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1

第五章、细胞的能量供应和利用 第一节、降低化学反应活化能的酶 （一）酶的作用和本质 斯帕兰札尼在研究鹰的消化作用 问题探讨 1783年，意大利科学家斯帕兰札尼设计了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间他把小笼子取出来发现笼内的肉块消失了。 讨论； 1、为什么要将肉块刚在金属笼内? 2、是什么物质使肉块消失了？ 3、怎样才能证明你的推测？ 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。 是胃内的化学物质将肉块分解了 收集胃内的化合物，看看这些物质在体外是否也 能将肉块分解。 一、酶在细胞代谢中的作用 细胞代谢 细胞中每时每刻都进行的化学反应的统称。 是细胞生命活动的基础  细胞代谢离不开各种酶的催化作用，那么接下来 就让我们通过实验，比较过氧化氢酶在不同条件下的分解速率，来了解酶的作用。 ①概念： ②意义： 2.实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解 （1）实验原理： H2O2在水浴加热、FeCl3溶液中的Fe3＋和肝脏研磨液中的过氧化氢酶的作用下加速分解。 2 H2O2 → 2 H2O + O2 （2）目的要求： 通过比较过氧化氢在不同条件下的分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。 （3）实验材料用具： （1）新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液。 （2）量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、酒精灯、试管夹、大烧杯、三脚架、石棉网和温度计。 （3）新配置的体积分数为3%的H2O2溶液质量分数为3.5%的FeCl3溶液。 （4）实验步骤： 步骤1、取4支洁净的试管，分别编上序号1、2、3、4，向个试管内分别加入2ml过氧化氢溶液，按序号依次放置在试管架上。 1 2 3 4 自然条件下，过氧化氢会发生分解产生少量气泡 步骤2、将2号试管放在90C0左右的水浴中加热，观察气泡冒出的情况，并与1号试管作比较。 2 实验组 对照组 讨论1；与1号试管相比，2号试管 会出现什么不同现象？这一现象说 明什么？ 2号试管放出气泡多，这一现象说 明，加热能促进过氧化氢分解，提 高反应速率。 1 讨论2；细胞内能通过加热来提高 反应速率吗？ 不能，多数生物自身温度并不高 高温会使细胞代谢紊乱或死亡。 1 2 V自然 < V加热 将点燃的卫生香，分别放入1号和2号试管中，可以观察到什么现象？得出什么结论? 现象； 2号试管中的卫生香相比1号试管中的卫生香燃烧更剧烈。 结论； 2号试管中产生的O2相比1号试管要多。 即； 步骤3、向3号试管内滴加2滴FeCl3溶液，向4号试管内滴加 2滴肝脏研磨液，仔细观察，并记录实验结果。 3.5%FeCl3溶液 3 4 3 20%肝脏研磨液 4 均有气泡产生 但4号试管产生的气泡 要比3号试管多 讨论3；3号和4号试管未经加热 也有大量气泡产生，这说明什么？ FeCl3中的Fe3+和新鲜的肝脏的过氧化氢酶，都能加快过氧化氢的分解速率 现象； 步骤4、立即将点燃的卫生香分别放入3号和4号试管内 液面的上方，仔细观察，并记录实验结果。 4 3 4号试管中的卫生香复燃 情况，要比3号试管中的卫生香更 加剧烈。 讨论4；3号和4号试管相比，哪支 试管中的反应速率快？这说明什么 ？为什么说明酶对于细胞内化学反 应的顺利进行至关重要？ 4号、过氧化氢酶比Fe3+的催化效率 高，细胞内每时每刻都在进行上千万 种反应，需要在常温、常压下高效的 进行，只有酶才能满足这要的要求。 实验组 实验组 现象； 实验结论；通过加热、FeCl3和过氧化氢酶对过氧化氢的催化 效率比较。 V自然 < V加热 < VFeCl3 < V过氧化氢酶 V（过氧化氢酶）催化速率最大，所以过氧化氢酶相比 其他物质更为高效，酶具有高效性。 控制变量和设计对照实验 实验过程中的变化因素称为变量，其中人为控制的对实验 对象进行处理的因素叫作自变量，如本实验中的加热、FeCl3溶液和肝脏研磨液。 因自变量的改变而变化的变量叫作因变量，例如，本实验 中的过氧化氢分解速率 出自变量外，实验过程中还存在一些对实验结果造成影响 的可变因素，叫作无关变量，例如，本实验中的反应物浓度 和反应时间等。 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。 对照实验一般要设置对照组和实验组，上面实验中的1号 试管就是对照组，2号、3号和4号试管是实验组。 本实验的对照组未做任何处理，这样的对照组叫作空白对 照组。 因为对照组的存在，实验才能确定这样的操作或是某些其他变量（或几个联合变量）是否产生了作用。 设立对照组的意义； 实验原则 单一变量、等量原则、科学性原则、对照原则 自变量 无关变量 实验 对照组与实验组对照 通过实验我们知道酶具有高效性，那么酶的作用机理究竟 是怎么样的呢？   化学中分子的状态，可分为常态和活跃状态，相比常态活跃状态下的分子更容易发生化学反应。  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。 在上面的实验中，加热使过氧化氢分子得到能量进入活跃 状态，而FeCl3溶液和肝脏研磨液并没有提供能量，而是降低了过氧化氢分解反应所需的活化能。 活化能； 而FeCl3和过氧化氢酶相当于将需要越过的能量墙降低。 加热相当于给了一个较高的平 台。 （二）酶的本质； 关于酶本质的探索 我国早在4千多年前的夏禹时代，就掌握了酿酒技术，1716年《康熙字典》收录酶字，解释为酒母，也就是现在的酵母。 19世纪，当时的人们已经知道了酿酒就是让糖类通过发酵变成酒精和二氧化碳，至于是怎样变成酒精的，许多化学家认为这是一个纯化学过程，与生命活动无关。 1857年，法国微生物学家巴斯德通过显微镜观察，提出 德国化学家李比希却坚持认为 酿酒中的发酵与活细胞有关，是酵母菌的存在所导致。 发酵是酵母菌中的某些物质，但只有酵母菌死亡并裂解后才能发挥作用。 后来德国的化学家毕希纳结束了这一争论，他将酵母菌细胞放在 石英砂中研磨，加水搅拌，过滤得到不含酵母菌细胞的提取液，在 这些提取液中加入葡萄糖，一段时间后就产生了气泡，糖液变成了 酒。 他将酵母菌细胞中引起发酵的物质，称为酿酶 酵母菌细胞 （酵母粉） H2O 研磨搅拌 过滤获得提取液 糖溶液 酒 一段时间后 加入 美国科学家萨姆纳认为酶是蛋白质，他从资料中得知，刀豆的种子中的脲酶含量相当高，决定提取纯酶。 经历一次又一次的失败，终于在1926年的一个早上发现丙酮作为溶剂的提取液中出现了结晶，这说明提取物质达到了一定纯度，后又用多种方法证明脲酶是的蛋白质。 总结；多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA 酶的本质； 后来，科学家相继获得胃蛋白酶，胰蛋白酶等许多酶的结晶，并证明这些酶都是蛋白质。 20世纪80年代，美国科学家切赫和奥尔特曼发现少数RNA也具有生物催化功能。 但由于当时技术上的限制，酶究竟是什么物质，仍是不解之谜。 小结； 细胞代谢；细胞中每时每刻都进行的化学反应的统称。 酶的特点；具有高效性 酶的作用；降低化学反应所需的活化能 酶的本质；多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA. 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。 本节内容到此结束，感谢您的倾听。 谢谢！ $$