高中生物 第5章 细胞的能量供应和利用 第1节 降低化学反应活化能的酶课件 新人教必修1.ppt

降低化学反应活化能的酶 一 降低化学反应活化能的酶细胞代谢 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应 统称为细胞代谢 新陈代谢 生物体与外界环境发生的物质和能量的交换以及生物体内的物质和能量的转化 统称为新陈代谢 一 酶的发现及其本质的探索1 酶的发现1773年 斯帕兰札尼发现胃具有的作用 1836年 施旺提取出了 1926年 萨姆纳提取出结晶和证实其成分是 化学性消化 胃蛋白酶 脲酶 蛋白质 20世纪30年代 某些科学家指出酶是一类具有的蛋白质 20世纪80年代 切赫和奥特曼发现也具有生物催化作用 生物催化作用 少数rna 2 酶本质的探索 巴斯德之前 巴斯德 李比希 毕希纳 萨姆纳 发酵与活细胞有关 发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用 发酵是纯化学反应 与生命活动无关 酶是蛋白质 引起发酵的是细胞中的某些物质 但是这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能起作用 酵母细胞中的某些物质能在酵母细胞破碎后起催化作用 就像在活酵母细胞中一样 全面而准确的说法 酶是活细胞产生的有催化作用的有机物 绝大多数蛋白质和少量rna 切赫和奥特曼发现少数rna也具有生物催化功能 1 甲 乙两种酶用同一种蛋白酶处理 酶活性与处理时间的关系如下图所示 下列分析错误的是a 甲酶能够抗该种蛋白酶降解b 甲酶是不可能具有催化功能的rnac 乙酶的化学本质为蛋白质d 乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变 二 酶的本质 产生部位 功能和特征1 酶的产生部位 本质 功能和特性酶 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 少量的是rna 在细胞内外或生物体外都可起作用 高中课本中出现的酶 其化学本质都为蛋白质 3 酶和动物激素的比较 产生激素的细胞一定能产生酶 产生酶的细胞不一定能产生激素 对 对 2 下列有关酶的叙述正确的是a 酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸b 酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率c 在动物细胞培养中 胰蛋白酶可将组织分散成单个细胞d dna连接酶可连接dna双链的氢键 使双链延伸 4 酶与一般催化剂的比较 1 共同点 在起催化作用时 反应前后化学性质和数量保持不变 不改变反应的平衡点 只是降低了反应的活化能 从而缩短了反应达到平衡的时间 2 不同点 酶降低活化能的作用更显著 所以酶比无机催化剂高效 酶具有专一性 绝大多数酶是蛋白质 易受温度和ph影响 甚至变性失活 1 高效性2 专一性每一种酶只能催化一种或一类化学反应 就像一把钥匙开一把锁一样 二 酶的特性 酶的作用条件较温和 需要适宜的ph 温度 在最适宜的ph 温度条件下 酶的活性最高 温度和ph偏高或偏低 酶的活性都会明显降低 过酸 过碱或温度过高 会使酶的空间结构遭到破坏 使酶永久失活 低温使酶的活性明显降低 但能使酶的空间结构保持稳定 在适宜的温度下酶的活性可以恢复 3 酶的作用条件 温度 ph 较温和 3 有一种酶催化反应p q r 在下图中实线e表示在没有酶时此反应的进程 p r q 分别代表p r q的浓度 在t1时 将催化此反应的酶加于反应混合物中 图中表示此反应进行过程中的曲线是 a 曲线ab 曲线bc 曲线cd 曲线d c 三 影响酶促反应速率的因素 1 酶浓度的影响 在底物足够 其它条件固定的条件下 反应系统中不含有抑制酶活性的物质及其它不利于酶发挥作用的因素时 酶促反应的速度与酶浓度成正比 2 底物浓度的影响 在底物浓度较低时 反应速度随底物浓度增加而加快 反应速度与底物浓度近乎成正比 在底物浓度较高时 底物浓度增加 反应速度也随之加快 但不显著 当底物浓度很大且达到一定限度时 反应速度就达到一个最大值 此时即使再增加底物浓度反应也几乎不改变 3 温度的影响 例题 下图表示某有机物加入催化剂后 置于由0 渐变至80 环境中 有机物的分解总量与温度的关系图 根据图判断 如果把这些物质置于由80 渐变至0 的环境中处理 某图应为 b 4 ph的影响 每一种酶只能在一定限度的ph范围内才表现活性 超过这个范围酶就失去活性 分析甲乙两图可以得出的结论有 ph改变不会改变酶的最适温度 温度改变不会改变酶的最适ph 影响酶促反应速率的因素 酶浓度 底物浓度 温度 ph 酶的抑制剂影响酶活性的因素 温度 ph 酶的抑制剂 3 反应时间与酶促反应速率之间的关系 