ml過(guò)氧化氫溶液第二步

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(氣泡）

實(shí)驗(yàn)結(jié)論不明顯

少量

較多

復(fù)燃

最多

快速?gòu)?fù)燃

不處理

90℃水浴

2滴FeCl3溶液

2滴肝臟研磨液

無(wú)關(guān)變量

單一變量原則

因變量

自變量

對(duì)照組

實(shí)驗(yàn)組

對(duì)照實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

2號(hào)與1號(hào)相比

3號(hào)與1號(hào)相比

4號(hào)與1號(hào)相比

4號(hào)與3號(hào)相比

加熱能提高H2O2分解的速率

Fe3+能提高H2O2分解的速率

過(guò)氧化氫酶能提高H2O2分解的速率

過(guò)氧化氫酶比Fe3+的催化效率高

下圖是無(wú)催化劑和酶的作用機(jī)理示意圖

沒(méi)有催化劑時(shí)的活化能是_____；有酶催化時(shí)的活化能是_____。(用圖中字母表示)

CA

CB

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

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

酶的本質(zhì)

絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA。

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。

討論：

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。

3.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。

4.正確的科學(xué)方法，堅(jiān)持不懈、百折不撓的科學(xué)精神。

二、酶的特性

其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),少數(shù)的酶是RNA.

酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物。

來(lái)源

功能

本質(zhì)

酶的定義：

3

4

4

3

少量肝臟

研磨液

說(shuō)明過(guò)氧化氫酶比Fe3+的催化效率高得多。

為什么4號(hào)試管的反應(yīng)速率比3號(hào)試管快得多？

Ⅰ酶的特性

1．酶具有高效性

每一種酶只能催化化學(xué)反應(yīng)。

一種或一類(lèi)

2．酶具有專(zhuān)一性

酶的催化效率大約是無(wú)機(jī)催化劑的107～1013倍。

無(wú)機(jī)催化劑催化的化學(xué)反應(yīng)范圍比較廣。例如，酸既可以催化蛋白質(zhì)水解，也能催化脂肪水解，還能催化淀粉水解

編號(hào)1號(hào)試管2號(hào)試管實(shí)驗(yàn)步驟一二三實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

結(jié)論每管各加入淀粉酶2滴，置于60℃左右的熱水中，保溫5min

2mL蔗糖溶液

加入斐林試劑，振蕩混勻，放進(jìn)盛有熱水的大燒杯中，用酒精燈加熱，煮沸1min

2mL淀粉溶液

無(wú)磚紅色沉淀

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

材料用具：淀粉酶（最適溫度約60℃）溶液、可溶性淀粉溶液、蔗糖溶液、斐林試劑、各種所需儀器。

討論

1、在已知淀粉酶能夠催化淀粉水解的情況下，本實(shí)驗(yàn)設(shè)置1號(hào)試管還有沒(méi)有必要？

有必要，可排除無(wú)關(guān)變量的影響，如淀粉酶的活性、濃度，加熱時(shí)間等

2、本實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裼玫庖禾娲沉衷噭┻M(jìn)行檢測(cè)？

不能，因?yàn)榈庖嚎梢詸z測(cè)出淀粉是否被分解，但是無(wú)法檢測(cè)出蔗糖是否被水解

3．酶的作用條件較溫和

溶液的溫度和pH都對(duì)酶活性有影響，與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶所催化的化學(xué)反應(yīng)一般是在比較溫和的條件下進(jìn)行的

酶活性

細(xì)胞中幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都是由酶催化的。酶催化特定化學(xué)反應(yīng)的能力稱(chēng)為酶活性。

酶活性可用表示。

在一定條件下酶所催化某一化學(xué)反應(yīng)的速率

過(guò)酸、過(guò)堿或溫度過(guò)高，會(huì)使酶的遭到破壞，使酶永久失活。在左右時(shí)，酶活性很低，但酶的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在適宜的溫度下酶的活性升高。因此，酶制劑適宜在保存

0℃

低溫下

空間結(jié)構(gòu)

課題名稱(chēng)用淀粉酶探究溫度對(duì)酶活性的影響用過(guò)氧化氫酶探究pH對(duì)酶活性的影響

實(shí)驗(yàn)材料

自變量

自變量的設(shè)置方法

因變量

因變量的觀察指標(biāo)

無(wú)關(guān)變量

淀粉溶液、唾液淀粉酶

肝臟研磨液、H2O2溶液

設(shè)置系列溫度梯度；例如分別用37℃的水、沸水、冰水處理

設(shè)置系列pH梯度；例如分別用蒸餾水、HCl溶液、NaOH溶液處理

溫度

pH

酶活性

酶活性

加碘液后溶液變化的程度

氧氣產(chǎn)生的速率

pH相同且適宜等

溫度相同且適宜等

探究酶活性的適宜條件

在最適宜的溫度和PH條件下，酶的活性最高。溫度和PH偏高或偏低，酶活性都會(huì)明顯降低

υ/mmol.s-1

溫度t

最適溫度

最適PH

酶活性受溫度影響示意圖

酶活性受pH影響示意圖

★影響酶活性的因素

一般來(lái)說(shuō)，動(dòng)物體內(nèi)的酶最適溫度在35～40℃;植物體內(nèi)的酶最適溫度在40～50℃;細(xì)菌和真菌體內(nèi)的酶最適溫度差別較大，有的酶最適溫度可高達(dá)70℃。動(dòng)物體內(nèi)的酶最適pH大多在6.5～8.0，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大多為4.5～6.5

Ⅰ、生物種類(lèi)不同，其體內(nèi)酶的最適溫度不同

Ⅱ、生物種類(lèi)不同，其體內(nèi)酶的最適pH不同

Ⅲ、同種生物，不同部位酶的最適pH不同

☆生物種類(lèi)與其體內(nèi)酶的最適條件

1．酶的基本組成單位是

A．氨基酸B.核苷酸

C.氨基酸或核苷酸D.甘油和脂肪酸

C

2．下列有關(guān)對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)置的敘述中，錯(cuò)誤的是

A．空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)可分為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組

B．自變量要始終保持相同

C．無(wú)關(guān)變量要始終相同且適宜

D．要遵循單因子變量原則

B

3．關(guān)于活化能，下列說(shuō)法不正確的是

A．是反應(yīng)物分子從常態(tài)變?yōu)榛钴S狀態(tài)所需要的能量

B．加熱、加壓通常能使反應(yīng)物分子獲得活化能

C．無(wú)機(jī)催化劑使反應(yīng)物分子獲得活化能而加快反應(yīng)速率

D．酶能降低反應(yīng)的活化能而使反應(yīng)更容易進(jìn)行

C

4．在適宜溫度、pH條件下，如圖實(shí)線表示沒(méi)有酶時(shí)反應(yīng)的進(jìn)程。在T1時(shí)，將催化此反應(yīng)的酶加入反