降低化学反应活化能的酶课件

第1节降低化学反应活化能的酶一

酶的作用和本质

第5章细胞的能量供应和利用课程内容标准核心素养对接1．通过对酶催化作用具体实例的讨论，说明酶在细胞代谢中的作用及酶的本质。2．通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断地探索和争论中前进的，伟大的科学家也会有认识上的局限性。1．利用结构与功能观理解酶的功能是由其独特的空间结构决定的。(生命观念)2．通过分析综合，归纳概括酶的本质。(科学思维)3．学会设计对照实验，证明酶的作用。(科学探究)我们吃下去的食物都是如何被消化的？

通过物理性消化和化学性消化

物理性消化是指牙齿的咀嚼、舌的搅拌、胃肠的蠕动、胆汁对脂肪的乳化等，它将食物磨碎，改变食物的形态，但不改变食物的分子结构和化学性质的一个物理过程。化学消化是指通过消化酶的作用，将不溶于水的淀粉、蛋白质和脂肪分解成可溶于水的小分子有机物的过程。

为探究鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化，意大利科学家斯帕兰札尼做了一个巧妙的实验：问题探讨

1773年，意大利科学家斯帕兰札尼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。讨论：1.为什么要将肉块放在金属笼内？2.是什么物质使肉块消失了？3.怎样才能证明你的推测？排除物理性消化，观察是否有化学性消化。是胃内的某种(化学)物质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了斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用一、酶的发现

食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质。后来，科学家

1835年，

施

旺

(

德

)

斯帕兰札尼

胃腺分泌物中有一种物质，将它与

盐酸混合后，对肉类的分解能力远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。

发现胃液中含有大量的盐酸，

推测盐酸是使食物分解的物质。酶是什么？酶的作用？酶化学本质？1、概念：（一）细胞代谢二、酶的作用和本质细胞代谢是生命活动的基础。细胞中每时每刻进行的化学反应，统称为细胞代谢。2、场所：3、意义：主要在细胞质基质细胞代谢离不开酶的催化作用

细胞代谢的过程中会产生一些对细胞有害的物质，如过氧化氢，那细胞会实际上受害吗？

幸而细胞中含有一种物质，能将H2O2及时分解，变成O2和H2O，这种物质就是过氧化氢酶。

下面我们就以过氧化氢在不同条件下的分解为例，探究酶的作用。

(二)酶在细胞代谢中的作用

课本P78探究•实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解2H2O2→2H2O+O21.常温2.加热3.FeCl3溶液(Fe3+)4.过氧化氢酶(肝脏研磨液)实验原理:实验目的：通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解酶的作用原理和意义。H2O2酶(胞内酶)可以将新鲜的肝脏研磨后得到检测指标：观察气泡产生的数量、点燃卫生香的复燃情况(无机催化剂)如何检验？H2O2酶是胞内酶，要研磨肝脏才会从细胞被释放出来比较过氧化氢在不同条件下的分解试管编号说明1234一

H2O2二结果

气泡产生卫生香燃烧结论2mL2mL2mL2mL常温90℃水浴加热2滴FeCl32滴肝脏研磨液处理

步骤处理

1号试管2号试管3号试管4号试管

二2mL2mL2mL2mL常温90℃水浴加热2滴FeCl32滴肝脏研磨液处理现象讨论：1.与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明了什么？不能。加热会破坏细胞的结构。步骤

2号试管放出的气泡较多。说明加热能促进H2O2的分解，提高反应速率。结果H2O22.在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？一1号试管2号试管3号试管4号试管一

二2mL2mL2mL2mL常温90℃水浴加热2滴FeCl32滴肝脏研磨液处理现象讨论：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？4.3号与4号相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？步骤

结果H2O2说明Fe3+和H2O2酶都能加快H2O2分解的速率。4号试管反应速率快。说明H2O2酶比Fe3+的催化效率更高。5.为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？

