资源简介 (共57张PPT)第1节 降低化学反应活化能的酶第五章 细胞的能量供应和利用一 酶的作用和本质学习目标:1.明确自变量、因变量、无关变量的含义,能区分实验组、对照组。2.归纳与概括酶的作用机理和本质。3.能够根据实验比较过氧化氢在不同条件下的分解实验,分析结果得出结论。实验背景:人们普遍认为鸟类的胃只能磨碎食物,不能分解食物中的有机物,也就是说,鸟类的胃只有物理性消化,没有化学性消化。问题探讨斯帕兰札尼对鹰的消化研究实验过程:将肉块放入小巧的金属笼内,然后让鹰把小笼子吞下去,一段时间后取出小笼子,发现笼内的肉块消失了。1、为什么要将肉放入金属笼中?2、是什么物质使肉块消失了?3、怎么样才能证明你的推测?胃内的化学物质将肉块分解了收集胃内的化学物质,看看这些化学物质在体外是否也能将肉块分解便于取出实验材料;排除物理性消化对肉块的影响,确定其是否发生了化学性消化。思考讨论:施旺是怎样证明胃中起消化作用的化学物质是胃蛋白酶的?(见76页)胃中起消化作用的化学物质是什么?细胞中每时每刻都进行着许多化学反应,统称为细胞代谢。(一)细胞代谢场所:细胞内实质:各种化学反应的总称意义:细胞生命活动的基础细胞的生活需要物质和能量,能量的释放、储存和利用都必需通过化学反应来实现。组成生物体的细胞内外环境是很温和的:常温、常压、水溶液环境、pH接近中性。众多的化学反应在温和的条件下为什么能够高效有序的进行?细胞内发生一系列的化学反应的环境条件是什么?是因为细胞内有生物催化剂 — 酶细胞代谢中会产生许多对细胞有害的物质,如过氧化氢,会引起细胞衰老。为了应对有害的过氧化氢,细胞中有一种物质,能将其分解为氧和水,这种物质就是过氧化氢酶。细胞代谢为什么离不开酶?酶在细胞代谢中的作用是什么?下面我们就以过氧化氢在不同条件下的分解为例,探究酶的作用(二)酶在细胞代谢中的作用探究.实践:比较过氧化氢在不同条件下的分解(见教材77页)一、实验原理: H2O2在水浴加热、FeCl3溶液、肝脏研磨液中过氧化氢酶的作用下加速分解二、实验目的: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。三、实验材料:新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液质量分数为3.5%的FeCl3溶液新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液实验步骤:2 H2O2 2 H2O + O2加热 /Fe3+ /过氧化氢酶步骤 试管编号 变量1 2 3 4 第一步 H2O2浓度 3% 3% 3% 3%剂 量 2ml 2ml 2ml 2ml 第二步 反应条件 常温 90℃ 常温 常温清水 清水 FeCl3 肝脏研磨液 剂 量 2滴 2滴 2滴 2滴结果 气泡产生卫生香燃烧对照实验对照组实 验 组较多大 量不复燃不复燃复燃剧烈燃烧不同条件下过氧化氢的分解速率不一样:加热可以促进H2O2分解,提高反应速率,Fe3+和过氧化氢酶都能加快H2O2分解,但过氧化氢酶的催化效率更高不明显少量无关变量自变量因变量无关变量比较过氧化氢在不同条件下的分解结论所谓实验结论,就是根据实验现象推理出来的,一般和实验目的相呼应。1.1号试管在实验中起 作用。1号和2号试管相比自变量是 ,结论 。1号和3号试管相比自变量是 ,结论 。1号和4号试管相比自变量是 ,结论 。4号和3号试管相比自变量是 ,结论 。由以上实验得出的结论是酶具有 作用,且具有 性。讨论:(学案)对照温度加热能促进H2O2分解有无氯化铁溶液Fe3+能催化H2O2分解是否添加肝脏研磨液过氧化氢酶能催化H2O2分解催化剂的种类过氧化氢酶比Fe3+催化效率更高催化高效1)与1号试管相比,2号试管产生的气泡多,这一现象说明了什么?加热能促进过氧化氢的分解提高反应速率;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?为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要?说明过氧化氢酶比Fe3+ 的催化效率更高讨论(77页)2)在细胞内,能通过加热来提高反应速率吗?不能,高温会导致细胞死亡(加热会使蛋白质变性)在细胞内的化学反应在常温、常压下进行的,只有酶最符合条件,所以酶对于细胞代谢至关重要1.选择合适材料,分组编号2.设置对照(变量处理)4.