《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第5章细胞的能量供应和利用

1．为什么要将肉块放在金属笼内？

便于取出肉块、排除物理性消化干扰2．是什么物质使肉块消失了？

3．怎样才能证明你的猜测？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。注意：鸟类消化分为物理消化和化学消化是胃内的化学物质将肉块分解了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细胞中每时每刻进行的化学反应的统称。一酶的作用和本质细胞代谢：细胞代谢是细胞生命活动的基础，但代谢过程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。1．酶在细胞代谢中的作用2H2O22H2O+O2实验比较过氧化氢在不同条件下的分解材料：新鲜的质量分数为20%的肝脏（如猪肝、鸡肝）研磨液质量分数为3.5%的FeCl3溶液新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液用具：量筒，试管，滴管，试管架，卫生香，火柴，酒精灯，试管夹，大烧杯，三脚架，石棉网，温度计3%的H2O2水浴FeCl3肝脏研磨液2mL2mL2mL2mL90℃2滴2滴现象试管内液面的上方点燃的卫生香比较过氧化氢在不同条件下的分解速率卫生香气泡不明显少量最多快速复燃步骤12

3

4较多复燃1号2号(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？2号试管产生的气泡多，(2)在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？不能，细胞是在常温下生活，若加热，会使细胞死亡讨论：加热能促进H2O2的分解，提高反应速率加热使过氧化氢分子得到能量从常态转变为容易分解的活跃状态活化能讨论：（3）

3、4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？FeCl3中的Fe3+和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）3号试管和4号试管相比，4号试管中的反应速率快，这说明了什么？过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多(5)为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？

细胞的化学反应需要在常温常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。(6)滴入肝脏研磨液和氯化铁溶液时，可否共用用一个吸管？为什么？不能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温和条件下（常温、常压）下快速有序进行，只有酶能满足这样的要求1.反应条件温和2.生物化学反应数量巨大3.反应速度很快生物体内大量的反应是如何在温和条件下快速进行？

生物体内的反应和玻璃试管里的反应有什么区别？化学上：无机催化剂加热、Fe3+和过氧化氢酶是怎样加快过氧化氢分解速率的呢？分子从常态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化学反应好比架车翻越一座高山，加热加压相当于给汽车加大油门，用催化剂则相当于帮司机找到一条穿山隧道。各条件使反应加快的本质：加热：

Fe3+：酶：提高分子的能量降低化学反应的活化能更显著地降低化学反应的活化能正是由于酶的催化作用，细胞代谢能在温和条件下快速进行。与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高酶具有高效性acc

如图a、b、c中，代表无催化条件下分子活化能的是

，代表无机催化剂降低的活化能是

,代表酶所降低的活化能的是＿＿＿＿

a+b+ca+b想一想ba┇┇┇无机催化剂没有催化剂催化有酶催化变量：实验过程中变化的因素。因变量：对照实验：除自变量外，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组实验组人为控制的对实验现象进行处理的因素随着自变量的改变而变化的变量无关变量：控制变量和设计对照实验自变量：除自变量外，实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素，如上述实验中反应物浓度和反应时间等（1）对照原则（2）单一变量原则实验设计基本原则：试管编号1234第一步每支试管加2ml过氧化氢溶液第二步实验现象(气泡）实验结论不明显少量较多复燃最多快速复燃不处理90℃水浴2滴FeCl3溶液2滴肝脏研磨液无关变量单一变量原则因变量自变量对照组实验组对照实验实验结论2号与1号相比3号与1号相比4号与1号相比4号与3号相比加热能提高H2O2分解的速率Fe3+能提高H2O2分解的速率过氧化氢酶能提高H2O2分解的速率过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高下图是无催化剂和酶的作用机理示意图没有催化剂时的活化能是_____；有酶催化时的活化能是_____。(用图中字母表示)CACB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酶是蛋白质李比希切赫、奥特曼少数RNA也具有生物催化功能酶的本质绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶是RNA。1.巴斯德认为发酵与活细胞有关是合理的，但是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，但是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。

讨论：2.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的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。

3.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.正确的科学方法，坚持不懈、百折不挠的科学精神。二、酶的特性其中绝大多数酶是蛋白质,少数的酶是RNA.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。来源功能本质酶的定义：3443少量肝脏研磨液说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。为什么4号试管的反应速率比3号试管快得多？Ⅰ酶的特性1．酶具有高效性每一种酶只能催化

