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新人教版 高一
第五章 细胞的能量供应和利用
5.1 降低化学反应活化能的酶（第一课时）
本节任务
①生命观念通过对酶的作用和本质的学习，认识到酶是一种生命物质，细胞代谢离不开酶。
②科学思维通过学习探索酶本质的科学史，了解并体会运用科学史证据和逻辑来建构概念，提升科学思维。
③科学探究通过一系列实验设计，学会控制实验的变量和设置对照实验，养成崇尚科学的态度和实事求是的精神。
④社会责任关注酶的有关原理在生产、生活中的应用并解决实际问题
思考： 1773年，意大利科学家斯帕兰礼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。
讨论：
1、这个实验要解决的问题是什么？将肉块放入金属笼内的目的是什么？
2、是什么物质使肉块消失了？
3、怎么证明你的猜测
鹰的胃里是否只有物理性消化，而没有化学性消化。排除鹰胃对肉块物理性消化
化学物质将其分解
收集胃里的物质，看看体外是否也能将肉块进行分解。
光合作用
叶绿体：CO2+H2O （CH2O) +O2
光能
酶
线粒体: C6H12O6+6H2O+O2 6CO2+12H2O+能量
酶
有氧呼吸作用
合成蛋白质
核糖体： 氨基酸 多肽
酶
脱水缩合
细胞代谢指细胞内许多化学反应的统称。
（有氧呼吸、光合作用、多糖的合成、蛋白质的合成等）
细胞内有机化学反应 反应缓慢、反应过程复杂、对反应条件要求高。这时候就需要酶的参与。为什么细胞代谢离不开酶呢？
2H2O2
2H2O + O2↑
讨论1：过氧化氢在体外分解需要什么条件？
资料一：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，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。
加热 加催化剂（如Fecl3)
讨论2：细胞内的过氧化氢又是怎样被快速分解的呢？
一、酶的作用和本质
实验：比较H2O2在不同条件下的分解
实验原理
2 H2O2 2 H2O + O2↑
实验目的：
通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解酶的作用和意义。
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
不同条件
实验材料：
新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液
新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液
质量分数为3.5%的FeCl3溶液。
经计算，质量数为3.5%的FeCl3溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3+数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。
H2O2
H2O + O2
新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶
实验：比较H2O2在不同条件下的分解
讨论3：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
实验：比较H2O2在不同条件下的分解
3号
4号
1号
2号
不明显
少量
较多
大量
观察产生气泡的多少
实验：比较H2O2在不同条件下的分解
变亮
复燃
观察卫生香的燃烧情况
实验：比较H2O2在不同条件下的分解
实验：比较H2O2在不同条件下的分解
1与2对照：
加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(为反应提供能量)
1与3对照
FeCl3在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(催化作用)
1与4对照：
过氧化氢酶在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(催化作用)
3与4对照：
过氧化氢酶比FeCl3的催化效率高。
实验结论
酶和无机催化剂一样，都能催化化学反应，并且酶的催化效率远高于无机催化的催化效率。
实验：比较H2O2在不同条件下的分解
实验：比较H2O2在不同条件下的分解
分 组 编 号
2号
1号
3号
4号
常温
90℃水浴
2滴FeCl3溶液
2滴肝脏研磨液
不 同 处 理
H2O2溶液（3%）
2mL
2mL
2mL
2mL
气泡产生
不明显
少量
较多
大量
卫生香
复燃
变亮
复燃
对照原则
① 等量原则
② 确定观察指标
③对照实验中的自变量应具有单一性，即遵循单一变量原则，只有这样才能保证实验结果的正确性，增强实验结论的说服力。
3、4号试管比较，________________________________。
1、3、4号试管比较，___________________________。
1、2号试管比较，__________________。
