人教版教学课件1112学年高一生物必修1新人教版同步课件：51降低化学反应活化能的酶.ppt

第1节 降低化学反应活化能的酶 1知识与技能 (1)细胞代谢的概念。 (2)酶的作用和本质。 (3)酶的特性。 (4)提高学生观察、分析、判断的思维能力，提高 学生的实验操作能力。 学习目标 2过程与方法 (1)通过本节课教学，让学生进行有关的实验和探 索，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以 及设置对照组和重复实验。 (2)通过让学生了解酶的发现过程，使学生体会实 验在生物学研究中的作用地位；通过讨论酶在生产、 生活中的应用，使学生认识到生物科学技术与社会生 产、生活的关系；体会科学、技术、社会之间相互促 进的关系，进而体会研究生命科学价值。 (3)在实验能力提高的基础上，提高学生运用语言 表达的能力和分享信息、分享实验成果的能力。 3情感态度与价值观 (1)通过学习生物学家研究酶的本质的过 程，激励学生学习科学家实事求是的科学态 度和勇于探索的科学精神。 (2)通过实验探究影响酶活性的条件，培 养学生的探索精神、创新精神和合作精神。 一、酶在细胞代谢中的作用 1细胞代谢 (1)场所：细胞中。 (2)实质：各种_反应的总称。 (3)意义：细胞生命活动的_。 知识清单 2比较过氧化氢在不同条件下的分解 (1)实验原理 2H2O22H2OO2。 加热、FeCl3溶液中的_以及肝脏研磨液 中的_均可影响H2O2的分解速率。 (2)实验过 程和现象记录 试管编 号 加入物质处理现象 12 mL H2O2溶液不做处理_ _ 22 mL H2O2溶液_有气泡产 生 32 mL H2O2溶液加2滴FeCl3溶 液 有气泡产 生 42 mL H2O2溶液2滴肝脏研磨液_ _ (3)实验结论 酶在温和条件下，可以高效地完成对化学反应的催化。 (4)实验中变量的控制 自变量：在实验过 程中_的变量。在本实 验中为90水浴加热、_和_等。 因变量：随着_的变化而变化的变量。在 本实验中为_。 无关变量：除自变量外，实验过 程中可能还会存在的 一些对实验结 果造成影响的变量，如肝脏的新鲜程度等。 对照原则：在对照实验中，除了要观察的变量外，其 他变量都应_。 3酶的作用原理 (1)活化能：分子从_转变为 容易发 生化学反应的_状态所需要的能量。 (2)原理：同无机催化剂相比，酶_ 的作用更显著，因而催化效率更高。 (3)意义：使细胞代谢能在_条件下 快速进行。 二、酶的本质 1探索历程 科学家实验 推论或结论 法国微生 物学家巴 斯德 糖类变 成酒精一定有 _存在 德国化学 家李比希 只有在_，酵母细 胞中的某些物质才能引起发 酵 德国化学 家毕希纳 发现 不含酵母细胞的提取液 同样能引起发酵并将酵母细 胞中引起发酵的物质称为 _ 难点1 酶在细胞代谢中的作用 1细胞代谢的实质：细胞中各种化学反应的总 称。在一个反应体系中，任何反应物分子都有进行化 学反应的可能，但却并非都进行了反应。因为在反应 体系中各个反应物分子所含的能量高低不同，只有那 些含能达到或超过某一限度的活化分子才能在碰撞中 发生化学反应。显然，活化分子越多，反应速度越快 。而使反应物分子变为活跃状态的途径有二： (1)对反应体系加热或加压等，从而使反应物分 子获得所需的活化能。 (2)使用适当的催化剂，降低化学反应的活化能。 难点互动 2酶的作用机理 (1)酶在细胞代谢中的作用 在细胞代谢过程中，酶的作用仅是催化化学反应 的进行，并不为反应提供物质和能量。 (2)酶能降低化学反应的活化能 活化能：在一个化学反应体系中，反应开始时 ，反应物分子的平均能量水平低，为“初态”。在反 应的任何一瞬间，反应物中都有一部分分子具有了比 初态更高一些的能量，高出的这一部分能量就是“活 化能”。 催化机理：包括酶在内的催化剂，能降低化学反应 的活化能，如图所示。由于在催化反应中，只需较少的能量 就可使反应物进入“活化态”，和非催化反应相比，处于 “活化态”的分子数量大大增加，从而加快了反应速率。