受反应物中的酶浓度的限制 酶反应的最适温度 温度升高使酶活性下降 速度加快 无催化反应 四 酶促反应曲线分析 1 时间 产物浓度 曲线a 反应物浓度 酶浓度均一定其他条件适宜b 在a的基础上 酶浓度增加一倍 蓝 底物浓度增加一倍 红 2 时间 反应物浓度 曲线a 反应物浓度酶浓度均一定其他条件适宜b 在a的基础上 酶浓度增加一倍 红 反应物浓度增加一倍 蓝 温度降低10度 紫 3 反应物浓度 反应速率 曲线a 酶浓度一定其他条件适宜b 在a的基础上 酶浓度增加一倍 红 酶浓度减少一半 蓝 反应速率 反应物浓度 4 酶浓度 反应速率 曲线a 反应物浓度一定其他条件适宜b 在a的基础上 反应物浓度增加一倍 红 温度降低10度 蓝 反应速率 酶浓度 5 动物脑组织中含有丰富的谷氨酸脱羧酸 能专一催化1mol谷氨酸分解为1mol 氨基丁酸和1molco2 某科研小组从小鼠的脑中得到该酶后 在谷氨酸起始浓度为10mmol ll最适温度 最适ph值的条件下 对该酶的催化反应过程进行研究 结果见图38一1和图38一2 图38 1产物co 浓度随时间变化曲线图38 2酶催化反应速率随酶浓度变化曲线 注 酶浓度固定 注 反应物浓度过量 请根据以上实验结果 回答下列问题 1 在图38一1画出反应过程中谷氨酸浓度随时间变化的曲线 请用 1 标注 动物脑组织中含有丰富的谷氨酸脱羧酸 能专一催化1mol谷氨酸分解为1mol 氨基丁酸和1molco2 某科研小组从小鼠的脑中得到该酶后 在谷氨酸起始浓度为10mmol ll最适温度 最适ph值的条件下 对该酶的催化反应过程进行研究 结果见图38一1和图38一2 2 当一开始时 将混合物中谷氨酸脱羧酶的浓度增加50 或降低反应温度10 请在图38一1中分别画出理想条件下co2浓度随时间变化的曲线 请用 2 标注酶浓度增加后的变化曲线 用 3 标注温度降低后的变化曲线 并分别说明原因 1 见曲线1 评分依据 每分解1mmol谷氨酸则产生1mmolco2 根据co2 浓度变化曲线 可得到严格的谷氨酸浓度随时间变化曲线 2 当谷氨酸脱酸酶的浓度增加50 时 见曲线2 其原因 酶量增加50 酶催化反应速率相应提高 反应完成所需时间减少 当温度降低10 时 见曲线3 其原因 温度降低 酶催化反应速率下降 但酶并不失活 反应完成所需时间增加 3 重金属离子能与谷氨酸脱羧酸按比例牢固结合 不可解离 迅速使酶失活 在反应物浓度过量的条件下 向反应混合物中加人一定量的重金属离子后 请在图38 2中画出酶催化反应速率随酶浓度变化的曲线 请用 4 标注 并说明其原因 动物脑组织中含有丰富的谷氨酸脱羧酶 能专一催化1mol谷氨酸分解为1mol 氨基丁酸和1molco2 某科研小组从小鼠的脑中得到该酶后 在谷氨酸起始浓度为10mmol ll最适温度 最适ph值的条件下 对该酶的催化反应过程进行研究 结果见图38一1和图38一2 3 见曲线4 注 曲线4为一条不经过原点的平行直线 平移距离不限 原因 一定量的重金属离子使一定量的酶失活 当加入的酶量使重金属离子完全与酶结合后 继续加入的酶开始表现酶活力 此时酶的催化反应速率与酶浓度变化的直线关系不变 五 探究酶特性的相关实验 一 比较过氧化氢在不同条件下的分解 酶的催化作用与高效性 3 质量分数为3 5 的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 数大约是每滴肝脏研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍 2 实验设计及现象分析 教材p79 1 常温常压 2 90 水浴 3 无机催化剂fecl3 4 有机催化剂h2o2酶 3 实验注意要点 实验成功的关键是肝脏要新鲜 否则肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生性细菌的作用下分解而失去催化作用 肝脏必须研磨 以便使过氧化氢酶释放出来 从而加速过氧化氢的分解 实验过程要及时观察 产生的气泡的多少 及卫生香复燃的时间 注意卫生香不要插入气泡中 以免卫生香因潮湿而熄灭 过氧化氢有腐蚀性 不要使其接触皮肤 实验结论分析 1 加热能促进h2o2的分解 提高反应速率 2 细胞内的环境为常温常压 不能通过加热来提高反应速率 3 fe3 h2o2酶都能加快h2o2分解的速率 但h2o2酶的催化效率比fe3 的催化效率要高很多 4 细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应 这些化学反应需要在常温常压下高效率进行 只有酶能满足这样的要求 原因是提供了反应所需要的能量 4 4 二 证明酶的专一性 1 实验原理 斐林试剂 砖红色cu2o 用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后 再用斐林试剂鉴定 根据是否有砖红色沉淀来判定淀粉