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5.1 降低化学反应的活化能的酶
第一课时——酶的作用和本质
学习目标
任务
1
2
3
探究酶的作用
学习设计对照实验
探索酶的本质
一 酶的本质
阅读课本P76 问题探讨，回答下列问题
1.斯帕兰札尼的实验说明肉块的消化是物理消化还是化学消化？
①甲组单独将适量肉块放在盐酸中，
②乙组在体外将等量胃液和等大肉块混在一起，
其他条件相同且适宜，一段时间后比较两组肉块消化的速度
后来，德国科学家施旺通过实验发现，胃腺分泌物中有一种物质，把它和盐酸混合后，对肉类的分解能力远大于盐酸的单独作用，从而直接证明了胃液中确实有其他化学物质起到消化作用。那么这种物质本质是什么？有什么作用？具体在哪里产生？
2.是胃液中的盐酸还是有其他物质（？）将肉块消化了呢？你的假设是什么？如何证明？
一、关于酶本质的探索
我国早在4000多年前的夏禹时代，就掌握了酿酒技术。1716年《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”。“酒母”就是现在所说的酵母。
活动一：阅读P79的资料，请找到以下学者关于酶发现的
核心内容（主要观点）
一 酶的本质
毕希纳做了几组实验，如何设计的？他的实验结论是什么？
酶的化学本质只为蛋白质吗？
萨姆纳成功揭示脲酶的化学本质靠的是什么样的精神？
巴斯德和李比希的观点是什么？争论的焦点是什么你认为要结束争论的实验思路是什么？？
酶的化学本质只为蛋白质吗？
一 酶的本质
1.巴斯德和李比希的观点是什么？？
巴斯德认为糖类发酵成酒精，必须有活细胞参与，而不是细胞中的某些物质单独在起作用。
毕希纳认为引起发酵的是细胞中的某些物质，而且这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解才能发挥作用。
两人争论的焦点是什么？结束他俩争论的实验思路？
1.提取出这种物质来，单独加入这种物质看能否让糖类发酵变成酒精和CO2.
2.破坏细胞后，再加入糖类，看能否实现酒精发酵。
一 酶的本质
2.毕希纳做了几组实验，如何设计的？他的实验结论是什么？
实验组：研磨细胞获得细胞提取液，加入葡萄糖产生酒和气泡
对照组：活酵母菌培养液加入葡萄糖也产生酒和气泡
结论（酒精发酵的实质）：
活细胞产生的一种化学物质使得葡萄糖发酵产生酒精和CO2,这种物质既可以在细胞内发挥作用，也可以在细胞外发挥作用。
辩证观:巴斯德和李比希的观点中哪些是合理的，哪些是不合理的？
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。
毕希纳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才能发挥作用，是不正确的。
一 酶的本质
4.酶的化学本质只为蛋白质吗？
3.萨姆纳成功揭示脲酶的化学本质靠的是什么样的精神？
5.请给酶下一个比较完整的定义
萨姆纳历时9年，用正确的科学方法，坚持不懈、百折不饶的科学精神，将酶提纯出来。
绝大多数为蛋白质，少数酶是RNA
一、关于酶本质的探索
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 作用场所 RNA
蛋白质
核糖核苷酸
氨基酸
核糖体
细胞核
细胞内、外均可
C、H、O、N、(S)
C、H、O、N、P
活细胞
酶只有一个作用：催化作用
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，少数是RNA.
