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(共44张PPT)
第五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(课时2)
1. 生命观念
2. 科学思维
3. 科学探究
4. 社会责任
教学目标
理解酶具有专一性、高效性和作用条件温和的特性，建立“结构与功能相适应”的生命观念；能从蛋白质结构与功能的角度，解释酶作用的机理及特性的本质原因。
通过相关实验探究，培养归纳与概括、演绎与推理的思维能力以及运用模型建构的方法，构建酶活性与温度、pH关系的数学模型。
学会控制变量、设计对照实验，能够针对“影响酶活性的条件”自主设计实验方案并实施；在小组合作探究中，提升收集处理数据、分析实验结果及批判性思考的科学探究能力。
关注酶在生产、生活中的应用实例，如运用酶来水解淀粉生产葡萄糖，认识生物科学技术对社会发展的影响。
(1) 酶的高效性和作用条件温和的特性。
(2) 控制变量、设计对照实验的科学方法。
(1) 针对“影响酶活性的条件”设计科学合理的实验方案。
(2) 构建温度、pH与酶活性关系的数学模型。
(3) 理解酶的特性与蛋白质结构的关系。
1. 教学重点
2. 教学难点
教学重难点
三、目录 CONTENTS
一、酶的特性
1.1 专一性
1.2 作用条件温和
1.3 知识拓展 影响酶促反应的因素
当堂训练
小结
(1)探究·实践1 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
(1)探究·实践2 温度对酶活性的影响
(2)探究·实践3 pH对酶活性的影响
温故知新
活细胞产生，可在细胞内、细胞外或体外发挥作用
具有催化作用
降低化学反应的活化能　
有机物:蛋白质(大多数)或RNA
氨基酸或核糖核苷酸
酶
来源
功能
本质
合成原料
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、酶的特性
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。
酶的催化作用与无机催化剂有什么不同呢？
VS
酶的催化效率一般是无机催化剂的107 ～1013倍。
科学研究表明：
1.1 高效性
一、酶的特性
无机催化剂催化的化学反应范围比较广
酸
催化
蛋白质水解
脂肪水解
淀粉水解
酶能像无机催化剂一样，催化多种化学反应吗？
一、酶的特性
探究·实践1 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
(1) 实验目的:
探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
(2) 实验原理:
① 淀粉和蔗糖都是非还原糖。
② 淀粉和蔗糖在酶的作用下都能水解成还原糖。
③ 通过斐林试剂鉴定溶液中是否有还原糖，确定酶促反应产物。
(3) 材料用具:
质量分数为2%的新配制的淀粉酶溶液
热水
质量分数3%的
可溶性淀粉溶液
质量分数
3%蔗糖溶液
斐林试剂
1.1 专一性
一、酶的特性
方案一
实验步骤 一 二
三 四 实验现象
实验结论 加入淀粉酶溶液2滴，振荡混合摇匀，将试管下半部分浸到60℃左右的的热水中，保温5min。
2号试管中加入2mL蔗糖溶液
加入斐林试剂
振荡
60℃水浴2min
1号试管中加入2mL淀粉溶液
无变化
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。
取两支洁净的试管，编号1、2。
①不宜选用碘液鉴定的原因是什么？
无法鉴定蔗糖是否发生反应
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
(4) 方法步骤:
一、酶的特性
(4) 方法步骤:
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用(视频)
