5.1降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶課件-高一上學(xué)期生物人教版必修1

5.1降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶細(xì)胞中的催化劑問題探討意大利科學(xué)家斯帕蘭扎尼做了以下實(shí)驗(yàn)：將肉塊放置于小金屬籠內(nèi)，讓鷹把肉塊連同籠子吞食，一段時(shí)間后取出籠子，發(fā)現(xiàn)肉塊消失了。思考：為什么把肉塊放在金屬籠內(nèi)？思考：是什么物質(zhì)讓肉塊消失了？隔開消化道與肉塊，使消化道與肉塊無法直接接觸某種物質(zhì)很可能存在于消化液中發(fā)揮作用，分解了肉塊問題探討后來人們發(fā)現(xiàn)：胃液的主要成分是鹽酸肉塊+鹽酸——肉塊分解速度很慢肉塊+胃液——肉塊分解速度很快你能推測出什么結(jié)論？推測：胃液中有一種物質(zhì)，它和鹽酸混合后，對肉類的分解能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鹽酸的單獨(dú)作用。這種物質(zhì)就是胃蛋白酶事實(shí)上，細(xì)胞中每時(shí)每刻都進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝細(xì)胞代謝離不開酶酶在細(xì)胞代謝中的作用酶是一種有機(jī)物，是化學(xué)反應(yīng)的催化劑酶與無機(jī)催化劑相比，有什么不一樣的地方呢？【資料】細(xì)胞代謝是細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，但代謝也會(huì)產(chǎn)生對細(xì)胞有害的物質(zhì)，如過氧化氫，體內(nèi)過氧化氫過多會(huì)加速人體衰老。2H2O22H2O+O2↑思考：哪些條件可以加速過氧化氫的分解？加熱、加催化劑（如Fecl3)等思考：細(xì)胞內(nèi)的過氧化氫又是怎樣被快速分解的呢？新鮮肝臟中含有過氧化氫酶酶在細(xì)胞代謝中的作用實(shí)驗(yàn)：比較過氧化氫在不同條件下的分解通過比較過氧化氫在不同條件下的分解的快慢，了解過氧化氫酶的作用。①實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑趯?shí)驗(yàn)原理2H2O22H2O+O2不同條件思考：該實(shí)驗(yàn)的自變量和因變量是什么？自變量：處理?xiàng)l件（如加熱、加Fecl3、加過氧化氫酶）因變量：H2O2分解速率的快慢怎樣比較H2O2的分解速率？相同時(shí)間內(nèi)O2產(chǎn)生的多少：產(chǎn)生氣泡的數(shù)量（速度）、帶火星木條復(fù)燃情況等酶在細(xì)胞代謝中的作用實(shí)驗(yàn)：比較過氧化氫在不同條件下的分解③實(shí)驗(yàn)材料新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的FeCl3溶液新配制的體積分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液鐵架臺(tái)、酒精燈、燒杯等裝置怎樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)呢？如果不新鮮，酶的活性可能會(huì)嚴(yán)重降低酶在細(xì)胞代謝中的作用實(shí)驗(yàn)：比較過氧化氫在不同條件下的分解步驟試管編號1234

一H2O2濃度

劑量二

劑量結(jié)果氣泡產(chǎn)生小木條燃燒2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常溫90℃FeCl3肝臟研磨液2滴2滴反應(yīng)條件酶在細(xì)胞代謝中的作用實(shí)驗(yàn)：比較過氧化氫在不同條件下的分解步驟試管編號1234

一H2O2濃度

劑量二

劑量結(jié)果氣泡產(chǎn)生小木條燃燒2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常溫90℃FeCl3肝臟研磨液2滴2滴反應(yīng)條件不明顯少量較多大量復(fù)燃猛烈復(fù)燃不復(fù)燃不復(fù)燃酶在細(xì)胞代謝中的作用實(shí)驗(yàn)：比較過氧化氫在不同條件下的分解問1：比較第1組與第2組試管，你看到了什么？能得到什么結(jié)論？2號放出的氣泡多，說明加熱促進(jìn)過氧化氫的分解，提高反應(yīng)速率。思考：加熱為什么能加快反應(yīng)速率？因?yàn)榧訜崾惯^氧化氫分子得到能量，從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀追磻?yīng)的活躍狀態(tài)。H2O2(常態(tài))

