5.1 降低化学反应活化能的酶（第一课时）课件 -2022-2023学年高一上学期生物人教版（2019）必修1(共32张PPT)

(共32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
第1课时 酶的作用和本质
1.通过对照实验，掌握酶催化代谢反应的实质及特征。
2.通过实验探究，学会控制实验变量及设计对照实验。
学习目标
1.生命观念：认同细胞代谢离不开酶。
2.科学探究：学会控制实验的变量和设置对照实验。
素养要求
1773年，意大利科学家斯帕兰扎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。
问题探讨
是什么物质使肉块消失了？
怎样才能证明你的推测？
为什么要将肉放在金属笼内？
便于取出实验材料(肉块)，排除物理消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学消化。
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。
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应的统称。
一、细胞代谢
CO2+H2O (CH2O) +O2
光能
叶绿体
C
COOH
H
N
R1
R2
O
H
H
C
NH2
C OH
H
+
→
R1
C
NH2
C
H
O
COOH
C
H
N
R2
H
核糖体
概念：
细胞代谢是细胞生命活动的基础。
意义：
酶
酶
酶在细胞代谢中起到什么作用呢？
主要场所: 实质:
一般都需要酶催化；一般伴随着能量的释放和储存；在水环境中进行；反应条件温和
特点:
细胞质基质。
细胞内各种化学反应的统称。
二、酶在细胞代谢中的作用
比较过氧化氢在不同条件下的分解
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和意义。
1、实验目的：
2、实验原理：
过氧化氢在高温或铁离子或过氧化氢酶的作用下都可分解成水和氧气。
2 H2O2 2 H2O + O2
常温/高温 /Fe3＋ 过氧化氢酶
实验
新鲜的质量分数为 20% 的肝脏研磨液（含较多的过氧化氢酶）
质量分数为 3.5% 的FeCl3溶液
新配制的体积分数为 3 % 的H2O2溶液
量筒、试管、滴管、试管架、试管夹、大烧杯、三脚架、石棉网、温度计、卫生香、火柴
3、材料用具
如何判断过氧化氢被分解的快慢？
观察单位时间内产生气泡的多少
观察带火星的卫生香的复燃情况
步骤 试管编号
一
二
结果
结论
2ml
常温
水浴
加热
FeCl3
肝脏研磨液
2滴
反应条件
加底物
剂量
剂量
气泡产生
卫生香 燃烧
2滴
1
2
4
3
比较过氧化氢在不同条件下的分解
不明显
少量
较多
变亮
大量
复燃
不复燃
不复燃
3%H2O2溶液
思考
1、与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明了什么？
2、在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？
加热能促进过氧化氢的分解,提高反应速率
不能。温度过高会造成细胞死亡
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Fe3+和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、3号与4号相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？
4号。说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高。细胞内每时每刻都在进行成百上千的化学反应, 需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。
酶具有催化作用，且其催化作用比无机催化剂的催化作用更显著。
2滴蒸馏水
1、该实验为什么要选用新鲜的肝脏？为什么要将肝脏制成研磨液？
2、滴入肝脏研磨液和氯化铁溶液时，可否共用一个吸管？为什么？
思考与讨论
新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶，如果肝脏不新鲜，在微生物的作用下，过氧化氢酶可能被分解。
肝脏要制成研磨液，以便与底物H2O2充分接触
不能；由于酶具有高效性，若滴入的FeCl3溶液中混有少量的过氧化氢酶，会影响实验结果的准确性。
3、该实验通过观察什么检测反应发生的快慢？
4、带火星的木条使用中应注意事项？
气泡的多少或带火星的卫生香复燃猛烈程度。
带火星的卫生香不要触碰到气泡或插入到液面以下，以免卫生香因潮湿而熄灭。
5、2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多,为什么？
一样多，几支试管的H2O2 溶液的体积和浓度都相同。
请同学们阅读教材P78相关内容（控制变量）:
思考：一个严谨的实验该如何来设计？有哪些因素是我们必须要考虑的？
自变量：
因变量：
在实验中人为改变的变量。
随自变量的变化而变化的变量。
无关变量：
除自变量以外，对实验结果造成影响的变量。
