（新人教）生物必修一课件：5.1.1酶的作用和本质(共39张PPT)

(共39张PPT)
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
一　酶的作用和本质
（新人教）生物必修一课件
一、酶在细胞代谢中的作用
1.细胞代谢:
(1)场所:_________。
(2)实质:___________________。
(3)意义:细胞生命活动的基础。
必备知识·自主学习
活细胞内
各种化学反应的总称
2.比较过氧化氢在不同条件下的分解:
(1)实验原理:
(2)变量分析。
判一判:通过对此实验中变量的分析,判断下列说法的正误:
①本实验中的自变量是水浴加热、加入FeCl3、加入肝脏研磨液。 ( )
②实验中的无关变量对实验结果无影响。 ( )
③本实验的无关变量是O2 产生速率。 ( )
(3)实验结论:___________________________________________。
3.酶的作用机理:
(1)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。
(2)酶的作用机理:通过降低化学反应所需要的_______而加快反应速率。
√
×
×
酶具有高效性,同无机催化剂相比,催化效率更高
活化能
【问·答】
酶参与反应后,质量是否减少呢
提示:酶与无机催化剂一样,只改变化
学反应速率,反应前后质量不变。
二、酶的化学本质
1.酶本质的探索历程(连线):
2.判一判:基于对酶本质的理解,判断下列说法的正误:
(1)具有分泌功能的细胞才能产生酶。 ( )
提示:一般所有活细胞都能产生酶,哺乳动物的成熟红细胞例外。
(2)所有的酶都是蛋白质。 ( )
提示:绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA。
(3)酶只在生物体内发挥作用。 ( )
提示:酶在细胞内外、生物体内外都能发挥作用。
(4)酶在反应过程中为反应物提供能量。 ( )
提示:酶并不提供能量,只是降低化学反应所需的活化能。
×
×
×
×
【问·答】——教材二次开发:
教材【思考·讨论】切赫和奥特曼发现少数RNA也具有生物催化功能,这种RNA与脲酶的作用机理相同吗
提示:作用机理相同,均通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率。
关键能力·合作学习
知识点一 比较过氧化氢在不同条件下的分解
1.实验原理:水浴加热、FeCl3溶液中的Fe3+和肝脏研磨液中过氧化氢酶都可影响H2O2分解为H2O和O2的速率。
2.实验设计:
编号
步骤 1 2 3 4
相同处理
(无关变量) 向4支试管中分别加入2 mL过氧化氢溶液并放在试管架上
不同处理
(自变量) 不处
理 放在90 ℃左
右的水浴中
加热 滴入2滴FeCl3
溶液 滴入2滴
肝脏研磨
液
观察指标
(因变量) 无气
泡 气泡很少 气泡较多 气泡很多
3.实验结果分析:
(1)1号、2号试管相比,说明加热可以加快H2O2的分解。
(2)1号、3号试管相比,说明 FeCl3可以催化H2O2的分解。
(3)1号、4号试管相比,说明过氧化氢酶具有催化作用,可以催化H2O2的分解。
(4)3号、4号试管相比,说明过氧化氢酶的催化效率更高。
特别提醒:
①选取的肝脏研磨液要新鲜以保持酶的活性。
②肝脏研磨液要充分研磨可以保证细胞破裂,使细胞中的过氧化氢酶能完全从细胞中释放出来。
③加入FeCl3和肝脏研磨液时不能共用一支试管。否则滴加的FeCl3溶液中会含有少量肝脏研磨液,而肝脏研磨液中含有的过氧化氢酶具有高效性,会影响实验结果。
【思考探究】
1.拓展探究: 上述实验中试管1能否去掉 设置1号试管的目的是什么 (科学思维)
提示:否。 作为对照,排除 H2O2自然分解对实验结果的影响。
2.情境探究:甲、乙两位同学做实验时采用的是新鲜的马铃薯,甲同学用的是马铃薯片,乙同学用的是马铃薯匀浆,你认为实验结果相同吗 (科学探究)
提示:不同。采用马铃薯匀浆,酶能从细胞中完全释放出来,比马铃薯片接触更充分,效果可能更好。