5.答：因为细胞代谢需要在常温、常压下高效进行，只有酶能满足这样的要求。比较过氧化氢在不同条件下的分解试管编号说明1234一

H2O2二结果

气泡产生卫生香燃烧结论2mL2mL2mL2mL常温90℃水浴加热2滴FeCl32滴肝脏研磨液基本无少量较多很多不复燃能复燃复燃较强复燃剧烈处理

步骤过氧化氢在不同条件下分解速率不同,在酶的催化下反应最快处理

现象

阅读P78科学方法“控制变量和设计对照实验”相关内容，指出这个实验中的自变量、因变量、无关变量、对照组、实验组分别对应于哪一项？试管编号说明1234一

H2O2二结果

气泡产生卫生香燃烧2mL2mL2mL2mL常温90℃水浴加热2滴FeCl32滴肝脏研磨液不明显少量较多大量不复燃不复燃复燃复燃剧烈处理

步骤自变量因变量无关变量变量对照组

实验组对照实验保持一致观察、检测因变量，得到实验结论控制自变量，形成对照对照性原则等量性原则单一变量原则科学方法：控制变量和设计对照实验变量人为控制的对实验对象进行处理的因素因自变量改变而变化的变量自变量：因变量：无关变量：除了自变量外，实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素。实验过程中的变化因素。空白对照

学以致用：

某同学为了探究唾液淀粉酶是否是蛋白质而设计了如下实验：请找出其中的自变量、因变量和无关变量。实验组：新鲜唾液+双缩脲试剂→是否出现紫色反应；对照组：鸡蛋清溶液+双缩脲试剂→出现紫色反应。

自变量

无关变量

因变量(标准蛋白质)H2O2(常态)活化能

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。(1)加热为什么能加快过氧化氢分解？(2)3号和4号并未加热，为什么反应速率也会提高呢？2H2O2→2H2O+O21、常温

2、加热

3、Fe3+做催化剂

4、过氧化氢酶加热获得能量H2O2(活跃状态)

因为3号Fe3+和4号H2O2酶都能降低化学反应的活化能。但同无机催化剂相比，酶能更显著地降低化学反应的活化能，因而催化效率更高。（三）酶的作用机理

加热：Fe3+(无机催化剂)：H2O2酶：（三）酶的作用机理提供能量降低化学反应的活化能降低化学反应的活化能更显著催化效率更高降低化学反应的活化能

酶能显著降低化学反应的活化能没有酶催化时，反应所需的活化能

有酶催化时，反应所需的活化能酶所降低的活化能对号入座巴斯德李比希

毕希纳

萨姆纳切赫奥尔特曼B发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞

中某些物质起作用。C

酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续

起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。E

脲酶是蛋白质D

少数RNA也具有生物催化功能。BAEA

引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只

有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。DC（四）酶的本质巴斯德之前发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德(法国)发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用毕希纳(德国)酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样萨姆纳(美国)从刀豆中提取脲酶并证明脲酶是蛋白质李比希(德国)切赫、奥特尔曼(美国)少数RNA也具有生物催化功能1、酶本质的探索历程争论其他科学家胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质什么是酶?酶的定义是：2.酶的定义

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。酶的定义：

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。作用2、酶是活细胞产生的，只能在活细胞中发挥作用吗？

答：酶在细胞内、外，在生物体内、外都能发挥作用

作用原理：降低活化能来源酶的化学本质问：1、酶的基本单位是__________________。氨基酸或核糖核苷酸酶的作用和本质小结哺乳动物成熟的红细胞除外催化作用是唯一功能蛋白质

RNA

氨基酸或核苷酸

细胞核

活细胞

催化作用

活化能

新课程P117/例1、P118/迁移通关11号和2号对照，自变量是_______________;1号和3号对照，自变量是_______________;1号和4号对照，自变量是_________________；3号和4号对照，自变量是__________________。1234

