降低化学反应活化能的酶-课件【新教材】人教版(2019)高中生物必修一

第5章细胞的能量供应和利用细胞作为一个最基本的生命系统，只有不断输入能量，才能维持生命的有序性。能量的获得与利用都离不开化学反应，而反应速率与酶的催化密切相关。第１节降低化学反应活化能的酶问题探讨：P76斯帕兰札尼研究鹰的消化作用实验。背景：当时认为鹰的胃只有物理性消化。讨论：１.为什么要将肉块放在金属笼内？排除了物理性消化，观察有无化学性消化。２.是什么物质使肉块消失了？胃液里的消化酶进行化学性消化，使肉块消失了。３.怎样才能证明你的推测？从鹰胃中提取胃液，在体外进行消化实验。探究·实践比较过氧化氢在不同条件下的分解新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。质量分数为3.5%FeCl3溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3+，大约是过氧化氢酶分子数的25万倍。（一）酶在细胞代谢中的作用细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。而化学反应通常需要酶的参与。那么，酶有什么作用呢？一、酶的作用和本质本实验用观察气泡产生的数量及点燃卫生香的复燃情况来比较反应速率。目的要求通过比较H2O2在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。材料用具材料：3%H2O2溶液，20%肝脏研磨液，3.5%FeCl3溶液用具：量筒，试管，滴管，试管架，卫生香，火柴，酒精灯，试管夹，大烧杯，三脚架，石棉网，温度计。方法步骤：见课文P77页步骤试管编号说明1234一二结果结论方法步骤、实验结果与结论：2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温90℃FeCl3肝脏研磨液2滴清水2滴清水2滴2滴不明显少量较多大量不复燃不复燃变亮复燃过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样。反应条件自变量因变量无关变量H2O2浓度剂量剂量气泡产生卫生香燃烧对照组实验组对照实验讨论：P771.与1号试管相比，2号试管出现什么不同现象？这一现象说明什么？2号试管气泡较多，说明加热能使反应速率加快。2.在细胞内，能够通过加热来提高反应速率吗？不能；因为加热会杀死细胞。3.3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？说明催化剂有催化作用，加快了反应速率。4.3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？4号试管中的反应速率快；说明酶的催化效率比无机催化剂高；酶使细胞内的化学反应在温和的条件下快速有序地进行。3443少量肝脏研磨液结论：说明过氧化氢酶比Fe3+（无机催化剂）的催化效率高得多。结论：结果：4号试管的反应速率比3号试管快得多科学方法控制变量和设计对照实验自变量：人为改变的变量。因变量：随自变量变化而变化的变量。无关变量：实验过程中，可能还存在一些可变因素，对实验结果造成影响，但跟要探讨的问题无关，这些变量称为无关变量。除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验，在对照实验中除了要观察的变量外，其他无关变量都应当相同且适宜。这就是对照原则和单一变量原则。活化能：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称为活化能。2H2O2→2H2O+O2加热使过氧化氢分子得到能量，使更多的分子从常态变为容易分解的活跃状态。反应速率改变的原理思考：Fe3+和酶为反应提供了能量吗？