同 无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。 酶降低化学反应活化能的实例(在20测得 的过氧化氢分解的活化能) 条件活化能/kJmol 1 没有催化剂催化75 用胶态铂 催化54 用过氧化氢酶催 化 29 应用指南：酶与一般无机催化剂的共同点 ： 改变化学反应速率，本身不被消耗； 只能催化已存在的化学反应； 降低活化能，使反应速率加快； 缩短达到平衡的时间，但不改变化学反 应方向和平衡点。 例1 在适宜温度、pH条件下，如图实线表示 没有酶时反应的进程。在T1时，将催化此反应的酶加 入反应物中，则图中表示此反应进程的是( ) A曲线A B曲线B C曲线C D曲线D 答案：C 解析：酶的作用是降低活化能，因而催化 效率更高，但它并不改变反应平衡点。从图 中可以看出，曲线A、B、D均改变了此反应 的平衡点，都是错误的。曲线C，酶使反应达 到平衡的时间缩短(即反应速度提高)，而不改 变反应的平衡点。 变式训练 1 关于酶的作用的叙述，正确的 是( ) A为生物体内的化学反应提供能量 B能降低化学反应的活化能 C促进生物体内营养物质的运输 D催化效率与无机催化剂相同 答案：B 难点2 “比较过氧化氢在不同条件下的分解”实 验 1实验设计 思路 (1)对照组：1号试管只加入2mLH2O2溶液，以排 除其他因素(如温度)的变化对实验结 果产生的影响。 (2)实验组 ：2、3、4号试管在加入2mLH2O2溶液 的基础上，分别放入90水浴中、加入2滴FeCl3溶液 、加入2滴肝脏研磨液，与1号试管形成对照，比较 现象。 2实验设计图 示 3实验设计 及现象分析 试 管 3%的 过氧化 氢溶液 (mL) 控制变量 点燃的卫 生香检测 结果分析 实验处 理 H2O2分解 速率(气泡 多少) 12无助燃性H2O2自然分解缓慢 22 90水浴加 热 很少有助燃性 加热能促进H2O2分 解 32 滴加35% 的FeCl3溶液 2滴 较多 助燃性 较强 Fe3能催化H2O2分 解 42 滴加20%的 肝脏研磨液2 滴 很多 助燃性 更强 过氧化氢酶有催化 H2O2分解的作用，且 效率高 4.实验过 程的理论分析 自变量因变量无关变量对照 组 实验组 2号： 90水浴 加热 3号：加 3.5%的 FeCl3溶 液2滴 4号：加 20%的肝 脏研磨液 2滴 H2O2分解 速率，用 产生 气泡的多 少 表示 加入H2O2 的量；实 验室的温 度； FeCl3溶 液和肝脏 研磨液的 新鲜程度 1号 试管 2、3、4 号试管 特别提示：对所用酶材料肝脏的要求： 选用新鲜肝脏，若不新鲜，肝脏细胞内过氧化 氢酶在腐生菌的作用下分解。 使用肝脏时，要充分研磨，使肝脏细胞内的酶 能与底物接触，使酶发挥正常催化作用。 滴肝脏研磨液和FeCl3溶液时，不能共用一个吸 管，否则滴的FeCl3溶液中会含少量肝脏研磨液，而研 磨液中H2O2酶具高效性，会使两个试管中气泡一样多 ，从而影响实验结果的准确性。 例2 下列对“比较过氧化氢在不同条件下的分 解”实验结果的分析，正确的是( ) A在过氧化氢酶的作用下，过氧化氢分解最快 ，是因为20%的肝脏研磨液的浓度高于3.5%的FeCl3 溶液 B3.5%FeCl3对过氧化氢分解速率慢是因为其分 子摩尔浓度过高，影响了活性的正常发挥 C肝脏研磨液中过氧化氢分解速率快，是因为 酶的催化效率比一般无机催化剂催化效率高 D如果将四支试管都放在90水浴中，第4支试 管(加肝脏研磨液的试管)反应速率仍为最快 答案：C 变式训练2 关于下图所示实验的描述，正确的 是( ) A两试管中的催化剂相同 B两试管加入催化剂的分子数相同 C实验目的是验证酶的专一性 D两试管中产生氧气总量可能相同，但所需的 反应时间 不同 答案：D 解析：在两试管中加入的催化剂分别是氯化铁和 过氧化氢酶，1滴氯化铁溶液所含的氯化铁分子数远远 多于1滴过氧化氢酶溶液所含的酶分子数。