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第5章 细胞的能量供应和利用
第一节 降低化学反应活化能的酶
一、学习目标
二、重难点
1.认同细胞代谢离不开酶。（生命观念）
2.运用归纳与概括、类比与推理的方法探讨酶的作用机理，通过有关的实验和探究，学会控制自变量。（科学探究、科学思维）
3.通过学习，能够尝试解释生活中的生命现象，增强解决生产生活中的生物学问题的担当和能力，提高社会责任感。（社会责任）
1.通过对酶催化作用具体实例的讨论，说明酶在细胞代谢中的作用及酶的 本质。
2.进行有关的实验和探究，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化， 以及设置对照组和重复实验。
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。
便于取出实验材料（肉块），排除物理消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学。
1．为什么要将肉块放在金属笼内？
2．是什么物质让肉块消失了？
3．怎样才能证明你的推测？
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。
讨论:
问题探讨
1835年，德国科学家施旺，通过实验发现，胃腺分泌物中有一种物质，将它与盐酸混合后，对肉类的分解能力远远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。
酶 有什么作用呢？ 它是什么物质呢？
斯帕兰札尼的实验说明：食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质。后来，科学家发现胃液中含有大量的盐酸，推测盐酸是使食物分解的物质。
一 、酶的作用和本质
细胞代谢：
1 .
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应的统称。
细胞代谢离不开酶
叶绿体：CO2+H2O （CH2O) +O2
光能
酶
线粒体: 有机物+O2 CO2+H2O+能量
酶
核糖体：氨基酸 多肽
酶
缩合脱水
【细胞化学反应】
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。
一 、酶的作用和本质
酶在细胞代谢中的作用
2 .
动物界的“化学战”大师—投弹手甲虫
投弹手甲虫腹部的一侧具有两套分开储存于腺体中的化学物质，大的腺体中储存着对苯二酚和过氧化氢，而小的腺体中储存着过氧化氢酶，当甲虫将两个腺体中的化学物质混合在一起时，就会释放出大量氧气，而氧气既可以氧化对苯二酚，也可以作为助推剂使粘性物喷出。
为什么投弹手甲虫要将两个腺体中的化学物质混合在一起时才会喷出粘性物质呢？在这个过程中，过氧化氢酶起什么作用？
酶在细胞代谢中的作用
2 .
一 、酶的作用和本质
探究 实践
.
(1)实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解
1).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
②点燃的卫生香的复燃情况
①气泡冒出情况
O2的产生量
2).实验原理:
一 、酶的作用和本质
酶在细胞代谢中的作用
2 .
3).材料用具:
探究 实践
.
【实验材料】
（1）新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液
(含较多的过氧化氢酶）
（2）质量分数为3.5%的FeCl3溶液
（3）新配制的体积分数为3 %的H2O2溶液
【实验器材】
量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、酒精灯、试管夹、大烧杯、三脚架、石棉网、温度计
4).方法步骤:
①取4支试管分别编号1、2、3、4,每只试管分别 加入2ml过氧化氢溶液
②设置条件，仔细观察并记录实验结果：
③2～3min后，将点燃的卫生香分别放入3和4号试管内液面的上方，仔细观察，并将结果记录下来。
FeCl3溶液
新鲜肝脏研磨液
常温 加热
2
一 、酶的作用和本质
探究 实践
.
酶在细胞代谢中的作用
2 .
5).实验现象分析:
组别 1号 2号 3号 4号
3 %的H2O2溶液 2mL 2mL 2mL 2mL
反应条件 常温 90℃水浴加热 2滴3.5%FeCl3溶液 2滴肝脏研磨液
结果 产生气泡
卫生香复燃情况
不明显
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
复燃
变亮
讨论
(1)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
(2)在细胞内，能够通过加热来提高反应速率吗？
不能；加热会杀死细胞。
(3)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
(4) 3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？ 为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？
（4)细胞内每时每刻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。
H2O2酶比Fe3+的催化效率高得多。
4号
一 、酶的作用和本质
酶在细胞代谢中的作用
2 .
6).实验结论:
酶具有催化作用，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
控制变量和设计对照实验
科学方法：
(2)
1).概念:
①变 量：
②自变量：
③因变量：
④无关变量：
实验过程中变化的因素。
实验过程中，人为控制的对实验对象进行处理的因素。
因自变量改变而变化的变量。
实验中除自变量外的一些对因变量造成影响的可变因素。
如:H2O2分解的不同条件
比如：过氧化氢的分解速率
比如：反应物的浓度和反应时间等
2).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。对照实验一般要设置对照组和实验组。
实验组：对实验对象进行变量处理的一组作为实验组
对照组：不接受实验变量处理的对象组
FeCl3溶液
新鲜肝脏研磨液
一 、酶的作用和本质
酶在细胞代谢中的作用
2 .
控制变量和设计对照实验
科学方法：
(2)
对照组
实验组
（对照组）
实验组
对照组
实验组
在上述两个实验中哪个是实验组，哪个是对照组？
3).对照实验的类型
4).实验设计遵循的原则:
单一变量原则:
（对照组不施加任何处理因素)
自身对照、相互对照、条件对照
空白对照
对照原则、等量原则
在对照实验中,除了要观察的变量发生变化外,其他变量都应保持相同。
自身对照
在上述两个实验中哪个是自身对照？
组别 1号 2号 3号 4号
3 %的H2O2溶液 2mL 2mL 2mL 2mL
反应条件 常温 90℃水浴加热 2滴3.5%FeCl3溶液 2滴肝脏研磨液
结果 产生气泡
卫生香复燃情况
一 、酶的作用和本质
酶在细胞代谢中的作用
2 .