实验结论
2号产生更多的气泡
3,4也能产生气泡，并且比1都多
4号气泡更多、卫生香燃烧更猛烈
实验结果
加热能促进H2O2的分解
催化剂能加快H2O2的分解
过氧化氢酶比FeCl3的催化效率高
实验：比较H2O2在不同条件下的分解
讨论4：通过刚才的探究实验，同学们有没有发现生物学实验设计中特别需要注意的一些因素呢？
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
控制 ——例如（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相同且适宜
检测——例如（结果Y）
适宜且相等
实验：比较H2O2在不同条件下的分解
分 组 编 号
2号
1号
3号
4号
常温
90℃水浴
2滴FeCl3溶液
2滴肝脏研磨液
不 同 处 理
H2O2溶液（3%）
2mL
2mL
2mL
2mL
气泡产生
不明显
少量
较多
大量
卫生香
复燃
变亮
复燃
无关变量
自变量
因变量
因变量
对照实验：除作为自变量的因素外，其余无关变量都保持一致，并将结果进行比较的实验。
讨论4：通过刚才的探究实验，同学们有没有发现生物学实验设计中特别需要注意的一些因素呢？
对照组
实验组
空白对照
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
加法原理：
与常态相比，人为增加某种影响因素。
第2组、第3组、第4组就是利用了加法原理。
科学方法：（新教材P一78）控制变量
例2.研究甲状腺激素的功能
第1组：健康的动物不做处理(空白对照)
第2组：健康的动物饲喂一定量的甲状腺激素(加法原理)
第3组：将健康的动物甲状腺摘除(减法原理)
减法原理：
与常态相比，人为去除某种影响因素。
科学方法：（新教材P一78）控制变量
活化能：
分子从_____转变为_________________的活跃状态所需要的能量。
常态
容易发生化学反应
一个化学反应体系中，活化分子数越多，反应的速率越快。
一、酶的作用和本质
酶的作用机理
催化剂：
降低非活化分子转变为活化分子的门槛
常态
终态
活跃状态
活化能
酶并未供给过氧化氢能量，只是降低了过氧化氢分解反应的活化能。
同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更明显，因而催化效率更高。
酶的作用机理
An enzyme that reduces the activation energy of chemical reactions
降低化学反应活化能的酶
活化能
加热
Fe3+
H2O2酶
为过氧化氢分子提供能量
降低化学反应的活化能
显著降低化学反应的活化能
An enzyme that reduces the activation energy of chemical reactions
降低化学反应活化能的酶
教材隐性知识：（人教版必修1 P78图拓展）酶作为生物催化剂，与无机催化剂相比，在发挥作用过程中有哪些共同特点？酶除了具有催化功能外，可以调节生命活动吗？
提示　共同点：
①只能催化自然条件下能发生的化学反应；
②化学反应前后酶的数量和性质均不变；
③加快化学反应的速率（降低化学反应的活化能），缩短达到化学平衡的时间，但不能改变化学反应的方向和化学平衡；
催化（降低化学反应的活化能）是酶唯一的功能，它不具调节功能，也不作为能源（或组成）物质。
An enzyme that reduces the activation energy of chemical reactions
降低化学反应活化能的酶
a
b
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
_____________
_____________
③
_____________
ab 。
bc 。
随堂练习
In-class practice
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 。
酶催化时，反应的活化能
bc 。
随堂练习
In-class practice
与无机催化剂相比: B.不改变反应的平衡点，只是缩短了到达平衡点的时间
与无机催化剂相比: C.酶和无机催化剂在反应前后数量和性质不发生改变，一段时间内可以重复利用。
请思考：
能够在细胞内温和环境中催化各种生化反应，酶是一种什么样的物质呢？
二、关于酶的本质的探索
阅读课本79-80页“资料分析”
找出每一位科学家的研究背景、过程、结论及贡献
仔细阅读本节的“思考 讨论”，通过完成下面的图解，体会巴斯德、李比希、毕希纳、萨姆纳的观点之间的逻辑关系
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
脲酶是蛋白质
李比希（化学家）
切赫、奥特曼
少数RNA也具有生物催化功能
An enzyme that reduces the activation energy of chemical reactions
降低化学反应活化能的酶
