降低化学反应活化能的酶 高一上学期生物人教版必修1

第5章细胞的能量供应和利用细胞作为最基本的生命系统，既具有开放性也具有有序性物质输入输出能量供应和利用【章首页分析】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

细胞的能量供应与利用磊磊落落如日月皎然【问题探讨】1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼(L.Spallanzani,1729—1799）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.是什么物质让肉块消失了？3.怎样才能证明你的推测？1.排除物理性消化对肉块的影响，确定肉块消失过程是否存在化学性消化。2.鹰胃里的化学物质。3.收集鹰胃里的化学物质，看能否在体外将肉块分解。1.明确酶在细胞代谢中的作用2.探究不同条件下过氧化氢的分解，并尝试对实验结果作出解释3.运用归纳与概括、类比与推理的方法探讨酶的作用机理，通过有关的实验和探究，学会控制自变量学习目标C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶叶绿体：线粒体：核糖体：+酶6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能叶绿体(1)什么是细胞代谢？(2)细胞代谢与我们常见的化学反应需要的条件一样吗？(3)在较温和的环境中，细胞内各种生化反应为何能高效有序的进行？一、酶在细胞代谢中的作用认识细胞代谢细胞中每时每刻都进行着的许多化学反应，统称为细胞代谢。温和①常温②常压③水溶液环境④pH接近中性①高温②高压③强酸④强碱常见有机化学反应细胞内外的环境剧烈细胞代谢离不开酶一、酶在细胞代谢中的作用认识细胞代谢认识细胞代谢1.细胞代谢的特点(1)一般都需要酶催化(2)一般伴随着能量的释放和储存(3)在水环境中进行(4)反应条件温和2.细胞代谢的意义是细胞生命活动的基础但细胞代谢中也会产生代谢废物，甚至会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。幸而细胞中含有另一种物质，能将过氧化氢及时分解为氧气和水，这种物质就是过氧化氢酶。

一、酶在细胞代谢中的作用通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。实验目的实验原理实验材料实验过程实验现象2H2O22H2O+O2反应条件①点燃的卫生香的复燃情况②气泡冒出情况加热是化学反应常见的条件Fe3+是无机催化剂新鲜肝脏中含有过氧化氢酶判断H2O2的分解快慢依据:O2的产生量一、酶在细胞代谢中的作用比较过氧化氢在不同条件下的分解一、酶在细胞代谢中的作用①新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液（含较多的过氧化氢酶）实验目的实验原理实验材料实验过程实验现象③新配制的体积分数为3%的H2O2溶液②质量分数为3.5%的FeCI3溶液比较过氧化氢在不同条件下的分解一、酶在细胞代谢中的作用实验目的实验原理实验材料实验过程实验现象比较过氧化氢在不同条件下的分解一、酶在细胞代谢中的作用试管编号1234第一步H2O2浓度3%3%3%3%剂量2mL2mL2mL2mL第二步反应条件常温90℃FeCl3溶液肝脏研磨液剂量2滴清水2滴清水2滴2滴结果气泡产生

卫生香

不明显少量较多大量不复燃不复燃复燃迅速复燃实验目的实验原理实验材料实验过程实验现象比较过氧化氢在不同条件下的分解一、酶在细胞代谢中的作用思考-讨论：1.与1号试管相比，2号试管出现了什么不同的现象？这一现象说明什么？2.

在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？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号试管与4号试管相比，哪支试管中反应速率快？这说明什么？为什么说酶对细胞内化学反应的顺利进行至关重要？2号试管放出的气泡多，这一现象说明加热促进过氧化氢的分解，提高反应速率。不能。说明FeCl3中的Fe3+、新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效地进行，只有酶能够满足这样的要求。比较过氧化氢在不同条件下的分解5.为什么要选用新鲜的肝脏？为什么要将肝脏制成研磨液？6.滴入肝脏研磨液和氯化铁溶液时，可否共用一个吸管？为什么？新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶，且酶的活性高①将过氧化氢酶从活细胞中释放出来②加大肝脏内过氧化氢酶与试管中过氧化氢分子的接触面积，从而加速过氧化氢的分解。否，会因残留少量先前滴加过的溶液

影响实验结果。一、酶在细胞代谢中的作用比较过氧化氢在不同条件下的分解一、酶在细胞代谢中的作用实验分析实验结论1与2对照：____________________________________________________________加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(为反应提供能量)1与3对照：_____________________________________________________________FeCl3在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(催化作用)1与4对照：_________________________________________________________