酶降低了反应物分子活化时所需的能量。（Ea：活化能）酶降低化学反应活化能的图解同等的能量，有酶会使更多的分子处在活化状态，从而使反应大大加快。由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和的条件下快速有序地进行。1.加热：2.Fe3+：3.酶：使过氧化氢得到了的能量降低化学反应的活化能更显著地降低化学反应的活化能，催化效率更高。小结：各条件使反应加快的原理（二）酶的本质拓展：酶与无机催化剂的比较Fe3+、MnO2等过氧化氢酶性质无机催化剂有机催化剂条件高温、高压条件温和（常温、常压）催化效率较低（降低活化能）高效(107-1013)（更显著的降低活化能）催化对象多种反应一种或一类的反应共同特点反应前后质量不变；性质不变；不改变化学平衡点及产物的生成量。只改变化学反应速率。思考·讨论P79关于酶本质的探索认为发酵是纯化学反应，与生命活动无关发酵与整个活细胞的活动有关发酵与细胞中的某种物质有关酵母细胞中的某物质能在细胞外起作用酶是蛋白质巴斯德之前巴斯德李比希毕希纳萨姆纳少数RNA也具有生物催化功能切赫和奥特曼讨论：P801、巴斯德和李比希的观点各有什么积极意义？各有什么局限性？都认为发酵与酵母菌有关；巴斯德局限于与整个活细胞有关，李比希局限于细胞裂解后才发挥作用。2、巴斯德和李比希争论的原因是什么？对研究酶的本质起到什么作用？争论的原因是只提出观点，未进行实验验证；促使后来的科学家用实验去验证，结束争论。3、从毕希纳的实验可以得出什么结论？是酵母细胞的产物引起发酵。4、萨姆纳取得成功靠的是什么样的精神品质？尝试不同的方法，持之以恒的努力。5.请给酶下一个比较完整的定义活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数是蛋白质。少数RNA也具有生物催化的功能。来源：活细胞。作用：催化作用（活性用反应速率表示）。本质：有机物。（多数是蛋白质，少数是ＲＮＡ）二、酶的特性（与无机催化剂相比）酶具有高效性酶具有专一性酶的催化效率大约是无机催化剂的107-1013倍。每一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应。酶的作用条件较温和常压、适宜的温度和PH。以上特性可以通过探究实验证明。思考：酶的高效性、专一性对细胞有什么意义呢？酶的高效性和专一性能使细胞的化学反应快速、有序地进行，满足机体代谢的需要。回顾：酶具有高效性的实验结果H2O2在H2O2酶条件下比在Fe3+下的分解速率更快，说明酶具有高效性。（一）酶具有高效性3443少量肝脏研磨液思考：酶能像无机催化剂一样，催化多种化学反应吗？步骤试管1试管212ml可溶性淀粉2ml蔗糖溶液22ml新鲜淀粉酶溶液，振荡，60℃水浴保温5min32ml斐林试剂，边加边轻轻振荡4酒精灯煮沸1min，观察溶液颜色变化结果产生砖红色不产生砖红色探究·实践：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用结论：淀粉酶能够促使淀粉水解，但不能使蔗糖水解，具有专一性。（二）酶具有专一性步骤试管1试管212ml可溶性淀粉2ml可溶性淀粉22ml工业淀粉酶溶液2ml蛋白酶溶液3振荡摇匀，60oC保温15min42ml斐林试剂，边加边轻轻振荡5水浴煮沸1min(或50-60oC保温2min)结果产生砖红色不产生砖红色探究酶具有专一性方案二：换酶不换底物结论：蛋白酶不能使淀粉水解，具有专一性探究·实践P82影响酶活性的条件酶催化化学反应的能力称为酶活性，用催化化学反应速率表示（可测底物的消耗量或产物的生成量）。细胞环境条件改变，酶的活性会怎样变化呢？背景知识唾液的PH为6.2-7.4，胃液的PH为0.9-1.5，小肠液的PH为7.6。唾液淀粉酶会随唾液流入胃，胃蛋白酶会随食糜进入小肠你能提出什么问题？