人教版教學(xué)課件11-12學(xué)年高一生物必修1(新人教版)同步課件：51降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶.ppt

第五章 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶,第1節(jié) 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶,1知識與技能 (1)細胞代謝的概念。 (2)酶的作用和本質(zhì)。 (3)酶的特性。 (4)提高學(xué)生觀察、分析、判斷的思維能力，提高學(xué)生的實驗操作能力。,學(xué)習(xí)目標(biāo),2過程與方法 (1)通過本節(jié)課教學(xué)，讓學(xué)生進行有關(guān)的實驗和探索，學(xué)會控制自變量，觀察和檢測因變量的變化，以及設(shè)置對照組和重復(fù)實驗。 (2)通過讓學(xué)生了解酶的發(fā)現(xiàn)過程，使學(xué)生體會實驗在生物學(xué)研究中的作用地位；通過討論酶在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，使學(xué)生認(rèn)識到生物科學(xué)技術(shù)與社會生產(chǎn)、生活的關(guān)系；體會科學(xué)、技術(shù)、社會之間相互促進的關(guān)系，進而體會研究生命科學(xué)價值。 (3)在實驗?zāi)芰μ岣叩幕A(chǔ)上，提高學(xué)生運用語言表達的能力和分享信息、分享實驗成果的能力。,3情感態(tài)度與價值觀 (1)通過學(xué)習(xí)生物學(xué)家研究酶的本質(zhì)的過程，激勵學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家實事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于探索的科學(xué)精神。 (2)通過實驗探究影響酶活性的條件，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、創(chuàng)新精神和合作精神。,一、酶在細胞代謝中的作用 1細胞代謝 (1)場所：細胞中。 (2)實質(zhì)：各種_反應(yīng)的總稱。 (3)意義：細胞生命活動的_。,知識清單,2比較過氧化氫在不同條件下的分解 (1)實驗原理 2H2O22H2OO2。 加熱、FeCl3溶液中的_以及肝臟研磨液中的_均可影響H2O2的分解速率。 (2)實驗過程和現(xiàn)象記錄,(3)實驗結(jié)論 酶在溫和條件下，可以高效地完成對化學(xué)反應(yīng)的催化。 (4)實驗中變量的控制 自變量：在實驗過程中_的變量。在本實驗中為90水浴加熱、_和_等。 因變量：隨著_的變化而變化的變量。在本實驗中為_。 無關(guān)變量：除自變量外，實驗過程中可能還會存在的一些對實驗結(jié)果造成影響的變量，如肝臟的新鮮程度等。 對照原則：在對照實驗中，除了要觀察的變量外，其他變量都應(yīng)_。,3酶的作用原理 (1)活化能：分子從_轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的_狀態(tài)所需要的能量。 (2)原理：同無機催化劑相比，酶_的作用更顯著，因而催化效率更高。 (3)意義：使細胞代謝能在_條件下快速進行。,二、酶的本質(zhì) 1探索歷程,難點1 酶在細胞代謝中的作用 1細胞代謝的實質(zhì)：細胞中各種化學(xué)反應(yīng)的總稱。在一個反應(yīng)體系中，任何反應(yīng)物分子都有進行化學(xué)反應(yīng)的可能，但卻并非都進行了反應(yīng)。因為在反應(yīng)體系中各個反應(yīng)物分子所含的能量高低不同，只有那些含能達到或超過某一限度的活化分子才能在碰撞中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。顯然，活化分子越多，反應(yīng)速度越快。而使反應(yīng)物分子變?yōu)榛钴S狀態(tài)的途徑有二： (1)對反應(yīng)體系加熱或加壓等，從而使反應(yīng)物分子獲得所需的活化能。 (2)使用適當(dāng)?shù)拇呋瘎?