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第5章 细胞的能量供应和利用
必修一 分子与细胞
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！
降低化学反应活化能的酶
第1课时 酶的作用和本质
第5章 第1节
目录
一、新课导入
二、任务探究
三、课堂练习
1、通过对酶催化作用具体事例的讨论，说明酶在细胞代谢中的作用及酶的本质。
2、通过阅读分析“关于酶本质的探索 ”的资料，认同科学是在不断地探索和争论中前进的，伟大的科学家也会有认识上的局限性。
3、通过相关的实验探究，尝试控制自变量、观察和检测因变量，设置对照组和重复组。
学习目标
1.为什么要将肉块放在金属笼内
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。
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。
斯帕兰札尼在研究鹰的消化作用
【资料】1773年，意大利科学家斯帕兰札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。
2.是什么物质使肉块消失了
3.怎样才能证明你的推测
问题探讨
新课导入
一、酶在细胞代谢中的作用
【任务一】1.阅读课本76页第一和第二段，概括酶的发现过程，总结细胞代谢的概念和意义。
斯帕兰札尼
食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质。
后来，科学家
发现胃液中含有大量的盐酸，推测盐酸是使食物分解的物质。
1835年，施旺（德）
胃腺分泌物中有一种物质，将它与盐酸混合后，对肉类的分解能力远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。
1.酶的发现
（1）细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。
（2）意义：细胞生命活动的基础。
2.细胞代谢
一、酶在细胞代谢中的作用
【任务一】1.阅读课本76页第一和第二段，概括酶的发现过程，总结细胞代谢的概念和意义。
细胞代谢是细胞生命活动的基础，但代谢也会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。幸而细胞中含有过氧化氢酶，能将过氧化氢分解，变成氧和水。
一、酶在细胞代谢中的作用
【任务一】2、阅读课本77页探究实践“比较过氧化氢在不同条件下的分解”，结合视频，完成讨论题部分，思考本实验实验结论是什么？
（1）目的要求
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
加热是化学反应的常见条件
Fe3+是无机催化剂
新鲜的肝脏中含有过氧化氢酶
不同反应条件
比较过氧化氢在不同条件下的分解
通过O2的产生量判断
H2O2的分解情况
单位时间内产生气泡的多少；
带火星的卫生香的复燃情况。
一、酶在细胞代谢中的作用
1号
2号
3号
4号
2mLH2O2
90℃
水浴加热
2滴
3.5%FeCl3
2滴
20%肝脏研磨液
常温
（3）实验步骤
一、酶在细胞代谢中的作用
观察产生气泡的多少
观察卫生香的燃烧情况
基本无
少量
较多
大量
复燃
不明显
复燃
明显
（4）实验结果
一、酶在细胞代谢中的作用
（1）与1号试管相比，2号试管产生的气泡多，这一现象说明了什么？
（2）3、4号试管未经加热，也有大量气 泡产生，这说明了什么？
（3）3号试管Fe3+数比4号试管H2O2酶高25万倍，但4号反应速率更快，这说明什么？
加热能促进H2O2的分解,提高反应速率。
FeCl3中的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。
过氧化氢酶比Fe3+ 的催化效率高得多。
（5）实验分析
一、酶在细胞代谢中的作用
【任务一】2、阅读课本77页探究实践“比较过氧化氢在不同条件下的分解”，结合视频，完成讨论题部分，思考本实验实验结论是什么？
（6）实验结论
加热、FeCl3溶液中的Fe3+以及新鲜肝脏研磨液中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解。
