2020_2021学年新教材高中生物第5章细胞的能量供应和利用第1节第1课时酶的作用和本质课件新人教版必修1 39页

第1节　降低化学反应活化能的酶 第 1 课时　酶的作用和本质 课标要求 核心素养 1. 概述酶的作用和本质。 2. 通过对有关酶实验的分析，学会控制变量和设计对照实验。 1. 生命观念 —— 结构与功能观：酶的功能是由其独特的空间结构决定的。 2. 科学探究 —— 实验思路及设计：能够根据实验目的，设计比较过氧化氢在不同条件下的分解实验，分析结果得出结论。 新知预习 · 双基夯实 一、酶在细胞代谢中的作用 1 ． 细胞代谢： (1) 概念：细胞中每时每刻都进行着许多 ____________ ，统称为细胞代谢。 (2) 细胞代谢的条件：需 ______ 的催化。 (3) 意义：细胞代谢是 ________________ 的基础。 化学反应 酶 细胞生命活动 2 ． 比较过氧化氢在不同条件下的分解实验： (1) 实验原理： (2) 实验过程和现象： (3) 实验结论：酶具有 ________ 作用，同无机催化剂相比，酶的催化效率 ________ 。 试管编号 试剂 处理 现象 1 2 mL H 2 O 2 溶液 常温 几乎无气泡产生 2 2 mL H 2 O 2 溶液 90 ℃ 水浴加热 有 ________ 气泡 3 2 mL H 2 O 2 溶液 3.5% FeCl 3 溶液 2 滴 有 ________ 气泡 4 2 mL H 2 O 2 溶液 新鲜肝脏研磨液 2 滴 有 ________ 气泡 较少 较多 大量 催化 更高 二、酶的作用原理和本质及意义 1 ． 酶的作用原理： (1) 活化能：分子从 ________ 转变为容易发生化学反应的 ________ 状态所需要的能量。 (2) 作用机理：同无机催化剂相比，酶降低 __________ 的作用更显著，因而催化效率更高。 2 ． 酶的本质 3 ． 意义： 使细胞代谢能在 ________ 条件下快速进行。 常态 活跃 活化能 活细胞 催化作用 蛋白质或 RNA 温和 (1) 酶的作用是为化学反应提供能量。 ( 　　 ) (2) 酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率。 ( 　　 ) (3) 酶在生物体内有催化和调节作用。 ( 　　 ) (4) 酶是具有催化作用的有机物。 ( 　　 ) (5) 有些酶中含有核糖。 ( 　　 ) (6) 酶只有在活细胞内才能发挥作用。 ( 　　 ) (7) 酶可以从食物中直接获取。 ( 　　 ) (8) 与无机催化剂相比，酶催化效率更高的原因是酶降低活化能的作用更显著。 ( 　　 ) × × × √ √ × × √ 思考： 1 ．我们吃芹菜时，无论咀嚼多长时间，都感觉不到甜，而吃馒头时，咀嚼时间长了就会有甜味，你知道是什么原因吗？ 提示： 芹菜中含大量纤维素，馒头中主要成分为淀粉，人的唾液中含淀粉酶而不含纤维素酶，而酶具有专一性，淀粉酶可将淀粉分解为具有甜味的麦芽糖，却不能将纤维素分解。 2 ． 酶是否只能在活细胞内起作用？举例说明。 提示： 不是，酶既可以在细胞内起作用，也可以在细胞外起作用，如消化酶等。 学霸记忆 · 素养积累 1 ．细胞代谢是细胞中化学反应的总称。 2 ．酶是生物催化剂，其催化原理是降低化学反应的活化能。 3 ．酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是 RNA 。 课内探究 · 名师点睛 控制变量 (1) 实验中的变量 一 酶在细胞代谢中的作用 含义 上述实验中实例 自变量 实验中人为控制的对实验对象进行处理的因素 氯化铁溶液和肝脏研磨液 因变量 随自变量的改变而变化的变量 过氧化氢分解速率 无关 变量 除自变量外，实验过程中对实验结果造成影响的变量；无关变量应当始终保持相同 溶液的体积，肝脏研磨液的新鲜程度等 知识贴士 (1) 一般实验中 “ 验证 ×× ”“ 探究 ×× ” ，其中 “ ×× ” 就是自变量。 (2) 自变量与因变量具有前因后果关系，实验的目的往往是探究或验证自变量对因变量的影响。 (3) 无关变量的判断技巧：一是外界环境，如温度、 pH 等；二是材料本身，比如本实验的肝脏研磨液的新鲜程度等。 (2) 对照实验 ①含义：除作为自变量的因素外，其余因素都保持一致，并将结果进行比较的实验叫作对照实验。 ②分为：对照组和实验组。 ③ 1 号试管在实验中的作用：对照实验。说明在正常条件下 3% 的 H 2 O 2 不易分解，是比较稳定的，从而说明正是由于加热或催化剂的作用使它快速分解。 下列是对 “ 比较过氧化氢在不同条件下的分解 ” 实验的结果分析，其中正确的是 ( 　　 ) A ．