观察记录分析现象得出结论适宜条件下处理一段时间设计实验的基本思路:1、变 量:实验中变化的因素叫变量;2、自 变 量:人为控制的对实验对象进行处理的因素;如加热、加氯化铁和肝脏研磨液是对H2O2溶液的不同处理,温度和催化剂都是自变量3、因 变 量:随着自变量改变而变化的量;如H2O2的分解速率4、无关变量:除自变量外,对实验结果造成影响的一些可变因素,如H2O2浓度,肝脏研磨液新鲜程度、反应时间等。关于变量①对照原则:设计对照实验既要有对照组(不接受实验变量--人为因素处理,自然状态),又要有实验组(接受实验变量处理,所处理的变量就是我们要研究的内容) 。②单一变量原则:在对照实验中,除了要观察的变量(自变量)发生变化外,其他变量(无关变量)都应始终保持相同。实验设计原则:对照实验:除了 以外,其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。它一般要设置 组和 组。一个因素对照实验意义:通过设置对照,既可排除无关变量的影响,又可增加实验结果的可信度和说服力自变量 无关变量 因变量设置 控制 观察设计实验时如何消除无关变量对实验结果的影响?设计实验时要遵循单一变量原则和等量原则。①生物材料要相同②实验器具要相同③实验试剂要相同④处理方法要相同即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同。实验中要做到“单一变量” ,应注意等量的原则 即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小、型号、洁净度等要完全一样。 即试剂的成分、浓度、体积要相同。尤其要注意体积上等量的问题 保温或冷却:光照或黑暗;搅拌或振荡都要一致。有时尽管某种处理对对照实验来说,看起来似乎是毫无意义的,但还是要作同样的处理。1. 如果只用试管4能否说明酶的催化效率高?这说明设计实验要遵循什么原则?对照原则2.在第3.4组实验中两支试管的唯一区别是催化剂不同,如果两试管的温度也不同,对实验结果有影响吗?这说明设计实验要遵循什么原则?单一变量原则3.在第②组实验两支试管中加入的FeCl3和肝脏研磨液都是2滴,如果数量不同对实验结果有影响吗?这说明设计实验要遵循什么原则?等量原则想一想:实验注意问题(见学案)①实验时必须用新鲜的肝脏作实验材料。否则细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生细菌的作用下分解,使组织中酶分子的数量减少且活性降低,从而影响实验的准确性。②实验中把肝脏制成研磨液的目的,有利于过氧化氢酶的充分释放,增大与过氧化氢的接触面积以加速过氧化氢的分解。③滴加氯化铁溶液和肝脏研磨液时不能共用一支滴管:第一,会污染后一种试剂;第二,如果先吸肝脏研磨液再吸氯化铁溶液,由于过氧化氢酶的高效性,必然影响对照效果④过氧化氢溶液最好现用现配。因为过氧化氢在常温下会分解,长时间放置会导致过氧化氢溶液浓度不准确,影响实验效果。⑤H2O2具有一定的腐蚀性,使用时不要与皮肤直接接触。 加热可以为底物提供能量,使之从常态变为易发生反应的活跃状态, 酶和一般催化剂的作用是降低化学反应所需的活化能,从而使活化分子数增多,反应速度加快。活化能:分子从常态转化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加热和使用催化剂提高反应速率的原理相同吗?为什么Fe3+和过氧化氢酶没有提供能量也能促进过氧化氢分解呢 反应物产物………………活化能反应进程能量催化剂在化学反应中的作用75无催化剂催化29过氧化氢酶43用Fe3+催化活化能(kJ.mol-1)条件..…………无机催化剂……..生物催化剂酶无催化剂酶同无机催化剂相比有哪些相同点?只改变化学反应速率,不改变化学反应的方向降低活化能,加快反应速率,缩短达到平衡点的时间(不改变平衡点)(不改变生成物的量)不为化学反应提供物质和能量,反应前后酶的性质和数量均不会改变。可反复利用只催化已经存在的化学反应都可以在生物体外发挥作用酶与无机催化剂的相同点:⑴1、3对照说明:⑵2、3对照说明:酶具有催化作用酶具有高效性m加酶加无机催化剂无催化剂生成物的量时间0思考:平衡点与谁有关?只与反应物(底物)的量有关123加热相当于给汽车加大油门提供能量加催化剂相当于给汽车提供了穿山隧道,减少了能量消耗为什么酶的催化效率会比无机催化剂更高呢?与无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著,催化效率更高各条件使反应加快的实质:加热:Fe3+:酶:为化学反应提供活化能降低化学反应的活化能更显著地降低化学反应的活化能酶在细胞代谢中的作用:总结:正是由于酶的催化作用,细胞代谢才能在温和条件下快速有序的进行。