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第五章 细胞的能量供应和利用
第1节 降低化学反应活化能的酶
（第一课时）
目标
01
02
03
理解酶的化学本质，认同科学发现是在不断地探索和争论中前进的。(生命观念）
通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，尝试设计对照实验。（科学探究）
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。
（社会责任）
学习目标
情景材料一
问题1: 为什么将刚采摘的新鲜糯玉米立即放入85℃水中热烫处理2 min，可较好地保持甜味？
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。
情景材料一
斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用实验（视频）
便于取出肉块、排除物理性消化干扰
问题2: 为什么要将肉块放在金属笼内？
问题3: 是什么物质使肉块消失了？怎样才能证明你的推测？
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。
情景材料一
斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用实验（视频）
问题3: 是什么物质使肉块消失了？怎样才能证明你的推测？
胃内的化学物质,收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否能将肉块分解。
问题4: 像这样细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为什么？
一、细胞代谢
细胞代谢是细胞生命活动的基础，但细胞代谢中也会产生代谢废物，甚至会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。
细胞代谢
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。
常温(37℃) 常压
液体环境
pH接近中性
细胞内的环境
问题5: 在细胞较为温和的环境中，各种生化反应如何高效有序的进行呢？
细胞代谢离不开酶
二、酶在细胞代谢中的作用
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。
2H2O2 2H2O + O2
1.过氧化氢在体外分解需要什么条件？
2.细胞内的过氧化氢又是怎样被快速分解的呢？
加热、强酸、强碱、 加催化剂（如Fecl3)
细胞中含有过氧化氢酶
问题6: 氧化氢酶与加热、强酸、强碱、加催化剂都能使过氧化氢分解，他们原理一样吗？分解速率一样吗？如何设计实验来探究酶的作用？
比较H2O2在不同条件下的分解
探究.实验
1
实验材料
①新鲜的质量分数为20%肝脏研磨液；②新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液；③质量分数为3.5%的FeCl3溶液；各种用具如：量筒、试管、滴管、酒精灯、卫生香等等。
合作探究一：请同学们自主阅读教材P76-77，小组合作完成以下问题。
1.写出实验目的：
2.说出实验原理：
3.找出自变量、因变量、无关变量。
4.设计该实验，并简述实验步骤：
二、酶在细胞代谢中的作用
比较H2O2在不同条件下的分解
探究.实验
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。
2H2O2
2H2O+O2
反应条件
①加热是化学反应常见的条件
②Fe3+是无机催化剂
③新鲜肝脏中含有过氧化氢酶
不同条件
判断H2O2的分解快慢依据：
O2的产生量
①点燃的卫生香的复燃情况
②气泡冒出情况
2
实验目的
3
实验原理
二、酶在细胞代谢中的作用
比较H2O2在不同条件下的分解
探究.实验
二、酶在细胞代谢中的作用
比较H2O2在不同条件下的分解
探究.实验
4
实验设计
组别 对照组 实验组 1 2 3 4
过氧化氢 H2O2浓度 3% 3% 3% 3%
H2O2剂量 2mL 2mL 2mL 2mL