在过氧化氢酶的作用下，过氧化氢分解最快，是因为 20% 的肝脏研磨液的浓度高于 FeCl 3 溶液 B ． 3.5% 的 FeCl 3 溶液对过氧化氢分解速率慢，是因为其浓度过高，影响了活性的正常发挥 C ．肝脏研磨液中过氧化氢分解速率快，是因为酶的催化效率比一般无机催化剂的催化效率高 D ．如果将 4 支试管都放在 90 ℃ 水浴中，第 4 支试管 ( 加肝脏研磨液的试管 ) 的反应速率仍为最快 典例剖析 典例 1 C 解析： 20% 肝脏研磨液中的含酶分子数比 3.5%FeCl 3 溶液中 Fe 3 ＋ 数少得多；催化剂浓度大不会影响催化效率；若将 4 支试管均放入 90 ℃ 水浴中，第 4 支试管中的酶将会变性，失去催化能力，因为其化学本质为蛋白质。 1 ．关于生物学实验中的变量，下列说法不正确的是 ( 　　 ) A ．任何生物学实验中都需要设置变量 B ．对照实验中应遵循单一变量原则 C ．对照实验中一定存在自变量 D ．无关变量并不是与实验结果没有关系 解析： “ 单一变量原则 ” 和 “ 对照原则 ” 是生物实验两个最基本的原则。在对照实验中一定存在单一变量 ( 自变量 ) ，同时对实验结果会产生影响的无关变量要严格控制。并不是任何生物学实验都要设置变量，如鉴定类实验一般不需设置变量。 变式训练 A 1 ． 关于酶本质的探索过程 二 酶的本质及作用机理 2 ． 酶的本质和作用 化学本质 绝大多数是蛋白质 少数是 RNA 合成原料 氨基酸 核糖核苷酸 合成场所 核糖体 细胞核 ( 主要 ) 实验验证 实验组 待测酶液＋双缩脲试剂 → 是否出现紫色反应 待测酶液＋吡罗红染液 → 是否出现红色 对照组 1 蛋白质样液＋双缩脲试剂 → 出现紫色反应 RNA 样液＋吡罗红染液 → 出现红色 3. 酶的作用机理 分析可知： ① E 1 这一部分的能量是指酶所降低的能量； ② E 2 这一部分的能量是指酶促反应过程中所需能量； ③ E 1 ＋ E 2 ＝ E 这一部分的能量是反应所需总能量，是指无酶催化的时候，分子从常态转变成活跃状态所需的能量，即反应活化能。 (2020 · 山东省潍坊市期中 ) 细胞代谢离不开酶。下列叙述正确的是 ( 　　 ) A ．酶既可以作为催化剂，又可以作为反应底物 B ．活细胞产生的酶在生物体外没有活性 C ．酶通过为化学反应提供能量发挥催化作用 D ．不同的活细胞中含有的酶完全不同 典例剖析 典例 2 A 解析： 酶既可以作为催化剂，又可以作为反应底物，例如，唾液淀粉酶作为催化剂，能够催化淀粉水解成还原糖，唾液淀粉酶也可以作为反应底物，被蛋白酶催化水解， A 正确；若条件适宜，活细胞产生的酶在生物体外也有活性， B 错误；酶通过降低化学反应的活化能而发挥催化作用， C 错误；不同的活细胞中含有的酶不完全相同， D 错误。 规律总结： 有关酶的四个易错点 (1) 酶并不都是蛋白质，有的酶是 RNA 。　 (2) 酶不仅在细胞内发挥作用，在细胞外和体外都可以发挥作用。 (3) 酶作用的实质是降低了化学反应的活化能，不是提供能量。 (4) 酶并不是具有分泌功能的细胞才能产生，活细胞一般都能产生酶。 2 ． (2019 · 天津十二校联考 ) 下列有关酶的叙述，正确的是 ( 　　 ) 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的　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酶在新陈代谢和生长发育中起调控作用　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 变式训练 C 解析： 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质，少数酶为 RNA ；酶只有催化功能，在个体发育中起调控作用的是激素。 指点迷津 · 拨云见日 对照实验的几种类型 通过设置对照实验，既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。对照实验的设置有以下几类： a ．空白对照：对照组不施加任何处理因素。 b ．条件对照：对照组不施加处理因素，但施加某种与处理因素有关的实验因素。 c ．自身对照：对照组与实验组在同一受试对象上进行，如以病人用药前后的血压值做对比。 d ．相互对照：几种处理 ( 或水平 ) 互为对照。 ( 不定项 )(2020 · 莆田六中高一月考 ) 如图所示的新鲜土豆片与 H 2 O 2 接触后，产生的现象及推测正确的是 ( 　　　 ) A ．