2024-2025學(xué)年高中生物同步備課課件（人教版2019）必修一5-1降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

§5-1 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用為什么要將肉塊放在金屬籠內(nèi)？是什么物質(zhì)使肉塊消失了？怎樣才能證明你的推測？ 1773年，意大利科學(xué)家斯帕蘭禮尼（L.Spallanzani，1729-1799）做了一個巧妙的實(shí)驗(yàn)：將肉塊放入小巧的金屬籠內(nèi)，然后讓鷹把小籠子吞下去。過一段時間后，他把小籠子取出來，發(fā)現(xiàn)籠內(nèi)的肉塊消失了。問題探討胃蛋白酶的發(fā)現(xiàn)斯帕蘭札尼的實(shí)驗(yàn)說明，食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某種物質(zhì)。然而這種物質(zhì)是什么，他始終未能得出結(jié)論。后來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)胃液中含有大量的鹽酸，于是推測鹽酸是使食物分解的物質(zhì)。1835年，德國科學(xué)家施旺通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，胃腺分泌物中有一種物質(zhì)，將它與鹽酸混合后，對肉類的分解能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鹽酸的單獨(dú)作用，這種物質(zhì)就是胃蛋白酶。隨著對細(xì)胞研究的不斷深入，人們認(rèn)識到，細(xì)胞的生活需要物質(zhì)和能量。能量的釋放、儲存和利用，都必須通過化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。細(xì)胞代謝含義細(xì)胞中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝。意義細(xì)胞代謝是細(xì)胞生命活動的基礎(chǔ)，細(xì)胞生活需要的物質(zhì)和能量以及能量的釋放、儲存和利用，都必須通過化學(xué)反應(yīng)（代謝）來實(shí)現(xiàn)。條件細(xì)胞代謝離不開酶。酶的作用H2O2(有害物質(zhì))H2OO2H2O2酶細(xì)胞以過氧化氫在不同條件下的分解為例，探究酶的作用?！咎骄俊?shí)踐】比較過氧化氫在不同條件下的分解實(shí)驗(yàn)原理新鮮肝臟中有較多的過氧化氫酶。經(jīng)計算，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的FeCl3溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3+數(shù)，大約是每滴研磨液中過氧化氫酶分子數(shù)的25萬倍。目的要求通過比較過氧化氫在不同條件下分解的快慢，了解過氧化氫酶的作用。材料用具實(shí)驗(yàn)材料：新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟（如豬肝、雞肝）研磨液。實(shí)驗(yàn)器材：量筒，試管，滴管，試管架，衛(wèi)生香，火柴，酒精燈，試管夾，大燒杯，三腳架，石棉網(wǎng)，溫度計。實(shí)驗(yàn)藥品：新配制的體積分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的FeCl3溶液。【探究·實(shí)踐】比較過氧化氫在不同條件下的分解方法步驟【探究·實(shí)踐】比較過氧化氫在不同條件下的分解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象氣泡數(shù)量最少衛(wèi)生香燃燒衛(wèi)生香燃燒猛烈氣泡數(shù)量較少氣泡數(shù)量較多氣泡數(shù)量最多討論與1號試管相比，2號試管放出的氣泡多。這一現(xiàn)象說明了什么？為什么加熱能促進(jìn)過氧化氫的分解，提高反應(yīng)速率呢？酶的作用酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能示意圖酶的作用討論在細(xì)胞內(nèi)，能通過加熱來提高反應(yīng)速率嗎？3號與4號試管未經(jīng)加熱，也有大量氣泡產(chǎn)生，這說明了什么？酶的作用酶使活化能降低酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能示意圖細(xì)胞代謝討論3號試管與4號試管相比，哪支試管反應(yīng)速率快？這說明什么？為什么說酶對于細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行至關(guān)重要？4號試管的反應(yīng)速率比3號試管快得多。說明過氧化氫酶比Fe3+的催化效率高得多。