从图中看出 实验变量是催化剂的不同，因此实验目的是验证酶的 高效性。由于两试管中过氧化氢的浓度、体积完全相 同，而酶与无机催化剂只是催化反应的速度不同，并 不改变反应的平衡点，因此最终产生的氧气量相同， 而过氧化氢酶最先催化反应达到平衡。 难点3 有关酶本质和催化特性的实验 1验证酶的本质的实验思路 (1)验证酶是蛋白质：酶解法：水解的最终产 物是氨基酸；化学水解：经酸碱水解后最终产物是 氨基酸；空间结构变性法：凡使蛋白质变性的因素 都可使酶变性失活；显色反应法：酶能与双缩脲 试剂呈现紫色；元素分析法：酶的元素组成与蛋白 质相似。 (2)验证酶是RNA，常用RNA酶水解法。 2酶的催化特性的实验 (1)高效性 实验流程：(见下表) 序号项目 试管 12 1注入可溶性淀粉溶液2mL/ 2注入蔗糖溶液/2mL 3注入新鲜的淀粉酶溶液2mL振荡2mL振荡 460热水保温5min5min 5加斐林试剂2mL振荡2mL振荡 6 将试管下半部放入热水中 加热煮沸 1min1min 7观察实验结 果 有砖红 色沉淀 无砖红 色沉淀 结 论 淀粉酶只能催化淀粉的水解，不能催化蔗糖的水解 变量分析 自变量：温度(tn)或pH(pHn)； 因变量：底物分解速率(现存量)或产物形成速率(产物生成量)； 无关变量：底物浓度、体积，酶浓度、体积，pH(或温度)。 探究温度影响酶活性流程：(如下表) 序号 实验操作内容 试管1试管2试管3 1 加等量可溶性淀 粉溶液 2mL2mL2mL 2 控制不同温度条 件 60热水 (5min) 沸水 (5min) 冰块 (5min) 3 加等量新鲜淀粉 酶溶液 1mL (5min) 1mL (5min) 1mL (5min) 4加等量碘液1滴1滴1滴 5观察实验现 象 不出现蓝色 (呈现碘液颜 色) 蓝色蓝色 结论 ：酶的活性需要适宜的温度，高温 、低温都影响酶的活性。 探究pH影响酶活性的流程：(如下表) 序号 实验 操作内容 试管1试管2试管3 1注入等量的新鲜淀粉酶溶液1mL1ml1mL 2注入等量的不同pH的溶液 1mL 蒸馏水 1mL NaOH溶液 1mL HCl 3注入等量的可溶性淀粉溶液2mL2mL2mL 4放入60热水中相等时间5min5min5min 5加等量斐林试剂 并摇匀2mL2mL2mL 6 放入热水中用酒精灯 加热煮沸 1min1min1min 7观察实验现 象 砖红 色 沉淀 无砖红 色 沉淀 无砖红 色 沉淀 结论 ：酶的活性需要适宜pH，pH偏高或 偏低都影响酶的活性。 特别提示：设计酶相关实验的一般程序 ： 分组编号不同处理平衡无关变量观 察现象分析结果得出结论。 设计温度或pH对酶活性影响的实验时， 应使反应一开始便达到预设温度或pH，首先将 底物、酶液分别处理到各自预设的温度或pH条 件下，然后将相应底物与相应的酶混匀。 例3 某同学在验证“酶的专一性”时 ，设计并进行了如下实验： A实验原理：淀粉遇碘变蓝，麦芽糖 遇碘不变蓝。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为麦芽 糖，而不能催化蔗糖水解。 B实验步骤：取A、B、C三支洁净试 管，按下表中 顺序进行操作： 操作步 骤 分组 加入 2mL 淀粉 糊 加入 2mL蔗 糖溶液 加入 2mL 清水 加入 2mL 稀 释唾 液 30 水浴 滴入 数滴 碘液 观察 结果 试管A30min变蓝 试管B30min不变蓝 试管C30min不变蓝 C.通过该实验 ，这位同学得出的结论是：唾液淀粉酶只 能分解淀粉，不能分解蔗糖，证明了“酶具有专一性”。 请根据以上内容回答下述问题： (1)该同学实验设计 所用的实验原理( ) A不正确 B无法验证淀粉是否被分解 C非常好 D无法验证蔗糖是否被分解 (2)该实验 中采用两组对照，它们分别是_、 _，分别比较的是_、 _。 (3)你认为应该对该实验 的哪一步骤进行改进后才完善 ？将_并给予_条件。这时试 管C的结果为 _，说明_，原因是_ 。 