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降低化学反应活化能的酶（第1课时）
第1节
第5章 细胞的能量供应和利用
导入
鸡为什么啄食沙粒和小石子？
胃只有物理性消化，没有化学性消化吗？
问题探讨
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。
1、为什么要将肉块放在金属笼内？
2、是什么物质使肉块消失了？
3、怎样才能证明你的推测？
便于取出实验材料（肉块），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。
酶在细胞代谢中的作用
细胞代谢
概念：细胞每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。
细胞代谢离不开酶。为什么？
蛋白合成
DNA复制
探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
实验目的：通过比较过氧化氢在不同条件下的分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。
实验原理：
实验材料：
（1）新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液
（2）质量分数为3%的FeCl3溶液
（3）新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液(如猪肝、鸡肝)
1、常温
2、加热
3、加FeCl3
4、加过氧化氢酶
探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
1、为什么要选用新鲜的猪肝？
2、为什么要将猪肝制成研磨液？
3、滴入肝脏研磨液和氯化铁溶液时，能否共用一个吸管？
4、氧气的多少可以通过哪些途径观察？
新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶
使肝细胞破裂从而释放出过氧化氢酶，从而增大与过氧化氢的接触机会，以加速过氧化氢分解。
不能，影响实验的准确性。
气泡的数量、带火星木条复燃情况。
探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
步骤 试管编号
1 2 3 4
一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3%
H2O2 剂量 2mL 2mL 2mL 2mL
二 反应条件 常温 90℃水浴 FeCl3溶液 肝脏研磨液
剂量 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴
结果 气泡多少 基本
无气泡产生 很少 较多 很多
点燃的
卫生香检测 基本没变化 燃烧
不猛烈 燃烧猛烈 燃烧很猛烈
探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
实验分析：
1、与1号试管相比，2号试管出现了什么不同的现象？这一现象说明什么？
2号试管放出的气泡多，这一现象说明加热促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
2、在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？
不能。
探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
实验分析：
3、3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，说明了什么？
说明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。
4、3号试管与4号试管相比，哪支试管中反应速率快？这说明什么？
4号试管的反应速率比3号快得多。说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。
5、为什么说酶对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，所以酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。
探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
实验分析：
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
科学方法：控制变量和设计对照实验
变量：实验过程中的变化因素。
自变量：实验过程中，人为控制的对实验对象进行处理的因素。
因变量：因自变量改变而变化的变量。
无关变量：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。
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。
请同学们阅读教材第78页的“科学方法”栏目：
找出变量、自变量、因变量、无关变量以及对照实验、对照组、实验组的概念。
探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
组别 对照组 实验组 变量
1 2 3 4
过氧
化氢 浓度 3% 3% 3% 3% 无关变量
剂量 2mL 2mL 2mL 2mL 无关变量
反应条件 常温 90℃水浴 FeCl3溶液 肝脏研磨液 自变量
结果 气泡多少 基本
无气泡产生 很少 较多 很多 因变量
点燃的
卫生香检测 基本没变化 燃烧
不猛烈 燃烧猛烈 燃烧很猛烈 因变量
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科学方法：控制变量和设计对照实验
科学性原则
指实验的原理要符合科学原理，实验结果的预期有科学依据，实验的各个环节不能偏离生物学基本知识和基本原则，以及其他科学领域的基本原则。科学性原则具有两个方面的含义：首先，必须保证实验的设计不出现科学性错误；其次，实验设计要具有科学思想和科学方法的因素。具体地说，科学性原则体现在以下几个方面：实验原理的科学性、实验方法的科学性、实验材料选择的科学性、实验结果处理的科学性及实验结果分析的科学性等。
★ 实验设计遵循的基本原则：
科学性原则、单一变量原则、平行重复原则、对照原则等。
科学方法：控制变量和设计对照实验
单一变量原则
除自变量（实验变量）以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜，以确保实验变量的唯一性。如生物材料相同（大小、生理状况、年龄、性别等）、实验器具相同（型号、洁净程度等）、实验试剂相同（用量、浓度、使用方法等）和条件相同（保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等）。如，探索温度对酶活性的影响时，只能改变反应的温度，其他如pH、酶浓度等因素就要完全相同且适宜。
★ 实验设计遵循的基本原则：
科学性原则、单一变量原则、平行重复原则、对照原则等。
科学方法：控制变量和设计对照实验
平行重复原则
对所做的实验在同样条件下，进行足够次数的重复，不能只进行1～2次便轻易得出结论。选择的实验材料的样本数（如植株的数目、种子的粒数、实验动物的个体数等）不能太少，否则实验的结果可能存在偶然性。任何一项生物学实验，要有科学性，都必须能够重复，都必须经得起重复。
