2024-2025学年高一生物必修第一册（人教版）课件 第5章 细胞的能量供应和利用 第1节 第1课时 酶的作用和本质

第5章

细胞的能量供应和利用解读章首图文培养学习志向·勇担社会责任章引言结合日常生活经验创设情境，引入有关细胞的能量供应和利用的主题：石头和绿叶在阳光照射下，一个发热一个却不会，从这样的常见现象，引入关于植物的叶片与石头在吸收利用光能方面的不同之处，联系绿色植物的光合作用能吸收、转化和利用能量。在此基础上，简述光合作用的重要意义，提出“细胞是如何通过化学反应来获取和利用能量的呢？”这一核心问题。章题图是明亮的阳光洒在绿叶上，绿叶上映衬着蚱蜢的剪影，画面的美感，激发同学们学习的冲动。绿叶上还画有叶绿体的亚显微结构模式图和光合作用过程的模式图解，图解突出了光合作用中ATP与ADP的相互转化。章题图左上方的一首诗，形象贴切地点出了章题图的寓意：动植物的生命活动，全都离不开细胞对能量的获取与利用，而能量的最终来源是阳光。当同学们看到这幅图，读到压图的小诗，头脑里便能展开联想：绿叶获取光能，一股股涓涓细流般的光能，通过光合作用固定、储存在绿叶制造的有机物中；蚱蜢吃着鲜嫩的绿叶，能量又悄无声息地流进蚱蜢体内；能量在它们的体内流转激荡，用于物质输入输出，用于生长和发育……其他的生物，其他的生命系统的运转，也都是像这样需要能量的驱动。章首页的题图、题诗、引言，用不同的方式，围绕本章标题明确表述的“细胞的能量供应和利用”这一主题去创设情境。本章的四节内容，则是在这一情境的烘托下，进一步围绕着“能量供应和利用”逐步展开。理清本章架构初识概念体系·具备系统思维第1节降低化学反应活化能的酶第1课时酶的作用和本质学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背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.通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断地探索和争论中前进的，伟大的科学家也会有认识上的局限性。1.细胞代谢是细胞中化学反应的总称，细胞代谢离不开酶。2.酶是生物催化剂，其催化作用原理是降低化学反应的活化能。3.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。【主干知识梳理】一、酶在细胞代谢中的作用1．细胞代谢(1)场所：________内。(2)实质：各种___________的总称。(3)意义：细胞___________的基础。2．比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验原理：过氧化氢在水浴加热、FeCl3

溶液中的_____和肝脏研磨液中_____________的作用下加速分解。活细胞化学反应生命活动Fe3＋过氧化氢酶(2)实验步骤和实验现象：步骤和现象相同处理向4支试管中分别加入2mL__________溶液不同处理不处理放在90℃左右的水浴中加热滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴肝脏研磨液现象气泡基本无____较多______带火星卫生香无复燃____复燃复燃性较强__________过氧化氢少很多有复燃性很强(3)实验结论：酶具有_____作用，同无机催化剂相比，催化效率更___。3．控制变量和对照实验(1)自变量：人为控制的对实验对象___________的因素叫作自变量。(2)因变量：因_________改变而变化的变量叫作因变量。(3)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______的可变因素，叫作无关变量。(4)对照实验：除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都__________，并将结果进行______的实验叫作对照实验。催化高进行处理自变量影响保持一致比较二、酶的作用原理和本质1．酶的作用原理(1)活化能：指分子从______转变为容易发生化学反应的______状态所需要的能量。(2)原理：同无机催化剂相比，酶_____________的作用更显著，因而催化效率更高。(3)意义：使细胞代谢能在______条件下快速有序地进行。常态活跃降低活化能温和2．酶的作用及本质(1)产生场所：________中。(2)生理作用：______作用。(3)化学本质：绝大多数是________，少数是______。活细胞催化蛋白质RNA【教材微点发掘】1．结合教材第78页图5-1及下图分析酶的作用原理：(1)表示无酶催化时反应进行需要的活化能的是_____段。(2)表示有酶催化时反应进行所需要的活化能的是_____段。(3)酶降低的活化能是_____段。(4)若将酶变为无机催化剂，则B在纵轴上向____移动。(5)下表数据是在20℃测得的H2O2分解的活化能，数据说明，酶和无机催化剂相比有什么不同？提示：和无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，即催化效率更高。条件无催化剂催化FeCl3催化过氧化氢酶催化活化能/(kJ·mol－1)755429ACBCAB上2．萨姆纳从刀豆种子中提取到脲酶，并证明了脲酶是蛋白质(教材第79页“思考·讨论”)。请说明验证脲酶是蛋白质的实验思路：______________________________________________________________________________________________________________________________。提示：向脲酶溶液和蛋白质溶液中分别加入双缩脲试剂，若都出现紫色反应，则说明脲酶是蛋白质教材问题提示思考·讨论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菌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。3．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。4．萨姆纳历时9年，用正确的科学方法，依靠坚持不懈、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。5．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，少数酶是RNA。新知探究(一)酶在细胞代谢中的作用【探究·深化】[情境质疑]阅读教材第77页“探究·实践”“比较过氧化氢在不同条件下的分解”并思考有关问题。1．从材料、用具、操作步骤及安全性等方面分析。(1)实验时，选用新鲜的肝脏作为实验材料的原因是什么？提示：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，就不能促进过氧化氢分解成H2O和O2。(2)在实验中，为什么将肝脏研磨成溶液？提示：研磨肝脏，使过氧化氢酶释放出来，释放出的过氧化氢酶与试管内过氧化氢分子充分接触，加速过氧化氢的分解。(3)在滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时，为什么不能共用一支吸管？提示：滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时，若共用一支吸管，则滴加的FeCl3溶液中会含少量肝脏研磨液，而研磨液中的过氧化氢酶具有高效性，会使两支试管中产生的气泡差别不大，不易对比观察，从而影响实验结果的准确性。2．从实验过程和实验结果分析：(1)2、3、4号三支试管都有气泡放出，但4号试管放出的气泡最多，说明了什么？提示：加热、无机催化剂和酶都能促进过氧化氢的分解，提高反应速率，但是酶的催化效率更高。(2)与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明了什么？提示：2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(3)通过对这个实验结果的分析，你认为酶在细胞代谢中具有什么作用？提示：酶在温和条件下，可以高效地完成对化学反应的催化，即酶具有催化化学反应的作用。[重难点拨]1．酶具有催化作用的实验验证思路2.酶的作用机理酶作用的实质是降低化学反应的活化能。与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，两者的比较如图所示。图中各字母代表的含义：a、b、c分别代表无催化剂、使用无机催化剂、使用酶催化的化学反应过程，E1、E2、E3分别代表进行相应化学反应所需的活化能，ΔE代表使用酶后降低的活化能。【典题·例析】[典例1]如图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验。有关分析合理的是(