答案：(1)D (2)试管A与试管B 试管B与试管C 清水和唾液 对淀粉水解的催化效果的差别 唾液对淀粉和蔗糖水 解的催化效果的差别 (3)试管C中滴加碘液的步骤换成加入斐林试剂 沸水浴加热 无颜色变化 唾液淀粉酶不能催化蔗糖 水解 唾液淀粉酶具有专一性 解析：此实验目的是验证“酶的专一性”，在分 析评价实验时，应遵循单一变量原则和对照性原则。 本题所加试剂不对，蔗糖与碘液不发生颜色反应，不 能说明淀粉酶不能催化蔗糖水解，应加入鉴定产物的 试剂，如斐林试剂。 点拨：设计实验的一般思路，首先找出并 分析实验目的，获取实验变量和实验类型，然 后设计实验步骤，在步骤设计中，遵循基本实 验原则，最后预期实验结果。若验证性实验， 只有一种实验目的预期，而探究性实验中，需 要做各种可能的结果分析。一切实验都在可行 性的条件下进行，如用碘液检测蔗糖是否水解 ，是不可行的。 变式训练3 用蛋清制备一定量的混浊液，然后用其进行 下列实验。实验处 理和结果如下表所示： 实验一单位：mL 试管号 处理 1234 水2000 蛋清混浊液0222 A酶溶液1110 煮沸后冷却的A酶溶液0001 稀盐酸溶液0.50.500.5 碳酸钠溶液000.50 37水浴30min 结果无变化 液体变 清 无变化 无变化 实验二单位：mL 试管号 处理 5678 水2000 蛋清混浊液0222 B酶溶液1110 煮沸后冷却的B酶溶 液 0001 碳酸钠溶液0.50.500.5 稀盐酸溶液000.50 37水浴30min 结果无变化 液体变 清 无变化 无变化 根据实验结 果回答： (1)A酶发挥作用所需要的pH环境为_；B酶发 挥作用所需要的pH环境为_。 (2)第4管和第8管液体不发生变化的原因是 _。 (3)如果第2管反映的是胃内的消化过程，那么A酶是 _，蛋清的分解产物主要是_。 (4)如果第6管代表小肠内消化过程，且B酶由多种消化酶 组成，其消化产物能否被吸收？为什么？ _ _。 答案：(1)酸性 碱性 (2)高温煮沸使A酶和B酶 失去活性 (3)胃蛋白酶 多肽 (4)能吸收；因为蛋清 被分解为氨基酸 解析：解答本题的关键在于正确解读表格。混浊 的蛋清中含有丰富的蛋白质，如果蛋白质被分解则液 体变清。分析实验一可知，A酶发挥催化作用需要酸 性环境，如果是胃内变化，则表示在胃蛋白酶的催化 作用下将蛋白质进行初步消化，分解形成多肽。分析 实验二可知，B酶发挥催化作用需要碱性环境。如果 是小肠内的消化，包括胰蛋白酶、肠肽酶对蛋白质的 消化作用，最终可将蛋白质分解形成氨基酸，被消化 道吸收。 难点4 影响酶催化作用的因素 1温度的影响(如下图) 在一定温度范围内，酶活性随温度升高而增强， 其中酶的活性最高时的温度，即为该种酶的最适温度 。若超过最适温度，酶的活性逐渐下降，甚至停止(此 时酶已变性失活)。 若将低温t1时的酶，逐渐升高到t0，活性可恢复 ，(如下图)；若将高温t2时的酶逐渐降至t0，活性不 能恢复。 2pH的影响(如下图) 每种酶只能在一定限度的pH范围内表现出活性， 其中酶活性最高时的pH即为该酶的最适pH。 注意：在过酸或过碱环境中，酶失去活性，并且 不能再恢复。 3底物浓度对酶促反应的影响 (1)在底物浓度较低时，反应速率随底物浓度增 加而加快，反应速率与底物浓度近乎成正比。 (2)当底物浓度很高，且达到一定限度时，反应速 率就达到一个最大值，此时即使再增加底物浓度，反 应速率也几乎不再改变，原因是酶饱和了。(如图) 4酶的浓度对酶促反应的影响 底物足够多、其他条件适宜且不变情况下，酶 促反应速率与酶浓度成正比，(如下图)。 例4 胰蛋白酶作用于一定量的某种物质(底 物)，温度保持37，pH保持在最适值，生成物量与 反应时间关系如下图。请回答下列问题： (1)该酶作用的底物是_。 (2)在140min后，曲线变 成水平，这是因 为_。 (3)若增加胰蛋白酶浓度，其他条件不变， 请在原图上画出生成物量变化的示意曲线。 (4)若胰蛋白酶浓度和其他条件不变，反应 液pH由2逐渐升高到10，则酶催化反应的速度 将怎样？