酶的催化作用的实质(原理)是:降低化学反应的活化能降低化学反应的活化能,提高化学反应的速率为什么说酶是细胞代谢所必需的?说出两条理由。(1)细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应,这些化学反应需要高效率地进行,酶的催化效率比无机催化剂高得多。(2)细胞内的化学反应需要在常温、常压、酸碱度适中等温和条件下进行,无机催化剂常常需要辅助以高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件才能有较高的催化效率。阅读教材79页关于酶本质的探索重温历史发现过程,沿着科学发现的足迹,构建酶本质探索历程的科学发现模型。模型构建发酵是纯化学反应,与生命活动无关巴斯德李比希毕希纳萨姆纳VS其他科学家切赫和奥特曼发酵与死细胞中的物质有关发酵与活细胞有关死细胞中的物质和活细胞都能引起发酵脲酶是蛋白质胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质少数RNA也具有生物催化功能酶本质的探索过程:巴斯德之前脲酶有何作用?为何用刀豆提取脲酶?毕希纳为何无法鉴定酶的成分出现结晶说明什么?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?问题探讨:2、二人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什么作用?巴斯德认为发酵和活细胞有关,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活细胞中的某些物质,是合理的;认为这些物质只有在酵母菌细胞死亡并裂解后才能发挥作用,是不正确的。争论原因: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4.萨姆纳历时9年取得的成就是什么?你认为他取得成功依靠什么精神品质?3. 从毕希纳的实验可以得出什么结论?请给酶下一个比较完整的定义毕希纳的实验说明,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。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酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,其中绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA。(三)、酶的本质实验组:待测酶液 + 双缩脲试剂 → 是否出现紫色对照组:标准蛋白质液 + 双缩脲试剂 → 出现紫色自变量 因变量可用什么方法鉴定酶的本质?用蛋白酶或RNA酶处理,看酶是否仍能发挥作用1、用特定的试剂检测2、用特定的酶处理(酶解法)完成下表:化学本质 绝大多数是_____ 少数是_____合成场所 细胞核(真核生物)合成原料 来源 一般来说,_____细胞都能产生酶 生理功能 具有生物_______作用 作用原理 作用场所 细胞的 (内/外) RNA蛋白质核糖体氨基酸核糖核苷酸活催化降低化学反应的活化能内外SOD(超氧化物歧化酶)酶为生活添姿彩知识构建:化学反应催化常态活跃状态蛋白质显著降低活化能RNA人为改变的变量因变量无关变量活细胞催化蛋白质1、大多数酶在被水解过程中,通常能得到多肽,最后能得到氨基酸,这说明( )A.大多数酶是由活细胞产生的B.大多数酶是生物催化剂C.大多数酶的化学本质是蛋白质D.大多数酶的基本组成单位是多肽2、酶的基本组成单位是( )A.氨基酸 B.核苷酸C.核糖核苷酸 D.A或C课堂练习:CD3.细胞内合成酶的主要的场所是( )A.细胞质 B. 线粒体C.核糖体 D. 内质网C4.下列有关酶的正确叙述是( )①是有分泌功能细胞产生的②有的从食物中获得,有的是体内转化而来③凡是活细胞都能产生酶④绝大多数酶是蛋白质⑤有的酶是蛋白质,有的是固醇⑥酶只能在细胞内发挥作用⑦在新陈代谢和生殖发育中起调控作用⑧酶只是起催化作用A①②⑤ B③⑦⑥ C③④⑧ D④⑤⑥C第1节 降低化学反应活化能的酶第五章 细胞的能量供应和利用二 酶的特性1、理解酶在细胞代谢中的特性2、了解影响酶活性的条件酶的催化效率一般是无机催化剂的107 ~1013倍。使细胞内化学反应在温和条件下快速顺利进行。