細(xì)胞內(nèi)每時每刻都在進(jìn)行著成千上萬種化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)需要在常溫、常壓下高效率地進(jìn)行，只有酶能夠滿足這樣的要求，所以說酶對于細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行至關(guān)重要?！咎骄俊?shí)踐】比較過氧化氫在不同條件下的分解實(shí)驗(yàn)結(jié)論1號和2號試管對比（溫度的改變），說明加熱能促進(jìn)過氧化氫的分解，提高反應(yīng)速率。1號和3號、1號和4號對比（是否有催化劑），說明酶具有催化作用。3號和4號相比，酶比無機(jī)催化劑的催化效率高很多。酶的作用使細(xì)胞代謝在溫和條件下快速有序地進(jìn)行。酶的催化作用對于細(xì)胞代謝有什么意義呢？【科學(xué)方法】控制變量和設(shè)計對照實(shí)驗(yàn)變量的定義：實(shí)驗(yàn)過程中變化的因素，稱為變量。變量的種類：自變量：含義：人為控制的對實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行處理的因素叫作自變量。舉例：該實(shí)驗(yàn)的自變量是實(shí)驗(yàn)條件的改變，如水浴加熱、加FeCl3、加肝臟研磨液。因變量：含義：因自變量改變而變化的變量叫作因變量。舉例：因變量是不同條件下H2O2分解的速度，檢測方法是觀察氣泡的數(shù)量和衛(wèi)生香燃燒情況。無關(guān)變量：含義：除自變量外，實(shí)驗(yàn)過程中還存在一些對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響的可變因素，叫作無關(guān)變量。舉例：該實(shí)驗(yàn)中使用的肝臟要新鮮、滴管不能混用等?！究茖W(xué)方法】控制變量和設(shè)計對照實(shí)驗(yàn)定義：除作為自變量的因素外，其余因素（無關(guān)變量）都保持一致，并將結(jié)果進(jìn)行比較的實(shí)驗(yàn)叫作對照實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)組和對照組：含義：對照實(shí)驗(yàn)一般要設(shè)置對照組和實(shí)驗(yàn)組。舉例：該實(shí)驗(yàn)的1號試管是對照組，2、3、4號試管是實(shí)驗(yàn)組?？瞻讓φ眨簩φ战M未作任何處理，這樣的對照組叫作空白對照。酶的作用結(jié)合位點(diǎn)底物(蔗糖)酶變形。酶與底物結(jié)合形成酶——底物復(fù)合物。蔗糖的化學(xué)鍵被水解。以蔗糖的水解為例：酶的作用酶變形。酶與底物結(jié)合形成酶——底物復(fù)合物。蔗糖的化學(xué)鍵被水解。生成一分子的葡萄糖和一分子的果糖。酶復(fù)原，重復(fù)同樣的反應(yīng)。以蔗糖的水解為例：產(chǎn)物(葡萄糖)產(chǎn)物(果糖)酶的本質(zhì)酶到底是什么物質(zhì)呢？發(fā)酵過程的研究19世紀(jì)1857年探索歷程爭論畢希納推測推測薩姆納結(jié)論：酶是有機(jī)物，大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)。20世紀(jì)80年代證明其它科學(xué)家補(bǔ)充完善討論巴斯德和李比希的觀點(diǎn)各有什么積極意義？各有什么局限性？在科學(xué)發(fā)展過程中出現(xiàn)爭論是正常的。巴斯德和李比希之間出現(xiàn)爭論的原因是什么？這一爭論對后人進(jìn)一步研究酶的本質(zhì)起到了什么作用？巴斯德認(rèn)為發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)，是合理的；認(rèn)為發(fā)酵是整個細(xì)胞而不是細(xì)胞中的某些物質(zhì)在起作用，是不正確的。李比希認(rèn)為引起發(fā)酵的是細(xì)胞中的某些物質(zhì)，是合理的；認(rèn)為這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用，是不正確的。巴斯德是微生物學(xué)家，特別強(qiáng)調(diào)生物體或細(xì)胞的作用；李比希是化學(xué)家，傾向于從化學(xué)的角度考慮問題。他們的爭論促使后人把對酶的研究目標(biāo)集中在他們爭論的焦點(diǎn)上，使科學(xué)研究更加有的放矢。討論從畢希納的實(shí)驗(yàn)可以得出什么結(jié)論？薩姆納歷時9年才證明脲酶是蛋白質(zhì)，并因此榮獲諾貝爾化學(xué)獎。你認(rèn)為他取得成功靠的是什么樣的精神品質(zhì)？請給酶下一個比較完整的定義。畢希納的實(shí)驗(yàn)說明，酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母細(xì)胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細(xì)胞中一樣。薩姆納歷時9年，用正確的科學(xué)方法，堅(jiān)持不懈、百折不撓的科學(xué)精神，將酶提純出來。成功屬于不畏艱苦的人。