过氧化氢酶在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(催化作用)3与4对照：_____________________________________过氧化氢酶比FeCl3的催化效率高。(1)加热、无机催化剂(Fe3+)与酶(过氧化氢酶)都具有加快化学反应速率的作用;(2)与无机催化剂相比，过氧化氢酶的催化效率要高得多。比较过氧化氢在不同条件下的分解一、酶在细胞代谢中的作用科学方法：控制变量和设计对照实验思考：一个严谨的实验该如何来设计？有哪些因素是我们必须要考虑的？

请同学们阅读教材P78<控制变量和设计对照实验>1.变量：2.自变量：3.因变量：4.无关变量：除自变量外，实验中还存在的一些也可对实验结果造成影响的其它变量随着自变量的变化而变化的变量人为改变的变量实验中可以变化的因素(不同条件X)(结果Y)(相同条件k、b)y=kx+b自变量因变量无关变量一、酶在细胞代谢中的作用5.对照实验：(1)实验组：(2)对照组：6.对照实验的类型7.实验过程中遵循的原则除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致，并将结果进行比较的实验；对照实验一般要设置对照组和实验组一般接受实验变量处理的一组作为实验组不接受实验变量处理的对象组空白对照、自身对照、相互对照、条件对照单一变量原则、对照原则、等量性原则科学方法：控制变量和设计对照实验一、酶在细胞代谢中的作用试管编号1234第一步H2O2浓度3%3%3%3%剂量2mL2mL2mL2mL第二步反应条件常温90℃FeCl3溶液肝脏研磨液剂量2滴清水2滴清水2滴2滴结果气泡产生

卫生香复燃情况

不明显少量较多大量不复燃不复燃复燃迅速复燃变量自变量因变量无关变量无关变量人为改变的变量随自变量的变化而变化的变量对照组实验组对照实验等量性原则单一变量原则等量性原则结合过氧化氢分解实例，理解对照实验及相关变量科学方法：控制变量和设计对照实验一、酶在细胞代谢中的作用条件原理加热Fe3+H2O2酶为过氧化氢分子提供能量降低了化学反应的活化能显著降低化学反应的活化能三种条件都能使过氧化氢加速分解的原理分别如何？分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需的能量称为活化能。酶的作用原理酶的作用原理一、酶在细胞代谢中的作用下表数据是在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？与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。条件活化能/kJ·mol没有催化剂催化75用Fe3+催化54用过氧化氢酶催化29酶的作用原理一、酶在细胞代谢中的作用①表示：无催化剂时化学反应所需的活化能②表示：无机催化剂催化化学反应所需的活化能④表示：酶催化化学反应所需的活化能③表示：无机催化剂降低的活化能⑤表示：酶降低的活化能底物量不变时，酶能增加产物的生成量吗？未加催化剂无机催化剂酶催化时间产物量酶具有催化剂的特点：

①反应前后性质、数量不变；本身不被消耗，可以重复利用；②酶作用的机理→降低化学反应活化能；③酶能缩短达到平衡的时间，但不改变平衡点(即产物的总量不变)。酶是什么物质？酶有什么作用？酶在哪里产生？二、酶的本质角色扮演：像科学家一样思考。阅读P79~80关于酶本质的探索，小组合作模仿科学家陈述自己的主要观点，思考问题。4000多年前1716年1857年巴斯德19世纪李比希毕希纳萨姆纳20世纪80年代

我国早在4000多年前就掌握了酿酒技术，1716年《康熙字典》收录了“酶”字，并将其解释为“酒母”。

有科学家推测酶是蛋白质。美国科学家萨姆纳用多种方法证明脲酶是蛋白质。

人们认为酿酒过程是一个纯化学过程过程。

已知酿酒原理：糖类酒精+二氧化碳酵母

巴斯德通过显微镜观察，提出酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致，没有活细胞的参与，糖类是不可能变成酒精的。

德国化学家李比希坚持认为引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质,且只在酵母菌死亡裂解后才发挥作用。

