201x-201x學(xué)年高中生物 第5章 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用 第1節(jié) 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶 第1課時 酶的作用和本質(zhì) 新人教版必修1

1、第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用,學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),第1節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶,教師參考 新課導(dǎo)入 導(dǎo)入1:我們學(xué)習(xí)了物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式,其中主動運(yùn)輸需要能量。此外,細(xì)胞中的其他生命活動也離不開能量,而能量的輸入和利用都必須經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。細(xì)胞中每時每刻都進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng),統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝。細(xì)胞代謝離不開酶,酶在細(xì)胞代謝中究竟起什么作用?本節(jié)課將學(xué)習(xí)酶的相關(guān)知識。 導(dǎo)入2:我們每天都要吃進(jìn)好多的食物,不知同學(xué)們發(fā)現(xiàn)了沒有,吃進(jìn)去的比排出來的要多得多,這是為什么?這是因?yàn)槭澄锝?jīng)過了消化過程,其中化學(xué)性消化過程是復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)的過程,而細(xì)胞中的化學(xué)反應(yīng)還要比化學(xué)性消化過程復(fù)雜得多,這些復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)卻能

2、高效有序地進(jìn)行,因其有一種特殊的催化劑進(jìn)行催化,這種催化劑就是酶,今天我們將學(xué)習(xí)酶的相關(guān)知識,第1課時酶的作用和本質(zhì),教學(xué)目標(biāo)】 1.通過“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生分析出酶在代謝中的作用,并指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析實(shí)驗(yàn)中的自變量、因變量、無關(guān)變量,使學(xué)生形成“酶能夠顯著降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能”的自然觀。生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究 2.通過“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”的資料分析,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用歸納與概括、批判性思維的方法,認(rèn)識酶的本質(zhì),認(rèn)同科學(xué)是在不斷的探索和爭論中前進(jìn)。科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任,形成學(xué)科核心素養(yǎng),凝練素養(yǎng),自主學(xué)習(xí),圖說教材,自主學(xué)習(xí) 讀教材學(xué)基礎(chǔ),一、酶在細(xì)胞代謝

3、中的作用 請仔細(xì)閱讀教材第7880頁,完成下面的問題。 1.細(xì)胞代謝 (1)場所:細(xì)胞中。 (2)實(shí)質(zhì):各種 的總稱。 (3)意義:細(xì)胞生命活動的,化學(xué)反應(yīng),基礎(chǔ),2)實(shí)驗(yàn)步驟,2 mL,水浴,肝臟研磨液,3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 通過觀察教材圖示可知結(jié)果:4號試管內(nèi)產(chǎn)生的氣泡最多,衛(wèi)生香 。 (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論 酶具有 作用; 同無機(jī)催化劑相比,催化效率 。 (5)對照實(shí)驗(yàn) 含義:除了一個因素以外,其余因素都 的實(shí)驗(yàn)。 原則:除了 外,其他變量都應(yīng)當(dāng),燃燒猛烈,催化,更高,保持不變,要觀察的變量,始終保持相同,3.酶的作用原理 (1)活化能:分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的 所需要的能量。 (2)原理:同

4、無機(jī)催化劑相比,酶降低 的作用更顯著,因而催化效率更高。 (3)意義:使細(xì)胞代謝能在 條件下快速進(jìn)行。 判斷 (1)發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)外的化學(xué)反應(yīng)統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝。( ) (2)加熱、無機(jī)催化劑和酶都能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。( ) (3)無關(guān)變量是對實(shí)驗(yàn)沒有影響的變量。( ) (4)酶都是蛋白質(zhì),不能在生物體外起催化作用。(,活躍狀態(tài),活化能,溫和,二、酶的本質(zhì) 請仔細(xì)閱讀教材第8082頁,完成下面的問題。 1.酶本質(zhì)的探索,2.酶的概念,活,催化,有機(jī)物,蛋白質(zhì),RNA,核糖核苷酸,核糖體,思考 生物體內(nèi)所有的活細(xì)胞都能產(chǎn)生酶嗎?構(gòu)成酶的基本單位是什么? 提示:都能產(chǎn)生酶。氨基酸或核糖核苷酸,凝練素

5、養(yǎng) 解疑難提能力,主題一 “比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實(shí)驗(yàn)剖析 教師參考 問題引領(lǐng):1.請你思考本實(shí)驗(yàn)的自變量是什么?因變量是什么? 2.本實(shí)驗(yàn)的對照組是哪組?實(shí)驗(yàn)組是哪組? 3.通過本實(shí)驗(yàn),你能總結(jié)出實(shí)驗(yàn)設(shè)計應(yīng)遵循的原則有哪些嗎,1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計及現(xiàn)象分析,2.實(shí)驗(yàn)中的問題剖析 (1)實(shí)驗(yàn)中為什么要選用新鮮的肝臟并進(jìn)行充分的研磨? 提示:新鮮肝臟中含有較多的過氧化氫酶,如果肝臟不新鮮,在微生物的作用下,過氧化氫酶可能被分解。另外,肝臟一定要充分研磨,以保證肝細(xì)胞破裂。否則,過氧化氫酶沒有完全從細(xì)胞中釋放出來,可能會影響實(shí)驗(yàn)效果。 (2)滴加肝臟研磨液和FeCl3溶液時為什么不能共用一個滴

