5.1.1 降低化学反应活化能的酶-酶的作用和本质-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修一

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 （第一课时） 目标 01 02 03 理解酶的化学本质，认同科学发现是在不断地探索和争论中前进的。(生命观念） 通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，尝试设计对照实验。（科学探究） 通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断的探索和争论中前进的，体会科学家不畏挫折的精神。 （社会责任） 学习目标 2 情景材料一 问题1: 为什么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？ 破坏（可溶性糖→淀粉）酶的活性 小鸡为什么啄食沙粒? 物理性消化 胃只有物理性消化，是否存在化学性消化？ 情景材料二 1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼做了一个巧妙实验： 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。 情景材料三 便于取出肉块、排除物理性消化干扰 问题1: 为什么要将肉块放在金属笼内？ 问题2、3: 是什么物质使肉块消失了？怎样才能证明你的推测？ 胃内的化学物质,收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否能将肉块分解。 1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼做了一个巧妙实验： 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。 情景材料三 问题4: 像这样细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为什么？ 物质和能量 能量的释放、储存和利用，必须通过化学反应来实现 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。 （脱水缩合、光合作用、细胞呼吸等） 一、细胞代谢 细胞的生活需要物质和能量 细胞内有机化学反应的特点 反应缓慢 反应过程复杂 对反应条件要求高 常见有机化学反应的条件 剧烈条件 细胞内外的环境 温和 常温 常压 水溶液环境 pH接近中性 在细胞较为温和的环境中，各种生化反应如何高效有序的进行呢？ 细胞代谢离不开酶 2H2O2 2H2O + O2↑ 细胞代谢是细胞生命活动基础，但代谢也会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢，体内过氧化氢过多会导致皮肤发黄，毛发（包括头发）变白 ，会加速人体衰老。 资料 加热、强酸、强碱、 加催化剂（如Fecl3) 细胞中含有过氧化氢酶 过氧化氢在体外分解需要什么条件？ 细胞内的过氧化氢又是怎样被快速分解的呢？ 比较H2O2在不同条件下的分解 探究.实验 1 实验材料 ①新鲜的质量分数为20%肝脏研磨液； ②新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液； ③质量分数为3.5%的FeCl3溶液； 各种用具如：量筒、试管、滴管、酒精灯、卫生香等等。 二、酶在细胞代谢中的作用 比较H2O2在不同条件下分解快慢，了解过氧化氢酶作用。 2H2O2 2H2O+O2 反应条件 ①加热 ②Fe3+无机催化剂 ③新鲜肝脏中含有过氧化氢酶 不同条件 判断H2O2的分解快慢依据： O2的产生量 ①点燃卫生香复燃情况 ②气泡冒出情况 2 实验目的 3 实验原理 比较H2O2在不同条件下的分解 探究.实验 二、酶在细胞代谢中的作用 1.常温 2.加热 3.加FeCl3 4.加过氧化氢酶. 4 实验设计 组别 对照组 实验组 1 2 3 4 过氧化氢 H2O2浓度 3% 3% 3% 3% H2O2剂量 2mL 2mL 2mL 2mL 反应条件 结果 产生气泡 卫生香燃烧情况 比较H2O2在不同条件下的分解 探究.