(过氧化氢分解的实验条件)
(过氧化氢的分解速率)
(肝脏的新鲜程度、温度、反应物的浓度和性质)
对照实验：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验。
对照组：
实验组：
目的：排除无关变量对实验结果的影响。
实验设计原则:对照原则 单一变量原则 等量原则
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一致且适宜
未经过处理的一组(自然状态下或者已知实验结果的一组)。
通常把经过处理的一组(或者未知实验结果的一组)
请观察教材P77的图片，描述各支试管的实验现象。
试管编号
1 2 3 4
一 H2O2 浓度
H2O2 剂量
二 反应条件
剂量
观察结果 气泡产生
卫生香燃烧
结论
步骤
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴蒸馏水
2滴蒸馏水
2滴
2滴
不明显
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
变亮
复燃
H2O2在不同条件下的分解速率不一样；
H2O2在H2O2酶的作用下分解速率最快。
变量
自变量
人为改变的变量
因变量
随着自变量的变化而变化的变量
观测指标
指与自变量同时影响因变量、但与研究目的无关的变量。
相同且适宜
讨论：无关变量对实验结果有没有影响？该实验的无关变量还有哪些？
无关变量
无关变量
请观察教材P77的图片，描述各支试管的实验现象。
试管编号
1 2 3 4
一 H2O2 浓度
H2O2 剂量
二 反应条件
剂量
观察结果 气泡产生
卫生香燃烧
结论
步骤
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴蒸馏水
2滴蒸馏水
2滴
2滴
不明显
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
变亮
复燃
H2O2在不同条件下的分解速率不一样；
H2O2在H2O2酶的作用下分解速率最快。
变量
自变量
因变量
无关变量
讨论：该实验的对照组和实验组分别是什么？
对照组
实验组
空白对照 不给对照组做任何实验处理，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。
1号试管即为空白对照
控制变量和设计对照实验
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)
紫色洋葱鳞片叶外表皮
滴加3%的蔗糖溶液，低倍镜观察
滴加清水后，低倍镜观察
→
→
制成装片，
低倍镜观察。
→
控制变量和设计对照实验
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。
2、3、4为
相互对照。
控制变量和设计对照实验
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。
空白对照：幼小蝌蚪不处理
实验组：幼小蝌蚪饲喂甲状腺激素
条件对照组：幼小蝌蚪饲喂甲状腺抑制剂
条件对照就是实验组的基础上施加一定条件的组。目的是与实验组形成对照。
控制变量和设计对照实验
A.本实验的自变量只是催化剂的不同
B.本实验的无关变量有温度和酶的用量等
C.1号与2号、1号与4号可分别构成对照实验
D.分析1号、2号试管的实验结果可知加热能降低反应的活化能
题组一　酶在细胞代谢中的作用
1.如图表示“比较过氧化氢在不
同条件下的分解”实验。下列有
关分析合理的是
√
基础对点练
除自变量外，实验过程中存在的会影响实验现象或结果的因素或条件称为无关变量，过氧化氢的浓度、溶液体积、反应时间，酶的用量等是无关变量，而温度是自变量之一，B项错误；
1号与2号对照可说明加热能促进过氧化氢分解，1号与4号对照，可得出过氧化氢酶能催化过氧化氢分解，C项正确；
加热能加快过氧化氢分解速率，而不是降低反应的活化能，D项错误。
解析　1号试管是对照组，2号、3号
和4号试管分别进行的操作是加热、
加无机催化剂、加酶，这些处理就
是自变量，因此该实验的自变量是温度和催化剂的种类，A项错误；
二、酶的作用机理
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。
条件 加快反应的本质
加热
用氯化铁催化
用过氧化氢酶催化
为化学反应提供能量
降低化学反应的活化能
显著降低化学反应的活化能
H2O2(常态)
H2O2(活跃状态)
能量
活化能
降低化学反应的活化能。
酶的作用机理：
酶具有高效性
同无机催化相比，酶能更显著地降低化学反应的活化能，因而催化效率更高。
b
a
c
d
反应过程
能量
初态
（反应物）
终态
（产物）
活跃状态
①
②
③
ac______________________________________。
②
①
酶降低的活化能
无催化剂条件下，反应所
需要的活化能
无催化剂
无机催化剂
③
酶
ab 。
酶的作用机理
酶催化时，反应的活化能
bc 。
③表示：
⑤表示：
无机催化剂降低的活化能
酶降低的活化能
无催化剂
有无机催化剂催化
有酶催化
①表示：
②表示：
④
④表示：
无催化剂时，反应需要的活化能
