2014金榜生物教师用书配套课件必修1第5章第1节 降低化学反应活化能的酶.ppt
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1、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一、酶的作用和本质一、酶的作用和本质1.1.酶在细胞代谢中的作用酶在细胞代谢中的作用(1)(1)细胞内细胞内化学反应化学反应(2)(2)比较过氧化氢在不同条件下的分解比较过氧化氢在不同条件下的分解:实验原理实验原理:FeClFeCl3 3溶液溶液过氧化氢酶过氧化氢酶实验过程和现象实验过程和现象:试管试管编号编号加入加入物质物质处理处理现象现象1 12 mL2 mLH H2 2O O2 2溶液溶液不处理不处理基本无气泡产生基本无气泡产生2 29090水浴加热水浴加热有有_产生产生3 3加加2 2滴滴_有较多气泡产生有较多气泡产生,并使卫生香燃
2、烧并使卫生香燃烧4 4加加2 2滴滴_有更多气泡产生有更多气泡产生,并使卫生香猛烈并使卫生香猛烈燃烧燃烧FeClFeCl3 3溶液溶液肝脏研磨液肝脏研磨液少量气泡少量气泡产生场所:产生场所:_生理作用:生理作用:_化学本质:化学本质:_ _ 2.2.酶的作用原理和本质酶的作用原理和本质(1)(1)酶的作用原理酶的作用原理:活化能活化能:分子从分子从_转变为容易发生化学反应的转变为容易发生化学反应的_状态状态 所需要的能量。所需要的能量。作用机制作用机制:同无机催化剂相比同无机催化剂相比,酶降低酶降低_的作用更显著的作用更显著,因而催化效率更高因而催化效率更高结果结果:正是由于酶的催化作用正是由
3、于酶的催化作用,细胞代谢才能在细胞代谢才能在_条件下条件下 快速进行快速进行(2)(2)酶的本质酶的本质常态常态活跃活跃活化能活化能温和温和活细胞活细胞催化作用催化作用蛋白质或蛋白质或RNARNA二、酶的特性二、酶的特性1.1.酶的特性酶的特性(连线连线)2.2.温度和温度和pHpH对酶活性的影响对酶活性的影响条件条件酶活性酶活性最高最高失活失活对应对应曲线曲线温度温度最适最适_pHpH最适最适_过高过高过高或过低过高或过低【思考辨析思考辨析】1.1.判断正误判断正误(1)(1)酶是活细胞产生的酶是活细胞产生的,只能在细胞内起作用。只能在细胞内起作用。()()【分析分析】酶是活细胞产生的酶是活
4、细胞产生的,只要条件适宜只要条件适宜,酶在细胞内、细胞酶在细胞内、细胞外和体外都能发挥作用。外和体外都能发挥作用。(2)(2)所有的酶都是在核糖体上合成的。所有的酶都是在核糖体上合成的。()()【分析分析】酶的本质是蛋白质或酶的本质是蛋白质或RNA,RNA,蛋白质是在核糖体上合成的蛋白质是在核糖体上合成的,而而RNARNA不是在核糖体上合成的。不是在核糖体上合成的。(3)(3)在温度过高或过低时在温度过高或过低时,酶均能失去活性。酶均能失去活性。()()【分析分析】酶在温度过高时会失活酶在温度过高时会失活,而在低温条件下酶的活性降而在低温条件下酶的活性降低。低。(4)(4)酶是通过降低活化能来
5、起到催化作用的。酶是通过降低活化能来起到催化作用的。()()2.2.问题思考问题思考(1)(1)在在“比较过氧化氢在不同条件下的分解比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中实验中,自变量有自变量有哪些哪些?如何衡量自变量对因变量的作用如何衡量自变量对因变量的作用?提示:提示:自变量有自变量有9090水浴加热、水浴加热、3.5%3.5%的的FeClFeCl3 3溶液溶液2 2滴、滴、20%20%的肝的肝脏研磨液脏研磨液2 2滴滴;可以通过产生气泡的多少或使卫生香燃烧的程度可以通过产生气泡的多少或使卫生香燃烧的程度来衡量自变量对因变量的作用。来衡量自变量对因变量的作用。(2)(2)从蛋白质的结构和特
