【课件】5.1.1 降低化学反应活化能的酶 课件高一上学期生物人教版必修1

——酶的作用和本质降低化学反应活化能的酶教学目标目标010203说明酶在细胞代谢中的作用和化学本质。(生命观念、科学思维）通过有关实验，进一步熟悉控制自变量的方法。（科学思维、科学探索）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）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。讨论：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?问题探讨便于取出实验材料（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化学物质将其分解收集胃内化学物质，进行体外实验

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。然而这种物质是什么，他始终未能得出结论。

后来，科学家发现胃液中含有大量的盐酸，于是推测盐酸是使食物分解的物质。

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。

随着对细胞研究的不断深入，人们认识到，细胞的生活需要物质和能量。能量的释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现。细胞代谢(1)场所：细胞中(2)实质：细胞中每时每刻都进行着许多各种化学反应的总称(3)意义：是细胞生命活动的基础(4)特点：一般都需要酶催化

一般伴随着能量的释放和储存在水环境中进行

反应条件温和

酶1酶2酶3酶11酶5酶6酶12酶8酶9酶10酶14酶7酶13酶15酶16酶17酶18一、酶在细胞代谢中的作用2H2O22H2O+O2↑1、过氧化氢在体外分解需要什么条件？

资料：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、强酸、强碱、加催化剂（如Fecl3)等2、细胞内的过氧化氢又是怎样被快速分解的呢？细胞中含有过氧化氢酶。

在化学反应里能改变其它物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有变化的物质叫做催化剂。一、酶在细胞代谢中的作用实验原理2H2O2

2H2O+O2常态/加热/Fe3＋/过氧化氢酶

过氧化氢在高温或铁离子或过氧化氢酶的作用下都可分解成水和氧气。21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。二、比较过氧化氢在不同条件下的分解新鲜的质量分数为20%的肝脏(如猪肝、鸡肝)研磨液质量分数为3%的FeCl3溶液新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液a.材料：b.用具：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3材料用具二、比较过氧化氢在不同条件下的分解步骤试管编号

说明1234

一H2O2浓度3%3%3%3%剂量2ml2ml2ml2ml二反应条件常温90℃FeCl3溶液新鲜肝脏研磨液剂量2滴2滴结果气泡产生不明显少量较多大量卫生香燃烧不复燃不复燃变亮复燃对照组实验组实验应遵循的原则：等量性原则单一变量原则随自变量的变化而变化的因素人为改变的因素实验中可能存在的一些可变因素，对实验结果有影响自变量因变量无关变量无关变量对照实验变量实验中可以变化的因素对照原则4方法步骤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叫作对照实验。空白对照、自身对照、条件对照、相互对照(对比实验)2滴清水2滴清水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？🤔讨论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。3、3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？

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。二、比较过氧化氢在不同条件下的分解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？为什么说酶对细胞内化学反应的顺利进行至关重要？🤔讨论4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢比Fe3+的催化效率高得多。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。二、比较过氧化氢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。二、比较过氧化氢在不同条件下的分解🤔讨论拓展应用（书P80）

在本节“探究•实践”中，有同学在原有实验的基础上增加了5号和6号试管，向其中分别加入2mL过氧化氢溶液后，再向5号试管内加入滴煮沸过的肝脏研磨液，向6号试管内加入2滴蒸馏水。这样做的目的是_______。

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。加入2滴煮沸过的肝脏研磨液的5号试管，可以与加入新鲜的肝脏研磨液的4号试管做对照；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。二、比较过氧化氢在不同条件下的分解

肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生菌的作用下分解，失去作用。

将肝脏剪碎并研磨可使肝细胞中过氧化氢酶充分释放，从而增大与过氧化氢的接触机会，以加速过氧化氢分解。1.在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，为什么要选用新鲜的肝脏？为什么将肝脏剪碎、研磨成溶液，而不是直接加入整块的肝脏？深化探究2.可以用同一支滴管吸取氯化铁溶液和肝脏研磨液吗？

吸取氯化铁溶液和吸取肝脏研磨液的滴管不能混用。二、比较过氧化氢在不同条件下的分解酶只缩短反应的时间，不改变生成物的量。m加酶加无机催化剂无催化剂生成物的量时间0134反应物量时间01342加热25实验结果过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样，酶在常温、常压下可以高速地完成对化学反应的催化。二、比较过氧化氢在不同条件下的分解对照实验的目的是排除无关变量的干扰，从而确定自变量与因变量的关系。自变量因变量无关变量(适宜且相等)(控制)(检测)一般步骤：第一步：分组编号，统一处理；第二步：设定自变量，设置好实验组和对照组；第三步：一段时间后，检测因变量，观察记录实验结果。