有无机催化剂时，反应需要的活化能
有酶催化时，反应需要的活化能
正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速进行。
酶的催化作用的意义:
5.(2019·北京一零一中学双榆树校区高一月考)如图所示，①表示有酶催化的反应曲线，②表示没有酶催化的反应曲线，E表示酶降低的活化能，正确的图解是
√
解析　由于酶的作用是降低化学反应的活化能，①表示有酶催化的反应曲线，②表示没有酶催化的反应曲线，故①比②曲线的峰值要低，且①②曲线峰值的差值表示降低的活化能E，C正确。
巴斯德之前
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德(微生物学家）
发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用
引起发酵的是细胞中的某些物质，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
提取脲酶，并证明其是蛋白质
李比希（化学家）
切赫、奥特曼
少数RNA也具有生物催化功能
三、酶的本质
发酵是由于酵母细胞的存在,
没有活细胞的参与，
这些物质在酵母细胞死亡并裂解后，
引起发酵的是酵母细胞中的物质，
才能发挥作用。
糖类是不可能变成酒精的。
巴斯德
李比希
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
2.在科学发展过程中出现争论是正常的。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
1.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。
2.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。
毕希纳的实验
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。
3.从毕希纳的实验可以得出什么结论
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。
从刀豆种子中提取到脲酶
证明脲酶是蛋白质
萨姆纳的贡献：
4.萨姆纳历时9年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他取得成功靠的是什么样的精神品质
萨姆纳历时9年,发扬坚持不懈、百折不挠的科学精神,用正确的科学方法,将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。
　酶的概念：酶是活细胞产生的一类具有催化作用的有机物,其中绝大多数的酶是蛋白质,少数的酶是RNA。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
5.请给酶下一个比较完整的定义。
酶概念的三要素：
(1)酶的来源：活细胞产生的．
(2)酶的生理功能：催化作用
(3)酶的化学本质：绝大多数是蛋白质，少数是RNA． 　　　　
三、酶的本质
化学本质 绝大多数是_______ 少数是_________
元素组成
合成原料
合成场所
来源 一般来说，活细胞都能产生
作用场所
作用原理
RNA
蛋白质
核糖核苷酸
氨基酸
核糖体
细胞核（真核生物）
细胞内、外及生物体外均能发挥作用
C、H、O、N、(S)
C、H、O、N、P
显著降低化学反应的活化能
三、酶的本质
解析　双缩脲试剂检测的是蛋白质，蛋白酶也是蛋白质，故本题无法从化学特性上达到目的，只有考虑物理特性，如蛋白块变小或消失。
1.为了探究口腔的分泌液中是否有蛋白酶，某学生设计了两组实验，如图所示。在37 ℃水浴中保温一段时间后，1、2中加入适量双缩脲试剂，3、4中不加任何试剂，下列实验能达到目的的是
综合强化练
A.实验②
B.实验①
C.实验①、实验②都能
D.实验①、实验②都不能
√
2.图中的新鲜土豆片与H2O2接触后，
产生的现象及推测错误的是
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.若增加新鲜土豆片数量，量筒中产生气体的速度加快
C.为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量
D.一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限
√
解析　一段时间后气体量不再增加是因为底物已经消耗完。
3.(2019·山东师范大学附中高一月考)下列关于酶的说法，有几项是正确的
①是有分泌功能的细胞产生的　②有的从食物中获得，有的在体内转化而来　③凡是活细胞，一般都能产生酶　④酶都是蛋白质　⑤有的酶不是蛋白质　⑥酶在代谢中有多种功能　⑦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
A.2项 B.3项 C.4项 D.5项
√
解析　酶是活细胞产生的，①②错误，③正确；
绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，④错误，⑤正确；
酶在代谢中只是起催化作用，⑥⑦错误，⑧正确。