化学反应。一种或一类2．酶具有专一性酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍。

无机催化剂催化的化学反应范围比较广。例如，酸既可以催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉水解编号1号试管2号试管实验步骤一二三实验现象结论每管各加入淀粉酶2滴，置于60℃左右的热水中，保温5min2mL蔗糖溶液加入斐林试剂，振荡混匀，放进盛有热水的大烧杯中，用酒精灯加热，煮沸1min

2mL淀粉溶液无砖红色沉淀砖红色沉淀淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用

材料用具：淀粉酶（最适温度约60℃）溶液、可溶性淀粉溶液、蔗糖溶液、斐林试剂、各种所需仪器。讨论1、在已知淀粉酶能够催化淀粉水解的情况下，本实验设置1号试管还有没有必要？有必要，可排除无关变量的影响，如淀粉酶的活性、浓度，加热时间等2、本实验能否用碘液替代斐林试剂进行检测？不能，因为碘液可以检测出淀粉是否被分解，但是无法检测出蔗糖是否被水解3．酶的作用条件较温和

溶液的温度和pH都对酶活性有影响，与无机催化剂相比，酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的酶活性

细胞中几乎所有的化学反应都是由酶催化的。酶催化特定化学反应的能力称为酶活性。

酶活性可用

表示。在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率

过酸、过碱或温度过高，会使酶的

遭到破坏，使酶永久失活。在

左右时，酶活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性升高。因此，酶制剂适宜在保存

0℃低温下空间结构课题名称用淀粉酶探究温度对酶活性的影响用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响实验材料自变量自变量的设置方法因变量因变量的观察指标无关变量淀粉溶液、唾液淀粉酶肝脏研磨液、H2O2溶液设置系列温度梯度；例如分别用37℃的水、沸水、冰水处理设置系列pH梯度；例如分别用蒸馏水、HCl溶液、NaOH溶液处理温度pH酶活性酶活性加碘液后溶液变化的程度氧气产生的速率pH相同且适宜等温度相同且适宜等探究酶活性的适宜条件

在最适宜的温度和PH条件下，酶的活性最高。温度和PH偏高或偏低，酶活性都会明显降低υ/mmol.s-1温度t最适温度最适PH酶活性受温度影响示意图酶活性受pH影响示意图★影响酶活性的因素

一般来说，动物体内的酶最适温度在35～40℃;植物体内的酶最适温度在40～50℃;细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大，有的酶最适温度可高达70℃。动物体内的酶最适pH大多在6.5～8.0，但也有例外，如胃蛋白酶的最适pH为1.5;植物体内的酶最适pH大多为4.5～6.5Ⅰ、生物种类不同，其体内酶的最适温度不同Ⅱ、生物种类不同，其体内酶的最适pH不同Ⅲ、同种生物，不同部位酶的最适pH不同☆生物种类与其体内酶的最适条件1．酶的基本组成单位是A．氨基酸B.核苷酸C.氨基酸或核苷酸D.甘油和脂肪酸C2．下列有关对照实验设置的叙述中，错误的是A．空白对照实验可分为对照组和实验组B．自变量要始终保持相同C．无关变量要始终相同且适宜D．要遵循单因子变量原则B3．关于活化能，下列说法不正确的是

A．是反应物分子从常态变为活跃状态所需要的能量

B．加热、加压通常能使反应物分子获得活化能

C．无机催化剂使反应物分子获得活化能而加快反应速率

D．酶能降低反应的活化能而使反应更容易进行C

4．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AB.曲线B

C.曲线CD.曲线DC5．胃蛋白酶在进入小肠后就几乎没有了催化作用，主要原因是A.pH不适合B.胃中已经起了消化作用，不能再起作用了C.被小肠中的物质包裹起来，所以起不到催化作用D.小肠中没有蛋白质可被消化A6．能够使淀粉酶水解的酶是A.淀粉酶B.脂肪酶C.蛋白酶D.肽酶C123456789101112A组必备知识基础练1.“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中,加热、加过氧化氢酶、加FeCl3都能促进过氧化氢分解,促进过氧化氢分解的原理相同的是(

)A.过氧化氢酶和加热B.过氧化氢酶和FeCl3C.FeCl3和加热D.加热、过氧化氢酶和FeCl3B解析加热能为过氧化氢分子提供能量,而过氧化氢酶和FeCl3都能降低化学反应的活化能。1234567891011122.如图表示某反应进行时,有酶参与和无酶参与时的能量变化,下列相关叙述错误的是(

)A.此反应为吸能反应B.曲线Ⅱ表示有酶参与时的能量变化C.E2为反应前后能量的变化D.酶参与反应时,其降低的活化能为E4C123456789101112解析生成物乙的能量比反应物甲的能量高,此反应为吸能反应,A项正确;曲线Ⅱ表示有酶催化条件下的能量变化,其降低的活化能为E4,B、D两项正确;反应前后能量的变化应为E3,C项错误。1234567891011123.下列有关酶的表述,正确的是(