，降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。,難點互動,2酶的作用機理 (1)酶在細胞代謝中的作用 在細胞代謝過程中，酶的作用僅是催化化學(xué)反應(yīng)的進行，并不為反應(yīng)提供物質(zhì)和能量。 (2)酶能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能 活化能：在一個化學(xué)反應(yīng)體系中，反應(yīng)開始時，反應(yīng)物分子的平均能量水平低，為“初態(tài)”。在反應(yīng)的任何一瞬間，反應(yīng)物中都有一部分分子具有了比初態(tài)更高一些的能量，高出的這一部分能量就是“活化能”。,催化機理：包括酶在內(nèi)的催化劑，能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，如圖所示。由于在催化反應(yīng)中，只需較少的能量就可使反應(yīng)物進入“活化態(tài)”，和非催化反應(yīng)相比，處于“活化態(tài)”的分子數(shù)量大大增加，從而加快了反應(yīng)速率。同無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著。,酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的實例(在20測得的過氧化氫分解的活化能),應(yīng)用指南：酶與一般無機催化劑的共同點： 改變化學(xué)反應(yīng)速率，本身不被消耗； 只能催化已存在的化學(xué)反應(yīng)； 降低活化能，使反應(yīng)速率加快； 縮短達到平衡的時間，但不改變化學(xué)反應(yīng)方向和平衡點。,例1 在適宜溫度、pH條件下，如圖實線表示沒有酶時反應(yīng)的進程。在T1時，將催化此反應(yīng)的酶加入反應(yīng)物中，則圖中表示此反應(yīng)進程的是( ) A曲線A B曲線B C曲線C D曲線D 答案：C,解析：酶的作用是降低活化能，因而催化效率更高，但它并不改變反應(yīng)平衡點。從圖中可以看出，曲線A、B、D均改變了此反應(yīng)的平衡點，都是錯誤的。曲線C，酶使反應(yīng)達到平衡的時間縮短(即反應(yīng)速度提高)，而不改變反應(yīng)的平衡點。,變式訓(xùn)練1 關(guān)于酶的作用的敘述，正確的是( ) A為生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)提供能量 B能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能 C促進生物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的運輸 D催化效率與無機催化劑相同 答案：B,難點2 “比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗 1實驗設(shè)計思路 (1)對照組：1號試管只加入2mLH2O2溶液，以排除其他因素(如溫度)的變化對實驗結(jié)果產(chǎn)生的影響。 (2)實驗組：2、3、4號試管在加入2mLH2O2溶液的基礎(chǔ)上，分別放入90水浴中、加入2滴FeCl3溶液、加入2滴肝臟研磨液，與1號試管形成對照，比較現(xiàn)象。,2實驗設(shè)計圖示,3實驗設(shè)計及現(xiàn)象分析,4.實驗過程的理論分析,特別提示：對所用酶材料肝臟的要求： 選用新鮮肝臟，若不新鮮，肝臟細胞內(nèi)過氧化氫酶在腐生菌的作用下分解。 使用肝臟時，要充分研磨，使肝臟細胞內(nèi)的酶能與底物接觸，使酶發(fā)揮正常催化作用。 滴肝臟研磨液和FeCl3溶液時，不能共用一個吸管，否則滴的FeCl3溶液中會含少量肝臟研磨液，而研磨液中H2O2酶具高效性，會使兩個試管中氣泡一樣多，從而影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。