6、点等方面来分析从蛋白质的结构和特点等方面来分析,在强酸、强碱或温度在强酸、强碱或温度过高的条件下过高的条件下,酶为什么会失活酶为什么会失活?该如何保存酶该如何保存酶?提示:提示:在强酸、强碱或温度过高的条件下在强酸、强碱或温度过高的条件下,蛋白质的空间结构蛋白质的空间结构遭到破坏遭到破坏,其生物活性就会丧失。应该在适宜的温度和其生物活性就会丧失。应该在适宜的温度和pHpH等条等条件下保存酶。件下保存酶。一、酶的作用、本质及高效性的相关实验分析一、酶的作用、本质及高效性的相关实验分析1.1.酶的概念和作用机理酶的概念和作用机理(1)(1)酶的概念酶的概念:化学本质化学本质绝大多数是蛋白质绝大多数
7、是蛋白质少数是少数是RNARNA合成原料合成原料氨基酸氨基酸核糖核苷酸核糖核苷酸合成场所合成场所核糖体核糖体细胞核细胞核(主要主要)来源来源一般活细胞中均能产生一般活细胞中均能产生生理功能生理功能具有生物催化功能具有生物催化功能特性特性专一性、高效性、需要适宜的专一性、高效性、需要适宜的pHpH和温度等和温度等(2)(2)酶的作用机理酶的作用机理:酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能,分析如下分析如下:图中图中acac和和bcbc段分别表示无催化剂和酶催化时反应进行所需要段分别表示无催化剂和酶催化时反应进行所需要的活化能。的活化能。若将酶变为无机催化剂若
8、将酶变为无机催化剂,则则b b在纵轴上向上移动。在纵轴上向上移动。用加热的方法不能降低活化能用加热的方法不能降低活化能,但会提供活化能。但会提供活化能。2.2.“比较过氧化氢在不同条件下的分解比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验分析实验分析试试管管号号1 12 23 34 43%3%的的H H2 2O O2 2溶溶液液2 mL2 mL2 mL2 mL2 mL2 mL2 mL2 mL自变量自变量处理方法处理方法9090左右水浴加左右水浴加热热滴加质量分数为滴加质量分数为3.5%FeCl3.5%FeCl3 3溶液溶液2 2滴滴滴加质量分数为滴加质量分数为20%20%的肝脏研磨液的肝脏研磨液2 2滴
9、滴因变量因变量气泡多少气泡多少几乎没有几乎没有有一些有一些较多较多很多很多点燃卫点燃卫生香检测生香检测无复燃无复燃有复燃有复燃复燃性复燃性较强较强复燃性复燃性更强更强结果分析结果分析H H2 2O O2 2自然分解自然分解缓慢缓慢加热能促进加热能促进H H2 2O O2 2分解分解FeFe3+3+能催化能催化H H2 2O O2 2的分解的分解过氧化氢酶过氧化氢酶有催化有催化H H2 2O O2 2分分解的作用解的作用,且且效率高效率高结论结论:过氧化氢酶的催化效率高于过氧化氢酶的催化效率高于FeClFeCl3 3溶液等无机催化剂的催溶液等无机催化剂的催化效率化效率,所以酶的催化作用具有高效性
10、。所以酶的催化作用具有高效性。【警示钟警示钟】对酶作用本质的错误理解对酶作用本质的错误理解(1)(1)酶的作用并不是为反应提供能量酶的作用并不是为反应提供能量,而是降低了反应发生所需而是降低了反应发生所需要的能量。要的能量。(2)(2)蛋白酶并不会使所有酶失去活性蛋白酶并不会使所有酶失去活性,有少部分酶的化学本质是有少部分酶的化学本质是RNARNA。【学而后思学而后思】“比较过氧化氢在不同条件下的分解比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中实验中,为什么要用新为什么要用新鲜的肝脏研磨液鲜的肝脏研磨液?提示:提示:若肝脏研磨液不新鲜若肝脏研磨液不新鲜,肝细胞内过氧化氢酶的活性会降肝细胞内过氧化氢酶