)A．本实验自变量是催化剂的种类B．本实验的无关变量有温度和过氧化氢的用量等C．1号和4号试管对比可说明酶具有催化作用D．3号和4号试管对比可说明酶具有专一性[答案]

C[解析]

本实验的自变量是温度和催化剂的种类；分析题图可知，温度是自变量，而不是无关变量，本实验的无关变量有酶用量、过氧化氢的量等；分析题图可知，1号与4号对照，其单一变量为是否有酶，可说明酶具有催化作用；3号和4号对照，自变量是催化剂的种类，可说明酶催化作用具有高效性。[典例2]

如图曲线表示某化学反应在使用无机催化剂和酶催化条件下的能量变化过程。下列相关分析错误的是(

)A．曲线①表示在无机催化剂条件下的能量变化B．比较反应前后能量变化，可确定该反应为放能反应C．a与b的差值为酶催化该反应所降低的活化能D．此过程解释了酶的催化具有高效性的原因[答案]

C[解析]

曲线①表示在无机催化剂条件下的能量变化，曲线②表示有酶催化条件下的能量变化，A正确；由曲线图可知，反应物的能量大于生成物的能量，因此该反应为放能反应，B正确；a与b的差值为酶与无机催化剂相比降低的活化能的差值，C错误；此过程揭示了酶的催化作用具有高效性的原因是与无机催化剂相比，酶降低反应活化能的效果更显著，D正确。

【应用·体验】1．下列关于活化能的叙述，错误的是(

)A．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B．无机催化剂、水浴加热都可以降低化学反应的活化能C．酶可以降低化学反应的活化能D．同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用效果更显著解析：酶和无机催化剂均能降低化学反应的活化能，同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用效果更显著；水浴加热可以给化学反应提供能量，但不能降低化学反应的活化能。答案：B

2．以下对酶的作用比喻不恰当的是(

)A．酶的作用就像给运动员把跨栏的高度降下来B．酶的作用就像给翻越高山的汽车加大油门C．酶的作用就像制取氧气时在氯酸钾中加了二氧化锰D．酶的作用就像高考时降低了录取的分数线答案：B

解析：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，如果把化学反应比作驾车翻越一座高山，“加热、加压”相当于给汽车加大油门，用催化剂则相当于帮司机找到穿山的隧道，即用催化剂就相当于使原来反应的“难度”降低了，因此A项和D项的比喻都是比较合理的；C项中二氧化锰起到催化剂的作用，因此这个比喻也是恰当的；给汽车加大油门相当于反应中的加热、加压，因此B项比喻是不恰当的。新知探究(二)酶的本质【探究·深化】[情境质疑]酶是一种生物催化剂，其化学本质是什么？对此科学家们进行了不懈的研究。请完善酶研究的历程图。[重难点拨]1．酶的概念理解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在细胞核来源一般活细胞均能产生生理功能具有生物催化作用2.证明某种酶是蛋白质的实验思路实验组：待测酶液＋双缩脲试剂→是否出现紫色反应。对照组：已知蛋白液＋双缩脲试剂→出现紫色反应。【典题·例析】[典例1]下列有关酶的叙述正确的是(