与无机催化剂Fe3+相比，过氧化氢酶的催化效率更高。
一、酶在细胞代谢中的作用
【任务一】2、阅读课本77页探究实践“比较过氧化氢在不同条件下的分解”，结合视频，完成讨论题部分，思考本实验实验结论是什么？
（1）控制变量
①变量：实验过程中的变化因素。
温度（加热）、催化剂（FeCl 溶液、肝脏研磨液）。
②自变量：人为控制的对实验对象进行处理的因素（不同条件X）。
③因变量：因自变量改变而变化的变量（结果Y）。
④无关变量：
H2O2分解速率。
H2O2浓度和体积、反应时间、肝脏的新鲜程度等。
除自变量外，实验中还存在的一些也可对实验结果造成影响的其它变量（相同条件a）。
一、酶在细胞代谢中的作用
【任务一】3、阅读课本78页科学方法“控制变量和设计对照实验”，明确自变量、因变量、无关变量的概念，并对应在本实验中。在本实验中的对照组和实验组分别是什么？
空白对照
对照组
实验组
①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。一般设置对照组和实验组。
（2）对照实验
②对照实验的类型：空白对照、自身对照、相互对照、条件对照。
一、酶在细胞代谢中的作用
【任务一】3、阅读课本78页科学方法“控制变量和设计对照实验”，明确自变量、因变量、无关变量的概念，并对应在本实验中。在本实验中的对照组和实验组分别是什么？
（3）实验设计的一般原则
①对照原则：在实验中，一般需要设置对照组。通过设置对照组，既能排除无关变量对实验结果的影响，又能增加实验结果的可信度和说服力。
②单一变量原则：在对照实验中,除了要观察的变量发生变化外,其他变量都应保持相同。（无关变量始终相同且适宜）
③等量性原则：指除单一变量可以变化外，其他的实验条件应是一样的，如所用试剂量要相同，放在相同条件下培养，取长势相同的植物培养等。
一、酶在细胞代谢中的作用
补充
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。
二、酶的作用机理
Fe3+和过氧化氢酶促使过氧化氢分解，但它们并未供给过氧化氢能量，而是降低了过氧化氢分解的活化能。
穿山隧道
加热加压相当于给汽车加大油门。
提供能量
【任务二】1.阅读课本78页第1-3段，结合图5-1，说出活化能的概念，总结酶的作用机理和特点。
2.酶的作用机理
活跃状态
（1）与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。
（2）正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速有序地进行。
降低化学反应的活化能。
二、酶的作用机理
【任务二】1.阅读课本78页第1-3段，结合图5-1，说出活化能的概念，总结酶的作用机理和特点。
1.酶：更显著地降低化学反应的活化能（作用机理）。
想一想：如何表示？
无催化剂曲线：______
酶促反应曲线：______
无酶促反应所需活化能：______
酶促反应所需活化能： ______
酶降低的活化能： ______
曲线B
曲线A
E2
E3—E2
E3
想一想
二、酶的作用机理
2.加热为什么能使H2O2分解？
因为加热使H2O2分子得到能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。
3.在常温常压下，Fe3+和H2O2酶并未供给H2O2能量，为什么H2O2也能分解？
它们降低了H2O2分解反应的活化能。
二、酶的作用机理
想一想
4.酶能增加产物的生成量吗？
酶和无机催化剂一样能催化化学反应的进行，降低反应的活化能，但本身并不被消耗，不为化学反应提供物质和能量，不改变化学反应的方向和生成物的量。
三、酶的本质
【任务三】阅读课本79页和80页，利用流程图总结关于酶本质的探索过程，总结酶的概念
少数RNA也具有催化功能。
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。
巴斯德之前
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德
毕希纳
萨姆纳
李比希
切赫、奥尔特曼
三、酶的本质
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。
酶是蛋白质。
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。