德国化学家毕希纳把酵母菌细胞破碎后获得不含酵母菌细胞的提取物，所得物质（酿酶）的作用和活的酵母细胞一样。

美国科学家切赫和奥尔特慢发现少数RNA也具有生物催化功能。二、酶的本质【思考】1.巴斯德和李比希的观点各有什么积极意义？各有什么局限性？巴斯德认为发酵与活细胞有关，是合理的；认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用，是不正确的。李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质，是合理的；认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用，是不正确的。2.在科学发展过程中出现争论是正常的。巴斯德和李比希之间出现争论的原因是什么？这一争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用？巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究目标集中在他们争论焦点上，使科学研究更加有的放矢。二、酶的本质3.从毕希纳的实验可以得出什么结论？毕希纳的实验说明，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。4.萨姆纳历时9年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。想一想，在萨姆那之前，为什么很难鉴定酶的本质？你认为他取得成功靠的是什么样的精神品质？萨姆纳之前物质提纯分离技术落后，很难获得较为纯净的酶；萨姆纳历时9年，用正确的科学方法，坚持不懈、百折不挠的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。二、酶的本质酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物来源：功能：本质：酶催化作用活细胞产生的绝大多数是蛋白质，少数是RNA合成场所：真核细胞：

核糖体/细胞核

原核细胞：核糖体/拟核原料：氨基酸/核糖核苷酸评价反馈：P80练习与应用一、概念检测(略)二、拓展应用3.给你一份某种酶的结晶，你能设计实验检测它是不是蛋白质吗？请简略写出实验步骤。①试剂检测法②酶解法巴斯德之前发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德发酵与

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的

，但这些物质只有在酵母细胞

并裂解后才能发挥作用毕希纳萨姆纳李比希酵母细胞中的

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脲酶是切赫、奥尔特曼少数

也具有生物催化功能活细胞某些物质死亡某些物质蛋白质RNA评价反馈：P80练习与应用二、拓展应用2.评价反馈：1.酶只能在细胞内起作用2.酶能提供使反应开始所必需的活化能3.酶在催化过程中不断被消耗4.酶都是在核糖体上合成的5.分解胃蛋白酶的酶是蛋白酶6.酶是细胞代谢所必需的7.凡是活细胞都能产生酶判断下列说法是否正确：√××××√√评价反馈：1.为比较过氧化氢在不同条件下的分解，可利用过氧化氢、肝脏研磨液、FeCl3溶液等材料进行三组实验。下列关于该实验的叙述，正确的是()A.实验结论为：研磨液中的酶和FeCl3都能降低活化能而加快反应B.肝脏研磨液和FeCl3溶液的浓度是本实验的自变量C.在实验过程中单位时间内产生的氧气量是本实验的无关变量D.根据三组试管中过氧化氢的分解速率不同说明酶催化效率更高D2.酶和无机催化剂加快某化学反应的机理如图所示(Ea、Eb、Ec为活化能,指底物分子“活化”所需的能量)。下列叙述正确的是()A.表示酶降低的活化能的是Eb-EcB.没有催化剂，该化学反应就不能发生C.由图中Ec与Eb比较可知，酶比无机催化剂的催化

效率更高D.酶和无机催化剂均降低了底物分子的能量C评价反馈：评价反馈：3.图中的新鲜土豆片与H2O2接触后，产生的现象及推测错误的是()A.若有气体大量产生，可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶B.若增加新鲜土豆片数量，量筒中产生气体的速度加快C.为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量D.一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限D评价反馈：4.下列有关酶本质的探索过程的叙述，错误的是()A.巴斯德和李比希的观点既有积极意义，又有其局限性B.毕希纳发现某些物质能够在酵母菌细胞破碎后继续起作用C.萨姆纳从刀豆种子中提纯出的结晶可以催化尿素分解D.切赫和奥尔特曼证明酶的化学本质只是RNA而非蛋白质D评价反馈：5.20世纪80年代科学家发现了一种RNaseP酶，该酶由20%的蛋白质和80%的RNA组成。如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2＋的浓度，他们发现留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明()A.RNA具有生物催化作用

B.酶是由RNA和蛋白质组成的C.酶的化学本质是蛋白质

D.绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNAA内容小结第1节降低化学反应活化能的酶二、酶的特性第5章

细胞的能量供应与利用【知识回顾1】①②④H2O2H2O＋1/2O2⑤③表示：⑤表示：无机催化剂降低的活化能酶降低的活化能①表示：②表示：④表示：化学反应所需的活化能无机催化剂催化时化学反应所需的活化能酶催化时化学反应所需的活化能③反应过程能量【知识回顾2】化学本质合成原料合成场所来源生理功能作用原理绝大多数蛋白质少数RNA核糖体主要在细胞核（真核）氨基酸核糖核苷酸一般来说，活细胞都能产生酶具有生物催化作用降低化学反应的活化能学习目标1.说出酶的三大特性，理解酶促反应过程2.探究影响酶活性的因素，培养学生的科学思维能力，运用实验基本原理设计简单的实验，培养学生的科学探究能力一、酶具有高效性3443少量肝脏研磨液1.酶作为生物催化剂，与无机催化剂相比，有何特点(特性)？酶具有高效性酶的催化效率是无机催化剂