一、酶的特性
(4) 方法步骤:
实验步骤 一 二 三
四 实验现象
实验结论 1号试管加入2滴淀粉酶溶液
向两支试管中各加入2mL淀粉溶液
变蓝
不变蓝
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。
方案二
2号试管加入2滴蔗糖酶溶液
反应5min后，向两支试管中加入等量的碘液
②是否可以选用斐林试剂鉴定实验现象？
可以，本实验不需要进行温度处理
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
取两支洁净的试管，编号1、2。
一、酶的特性
(4) 方法步骤:
方案一
酶相同、底物不同
实验组：底物1 + 相应酶液
对照组：等量底物2 + 等量相同酶溶液
检测
底物被分解
检测
底物没被分解
方案二
底物相同、酶不同
实验组：底物 + 酶溶液1
对照组：等量相同底物 + 等量酶溶液2
检测
底物被分解
检测
底物没被分解
总结：酶专一性的探究性实验设计思路
许多无机催化剂能在高温、强酸、强碱条件下催化化学反应。
催化作用
酶
一、酶的特性
酶催化特定化学反应的能力。
单位时间内底物的减少量或生成物的生成量。
① 酶活性概念：
② 表示方法：
一、酶的特性
1.2 作用条件温和
探究·实践2 温度对酶活性的影响
细胞中几乎所有的化学反应都是由酶来催化的。
在初中做消化酶实验时，需要控制温度等实验条件。
不同消化液的pH不一样。唾液的pH为6.2~7.4，胃液的pH为0.9~1.5，小肠液的pH为7.6。
唾液淀粉酶会随唾液流入胃，胃蛋白酶会随食糜进入小肠。
背景知识
一、酶的特性
1.2 作用条件温和
探究·实践2 温度对酶活性的影响
在初中做消化酶实验时，需要控制温度等实验条件。
不同消化液的pH不一样。唾液的pH为6.2~7.4，胃液的pH为0.9~1.5，小肠液的pH为7.6。
唾液淀粉酶会随唾液流入胃，胃蛋白酶会随食糜进入小肠。
背景知识
读了上述文字，你能提出什么问题？
一、酶的特性
1.2 作用条件温和
探究·实践2 温度对酶活性的影响
【探究活动1】
阅读课本p82-83， 小组合作完成以下任务。
①找出本实验的实验材料用具、自变量、因变量及无关变量;
②写出本实验的原理、目的；
③设计实验方案并基于实验操作完成实验方案。
一、酶的特性
1.2 作用条件温和
探究·实践2 温度对酶活性的影响
(1)提出问题 :
温度会影响酶的活性吗？
(2)作出假设:
温度会影响酶的活性。
(3)材料用具:
材料：淀粉，淀粉酶（工业淀粉酶，最适温度60℃），碘液，热水，冰块。
用具：试管、量筒、小烧杯、大烧杯、滴管、试管夹、酒精灯等。
一、酶的特性
探究·实践2 温度对酶活性的影响
试管编号 试管1 试管1′ 试管2 试管2′ 试管3 试管3′
实验步骤 一 2 mL 淀粉溶液 2 mL 淀粉酶溶液 2 mL 淀粉溶液 2 mL 淀粉酶溶液 2 mL 淀粉溶液 2 mL
淀粉酶溶液
二 放入0℃冰水中 水浴5 min 放入60℃温水中 水浴5 min 放入100℃热水中 水浴5 min 三 将1与1′试管内的液体混合后继续在0 ℃冰水内放置 10 min 将2与2′试管内的液体混合后继续在60 ℃温水内放置10 min 将3与3′试管内的液体混合后继续在100 ℃热水内放置10 min 四 取出试管各加入2滴碘液，振荡 实验现象 实验结论 呈蓝色
无蓝色出现
呈蓝色
淀粉酶在60℃时催化淀粉水解，在100℃和0℃时都不能发挥催化作用。
酶的催化作用需要适宜的温度，温度过高或过低都会影响酶的活性。
(4)方法步骤:
一、酶的特性
(4)方法步骤:
温度对酶活性的影响(视频)
(5)实验结论:
酶的催化作用需要适宜温度，温度过高会使酶失活，过低则会影响酶的活性。
一、酶的特性
讨论
(1)本实验能否选用H2O2溶液作为底物？
不能，H2O2在常温下就能分解,加热条件下分解会加快,从而影响实验结果。