11、的活性会降低。低。命题角度命题角度 1 1 酶化学本质的分析酶化学本质的分析【典例训练典例训练1 1】甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理,酶活性与处理时间的关系酶活性与处理时间的关系如右图所示。下列分析错误的是如右图所示。下列分析错误的是()A.A.甲酶能够抗该种蛋白酶降解甲酶能够抗该种蛋白酶降解B.B.甲酶不可能是具有催化功能的甲酶不可能是具有催化功能的RNARNAC.C.乙酶的化学本质为蛋白质乙酶的化学本质为蛋白质D.D.乙乙酶酶活性的改活性的改变变是因是因为为其分子其分子结结构的改构的改变变 【解题关键解题关键】解答本题的关键是通过图中蛋白酶对两种酶的作解答本题
12、的关键是通过图中蛋白酶对两种酶的作用结果来判断两种酶的化学本质用结果来判断两种酶的化学本质,然后逐项分析。然后逐项分析。【解析解析】选选B B。酶的作用具有专一性。酶的作用具有专一性,用蛋白酶处理后用蛋白酶处理后,蛋白质蛋白质类酶的活性会因其分子结构改变而逐渐降低类酶的活性会因其分子结构改变而逐渐降低,非蛋白质类酶的非蛋白质类酶的活性不受影响。酶的化学本质是蛋白质或活性不受影响。酶的化学本质是蛋白质或RNA,RNA,因此乙酶的化学因此乙酶的化学本质是蛋白质本质是蛋白质,甲酶的化学本质是甲酶的化学本质是RNARNA。酶的生理作用都是催化。酶的生理作用都是催化作用。作用。命题角度命题角度 2 2
13、酶高效性的实验分析酶高效性的实验分析【典例典例训练训练2 2】(2013(2013邢台高一邢台高一检测检测)某同学某同学为为了探究了探究“植物体植物体内有关内有关过过氧化氧化氢氢酶酶催化催化过过氧化氧化氢氢分解的分解的问题问题”设计设计了如下了如下实验实验,将四种植物器官各称取将四种植物器官各称取3 g,3 g,切成小薄片放入切成小薄片放入试试管中管中,编编号后号后进进行行实验实验。(备备注注:“+”:“+”表示有表示有,“/”,“/”表示无表示无)序号序号植物材料植物材料名称名称3 mL3 mL3%H3%H2 2O O2 2反应现象反应现象反应速率反应速率产生气产生气泡多少泡多少1 1/+缓
14、慢缓慢少少2 2马铃薯块茎马铃薯块茎+迅速迅速大量大量3 3苹果果实苹果果实+慢慢不多不多4 4胡萝卜直根胡萝卜直根+快快多多5 5白菜叶柄白菜叶柄+较快较快较多较多以下分析不正确的是以下分析不正确的是()A.A.试管试管1 1在本实验中起空白对照的作用在本实验中起空白对照的作用B.B.不同植物组织器官中过氧化氢酶的活性或含量可能不同不同植物组织器官中过氧化氢酶的活性或含量可能不同C.C.表中材料胡萝卜直根中过氧化氢酶的催化活性最高表中材料胡萝卜直根中过氧化氢酶的催化活性最高D.D.若用以上各器官的研磨液若用以上各器官的研磨液3 g,3 g,实验组的反应速率都加快实验组的反应速率都加快【解题关
15、键解题关键】解答本题的关键是解答本题的关键是:(1)(1)找出本实验中的自变量及自变量的作用本质找出本实验中的自变量及自变量的作用本质;(2)(2)通过反应现象分析植物材料与因变量的关系。通过反应现象分析植物材料与因变量的关系。【解析解析】选选C C。实验中的自变量是不同植物的器官。实验中的自变量是不同植物的器官,其中试管其中试管1 1中没有加入催化剂中没有加入催化剂,属于对照组属于对照组;由于加入的各种植物组织都是由于加入的各种植物组织都是3 g,3 g,但不同植物组织中酶的含量是不同的但不同植物组织中酶的含量是不同的,所以通过实验结果所以通过实验结果不能判断出酶的活性高低不能判断出酶的活性