【典例示范】
某兴趣小组重现H2O2在不同条件下分解情况的实验,
　　编号
步骤　 a b c d
相同处理 等量等浓
度H2O2 等量等浓
度H2O2 等量等浓度H2O2 等量等浓度H2O2
处理 室温 90 ℃
水浴 室温处理并滴加
2滴新鲜肝脏研
磨液 室温处理并滴加
2滴氯化铁溶液
观察指标 极少 少量 大量 较多
下列相关叙述错误的是 (　　)
A.c、d试管分别与a试管比较,说明过氧化氢酶和Fe3＋均具有催化功能
B.综合分析a试管、c试管和d试管,说明与无机催化剂相比,酶催化效率更高
C.与a试管相比较,b试管的水浴加热为过氧化氢的分解提供了能量
D.本实验中H2O2的浓度对实验现象没有影响
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选D。c、d试管分别与a试管比较,产生的气泡数目均比a试管多,说明过氧化氢酶和Fe3＋均具有催化功能,A正确;c试管产生的气泡数目较d试管多,说明酶的催化效率更高,B正确;b试管进行水浴加热,产生气泡较a试管多,说明水浴加热为过氧化氢的分解提供了能量,C正确;本实验中H2O2的浓度为无关变量,也会对实验现象产生影响,D错误。
【审答误区】本题常见错因有两种
(1)不能通过分析实验组和对照组的现象得出相应的结论,例如a、c试管比较可以得出酶具有催化作用。
(2)不能准确区分自变量和无关变量,无关变量应是除自变量以外的对实验结果造成影响的因素,例如室温、H2O2的浓度、肝脏研磨液的新鲜程度等。
【母题追问】
(1)如果d试管产生的气泡数目比c试管多,原因可能是什么
提示:肝脏研磨液可能不够新鲜。
(2)如果4支试管的现象都不明显,可能的原因是什么
提示:H2O2放置的时间过长。
【类题精练】
过氧化物酶能分解H2O2,氧化焦性没食子酸呈橙红色。为探究白菜梗中是否存在过氧化物酶,设计实验如下表。下列相关叙述正确的是 (　　)
管
号 1%焦性没食子酸(mL) 2%
H2O2(mL) 缓冲液
(mL) 过氧化物酶溶液(mL) 白菜梗提取液(mL) 煮沸冷却后的白菜梗
提取液(mL)
1 2 2 2 - - -
2 2 2 - 2 - -
3 2 2 - - 2 -
4 2 2 - - - 2
A.1号管为对照组,其余不都是实验组
B.2号管为对照组,其余都为实验组
C.若3号管显橙红色,无需对照就能证明白菜梗中存在过氧化物酶
D.若4号管不显橙红色,可证明白菜梗中无过氧化物酶
【解析】选A。本题主要考查酶的实验设计与分析。该实验的目的是探究白菜梗中是否存在过氧化物酶,自变量是白菜梗的有无,则1号、2号和4号都是对照组,3号是实验组,A项正确、B项错误。若3号与1、2、4号对照,3号管显橙红色,则证明白菜梗中存在过氧化物酶, C项错误;若4号管不显橙红色,与3号对照,则说明高温使过氧化物酶变性失活,D项错误。
　知识点二 酶的化学本质和作用机理
1.酶的化学本质及作用:
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 主要在细胞核
来源 一般来说,所有的活细胞
生理功能 催化作用
作用原理 降低化学反应的活化能
特别提醒:
①哺乳动物成熟的红细胞不能合成酶,但细胞内仍含有酶。
②酶不能从食物中获得,只能在生物体内合成。
2.酶的作用机理:
(1)表示无催化条件下反应的活化能的曲线是ad段。
(2)表示有酶催化条件下反应的活化能的曲线是cd段。
(3)表示有酶催化条件下降低反应活化能的曲线是ac段。
特别提醒:
①酶只是降低化学反应所需的活化能,并未给底物提供能量。
②酶催化化学反应前后,酶本身不变,但人体内的酶在不断更新。
【知识拓展】
酶与无机催化剂的比较
(1)相同点:改变化学反应速率,本身几乎不被消耗;只催化已存在的化学反应;加快反应速率,缩短达到平衡的时间,但不改变平衡点;都降低活化能,
使化学反应速率加快。
(2)不同点:酶的稳定性不如无机催化剂;一般情况下,酶的催化效率比无机催化剂高。
【思考探究】
1.教材二次开发:教材【拓展应用】有一瓶酶制剂,已失去标签,如何鉴别它的化学本质 (科学探究)