6、管? 提示:若共用一個滴管,滴加的FeCl3溶液中會含有少量的肝臟研磨液,而研磨液中的H2O2酶的催化效率特別高,會使兩支試管中產(chǎn)生的氣泡一樣多,從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性,典例1】 下表是驗(yàn)證酶的催化特性的幾組對比實(shí)驗(yàn),其中,14號試管控制的溫度、投入物品及產(chǎn)生的現(xiàn)象如表所示,請回答,1)1號、2號試管相比,是實(shí)驗(yàn)組,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,可以說明酶具有。 (2)2號、3號試管相比,自變量是,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,可以說明酶具有。 (3)如果要證明溫度對酶活性的影響,應(yīng)選用試管和.試管進(jìn)行比較。 (4)實(shí)驗(yàn)過程中,4支試管為什么必須裝有等量的H2O2液,解析:(1)1、2號試管的唯一變量是過氧化氫酶的有無

7、,1號試管沒有催化劑,H2O2自然水解,產(chǎn)生很少量氧氣;2號試管加入2滴肝臟研磨液,含有過氧化氫酶,溫度也適宜,會迅速產(chǎn)生氧氣,因此2號試管為實(shí)驗(yàn)組,說明酶具有催化作用。 (2)2號試管加入2滴肝臟研磨液,含有過氧化氫酶,溫度也適宜,會迅速產(chǎn)生氧氣,3號加入的是無機(jī)催化劑,產(chǎn)生氧氣的量少而且慢,故自變量為催化劑的種類,說明酶具有高效性。 (3)4號和2號試管對照,自變量為溫度,兩試管中產(chǎn)生的氧氣不同,從而說明溫度會影響酶的活性。 (4)4支試管裝有等量的H2O2液,保證無關(guān)變量一致,避免無關(guān)變量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。 答案:(1)2號試管催化作用(2)催化劑種類高效性 (3)2號4號(4)保持無關(guān)

8、變量一致(其他合理答案也可,方法透析 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計的一般方法 (1)材料準(zhǔn)備與處理。如果需要提取、配制、處理實(shí)驗(yàn)材料,則把提取、配制等步驟作為第一步。 (2)分組、編號。研究對象、器皿等要分組編號,設(shè)置實(shí)驗(yàn)組和對照組,注意控制無關(guān)變量,在語言敘述的措辭上盡可能用“定性”的語言表達(dá),如“一段時間”“適宜的溫度”“適量的”“一定量的”“等量的”“相同條件下”“適宜條件”等字眼,如果有測量應(yīng)測量記錄初始值。 (3)實(shí)驗(yàn)處理。分別對實(shí)驗(yàn)組和對照組施加單一變量,實(shí)驗(yàn)處理要遵循“單一變量和對照原則”。 (4)現(xiàn)象觀察、記錄。依據(jù)實(shí)驗(yàn)的自變量與因變量(或觀察的指標(biāo))設(shè)計記錄表,并觀察記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或記錄

9、測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 (5)分析結(jié)果,得出結(jié)論,備選例題 將少許的二氧化錳和雞肝勻漿分別加入到等量等濃度的過氧化氫溶液中,檢測兩者產(chǎn)生的氣體量。下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測,正確的是(注:實(shí)線為加入二氧化錳產(chǎn)生氧氣的速率,虛線為加入雞肝勻漿產(chǎn)生氧氣的速率)( ) 解析:二氧化錳與雞肝勻漿中的過氧化氫酶都能催化過氧化氫分解,與無機(jī)催化劑二氧化錳相比,過氧化氫酶降低活化能更明顯,反應(yīng)速率更高,即相對產(chǎn)氧速率更高,A,題組演練】 1.在下圖所示的實(shí)驗(yàn)中,屬于自變量的是( ) A.試管中的過氧化氫溶液的量 B.過氧化氫分解的速率 C.產(chǎn)生氣泡量 D.催化劑的種類 解析:圖中實(shí)驗(yàn)反應(yīng)物的種類和量相同,所加催化劑

10、的量相同,但催化劑的種類不同,D,2.如圖新鮮土豆片與過氧化氫接觸后,產(chǎn)生的現(xiàn)象及推測錯誤的是( ) A.若有氣體大量產(chǎn)生,可推測新鮮土豆片中含有過氧化氫酶 B.若增加新鮮土豆片的數(shù)量,量筒中產(chǎn)生的氣體速率加快 C.一段時間后氣體量不再增加是因?yàn)橥炼蛊臄?shù)量有限 D.為保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性,需要控制溫度等無關(guān)變量 解析:新鮮土豆片中含有過氧化氫酶,能將過氧化氫分解為水和氧氣。若有氣體大量產(chǎn)生,可推測新鮮土豆片中含有過氧化氫酶。若增加新鮮土豆片的數(shù)量,即增加酶的含量,則反應(yīng)加快。氣體量不再增加是因?yàn)檫^氧化氫已經(jīng)分解完了。溫度為無關(guān)變量,C,3.有關(guān)“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)結(jié)果的敘述,正