16、高低,只能反映出酶促反应速率的快慢。只能反映出酶促反应速率的快慢。将以上各器官研磨后将以上各器官研磨后,过氧化氢与过氧化氢酶接触的机会增多过氧化氢与过氧化氢酶接触的机会增多,实验组的反应速率都会加快。实验组的反应速率都会加快。【互动探究互动探究】(1)(1)若上述实验各器官过氧化氢酶的含量是相同的若上述实验各器官过氧化氢酶的含量是相同的,哪一组酶的哪一组酶的活性最高活性最高?提示:提示:马铃薯块茎中酶的活性最高。马铃薯块茎中酶的活性最高。(2)(2)上述实验中若酶的活性不同上述实验中若酶的活性不同,会是由温度不同引起的吗会是由温度不同引起的吗?提示:提示:不会。因为实验中的无关变量是相同的。不
17、会。因为实验中的无关变量是相同的。二、酶特性的相关实验二、酶特性的相关实验1.1.高效性高效性(1)(1)表示曲线表示曲线:(2)(2)实验验证实验验证:实验组实验组:底物底物+生物催化剂生物催化剂(酶酶)底物分解速率底物分解速率(或产物形成或产物形成的速率的速率)对照组对照组:底物底物+无机催化剂无机催化剂底物分解速率底物分解速率(或产物形成的速或产物形成的速率率)2.2.专一性专一性(1)(1)原因原因:酶只能催化与其结构互补的底物。酶只能催化与其结构互补的底物。(2)(2)实验验证实验验证:实验组实验组:淀粉淀粉+淀粉酶淀粉酶麦芽糖麦芽糖对照组对照组:蔗糖蔗糖+淀粉酶淀粉酶不分解不分解,
18、仍为蔗糖仍为蔗糖现象现象:两组中都加入斐林试剂两组中都加入斐林试剂,并水浴加热并水浴加热,只有只有组中出现组中出现砖红色沉淀。砖红色沉淀。3.3.温度和温度和pHpH对酶活性的影响对酶活性的影响(1)(1)实验课题及变量分析实验课题及变量分析:课题名称课题名称用淀粉酶探究温度用淀粉酶探究温度对酶活性的影响对酶活性的影响用过氧化氢酶探究用过氧化氢酶探究pHpH对酶活性对酶活性的影响的影响实验材料实验材料淀粉溶液、唾液淀淀粉溶液、唾液淀粉酶粉酶肝脏研磨液、过氧化氢溶液肝脏研磨液、过氧化氢溶液自变量自变量温度温度pHpH自变量的自变量的设置方法设置方法分别用分别用3737的水、的水、沸水、冰水处理沸
19、水、冰水处理分别用蒸馏水、分别用蒸馏水、HClHCl溶液、溶液、NaOHNaOH溶液处理溶液处理因变量因变量酶活性酶活性酶活性酶活性因变量的因变量的观察指标观察指标加碘液后溶液颜色加碘液后溶液颜色变化的速率变化的速率氧气产生的速率氧气产生的速率无关变量无关变量pHpH相同且适宜等相同且适宜等温度相同且适宜等温度相同且适宜等(2)(2)方法步骤方法步骤:【学而后思学而后思】验证酶专一性的实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试验证酶专一性的实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂剂?提示:提示:不能。因为碘液只能检测淀粉是否被水解不能。因为碘液只能检测淀粉是否被水解,蔗糖分子是蔗糖分子是否被水
20、解都不会使碘液变色。否被水解都不会使碘液变色。【典例训练典例训练3 3】(2012(2012福建高考福建高考)回答下列问题。回答下列问题。大菱鲆是我国重要的海水经济鱼类。研究性学习小组尝试对大大菱鲆是我国重要的海水经济鱼类。研究性学习小组尝试对大菱鲆消化道中蛋白酶的活性进行研究。菱鲆消化道中蛋白酶的活性进行研究。(1)(1)查询资料得知查询资料得知,18,18时时,在不同在不同pHpH条件下大菱鲆消化道各部条件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶活性如图位蛋白酶活性如图1 1。由图可知。由图可知,在各自最适在各自最适pHpH下下,三种蛋白酶三种蛋白酶催化效率最高的是催化效率最高的是 。(2)(2)资料表
