5.1降低化学反应活化能的酶 第1课时课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

第五章 细胞的能量供应和利用 5.1 降低化学反应活化能的酶（第1课时） 1 酶在细胞代谢中的作用 2 酶的本质 1 1.为什么要将肉块放在金属笼内? 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。 收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。 斯帕兰札尼在研究鹰的消化作用 【资料】1773年，意大利科学家斯帕兰札尼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。 2.是什么物质使肉块消失了? 3.怎样才能证明你的推测? 问题探讨 生物学 消化的方式有物理性消化又称机械性消化，通过口腔中牙齿的咀嚼，将大块食物变成碎小的食物。化学性消化是指消化腺分泌的消化液对食物进行化学分解。 斯帕兰札尼 食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质。但是他不清楚这个物质是什么。 后来，科学家 发现胃液中含有大量的盐酸，推测盐酸是使食物分解的物质。 1835年，施旺(德) 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大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。 1.酶的发现 酶在代谢中的作用 01 生物学 （1）细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。 （2）意义：细胞生命活动的基础。 2. 细胞代谢 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。幸而细胞中含有过氧化氢酶，能将过氧化氢分解，变成氧和水。 细胞代谢离不开酶 细胞代谢主要场所： 细胞代谢控制中心： 细胞质基质（代谢中心） 细胞核 酶在代谢中的作用 01 生物学 随着人们研究的深入，发现细胞的生活需要物质和能量，而能量的利用、储存和释放都需要化学反应来实现。我们把细胞中每时每刻都进行的化学反应成为细胞代谢。 （1）目的要求 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。 （2）实验原理 2H2O2 2H2O + O2 反应条件 问题探讨： 1. 在这个实验中，有哪些反应条件? 2. 通过观察什么指标来判断H2O2的分解情况？ 比较过氧化氢在不同条件下的分解 答：加热、FeCl3溶液是无机催化剂、新鲜的肝脏中含有过氧化氢酶。 答：单位时间内产生气泡的多少；带火星的卫生香的复燃情况(氧气产生量)。 酶在代谢中的作用 01 生物学 1号 2号 3号 4号 2mL H2O2 90℃ 水浴加热 2滴 3.5%FeCl3 2滴 20%新鲜的肝脏研磨液 常温 （3）实验步骤 问题探讨： 1. 为什么要选用新鲜的肝脏研磨液？ 答：新鲜的肝脏中含有较多的过氧化氢酶，如果肝脏不新鲜，过氧化氢酶会被分解。 酶在代谢中的作用 01 生物学 1.观察产生气泡的多少 2.观察卫生香的燃烧情况 基本无 少量 较多 大量 复燃不明显 复燃明显 （4）实验结果 Fe3+ 过氧化氢酶 1 2 3 4 3 4 酶在代谢中的作用 01 生物学 （1）2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多？ （2）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？ （3）与1号试管相比，3号试管产生的气泡较多，这一现象说明了什么？ 答：一样多，几支试管的H2O2溶液的体积和浓度都相同。 答：FeCl3在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。 （5）实验分析 答：加热能促进H2O2的分解，提高反应速率。 酶在代谢中的作用 01 生物学 （5）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？ （7）为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？ 答：过氧化氢酶比Fe3+ 的催化效率高得多。 答：细胞内每时每刻都在进行着许多化学反应，这些化学反应需要在常温常压下高效率的进行，只有酶能满足这样的要求。 （6）在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？ 答：不能 （4）与1号试管相比，4号试管产生的气泡最多，这一现象说明了什么？ 答：过氧化氢酶在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。 酶在代谢中的作用 01 生物学 （6）实验结论 加热、FeCl3溶液中的Fe3+以及新鲜肝脏研磨液中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解。 酶和无机催化剂一样，都能催化化学反应，并且酶的催化效率远高于无机催化剂的催化效率。 通过刚才的探究实验，你觉得生物学实验设计中特别需要注意的一些因素呢？ 酶在代谢中的作用 01 生物学 控制变量与设计对照实验 实验过程中遵循的原则： 单一变量原则（控制变量）、对照原则（对照实验） 平行重复原则、等量性原则、随机性原则、科学性原则 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（相同条件） 。 