的107~1013倍未加催化剂无机催化剂酶催化时间产物量2.酶具有高效性对细胞有何意义？3.与无机催化剂相比，除了高效性，酶还具有什么特性？保证了细胞代谢快速有效地进行。二、酶具有专一性无机催化剂催化的化学反应范围较为广泛，例如，酸既能催化蛋白质的水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉水解1.不同的酶所催化的物质一样吗？2.同一种酶也能催化多种化学反应吗？现有淀粉、蔗糖、淀粉酶、蔗糖酶、斐林试剂、碘液等材料，设计一个实验来验证一下你的推测二、酶具有专一性探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用

淀粉溶液1号试管蔗糖溶液2号试管步骤一2ml淀粉溶液2ml蔗糖溶液二各加入淀粉酶2ml，振荡，放在60℃的热水中，反应约5min三各加2ml斐林试剂，水浴加热现象结论

砖红色沉淀无变化【实验设计】思考：能否用碘液检测实验结果？你还能如何设计实验证明酶具有专一性？淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，即酶具有专一性，每种酶只能催化一种或一类的化学反应二、酶具有专一性【实验思路】方案4：蔗糖+淀粉酶蔗糖+蔗糖酶

方案3：淀粉+淀粉酶淀粉+蔗糖酶思路二：底物相同，酶不同

(一种底物，两种酶)用斐林试剂检测用碘液或者斐林试剂检测方案2：淀粉+蔗糖酶

蔗糖+蔗糖酶

方案1：淀粉+淀粉酶蔗糖+淀粉酶

思路一：底物不同，酶相同(一种酶，两种底物)用斐林试剂检测用斐林试剂检测二、酶具有专一性1.含义：每一种酶只能催化

化学反应。如过氧化氢酶只能催化

分解。脲酶除了能催化

分解外，对其他化学反应不起作用。2.意义：使细胞代谢有条不紊地进行。一种或一类H2O2尿素【知识拓展】酶具有专一性模型：钥匙-锁模型(学说)诱导契合模型(学说)绝对专一性相对专一性《探究-实践》影响酶活性的条件酶活性概念：表示方法：酶催化特定化学反应的能力称为酶活性在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。(单位时间内反应物的消耗量或产物的增加量)分析资料：你能猜想到什么？资料一:实验证明用加酶洗衣粉时，温水的洗涤效果要比冷水好资料二:唾液的pH为6.2—7.4；胃液的pH为0.9—1.5；小肠液的pH为7.6①酶的催化效率可能受温度影响②酶的催化效率可能受pH值的影响，并且不同的酶需要不同的pH条件《探究-实践》影响酶活性的条件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科学探究的一般步骤（温度/pH会影响酶的活性吗？）（温度/pH会影响酶的活性）（设计方案、预期结果…）（按预定方案进行实验）（分析实验结果，得出结论：……）（总结，写实验报告并适当交流）《探究-实践》影响酶活性的条件1.选择淀粉还是H2O2作为实验材料？2.我们要设计几组实验？选择几个温度或PH条件？

如何控制自变量？如何控制无关变量？3.观察指标怎么确定，如何检测因变量？选择什么样的鉴定试剂？问题聚焦思考相关问题后设计实验方案、按预定方案进行实验预期结果…）《探究-实践》影响酶活性的条件探究1：探究温度对酶活性的影响操作1试管2试管3试管4试管5试管6试管加淀粉2mL—2mL—2mL—加淀粉酶—2mL—2mL—2mL分别保温混合将2加入1中将4加入3中将6加入5中继续保温0℃冰水保温5min60℃水浴保温5min100℃水浴保温5min加碘液2滴2滴2滴观察颜色