控制变量和设计对照实验
科学方法：
(2)
变量
无关变量
人为改变的变量
随自变量变化而变化的变量
对照组
实 验 组
对照实验
单一变量原则
等量性原则
不明显
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
复燃
变亮
自变量
因变量
一 、酶的作用和本质
酶在细胞代谢中的作用
2 .
(3)酶的作用机理:
H2O2(常态)
使H2O2获得能量
H2O2（活跃状态）
容易分解
1).活化能:
分子从常态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。
降低化学反应的活化能
更显著地降低化学反应的活化能
为过氧化氢分子提供能量
构建模型训练思维
.
A
.
B
.
D
③催化剂在化学变化中的作用相当于该物理变化的什么过程？
④请类比画出化学反应变化中的能量曲线图。
①由A B D全程是否用力？推到何处不需用力箱子会自动倒下？
②由A B重心升高需要外力做功获得能量，在H2O2分解化学反应过程中分子怎样获得能量？
B
降低重心
加热
活化能
无催化剂
有催化剂
一 、酶的作用和本质
酶在细胞代谢中的作用
2 .
探究 实践
.
2).作用机理:
降低化学反应的活化能
各条件使反应加快的本质：
加热：
Fe3+：
酶 ：
降低化学反应的活化能
能更显著地降低化学反应的活化能
为反应物分子提供能量
3).作用特点(与无机催化剂相比):
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。
2.如图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，下列有关分析正确的是(　　)
A．本实验的自变量只是催化剂的不同
B．本实验的无关变量有温度和酶的用量等
C．1号与2号试管、1号与4号试管可分别构成对照实验
D．分析1号、2号试管的实验结果可知加热能降低反应的活化能
课堂练习
1.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
C
D
一 、酶的作用和本质
酶的本质
3 .
(1).酶本质的探索:
思考●讨论
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。
一 、酶的作用和本质
探究 实践
.
（法）巴斯德之前（1822-1895）
（美）萨姆纳（1887-1955）
巴斯德
（德）李比希（1803-1873）
（德）毕希纳（1860-1917）
（美）切赫（1947-）和奥特曼（1939-）
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
发酵必须有活细胞参与
引起发酵是细胞中某些物质,且只在酵母菌死亡裂解后才发挥作用
活细胞粉碎后所得的物质作用和活的酵母细胞作用一样--酿酶
证明脲酶是蛋白质
证明少量RNA也具有催化作用
VS
酶的本质
3 .
(1).酶本质的探索:
【讨论】
1.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？
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。李比希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后才能发挥作用，是不正确的。
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焦点上，使科学研究更加有的放矢。
一 、酶的作用和本质
探究 实践
.
（法）巴斯德之前（1822-1895）
（美）萨姆纳（1887-1955）
巴斯德
（德）李比希（1803-1873）
（德）毕希纳（1860-1917）
（美）切赫（1947-）和奥特曼（1939-）
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
发酵必须有活细胞参与
引起发酵是细胞中某些物质,且只在酵母菌死亡裂解后才发挥作用
活细胞粉碎后所得的物质作用和活的酵母细胞作用一样--酿酶
证明脲酶是蛋白质
证明少量RNA也具有催化作用
VS
酶的本质
3 .
(1).酶本质的探索:
【讨论】
3.从毕希纳的实验可以得出什么结论？
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？
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、百折不挠的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。
毕希纳的实验说明，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。
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。
一 、酶的作用和本质
1)酶的定义：
来源：
功能：
本质：
酶
催化作用
活细胞产生的
绝大多数是蛋白质，少数是RNA
b
c
a
d
合成原料：
氨基酸或核糖核苷酸
酶的本质
3 .
(2).酶的本质:
2)正确理解酶的本质：
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。
2.如图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，下列有关分析正确的是(　　)
A.本实验的自变量只是催化剂的不同
B.本实验的无关变量有温度和酶的用量等
C.1号与2号试管、1号与4号试管可分别构成对照实验
D.分析1号、2号试管的实验结果可知加热能降低反应
的活化能
课堂练习
C
1.酶和无机催化剂加快某化学反应的机理如图所示(Ea、Eb、Ec为活化能,指底物分子“活化”所需的能量)。下列叙述正确的是( )
A.表示酶降低的活化能的是Eb-Ec
B.没有催化剂，该化学反应就不能发生
C.由图中Ec与Eb比较可知，酶比无机催化剂的催化效率更高
D.酶和无机催化剂均降低了底物分子的能量
C
课堂小结
练习与应用
一、概念检测
1.D 2.D
二、拓展应用
1．本小节“探究·实践”涉及的自变量并非只有一个，而是包括温度和催化剂两个变量．1号试管中仅放置了过氧化氢溶液，可以起到对照作用 2号试管与1号试管的区别在于温度，3号试管和4号试管与1号试管的区别在于比1号试管多了催化剂 3号试管与4号试管之间也可以起相互对照作用。加2滴煮沸过的肝脏研磨液的5号试管，可以与加人新鲜的肝脏研磨液的4号试管作对照；同理、加入2滴蒸馏水的6号试管可以作为3号试管和4号试管的对照组
2．巴斯德：发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用
李比希；引起发酵的是细胞中的某些物质，但是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：酶是蛋白质
3．提示：可用第2章中学过的检测蛋白质的方法。在萨姆纳之前，之所以很难鉴定酶的本质.主要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难
P80
Thanks!
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

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