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。控制变量和设计对照实验（不同条件X）（相同条件a）（结果Y）Y=a+f(x)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与空白。1号试管即为空白对照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)紫色洋葱鳞片叶外表皮滴加3%的蔗糖溶液，低倍镜观察滴加清水后，低倍镜观察→→制成装片，低倍镜观察。→控制变量和设计对照实验条件对照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，不是所要研究的实验因素。这种处理不包括实验研究给定的的自变量。目的是更有效的比较实验组和对照组的结果。空白对照：幼小蝌蚪不处理实验组：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。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为相互对照。控制变量和设计对照实验实验：比较H2O2在不同条件下的分解二、比较过氧化氢在不同条件下的分解体内：细胞内(胞内酶：如呼吸氧化酶)1）第二道防线：体液中杀菌物质和吞噬细胞2）体内：细胞外(胞外酶：如各种消化酶)CCOOHHNR1R2OHHCNH2COHHR1CNH2CHOCOOHCHNR2H酶H2O++三、酶的分布溶菌酶含片加酶洗衣粉消化液体外3）结论：酶不仅在细胞内发挥作用，也可在细胞外和体外发挥作用三、酶的分布1、2009湖南32.已知H2O2=H2O+O2可以通过反应过程中O2的生成速度（即从气泡从溶液中释放的速度）来判断H2O2的分解速度，请用所给的材料和用具设计实验，使其同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性，要求写出实验步骤、预测试验结果、得出结论，并回答问题。实验材料及用具：适宜浓度的H2O2溶液、蒸馏水、3.5℅FeCl3溶液、0.01℅牛过氧化氢酶溶液、恒温水浴锅、试管。(1)实验步骤：①取三只试管并编号甲、乙、丙，分别滴加等量且适量的过氧化氢溶液。②向三只试管里分别滴加等量的过氧化氢酶、3.5℅FeCl3溶液、蒸馏水并混合均匀。③把三只试管放在恒温水浴锅保温。④观察记录三只试管里气泡从溶液中释放的速度。练习

(2)实验结果预测及结论：

(3)如果仅将实验中的恒温水浴改为80℃，重复上述实验，O2的释放速度最快的是：

原因是：甲试管里气泡的释放的速度最快，乙试管较慢，丙试管无气泡放出。过氧化氢酶具有催化作用和高效性乙试管（滴加FeCL3溶液

）高温过氧化氢酶失去活性，不再催化过氧化氢分解练习2、下列有关对照实验设置的叙述中，错误的是

A．要设置对照组和实验组

B．无关变量要始终相同且适宜

C．要遵循单一变量原则

D．实验组只能设置3组

D练习2）无机催化剂和酶是通过怎样的途径加快化学反应速率的？1）在常态下，几乎所有H2O2分子都不易分解，为什么加热后，一小部分则可以分解。4）为什么说酶对于细胞代谢的顺利进行至关重要？自主探究2：小组讨论以下问题，时间3min。3）为什么酶的催化效率比无机催化剂快？

降低化学反应所需要的活化能，使活跃态的分子增多。

酶更显著地降低了化学反应所需要的活化能。

细胞的正常代谢需要在温和的条件下快速进行化学反应，而酶满足以上要求。

因为加热使H2O2分子获得了能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。

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的能量四、酶的作用原理常态活跃状态

常态又叫基态，微观粒子处于能量最低的状态。当原子处于基态时，电子处于离核最近的轨道上，此时原子处于稳定状态。活化能一个化学反应体系中，活化分子数越多，反应的速率越快。四、酶的作用原理——降低活化能bacd反应过程能量常态（反应物）终态（产物）活跃状态①②③ac______________________________________。②①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

。四、酶的作用原理——降低活化能思考·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。五、酶的本质我国揭示酵母酶的“钻戒”结构组蛋白乙酰转移酶的电镜结构与钻戒相似“钻戒”结构的组蛋白乙酰转移酶/反式激活蛋白结合蛋白复合物（下称该复合物）能促进生物体内多种重要过程，包括转录、DNA损伤修复和信号传导等。该复合物的组装及其精细调控具有重要的生理意义，有助于我们进一步了解相关癌症发生的机制并精准确定标志物。因此，可利用特异性的抑制针剂对癌细胞进行治疗。有望为癌症的个性化治疗带来重大突破。五、酶的本质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提取脲酶，并证明其是蛋白质李比希（化学家）切赫、奥特曼少数RNA也具有生物催化功能五、酶的本质发酵是由于酵母细胞的存在,没有活细胞的参与，这些物质在酵母细胞死亡并裂解后，引起发酵的是酵母细胞中的物质，才能发挥作用。糖类是不可能变成酒精的。巴斯德李比希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?1.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。2.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。五、酶的本质毕希纳的实验

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。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。五、酶的本质从刀豆种子中提取到脲酶证明脲酶是蛋白质萨姆纳的贡献：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,发扬坚持不懈、百折不挠的科学精神,用正确的科学方法,将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。五、酶的本质

酶的概念：酶是活细胞产生的一类具有催化作用的有机物,其中绝大多数的酶是蛋白质,少数的酶是RNA。

5.请给酶下一个比较完整的定义。酶概念的三要素：(1)酶的来源：活细胞产生的．(2)酶的生理功能：催化作用(3)酶的化学本质：绝大多数是蛋白质，少数是RNA．

五、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五、酶的本质4正确理解产生场所化学本质作用场所作用来源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）辨析酶的五种说法蛋白质有机物（大多数为蛋白质，少数为RNA）只在细胞内起催化作用在细胞内和细胞外均可发挥作用酶具有调节、催化作用酶只起催化作用可来源于食物等酶只在生物体内合成五、酶的本质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