5.1 降低化学反应活化能的酶（一） 课件-2025-2026学年高一上学期人教版必修1生物

该高中生物学课件聚焦“酶在代谢中的作用”与“酶的本质”，以斯帕兰札尼实验及“岩石与植物能量差异”情境导入，衔接细胞代谢基础，为后续能量供应知识构建学习支架。 其亮点在于通过“比较过氧化氢分解”实验强化控制变量与对照设计，结合巴斯德等科学家的观点发展培养科学思维，以探究实践和生命观念引导学生理解酶的作用机理与本质，助力教师高效教学，提升学生科学探究能力。

炎炎烈日之下，岩石变得很烫，这是因为照射在岩石上的光能转变成热能，而组成岩石的分子并未发生化学变化。岩石旁边的植物同样遭到暴晒，却并未变得发烫。是不是植物不吸收光能呢？当然不是。植物的叶片不但能吸收光能，而且能通过光合作用，将一部分光能转变成储存在有机物中的化学能。 细胞的生命活动是需要能量来驱动的。太阳能是几乎所有生命系统中能量的最终源头。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。 细胞是如何通过化学反应来获取和利用能量的呢？ 新叶伸向和煦的阳光， 蚱蜢觊觎绿叶的芬芳。 它们为生存而获取能量， 能量在细胞里流转激荡！ 第5章 细胞的能量供应和利用 第5章 细胞的细胞的能量供应与利用 5.1 降低化学反应活化能的酶 一 酶的作用和本质 教学目标 z 科学思维 通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，阐明绝大多数酶的化学本质是蛋白质的事实，认同科学是在不断地探索和争论中前进的。 生命观念 通过对酶催化作用具体实例的讨论，说明酶在细胞代谢中的作用。 z 科学探究 通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，学会控制自变量，观察和检测因变量，以及尝试设置对照组和重复实验。 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。 讨论： 1．为什么要将肉块放在金属笼内？ 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。 2．是什么物质使肉块消失了？ 是胃内的化学物质将肉块分解了。 3．怎样才能证明你的推测？ 提示：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。 问题探讨 目录 01 酶在代谢中的作用 02 酶的本质 细胞代谢 比较过氧化氢在不同条件下的分解 控制变量和设计对照实验 酶的作用 关于酶本质的探索 酶的本质 01 酶在代谢中的作用 细胞代谢 比较过氧化氢在不同条件下的分解 控制变量和设计对照实验 酶的作用 酶在代谢中的作用 （1）概念： 1.细胞代谢： 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。 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。 细胞代谢离不开酶（enzyme）。 酶在细胞代谢中有什么作用？ （2）代谢类型： 同化作用 （合成代谢） 异化作用 （分解代谢） 自养型 异养型 光能自养：光合作用 化能自养：化能合成作用 需氧型 厌氧型 兼性厌氧型 （3）特点： 常温常压下高效进行 （4）条件： 酶、ATP 比较过氧化氢在不同条件下的分解 【资料1】细胞代谢是细胞生命活动的基础，但细胞代谢中也会产生代谢废物，甚至会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。幸而细胞中含有另一种物质，能将过氧化氢及时分解为氧气和水，这种物质就是过氧化氢酶。 【资料2】新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。经计算，质量分数为3.5%的FeCl3溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3+数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。 【探究·实践】比较过氧化氢在不同条件下的分解 1.实验目的：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 加热是化学反应常见的条件 Fe3+是无机催化剂 新鲜肝脏中含有过氧化氢酶 如何判断？ 观察单位时间内产生气泡的多少 或观察带火星的卫生香的复燃情况 活动 比较过氧化氢在不同条件下的分解 【探究·实践】比较过氧化氢在不同条件下的分解 1.实验目的：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 加热、 Fe3+（无机催化剂）、 过氧化氢酶（有机催化剂） 3.材料用具： FeCl3 新鲜的肝脏研磨液 H2O2 卫生香 肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶就会被微生物分解，失去作用。 将肝脏研磨可使肝细胞中过氧化氢酶充分释放，从而增大与过氧化氢的接触机会，以加速过氧化氢分解。 滴入FeC13溶液和肝脏研磨液时，能否共用一个吸管？为什么? 不能； 因为滴入的肝脏研磨液中会含有少量氯化铁溶液而影响实验结果的准确性。 活动 比较过氧化氢在不同条件下的分解 【探究·实践】比较过氧化氢在不同条件下的分解 1.实验目的：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 加热、 Fe3+（无机催化剂）、 过氧化氢酶（有机催化剂） 3.材料用具： FeCl3 新鲜的肝脏研磨液 H2O2 卫生香 4.实验设计： 设置几组？ 4组 试管 1 2 3 4 H2O2 2mL 2mL 2mL 2mL 不同处理 无 90℃水浴 2滴FeCl3 2滴鲜肝研磨液 活动 比较过氧化氢在不同条件下的分解 【探究·实践】比较过氧化氢在不同条件下的分解 1.实验目的：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 加热、 Fe3+（无机催化剂）、 过氧化氢酶（有机催化剂） 3.材料用具： FeCl3 新鲜的肝脏研磨液 H2O2 卫生香 4.