11、確的是( ) A.加FeCl3溶液的試管產(chǎn)生的氣泡最多 B.肝臟研磨液使過氧化氫分解最快,是因?yàn)槊傅臐舛雀哂?.5%的FeCl3溶液 C.如果將四支試管都放在90 水浴中,加肝臟研磨液的試管反應(yīng)速率仍為最快 D.該實(shí)驗(yàn)的1號試管常溫處理,是作為對照組,排除無關(guān)變量的干擾,D,解析:試管中產(chǎn)生的氣泡量與過氧化氫(反應(yīng)底物)的量有關(guān),各試管內(nèi)加入了等量的過氧化氫,因此各試管內(nèi)產(chǎn)生的氣泡一樣多(產(chǎn)生氣泡的速度不同);肝臟研磨液使過氧化氫分解最快,是因?yàn)楦闻K研磨液中的酶具有高效性,肝臟研磨液中酶的濃度不一定高于3.5%的FeCl3溶液的濃度;如果將四支試管都放在90 水浴中,肝臟研磨液中的酶會因高溫變

12、性失活,失去催化作用,此時四支試管中加FeCl3溶液的試管反應(yīng)速率最快;該實(shí)驗(yàn)的1號試管是常溫處理,與2號試管(90 )對照時自變量是溫度,與3號試管(加入FeCl3溶液)對照時自變量是有無無機(jī)催化劑,與4號試管(加入肝臟研磨液,含有過氧化氫酶)對照自變量是有無有機(jī)催化劑,主題二 酶的本質(zhì)和作用機(jī)理 【典例2】下列關(guān)于酶的敘述中正確的是() A.酶是由具分泌功能的細(xì)胞產(chǎn)生的并且能調(diào)節(jié)生物體的生命活動的有機(jī)物 B.活細(xì)胞都可產(chǎn)生酶,酶可在細(xì)胞外起作用 C.酶都是在核糖體上合成的 D.所有的酶與雙縮脲試劑發(fā)生作用都可產(chǎn)生紫色反應(yīng) 解析:酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的,具有催化作用的有機(jī)物;酶在細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外都可

13、以發(fā)揮作用;絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),在核糖體上合成,與雙縮脲試劑呈顯色反應(yīng);少數(shù)酶是RNA。 答案:B,題組演練】 1.在酶本質(zhì)的探索歷程中,美國科學(xué)家切赫和奧特曼研究和發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化功能。該研究和發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充說明了( ) A.酶的化學(xué)成分B.酶催化作用的機(jī)理 C.酶催化作用的特性D.酶發(fā)揮作用的條件 解析:由題干可知,RNA催化功能的發(fā)現(xiàn),使人們認(rèn)識到酶的本質(zhì)是有機(jī)物,絕大多數(shù)是蛋白質(zhì),少數(shù)是RNA,A,2.下列所采取的措施,不涉及“降低化學(xué)反應(yīng)活化能”原理的是( ) A.溫度升高過氧化氫的分解速率加快 B.滴加FeCl3溶液提高過氧化氫酶的分解速率 C.鳥胃中的肉塊消失 D.滴加新鮮

14、肝臟研磨液提高過氧化氫的分解速率 解析:升高溫度,提高分子的能量,過氧化氫的分解速率加快,不涉及“降低化學(xué)反應(yīng)活化能”原理;FeCl3和酶一樣作為催化劑,都涉及“降低化學(xué)反應(yīng)活化能”原理,A,1)活化能是指分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)(活化態(tài))所需要的能量。如圖中ac和bc段分別表示無催化劑催化和有酶催化時反應(yīng)進(jìn)行所需要的活化能。 (2)酶降低的活化能=無酶催化時反應(yīng)進(jìn)行所需的能量-有酶催化時反應(yīng)進(jìn)行所需的能量。如圖中ab段表示酶降低的活化能,圖說教材:酶的作用機(jī)理,3)酶和無機(jī)催化劑的作用機(jī)理都是降低化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行所需的活化能,但同無機(jī)催化劑相比,酶降低活化能的作用更顯著,因而催化效率更高。若將酶變?yōu)闊o機(jī)催化劑,則b在縱軸上需向上移動。 (4)用加熱的方法不能降低活化能,但會提供反應(yīng)所需的能量,跟蹤訓(xùn)練】 下列圖中,表示有酶催化的反應(yīng)曲線,表示沒有酶催化的反應(yīng)曲線,E表示酶降低的活化能。正確的圖解是( ) 解析:酶可以有效降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能,以保證細(xì)胞內(nèi)的反應(yīng)在常溫、常壓下高效地進(jìn)行,酶降低的活化能=沒有酶催化時化學(xué)反應(yīng)所需的能量-有酶催化時化學(xué)反應(yīng)所需的能量,C,形成學(xué)科核心素養(yǎng),一)重要生物學(xué)概念 1.通過比較過氧化氫在不同條件下的分解實(shí)驗(yàn)可知酶具有催化作用且催化效率高于無機(jī)催化劑。 2.實(shí)驗(yàn)中的變量