能量H2O2(活躍狀態(tài))活化能活化能：分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量酶在細(xì)胞代謝中的作用實(shí)驗(yàn)：比較過氧化氫在不同條件下的分解問2：在細(xì)胞內(nèi)，能通過加熱來提高反應(yīng)速率嗎？顯然是不能的問3：3號（FeCl3）和4號（豬肝研磨液）實(shí)驗(yàn)組未經(jīng)加熱，也有大量氣泡產(chǎn)生，說明了什么？Fe3+和過氧化氫酶都能加快過氧化氫分解的速率。問4：3號（FeCl3）和4號（豬肝研磨液）實(shí)驗(yàn)組哪個(gè)反應(yīng)速率更快？4號更快，說明過氧化氫酶比Fe3+的催化效率高得多。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：H2O2在不同條件下的分解速率不一樣，其中酶的催化效率最高請思考：無論是FeCl3，還是豬肝研磨液中的過氧化氫酶，它們并沒有給過氧化氫分子能量，但卻能加快反應(yīng)速率，從活化能的角度思考原因？FeCl3和過氧化氫酶能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能作用原理：過氧化氫酶的催化作用比FeCl3更強(qiáng)，為什么？過氧化氫酶降低化學(xué)反應(yīng)的活化能的作用更顯著總結(jié)：酶與無機(jī)催化劑相比，具有高效性假設(shè)給反應(yīng)足夠的時(shí)間，哪一組實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生氧氣總量最多？一樣多，幾支試管的H2O2

溶液的體積和濃度都相同總結(jié)：酶作為催化劑，只影響反應(yīng)速度，不改變反應(yīng)結(jié)果活化能反應(yīng)過程沒有酶催化FeCl3催化有酶催化酶使細(xì)胞代謝在溫和的條件下快速有序進(jìn)行酶在細(xì)胞代謝中的作用ab:

______________________

bd:

____________________________

ad:

____________________________反應(yīng)過程能量bade初態(tài)（反應(yīng)物）終態(tài)（產(chǎn)物）活躍狀態(tài)①②③c想一想：沒有催化劑的曲線：______無機(jī)催化劑參與的曲線：______酶參與的曲線：______②①③沒有催化劑下，所需要的活化能無機(jī)催化劑下，所需要的活化能無機(jī)催化劑降低的活化能cd:

____________________________ac:

_____________________酶催化下，反應(yīng)所需的活化能酶降低的活化能更顯著更高與無機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用_______，催化效率_____。酶在細(xì)胞代謝中的作用控制變量和設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)1、變量、自變量、因變量、無關(guān)變量的概念2、對照實(shí)驗(yàn)、對照組、實(shí)驗(yàn)組的概念酶在細(xì)胞代謝中的作用控制變量和設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)變量：實(shí)驗(yàn)過程中可以變化的因素稱為變量其中人為控制的變量稱做自變量隨著自變量的變化而變化的變量稱做因變量步驟試管編號1234

一H2O2濃度

劑量二

劑量結(jié)果氣泡產(chǎn)生小木條燃燒2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常溫90℃FeCl3肝臟研磨液2滴2滴反應(yīng)條件酶在細(xì)胞代謝中的作用控制變量和設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)自變量因變量無關(guān)變量酶在細(xì)胞代謝中的作用控制變量和設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)變量：實(shí)驗(yàn)過程中可以變化的因素稱為變量其中人為控制的變量稱做自變量隨著自變量的變化而變化的變量稱做因變量除作為自變量的因素外，其余因素(無關(guān)變量)都保持一致，并將結(jié)果進(jìn)行比較的實(shí)驗(yàn)叫作對照實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的四大原則：1、單一變量原則(自變量只有一個(gè))2、等量原則（無關(guān)變量要保持一致）3、對照原則（往往要同時(shí)設(shè)置對照組與實(shí)驗(yàn)組）4、平行重復(fù)原則（排除偶然因素的影響）酶本質(zhì)的探索歷程巴斯德之前：發(fā)酵是純化學(xué)反應(yīng)，與生命活動(dòng)無關(guān)。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)胞中某種物質(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)起到催化作用，就像在活酵母細(xì)胞中一樣。巴斯德李比希畢希納薩姆納：從刀豆中提純脲酶，并證明其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA具有催化功能。薩姆納之后科學(xué)家們獲得胃蛋白酶，胰蛋白酶等許多酶的結(jié)晶，并證明這些酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。切赫、奧爾特曼總結(jié)：絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA如：組成核糖體的RNA就是催化產(chǎn)生肽鍵的酶酶本質(zhì)的探索歷程小結(jié)：化學(xué)本質(zhì)合成原料合成場所來源作用部位生理功能作用原理絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)少數(shù)是RNA氨基酸核糖核苷酸核糖體細(xì)胞核降低化學(xué)反應(yīng)的活化能只起催化作用，無其他作用活細(xì)胞（哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞除外）細(xì)胞內(nèi)外、生物體外補(bǔ)充：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證酶的本質(zhì)鑒定某種酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)還是RNA還可以直接對著酶溶液加雙縮脲試劑，如果溶液變紫色則證明是蛋白質(zhì)，反之則不是蛋白質(zhì)。酶的特性一、酶具有高效性酶的催化效率一般是無機(jī)催化劑的