实验设计： 设置几组？ 4组 试管 1 2 3 4 H2O2 2mL 2mL 2mL 2mL 不同处理 无 90℃水浴 2滴FeCl3 2滴鲜肝研磨液 5.实验结果： 气泡 几乎无 较少 较多 大量 卫生香复燃情况 不复燃 不复燃 复燃 迅速复燃 活动 比较过氧化氢在不同条件下的分解 4.实验设计： 5.实验结果： 讨论1．与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？ 加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。 （提供能量） 不能 讨论2．在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？ FeCl3中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。 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？ 讨论4．3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？ （催化） 说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多 （酶具有高效性） 12对照 13、14对照 34对比 为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？ 细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、 常压下高效率地进行，只有酶能满足这样的要求。 活动 比较过氧化氢在不同条件下的分解 【探究·实践】比较过氧化氢在不同条件下的分解 1.实验目的：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 加热、 Fe3+（无机催化剂）、 过氧化氢酶（有机催化剂） 3.材料用具： FeCl3 新鲜的肝脏研磨液 H2O2 卫生香 4.实验设计： 5.实验结果： 6.实验结论： （1）酶具有催化作用： 可加快化学反应速率（有酶/无酶） （2）酶具有高效性： 同无机催化剂相比，酶的催化效率更高（酶/无机催化剂） 活动 【科学方法】控制变量和设置对照实验 1.实验变量： 实验过程中的变化因素 （1）自变量： （2）因变量： （3）无关变量： 人为控制的对实验对象进行处理的因素叫作自变量。 除自变量外，实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素，这些变量称为无关变量。 因自变量改变而变化的变量叫作因变量。 实验·探究 【科学方法】控制变量和设置对照实验 1.实验变量： 实验过程中的变化因素 （1）自变量： （2）因变量： （3）无关变量： 人为控制的对实验对象进行处理的因素叫作自变量。 除自变量外，实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素，这些变量称为无关变量。 因自变量改变而变化的变量叫作因变量。 自变量 可控的，如何控制 因变量 可检测的，检测指标是什么 无关变量 相同且适宜 实验·探究 【科学方法】控制变量和设置对照实验 2.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；对照实验一般要设置对照组和实验组。 （1）实验组： （2）对照组： 是接受实验变量处理的对象组。 对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组。 实验·探究 【科学方法】控制变量和设置对照实验 2.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；对照实验一般要设置对照组和实验组。 （1）实验组： （2）对照组： 是接受实验变量处理的对象组。 对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组。 （3）空白对照： 不做任何实验处理的对照组。 对照组 实验组 实验·探究 酶在代谢中的作用 2.酶的作用： 催化作用 （1）作用： ★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称为活化能。 常态 活跃状态 终态 活化能 常态————→活跃状态 活化能 加热能为过氧化氢提供能量，从而促进其分解，提高反应速率。 FeCl3中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。 降低反应所需活化能 （2）作用机理： 过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多 显著 酶的高效性是与无机催化剂做对比 曲线分析： ①表示无酶催化时反应进行所需要的活化能是 段。 ②表示有酶催化时反应进行所需要的活化能是 段。 ③表示酶降低的活化能是 段。 ④该反应中，若将酶催化改为无机催化剂催化，则b点在纵轴上将 移动。 AC BC AB 向上 方法归纳 平衡点 时间 加入酶 无机催化剂 未加酶 （1）降低活化能，使反应速率加快。 （2）只改变化学反应速率，本身不被消耗。 （3）只能催化已存在的化学反应。 （4）缩短达到平衡的时间，但不改变化学反应的方向和平衡点。 方法归纳 1.无酶和有酶条件下某化学反应的能量变化如图所示。下列叙述正确的是（ ） A．据图分析该化学反应为吸能反应 B．若E3越大，则酶的催化效率越高 C．E1表示酶催化反应所需的活化能 D．若将酶改为无机催化剂，则b点应上移 D 放能反应 E1越大，酶催化效率越高 E3表示酶催化反应所需的活化能 随堂检测 02 酶的本质 关于酶本质的探索 酶的本质 关于酶本质的探索 【资料1】仔细阅读本节的“思考・讨论”，通过完成下面的图解，体会巴斯德、李比希、毕希纳、萨姆纳的观点之间的逻辑关系。 巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关 巴斯德 李比希 发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用 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 萨姆纳 切赫、奥特曼 讨论1:巴斯德和李比希的观点各有什么积极的意义？