5.1.1 酶的作用和本质课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修一

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 1 细胞代谢 酶的本质 酶的作用：比较过氧化氢在不同条件下的分解 目 录 1 2 3 问题探讨 1773年，意大利科学家斯帕兰札尼（L.Spallanzani，1729-1799）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。 斯帕兰礼尼在研究鹰的消化作用 1、为什么要将肉块放在金属笼内？ 2、是什么物质使肉块消失了？ 3、怎么证明你的猜测 便于取出实验材料（肉块），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。 是胃内的化学物质将肉块分解了。 收集胃里的物质，看看体外是否也能将肉块进行分解。 斯帕兰札尼的实验说明，食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质。然而这种物质是什么，他始终未能得出结论。 后来，科学家发现胃液中含有大量的盐酸，于是推测盐酸是使食物分解的物质。 1835年，德国科学家施旺通过实验发现，胃腺分泌物中有一种物质，将它与盐酸混合后，对肉类的分解能力远远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。 随着对细胞研究的不断深入，人们认识到，细胞的生活需要物质和能量。能量的释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现。 外界能量进入细胞，并为细胞所利用，都要经过复杂的化学反应。细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。细胞内几乎所有的化学反应，都需要酶的催化。 细胞代谢 概念： 场所： 意义： 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢 主要是细胞质基质 细胞生命活动的基础，细胞代谢离不开酶 （有氧呼吸、光合作用、蛋白质的合成等） 一、细胞代谢 酶促反应： 有酶参与催化的反应称之为酶促反应 二、酶在细胞代谢中的作用 资料一：细胞代谢是细胞生命活动的基础，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，会加速人体衰老），但细胞中的另一种物质可以将过氧化氢及时分解成氧气和水，这种物质就是过氧化氢酶。 以过氧化氢在不同条件下的分解为例，探究酶的作用。 观察现象 提出问题 实验探究步骤： 作出假设 设计实验 进行实验 分析结果，得出结论 表达与交流 进一步探究 二、酶的作用：比较过氧化氢在不同条件下的分解 2 H2O2 2 H2O + O2↑ 2 H2O2 2 H2O + O2↑ 2 H2O2 2 H2O + O2↑ Fe3+ 过氧化氢酶 2 H2O2 2 H2O + O2↑ 1.实验原理 （1）常温 （2）水浴加热 （3）加Fe3+催化剂 （4）加过氧化氢酶 通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解酶的作用。 2.实验目的 二、酶的作用：比较过氧化氢在不同条件下的分解 3.实验材料 （1）新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液 （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。 肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶就会在蛋白酶作用下分解。 “研磨液”——使肝脏细胞中的过氧化氢酶释放出来，可充分与过氧化氢接触，加快分解速率。 酶的催化效率比无机催化剂的催化效率高的多，即使少量的酶混入FeCl3溶液，也会干扰实验结果的准确性，增大实验误差. 注意：实验中滴加FeCl3溶液和肝脏研磨液的滴管不能混用 二、酶的作用：比较过氧化氢在不同条件下的分解 4.实验设计 试管编号 步骤 1 2 3 4 一 二 三 观察 1.气泡冒出情况；2.卫生香复燃情况 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 2滴 2滴 反应条件 H2O2浓度 H2O2剂量 3号 4号 1号 2号 不明显 少量 较多 大量 观察产生气泡的多少 二、酶的作用：比较过氧化氢在不同条件下的分解 变亮 复燃 观察卫生香的燃烧情况 二、酶的作用：比较过氧化氢在不同条件下的分解 4.实验设计 试管编号 步骤 1 2 3 4 一 二 三 观察 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 2滴 2滴 反应条件 H2O2浓度 H2O2剂量 气泡产生 带火星的卫生香 几乎无 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 二、酶的作用：比较过氧化氢在不同条件下的分解 二、酶的作用：比较过氧化氢在不同条件下的分解 5.分析结果 与1号试管相比，2号试管放出的气泡多。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。(为反应提供能量) 2. 在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？ 不能。细胞是在常温下生活，若加热，会使细胞死亡 3. 3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，说明了什么？ 说明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？ 4号试管的反应速率快，说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率更高。 二、酶的作用：比较过氧化氢在不同条件下的分解 6.实验结论 1.过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样； 2.过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快 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: 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号试管作对照； 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。 