倍。107

～1013酶的高效性必須與無機(jī)催化劑相比！例：酶能夠顯著降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，體現(xiàn)了酶具有高效性×意義：①保證了細(xì)胞代謝快速有效地進(jìn)行。②保證了細(xì)胞內(nèi)能量供應(yīng)的穩(wěn)定。加酶加無機(jī)催化劑不加催化劑時(shí)間產(chǎn)物的量酶的特性二、酶具有專一性含義：每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。如：脲酶——只能催化尿素分解。過氧化氫酶——只能催化過氧化氫分解二肽酶——只能催化所有的二肽分解意義：保證了每一種細(xì)胞代謝能夠有序地進(jìn)行。思考：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明酶具有專一性呢？酶的特性實(shí)驗(yàn)：探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用（1）實(shí)驗(yàn)原理②淀粉酶可以催化淀粉水解為還原糖，

但不能催化蔗糖水解。①淀粉、蔗糖均為非還原糖，

不能與斐林試劑共熱產(chǎn)生磚紅色沉淀。淀粉（非還原性）麥芽糖（有還原性）淀粉酶蔗糖（非還原性）蔗糖（無還原性）淀粉酶請明確該實(shí)驗(yàn)的自變量與因變量，嘗試寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（5分鐘）酶的特性實(shí)驗(yàn)：探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用試管編號12注入可溶性淀粉溶液2mL－注入蔗糖溶解－2mL注入新鮮的淀粉酶溶液2mL2mL在60℃條件下水浴保溫5min新配制的斐林試劑2mL2mL沸水浴1min

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有磚紅色沉淀無磚紅色沉淀斐林試劑顯色條件淀粉酶的最適溫度為60℃結(jié)論：淀粉酶只能催化淀粉水解為還原糖，對蔗糖則不起催化作用，可證明酶具有專一性。酶的特性實(shí)驗(yàn)：探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用補(bǔ)充與鞏固：請思考：該實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裼玫庖簩?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢測？不能！因?yàn)榈庖褐荒軝z測淀粉是否被水解，而蔗糖無論是否被水解都不會(huì)使碘液變色。請思考：已知淀粉酶能夠催化淀粉水解，設(shè)置1號試管還有無必要？

有必要！可排除淀粉酶的活性、濃度等無關(guān)變量的影響。酶的特性補(bǔ)充與鞏固：酶具有專一性的原因（1）鎖鑰學(xué)說酶與底物的結(jié)合部位的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格匹配，高度互補(bǔ)，猶如一把鎖與其原裝鑰匙在結(jié)構(gòu)上的互補(bǔ)與匹配。事實(shí)上，大量實(shí)驗(yàn)表明，鎖鑰學(xué)說并不完全正確酶的特性補(bǔ)充與鞏固：酶具有專一性的原因（2）誘導(dǎo)契合學(xué)說