,例2 下列對“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗結(jié)果的分析，正確的是( ) A在過氧化氫酶的作用下，過氧化氫分解最快，是因為20%的肝臟研磨液的濃度高于3.5%的FeCl3溶液 B3.5%FeCl3對過氧化氫分解速率慢是因為其分子摩爾濃度過高，影響了活性的正常發(fā)揮 C肝臟研磨液中過氧化氫分解速率快，是因為酶的催化效率比一般無機催化劑催化效率高 D如果將四支試管都放在90水浴中，第4支試管(加肝臟研磨液的試管)反應(yīng)速率仍為最快,答案：C,變式訓(xùn)練2 關(guān)于下圖所示實驗的描述，正確的是( ) A兩試管中的催化劑相同 B兩試管加入催化劑的分子數(shù)相同 C實驗?zāi)康氖球炞C酶的專一性 D兩試管中產(chǎn)生氧氣總量可能相同，但所需的反應(yīng)時間不同,答案：D 解析：在兩試管中加入的催化劑分別是氯化鐵和過氧化氫酶，1滴氯化鐵溶液所含的氯化鐵分子數(shù)遠遠多于1滴過氧化氫酶溶液所含的酶分子數(shù)。從圖中看出實驗變量是催化劑的不同，因此實驗?zāi)康氖球炞C酶的高效性。由于兩試管中過氧化氫的濃度、體積完全相同，而酶與無機催化劑只是催化反應(yīng)的速度不同，并不改變反應(yīng)的平衡點，因此最終產(chǎn)生的氧氣量相同，而過氧化氫酶最先催化反應(yīng)達到平衡。,難點3 有關(guān)酶本質(zhì)和催化特性的實驗 1驗證酶的本質(zhì)的實驗思路 (1)驗證酶是蛋白質(zhì)：酶解法：水解的最終產(chǎn)物是氨基酸；化學(xué)水解：經(jīng)酸堿水解后最終產(chǎn)物是氨基酸；空間結(jié)構(gòu)變性法：凡使蛋白質(zhì)變性的因素都可使酶變性失活；顯色反應(yīng)法：酶能與雙縮脲試劑呈現(xiàn)紫色；元素分析法：酶的元素組成與蛋白質(zhì)相似。 (2)驗證酶是RNA，常用RNA酶水解法。,2酶的催化特性的實驗 (1)高效性,實驗流程：(見下表),變量分析 自變量：溫度(tn)或pH(pHn)； 因變量：底物分解速率(現(xiàn)存量)或產(chǎn)物形成速率(產(chǎn)物生成量)； 無關(guān)變量：底物濃度、體積，酶濃度、體積，pH(或溫度)。,探究溫度影響酶活性流程：(如下表),結(jié)論：酶的活性需要適宜的溫度，高溫、低溫都影響酶的活性。,探究pH影響酶活性的流程：(如下表),結(jié)論：酶的活性需要適宜pH，pH偏高或偏低都影響酶的活性。,特別提示：設(shè)計酶相關(guān)實驗的一般程序： 分組編號不同處理平衡無關(guān)變量觀察現(xiàn)象分析結(jié)果得出結(jié)論。 設(shè)計溫度或pH對酶活性影響的實驗時，應(yīng)使反應(yīng)一開始便達到預(yù)設(shè)溫度或pH，首先將底物、酶液分別處理到各自預(yù)設(shè)的溫度或pH條件下，然后將相應(yīng)底物與相應(yīng)的酶混勻。,例3 某同學(xué)在驗證“酶的專一性”時，設(shè)計并進行了如下實驗： A實驗原理：淀粉遇碘變藍，麥芽糖遇碘不變藍。唾液中含有唾液淀粉酶，不含有蔗糖酶，所以只能催化淀粉水解為麥芽糖，而不能催化蔗糖水解。,B實驗步驟：取A、B、C三支潔凈試管，按下表中順序進行操作：,C.通過該實驗，這位同學(xué)得出的結(jié)論是：唾液淀粉酶只能分解淀粉，不能分解蔗糖，證明了“酶具有專一性”。 請根據(jù)以上內(nèi)容回答下述問題： (1)該同學(xué)實驗設(shè)計所用的實驗原理( ) A不正確 B無法驗證淀粉是否被分解 C非常好 D無法驗證蔗糖是否被分解 (2)該實驗中采用兩組對照，它們分別是_、_，分別比較的是_、_。 (3)你認(rèn)為應(yīng)該對該實驗的哪一步驟進行改進后才完善？將_并給予_條件。這時試管C的結(jié)果為_，說明_，原因是_。,答案：(1)D (2)試管A與試管B 試管B與試管C 清水和唾液對淀粉水解的催化效果的差別 唾液對淀粉和蔗糖水解的催化效果的差別 (3)試管C中滴加碘液的步驟換成加入斐林試劑 沸水浴加熱 無顏色變化 唾液淀粉酶不能催化蔗糖水解 唾液淀粉酶具有專一性 解析：此實驗?zāi)康氖球炞C“酶的專一性”，在分析評價實驗時，應(yīng)遵循單一變量原則和對照性原則。本題所加試劑不對，蔗糖與碘液不發(fā)生顏色反應(yīng)，不能說明淀粉酶不能催化蔗糖水解，應(yīng)加入鑒定產(chǎn)物的試劑，如斐林試劑。,點撥：設(shè)計實驗的一般思路，首先找出并分析實驗?zāi)康模@取實驗變量和實驗類型，然后設(shè)計實驗步驟，在步驟設(shè)計中，遵循基本實驗原則，最后預(yù)期實驗結(jié)果。