细胞代谢
二、酶在细胞代谢中的作用
细胞中每时每刻都在进行着许多化学反应
是细胞生命活动的基础，也产生对细胞有害的物（如：过氧化氢）
体内过氧化氢过多会导致皮肤发黄、毛发（包括头发）变白，会加速人体衰老
反应不温和
反应温和
以上三种条件使过氧化氢分解的效果是否一样，哪种更具优势？
探究过氧化氢在不同条件下的分解速率。
活动二：比较H2O2在不同条件下的分解实验（阅读77-78）
3.除了反应条件外，其他因素对实验结果有影响吗？
1.该实验的自变量是？
2.该实验的因变量是？
实验中人为控制的对实验对象进行处理的因素
因自变量改变化而变化的量
H2O2 的浓度和体积、反应的时间、肝脏研磨液的新鲜程度等
实验原理：
实验目的：
2H2O2 2H2O + O2
反应条件
加热、催化剂的种类
H2O2的分解速率，如单位时间内O2的产生量
①带火星的卫生香的复燃情况
②单位时间内产生气泡多少
单一变量原则：实验设计时只有一个自变量，
即无关变量要保持一致且适宜
一、酶在细胞代谢中的作用
请同学们阅读教材P77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：
无关变量：
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
随着自变量的变化而变化的变量
人为改变的变量
变量：
实验中可以变化的因素
Y = a + f(x)
自变量
因变量
无关变量
（不同条件X）
单一变量原则：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
（结果Y）
（相同条件a）
因变量
试管编号 1 2 3 4
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
1.气泡冒出情况
2.卫生香复燃情况
无
90℃
水浴加热
2滴
3.5%FeCl3
2滴
20%肝脏研磨液
3%的H2O2溶液
实验处理
（不同反应条件）
检测指标
对照组
实验组
经实验因素处理的人为改变条件的组。
实验组：
对照组：
未经实验因素（自变量）处理的组。
实验结果未知
实验结果已知
控制变量和设计对照实验
给对照组施以某种实验因素处理，但不是所要研究的实验因素。
条件对照
空白对照
不给对照组以任何处理因素。
无关变量
自变量
试管编号 步骤 1 2 3 4
一
二
三 观察
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴
2滴
几乎无
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
变亮
复燃
反应条件
H2O2浓度
H2O2剂量
气泡产生
带火星的卫生香
一、酶在细胞代谢中的作用
请观察教材P77图片结合视频，描述各支试管的实验现象。
思考 讨论
2）3、4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？
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？
4）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？
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。
一样多，几支试管的H2O2 溶液的体积和浓度都相同。
6.实验结论：
加热和催化剂均可加快化学反应速率，酶与无机催化剂相比催化效率更高
注意：酶的催化效率高是和无机催化剂相比
3. 过氧化物酶能催化
大本p 3过氧化物酶能催化H2O2的分解，产生的氧气能使溶于水的无色焦性没食子酸氧化呈橙红色。为了鉴定马铃薯块茎是否含有过氧化物酶，设计了如下实验。下列说法错误的是( )
A. 3号试管内加入的物质是在2号试管的基础上加2滴H2O2溶液
B. 1号试管可以和4号试管形成对照
C. 设计2号试管作为对照的具体目的是排除马铃薯块茎提取液中的其他物质对实验结果的影响
D. 对3号试管加入的物质进行设计，这四支试管可以证明酶具有高效性
D
三、酶的作用机理
2）加热为什么会提高反应速率
1）什么是反应的活化能。
4）为什么说酶对于细胞代谢的顺利进行至关重要？
自主探究2：阅读课本P78，小组讨论以下问题，时间3min。
3）酶的作用机理？为什么酶的催化效率比无机催化剂快？
酶更显著地降低了化学反应所需要的活化能。
酶高效的催化作用可以实现细胞代谢在温和的条件下快速进行。（高效性的意义）
因为加热使 H2O2分子获得了能量（活化能）。
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的能量
二 酶在细胞代谢中的作用
活化能
活跃状态分子的平均能量
常态分子的平均能量
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
常态
活跃状态
终态
如果我们把化学反应从反应物到产物的过程比作我们驾车翻越高山的话，那活跃态相当于 ，活化能相当于 ，那加热相当于 ，让反应的起点变高；
使用催化剂相当于 ，降低了反应的门槛。
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： .