案例：探究不同PH对淀粉酶活性的影响提出问题淀粉酶在不同PH条件下的活性是一样吗？作出假设淀粉酶是蛋白质，在不同的PH条件下，它的活性是不一样的。材料用具2%淀粉酶溶液，缓冲液，3%可溶性淀粉溶液，0.01mol/LHCl溶液，0.01mol/NaOH溶液，斐林试剂。实验原理淀粉酶的活性越高，促使淀粉水解产生的还原糖就越多，加入斐林试剂加热后颜色越深。实验1：不同PH对淀粉酶活性的影响试管编号12345新鲜淀粉酶溶液1毫升1毫升1毫升1毫升1毫升缓冲液调节PH1371013可溶性淀粉液2毫升2毫升2毫升2毫升2毫升振荡试管10min后，在60℃恒温水浴15min刚配好的斐林试剂1毫升1毫升1毫升1毫升1毫升轻轻振荡试管，煮沸1min结果（颜色）无砖红色浅砖红色砖红色浅砖红色无砖红色结论淀粉酶在pH为７左右的活性最高，强酸、强碱使淀粉酶失活。实验2：不同温度对淀粉酶活性的影响试管编号处理1234工业淀粉酶溶液1毫升1毫升1毫升1毫升各自温度3分钟0℃25℃60℃100℃可溶性淀粉液2毫升2毫升2毫升2毫升振荡混和后，静置3分钟，然后各滴2滴碘液结果（颜色）蓝色浅蓝色不变蓝蓝色结论温度过高或过低都会影响酶的活性说明：工业淀粉酶的最适温度在60oC左右，本实验测底物的消耗速度，淀粉消失则遇碘不变蓝。温度对酶活性的影响酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。相关信息：动物体内的酶最适温度在35-40℃之间；植物体内的酶最适温度在40-50℃之间；细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大。（三）酶的作用条件较温和动物体内的酶最适pH在6.5-8.0之间；植物体内的酶最适pH在4.5-6.5之间；细菌和真菌体内的酶最适pH差别较大。例外：胃蛋白酶的最适PH为1.5。温度、pH对酶活性影响的曲线υ/mmol.s-1最适pH0pH酶活性受pH影响示意图0最适温度t/℃υ/mmol.s-1酶活性受温度影响示意图在最适宜的温度和PH条件下，酶的活性最高。各条件影响酶活性的原理低温过酸、过碱或温度过高不破坏酶的空间结构酶的空间结构遭到破坏酶的活性很低酶的活性永久丧失在适宜的温度下，酶的活性可以恢复↓在适宜的温度下，酶的活性不可以恢复。因此，酶制剂适宜在低温下保存。pH67891011相对反应速率（10-2·s-1）1.01.31.82.22.01.4拓展：根据实验数据绘制曲线图建立坐标；描点；连曲线。024680.51.01.52.02.53.0107911pH相对反应速率（10-2·s-1）拓展：影响酶促反应的其他因素1.酶浓度对酶促反应的影响2.底物浓度对酶促反应的影响酶的浓度反应速率底物的浓度反应速率底物足够，其他条件不变酶浓度一定，其他条件不变酶的特性：高效性、专一性及作用条件较温和（适宜的温度和pH）。酶的活性：过酸、过碱、高温都会使酶永久性失活，低温能抑制酶的活性，酶结构没未被破坏，温度升高时酶的活性可恢复。酶的活性可能随着温度的升高会表现为升高再降低；酶在最适pH时，活性随着pH的升高，会逐渐降低；反应物溶液酸碱度的变化不影响酶促反应的最适温度。酶促反应：酶作为催化剂进行催化的化学反应。酶促反应速率的测量指标：（1）测量单位时间内底物的消耗量。（2）测量单位时间内产物的生成量。本节总结：1.下列各项是关于酶的叙述，其中正确的一项是：①酶是活细胞产生的②酶都有消化功能③酶的本质是蛋白质、蛋白质都是酶④酶具有专一性、高效性⑤酶降低细胞代谢化学反应活化能⑥淀粉酶能促进淀粉水解A．①②③B．①②③④C．①②④⑥D．①④⑤⑥练习２.能够促使唾液淀粉酶水解的酶是：A.蛋白酶B.淀粉酶C.脂肪酶D.麦芽糖酶3.通常胃液的pH约为1.4左右，在测定胃蛋白酶活性时，将溶液pH由10降到1的过程中，胃蛋白酶的活性将A、不断上升B、没有变化C、先升后降D、先降后升