34

FeCl3肝匀浆不同温度比较过氧化氢在不同条件下的分解，填空：有无催化剂催化剂的种类有无催化剂(有无酶)例2如图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验。下列有关分析合理的是()A．本实验的自变量是催化剂的种类B．本实验的无关变量有温度和过氧化氢的用量等C．1号和4号试管对比可说明酶具有催化作用D．3号和4号试管对比可说明酶具有专一性C还有温度和催化剂的有无H2O2的量和浓度等高效性

新课程P115/例1(1)没有酶催化时反应的活化能是

段，有酶催化时反应进行所需要的活化能是

段(用字母表示)。(2)酶能不能为化学反应提供所需要的能量？____。酶加快反应速率的机理是什么？___________________________ACBC放能反应4．酶的作用原理：右图是无催化剂和酶的作用机理示意图不能酶降低了化学反应的活化能

新课程P114/44．酶的作用原理：右图是无催化剂和酶的作用机理示意图(3)酶降低的活化能是

段。(4)若将酶变为无机催化剂，则B点在纵轴上应向

移动。AB上放能反应(5)下表数据是在20℃测得的H2O2分解的活化能，数据说明，酶和无机催化剂相比有什么不同？条件活化能/(kJ·mol)没有催化剂催化75FeCl3催化54用过氧化氢酶催化29放能反应和无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，即催化效率更高。

新课程P115/例2例2

右图中Ⅰ代表无催化剂条件下的反应曲线，Ⅱ代表酶作催化剂条件下的反应曲线，E代表能量，则下列相关叙述正确的是()A．E4代表无催化剂条件下反应所需的活化能B．在反应物起始量相同的条件下，Ⅱ生成物比Ⅰ少C．若Ⅱ代表无机催化剂条件下的反应曲线，则E3增大D．E2和E1分别代表有催化剂和无催化剂时反应所需的活化能D作用是作用机理

酶的本质：酶对照实验分组控制变量人为控制保持一致观察、检测

课堂小结催化作用

降低化学反应的活化能

对照组实验组绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA自变量因变量无关变量

二、酶的特性课程内容标准核心素养对接1．阐明酶的高效性、专一性和作用条件较温和。2．通过相关的实验和探究，尝试控制自变量、观察和检测因变量，设置对照组和重复组。1．通过建立温度、pH对酶活性的影响等数学模型，理解影响的规律和实质。(科学思维)2．合理设计探究温度、pH对酶活性影响的实验步骤，规范实施实验，探究影响酶活性的因素。(科学探究)酶的定义

酶是________产生的具有__________的________，其中绝大多数酶是________，少数酶是_______。

二、酶的特性1、酶具有高效性2、酶具有专一性3、酶的作用条件较温和要有适宜的温度要有适宜的pH活细胞催化作用有机物蛋白质RNA本节聚焦：酶具有哪些特性？酶的活性受哪些条件

的影响？高效性二、酶的特性酶的催化效率大约是无机催化剂的107~1013倍。与3号试管比，4号试管的反应速率快得多，即过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。这说明酶具有的高效性。

比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率1、酶具有高效性的实验酶的催化效率一般是无机催化剂的

倍。107

～1013酶具有高效性的意义：

酶的高效性保证了细胞内化学反应的顺利进行和能量供应的稳定。

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FeCl3肝匀浆酶具有高效性该实验的自变量是__________________催化剂的种类1号和2号对照，说明________________________________;1号和3号对照，说明_________________________________________________________________________;1号和4号对照，说明__________________________________________________________________________；3号和4号对照，说明_______________________。1234

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FeCl3肝匀浆加热能加快过氧化氢的分解速率比较过氧化氢在不同条件下的分解，填空：