实验 二、酶在细胞代谢中的作用 常温 90℃ FeCl32滴 肝脏研磨液2滴 比较H2O2在不同条件下的分解 探究.实验 二、酶在细胞代谢中的作用 5 实验现象 比较H2O2在不同条件下的分解 探究.实验 二、酶在细胞代谢中的作用 Fe3+做催化剂 过氧化氢酶 1 2 3 4 3 4 酶具催化作用，与无机催化剂相比，催化效率更高 6 实验结果 组别 对照组 实验组 1 2 3 4 过氧化氢 H2O2浓度 3% 3% 3% 3% H2O2剂量 2mL 2mL 2mL 2mL 反应条件 常温 90℃ FeCl32滴 肝脏研磨液2滴 结果 产生气泡 卫生香燃烧情况 不明显 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 比较H2O2在不同条件下的分解 探究.实验 二、酶在细胞代谢中的作用 问题1: 与１号试管相比，２号试管出现什么不同的现象？说明什么？ 2号试管放出的气泡多，说明加热能提高反应速率 问题2: 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Fe3+ 和新鲜肝脏中过氧化氢酶都能加快分解速率。 问题3: 3号试管Fe3+数比4号试管H2O2酶高25万倍，但4号反应速率更快,这说明什么？ 过氧化氢酶比Fe3+ 的催化效率高得多。 问题4: 2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多？ 一样多，几支试管的H2O2 溶液的体积和浓度都相同。 二、酶在细胞代谢中的作用 问题5: 为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？ 细胞内每时每刻进行着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 请思考： 通过刚才探究实验，生物学实验设计中特别需要注意的一些因素呢？ 控制变量和设计对照实验 人为控制的对实验对象进行处理的因素 自变量 除作为自变量因素外，其余因素（无关变量）保持一致，将结果进行比较的实验；对照实验一般要设置对照组和实验组 对照实验 除自变量外，实验过程中还存在对实验结果造成影响的可变因素 无关变量 因自变量改变而变化的变量 因变量 控制变量和设计对照实验 Y = a + f(x) 自变量 因变量 无关变量 （不同条件X） （结果Y） （相同条件a） 二、酶在细胞代谢中的作用 试管编号 步骤 1 2 3 4 一 二 三 观察 实验结论 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 2滴 2滴 几乎无 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 H2O2在不同条件下的分解速率不一样 在过氧化氢酶的作用下分解速率最快 反应条件 无关变量 H2O2浓度 H2O2剂量 气泡产生 带火星的卫生香 自变量 因变量 对照实验 变量 相同 适宜 对照组 实验组 对照性原则 二、酶在细胞代谢中的作用 　实战训练　 1.如图所示为“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，下列叙述正确的是( ) A.加FeCl3溶液的试管产生的气泡最多 B.肝脏研磨液使过氧化氢分解最快，是因其浓度高于3.5%的FeCl3溶液浓度 C.本实验中加入FeCl3组和加入肝脏研磨液组的作用机理不同 D.该实验的1号试管常温处理，是作为对照组，排除无关变量的干扰 　实战训练　 2．下列关于“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验内容相关表述正确的是（ ） A．该实验中新鲜肝脏研磨液是促进过氧化氢快速分解的催化剂B．温度、催化剂和反应物浓度是自变量，分解速率是因变量 C．将2号试管放在60℃左右的水浴中加热，观察气泡冒出的情况D．设置空白对照组目的是表明在本实验条件下过氧化氢不易分解 问题: 通过以上你能总结出加热、Fe3+、酶使H2O2分解的作用机理吗？ 二、酶在细胞代谢中的作用 加热、Fe3+、酶的作用机理(视频) 问题: 通过以上你能总结出加热、Fe3+、酶使H2O2分解的作用机理吗？ 