降低活化能
少数是RNA
三、酶的本质
酶的定义
酶的来源
酶的作用
酶的化学成分
课堂小测
1.(2023·辽宁省·月考试卷)枇杷虽好吃，却实在娇嫩，稍微受到挤压，立刻“鼻青脸肿”，第二天整个果实都变成褐色，不仅因为它果皮薄、果实柔软，还因为果肉细胞中含有大量的多酚氧化酶（PPO）。一旦细胞破损，PPO与液泡里的酚类物质相遇，就把酚类氧化成黄褐色的醌类化合物。下列叙述正确的是（ ）
A. PPO提供大量活化能加速了酚类的氧化
B. 过酸、过碱、高温会破坏PPO的空间结构
C. 为了抑制PPO的作用，枇杷应在无氧环境中储存
D. PPO与酚类物质结合，会发生形变，且这种变化不可逆
课堂小测
【解析】
【分析】
本题考查酶的特性与作用等相关知识，考查学生的理解能力和记忆能力。
【解答】
A.酶降低化学反应活化能，酶不能提供活化能，A错误；
B.绝大多数酶的化学本质是蛋白质，过酸、过碱、高温会破坏多酚氧化酶的空间结构，B正确；
C.无氧环境不能抑制PPO，反而会使枇杷细胞发生无氧呼吸产生酒精，导致枇杷腐烂，C错误；
D.酶与底物结合后形状会发生改变，但在反应完后又会恢复原状，D错误。
课堂小测
2.(2023·天津市·期末考试)如图是“比较过氧化氢在不同条件下分解”的实验。下列有关叙述中错误的是（ ）
A. ①与④对比证明酶具有催化作用
B. ②③④都能降低反应所需的活化能
C. 实验的自变量是温度和催化剂的种类
D. 实验的因变量可通过单位时间内试管中产生气泡数目的多少反映
课堂小测
【解析】
【分析】实验过程中可以变化的因素称为变量。自变量是想研究且可人为改变的变量称为自变量，对照实验中的自变量要唯一； 因变量是随着自变量的变化而变化的变量称为因变量。无关变量是在实验中，除了自变量外，实验过程中存在一些可变因素，能对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量，对照实验中的无关变量应保持适宜且相同。
本实验中，分组对比，自变量可以是温度（①和②）、催化剂的种类（③和④），因变量是过氧化氢的分解速度，通过气泡产生的速度体现出来，无关变量有过氧化氢的量、酶的用量等。
【详解】A、①与④对比，④中加入了过氧化氢酶，自变量使是否加入酶，证明了酶具有催化作用，A正确；
B、②中通过加热提供能量，没有降低反应所需的活化能；③④都能降低反应所需的活化能，且酶具有高效性，B错误；
C、通过①和②、③和④的对比可知，本实验的自变量是温度和催化剂的种类，C正确；
D、实验的因变量为过氧化氢的分解速率，过氧化氢分解后释可放出氧气，因而能通过试管中单位时间产生气泡数目的多少反映过氧化氢的分解速率，D正确。
故选B。
课堂小测
3.(2023·天津市·期末考试)某小组同学为比较 在不同条件下的分解情况，设计如下实验，实验在常温下进行。下列说法错误的是（ ）
A. 2、3组对照可验证酶的高效性，属于相互对照方法
B. 若a处为煮沸后冷却的猪肝匀浆，可探究温度对酶活性的影响
C. 本实验的因变量是反应速率，检测指标为产生气泡的快慢
D. 与2组相比，3组产生气泡速度快的原因是匀浆中的H2O2酶为反应提供更多的能量
课堂小测
【解析】
【分析】1、分析表格实验：实验组和对照组只应有一个变量，遵循单一变量原则和对照性原则。
2、酶的作用机理：能够降低化学反应的活化能。
3、影响酶活性的因素主要是温度和pH，在最适温度（pH）前，随着温度（pH）的升高，酶活性增强；到达最适温度（pH）时，酶活性最强；超过最适温度（pH）后，随着温度（pH）的升高，酶活性降低。另外低温酶不会变性失活，但高温、pH过高或过低都会使酶变性失活。
【详解】A、2、3组实验的自变量为催化剂的种类，2组为无机催化剂、3组为过氧化氢酶，2、3组对照可验证酶的高效性，属于相互对照方法，A正确；
B、若a处为煮沸后冷却的猪肝匀浆，煮沸后冷却的猪肝匀浆中过氧化氢酶失活，加入过氧化氢溶液，不会出现大量气泡，1、3、4组可用于探究温度对酶活性的影响，B正确；
C、根据表格分析可知，该实验的自变量是催化剂的种类，因变量是反应速率，检测指标是释放气泡的多少与快慢，C正确；
D、酶的作用机理是能够降低化学反应的活化能，并不是匀浆中的过氧化氢酶为反应提供更多的能量，D错误。
故选D。

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