酶具有高效性的意义:上述实验说明了:(一)、酶具有高效性与无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著,催化效率更高酶高效性的原因:生成物的量淀粉和蔗糖都是非还原性糖,淀粉在酶的催化作用下能水解为麦芽糖和葡萄糖。蔗糖在酶的催化作用下能水解为葡萄糖和果糖。麦芽糖、葡萄糖、果糖均属还原性糖。还原性糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应,生成砖红色的沉淀。现在给你淀粉酶溶液,要观察淀粉酶能催化哪种糖水解,应该如何设计这个实验?你又怎么知道淀粉酶催化了糖的水解呢?探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用思路:对照组:另一底物+相同酶液 底物没被分解1.实验组:底物+相应酶液 底物被分解检测检测2.实验组:底物+相应酶液 底物被分解对照组:相同底物+另一酶液 底物没被分解检测淀粉溶液 蔗糖溶液 实验步骤 一 二 三 实验现象结论 分别加入2滴淀粉酶溶液,振荡,试管下半部浸入60℃左右的热水中,反应5min2号试管中加入2mL蔗糖溶液加入斐林试剂振荡约60℃水浴2min1号试管中加入2mL淀粉溶液无砖红色沉淀产生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实验步骤 一 二三 实验现象结论 37c水浴5min1、2号试管中分别加入2mL淀粉溶液(两试管中PH和温度正常且相同)淀粉酶能催化淀粉水解,蛋白酶不能催化淀粉水解探究淀粉酶和蛋白酶对淀粉的水解作用1号加入2滴 唾液淀粉酶溶液2号加入2滴 蛋白酶溶液加2滴碘液,震荡不变蓝变蓝酶是否能催化多种化学反应?资料2、脲酶——只能催化尿素分解。过氧化氢酶——只能使过氧化氢分解。二肽酶——可以使所有的二肽分解资料1、单独咀嚼米饭或馒头一段时间后,感觉有甜味,但早晨起床发现昨晚夹在牙缝中的瘦肉丝依然存在,是什么原因?每一种酶只能催化 化学反应。意义:使细胞代谢能够有条不紊地进行(二)、酶具有专一 性一种或一类目前发现的酶有4000多种,它们分别催化不同的化学反应。无机催化剂有专一性吗?1、选择淀粉酶还是H2O2酶作为实验材料?三组,高温,低温和常温!2、我要设计几组实验?至少选择几个温度?淀粉酶。因为 H2O2受温度影响也会分解3、观察指标怎么确定,选择什么样的鉴定试剂?碘液,看是否变蓝问题聚焦能不能设计一个实验,来证明温度会影响酶的催化效率(活性)?实验的自变量? _______________如何控制自变量?_____________________无关变量? ____________________________使用水浴恒温箱,底物与酶混合前要先预热处理反应物的浓度,滴加淀粉的量;滴加酶的量;PH值温度为何不能用斐林试剂鉴定呢?因为实验的目的是观察不同温度对酶活性的影响,如果选用斐林试剂鉴定需要进行水浴加热,就会改变原来设定的温度条件,影响实验结果的真实性淀粉溶液 1号试管 2号试管 3号试管实 验 步 骤 一 二 三四 五 实验现象结 论 试管各加入2mL淀粉溶液另取3支试管,编号4,5,6分别加入等量淀粉酶溶液取1号试管和4号试管,共同加热至60℃,保持约5min取2号试管和5号试管,共同在0℃冰水保持约5min取3号试管和6号试管,共同加热至100℃,保持约5min给1、2、3号试管分别加入对应4,5,6试管的淀粉酶溶液2滴,振荡保温5min3支试管各加入两滴碘液,震荡观察。不变蓝浅蓝色蓝色只有在适合的温度下酶的催化效率最高除了注意对照实验设计,还要注意实验的顺序,如果有时间,可多做几组等梯度温度实验,得出的结果更准确。酶的最适温度是否一直保持不变呢?酶促反应速率最快时的环境温度称为该酶促反应的最适温度在最适温度前,随着温度的升高,酶活性(酶促反应速率)增强;到达最适温度时,酶活性最强;超过最适温度后,随着温度的升高,酶活性降低.低温只会降低酶的活性不会使酶变性失活,而高温会使酶空间结构遭到破坏变性失活.即在最适温度的两侧,酶促反应速率都会降低0t0t/℃υ/mmol. s-1酶活性受温度影响示意图每种酶都有自己的最适温度0℃左右时,酶活性是否为零?高温时,酶活性是否为零?t1—t0酶活性的变化?t0—t2酶活性的变化?t2—t0酶活性的变化?t1t2探究二、探究PH值对酶活性的影响1、自变量是________,怎样控制自变量? 。2、因变量是_____________,3、实验材料用具:(P84)4、你选择的酶是 ,反应物是 。