人教版（2019）生物必修1教案：5-1 一 酶的作用和本质

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
素养导引
1.科学思维:通过模型构建,说明酶的作用及原理。
2.科学探究:通过分析实验设计,说出变量之间的关系以及实验设计的基本步骤。
3.社会责任:通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料,认同科学是在不断的探索和争论中前进的,体会科学家不畏挫折的精神。
　　加酶洗衣粉中添加了多种酶制剂,如蛋白酶制剂和脂肪酶制剂等。这些酶制剂不仅可以有效地清除衣物上的污渍,而且对人体没有毒害作用,并且酶制剂及其分解产物能够被微生物分解,不会污染环境。所以,加酶洗衣粉受到了人们的普遍欢迎。
　　很多人认为加酶洗衣粉的好坏可以依据洗衣粉中的有色颗粒的多少进行判断。观看视频《加酶洗衣粉中的有色颗粒》。
　思考:
　(1)加酶洗衣粉中的有色颗粒是酶吗
　(2)酶的本质是什么 酶有什么作用
一、酶在细胞代谢中的作用
1.细胞代谢:
(1)场所 :细胞中。
(2)实质:许多化学反应的统称。
(3)意义:细胞代谢是细胞生命活动的基础。
2.比较过氧化氢在不同条件下的分解:
(1)实验原理:
(2)实验结论:
①酶有催化的作用。
②与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。
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活化能从而加快化学反应的进行。
(3)与无机催化剂相比,酶催化效率更高的原因:酶降低活化能的作用更显著。
　[思考]　加热、Fe3+和过氧化氢酶都可以促进过氧化氢分解,它们的作用机理相同吗 为什么
提示:不同,加热促进过氧化氢分解的作用机理是加热使过氧化氢分子得到了能量,而Fe3+和过氧化氢酶降低了过氧化氢分解反应的活化能。
二、酶的本质
1.关于酶本质的探索(连线):
2.酶的本质:绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA。
　[思考]　细胞中合成酶的原料是什么
提示:氨基酸、核糖核苷酸。
　不慎摔倒,擦伤了膝盖,可用消毒药水清洗伤口,这种常见的药水俗称双氧水(过氧化氢)。清洗时伤口处会产生大量气泡。请结合所学知识判断:
1.伤口处产生的气泡是过氧化氢分解产生的氧气。 (√)
2.产生大量气泡是因为体温高促进了过氧化氢的分解。 (×)
分析:大量气泡产生是由于细胞中的过氧化氢酶促进过氧化氢的大量分解。
学习任务一:比较过氧化氢在不同条件下的分解
　请结合过氧化氢在不同条件下的分解的实验设计探究:
试管编号 1 2 3 4
相同处理 2 mL过氧化氢溶液
不同处理 不处理 90 ℃水浴 2滴FeCl3 2滴肝脏研磨液
观测指标 无气泡 气泡少 气泡较多 气泡很多
1.变量分析:
(1)自变量:对过氧化氢溶液的不同处理方法——加热和催化剂的种类。
(2)因变量:过氧化氢的分解速率。
(3)无关变量:过氧化氢的浓度、反应时间等。
2.对照实验:
通过分析对照实验可以得出结论,下列对照实验的实验结论如下:
(1)1号与2号对比,结论:加热可以加快过氧化氢的分解。
(2)1号与3号对比,结论:FeCl3可以催化过氧化氢的分解。
(3)1号与4号对比,结论:过氧化氢酶可以催化过氧化氢的分解。
(4)3号与4号对比,结论:与无机催化剂相比,过氧化氢酶的催化效率更高。
3.实验的基本原则:
(1)单一变量原则:各组实验除了自变量不同,其他处理均相同,防止无关变量对实验结果造成影响。
(2)等量原则:如实验中的反应物的浓度和反应时间等,处理时各组都要保持相同且适宜。
(3)对照原则:遵循该原则,可通过对实验结果的比较得出结论。
　[思考探究]　实验用的肝脏为什么要新鲜
提示:肝脏不新鲜可能会导致酶活性低甚至失去活性。
　　　　　　　【深化探究】简述验证过氧化氢酶的催化效率高的实验设计思路。
提示:取两支洁净的试管,分别编号1、2,向两支试管中各加入等量的过氧化氢溶液。1号试管中加入适量的过氧化氢酶溶液,2号试管中加入等量的FeCl3溶液,观察并记录两支试管的气泡产生量。
【学习加点料】
1.思维易错:实验中能否用滴加过肝脏研磨液的滴管来滴加FeCl3溶液 为什么