(2)本实验能否选用斐林试剂来鉴定实验结果？
使用斐林试剂鉴定时需进行水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
(3)本实验底物和酶溶液是先混合处理，还是处理温度？
底物和酶溶液应先分别在预设的温度中保温一段时间后再混合,保证反应从一开始就是预设的温度。
温度
反应速率
最适温度
A
B
C
在一定温度范围内，酶促反应速率随温度的升高而加快。
AB段：
B 点：
BC段：
超过最适温度，酶促反应速率随温度升高而减慢，直至酶失活。
低温(如A点)影响酶的活性，但不会使酶的空间结构遭到破坏，温度适当升高后，酶仍能恢复活性。但高温(如C点)会导致酶的空间结构遭到破坏，使其永久失活。
在最适温度时，酶促反应速率最快。
一、酶的特性
高温破坏酶的空间结构，使酶失活
低温保存酶等蛋白质制品
一、酶的特性
注意事项
①在探究温度对酶活性的影响实验中,不能选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶作为实验材料,因为过氧化氢(H2O2)在常温下就能分解，加热条件下分解会加快,从而影响实验结果。
②在探究温度对酶活性的影响实验中,底物和酶溶液应先分别在预设的温度中保温一段时间后再混合,保证反应从一开始就是预设的温度。
③若选择淀粉和淀粉酶来探究温度对酶活性的影响,检测底物被分解的试剂宜选用碘液,不能选用斐林试剂,因为用斐林试剂鉴定时需要水浴加热,而该实验中需严格控制温度。
一、酶的特性
1.2 作用条件温和
探究·实践3 pH对酶活性的影响
【探究活动2】
阅读课本p82-83， 小组合作完成以下任务。
①找出本实验的实验材料用具、自变量、因变量及无关变量;
②写出本实验的原理、目的；
③设计实验方案并基于实验操作完成实验方案。
一、酶的特性
1.2 作用条件温和
探究·实践3 pH对酶活性的影响
(1)提出问题 :
(2)作出假设:
(3)材料用具:
pH会影响酶的活性吗？
pH会影响酶的活性。
① 材料：3%H2O2 溶液、蒸馏水，0.01mol/L盐酸和氢氧化钠溶液、 新鲜的肝脏研磨液
② 用具：试管、试管夹、滴管等
一、酶的特性
探究·实践3 pH对酶活性的影响
(4)方法步骤:
实验 步骤 一 取洁净三支试管，编号1、2、3 二 三支试管都三支试管都加入2mLH2O2溶液，振荡，反应 三 1号试管中加入1mL蒸馏水 2号试管中加入等量1mL盐酸溶液 3号试管中加入等量1mLNaOH溶液
四 三支试管都加入2滴新鲜肝脏研磨液，振荡，反应 实验现象
产生少量气泡
产生少量气泡
产生大量气泡
本实验能否选用淀粉溶液作为底物？
不能，因为在酸性条件下淀粉分解会加快,从而影响实验结果。
pH对过氧化氢酶活性的影响(视频)
一、酶的特性
(4)方法步骤:
酶的催化作用需要适宜的pH,pH偏高或偏低都会影响酶的活性。
(5)实验结论:
pH
反应速率
最适pH
D
E
F
在一定pH范围内，酶促反应速率随pH的升高而加快。
DE段：
E点：
EF段：
超过最适pH后，酶促反应速率随pH升高而减慢，直至酶失活。
①在最适pH条件下，酶活性最高(如E点)。pH偏高和偏低，酶活性都会明显降低。
②过酸(如D点)、过碱(如F点)都会使酶的空间结构遭到破坏, 使酶永久失活。
在最适pH时，酶促反应速率最快。
一、酶的特性
一、酶的特性
注意事项
①在探究 pH对酶活性的影响实验中,不宜选用淀粉和淀粉酶作为实验材料，因为在酸性条件下淀粉分解会加快,从而影响实验结果。
②在探究pH对酶活性的影响实验中,宜先保证酶的最适温度(排除温度干扰),且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与酶接触,不宜在达到预设pH前让反应物与酶接触。
一、酶的特性
相关知识：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4.5~6.5。