酶的定義酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物。作用產(chǎn)生化學(xué)本質(zhì)酶的催化作用與無機(jī)催化劑有什么不同呢？酶的特性含義：酶的催化效率是無機(jī)催化劑的107～1013倍。證明： “【探究·實(shí)踐】比較過氧化氫在不同條件下的分解”：3號和4號相比，酶比無機(jī)催化劑的催化效率高很多。意義：生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)高效進(jìn)行。酶的特性無機(jī)催化劑催化的化學(xué)反應(yīng)范圍比較廣，酶能像無機(jī)催化劑一樣，催化多種化學(xué)反應(yīng)嗎？【探究·實(shí)踐】淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用實(shí)驗(yàn)原理淀粉和蔗糖都是非還原糖。它們在酶的催化作用下都能水解成還原糖。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分別加入淀粉酶，再用斐林試劑鑒定溶液中有無還原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化學(xué)反應(yīng)。目的要求探究淀粉酶是否只能催化特定的化學(xué)反應(yīng)。材料用具實(shí)驗(yàn)藥品：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的新配制的淀粉酶溶液。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的可溶性淀粉溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的蔗糖溶液，斐林試劑，熱水。實(shí)驗(yàn)器材：試管，大燒杯，量筒，滴管，溫度計，試管夾，三腳架，石棉網(wǎng)，酒精燈，火柴。【探究·實(shí)踐】淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用方法步驟和現(xiàn)象【探究·實(shí)踐】淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用實(shí)驗(yàn)結(jié)論淀粉酶能夠催化淀粉水解，而對蔗糖沒有催化作用。因此，淀粉酶只能催化特定的化學(xué)反應(yīng)。這說明：酶的催化作用具有專一性酶的特性含義：每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。意義：使細(xì)胞代謝有條不紊地進(jìn)行。原理：如下圖。酶的特性許多無機(jī)催化劑能在高溫、高壓、強(qiáng)酸或強(qiáng)堿條件下催化化學(xué)反應(yīng)。酶起催化作用需要怎樣的條件呢？酶的特性定義：酶催化特定化學(xué)反應(yīng)的能力稱為酶活性。表示方法：可用在一定條件下酶所催化某一化學(xué)反應(yīng)的速率表示。若細(xì)胞生活的環(huán)境條件發(fā)生改變，酶活性會怎樣變化呢？【探究·實(shí)踐】影響酶活性的條件在初中做消化酶實(shí)驗(yàn)時，需要控制溫度等實(shí)驗(yàn)條件。不同消化液的pH不一樣。唾液的pH為6.2~7.4，胃液的pH為0.9~1.5，小腸液的pH為7.6。唾液淀粉酶會隨唾液流入胃，胃蛋白酶會隨食糜進(jìn)入小腸。在小組內(nèi)交流每個人想探究的問題，討論這些問題有沒有探究價值，能不能通過探究找到答案。將問題用文字表述出來。如：溫度和對酶的活性是否有影響？pH對酶的活性是否有影響？針對提出的問題作出假設(shè)，并說明作出假設(shè)的依據(jù)（提示：酶一般是蛋白質(zhì)），將所作假設(shè)記錄下來。【探究·實(shí)踐】影響酶活性的條件下面列出的材料用具供選用，你可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行增減。新配制的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的淀粉酶溶液，新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟（如豬肝、雞肝）研磨液，緩沖液（能在加入少量酸或堿時抵抗pH改變的溶液）。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的可溶性淀粉溶液，體積分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液。物質(zhì)的量濃度為0.01molL的鹽酸，物質(zhì)的量濃度為0.01mol/L的NaOH溶液，熱水，蒸餾水，冰塊，碘液，斐林試劑。試管，量筒，小燒杯，大燒杯，滴管，試管夾，酒精燈，三腳架，石棉網(wǎng)，溫度計，pH試紙，火柴。建議用淀粉酶探究溫度對酶活性的影響，用過氧化氫酶探究pH對酶活性的影響。你知道為什么嗎？【探究·實(shí)踐】影響酶活性的條件材料的選擇：你選擇哪一種酶作實(shí)驗(yàn)材料？為什么選擇這種酶？