若驗證性實驗，只有一種實驗?zāi)康念A(yù)期，而探究性實驗中，需要做各種可能的結(jié)果分析。一切實驗都在可行性的條件下進行，如用碘液檢測蔗糖是否水解，是不可行的。,變式訓(xùn)練3 用蛋清制備一定量的混濁液，然后用其進行下列實驗。實驗處理和結(jié)果如下表所示： 實驗一單位：mL,實驗二單位：mL,根據(jù)實驗結(jié)果回答： (1)A酶發(fā)揮作用所需要的pH環(huán)境為_；B酶發(fā)揮作用所需要的pH環(huán)境為_。 (2)第4管和第8管液體不發(fā)生變化的原因是_。 (3)如果第2管反映的是胃內(nèi)的消化過程，那么A酶是_，蛋清的分解產(chǎn)物主要是_。 (4)如果第6管代表小腸內(nèi)消化過程，且B酶由多種消化酶組成，其消化產(chǎn)物能否被吸收？為什么？ _。,答案：(1)酸性 堿性 (2)高溫煮沸使A酶和B酶失去活性 (3)胃蛋白酶 多肽 (4)能吸收；因為蛋清被分解為氨基酸 解析：解答本題的關(guān)鍵在于正確解讀表格?；鞚岬牡扒逯泻胸S富的蛋白質(zhì)，如果蛋白質(zhì)被分解則液體變清。分析實驗一可知，A酶發(fā)揮催化作用需要酸性環(huán)境，如果是胃內(nèi)變化，則表示在胃蛋白酶的催化作用下將蛋白質(zhì)進行初步消化，分解形成多肽。分析實驗二可知，B酶發(fā)揮催化作用需要堿性環(huán)境。如果是小腸內(nèi)的消化，包括胰蛋白酶、腸肽酶對蛋白質(zhì)的消化作用，最終可將蛋白質(zhì)分解形成氨基酸，被消化道吸收。,難點4 影響酶催化作用的因素 1溫度的影響(如下圖) 在一定溫度范圍內(nèi)，酶活性隨溫度升高而增強，其中酶的活性最高時的溫度，即為該種酶的最適溫度。若超過最適溫度，酶的活性逐漸下降，甚至停止(此時酶已變性失活)。,若將低溫t1時的酶，逐漸升高到t0，活性可恢復(fù)，(如下圖)；若將高溫t2時的酶逐漸降至t0，活性不能恢復(fù)。,2pH的影響(如下圖) 每種酶只能在一定限度的pH范圍內(nèi)表現(xiàn)出活性，其中酶活性最高時的pH即為該酶的最適pH。 注意：在過酸或過堿環(huán)境中，酶失去活性，并且不能再恢復(fù)。,3底物濃度對酶促反應(yīng)的影響 (1)在底物濃度較低時，反應(yīng)速率隨底物濃度增加而加快，反應(yīng)速率與底物濃度近乎成正比。 (2)當(dāng)?shù)孜餄舛群芨?，且達到一定限度時，反應(yīng)速率就達到一個最大值，此時即使再增加底物濃度，反應(yīng)速率也幾乎不再改變，原因是酶飽和了。(如圖),4酶的濃度對酶促反應(yīng)的影響 底物足夠多、其他條件適宜且不變情況下，酶促反應(yīng)速率與酶濃度成正比，(如下圖)。,例4 胰蛋白酶作用于一定量的某種物質(zhì)(底物)，溫度保持37，pH保持在最適值，生成物量與反應(yīng)時間關(guān)系如下圖。請回答下列問題：,(1)該酶作用的底物是_。 (2)在140min后，曲線變成水平，這是因為_。 (3)若增加胰蛋白酶濃度，其他條件不變，請在原圖上畫出生成物量變化的示意曲線。 (4)若胰蛋白酶濃度和其他條件不變，反應(yīng)液pH由2逐漸升高到10，則酶催化反應(yīng)的速度將怎樣？_。原因是_。,(5)下圖中能正確表示胰蛋白酶對底物的分解速度和溫度關(guān)系的是( ),答案：(1)蛋白質(zhì) (2)底物量一定，底物已被耗盡 (3)見下圖。 (4)不變 在pH2時酶已經(jīng)失活 (5)C 解析：第(1)小題蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)水解。第(3)小題畫坐標(biāo)曲線，反應(yīng)速度加快，時間縮短，最終生成物量不變。第(4)小題反應(yīng)速度不變，在pH為2時酶已變性失活。第(5)小題側(cè)重于考查胰蛋白酶的最適溫度為37。另外第(2)小題考查化學(xué)反應(yīng)的常識，隨著反應(yīng)時間的推移，反應(yīng)底物耗盡，生成物量不再增加。,變式訓(xùn)練4 下圖縱軸為酶催化的反應(yīng)速度，橫軸為底物濃度，其中能正確表示酶量增加1倍時，底物濃度和反應(yīng)速度關(guān)系的是( ),答案：B 解析：當(dāng)酶濃度一定時，在一定的范圍內(nèi)隨底物濃度的增大，反應(yīng)速度與底物濃度呈正比關(guān)系，隨著底物濃度的繼續(xù)增加，反應(yīng)速率不再增加，酶的濃度制約了反應(yīng)速度。