随着自变量的改变而变化的变量。（可检测或观察的结果） 人为控制的对实验对象进行处理的因素（不同条件） 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 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。 酶在代谢中的作用 01 生物学 控制变量与设计对照实验 设计对照实验： 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。一般设置对照组和实验组。 对照实验的类型： 空白对照、相互对照、自身对照、条件对照 空白对照 对照组不施加任何实验处理。这里的”空白”绝不是什么影响因素都不给予，而是针对实验组所要研究的实验因素给与空白。如本实验1号试管 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。如蝾螈受精卵横缢实验，一半有核与一半无核形成相互对照。 酶在代谢中的作用 01 生物学 控制变量与设计对照实验 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)。如蝾螈受精卵横缢实验，无核的一半前后生长情况；植物细胞质壁分离实验。 条件对照 虽给对照组施以某种实验因素的处理。但这种处理是作为对照因素的，不是所要研究的实验因素。这种处理不包括实验研究给定的的自变量。目的是更有效的比较实验组和对照组的结果。如探究甲状腺激素对幼小动物生长发育的影响”实验， 空白对照组：不饲喂药剂；实验组：饲喂甲状腺激素；条件对照组：饲喂甲状腺抑制剂，该实验既设置了条件对照，又设置了空白对照，通过比较、对照，更能充分说明实验变量——甲状腺激素能促进蝌蚪的生长发育。 课堂练习：《课时》第25页第1题 酶在代谢中的作用 01 生物学 试管编号 1 2 3 4 H2O2溶液(3%) 2mL 2mL 2mL 2mL 实验处理 常温 90℃水浴加热 2滴FeCl3 2滴肝匀浆 气泡产生情况 卫生香复燃情况 对照组 实验组 不明显 少量 较多 大量 变亮 复燃 不复燃 不复燃 自变量 无关变量 因变量 变 量 等量原则 单一变量原则 对照原则 多组相同装置在相同条件下同一时间进行实验，将数据取平均值，减少偶然性。 平行重复原则 可检测或观察 另外，还应遵循随机性原则、科学性原则 探究实验小结 课堂练习：《课时》第26页第4题 酶在代谢中的作用 01 生物学 【例1】在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，对该实验的分析不正确的是(　　)。 A．在上表的实验处理中，研究了温度和催化剂两个自变量 B．试管2中因为没有加入任何试剂，所以应为空白对照组 C．若试管4和试管1组成对照实验，可说明酶具有催化作用 D．若要研究酶的高效性，可选用的实验组合是试管4和试管3 课堂练习 B 问题探讨 生物学 1.活化能 概念：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。 问题思考：在前面的探讨实验中，各条件使反应加快的本质是什么？ 各条件使反应加快的本质： 加热：提高分子的能量 Fe3+：未供给过氧化氢能量，降低化学反应的活化能 酶：未供给过氧化氢能量，更显著地降低化学反应的活化能 酶作用的机理 02 生物学 建构过氧化氢分解产生的氧气量与时间关系的数学模型 (无催化剂、加Fe3+ 、H2O2酶) 时间 O2 量 无催化剂 加Fe3+ 加过氧化氢酶 1. 酶本身有没有消耗？ 2. 酶是否为化学反应提供物质和能量？ 3. 酶是否改变化学反应的方向和生成物的量吗？ 没有 不提供 不改变 酶与无机催化剂的共同点：（见《能培》第77页要点突破） ①不为化学反应提供物质和能量，催化剂反应前后的性质、数量不变； ②能改变反应速率→降低化学反应活化能，不改变化学反应的方向； ③缩短达到平衡的时间，不改变平衡点（即产物的总量不变） 课堂练习：《课时》第25页第3题 酶作用的机理 02 生物学 2. 酶的作用机理 降低化学反应的活化能。 无催化剂曲线：______ 无机催化剂曲线：______ 酶催化剂曲线：______ 无机催化剂所降低的活化能：______ 酶催化过程所需的活化能：______ 酶所降低的活化能： ______ A B C A B C E2－E3 E2－E1 （1）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。 （2）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地进行。 E3 问题探讨 生物学 【例2】如图曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示反应物A在无催化剂条件和有酶催化条件下生成产物P所需的能量变化过程。下列相关叙述错误的是（　 ） A. E2段表示在有酶条件下反应发生需要的活化能 B. E3段表示在无催化剂条件下反应发生需要的活化能 C. 其他条件不变，E1越大，酶的催化效率越高 D. 若将酶改为无机催化剂，则曲线Ⅱ将向下移动 D 课堂练习 问题探讨 生物学 酶到底是什么物质呢？19世纪以前，人们还不知道酶为何物。19世纪以后，随着对酿酒中发酵过程的深入研究，科学家才逐渐揭开了酶的“面纱”。 酶的本质 03 生物学 讨论：（动画1）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？