酶活性部位不是剛性不變的，底物與酶活性部位結(jié)合時(shí)，會(huì)誘導(dǎo)酶發(fā)生構(gòu)象變化，使酶的活性中心變得與底物的結(jié)構(gòu)互補(bǔ)，兩者相互契合，從而發(fā)揮催化功能。酶的特性三、酶的作用條件較為溫和原理：（1）酶的化學(xué)本質(zhì)大多是蛋白質(zhì)，在高溫、過酸、過堿、重金屬鹽等作用下會(huì)發(fā)生變性，導(dǎo)致失去活性。（2）低溫條件下，酶的空間結(jié)構(gòu)不會(huì)被破壞，但會(huì)使的肽鏈在低溫下會(huì)收縮，不易與底物嵌合。請根據(jù)原理嘗試畫出：1、酶的活性隨溫度變化的示意圖2、酶的活性隨酸堿度變化的示意圖酶的特性溫度酶活性最適溫度abc0溫度比最適溫度低，酶活性下降，酶的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，若溫度升高可恢復(fù)。溫度比最適溫度高，酶活性下降，空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，溫度降低時(shí)不可恢復(fù)。低溫保存高溫變性溫度不同，酶活性可能相同，如a、c。圖1：溫度對酶活性的影響低溫時(shí)活性降低但不為0，溫度過高導(dǎo)致酶完全失活，活性會(huì)降到0！酶的特性圖2：酸堿度對酶活性的影響隨著pH降低，酶活性下降，若pH重新升高不可恢復(fù)。隨著pH升高，酶活性下降，pH重新降低時(shí)不可恢復(fù)。強(qiáng)酸、強(qiáng)堿會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使酶永久失活。（兩邊都會(huì)降到0）pH酶活性最適pHabc0注意：最適pH不一定是7，如胃蛋白酶（存在于胃液中），最適pH約為1.5實(shí)驗(yàn)：探究影響酶活性的條件酶的特性實(shí)驗(yàn)一、探究溫度對酶活性的影響1.實(shí)驗(yàn)原理淀粉遇碘變藍(lán)，根據(jù)不同溫度下，經(jīng)相同時(shí)間內(nèi)反應(yīng)后的溶液是否出現(xiàn)藍(lán)色以及藍(lán)色的深淺可以判斷淀粉被水解的量，從而判斷不同溫度下酶的活性。碘液淀粉酶碘液淀粉藍(lán)色小分子糖無藍(lán)色出現(xiàn)如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)？1、如何確保酶處于設(shè)定的溫度？2、先加酶再調(diào)溫度or先調(diào)溫度再加酶，為什么？操作1號試管2號試管3號試管4號試管5號試管6號試管0℃0℃50℃50℃100℃100℃加淀粉2mL—2mL—2mL—加淀粉酶—2mL—2mL—2mL保溫在各自溫度下保溫5min混合將2號加入1號中將4號加入3號中將6號加入5號中保溫在各自溫度下保溫5min加碘液2滴2滴2滴觀察顏色變藍(lán)不變藍(lán)變藍(lán)1、酶的催化作用需要適宜的溫度，2、溫度過低或過高都會(huì)影響酶的活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)：探究影響酶活性的條件酶的特性實(shí)驗(yàn)一、探究溫度對酶活性的影響是先加酶再調(diào)溫度，還是先調(diào)溫度再加酶，為什么？必須先調(diào)好溫度再加酶，因?yàn)槊敢坏┙佑|到底物會(huì)立刻發(fā)生反應(yīng)，再改溫度就來不及了！該實(shí)驗(yàn)（溫度對酶的影響）使用的酶能不能換成過氧化氫酶，為什么？不可以！因?yàn)闇囟缺旧砭蜁?huì)影響過氧化氫分解的速度，此時(shí)無法確定過氧化氫的分解是高溫的作用還是酶的作用！實(shí)驗(yàn)：探究影響酶活性的條件酶的特性實(shí)驗(yàn)二、探究酸堿度對酶活性的影響1.實(shí)驗(yàn)原理過氧化氫可在過氧化氫酶的作用下分解產(chǎn)生氧氣和水，根據(jù)不同pH下氣泡產(chǎn)生的快慢可判斷過氧化氫酶的活性。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路先調(diào)pH再混合實(shí)驗(yàn)步驟一取三支試管，編號1、2、3。

二三支試管都三支試管都加入5mLH2O2溶液，振蕩，反應(yīng)三1號試管中加入1mL蒸餾水2號試管中加入等量