酶能催化过氧化氢的分解速率，即酶具有催化作用

FeCl3(Fe3+)能加快过氧化氢的分解速率，即Fe3+具有催化作用酶具有高效性新课程P122/

(3)下图是分别表示酶高效性的曲线，请分析：①根据图1分析，酶和无机催化剂相比，有什么共同点和不同点？相同点：酶和无机催化剂都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平衡点(即生成物的量或生成物浓度)。不同点：与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。酶能像无机催化剂一样，催化多种化学反应吗?无机催化剂催化的化学反应范围比较广。例如：蛋白质

多肽或氨基酸酸脂肪

甘油和脂肪酸酸淀粉

葡萄糖酸1

2H2O2

淀粉H2O2酶H2O2酶？碘液√蓝色说明H2O2酶只能使H2O2水解，而不能使淀粉水解。这就是酶的专一性高效性一种酶只能催化____________化学反应大约是无机催化剂的107~1013倍二、酶的特性一种或一类专一性探究实践：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用淀粉蔗糖非还原糖酶酶麦芽糖果糖+葡糖糖还原糖淀粉淀粉再用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，就可

以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。？能用碘液鉴定吗，为什么?

不能，因为碘液不能鉴定蔗糖是否水解。60℃热水(酶的最适温度)1淀粉溶液蔗糖溶液2淀粉酶溶液斐林试剂淀粉被水解成了还原糖蔗糖没有被水解结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，说明酶具有专一性。(探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用)

2、酶具有专一性的实验砖红色无变化(蓝色)本实验的自变量是___________因变量是_____________无关变量是_____________对照组是_____号试管溶液颜色的变化底物的种类溶液的量、温度等160℃热水1淀粉溶液蔗糖溶液2淀粉酶溶液斐林试剂淀粉被水解成了还原糖蔗糖没有被水解

2、酶具有专一性的实验左边实验的自变量是___________因变量是_____________本实验不能用碘液检验底物的种类溶液颜色的变化60℃热水1淀粉溶液淀粉溶液2斐林试剂淀粉酶溶液蔗糖酶溶液淀粉被水解成了还原糖淀粉没有被水解成了还原糖右边实验的自变量是___________因变量是_____________本实验能否用碘液检验？酶的种类溶液颜色的变化砖红色无变化(蓝色)砖红色无变化(蓝色)实验步骤一二三四现象加入淀粉酶2滴，振荡，试管下半部浸入60℃左右的热水中，反应5min2号中加入2mL蔗糖溶液加入斐林试剂振荡约60℃水浴2min1号试管中加入2mL淀粉溶液2号试管无颜色变化砖红色沉淀淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，说明酶具有专一性。探究•实践

淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用

填空结论自变量无关变量因变量1号试管每一种酶只能催化____________化学反应。细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的_______是分不开的。

酶具有专一性(锁钥学说)一种或一类

专一性A酶B为底物(反应物)C、D为产物(生成物)

课本P85/二、1酶-底物复合物A．此图可反映酶的专一性B．图中D可表示酶C．图中B可表示被催化的底物D．图中E、F可表示B分解后的产物《新课程》P1273．如图表示酶的催化反应过程，下列有关叙述错误的是()BA为酶B为被A催化的底物C、D为不能被A催化的物质E、F为B被分解后的产物活性部位解读：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

；而加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶具有___________。

酶具有专一性

(曲线模型)每一种酶只能催化____________化学反应。一种或一类

无催化作用专一性生活实例：1.人发烧时食欲不振。3.胃蛋白酶颗粒使用说明:适用于酸性环境。正常体温为37℃左右一般在50—60℃PH为1.52.加酶洗衣粉的包装袋上常注明适用温水。酶的作用需要适宜的温度和PH高效性一种酶只能催化___________化学反应二、酶的特性专一性一种或一类酶的作用条件较温和(即需要适宜的温度和PH)酶的催化效率大约是无机催化剂的107~1013倍。3.酶的作用条件较温和(即需要适宜的温度和PH)新课程P120/3.酶的作用条件较温和