提示：巴斯德认为发酵与活细胞有关是合理的，但是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，但是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。 2.科学发展过程中出现争论是正常的。试分析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？提示：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的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。 3.从毕希纳的实验可以得出什么结论？（动画3）提示：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。 4.萨姆纳历时9年才证明脲酶是蛋白质（动画4），并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他成功的主要原因是什么？ 提示：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。 5.请给酶下一个较完整的定义。 20 lenovo (l) - 酶的本质 03 生物学 讨论：（动画1）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？提示：巴斯德认为发酵与活细胞有关是合理的，但是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，但是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。 2.科学发展过程中出现争论是正常的。试分析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？提示：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的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。 3.从毕希纳的实验可以得出什么结论？（动画3）提示：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。 4.萨姆纳历时9年才证明脲酶是蛋白质（动画4），并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他成功的主要原因是什么？ 提示：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。 5.请给酶下一个较完整的定义。 21 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。 来源 功能 化学本质 绝大多数酶是蛋白质,少数是RNA。 酶的定义： 酶的种类： 按存在部位分： 胞内酶：合成后在细胞内起作用，如有氧呼吸酶 胞外酶：合成后分泌到细胞外起作用，如消化酶 按功能分： 水解酶：在物质水解时起催化作用 合成酶：在物质合成时起催化作用 ②酶发挥作用场所：细胞内、外，生物体内外均可。 注意： ①凡是活细胞都可产生酶，酶不可从食物中获取。 酶的本质 03 生物学 化学本质 绝大多数是_______ 少数是_____ 合成原料 _______ ___________ 组成元素 C、H、O、N，有的含有S ________________ 合成场所 _______ 细胞核(真核生物) 来源 活细胞(哺乳动物成熟红细胞除外) 作用场所 细胞内、细胞外、生物体外 生理功能 _____ 作用机理 _____________________ 蛋白质 RNA 氨基酸 核糖核苷酸 C、H、O、N、P 核糖体 催化（只有） 降低化学反应的活化能 （见《能培》第76页要点突破） 酶的本质 03 生物学 正确理解有关酶的本质和作用 应用探究 课堂练习： 《能培》第75页自我评价 （见《能培》第77页归纳拓展） 课堂练习 【例3】 下列有关酶的正确叙述是(　　)。 ①酶是具有分泌功能的细胞产生的　②有的从食物中获得，有的是体内转化而来　③酶是活细胞产生的　④绝大多数酶的化学本质是蛋白质　⑤有的酶是蛋白质，有的是固醇　⑥酶在代谢中有多种功能　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酶只在细胞内发挥作用　　　　　　　　　　　　　　　　 A．①②⑤ B．③⑦⑨ C．③④⑧ D．④⑤⑥ C 见《课时》第26页第3题 问题探讨 生物学 课堂练习 【例4】猪笼草是一种食虫植物，为了验证猪笼草分泌液中含有蛋白酶，某学生设计了两组实验，如下图所示。在35 ℃水浴中保温一段时间后，1、2中加入适量的双缩脲试剂，3、4不加任何试剂，下列实验能达到目的的是(　　)。 A．实验① B．实验② C．实验①、实验②都能 D．实验①、实验②都不能、 B 问题探讨 生物学 课堂练习 【例5】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。下列分析错误的是（　　） A. 甲酶能够抗该种蛋白酶降解 B. 甲酶不可能是具有催化功能的RNA C. 乙酶的化学本质为蛋白质 D. 乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变 B 问题探讨 生物学 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.48.100 $$