提示:不能。滴加过肝脏研磨液的滴管内残留的肝脏研磨液中的过氧化氢酶,会使滴加FeCl3溶液的试管中也产生大量气泡,从而影响实验结果的准确性。
2.教材开发:教材P78[科学方法]拓展
本实验中,未作任何处理的1号试管为空白对照,想一想,设置这样的对照组的意义是什么
提示:排除其他因素对实验结果的影响。
　如图装置为探究H2O2在不同条件下的分解,甲、乙装置中的H2O2的浓度和量都相同①,实验完成后让反应进行至不再有气泡产生②,下列说法正确的是 (　　)
A.装置甲中H2O2分解所需要的活化能比装置乙的少
B.该实验的自变量是酶的种类
C.该实验的因变量检测指标是H2O2的分解速率
D.量筒Ⅰ中水的体积等于量筒Ⅱ中水的体积
[解题思维]
提取关键点 ①甲、乙装置中H2O2浓度和量都相同②反应进行至不再有气泡产生
转化知识点 对照实验中,除了自变量,其余因素保持一致;酶与无机催化剂相比,酶的催化效率更高
排除障碍点 量筒中水的体积与O2产生的总量有关,O2的产生总量与H2O2的量有关,与催化效率无关
【解析】选D。酶和无机催化剂相比,酶能显著降低化学反应的活化能,故装置甲中H2O2分解所需要的活化能比装置乙的多,A错误;据题干信息和题图分析,该实验的自变量是催化剂的种类,因变量是气体的产生量,实验中收集到的水的体积代表产生的O2的量,所以检测指标是试管中水的体积,B、C错误;由于两个装置中H2O2的浓度和量都相同,因此两个装置产生的O2量相等,则量筒Ⅰ中水的体积等于量筒Ⅱ中水的体积,D正确。
　[借题发挥]　如以“气泡产生量”为观测指标,可如何改变实验装置
提示:将连通锥形瓶的玻璃管插入广口瓶液面下,并将量筒Ⅰ、Ⅱ和连通的玻璃管去除。
1.“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中,用新鲜肝脏制研磨液的主要目的是 (　　)
A.便于向试管中加入
B.便于将过氧化氢酶释放出来
C.便于与FeCl3溶液作比较
D.有比较多的过氧化氢酶
【解析】选B。在比较过氧化氢在不同条件下的分解实验中,用新鲜肝脏制研磨液,目的是使肝细胞中的较多的过氧化氢酶得以充分释放,有利于过氧化氢酶与试管中过氧化氢充分接触,从而加速过氧化氢的分解。
2.在如图所示的实验中,属于自变量的是 (　　)
A.催化剂
B.过氧化氢分解的速率
C.产生气泡量
D.试管中的过氧化氢溶液的量
【解析】选A。由图示可知,图中的实验处理是分别向过氧化氢溶液中加入氯化铁溶液和过氧化氢酶溶液,Fe3+和过氧化氢酶都能催化过氧化氢分解,因此该实验的自变量是催化剂种类。
3.如图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验,下列分析合理的是 (　　)
A.本实验的因变量是不同的催化剂
B.本实验的无关变量有温度和酶的用量等
C.1号与3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化学反应的活化能
【解析】选C。本实验的因变量是气泡的产生情况,A错误;本题的温度是自变量,不是无关变量,B错误;1号与3号、1号与4号的单一变量是有无催化剂,可分别构成对照实验,C正确;加热能使过氧化氢分子从常态转变成容易反应的活跃状态,不是降低反应的活化能,D错误。
学习任务二:酶的本质及作用机理
1.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 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
　[思考探究]　近几年突然流行的酵素,其实质就是酶。食用后,酵素是否仍具有酵素的原有功能
提示:酶的本质大多是蛋白质,被人食用后会被消化酶分解而丧失原有功能。
2.酶的作用机理模型:
(1)分析方法:从活化能概念入手,分子从初态(d)转变为活化态(a)所需的能量为活化能,即ad表示没有催化剂时的活化能。各区段分析如下:
区段 含义
ad 无催化剂条件下反应所需的活化能
bd 有无机催化剂条件下反应所需的活化能
cd 有酶催化条件下反应所需的活化能
ac 酶降低的活化能
(2)如图所示,在不同的反应条件下,反应的“初态”是相同的,但“活化态”是不同的,可知催化剂只是降低了反应的活化能,而不提供活化能。
