新人教版 高一 生物必修一 第五章 第一节 降低化学反应活化能的酶 课件ppt

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生物（人教版）高中生物 必修一第五章 第1节 降低化学反应活化能的酶问题探讨1773年，意大利科学家斯帕兰扎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。讨论斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用1.为什么要将肉块放在金属笼内？便于取出实验材料(肉块)，排除物理消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学消化。问题探讨1773年，意大利科学家斯帕兰扎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。讨论斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用2.是什么物质使肉块消失了？3.怎样才能证明你的推测？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。一、酶的作用和本质（一）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。细胞代谢离不开酶。为什么细胞代谢离不开酶？（二）酶在细胞代谢中的作用1.探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解①实验原理细胞代谢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，细胞中有过氧化氢酶，能将过氧化氢及时分解为氧气和水。新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。②实验目的通过比较过氧化氢在不同条件下的分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。1.常温 2.加热3.加FeCl34.加过氧化氢酶.探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解③材料用具新鲜的质量分数为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a.材料：b.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④实验过程及结果无气泡复燃不复燃不复燃变亮少量较多大量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？讨论 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。2.在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？不能。⑤实验分析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？讨论 说明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？讨论 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，所以酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。⑥实验结论 酶和无机催化剂一样，都能催化化学反应，并且酶的催化效率远高于无机催化的催化效率。科学方法控制变量和设计对照实验实验过程中遵循的原则：单一变量原则、对照原则、等量原则1.单一变量原则①变量:实验过程中变化的因素称为变量。②自变量:实验过程中，人为控制的对实验对象进行处理的因素叫做自变量。③因变量:因自变量改变而变化的变量叫做因变量。④无关变量:实验中除因变量外的一些对因变量造成影响的可变因素，叫做无关变量。⑤ 单一变量:实验过程中除自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致。无关变量无关变量自变量因变量因变量分析本实验的变量2.对照原则①对照实验：除作为自变量的因素外，无关变量都保持一致，并将结果进行比较的实验。②对照的类型：空白对照、自身对照、条件对照、相互对照(对比)1号试管即为空白对照2、3、4为相互对照。空白对照：幼小蝌蚪不处理实验组：幼小蝌蚪饲喂甲状腺激素条件对照组：幼小蝌蚪饲喂甲状腺抑制剂条件对照就是实验组的基础上施加一定条件的组。目的是与实验组形成对照。3.对照实验设计的一般步骤对照实验的目的是排除无关变量的干扰，从而确定自变量与因变量的关系。一般步骤：第一步：分组编号第二步：分组施加自变量（要控制好无关变量）第三步：一段时间后，检测因变量（观察记录实验现象）根据实验目的和器材，分析实验的自变量，找出主要的无关变量，明确因变量的检测方法。第四步：分析实验现象，得出实验结论。1. 活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃态所需要的能量。表：20℃下测得H2O2分解的活化能2. 酶的作用机理：降低化学反应的活化能。与无机催化剂相比，酶降低化学反应的活化能更显著。2.酶催化的机理图中①表示：图中②表示：图中④表示：无催化剂时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。图中③表示：无机催化剂降低的活化能图中⑤表示：酶降低的活化能（三）、酶的本质探索历程①对酵母菌发酵的探索发现了起催化作用的物质——酶探索历程②对酶本质的探索发现了绝大多数酶是蛋白质，少数RNA。1.巴斯德和李比希的观点各有什么积极的意义？各有什么局限性？讨论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。毕希纳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才能发挥作用，是不正确的。