提高分子的能量 降低化学反应的活化能 更显著地降低化 学反应的活化能 加热 Fe3+ 酶 酶作用原理：与无机催化剂相比，酶降低活化能作用更显著。 酶作用意义：使细胞代谢在温和条件下快速有序地进行高。 活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。 二、酶在细胞代谢中的作用 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： 图中⑤表示： 无机催化剂降低的活化能 酶降低的活化能 更显著地降低化学反应的活化能 酶的作用机理分析 24 b a c d 反应过程 能量 初态 （反应物） 终态 （产物） 活跃状态 ① ② ③ ac____________________________________。 ② ① 酶降低的活化能 无催化剂条件下，反应所 需要的活化能 无催化剂 无机催化剂 ③ 酶 ab 。 酶催化时所需的活化能 bc 。 问题: 酶是什么物质？哪里产生的？ 25 三、酶的本质探索 我国早在4000多年前的夏禹时代，就掌握了酿酒技术。1716年《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”。“酒母”就是现在所说的酵母。 酶到底是什么物质呢? 19世纪以前，人们还不知道酶为何物。随着酿酒中发酵过程的深入研究，科学家才揭开酶的“面纱”。 三、酶的本质探索 阅读P79关于酶本质探索，每组派一个代表模仿其中一位科学家陈述自己的主要观点。 巴斯德和李比希观点有什么积极意义？有什么局限性？ 巴斯德和李比希争论原因是什么？对后人研究酶本质意义？ 毕希纳是如何终结上述争论的？他的实验结论是什么？ 萨姆纳成功揭示脲酶化学本质靠什么样的精神？ 三、酶的本质探索 酶的本质探索（视频） 三、酶的本质探索 三、酶的本质探索 1857 1926 20世纪80年代 李比希 糖类变酒精必须有酵母菌细胞死亡，并释放其中物质 毕希纳 从酵母细胞质提取发酵物质酿酒 巴斯德 糖类变酒精必须有酵母活细胞的参与 萨姆纳 从刀豆种子中提取出脲酶，证明脲酶化学本质是蛋白质，作用是分解尿素。 切赫和奥尔特曼 少数RNA也具有生物催化功能 巴斯德和李比希观点有什么积极意义？有什么局限性？ 巴斯德和李比希争论原因是什么？对后人研究酶本质意义？ 毕希纳是如何终结上述争论的？他的实验结论是什么？ 萨姆纳成功揭示脲酶化学本质靠什么样的精神？ 三、酶的本质探索 　实战训练　 3．成书于1716年的《康熙字典》收录了酶字，对“酶”的解释为“酒母也”；酶本质的发现经历了几代人的努力。下列有关酶本质的探索发现过程的叙述，错误的是（ ） A．巴斯德和李比希关于“糖类是怎么变成酒精的”观点都有其局限性B．萨姆纳从刀豆种子中提取出纯酶，并进一步证明了少数酶不是蛋白质C．毕希纳将从酵母菌细胞中提取到的、能将糖液变成酒的物质称为酿酶D．施旺发现，胃腺分泌物与盐酸混合物对肉类的分解能力明显高于盐酸 　实战训练　 4.酶的发现经过了许多科学家的研究，以下科学家及其成果不对应的是（ ） A.巴斯德提出没有活酵母菌细胞参与，酿酒时糖类就不能转化为酒精 B.李比希证明促使酒精发酵的是酵母菌中的某些物质，而不是细胞本身 C.萨姆纳提取出脲酶结晶，并证明其化学本质是蛋白质 D.切赫与奥尔特曼发现少数RNA也具有生物催化功能 问题: 请给酶下一个比较完整的定义。 酶 来源 活细胞产生的 活细胞产生，可在细胞内、细胞外(或体外)发挥作用 功能 具有催化作用 降低化学反应的活化能　 本质 有机物(蛋白质或RNA) 合成原料：氨基酸和核糖核苷酸 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。 四、酶的本质 化学本质 绝大多数是_______ 少数是_________ 元素组成 合成原料 合成场所 来源 一般来说，活细胞都能产生 作用场所 作用原理 RNA 蛋白质 核糖核苷酸 氨基酸 核糖体 细胞核（真核生物） 细胞内、外及生物体外均能发挥作用 C、H、O、N、(S) C、H、O、N、P 显著降低化学反应的活化能 四、酶的本质 判断下列说法是否正确: ①只有具有分泌功能的细胞才能产生酶 ②人体细胞中的酶有的是从食物中获得，有的细胞合成的 ③一般情况下，活细胞都能产生酶 ④绝大多数酶是蛋白质 ⑤酶在催化过程中不断被消耗 ⑥酶只能在细胞内发挥作用 ⑦酶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 ⑨酶都是在核糖体上合成的 × √ × √ × × × √ × 第1课时完。