5实验程序:根据你的选择,写出实验操作过程:(可以以表格形式反映)PH值通过给酶溶液中滴加酸或碱溶液酶促反应速率过氧化氢酶过氧化氢 为什么不能用淀粉酶做探究pH的实验?答:因为淀粉在酸性条件下会分解,这对于判断淀粉酶能否使得淀粉水解出现干扰。故不能使用。 探究PH值对酶活性 序号 内容 试管1 试管2 试管31 注入等量的新鲜的肝脏研磨液 1mL 1mL 1mL2 注入等量的不同pH值的溶液 1mL蒸馏水 1mLNaOH溶液 1mLHCl溶液3 注入等量的过氧化氢溶液 2mL 2mL 2mL4 预期实验结果 气泡较多 气泡较少或没有 气泡较少或没有5 将点燃的卫生香插入试管内液面的上方 燃烧猛烈 燃烧较弱 燃烧较弱6 结论 酶催化反应需要适宜的pH 在最适宜的pH下,酶的活性最高动物体里的酶最适PH大多在6.5---8.0之间,(但胃蛋白酶为1.5,胰液中的酶为8---9)植物体里的酶最适PH大多在4.5-----6.5之间过酸、过碱,会使酶的空间结构遭到破坏,蛋白质变性,使酶永久失活。在最适PH前,随着PH的降低,酶活性(酶促反应速率)逐渐降低;到达最适PH时,酶活性最强;超过最适PH后,随着PH的升高,酶活性降低.即在最适PH的两侧,酶促反应速率都会降低思考: 高温、低温、过酸和过碱对酶活性的影响其本质相同吗?不同,过酸、过碱或温度过高,会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活;低温使酶活性明显下降,但在适宜温度下其活性可以恢复。应在什么条件下保存酶?酶制剂适于在低温(0-40C)下保存在测定胃蛋白酶活性时,将溶液中pH由10降到2的过程中,胃蛋白酶的活性将会 ,原因是不变pH为10时,酶已经永久失活思考.在不同温度和PH组合下对酶的作用进行研究,下列符合图的含义的是( )A.随PH从5升到7,酶的活性逐渐降低 B.随PH从5升到7,酶的最适温度不变C.温度O~A变化过程中,酶的活性逐渐降低D.该酶的最适PH为7B★影响酶促反应速率的因素:1、温度4、酶的浓度:反应速率随酶浓度的升高而加快5、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,反应速率不再变化酶促反应速率酶的浓度酶促反应速率底物浓度酶量一定2、pH3、激活剂和抑制剂酶还有钝化现象酶活性酶与底物接触面积1、酶的特性(1)酶具有高效性(2)酶具有专一性(3)酶的作用条件较温和温度PH值2、对照性实验设计原则(1)单一变量原则(2)对照性原则课堂小结影响活性的因素1.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2.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CA习题巩固3、下图表示的是在最适温度下,反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。ABC反应速率反应物浓度(1)请解释在A、B、C三点时该化学反应的状况。A点:随着反应物浓度的增加,反应速率加快。B点:反应速率在此时达到最高。C点:反应速率不再随着反应物浓度的增加而升高,维持在相对稳定的水平。ABC反应速率反应物浓度(2)如果在A点时温度升高10℃,曲线会发生什么变化?为什么?请画出变化后的曲线。如果在A点时温度升高10℃,曲线上升的幅度变小。因为图中原曲线表示在最适温度下催化速率随底物浓度的变化。温度高于或低于最适温度,反应速率都会变慢。3、下图表示的是在最适温度下,反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。ABC反应速率反应物浓度(3)如果在B点时往反应混合物中加入少量同样的酶,曲线会发生什么变化?为什么?请画出相应的曲线。该曲线表明,B点的反应物的浓度足够大,是酶的数量限制了反应速率的提高,这时加入少量的酶,会使反应速率加快。3、下图表示的是在最适温度下,反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。4.右图表示酶浓度相同、温度不同时,酶促反应速率随底物浓度的变化曲线,下列说法不正确的是A.若在B点时增加酶的数量,则反应速率加快B.Ⅱ和Ⅰ相比反应速率慢,这是因为温度低,酶活性低C.AB段影响反应速率的主要限制因素是酶浓度D.若探究温度对酶活性的影响,至少应设置3种不同的温度条件C这世上有三样东西是别人抢不走的: 一是吃进胃里的食物, 二是藏在心中的梦想, 三是读进大脑的书。 展开更多...... 收起↑ 资源预览