_。原因是_。 (5)下图中能正确表示胰蛋白酶对底物的分解速 度和温度关系的是( ) 答案：(1)蛋白质 (2)底物量一定，底物已被耗尽 (3)见下图。 (4)不变 在pH2时酶已经失活 (5)C 解析：第(1)小题蛋白酶只能催化蛋白质水解。第 (3)小题画坐标曲线，反应速度加快，时间缩短，最终 生成物量不变。第(4)小题反应速度不变，在pH为2时 酶已变性失活。第(5)小题侧重于考查胰蛋白酶的最适 温度为37。另外第(2)小题考查化学反应的常识，随 着反应时间的推移，反应底物耗尽，生成物量不再增 加。 变式训练4 下图纵轴为 酶催化的反应速度， 横轴为底物浓度，其中能正确表示酶量增加1倍时 ，底物浓度和反应速度关系的是( ) 答案：B 解析：当酶浓度一定时，在一定的范围内 随底物浓度的增大，反应速度与底物浓度呈 正比关系，随着底物浓度的继续增加，反应 速率不再增加，酶的浓度制约了反应速度。 若酶的浓度增加，则酶的催化反应速率增加 ，所以答案为B而不是A。 与酶相关的问题拓展 拓展一：消化过程中胃会受伤害吗？ 提示：胃是消化和能分泌消化液的器官，胃壁由黏膜、黏 膜下层、肌层和外膜构成，其主要特点是黏膜具有分泌功能的 上皮及三种胃腺，肌层特别厚。胃黏膜最靠近胃腔处的细胞内 充满黏原颗粒，黏原颗粒排出后形成黏液，覆盖在粘膜表面形 成一层保护屏障，能防止胃液内高浓度的盐酸与胃蛋白酶对黏 膜的损伤。胃腺细胞分泌的是胃蛋白酶原，没有催化活性，要 在盐酸作用下，才可激活成胃蛋白酶，具有催化活性。来自口 腔的消化酶，随食物到达胃后，由于胃部环境过酸，已失去活 性。因此在消化过程中胃是不受损伤的。也体现了生物体结构 和功能的统一性。 知识拓展 拓展二：生物体的所有细胞都能产生酶吗？ 提示：生物体的细胞原则上只要是活的，都可以 产生酶。因为，活细胞的标准之一是它们能进行新 陈代谢，新陈代谢是活细胞中所有有序的化学变化 的总称，其中每一个化学变化都是在酶的催化作用下 进行的。酶作为一种有机大分子，细胞是不能主动地 吸收的，即它不能穿透细胞膜，故细胞内的酶不可能 由别的细胞合成后，运输进来；当然，细胞内的酶也 不能输出细胞膜。在人体内，成熟的红细胞是没有细 胞核的，也没有复杂膜结构的细胞器，红细胞一旦成 熟，将不再继续合成酶，这也是红细胞寿命短的原因 之一。 例 下列各项中，对酶的叙述不正确的是( ) A酶是生物化学反应的催化剂 B酶在参与化学反应的前后，本身无变化 C酶的基本组成单位是氨基酸或核苷酸 D酶只能在活细胞中合成和起催化作用 答案：D 解析：备选答案中的A、C两选项是教材中酶的概念、酶 的化学本质的内容，B是化学学科所学过的化学催化剂的特征 ，所以，只有D选项是错误的。酶是活细胞产生的，但不是只 在活细胞中才起催化作用，例如，加酶洗衣粉等生物技术在人 类的生活实际中的应用就充分说明了这一点。 点拨：解答此题的关键是理解酶的概念， 以及酶的特点，并能联系化学知识综合解题 。 变式训练 绝大多数酶的合成场所是( ) A内质网 B叶绿体 C核糖体 D高尔基体 答案：C 解析：酶是由活细胞产生的，并且绝大部分是蛋 白质，只有少数为RNA。因为核糖体是细胞中蛋白质 合成的场所，所以绝大部分酶合成的场所主要是核糖 体。 1下列有关酶的叙述，不正确的是( ) A酶是在活细胞中产生的 B酶多数是蛋白质 C酶只在细胞内起催化作用 D酶能使生物体内的化学反应在常温、常压条 件下迅速而顺利地进行 答案：C 随堂练习 解析：酶是活细胞产生的一类具有生物催 化作用的有机物。绝大多数酶是蛋白质，少 数酶是RNA。酶既可以在细胞内起作用，像 线粒体中的呼吸氧化酶和叶绿体中的光合酶 等，也可以分泌到细胞外起作用，如唾液淀 粉酶、胃蛋白酶等各种消化酶。在正常情况 下，酶能加快反应速率，但并不影响最终产 物的生成量。 2(2011襄阳市高一统测)分别用0 和 100 的温度处理某种酶后，酶都没有活性， 但( ) A经过 0 处理的酶的活性能够