　　　　　　　【拓展归纳】
酶与无机催化剂的比较
(1)相同点:
①只改变化学反应速率,本身几乎不被消耗;
②只催化已存在的化学反应;都降低活化能。
(2)不同点:酶的催化效率比无机催化剂高。
【学习加点料】
　思维易错:酶是由活细胞产生的,那么所有的活细胞都能产生酶吗
提示:不是,例如哺乳动物成熟的红细胞不产生酶。
　如图曲线表示在无催化剂和有酶催化条件①下某化学反应的能量变化②过程。下列相关叙述错误的是 (　　)
A.没有催化剂的反应曲线是②
B.AB段的含义是酶降低的化学反应的活化能
C.AC段的含义是在无催化剂的条件下,反应所需要的活化能
D.若将酶改为无机催化剂催化该反应,则B点在纵轴上将向上移动
[解题思维]
提取关键点 ①在无催化剂和有酶催化条件下②某化学反应的能量变化过程
转化知识点 与无催化剂相比,有酶催化的化学反应所需的活化能更低
排除障碍点 酶所降低的活化能为BC,AB段为酶催化反应所需的活化能
【解析】选B。根据题意可知,有催化剂参与的反应所需的活化能会降低,故比较曲线①②可知,曲线②表示无催化剂的反应曲线,A正确;有催化剂时,反应所需的活化能为AB段,无催化剂时,反应所需的活化能为AC段,故酶降低的化学反应的活化能应为BC段,B错误,C正确;无机催化剂的催化能力弱于酶的催化能力,但也会使反应速率加快,故无机催化剂降低的活化能会少于酶催化反应,则若将酶改为无机催化剂催化该反应,则B点在纵轴上将向上移动,D正确。
　[借题发挥]　在反应物量相同的情况下,无催化剂和有酶催化时,生成物的量是否相同 为什么
提示:相同。有酶催化只是降低活化能而使反应快速进行,最终生成物的量不变。
1.下列各图中,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。下列正确的图解是 (　　)
【解析】选C。酶可以有效降低化学反应所需的活化能,以保证细胞内的反应在常温、常压下高效地进行,酶降低的活化能E=②没有酶催化时化学反应所需的能量-①有酶催化时化学反应所需的能量。
2.在生物体内,酶是具有催化作用的有机物。下列关于酶的叙述,错误的是 (　　)
A.过氧化氢酶、脲酶都能与双缩脲试剂反应呈紫色反应
B.有的酶组成元素为C、H、O、N、P
C.酶催化效率高是因为其提高反应物的量
D.活细胞中产生酶的场所可能是核糖体
【解析】选C。过氧化氢酶、脲酶都属于蛋白质,蛋白质可与双缩脲试剂反应呈紫色,A正确;RNA类的酶的组成元素是C、H、O、N、P,B正确;酶能够降低化学反应活化能,而非提高反应物的量,C错误;蛋白质类酶的产生场所是核糖体,D正确。
多酚氧化酶与水果褐变
　　　生活中常遇到这样的现象:切开的苹果、久存的荔枝等表面会变色,此过程称为褐变。此现象是由植物细胞中的多酚氧化酶(PPO)造成的。
　　多酚氧化酶(PPO)是存在于质体(植物细胞特有的结构,由膜包裹)中的含有Cu2+的蛋白质类酶,其可以催化液泡中的多酚类物质(无色)生成褐色物质,不仅会影响外观,还会导致营养损失。
探究:
(1)自然状态下,果蔬没有发生褐变是因为细胞含有　　　　　系统,使多酚氧化酶不能与多酚类物质相遇而产生褐变反应。多酚氧化酶具有催化作用的机理是酶能够　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)请依据题中信息,简述切开的苹果褐变的过程 　　　　　　 　。
【解析】(1)自然状态下,果蔬没有发生褐变是因为细胞含有生物膜系统,使多酚氧化酶不能与多酚类物质相遇而产生褐变反应。多酚氧化酶可以降低化学反应的活化能,因而具有催化作用。
(2)切开的苹果,生物膜系统被破坏,质体中的PPO与液泡中的多酚类物质相遇,催化其形成褐色物质。
答案:(1)生物膜　降低化学反应的活化能　(2)切开的苹果,生物膜系统被破坏,质体中的PPO与液泡中的多酚类物质相遇,催化其形成褐色物质
情境载体 情境类型为生活、学习和实践情境,突出与生活的联系
关键能力↓信息转化 ①多酚氧化酶(PPO)是存在于质体中(由膜包裹)→生物膜系统
②液泡中的多酚类物质,即多酚类物质的释放需要破坏生物膜
学科素养 培养生命观念中的结构与功能观、科学思维中的分析与比较等素养
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