1.2 作用条件温和
一、酶的特性
与社会的联系20世纪60年代以前，医院里用的葡萄糖是用盐酸催化淀粉水解的方法来生产的，生产过程需要在245kPa的高压140~150℃的高温下进行，并且需要耐酸的设备。60年代以后改用酶法生产。
与社会的联系
用酶来水解淀粉生产葡萄糖有什么优越性
① 准: 专一性强，产品纯度高。② 省: 条件温和，能耗设备成本低。
③ 绿: 环境污染小。 ④ 高: 转化率和得率高。
⑤ 稳: 生产过程易于控制
注意：酶促反应速率与酶活性不同。酶活性的大小可以用酶促反应速率表示。
(1) 影响酶促反应的因素
1.3 知识拓展
一、酶的特性
酶浓度[E]
反应速率
底物充足
① 酶浓度
注意:在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度呈正相关。
a
底物有限
b
c
N
酶浓度
反应速率
0
ab段：
在一定的酶浓度范围内(0-N),随酶浓度的增加，反应速率增加。
b点：
当酶浓度增大到某一值时(N)，反应速率达到最大值，不再增加。
酶浓度较低，底物没有完全被酶结合。
底物完全被酶结合
ab段限制因素：
bc段的限制因素：
酶浓度
底物浓度
一、酶的特性
1.3 知识拓展
② 底物浓度
a
b
c
M
酶浓度一定
底物浓度[S]
反应速率
O
ab段：
在一定底物浓度范围内(0，M)，随底物浓度的增加，反应速率增加
b点：
当底物浓度增大到某一值时(M)，反应速率达到最大值，不再增加
酶没有完全被底物结合
酶完全被底物结合
bc段限制因素：
酶浓度
ab段限制因素：
底物浓度
一、酶的特性
③ 温度和pH
不同pH条件下，酶最适温度不变；不同温度条件下，酶最适pH也不变，即反应溶液pH(温度)的变化不影响酶作用的最适温度(pH)。
思考:将刚采摘的新鲜糯玉米立即放入85 ℃水中热烫处理2 min,可较好地保持甜味。其原因是:
高温破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶的活性
一、酶的特性
竞争性抑制剂
④ 酶的抑制剂
注意:竞争性抑制剂：酶促反应最大速率不变。增加底物浓度可减轻抑制作用
一、酶的特性
(1)作用机制:竞争性抑制剂与酶的活性位点结合，阻止底物与酶结合。
酶分子被抑制剂占据，可用于催化的酶减少，反应速率显著下降。
利用DeepSeek生成动画演示:
双击右边剪头或图片打开界面点击左下方蓝色按钮操作观看
④ 酶的抑制剂
非竞争性抑制剂：酶促反应最大速率减小
由于抑制剂不直接与活性位点竞争，增加底物浓度无法恢复酶的催化活性，这是非竞争性抑制的特点。
一、酶的特性
非竞争性抑制剂
利用DeepSeek生成动画演示:
双击右边剪头或图片打开界面点击左下方蓝色按钮操作观看
(1)作用机制:非竞争性抑制剂与酶的变构位点结合,改变酶的构象,使活性位点的催化效率降低。底物仍可与酶结合，但转化速率显著下降。
降低化学反应活化能的酶
高效性
探究·实践1 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
作用条件
温和
探究·实践2 温度对酶活性的影响
探究·实践3 pH对酶活性的影响
知识拓展
影响酶促反应的因素: ① 酶浓度 ② 底物浓度、③ 温度和pH、④ 酶的抑制剂
小结
当堂训练
1.关于酶的特性，下列表述中错误的是（ ）
A.酶是活细胞产生的具有催化能力的有机物
B.化学反应前后，酶的化学性质和数量不变
C.酶的催化效率很高，但易受温度和酸碱度影响
D.一旦离开活细胞，酶就失去催化能力
解析:A选项:酶在适宜条件下（如合适的温度、pH等）在细胞外也能发挥催化作用。例如：消化酶在消化道中发挥作用、加酶洗衣粉中的酶在洗涤过程中起作用、工业生产中使用固定化酶催化反应。
当堂训练
2.(2025·广东部分学校开学考)盐酸同唾液淀因素粉酶一样,可以促进淀粉的水解,同时作为胃酸的成分,为胃蛋白酶活性的发挥提供适宜的酸性环境。下列说法错误的是( )