反应条件 常温 90℃ FeCl32滴 肝脏研磨液2滴
结果 产生气泡
卫生香燃烧情况
二、酶在细胞代谢中的作用
比较H2O2在不同条件下的分解
探究.实验
5
实验现象
Fe3+做催化剂
过氧化氢酶
二、酶在细胞代谢中的作用
比较H2O2在不同条件下的分解
探究.实验
6
实验结果
组别 对照组 实验组 1 2 3 4
过氧化氢 H2O2浓度 3% 3% 3% 3%
H2O2剂量 2mL 2mL 2mL 2mL
反应条件 常温 90℃ FeCl32滴 肝脏研磨液2滴
结果 产生气泡
卫生香燃烧情况
不明显
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
变亮
复燃
二、酶在细胞代谢中的作用
与１号试管相比，２号试管出现什么不同的现象？说明什么？
2
3
4
1
合作探究二：请同学们根据以上实验现象，小组合作完成以下问题。
3、4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？
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？
2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多？
二、酶在细胞代谢中的作用
二、酶在细胞代谢中的作用
问题7: 与１号试管相比，２号试管出现什么不同的现象？说明什么？
2号试管放出的气泡多，说明加热能提高反应速率
问题8: 3、4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？
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。
问题9: 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？
过氧化氢酶比Fe3+ 的催化效率高得多。
问题10: 2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多？
一样多，几支试管的H2O2 溶液的体积和浓度都相同。
二、酶在细胞代谢中的作用
问题11: 为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？
细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内的化学反应的顺利进行是至关重要的。
问题12: 小组讨论以上比较过氧化氢在不同条件下的分解实验设计严谨吗？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？
二、酶在细胞代谢中的作用
人为控制的对实验对象进行处理的因素
自变量
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；对照实验一般要设置对照组和实验组
对照实验
除自变量外，实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素
无关变量
因自变量改变而变化的变量
因变量
控制变量和设计对照实验
Y = a + f(x)
自变量
因变量
无关变量
（不同条件X）
（结果Y）
（相同条件a）
问题13: 你能准确找出以上实验中的相关变量吗？
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
自变量
因变量
对照实验
讨论：无关变量对实验结果没有影响吗？该实验的无关变量有哪些？
变量
相同 适宜
对照组
实验组
讨论：该实验的对照组和实验组分别是什么？
对照性原则
二、酶在细胞代谢中的作用
　实战训练　
1.如图所示为“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，下列叙述正确的是( )
A.加FeCl3溶液的试管产生的气泡最多
B.肝脏研磨液使过氧化氢分解最快，是因为其浓度高于3.5%的FeCl3溶液的浓度
C.本实验中加入FeCl3组和加入肝脏研磨液组的作用机理不同
D.该实验的1号试管常温处理，是作为对照组，排除无关变量的干扰
　实战训练　