填空(1)酶活性：可用在一定条件下酶催化某一化学反应的_______表示。(2)酶所催化的化学反应一般是在__________的条件下进行的。过酸、过碱或温度过高，都会使酶的___________遭到破坏，使酶永久_______。低温只能使酶的活性______，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会______。速率酶促反应速率可用单位时间内底物（反应物）的消耗量或产物的生成量来表示比较温和空间结构失活降低升高0最适温度t/℃υ/mmol.s-1温度对酶活性的影响.C

.B1.b点为__________，对应的B点酶的活性最高。

2.A→B表示_____________________________3.B→C表示______________________________最适温度随温度升高，酶的活性增强随温度升高，酶的活性减弱4.已知过酸、过碱、高温都会破坏酶的空间结构而使酶变性失活，那么温度从80℃(如图中c点)降低到最适温度，酶活性_____，温度从5℃(如图中a点)升高到最适温度，酶活性______。不变增强c

a

b(80℃)(5℃)温度过高温度过低.A

深度思考、精确回答：建构数学模型pH对酶活性的影响υ/mmol.s-1最适pH0pH过碱过酸.D.E.FpH对酶活性的影响和温度对酶活性的影响曲线相似特别提醒：胃蛋白酶的最适pH呈酸性(1.5)0最适温度

t/℃υ/mmol.s-1

在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用______，超过这一范围，酶的催化作用逐渐______。过酸、过碱、高温都会破坏酶的_________而使酶_________，而低温只是暂时抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性。增强减弱永久失活空间结构3、酶的作用条件较温(即酶需要适宜的温度和PH)υ/mmol.s-1

最适pH0pHPH过高PH过低.D.E.F温度过高温度过低降低失活失活失活υ/mmol.s-100υ/mmol.s-1请判断下列两条曲线哪条是温度对酶活性的影响，哪条是pH对酶活性的影响？A

B

温度pH提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果表达与交流（_________会影响酶的活性吗？）（__________会影响酶的活性）

探究：影响酶活性的条件(课本P83-84)温度/PH温度/PH设计时的问题聚焦1.实验的自变量是什么？2.实验的因变量是什么？如何检测实验结果？

观察到什么样的现象？

淀粉溶液、H2O2溶液淀粉酶溶液、肝脏研磨液（H2O2酶）

冰水、沸水、蒸馏水、质量分数为5﹪的盐酸、5﹪的NaOH溶液、碘液、试管、烧杯、滴管等提供的实验材料：

注意:强酸易使其分解注意：高温易使其分解确定研究课题1.温度对酶活性的影响2.pH对酶活性的影响如何选材？如何进行实验设计?酶最适温度的水乙冰水甲90℃热水丙1淀粉溶液淀粉溶液淀粉溶液1ˊ3ˊ22ˊ3淀粉酶溶液淀粉酶溶液淀粉酶溶液用淀粉酶探究温度对酶活性的影响(不宜用H2O2酶)此实验的自变量是____________不同的温度1淀粉溶液1ˊ淀粉酶溶液淀粉溶液22ˊ淀粉酶溶液淀粉溶液3ˊ3淀粉酶溶液1淀粉和酶混合淀粉和酶混合2淀粉和酶混合3

用碘液来检验淀粉溶液的颜色变化，即检验底物淀粉是否被水解了，不能用斐林试剂来检验产物。变蓝色不变蓝变蓝色淀粉没有被水解淀粉被水解完了淀粉没有被水解结论：低温和高温条件下酶的活性均受到抑制，在最适温度下，酶活性最高酶最适温度的水乙冰水甲90℃热水丙用淀粉酶探究温度对酶活性的影响(不宜用H2O2酶)1淀粉溶液1ˊ淀粉酶溶液淀粉溶液22ˊ淀粉酶溶液淀粉溶液3ˊ3淀粉酶溶液1淀粉和酶混合淀粉和酶混合2淀