A.胃蛋白酶的最适pH小于唾液淀粉酶的
B.相比于盐酸,唾液淀粉酶为淀粉的水解提实验供的活化能更多
C.胃蛋白酶可以催化唾液淀粉酶的水解
D.在唾液淀粉酶和胃蛋白酶的加工成熟过程中,均需要用到囊泡运输
解析:A选项:胃液的pH小于唾液,因此胃蛋白酶的最适应发生pH 小于唾液淀粉酶的,B选项:唾液淀粉酶催化淀粉水解的原理是降低淀粉水解反应的活化能，不会为淀粉水解提供活化能,C选项:胃蛋白酶可以催化蛋白质的水解，唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质，因此胃蛋白酶可以催化唾液淀粉酶的水解D选项:唾液淀粉酶和胃蛋白酶是分泌蛋白,在唾液剂淀粉酶和胃蛋白酶的加工成熟过程中,均需要用到囊泡运输。
3.下图是某生物兴趣小组用淀粉和淀粉酶探究酶活性影响因素时绘制的实验结果图(实验中用盐酸创设酸性条件,盐酸能催化淀粉水解)。下列有关叙述错误的是( )
A.实验中温度、淀粉用量、淀粉酶的浓度等为无关变量
B.pH值为1时淀粉酶可能已经失活,淀粉发生分解是盐酸起催化作用
C.pH值为3和9时淀粉剩余量相同,说明两种条件下淀粉酶活性相同
D.实验中用适量的H202和H202酶代替淀粉和淀粉酶作实验材料更为科学
当堂训练
解析:C选项: pH=3时，淀粉剩余量是“淀粉酶催化+盐酸催化”的共同结果(盐酸在酸性条件下仍能催化淀粉水解);pH=9时为碱性条件，无盐酸的催化作用，因此两者的淀粉酶活性不同(pH=3时淀粉酶活性实际高于pH=9时，因为盐酸额外分解了部分淀粉)。
当堂训练
4.(2025·广东八校高三联考)某同学为了验证酶的相关特性及其作用底物情况,进行了三组实验:
实验一:某大分子物质甲与酶1混合，可得到中间产物乙。
实验二:某大分子物质甲与酶1和酶2混合，可得到小分子物质丙。
实验三:某大分子物质甲与酶2混合,不能得到中间产物乙及小分子物质丙。
下列相关推理错误的是 ( )
A.酶 2 的作用底物很可能是中间产物乙
B.小分子物质丙可能是大分子物质甲的基本组成单位
C.由实验一和实验三可得出酶1具有高效性
D.由实验一、实验二和实验三不能得出酶的作用条件较温和
解析:A选项:由实验一和实验二对比可知,加酶2后中间产物乙被分解,得到产物丙,说明酶2的作用底物很可能是中间产物乙,;B选项:如果大分子物质甲是蛋白质，中间产物乙为多肽,则小分子物质丙为氨基酸，氨基酸是组成蛋白质的基本单位,;由于缺乏和无机催化剂的对比,并且题干未设计温度和pH的控制，因此由实验一、实验二和实验三不能得出酶具有高效性和酶的作用条件较温和,C项错误,D项正确。
当堂训练
5. (概念理解) 下列关于酶的专一性和作用条件温和的叙述，不正确的是（ ）
A. 酶的专一性保证了细胞代谢能够有条不紊地进行
B. 酶的作用条件温和使得细胞不需要提供额外的能量就能进行化学反应
C. 酶的专一性是由其特定的空间结构决定的
D. 高温、过酸或过碱都会破坏酶的空间结构，导致其失活
解析:B选项混淆了概念。酶的作用条件温和是指其不需要高温、高压等剧烈条件，但这与反应是否需要能量无关。酶通过降低活化能来加速反应，但反应本身是放能还是吸能，与底物和产物有关，与酶无关。细胞代谢的许多反应仍然是需要消耗能量的（如ATP）。
当堂训练
6. 在探究温度对酶活性影响的实验中，下列操作和理由不相符的是（ ）
A. 将酶和底物在测试温度下分别保温后再混合—保证反应从预设温度开始
B. 使用过氧化氢酶探究温度影响—现象直观，材料易得
C. 不宜选用过氧化氢酶探究温度影响—温度本身会直接影响过氧化氢的分解
D. 设置一系列不同温度梯度—找到酶的最适温度范围
解析:B选项:过氧化氢本身在高温下会加快分解，这会对实验现象产生干扰，无法确定气泡的产生是酶的作用还是高温的作用。因此，探究温度对酶活性的影响时，不宜选用过氧化氢和过氧化氢酶作为实验材料。
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