)A.酶只有在生物体细胞内才能起作用B.酶能提供化学反应所需的活化能C.酶与无机催化剂的作用和本质相同D.酶在细胞代谢过程中只具有催化功能D解析酶可以在细胞内,也可以在细胞外发挥作用,A项错误;酶可以降低化学反应的活化能,B项错误;酶和无机催化剂都具有催化作用,均可以降低化学反应的活化能,但化学本质不同,C项错误;酶只有催化作用,D项正确。1234567891011124.欲判断某种酶的化学本质是蛋白质还是RNA,下列方案错误的是(

)A.与双缩脲试剂反应,观察是否出现紫色B.与斐林试剂反应,观察是否出现砖红色沉淀C.用蛋白酶处理,检测其活性是否丧失D.用RNA水解酶处理,检测其活性是否丧失B解析蛋白质能与双缩脲试剂产生紫色反应,RNA不能与双缩脲试剂发生反应,A项正确;无论酶的化学本质是蛋白质还是RNA,都不能与斐林试剂反应产生砖红色沉淀,B项错误;蛋白质能被蛋白酶水解,RNA不能被蛋白酶水解,C项正确;RNA能被RNA水解酶水解,蛋白质不能被RNA水解酶水解,D项正确。1234567891011125.下列关于“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验内容的表述,正确的是(

)A.该实验中新鲜肝脏研磨液是促进过氧化氢快速分解的催化剂B.实验中温度、催化剂和反应物的浓度是自变量,过氧化氢分解速率是因变量C.将2号试管放在60℃左右的水浴中加热,观察气泡冒出的情况D.设置空白对照组的目的是表明在本实验条件下过氧化氢不容易分解A123456789101112解析该实验中新鲜肝脏研磨液中含有过氧化氢酶,过氧化氢酶是促进过氧化氢快速分解的生物催化剂,A项正确;“比较过氧化氢在不同条件下的分解”,温度、催化剂种类是自变量,而反应物的浓度是无关变量,B项错误;为使实验效果明显,应将2号试管放在90

℃左右的水浴中加热,观察气泡冒出的情况,C项错误;设置空白对照组的目的是表明在本实验条件下过氧化氢容易分解,D项错误。1234567891011126.如图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验,下列叙述正确的是(

)A.加FeCl3溶液的试管产生的气泡最多B.肝脏研磨液使过氧化氢分解最快,是因为其浓度高于3.5%的FeCl3溶液C.如果将四支试管都放在90℃水浴中,加肝脏研磨液的试管中的反应速率仍为最快D.该实验的1号试管不作处理,是作为对照组,排除无关变量的干扰D123456789101112解析由于酶的催化效率较高,单位时间内产生气泡最多的是加入肝脏研磨液的一组,A项错误;肝脏研磨液使过氧化氢分解最快,是因为肝脏研磨液中的酶的催化效率较高,肝脏研磨液中酶的浓度远低于3.5%的FeCl3溶液的浓度,B项错误;如果将四支试管都放在90

℃水浴中,肝脏研磨液中的酶会因高温而变性失活,失去催化作用,此时四支试管中加入FeCl3溶液的试管中的反应速率最快,C项错误;该实验中的1号试管不作处理是作为对照组,对照组的作用是排除无关变量对实验的干扰,D项正确。1234567891011127.中国科学院天津工业生物技术研究所在一种专门用于分解PET塑料的水解酶研究方面取得重要突破,未来将据此培育出专“吃”PET塑料的新酶种,从而通过生物降解方法帮助解决日益严重的塑料垃圾污染问题。下列关于酶的说法,不正确的是(

)A.该水解酶分解塑料以后,自身被消耗B.该水解酶可特异性地水解PET塑料C.用酶进行生物降解塑料,比传统的化学降解效率高,污染小D.该酶的化学本质最可能是蛋白质A123456789101112解析酶只是起催化作用,在反应前后,酶的数量和性质不发生变化,A项错误;分解PET塑料的水解酶可特异性地水解PET塑料,B项正确;酶的催化效率较高,且生物降解本身不会产生污染,而化学降解会污染环境,所以用该酶进行生物降解塑料,比传统的化学降解效率高,污染小,C项正确;绝大多数酶为蛋白质,所以该水解酶最可能是蛋白质,D项正确。1234567891011128.(多选)关于比较过氧化氢在不同条件下的分解的实验,下列叙述不正确的是(