教材隐性知识：源于必修1 P79“关于酶本质的探索”：巴斯德认为酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致，没有活细胞就不能产生酒精；李比希却认为引起发酵的只是酵母菌细胞中的某些物质，不一定需要活的细胞。请你利用酵母菌细胞、研磨和过滤装置、葡萄糖溶液等材料设计一个实验来结束这一争论。
提示：将酵母菌细胞研磨粉碎、加水搅拌后过滤，将提取液加入葡萄糖溶液中，也能产生酒精，说明引起发酵的是一种化学物质(模拟毕希纳的实验)。
An enzyme that reduces the activation energy of chemical reactions
降低化学反应活化能的酶
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 RNA
蛋白质
核糖核苷酸
氨基酸
核糖体
细胞核
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
①酶的本质及生理功能
An enzyme that reduces the activation energy of chemical reactions
降低化学反应活化能的酶
①酶的本质及生理功能
化学本质 绝大多数是______ 少数是______
合成原料 ________ __________
合成场所 核糖体 细胞核(真核细胞)
来源 一般来说，活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生酶 作用场所 细胞内外或生物体内外均可 生理功能 具有生物__________ 作用本质 蛋白质
RNA
氨基酸
核糖核苷酸
催化作用
降低化学反应的活化能
An enzyme that reduces the activation energy of chemical reactions
降低化学反应活化能的酶
②正确理解有关酶的本质和作用
项目 错误说法 正确理解
产生场所 具有分泌功能的细胞才能产生 活细胞(不考虑哺乳动物成熟的红细胞等)
化学本质 蛋白质 有机物(大多数为蛋白质，少数为RNA)
作用场所 只在细胞内起催化作用 可在细胞内、细胞外、体外发挥作用
温度 影响 低温和高温均使酶变性失活 低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活；高温使酶变性失活
作用 酶具有调节、催化等多种功能 酶只起催化作用
来源 有的可来源于食物等 酶只在生物体内合成
An enzyme that reduces the activation energy of chemical reactions
降低化学反应活化能的酶
项目 酶 激素
来源及作用场所 活细胞产生；细胞内或细胞外发挥作用 专门的内分泌腺或特定部位细胞产生；
一般细胞外发挥作用
化学本质 绝大多数是蛋白质，少数是RNA 固醇类、多肽、蛋白质、氨基酸衍生物、脂质
生物功能 催化作用 调节作用
共性 在生物体内均属高效能物质，即含量少、作用大、生物代谢不可缺少 ③酶和激素的比较
An enzyme that reduces the activation energy of chemical reactions
降低化学反应活化能的酶
A.设计思路：从酶的化学本质上来讲，绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。所以对酶本质的鉴定常常是变相地考查蛋白质或RNA的鉴定方法。
④鉴定酶的本质
某种酶 + 蛋白酶
加入酶的底物
底物没有被催化→该酶是蛋白质
底物被催化→该酶是RNA
B.方案:
An enzyme that reduces the activation energy of chemical reactions
降低化学反应活化能的酶
甲酶：核酶，化学本质为RNA
乙酶：化学本质为蛋白质
酶本质的探究，采取减法原理
用RNA酶处理甲酶和乙酶，测定该酶的活性，与本实验进行相互对照。
④鉴定酶的本质
B.方案:
小技巧
探究酶化学本质的实验设计
1、设计原理
大部分是蛋白质
少部分是RNA
加__________，呈_____
双缩脲试剂
紫色
加__________，呈_____
吡罗红染液
红色
2、设计方案
分组 实验操作 现象 结论
紫色
对照组：
标准蛋白质溶液
实验组：
等量待测酶液
紫色
/ 蓝色
是蛋白质
/ 不是蛋白质
（鉴定是否为RNA同上）
加双缩脲试剂
一、概念检测1.酶对细胞代谢起着非常重要的作用，可以降低化学反应的活化能。下列关于酶的作用特点及本质的叙述，正确的是 （ ）
A. 酶不能脱离生物体起作用
B. 酶只有释放到细胞外才起作用
C. 所有的酶都是蛋白质
D. 酶是具有催化作用的有机物
2.酶和无机催化剂都能催化化学反应。与无机催化剂相比，酶具有的特点是（ ）
A. 能为反应物提供能量 B. 能降低化学反应的活化能
C. 能在温和条件下催化化学反应 D. 催化化学反应更高效
随堂练习
In-class practice

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