)①是有分泌功能的细胞产生的②有的从食物中获得，有的在体内转化而来③凡是活细胞，一般都能产生酶④酶都是蛋白质⑤有的酶不是蛋白质⑥酶在代谢中有多种功能⑦在新陈代谢和生长发育中起调控作用⑧酶只是起催化作用A．①②⑤

B．①⑤⑧C．③⑤⑧ D．①③⑤[答案]

C[解析]

酶是由活细胞产生的，具有生物催化作用的有机物。就酶的化学本质而言，大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，④错误，⑤正确；就酶作用的场所而言，有胞内酶和胞外酶，活细胞一般都能产生胞内酶，①错误，③正确；代谢是细胞内全部有序化学反应的总称，在这一过程中，需要酶的催化，酶只起催化作用，没有调控作用，⑥⑦错误，⑧正确；酶是由活细胞产生的，不能来源于食物；②错误。[典例2]

科学家发现了一种RNaseP酶，它由20%的蛋白质和80%的RNA组成。如果将这种酶中的蛋白质除去，留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明(

)A．某些RNA具有生物催化作用B．酶是由RNA和蛋白质组成的C．酶的化学本质是蛋白质D．绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA[答案]

A[解析]

由题可知，除去RNaseP酶中的蛋白质，留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，说明某些RNA也有催化作用，A正确；酶的化学本质是蛋白质或RNA，B、C错误；题中结果无法说明绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA，D错误。【应用·体验】1．下列关于酶的叙述，正确的是(

)A．酶只有在生物体内才能起催化作用B．酶都有消化作用C．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物D．所有酶与双缩脲试剂作用均可发生紫色反应答案：C

解析：酶虽然是由活细胞产生的，但它的催化作用不一定在生物体内，只要条件适宜，在体内外都可起催化作用。酶的催化作用表现在多方面，有的酶促进物质合成，有的酶促进物质分解，只有消化酶才能促进消化。酶可以作为催化剂，由于酶的成分绝大多数是蛋白质，少数是RNA，当存在蛋白酶或RNA水解酶时，酶也可以作为该催化反应的底物，被催化水解。少数酶是RNA，不能与双缩脲试剂发生紫色反应。2．当某种RNA存在时，生物体内的某种化学反应能正常进行；当这种RNA被有关的酶水解后，此种化学反应立即减慢。由此可以说明(

)A．RNA是核酸的一种B．RNA有时也可称为遗传物质C．RNA主要存在于细胞质中D．RNA也可作为生物催化剂答案：D

解析：RNA被有关的酶水解后，化学反应立即减慢，说明该RNA属于酶，可催化此反应的进行，即RNA也具有催化作用，故D正确。A、B、C三项从内容上讲均是正确的说法，但无法从题干信息中得出这些结论，故三项均不符合题意。科学探究——控制变量和设计对照实验1．教材中“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验变量分析自变量因变量无关变量对照组实验组2号：水浴加热；3号：加FeCl3溶液；4号：加肝脏研磨液过氧化氢分解速率反应物的浓度；反应时间；实验室的温度；FeCl3溶液浓度和肝脏研磨液的新鲜程度等1号试管2、3、4号试管2.控制变量的科学方法3．对照实验的类型和对照组、实验组的判断(1)空白对照。设置两组实验，其中施加实验变量(要研究的因素)处理的为实验组，常态或未施加实验变量(要研究的因素)处理的为对照组。自变量为实验变量的有无。一般验证性实验采用空白对照。(2)相互对照。设置三组以上的实验，每一组既作为实验组，同时又是其他组的对照。自变量为实验变量的不同量度(或类别)。一般“探究××最适(佳)条件”的实验采用相互对照。(3)自身对照。实验组、对照组在同一实验对象上进行，即实验处理前的为对照组，处理后的为实验组，自变量为实验变量的处理与否，如“探究植物细胞的吸水和失水”实验。(4)条件对照。增设了与实验变量无关的一组实验。常结合空白对照进行，具有反证或加强作用。如“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”的实验中：以蝌蚪为实验材料，甲组(实验组)饲喂甲状腺激素；乙组(条件对照组)饲喂甲状腺抑制剂；丙组(空白对照组)对蝌蚪不做任何处理。通过比较、对照更能充分说明实验变量——甲状腺激素有促进动物生长发育的作用。条件对照的目的是通过对比得出相对立的结论，以验证实验结论的正确性。【素养评价】1．关于生物学实验中的变量，下列说法错误的是(

)A．任何生物学实验中都需要设置变量B．对照实验中应遵循单一变量原则C．对照实验中一定存在自变量D．无关变量并不是与实验结果没有关系答案：A

解析：只有对照实验中才需设置变量，纯粹的观察实验(如用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动)则无须设置变量。2．在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，对实验的处理如表所示。试管组别实验处理加入3%过氧化氢/mL温度加入试剂试管12常温—试管2290℃—试管32常温2滴3.5%Fe