)A.实验中所用的肝脏必须是新鲜的,若放置时间过长肝脏细胞内的过氧化氢会减少B.滴管先吸取氯化铁溶液再直接吸取肝脏研磨液,这样对实验结果影响较小C.过氧化氢在温度高的环境中分解速率会比常温时快D.实验的自变量是试管中产生气泡数目的多少和点燃的卫生香的燃烧情况ABD123456789101112解析实验中所用的肝脏研磨液必须是新鲜的,肝脏研磨液放置时间过长,过氧化氢酶会分解失活,A项错误;实验需要严格控制自变量,吸取氯化铁溶液和吸取肝脏研磨液的滴管不能混用,B项错误;较高的温度能为过氧化氢分子提供能量,过氧化氢分解速率会加快,C项正确;试管中产生气泡数目的多少和点燃的卫生香的燃烧情况是因变量,D项错误。1234567891011129.植物体内的过氧化物酶能分解H2O2,氧化焦性没食子酸呈橙红色。为探究甘蓝梗中是否存在过氧化物酶,设计实验如下表。回答下列问题。试管编号1%的焦性没食子酸/mL2%的H2O2/mL缓冲液/mL甘蓝梗提取液/mL煮沸冷却后的甘蓝梗提取液/mLl222--222-2-322--2注:表中“-”表示没有添加。

(1)1、2号试管中,________试管是对照组,若只分析试管1和2,则实验的自变量是________________________________。

1号

甘蓝梗提取液的有无

123456789101112(2)2号试管显橙红色,并不能证明甘蓝梗中存在过氧化物酶,可在试管1的基础上增设一组,该组与试管1的不同是________________________。

(3)若3号试管不显橙红色,推测其原因是_________________________。

(4)已知白菜梗内也含过氧化物酶,经测定,相同条件下,两种植物提取液中过氧化物酶的活性不同,从其分子结构分析,原因可能是______________。将试管1中的缓冲液换成了2mL过氧化物酶溶液

高温使甘蓝梗提取液中的过氧化物酶变性失活

两种植物提取液中过氧化物酶的氨基酸序列不同或空间结构不同

123456789101112解析

(1)该实验的目的是探究甘蓝梗中是否存在过氧化物酶,所以1、2号试管中,1号试管是对照组,若只分析试管1和2,则该实验的自变量是甘蓝梗提取液的有无。(2)若2号试管显橙红色,并不能证明甘蓝梗中存在过氧化物酶,需要再增加一组实验,把缓冲液换成2

mL过氧化物酶溶液,其他条件与1号试管相同。(3)若3号试管加入的是煮沸冷却后的甘蓝梗提取液,而高温使甘蓝梗提取液中的过氧化物酶变性失活,所以试管中不显橙红色。(4)已知白菜梗内也含过氧化物酶,经测定,相同条件下,两种植物提取液中过氧化物酶的活性不同,过氧化物酶的化学本质是蛋白质,所以从其分子结构分析,原因可能是两种植物过氧化物酶的氨基酸序列不同或空间结构不同。123456789101112B组能力素养提升练10.脲酶是一种催化尿素分解成氨和二氧化碳的酶,具有高度专一性。最早从刀豆中提取并被证明是蛋白质。下列有关脲酶的叙述,正确的是(

)A.脲酶的作用原理与无机催化剂的不同B.能催化脲酶水解的酶是蛋白酶C.在细胞内合成,在细胞外无法发挥作用D.食用刀豆后,刀豆中的脲酶能催化人体中的尿素水解B123456789101112解析酶和无机催化剂的作用原理都是降低化学反应的活化能,A项错误;脲酶被证明是蛋白质,因此脲酶能被蛋白酶催化水解,B项正确;酶可以在细胞内发挥作用,也可以在细胞外发挥作用,C项错误;刀豆中的脲酶属于蛋白质,食用刀豆后,相应的蛋白质(脲酶)会被消化,故刀豆中的脲酶不能催化人体中的尿素水解,D项错误。12345678910111211.下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.若有大量气体产生,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解析一段时间后气体量不再增加是因为底物已经消耗完,D项错误。12345678910111212.在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中,对实验的处理如表所示。试管组别实验处理加入体积分数为3%的H2O2溶液/mL温度加入试剂试管12常温—试管2290℃—试管32常温2滴3.5%的FeCl3溶液试管42常温2滴20%的肝脏研磨液(1)在上表的实验处理中,研究了哪些自变量?_______________________。写出一种无关变量:____________________________________________。

温度、催化剂种类

过氧化氢溶液的用量、FeCl3溶液的用量、肝脏研磨液的用量、溶液的pH(回答1