變量的設(shè)置：本實(shí)驗(yàn)的自變量是什么？如何控制自變量？如果探究溫度對酶活性的影響，你將設(shè)定哪幾個溫度？怎樣將溶液的不同溫度分別調(diào)到設(shè)定的數(shù)值？怎樣排除pH和其他因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾？如果你想探究pH對酶活性的影響，你將設(shè)定哪幾個pH數(shù)值？怎樣將不同溶液的pH分別調(diào)到設(shè)定的數(shù)值？怎樣排除溫度和其他因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾？本實(shí)驗(yàn)的因變量是什么？怎樣觀察或檢測因變量？對照組怎樣設(shè)置？是否需要進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)？實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察：根據(jù)自己作出的假設(shè)，你預(yù)期會看到怎樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果？比如酶活性升高或降低時，會出現(xiàn)什么實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？將預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫下來。經(jīng)討論，形成小組的實(shí)驗(yàn)方案。并列出材料用具清單，設(shè)計好記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格?！咎骄俊?shí)踐】影響酶活性的條件《探究溫度對酶活性的影響》實(shí)驗(yàn)方案【探究·實(shí)踐】影響酶活性的條件按實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行操作，仔細(xì)觀察，認(rèn)真記錄哪支試管中酶的活性最高？你是怎樣得出這一結(jié)論的？實(shí)驗(yàn)結(jié)果與你預(yù)期的結(jié)果一致嗎？你做出的假設(shè)是否得到了證實(shí)？通過這個探究，你們小組得出怎樣的結(jié)論？【探究·實(shí)踐】影響酶活性的條件【探究·實(shí)踐】影響酶活性的條件《探究pH對酶活性的影響》實(shí)驗(yàn)方案【探究·實(shí)踐】影響酶活性的條件按實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行操作，仔細(xì)觀察，認(rèn)真記錄哪支試管中酶的活性最高？你是怎樣得出這一結(jié)論的？實(shí)驗(yàn)結(jié)果與你預(yù)期的結(jié)果一致嗎？你做出的假設(shè)是否得到了證實(shí)？通過這個探究，你們小組得出怎樣的結(jié)論？【探究·實(shí)踐】影響酶活性的條件【探究·實(shí)踐】影響酶活性的條件與其他小組交流探究的過程和結(jié)論，以及提出的新問題。聽取其他小組的質(zhì)詢，進(jìn)行必要的答辯、反思和修改。交流時應(yīng)當(dāng)注意具體情況具體分析，如不同酶的最適條件可能是不一樣的。不同溫度或pH條件下酶的活性差別有多大？感興趣的話，建議你進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)：用出現(xiàn)同一結(jié)果所需的時間來表示酶的活性，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制不同條件下酶活性的曲線圖。除溫度和pH外，還有哪些條件影響酶的活性？感興趣的同學(xué)，可以查找有關(guān)資料。酶的特性與無機(jī)催化劑相比，酶所催化的化學(xué)反應(yīng)一般是在比較溫和的條件下進(jìn)行的。一般來說，動物體內(nèi)的酶最適溫度在35~40℃；植物體內(nèi)的酶最適溫度在40~50℃；細(xì)菌和真菌體內(nèi)的酶最適溫度差別較大，有的酶最適溫度可高達(dá)70℃。動物體內(nèi)的酶最適pH大多在6.5~8.0，但也有例外，如胃蛋白酶的最適pH為1.5；植物體內(nèi)的酶最適pH大多為4.5~6.5。酶的特性影響：在最適宜的溫度條件下，酶的活性最高。溫度過高，會使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使酶永久失活。在0℃左右時，酶的活性很低，但酶的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在適宜的溫度下酶的活性會升高。圖像：如右圖。應(yīng)用：酶制劑適宜在低溫下保存。酶的特性影響：在最適宜的pH條件下，酶的活性最高。pH偏高或偏低，酶活性都會明顯降低。過酸、過堿，會使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使酶永久失活。圖像：如右圖。預(yù)習(xí)：細(xì)胞的能量“貨幣”ATP本課學(xué)習(xí)結(jié)束