讨论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的焦点上，使科学研究更加有的放矢。讨论3.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。你认为他取得成功靠的是什么样的精神品质？4.请给酶下一个比较完整的定义。萨姆纳历时9年，用正确的科学方法，坚持不懈、百折不饶的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。酶的定义：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物（绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA）②酶只有一个作用：催化作用，不具有传递信息、调节的作用。①有些酶在细胞内发挥作用，有些酶在细胞外发挥作用(如：消化酶)。酶也可以在体外发挥作用(如：加酶洗衣粉中的酶)③酶的基本单位是氨基酸或核糖核苷酸。（酶的来源）（酶的作用）（酶的本质）（作用机理：降低活化能）二、酶的特性1.高效性与无机催化剂相比，酶的催化效率高，是无机催化剂的107~1013倍保证了细胞内化学反应的顺利进行，保证了细胞内能量供应稳定。与无机催化剂相比，酶能显著降低化学反应的活化能。酶与无机催化剂都不改变反应的平衡点，也就是说，不改变生成物的量，只是缩短了到达平衡点的时间。2.专一性实验验证原理淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化下都能水解呈还原糖。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应了。材料用具质量分数为2%的新配置的淀粉酶溶液质量分数为3%的可溶性淀粉溶液质量分数为3%的蔗糖溶液斐林试剂二、酶的特性2mL——2mL2mL2mL60℃保温5min各加入2mL沸水浴1min砖红色无砖红色2.专一性实验验证思考：能否用碘液对实验结果进行检测？不能，因为碘液无法检测蔗糖是否发生水解二、酶的特性2.专一性一种酶只能催化一种或一类反应。保证了细胞内化学反应有序进行。a.锁钥学说①内容②意义③原因酶有一定的空间结构，酶在反应中与底物的关系就像钥匙和锁的关系，它们的空间结构必须相互结合形成复合物才能发生反应。2.专一性b.诱导契合学说③原因酶活性部位不是刚性不变的，其形状可在结合底物时有所改变，即底物与酶活性部位结合，会诱导酶发生构象变化，使酶的活性中心变得与底物的结构互补，两者相互契合，从而发挥催化功能。反应后又变回原样。2.专一性曲线表示实验设计思路(探究温度对酶活性的影响)3.条件温和实验过程与结果(探究温度对酶活性的影响)实验结论温度过低或过高酶的活性都较低。变蓝不变蓝变蓝3.条件温和思考·讨论1.如何进一步探究淀粉酶的最适温度？缩小温度梯度，重复进行上述实验。2.为什么不能用过氧化氢酶和过氧化氢来探究温度对酶活性的影响？因为过氧化氢本身受热易分解，会对实验结果造成干扰。曲线 在一定条件下，酶活性最大时的温度称为该酶的最适温度。 在一定温度范围内，酶促反应速率随温度的升高而加快；但当温度升高到一定限度后，酶促反应速率随着温度的升高而下降。低温酶活性降低，高温会使酶空间结构遭到破坏，使酶永久失活。曲线解读抑制失活实验设计思路(探究pH对酶活性的影响)3.条件温和 探究pH对酶活性影响的实验方案 有大量气泡 产生 无气泡产生 无气泡产生实验结论：过氧化氢酶在强酸和强碱环境中不起作用，在中性环境中，能催化过氧化氢快速分解。3.条件温和2. 该实验不宜选用淀粉酶催化淀粉的水解做实验,为什么?因为淀粉酶催化的底物——淀粉在酸性条件下也会发生水解反应,无法排除无关变量的干扰。不能。若调换2、3步骤,在调节pH之前,试管中已经发生了反应,从而影响实验结果。思考：1. 该实验中,能否将步骤2、3调换?为什么?3. 如何进一步探究淀粉酶的最适PH？缩小PH梯度，重复进行上述实验。曲线曲线解读： 在一定条件下，酶活性最大时的pH称为该酶的最适pH。 pH偏高或偏低，酶促反应速率都会下降。过酸过碱，会使酶空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(2)、pH对酶促反应的影响失活失活3.条件温和①含义酶通常在一定pH范围和一定温度范围内才能起作用，而且在某一pH、某一温度下作用最强。②意义保证细胞代谢能够在温和条件下高效进行。③原因过酸、过碱、高温，会使酶的空间结构遭到破坏，甚至使酶永久失活，低温使酶的活性抑制，空间结构稳定，在适宜温度下酶的活性会升高。因此，酶制剂需要在低温和适宜的pH下保存。①图甲中，温度从a降低或升高，酶促反速率均下降，但是下降的原因不同。温度、pH、底物浓度、酶浓度②图乙中，pH从b降低或升高，酶促反速率均下降，但是下降的原因相同。③图丙中，底物浓度为c时，酶促反应速率达到最大，因为，酶数量有限。习题酶的作用条件较温和:(1)温度对酶活性的影响(如图1):①ab段表示随温度升高,酶活性_________;b点时,酶活性_____,此点所对应的温度为_________;bc段表示随温度升高,酶活性_________。②a点时酶活性_____,但酶的空间结构_____。③c点时酶活性丧失,其原因是_________________________________________。逐渐增强最高最适温度逐渐减弱较低高温使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活稳定酶的作用条件较温和:(2)pH对酶活性的影响(如图2):①de段表示随pH升高,酶活性_________;e点时,酶活性_____,此点所对应的pH为_______;ef段表示随pH升高,酶活性_________。②d点和f点时酶活性丧失,其原因是_______________________________________________。 逐渐增强最高最适pH逐渐减弱过酸、过碱使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活