2．下列关于“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验内容相关表述正确的是（ ）
A．该实验中新鲜肝脏研磨液是促进过氧化氢快速分解的催化剂B．实验中温度、催化剂和反应物的浓度是自变量，过氧化氢分解速率是因变量
C．将2号试管放在60℃左右的水浴中加热，观察气泡冒出的情况D．设置空白对照组的目的是表明在本实验条件下过氧化氢不容易分解
二、酶在细胞代谢中的作用
问题14: 通过以上学习你能总结出加热、Fe3+、酶使H2O2分解的作用机理吗？
提高分子的能量
降低化学反应的活化能
更显著地降低化
学反应的活化能
加热
Fe3+
酶
酶作用原理：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。
酶作用意义：使细胞代谢在温和条件下快速有序地进行高。
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、酶在细胞代谢中的作用
加热、Fe3+、酶的作用机理(视频)
图中①表示：
图中②表示：
图中④表示：
无催化剂时化学反应所需的活化能。
无机催化剂催化时化学反应所需的活化能。
酶催化时化学反应所需的活化能。
图中③表示：
图中⑤表示：
无机催化剂降低的活化能
酶降低的活化能
更显著地降低化学反应的活化能
酶的作用机理分析
问题15: 酶是什么物质？哪里产生的？
三、酶的本质探索
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。
三、酶的本质探索
19世纪以前，人们还不知道酶为何物。19世纪以后，随着酿酒中发酵过程的深入研究，科学家才揭开酶的“面纱”。
合作探究三：请同学们阅读P79关于酶本质的探索，每组派一个代表模仿其中一位科学家陈述自己的主要观点。
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？
巴斯德和李比希的争论原因是什么？他们的争论对后人研究酶的本质有何意义？
毕希纳是如何终结上述争论的？他的实验结论是什么？
萨姆纳成功揭示脲酶的化学本质靠的是什么样的精神？
三、酶的本质探索
三、酶的本质探索
酶的本质探索（视频）
1857
1926
20世纪80年代
巴斯德
糖类变酒精必须有酵母活细胞的参与
李比希
糖类变酒精必须有酵母菌细胞死亡，并释放其中物质
萨姆纳
从刀豆种子中提取出脲酶，证明脲酶的化学本质是蛋白质，作用是分解尿素。
毕希纳
从酵母细胞质提取发酵物质酿酒
切赫和奥尔特曼
少数RNA也具有生物催化功能
酶本质的探索
三、酶的本质探索
　实战训练　
3．成书于1716年的《康熙字典》收录了酶字，对“酶”的解释为“酒母也”；酶本质的发现经历了几代人的努力。下列有关酶本质的探索发现过程的叙述，错误的是（ ）
A．巴斯德和李比希关于“糖类是怎么变成酒精的”观点都有其局限性B．萨姆纳从刀豆种子中提取出纯酶，并进一步证明了少数酶不是蛋白质C．毕希纳将从酵母菌细胞中提取到的、能将糖液变成酒的物质称为酿酶D．施旺发现，胃腺分泌物与盐酸混合物对肉类的分解能力明显高于盐酸
　实战训练　
4.酶的发现经过了许多科学家的研究，以下科学家及其成果不对应的是（ ）
A.巴斯德提出没有活酵母菌细胞参与，酿酒时糖类就不能转化为酒精
B.李比希证明促使酒精发酵的是酵母菌中的某些物质，而不是细胞本身
C.萨姆纳提取出脲酶结晶，并证明其化学本质是蛋白质
D.切赫与奥尔特曼发现少数RNA也具有生物催化功能
问题16: 请给酶下一个比较完整的定义。
酶
来源
活细胞产生的
活细胞产生，可在细胞内、细胞外(或体外)发挥作用
功能
具有催化作用
降低化学反应的活化能　
本质
有机物(蛋白质或RNA)
合成原料：氨基酸和核糖核苷酸
四、酶的本质
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。
四、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
　实战训练　
5．我国台湾省科学家钱嘉韵成功从嗜热菌中分离出耐高温DNA聚合酶。下面关于耐高温DNA聚合酶的说法正确的是（ ）
A．耐高温DNA聚合酶在室温条件下可变性失活
B．耐高温DNA聚合酶彻底水解的产物是氨基酸
C．耐高温DNA聚合酶能够调节嗜热菌的生命活动