科学方法：控制变量和设计对照实验 1、控制变量 (2)自变量： (3)因变量： (4)无关变量： (1)变 量： 除自变量外，实验中还存在的一些对实验结果造成影响的可变因素。 随着自变量的改变而变化的变量。 人为控制的对实验对象进行处理的因素。 实验过程中的变化因素。 如：“加热、加Fe3+、加肝脏研磨液”。 如：“H2O2分解速率” 如：“反应物浓度、用量、反应时间”等 (不同条件) (结果) (相同条件) 无关变量在对照组和实验组中均要保持相同且适宜。 科学方法：控制变量和设计对照实验 2、对照试验 除作为自变量的因素外，其余因素（无关变量）都保持一致，并将结果进行比较的实验叫作对照实验。（一般要设置对照组和实验组） 空白对照、相互对照、自身(前后)对照、条件对照。 (2)类型： (3)对照组： (4)空白对照： (1)定 义： 未经过处理的一组(自然状态下或已知实验结果的一组)。 对照组不施加任何处理因素。 作用是排除无关变量的干扰。 (5)实验组： 经过处理的一组(未知实验结果的一组) 空白对照 不给对照组做任何实验处理，是针对实验组所要研究的实验因素给与空白。 自身对照 对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不另设对照组。(不同处理的前后对照) 条件对照 虽给对照组施以某种实验因素的处理（不是自变量），但这种处理是作为对照因素的。目的是更有效的比较实验组和对照组的结果。 相互对照 不另设对照组，而是几个实验组之间相互对照，其中的每一组既是实验组也是其他组的对照组。 科学方法：控制变量和设计对照实验 分 组 编 号 2号 1号 3号 4号 常温 90℃水浴 2滴FeCl3溶液 2滴肝脏研磨液 不 同 处 理 H2O2溶液（3%） 2mL 2mL 2mL 2mL 气泡产生 不明显 少量 较多 大量 卫生香复燃 变亮 复燃 无关变量 自变量 因变量 因变量 实验组 对照组 空白对照 对照原则（对照组和实验组） 等量原则（控制无关变量） 科学性原则 科学方法：控制变量和设计对照实验 2、实验原则 单一变量原则：实验设计时只有一个自变量，且无关变量在对照组和实验组中均要保持相同且适宜 单一变量原则（自变量） 二、酶的作用： 酶的作用机理 （2）活化能： 分子从_____转变为_________________ 的活跃状态所需要的能量。 常态 容易发生化学反应 （1）物质分子发生化学反应条件： 常态分子 活跃态分子 易发生化学反应 吸收能量 （3）加热与催化剂区别 加热向H2O2分子提供能量，让更多的H2O2吸收能量处于活跃状态 催化剂降低非活化分子转变为活化分子的门槛（降低了化学反应的活化能） 同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更明显，因而催化效率更高。 活化能 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 酶降低的活化能 无催化剂条件下，反应所需要的活化能 ① 无催化剂 ② 无机催化剂 ③ 酶 ab 酶催化时，反应所需的活化能 bc 酶能增加产物的生成量吗？ 未加催化剂 无机 催化剂 酶催化 时间 产物量 酶只能加快反应速率，缩短反应到达平衡的时间，不能增加产物的量。 三、酶的本质： 巴斯德之前 发酵是纯化学反应，与生命活动无关 巴斯德(微生物学家） 发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用 引起发酵的是细胞中的某些物质，但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 脲酶是蛋白质 李比希（化学家） 切赫、奥特曼 少数RNA也具有生物催化功能 问题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？ 问题3.从毕希纳的实验可以得出什么结论？ 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。李比希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后才能发挥作用，是不正确的。 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。 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。 催化作用 酶是 产生的具有 的 ，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。 活细胞 有机物 三、酶的本质： 一般催化水解什么，就命名什么酶 化学本质 绝大多数是_______ 少数是_____ 合成原料 _______ ____________ 合成场所 _______ 来源 活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生酶 作用场所 细胞内、外或生物体外均可 生理功能 作用机理 _________ 蛋白质 RNA 氨基酸 核糖核苷酸 核糖体 催化作用 显著降低化学反应的活化能 细胞核（主要） 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 在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，各组的处理如下表所示。对该实验的有关分析，不正确的是（　　） A. 上表所示实验处理研究了温度和催化剂两个自变量 B. 试管2 中没有加入任何试剂，应为空白对照组 C. 试管4 和试管 1 形成对照，可说明酶具有催化作用 D. 若研究酶的高效性，选用的实验组合是试管3 和试管4 【解析】根据表格中的信息可知，试管1 和试管2 的变量为温度，试管3 和试管4 的变量为催化剂的种类，两者均为自变量，其他因素如底物浓度、pH 等为无关变量，A 项正确。 试管2 中虽没有添加任何试剂，但是温度与试管1 不同，因此也是实验组，B 项错误。 试管1 和试管4 的不同点为是否添加了酶，由此可以说明酶具有催化作用，C 项正确。 试管3 和试管4 的不同点为加入的是酶还是无机催化剂，由此可以说明酶具有高效性，D 项正确。 【答案】B Lavf56.15.102 $$