各有什么局限性？ 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。 活动 关于酶本质的探索 【资料1】仔细阅读本节的“思考・讨论”，通过完成下面的图解，体会巴斯德、李比希、毕希纳、萨姆纳的观点之间的逻辑关系。 巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关 巴斯德 李比希 发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用 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 萨姆纳 切赫、奥特曼 讨论2:在科学发展过程中出现争议是正常的。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？ 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。 活动 关于酶本质的探索 【资料1】仔细阅读本节的“思考・讨论”，通过完成下面的图解，体会巴斯德、李比希、毕希纳、萨姆纳的观点之间的逻辑关系。 巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关 巴斯德 李比希 发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用 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 切赫、奥特曼 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。证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。成功属于不畏艰苦的人。 少数RNA也具有生物催化功能 请给酶下一个比较完整的定义 活动 关于酶本质的探索 【资料1】仔细阅读本节的“思考・讨论”，通过完成下面的图解，体会巴斯德、李比希、毕希纳、萨姆纳的观点之间的逻辑关系。 巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关 巴斯德 李比希 发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用 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 切赫、奥特曼 少数RNA也具有生物催化功能 活动 酶的本质 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物 来源 1.活细胞： 几乎所有活细胞都可以产生酶 （哺成红除外，但曾经也可） 只能在生物体内合成 作用于细胞内/外/体外 作用 2.催化作用： （只） 降低化学反应需要的活化能（作用机理） ※酶不可以供能！ 加热可以供能 *只加快反应速率， 不改变反应结果！ （取决于反应物） *反应前后性质、数目不变，可重复利用 本质 3.有机物： 绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA。 酶的本质 化学本质 基本单位 组成元素 合成场所 来源 生理功能 作用机理 作用场所 绝大多数酶是蛋白质 C、H、O、N（S） 氨基酸 核糖核苷酸 核糖体 细胞核（主要） 活细胞（哺乳动物成熟的红细胞不能合成） 催化作用 细胞内、细胞外、生物体外 降低化学反应的活化能 少数酶是RNA C、H、O、N、P 归纳·总结 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 只能在生物体内合成；作用于细胞内/外/体外 绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA。 D D 随堂检测 3.细胞每时每刻都进行着化学反应，这些化学反应往往离不开酶的参与。下列叙述正确的是（ ） A．酶在催化反应的过程中不发生形变 B．氨基酸、脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸都可以作为组成酶的基本单位 C．在细胞中各种化学反应之所以能有序进行，与酶在细胞中的分布有关 D．由活细胞产生的酶在生物体外不能发挥作用 A.酶在催化反应时与底物结合形成酶-底物复合物，此过程酶会发生可逆的形变以降低反应活化能，A错误； B、酶的化学本质大多是蛋白质，少数是RNA，其基本单位为氨基酸（蛋白质酶）或核糖核苷酸（RNA酶），脱氧核糖核苷酸是DNA的组成单 位，与酶无关，B错误； C、细胞中酶的分布具有区域化特点（如线粒体、细胞质基质等），确保不同反应有序进行，C正确； D、酶在体外适宜条件（如温度、pH）下仍可催化反应（如唾液淀粉酶体外分解淀粉），D错误。 C 随堂检测 4．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？ 取少量酶结晶溶于缓冲液，加入双缩脲试剂（碱性 Cu²+ 溶液）， 若出现紫色络合物，说明是蛋白质 【思考】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,请甲、乙两种酶的化学本质是否相同? 观察曲线图可知,甲酶的活性始终保持不变,表明甲酶能抵抗该种蛋白酶的降解,则甲酶的化学本质不是蛋白质而是RNA,乙酶能被蛋白酶破坏,活性降低,则乙酶化学本质为蛋白质。 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。 随堂检测 酶在代谢中的作用 细胞代谢 比较过氧化氢在不同条件下的分解 控制变量和设计对照实验 酶的作用 酶的本质 关于酶本质的探索； 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物 小结 谢 谢！ Lavf57.25.100 FormatFactory : www.pcfreetime.com $