D．耐高温DNA聚合酶可与双缩脲试剂反应呈砖红色
拓展延伸
酶化学本质的实验验证
自变量：
待测酶液和标准蛋白质样液或RNA样液
因变量：
是否有紫色反应或红色反应
标准蛋白质样液
待测酶液
标准RNA样液
双缩脲试剂
吡罗红染液
紫色反应
红色反应
该酶是蛋白质
该酶是RNA
①方法一：颜色反应法：蛋白质类酶可用 双缩脲 试剂鉴定，反应后呈 紫色。
②方法二：
甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如图所示
酶解法
拓展延伸
酶化学本质的实验验证
酶在生活中的运用
多酶片
多酶片中含有多种消化酶，
人在消化不良时可以服用。
1.为什么需要用温水浸泡？
2. 能否用它来洗羊毛衫？
加酶洗衣粉
果胶酶
分解果肉内细胞壁中的果胶，提高果汁产量，使果汁变得澄清。
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
原理：降低化学反应活化能
因变量
无关变量
课堂小结
　实战训练　
6.下列有关酶的叙述，正确的是（ ）
①是由具有分泌功能的细胞产生的　②有的从食物中获得，有的从体内转化而来　③活细胞中都含有酶　④绝大多数酶是蛋白质　⑤有的酶是蛋白质，有的是固醇　⑥酶在代谢中有多种功能　⑦在新陈代谢和生殖发育中起调控作用　⑧酶只是起催化作用　⑨酶只在细胞内发挥作用
A.①②⑤ B.③⑦⑨ C.③④⑧ D.④⑤⑥
　实战训练　
7．有一种名为L19RNA的核酶，可以催化某些RNA的切割和连接，其活性部位是富含嘌呤的一段核苷酸链。下列关于该酶的叙述错误的是（　　）
A．L19RNA核酶的底物RNA中富含嘧啶
B．推测L19RNA核酶作用的专一性是通过酶与底物之间的碱基互补配对实现的
C．L19RNA核酶彻底水解后可得到四种核糖核苷酸
D．L19RNA核酶发挥作用的原理是降低了化学反应的活化能
　实战训练　
8．某植物细胞膜上的质子泵是一种蛋白质，能够水解ATP释放能量将H﹢逆浓度转运至细胞外，使细胞外的 pH低于细胞内。研究小组制备了该植物细胞悬浮液，在一定pH的溶液中置于暗中一段时间后，溶液的pH不变；然后将该溶液分成两组，一组照 射蓝光后溶液的pH明显降低，另一组先在溶液中加入质子泵的抑制剂，再用蓝光照射， 溶液的pH不变。关于该实验的下列推测，不合理的是（ ）
A．蓝光不能直接为质子泵转运H﹢提供能量
B．植物细胞膜上的质子泵既有运输功能，又有催化作用
C．溶液中的H﹢可能以自由扩散的方式转运至该植物细胞内
D．蓝光通过质子泵发挥作用，促进H﹢逆浓度转运至细胞外
　实战训练　
9．研究发现一类称作“分子伴侣”的蛋白质可识别正在合成或部分折叠的多肽，并通过改变自身空间结构与多肽的某些部位相结合，从而帮助这些多肽折叠、组装或转运，其本身不参与组成最终产物并可循环发挥作用。细胞中通过囊泡运输的蛋白质一般不需要分子伴侣的帮助。下列叙述错误的是（　　）
A．“分子伴侣”介导加工的环状八肽化合物中至少含有8个氧原子和8个氮原子
B．草履虫细胞内“分子伴侣”发挥作用的场所可能在细胞质基质
C．蛋白质空间结构一旦发生改变，则不可逆转
D．消化酶在无分子伴侣的帮助下可发挥降低反应活化能的作用
　实战训练　
10．煎饺是我国北方地区特色传统小吃之一，是以面粉和肉馅为主要食材制作成水饺，水饺煮熟放凉后用油煎制而成。煎饺表面酥黄，口感香脆。下列说法错误的是（　　）
A．人体内的酶是蛋白质，可以调节机体的生命活动。
B．煎饺时所用的植物油大多含有不饱和脂肪酸，在室温下呈液态
C．面粉中富含的植物多糖必须经过消化分解成葡萄糖，才能被人体吸收D．胆固醇在人体中参与血液中脂质的运输，如果过多摄入也会造成血管堵塞
　实战训练　
11．科研人员在细胞中发现了糖RNA（RNA上连接糖分子的物质）。下列有关糖RNA、糖蛋白、糖脂分子的叙述，正确的是（　　）
A．都是以单糖为单体的生物大分子，都属于生命系统结构层次中的最小单位
B．细胞内糖RNA的合成需要酶的催化，此酶可降低这一化学反应的活化能C．都含C、H、O、N、P五种元素，用高倍光学显微镜可看清楚它们的结构
D．细胞膜的外表面有糖蛋白，这些糖蛋白也叫做糖被
　实战训练　
12．聚糖是细胞表面常见的化合物，在糖基化过程中可以修饰脂类和蛋白质。科学家发现，在细胞表面不仅有糖基化修饰的脂类和蛋白质，还有糖基化修饰的RNA，即glycoRNA．下列相关叙述正确的是（　　）