二 酶在细胞代谢中的作用
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
没有催化剂
无机催化剂
③
酶
ab
bc
①②③分别代表什么条件？
（三）各条件使反应加快的本质：
加热：
为反应物分子提供能量(活化能），使其达到活跃状态
Fe3+：
降低化学反应的活化能
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A
曲线C
E3
E2—E3
E2
A
B
C
二 酶在细胞代谢中的作用
时间
O2量
未加催化剂
加无机催化剂Fe 3+
加过氧化氢酶
二 酶在细胞代谢中的作用
三条曲线最高点相同，说明什么问题？
平衡点
酶不改变最终生成物的量
只是改变反应速率
（不改变化学反应平衡）
任务一：下图表示在未加催化剂条件下的曲线，请在该曲线的基础上绘制出加无机催化剂Fecl3和加酶的曲线。
酶是一种生物催化剂；
酶显著降低了化学反应的活化能。
设置对照实验
小 结
探究实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解
酶的作用和本质
酶在细胞代谢中的作用
酶的本质：
绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
自变量
因变量
无关变量
活动一：阅读P79的资料，请找到以下学者关于酶发现的
核心内容（主要观点）
一 酶的本质
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
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？
毕希纳是如何终结上述争论的？他的实验结论是什么？
酶的化学本质只为蛋白质吗？
萨姆纳成功揭示脲酶的化学本质靠的是什么样的精神？
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？
毕希纳是如何终结上述争论的？他的实验结论是什么？
酶的化学本质只为蛋白质吗？
萨姆纳成功揭示脲酶的化学本质靠的是什么样的精神？
一 酶的本质
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德
李比希
毕希纳
萨姆纳
其他科学家
切赫和奥尔特曼
发酵与死细胞中的物质有关
发酵与活细胞有关
死细胞中的物质和活细胞都能引起发酵
脲酶是蛋白质
胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质
少数酶是RNA
切赫
奥特曼
巴斯德：发酵的过程并非与生命活动无关，需要酵母活细胞的参与才能进行。
李比希：引起发酵的是细胞中的某些化学物质，但这些物质只有在酵母细胞裂解死亡后才能发挥作用
1907年他为此获得了诺贝尔化学奖
1946年获得诺贝尔化学奖
常见有机化学反应的条件
高温
高压
强酸
强碱
无机催化剂
剧烈
细胞内外的环境
常温
常压
水溶液环境
pH接近中性
温和
思考.在细胞较为温和的环境中，各种细胞代谢如何高效有序的进行呢？
酶
思考.那么细胞代谢与我们常见的化学反应需要的条件一样吗？
生物催化剂
工业上利用过氧化氢制氧气：
Fecl3
双氧水消毒伤口
伤口处有H2O2酶与H2O2接触，快速产生氧气。
H2O2
过氧化氢酶
H2O2
H2O + O2
H2O + O2
无机催化剂
？过氧化氢在不同条件下分解速度相同吗？
加热
1号
2号
实验实验（现象）结果：
试管编号
步骤 1 2 3 4 一
二
三 观察
实验结论
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴
2滴
几乎无
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
变亮
复燃
过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样
过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快
反应条件
无关变量
H2O2浓度
H2O2剂量
气泡产生
带火星的卫生香
对照组
实验组
自变量
因变量
对照实验
一、酶在细胞代谢中的作用
讨论：该实验的对照组和实验组分别是什么？
变量
对照性原则
相同 适宜
一个实验中只能有一个自变量，除了自变量之外其他变量即无关变量均要相同
2）单一变量原则：
3）随机性原则：
4）平行重复原则：
多次实验，取平均值，用以减少误差和偶然性
5）科学性原则：
不能出现科学性错误
被研究的样本是从总体中任意抽取的
设计原则
科学方法
控制变量和设计对照实验
1）对照性原则：通过设置对照，排除无关变量的影响，以验证实验目的。
二 酶的本质
综合本节所学，能不能给酶下一个比较完整的定义？
酶是__________产生的具有___________的_________
活细胞
催化作用
有机物
化学本质
酶的来源
酶的作用
原料？
一般说来，活细胞都能产生酶
酶只起催化作用，无调节功能
酶在反应中不被消耗，可利用多次，但时间过长，催化能力降低甚至丧失
其中绝大多数酶是__________，少数酶是________。
蛋白质
RNA

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