★ 实验设计遵循的基本原则：
科学性原则、单一变量原则、平行重复原则、对照原则等。
科学方法：控制变量和设计对照实验
★ 实验设计遵循的基本原则：
科学性原则、单一变量原则、平行重复原则、对照原则等。
对照原则
在实验设计中，为了排除无关变量的干扰，常常要设立对照实验。在一个对照实验中，包括实验组和对照组，实验组是施加自变量处理的组，对照组通常是不施加自变量处理的组。常见的对照方法主要有空白对照、自身对照、相互对照、条件对照。
科学方法：控制变量和设计对照实验
对照实验的类型
空白对照
自身对照
相互对照
条件对照
科学方法：控制变量和设计对照实验
空白对照
不给对照组做任何实验处理，这里的“空白”绝不是什么影响因素都不给予，而是针对实验组所要研究的实验因素给予空白。
1号试管
即为空白对照
科学方法：控制变量和设计对照实验
自身对照
对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不另设对照组。(不同处理的前后对照)
蝾螈受精卵横缢实验：将一个细胞核挤入到无核的一半
变形虫切割实验：用显微钩针将有核的一半的细胞核钩出
科学方法：控制变量和设计对照实验
相互对照
不另设对照组，而是几个实验组之间相互对照，其中的每一组既是实验组也是其他组的对照组。
2、3、4 即为相互对照
科学方法：控制变量和设计对照实验
条件对照
指虽给对照组施以某种实验因素的处理，但这种处理是作为对照因素的，不是所要研究的处理因素。这种处理不包括实验研究给定的实验变量，目的是更有效地比较实验组和对照组的结果。
空白对照：幼小蝌蚪不饲喂甲状腺激素
实验组：幼小蝌蚪饲喂甲状腺激素
条件对照组：幼小蝌蚪饲喂甲状腺抑制剂
条件对照就是实验组的基础上
施加一定条件的组。目的是与实验组形成对照。
科学方法：控制变量和设计对照实验
对照实验的设计
对照实验的目的：排除无关变量的干扰，从而确定自变量与因变量的关系。
根据实验目的和器材，分析实验的自变量，找出主要的无关变量，明确因变量的检测方法。
一般步骤：
分组编号 → 分组施加自变量（要控制好无关变量） → 一段时间后，检测因变量（观察记录实验现象） → 分析实验现象，得出实验结论。
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。
因为加热使过氧化氢分子得到能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。
想一想： 加热为什么能使过氧化氢分解？
H2O2 (常态)
H2O2(活跃状态)
活化能
酶在细胞代谢中的作用
加热 → 爬坡加大油门
催化剂 → 穿山隧道
图中②表示：无机催化剂催化时化学反应所需的活化能
（如：Fe3+降低过氧化氢分解所需的活化能）
图中③表示：酶催化时化学反应所需的活化能
（如：过氧化氢酶显著地降低过氧化氢分解所需的活化能，催化效率更高。）
①
②
③
图中①表示：无催化剂时化学反应所需的活化能。
没有催化剂的曲线： ① 。
无机催化剂参与的曲线： ② 。
酶参与的曲线： ③ 。
ad： 没有催化剂下，所需要的活化能 。
bd： 无机催化剂下，所需要的活化能 。cd： 酶催化下，反应所需要的活化能 。ab： 无机催化剂降低的活化能 。
ac： 酶降低的活化能 。
酶在细胞代谢中的作用
想一想：
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 。
思考·讨论：关于酶本质的探索
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
发酵与死酵母菌细胞中的某些物质有关
发酵与活酵母菌细胞有关
死酵母菌细胞中的物质和活酵母菌细胞都能引起发酵
脲酶是蛋白质
胃蛋白酶等许多酶
也是蛋白质
少数酶是RNA
巴斯德之前
思考·讨论：关于酶本质的探索
1、巴斯德和李比希的观点各有什么积极的意义？各有什么局限性？
巴斯德认为发酵与活酵母菌细胞有关，是合理的；认为发酵是整个酵母菌细胞而不是酵母菌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酵母菌细胞中的某些物质，是合理的；认为这些物质只有在酵母菌细胞死亡并裂解才能发挥作用，是不正确的。
2、在科学发展过程中出现争论是正常的。巴斯德和李比希之间出现争论的原因是什么？这一争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用？
巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。
他们的争论促使后人把对酶的研究目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。
思考·讨论：关于酶本质的探索
3、从毕希纳的实验可以得出什么结论？
毕希纳的实验说明，酵母菌细胞中的某些物质能够在酵母菌细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母菌细胞中一样。
5、请给酶下一个比较完整的定义。
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。
4、萨姆纳历时9年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他取得成功靠的是什么样的精神品质？
萨姆纳历时9年，用正确的科学方法，坚持不懈、百折不挠的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。
酶的本质
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物
① 具有分泌功能的细胞才能产生酶 （ ）
② 酶都是蛋白质 （ ）
③ 酶只在细胞内有催化作用 （ ）
④ 酶具有调节、催化等多种功能 （ ）
⑤ 酶可以从食物中获取 （ ）
判断
酶的来源
酶的功能
酶的本质





酶的本质
设计实验，探究某种酶的化学本质
① 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；RNA类酶可用吡罗红鉴定，反应后呈红色。
酶的本质
设计实验，探究某种酶的化学本质
② 酶解法：据酶的专一性：蛋白质类酶能被蛋白酶水解；RNA类酶能被RNA酶水解。
酶的本质
尝试回顾总结一下酶
化学本质 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 主要是细胞核
来源 一般活细胞均能产生
作用 具有生物催化作用
归纳 · 总结
小试牛刀
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（ ）
D
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
D
3、下图中，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。正确的图解是（ ）
B
小试牛刀
4、在如图所示的实验中，属于无关变量的是（ ）
C
A．催化剂的种类
B．过氧化氢分解的速率
C．试管中的过氧化氢溶液的量
D．产生气泡量
小试牛刀

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