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第一节 降低化学反应活化能的酶
高一生物学必修一
第五章 细胞的能量供应和利用
学习目标
1、理解几个重要概念：细胞代谢、活化能
2、学习对照实验
3、探索酶的本质
实例：变形虫胞内消化草履虫的过程属于变形虫的细胞代谢过程。
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。
有酶的催化
一、细胞代谢
【问题】：变形虫如何实现快速把吞噬的草履虫消化的？
变形虫吞噬草履虫视频：
细胞内有机化学反应的特点
一、细胞代谢
反应缓慢
反应过程复杂
对反应条件要求高
常见有机化学反应的条件
一、细胞代谢
原因：常态->活跃态->终态，从常态到活跃态需要消耗能量。
一、细胞代谢
细胞内外的环境
一、细胞代谢
1.常温
2.常压
3.水溶液环境
4.PH接近中性
请思考:
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
二、活化能
通过实验比较H2O2在不同条件下的分解
实验原理：
通过O2的产生量判断H2O2的分解情况。
二、活化能
通过实验比较H2O2在不同条件下的分解
实验设计：
不同条件
加热是化学反应的常见条件
是无机催化剂
新鲜的肝脏中含有过氧化氢酶
【药品名称】通用名称：过氧化氢溶液
英文名称：Hydrogen Peroxide Solution
汉语拼音：Guoyanghuaqing Rongye
【成份】本品主要成份为：过氧化氢(H2O2)。
【性状】水溶液为无色透明液体，有微弱的特殊气味。
【适应症】适用于化脓性外耳道炎和中耳炎、文森口腔炎、齿龈脓漏、扁桃体炎及清洁伤口。
【用法用量】外用，清洁伤口，3%溶液。
【不良反应】高浓度对皮肤和粘膜产生刺激性灼伤，形成一疼痛白痂。以本品连续应用漱口可产生舌乳头肥厚，属可逆性。本品溶液灌肠时，当含过氧化氢(H2O2)浓度0.75%可发生气栓或(和)肠坏疽。
【注意事项】本品遇光、热易分解变质。
如何用实验验证：过氧化氢受热易分解？
二、活化能
过氧化氢溶液：
2H2O2
2H2O + O2↑
步骤 观察项 试管编号 1(对照组) 2(实验组)
一 H2O2浓度 3% 3%
H2O2剂量 2ml 2ml
二 反应条件 常温 90℃
三 观察 气泡产生 几乎无 少量
带火星的卫生香
二、活化能
实验验证：过氧化氢受热易分解
二、活化能
实验视频
该实验的自变量和因变量分别是什么，可以得出什么结论？
自变量：温度
因变量：过氧化氢分解速率
实验结论：加热可以加快过氧化氢分解速率。
资料1：从能量的角度分析，大多数分子处于常态（能量低不容易发生化学反应），在化学反应中分子需要从常态转变为活跃（能量高容易发生化学反应），才能发生反应。一般情况有极少数过氧化氢分子处于活跃状态，所以分解速度慢。
二、活化能
实验验证：过氧化氢受热易分解
加热的作用：通过加热使分子获得到能量，一部分分子从常态转变成活跃状态发生化学反应，反应速率加快。
H2O2（常态）
H2O 2（活跃状态）
能量
加热
【活化能】
定义：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态，所需要的能量称为活化能。
二、活化能
实验验证：过氧化氢受热易分解
二、活化能
实验验证：FeCl3就能催化H2O2分解
在化学反应中通常使用到催化剂，比如FeCl3就能催化H2O2分解。
请设计实验验证：FeCl3就能催化H2O2分解。
2滴
蒸馏水
2滴
FeCl3
几乎无
较多
变亮
自变量：有无催化剂
因变量：过氧化氢分解速率
实验结论：
FeCl3催化过氧化氢分解。
二、活化能
实验验证：FeCl3就能催化H2O2分解
【思考】催化剂参与反应，但是反应前后化学性质不变，质量不变，FeCl3能给过氧化氢分子提供能量促使分子从常态到达活跃状态吗。
显然是催化剂不能提供能量。
【思考】FeCl3催化过氧化氢分解的实质。
【FeCl3催化过氧化氢分解的实质】
降低化学反应的活化能，让更多的分子能达到活跃状态，进而加快了过氧化氢的分解速率。
2H2O2
2H2O + O2↑
细胞代谢是细胞生命活动的基础，新陈代谢中，物质氧化分解，呼吸链电子传递过程中都可产生超氧粒子O2－，其他物质氧化时也可产生超氧粒子，超氧粒子进一步生成过氧化氢。但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。
二、活化能
人体中的过氧化氢
二、活化能
实验验证：肝脏研磨液就能催化H2O2分解
请设计实验验证：肝脏研磨液就能催化H2O2分解。
2滴
肝脏研磨液
几乎无
大量
复燃
2滴
蒸馏水
该实验的自变量和因变量分别是什么，可以得出什么结论？
自变量：有无肝脏研磨液
因变量：过氧化氢分解速率
实验结论：
肝脏研磨液催化过氧化氢分解。
二、活化能
3、4号管子实验视频：
二、活化能
【资料】研究发现肝脏细胞能存在一种蛋白质，这种蛋白质也能催化H2O2分解。根据FeCl3催化H2O2分解的实质利用类比推理法分析：过氧化氢酶催化H2O2分解的实质。
经过计算，质量分数为3.5%的FeCl3溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液相比，每滴溶液中Fe3+数，大约是每滴研磨液总过氧化氢酶分子数的25万倍。为什么过氧化氢酶分子数量更少，催化效率又更高呢？
实验验证：肝脏研磨液就能催化H2O2分解
【结论】酶也能降低反应活化能，并且与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。
二、活化能
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
加热：
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）
为反应物分子提供能量(活化能），使其达到活跃状态
三、酶的作用
变量:实验过程中的变化因素
自变量: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:实验过程中存在的其他一些会对实验结果造成影响的可变因素
四、学习对照实验
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。
四、学习对照实验
对照实验:
对照实验一般要设置对照组和实验组
四、学习对照实验
空白对照
步骤 观察项 试管编号
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
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
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
对照实验
讨论：无关变量对实验结果没有影响吗？该实验的无关变量还有哪些？
变量
无关变量
自变量
因变量
相同且适宜
四、学习对照实验
步骤 观察项 试管编号
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
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
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
对照实验
变量
无关变量
自变量
因变量
相同且适宜
对照组
实验组
对照性原则
讨论：该实验的对照组和实验组分别是什么？
四、学习对照实验
五、探索酶的本质
1773年
意大利科学家斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用……
巧妙之处
鹰胃中的分泌物(胃液)对肉有消化作用!
五、探索酶的本质
巴斯德和李比希的观点分别是什么 有什么局限性
巴斯德和李比希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
20世纪80年代，科学家发现少数RNA也具有催化功能!
五、探索酶的本质
酶的来源
酶的功能
酶的化学本质
活细胞产生
具有催化作用
有机物
酶本质：是由活细胞产生的，具有催化作用的有机物！
五、探索酶的本质
延伸：
酶促反应:
由酶催化的化学反应称为酶促反应
底物:
受酶催化而发生化学反应的分子叫底物(反应物)
ab 。
bc 。
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
1、说出下图中ac、bc、ab段所代表的含义
酶催化时，反应的活化能
六、练习
2、阅读教材P78相关内容（科学方法），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
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
六、练习
根据今天我们的探索可知：
酶可以通过显著降低活化能来催化过氧化氢分解。
关于酶你还想了解哪些酶相关的特性呢，能否设计实验来探究呢？
END

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