结论变蓝变蓝不变蓝温度对酶的活性有影响，温度过高或过低都会降低酶的活性0℃冰水保温5min60℃水浴保温5min100℃水浴保温5min自变量无关变量因变量《探究-实践》影响酶活性的条件问题讨论11.在温度对酶活性影响的实验中，为什么要淀粉和淀粉酶溶液混合之前要控制好各自的温度？2.能否在反应后加入新配制的斐林试剂，观察是否有砖红色沉淀生成，来判断试管中的淀粉是否被水解？3.能否用过氧化氢和过氧化氢酶来做这个实验？防止在控制温度之前淀粉酶已将淀粉水解，从而失去对照作用，影响实验效果。不能。因为这个实验要严格控制温度，而斐林试剂的反应需要水浴加热。不能，因为过氧化氢本身在不同温度下就存在分解速率的差异，所以温度除了影响酶的活性外本身也会影响过氧化氢的分解速率,不能体现单一变量原则。探究1：探究温度对酶活性的影响探究1：探究温度对酶活性的影响《探究-实践》影响酶活性的条件注意事项1：1.不能选用过氧化氢酶催化H2O2分解，加热也会加快H2O2的分解，影响实验结果。2.本实验的检测试剂不能用斐林试剂代替碘液，因为斐林试剂需要水浴加热，改变了温度，本实验温度为自变量，需要严格控制。3.本实验的无关变量包括溶液体积、处理时间、pH等，应该保证相同且适宜。4.本实验的自变量为温度，因变量为酶活性，因变量观测指标为加碘液后的颜色变化情况。5.本实验中，不能将淀粉和淀粉酶混合均匀后，再在不同温度下处理，底物和酶可能还没有经过自变量的处理，便已反应完全。《探究-实践》影响酶活性的条件探究2：探究PH对酶活性的影响实验步骤①取三支试管，编号1、2、3。

②1号试管中加入

__________。

2号试管中加入等量

________。3号试管中加入等量______。

③三支试管都加入____________________

④三支试管都加入________________，振荡，反应实验现象

实验结论

2mlNaOH2mLH2O2溶液几乎无气泡几乎无气泡酶的催化作用需要适宜的pH，pH偏高或偏低都会影响酶的活性2滴新鲜肝脏研磨液稀盐酸清水产生大量气泡自变量无关变量因变量《探究-实践》影响酶活性的条件探究2：探究PH对酶活性的影响注意事项2：1.探究pH对酶活性的实验时，不能选用淀粉酶溶液酶催化淀粉分解，因为酸可以催化淀粉的水解。2.本实验的无关变量包括溶液体积、处理时间、温度等，应该保证相同且适宜。3.本实验的自变量为pH，因变量为酶活性，因变量观测指标为氧气的产生速率。4.本实验中，不能将底物和酶混合均匀后，再在不同pH下处理，因为底物和酶可能还没有经过自变量的处理，便已反应完全，即“先创条件，再行反应”。三、酶的作用条件较温和0最适温度υ/mmol.s-1酶活性受温度影响示意图υ/mmol.s-1最适pH0pH酶活性受pH影响示意图分析结果：1.最适温度和最适PH条件下，酶的活性最高；2.温度和PH偏高或偏低，酶活性都会明显下降。3.过酸、过碱、温度过高，酶的空间结构破坏，都会永久变性失活。而0℃左右的低温，酶活性很低，但酶的空间结构稳定，适宜温度下酶活性可以恢复。娇气的酶酶一般在比较温和的条件下催化化学反应的进行。三、酶的作用条件较温和[知识拓展]1.认识不同生物体内不同酶的最适温度和PH的相关知识；P84旁栏2.与社会的联系：酶的应用、STS内容：酶为生活添姿彩思考：工业上用酶解法生产葡萄糖有何优越性？3.影响酶促反应速率因素总结①具有高效性，常温常压下就可以进行；②节能环保，不会污染环境；其他实例：用纤维素酶和果胶酶水解植物细胞壁，生产果汁、高果葡萄糖浆温度、PH、重金属盐、某些化学试剂、射线等酶促反应速率不等同酶活性，但是酶活性大小可以用酶促反应速率来衡量，所以影响酶活性的因素都会影响到酶促反应速率底物浓度、酶浓度三、酶的作用条件较温和归纳提升：影响酶促反应速率因素酶的浓度：反应速率随酶浓度的升高而加快底物浓度：在一定浓度范围内，反应速率随浓度的升高而加快，但达到一定浓度，反应速率不再变化评价反馈：2.人在发高烧时，常常食欲大减，最根本的原因是（）A.所吃食物不能消化B.胃没有排空C.体温超过合适温度，消化酶的活性下降D.吃药使人没有了胃口C1.如图为蔗糖酶作用机理示意图，甲表示蔗糖，