学生阅读酶的特性，完成实验探究中温度和pH对酶活性影响的实验设计。 36 （1）改变化学反应速率，反应前后本身不被消耗 （2）降低活化能，使反应速率加快 （3）缩短达到平衡的时间，但不改变化学反应方向和平衡点 酶与一般无机催化剂的共同点 A B 　实战训练　 5．我国台湾省科学家钱嘉韵成功从嗜热菌中分离出耐高温DNA聚合酶。下面关于耐高温DNA聚合酶的说法正确的是（ ） A．耐高温DNA聚合酶在室温条件下可变性失活 B．耐高温DNA聚合酶彻底水解的产物是氨基酸 C．耐高温DNA聚合酶能够调节嗜热菌的生命活动 D．耐高温DNA聚合酶可与双缩脲试剂反应呈砖红色 酶在生活中的运用 多酶片 多酶片中含有多种消化酶， 人在消化不良时可以服用。 1.为什么需要用温水浸泡？ 2. 能否用它来洗羊毛衫？ 加酶洗衣粉 果胶酶 分解果肉内细胞壁中的果胶，提高果汁产量，使果汁变得澄清。 探究实验：比较过氧化氢 在不同条件下的分解 酶的作用和本质 酶在细胞代谢中的作用 酶的本质： 绝大多数是蛋白质，少数是RNA。 自变量 原理：降低化学反应活化能 因变量 无关变量 课堂小结 40 　实战训练　 6．俗话说：“秋风起，蟹脚肥”，此时蟹黄多油满、壳薄、肉质细腻。下列说法正确的是（ ） A．组成蟹细胞的钙、铁、磷、氮等微量元素大多以化合物的形式存在B．蟹壳含有几丁质，几丁质能用于废水处理、制作人工皮肤等 C．秋季母蟹因其含量较高的脂肪而黄多油满，因此脂肪是蟹细胞主要的能源物质 D．熟螃蟹肉更容易消化是因为高温使肽键断裂，蛋白质容易被蛋白酶水解 一、概念检测 1.酶对细胞代谢起着非常重要的作用，可以降低化学反应的活化能。下列关于酶的作用特点及本质的叙述，正确的是（ ） A.酶不能脱离生物体起作用 B.酶只有释放到细胞外才起作用 C.所有的酶都是蛋白质 D.酶是具有催化作用的有机物 2.酶和无机催化剂都能催化化学反应。与无机催化剂相比，酶具有的特点是（ ） A.能为反应物提供能量 B.能降低化学反应的活化能 C.能在温和条件下催化化学反应 D.催化化学反应更高效 D D 二、拓展应用 1.在本节“探究·实践”中，有同学在原有实验的基础上增加了5号和6号试管，向其中分别加入2mL过氧化氢溶液后，再向5号试管内加入2滴煮沸过的肝脏研磨液，向6号试管内加入2滴蒸馏水。这样做的目的是什么？ 加入 2 滴煮沸过的肝脏研磨液的 5号试管,可以与加入新鲜的肝脏研磨液的 4号试管做对照;同理,加入 2 滴蒸馏水的 6 号试管可以作为 3 号试管和 4 号试管的对照组。 2. 巴斯德之前 与活细胞有关,发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用 发酵是纯化学反应，与生命活动无关。 巴斯德 李比希 引起发酵的是细胞中的某些物质,但是这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。 毕希纳 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 酶是蛋白质 3.给你一份某种酶的结晶，你能设计实验检测它是不是蛋白质吗?请简略写出实验步骤。想一想，在萨姆纳之前，为什么很难鉴定酶的本质? 可用第2章中学过的检测蛋白质的方法。在萨姆纳之前,之所以很难鉴定酶的本质,主要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。 拓展延伸 酶化学本质的实验验证 自变量： 待测酶液和标准蛋白质样液或RNA样液 因变量： 是否有紫色反应或红色反应 标准蛋白质样液 待测酶液 标准RNA样液 双缩脲试剂 吡罗红染液 紫色反应 红色反应 该酶是蛋白质 该酶是RNA ①方法一：颜色反应法：蛋白质类酶可用 双缩脲 试剂鉴定，反应后呈 紫色。 ②方法二： 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如图所示 酶解法 拓展延伸 酶化学本质的实验验证 Lavf57.25.100 Lavf58.47.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.48.100 $$