若酶的濃度增加，則酶的催化反應(yīng)速率增加，所以答案為B而不是A。,與酶相關(guān)的問題拓展 拓展一：消化過程中胃會受傷害嗎？ 提示：胃是消化和能分泌消化液的器官，胃壁由黏膜、黏膜下層、肌層和外膜構(gòu)成，其主要特點是黏膜具有分泌功能的上皮及三種胃腺，肌層特別厚。胃黏膜最靠近胃腔處的細胞內(nèi)充滿黏原顆粒，黏原顆粒排出后形成黏液，覆蓋在粘膜表面形成一層保護屏障，能防止胃液內(nèi)高濃度的鹽酸與胃蛋白酶對黏膜的損傷。胃腺細胞分泌的是胃蛋白酶原，沒有催化活性，要在鹽酸作用下，才可激活成胃蛋白酶，具有催化活性。來自口腔的消化酶，隨食物到達胃后，由于胃部環(huán)境過酸，已失去活性。因此在消化過程中胃是不受損傷的。也體現(xiàn)了生物體結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一性。,知識拓展,拓展二：生物體的所有細胞都能產(chǎn)生酶嗎？ 提示：生物體的細胞原則上只要是活的，都可以產(chǎn)生酶。因為，活細胞的標(biāo)準(zhǔn)之一是它們能進行新陳代謝，新陳代謝是活細胞中所有有序的化學(xué)變化的總稱，其中每一個化學(xué)變化都是在酶的催化作用下進行的。酶作為一種有機大分子，細胞是不能主動地吸收的，即它不能穿透細胞膜，故細胞內(nèi)的酶不可能由別的細胞合成后，運輸進來；當(dāng)然，細胞內(nèi)的酶也不能輸出細胞膜。在人體內(nèi)，成熟的紅細胞是沒有細胞核的，也沒有復(fù)雜膜結(jié)構(gòu)的細胞器，紅細胞一旦成熟，將不再繼續(xù)合成酶，這也是紅細胞壽命短的原因之一。,例 下列各項中，對酶的敘述不正確的是( ) A酶是生物化學(xué)反應(yīng)的催化劑 B酶在參與化學(xué)反應(yīng)的前后，本身無變化 C酶的基本組成單位是氨基酸或核苷酸 D酶只能在活細胞中合成和起催化作用 答案：D 解析：備選答案中的A、C兩選項是教材中酶的概念、酶的化學(xué)本質(zhì)的內(nèi)容，B是化學(xué)學(xué)科所學(xué)過的化學(xué)催化劑的特征，所以，只有D選項是錯誤的。酶是活細胞產(chǎn)生的，但不是只在活細胞中才起催化作用，例如，加酶洗衣粉等生物技術(shù)在人類的生活實際中的應(yīng)用就充分說明了這一點。,點撥：解答此題的關(guān)鍵是理解酶的概念，以及酶的特點，并能聯(lián)系化學(xué)知識綜合解題。,變式訓(xùn)練 絕大多數(shù)酶的合成場所是( ) A內(nèi)質(zhì)網(wǎng) B葉綠體 C核糖體 D高爾基體 答案：C 解析：酶是由活細胞產(chǎn)生的，并且絕大部分是蛋白質(zhì)，只有少數(shù)為RNA。因為核糖體是細胞中蛋白質(zhì)合成的場所，所以絕大部分酶合成的場所主要是核糖體。,1下列有關(guān)酶的敘述，不正確的是( ) A酶是在活細胞中產(chǎn)生的 B酶多數(shù)是蛋白質(zhì) C酶只在細胞內(nèi)起催化作用 D酶能使生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)在常溫、常壓條件下迅速而順利地進行 答案：C,隨堂練習(xí),解析：酶是活細胞產(chǎn)生的一類具有生物催化作用的有機物。絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA。酶既可以在細胞內(nèi)起作用，像線粒體中的呼吸氧化酶和葉綠體中的光合酶等，也可以分泌到細胞外起作用，如唾液淀粉酶、胃蛋白酶等各種消化酶。在正常情況下，酶能加快反應(yīng)速率，但并不影響最終產(chǎn)物的生成量。,2(2011襄陽市高一統(tǒng)測)分別用0 和100 的溫度處理某種酶后，酶都沒有活性，但( ) A經(jīng)過0 處理的酶的活性能夠恢復(fù) B經(jīng)過100 處理的酶的活性能夠恢復(fù) C經(jīng)過0 處理的酶的空間結(jié)構(gòu)遭破壞 D經(jīng)過100 處理的酶被水解成了氨基酸 答案：A,3一分子過氧化氫酶能在1min內(nèi)使5105個過氧化氫分子分解成水和氧，相當(dāng)于三價鐵離子催化速度的109倍，但對糖的水解卻不起作用。這種現(xiàn)象說明酶具有( ) A高效性、穩(wěn)