21、明大菱鲆人工养殖温度常年在资料表明大菱鲆人工养殖温度常年在15151818之间。学之间。学习小组假设习小组假设:大菱鲆蛋白酶的最适温度在大菱鲆蛋白酶的最适温度在15151818间。他们间。他们设置设置1515、1616、1717、1818的实验温度的实验温度,探究三种酶的最适探究三种酶的最适温度。温度。探究实验中以干酪素为底物。干酪素的化学本质是探究实验中以干酪素为底物。干酪素的化学本质是,可用可用试剂鉴定。试剂鉴定。胃蛋白酶实验组和幽门盲囊蛋白酶实验组的胃蛋白酶实验组和幽门盲囊蛋白酶实验组的pHpH应分别控制在应分别控制在。为了控制实验温度为了控制实验温度,装有酶和底物的试管应置于装有酶和底
22、物的试管应置于_ 中以保持恒温。单位时间内中以保持恒温。单位时间内可以表示蛋可以表示蛋白酶催化效率的高低。白酶催化效率的高低。实验结果如图实验结果如图2,2,据此能否确认该假设成立据此能否确认该假设成立?。理由是理由是:。【解题关键解题关键】解答本题的关键是解答本题的关键是:(1):(1)通过分析图通过分析图1 1明确各种酶明确各种酶的最适的最适pHpH。(2)(2)酶的活性代表酶的催化效率。酶的活性代表酶的催化效率。(3)(3)图图2 2中各种酶中各种酶的催化效率并未达到峰值。的催化效率并未达到峰值。【解析解析】(1)(1)由坐标图中三种酶的活性可知由坐标图中三种酶的活性可知,在最适在最适p
23、HpH时时,幽门幽门盲囊蛋白酶的活性最高盲囊蛋白酶的活性最高,因此幽门盲囊蛋白酶的催化效率最高。因此幽门盲囊蛋白酶的催化效率最高。(2)(2)本实验探究蛋白酶的最适温度本实验探究蛋白酶的最适温度,因此实验需要的底物为蛋因此实验需要的底物为蛋白质白质,鉴定蛋白质可用双缩脲试剂鉴定蛋白质可用双缩脲试剂,该试剂可与蛋白质发生紫色该试剂可与蛋白质发生紫色反应。反应。测定酶的最适温度时测定酶的最适温度时,应提供最适的外界环境应提供最适的外界环境,即给各即给各种酶提供最适种酶提供最适pH,pH,由图由图1 1可知可知,胃蛋白酶和幽门盲囊蛋白酶的最胃蛋白酶和幽门盲囊蛋白酶的最适适pHpH分别是分别是2 2和
24、和8 8。本实验的自变量是温度本实验的自变量是温度,因此各组实验应因此各组实验应保持恒定的温度保持恒定的温度,保持恒温的主要方法是通过水浴加热保持恒温的主要方法是通过水浴加热;通过产通过产物的生成量或底物的消耗量可测定蛋白酶的催化效率的高低。物的生成量或底物的消耗量可测定蛋白酶的催化效率的高低。由图由图2 2可以看出可以看出,在在15151818范围内范围内,随着温度的升高随着温度的升高,蛋白蛋白酶的活性一直在增强酶的活性一直在增强,没有出现下降的拐点没有出现下降的拐点,因此因此,不能得出大不能得出大菱鲆蛋白酶的最适温度在菱鲆蛋白酶的最适温度在15151818间。间。答案:答案:(1)(1)幽
25、门盲囊蛋白酶幽门盲囊蛋白酶(2)(2)蛋白质双缩脲蛋白质双缩脲2 2和和8 8水浴底物消耗量水浴底物消耗量(或产物生成量或产物生成量)不能在不能在15151818范围内范围内,随着温度的升高随着温度的升高,酶活性一直在酶活性一直在增强增强,没有出现下降的拐点没有出现下降的拐点,所以不能得出大菱鲆蛋白酶的最适所以不能得出大菱鲆蛋白酶的最适温度温度【互动探究互动探究】(1)(1)若胃蛋白酶随食物进入大菱鲆的小肠中若胃蛋白酶随食物进入大菱鲆的小肠中,其活其活性如何变化性如何变化?提示:提示:失活失活,因为小肠中的因为小肠中的pHpH在在8 8左右左右,而胃蛋白酶在此而胃蛋白酶在此pHpH下会下会失活
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