若有气体大量产生，可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶 B ．若增加新鲜土豆片的数量，量筒中产生气体的速率加快 C ．一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限 D ．为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量 典例 3 ABD 解析： 新鲜土豆片中含有过氧化氢酶，能催化过氧化氢分解产生氧气 ( 气泡 ) 。增加新鲜土豆片的数量即增加酶的浓度，可使反应速率加快。一段时间后，因底物过氧化氢全部被消耗分解，产生的氧气 ( 气体 ) 量不再增加。为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量。  问题探讨 ⇨ P76 1 ． 提示： 可以避免胃对肉块的物理性消化。 2 ． 提示： 是胃内的化学物质将肉块分解了。 3 ． 提示： 收集胃内化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。  探究 · 实践 ⇨ P77 1 ． 提示： 2 号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。 2 ． 提示： 不能。 3 ． 提示： 说明 FeCl 3 溶液中的 Fe 3 ＋ 和新鲜肝脏研磨液中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。 4 ． 提示： 4 号试管的反应速率比 3 号试管快得多。说明过氧化氢酶比 Fe 3 ＋ 的催化效率高得多。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、常压下高效地进行，只有酶能够满足这样的条件，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。 本实验的结论： 酶具有催化作用，同无机催化剂相比，催化效率更高  思考 · 讨论 ⇨ P79 1 ． 提示： 巴斯德认为发酵与活细胞有关，这是合理的，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，这是不正确的；李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质，这是合理的，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，这是不正确的。 2 ． 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 ． 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 ． 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，历经一次又一次的失败，终于将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。 5 ． 提示： 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是 RNA 。  练习与应用 ⇨ P80 一、概念检测 1 ． D 　酶既可以在生物体内起作用，也可以离开生物体发挥作用，如我们在实验室中可以用淀粉酶催化淀粉水解， A 、 B 错误；绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶是 RNA ， C 错误。 2 ． D 　酶和无机催化剂一样，都不能为反应物提供能量， A 错误；酶和无机催化剂都能降低化学反应的活化能， B 错误；酶和无机催化剂都能在温和的条件下催化化学反应的进行， C 错误；与无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的效果更显著，催化化学反应更高效， D 正确。 二、拓展应用 1 ．探究酶的活性是否受温度的影响 2 ． 提示： 巴斯德：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。 李比希：引起发酵的是酵母细胞中的某些物质，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：酶是蛋白质。 3 ． 提示： 可用双缩脲等试剂检测酶是否为蛋白质。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。