提示:用双缩脲试剂进行检测,若出现紫色,则是蛋白质,若未出现紫色,则其化学本质是RNA。
2.拓展探究: 用酶进行工业化生产时,有时候一次性加入酶后,可以长时间维持该反应的进行,试解释原因。(社会责任)
提示:酶是催化剂,而催化剂在反应前后其数量和化学本质是不发生变化的,只是降低化学反应的活化能。
【典例示范】
用同一种蛋白酶处理甲、乙两种酶,甲、乙两种酶的活性与处理时间的关系如
图所示。下列分析不正确的是 (　　)
A.甲酶可能是具有催化功能的RNA
B.乙酶的化学本质为蛋白质
C.甲、乙两种酶的合成场所一定是相同的
D.乙酶活性改变是因为其分子结构改变
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选C。甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理,甲酶活性不变,说明甲酶可能不是蛋白质,可能是具有催化功能的RNA,A正确;乙酶活性降低,说明乙酶可被蛋白酶分解,故乙酶的化学本质为蛋白质,B正确;RNA主要在细胞核中合成,蛋白质在细胞质中的核糖体上合成,C错误;乙酶的化学本质为蛋白质,其酶活性改变是因为蛋白质分子结构改变,D正确。
【审答误区】常见以下两种错误
(1)不能理解曲线变化的原因,乙酶活性下降是由于酶空间结构被破坏。
(2)不能根据蛋白质的本质推测酶的合成场所,只有蛋白质类的酶合成场所是核糖体。
【类题精练】生物体内许多化学反应需要酶的催化,下列关于酶的叙述,正确的是 (　　)
A.酶只有在生物体内才能起催化作用,起催化作用的本质是提高反应的活化能
B.所有酶都含有C、H、O、N四种化学元素
C.人体内的酶进行催化过程中,酶本身不变,所以酶不会发生自我更新
D.酶都在核糖体上合成
【解析】选B。酶是由活细胞产生的,在细胞内和细胞外都可发挥催化作用,酶的作用机理是降低化学反应的活化能,A项错误;酶的本质是蛋白质或RNA,故都含有4种元素:C、H、O、N,B项正确;化学反应前后,酶本身不变,但在人体内的酶仍会不断更新,C项错误;只有化学本质是蛋白质的酶才在核糖体上合成,D项错误。
酶的本质
氨基酸
核糖核苷酸
常温
加热
加入过氧化氢酶
加入FeCl3
成分
合成场所
活细胞
酶的作用
机理
降低反应的活化能
过氧化氢在不同条件下的分解实验
实验变量
实验设计
实验结论
过氧化氢分解速率
自变量
因变量
温度、催化剂
合成原料
蛋白质
RNA
少数
影响
证明
酶有催化作用
酶的催化效果更好
说明
依据
证明
【生活情境】
“塑料垃圾污染”是令世界各国头疼的问题,这是因为塑料制品的主要原料
——“PET塑料”,需要数百年时间才能自然降解。最近,美国和英国的科学家在一次实验中意外生成了一种酶,可以有效将“PET塑料”降解,有望成为未来治理白色污染的“利器”。
核心素养·情境探究
探究:
(1)“PET塑料”在自然界中需要数百年时间才能降解,从酶的角度分析,可能的原因是什么 (社会责任)
提示:自然界中的微生物中缺少分解该塑料的酶。
(2)这种分解塑料的酶的作用机理是什么 (科学思维)
提示:降低化学反应的活化能。
【材料情境】
如图表示细菌细胞中的一个反应程序。在这个程序中,一种氨基酸在酶的作用下产生另一种氨基酸。1～6代表不同的氨基酸,V～Z代表不同的酶。所有氨基酸对生命活动都是必需的。原始种的细菌只要培养基中有氨基酸1就能生长,而细菌的变异种只有在培养基中有氨基酸1、2、6时才能生长。
探究:
(1)原始种的细菌和变异种的细菌生存环境不同的原因是什么
提示:原始种的细菌和变异种的细菌含有酶的种类不同。原始种的细菌只要培养基中有氨基酸1就能生长,说明其含有V～Z所有的酶,变异种的细菌在培养基中有氨基酸1、2、6时才能生长,说明变异种的细菌缺乏1生成2过程的酶V,4生成6过程的酶Y。
(2)请给出一个实验思路筛选出缺乏酶Z的突变体。
提示:配制含有各种氨基酸的完全培养基和缺乏氨基酸5的培养基,接种细菌,可以在含有各种氨基酸的完全培养基上生长,但不能在缺乏氨基酸5的培养基上生长的菌落即为缺乏酶Z的突变体。