A．糖脂、糖蛋白和glycoRNA都是细胞膜表面的糖被
B．在脂类和蛋白质糖基化过程中需要相关酶提供活化能
C．糖脂、糖蛋白和glycoRNA共有的元素至少有5种
D．细胞间进行信息交流时，有时不需要糖基化物质参与
　实战训练　
13．我国著名微生物学家汤飞凡先生长期从事传染病及疫苗研究，是世界上首位分离出沙眼衣原体的科学家。沙眼衣原体是一类原核生物，有较复杂的、能进行一定代谢活动的酶系统，但不能合成高能化合物，营严格的细胞内寄生生活。下列说法正确的是（　　）
A．沙眼衣原体是独立的生命系统，其系统的边界是细胞壁
B．沙眼衣原体的遗传物质主要是DNA
C．沙眼衣原体不能合成高能化合物，可能是细胞内缺乏相关的酶
D．沙眼衣原体细胞内核糖体的形成与核仁有关
　实战训练　
14．氨基酸的化学性质十分稳定且无催化作用，但当某些氨基酸与磷酸作用合成磷酰化氨基酸时就具有了催化剂的功能，称为“微型酶”。“微型酶”与氨基酸结合时，催化形成二肽并释放磷酸；与核苷作用时，催化核苷酸的生成并释放出氨基酸。下列说法错误的是（ ）
A．“微型酶”在化学反应前后自身会改变
B．“微型酶”与双缩脲试剂不会发生紫色反应
C．“微型酶”与腺苷作用时生成的核苷酸可参与DNA的构建
D．“微型酶”能降低化学反应的活化能
　实战训练　
15．适宜温度下，将M克小麦干种子（已消毒且均有活力）放入含适量蒸馏水的培养皿中进行培养，一段时间后小麦种子萌发，质量为N克。将上述全部萌发的小麦种子培育成幼苗后移入大田中栽培，一段时间后得到小麦植株（假设全部小麦植株的质量为P克，且P大于N）。下列叙述正确的是（ ）
A．小麦干种子的质量就是指小麦种子中全部无机盐的质量
B．淀粉酶为小麦种子萌发提供大量活化能
C．小麦种子萌发过程中进行细胞呼吸不断消耗有机物，故N小于M
D．小麦种子发育成小麦植株过程中发生的质量变化与有机物和无机物的质量变化均有关系
　实战训练　
A．3个 B．2个 C．1个 D．0个
16．下列关于“一定”的说法正确的有（ ）①光合作用一定发生在叶绿体中 ②有氧呼吸一定发生在线粒体中 ③没有细胞核的细胞一定是原核细胞 ④酶一定是蛋白质 ⑤核糖体的形成一定与核仁有关 ⑥磷脂是所有细胞一定都有的脂质 ⑦细胞生物的遗传物质一定是DNA ⑧与双缩脲试剂发生紫色反应的物质一定是蛋白质 ⑨肽链在核糖体上形成后，一定要经内质网和高尔基体加工后才具备相应的功能
　实战训练　
17．超氧化物歧化酶（SOD）分子是一种广泛存在于生物体内各个组织中的重要金属酶，SOD分子含两条或四条肽链，其活性中心都含有金属离子。SOD是唯一能特异性消除细胞代谢过程中产生自由基O2-的抗氧化酶，SOD能催化超氧化物阴离子自由基转化为H2O2与O2，进而减缓生物体的衰老，可作为药用酶使用。下列相关叙述正确的是（ ）
A．去除SOD的活性中心金属离子后，不改变SOD的结构，也不影响SOD的功能B．SOD是由单体构成的多聚体，属于生物大分子
C．SOD作用原理是给自由基提供活化能，促进超氧化物阴离子自由基转化为H2O2与O2
D．SOD口服后通过主动运输的方式直接被小肠上皮细胞吸收并发挥作用
　实战训练　
18．俗话说：“秋风起，蟹脚肥”，此时蟹黄多油满、壳薄、肉质细腻。下列说法正确的是（ ）
A．组成蟹细胞的钙、铁、磷、氮等微量元素大多以化合物的形式存在B．蟹壳含有几丁质，几丁质能用于废水处理、制作人工皮肤等
C．秋季母蟹因其含量较高的脂肪而黄多油满，因此脂肪是蟹细胞主要的能源物质
D．熟螃蟹肉更容易消化是因为高温使肽键断裂，蛋白质容易被蛋白酶水解
　实战训练　
19．端粒酶由蛋白质和RNA组成，其作用是修复DNA复制过程中受损的DNA分子。将这种酶中的蛋白质和RNA分开，在适宜条件下，RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，而蛋白质不具有。这一结构表明（ ）
A．酶的基本单位是氨基酸
B．绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA
C．端粒酶中的RNA具有催化作用
D．核酶的作用条件较温和

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