【高中生物】2023-2024學(xué)年 人教版 必修一酶的作用和本質(zhì) 課件

第1課時酶的作用和本質(zhì)1.運用模型分析法解釋酶發(fā)揮作用的機理。2.能夠根據(jù)實驗?zāi)康?設(shè)計“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗,學(xué)會控制變量和設(shè)置對照實驗,并能對實驗結(jié)果進行分析,進而得出結(jié)論。3.通過對酶催化作用實例的討論和對探索酶的本質(zhì)相關(guān)資料的分析,闡明酶在細胞代謝中的作用、本質(zhì)及特征。目標(biāo)素養(yǎng)知識概覽一、酶在細胞代謝中的作用1.細胞代謝(1)場所:細胞中。(2)實質(zhì):各種化學(xué)反應(yīng)的總稱。(3)意義:是細胞生命活動的基礎(chǔ)。2.酶在細胞代謝中的作用(1)實驗“比較過氧化氫在不同條件下的分解”:①實驗原理:過氧化氫在水浴加熱、FeCl3溶液中的Fe3+和肝臟研磨液中的過氧化氫酶的作用下會加速分解。②實驗過程和現(xiàn)象:

實驗結(jié)論:酶具有催化作用;與無機催化劑相比,其催化效率更高。(2)控制變量和設(shè)計對照實驗:①控制變量:a.變量:實驗過程中的變化因素。b.自變量:實驗過程中人為控制的對實驗對象進行處理的因素。如上述實驗中加熱、加FeCl3溶液、加肝臟研磨液,是對過氧化氫溶液的不同處理,溫度和催化劑都屬于自變量。c.因變量:因自變量改變而變化的變量。如上述實驗中過氧化氫分解速率就是因變量。d.無關(guān)變量:除自變量外,實驗過程中還存在一些對實驗結(jié)果造成影響的可變因素,叫作無關(guān)變量。如上述實驗中反應(yīng)物的濃度和反應(yīng)時間等。②設(shè)計對照實驗:a.概念:除作為自變量的因素外,其余因素(無關(guān)變量)都保持一致,并將結(jié)果進行比較的實驗叫作對照實驗。b.對照實驗一般要設(shè)置對照組和實驗組,未作任何處理的對照組叫作空白對照。3.酶的作用機理(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)的活躍狀態(tài)所需要的能量。(2)作用機理:酶能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。與無機催化劑相比,酶降低活化能的作用更顯著,催化效率更高。(3)意義:使細胞代謝能在溫和條件下快速有序進行。微思考1在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗中,為什么要選用新鮮的肝臟?為什么將肝臟剪碎、研磨成溶液,而不是直接加入整塊的肝臟?提示:肝臟如果不新鮮,肝臟細胞內(nèi)的過氧化氫酶等有機物就會在腐生菌的作用下分解,失去作用。將肝臟剪碎并研磨可使肝臟細胞中的過氧化氫酶充分釋放,從而增大與過氧化氫的接觸機會,以加速過氧化氫的分解。微判斷1基于酶在細胞代謝中的作用以及對照實驗的原理,判斷下列表述是否正確。1.細胞代謝不需要酶的作用。()2.對照實驗中,除自變量外,其他無關(guān)變量都應(yīng)保持相同且適宜。()3.酶通過為反應(yīng)物供能和降低活化能來提高化學(xué)反應(yīng)速率。()4.酶是具有催化作用的有機物。()5.酶在細胞代謝中起著催化、調(diào)節(jié)等多種作用。()×√×√×微訓(xùn)練

在下圖所示的實驗中,屬于自變量的是(

)A.催化劑的種類B.過氧化氫分解的速率C.產(chǎn)生氣泡量D.試管中過氧化氫溶液的量答案:A解析:由題圖可知,圖中的實驗處理是分別向過氧化氫溶液中加入氯化鐵溶液和過氧化氫酶溶液,Fe3+和過氧化氫酶都能催化過氧化氫分解,因此該實驗的自變量是催化劑的種類。二、酶的本質(zhì)1.關(guān)于酶本質(zhì)的探索(連線)2.酶的本質(zhì)絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),少數(shù)酶是RNA。微思考2細胞中合成酶的原料是什么?提示:氨基酸或核糖核苷酸。微判斷2基于酶的化學(xué)本質(zhì),判斷下列表述是否正確。1.巴斯德認為發(fā)酵與活細胞有關(guān)是合理的,但是認為發(fā)酵是整個細胞而不是細胞中的某些物質(zhì)在起作用是錯誤的。()2.畢希納從細胞中獲得了含有酶的提取液,并直接對酶進行了鑒定。()3.酶本質(zhì)的探索歷程與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展無關(guān)。()√××一

“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗分析問題探究請依據(jù)教科書第77頁和下列表格,思考并回答下列問題。相同處理向4支試管中分別加入2mLH2O2溶液不同處理不處理放在90℃左右的水中加熱滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴肝臟研磨液現(xiàn)象氣泡多少幾乎沒有較少較多很多點燃的衛(wèi)生香不復(fù)燃復(fù)燃不劇烈復(fù)燃較劇烈復(fù)燃很劇烈(1)在實驗過程中,滴入肝臟研磨液和FeCl3溶液時,能否共用一支滴管?提示:不能,肝臟研磨液和

FeCl3溶液混合會影響實驗的準(zhǔn)確性。(2)與2號試管相比,3號和4號試管未經(jīng)加熱,也有大量的氣泡產(chǎn)生,并且4號試管中的反應(yīng)速率最大,這說明了什么?提示:FeCl3中的Fe3+和新鮮肝臟中的過氧化氫酶都能加快H2O2分解,且過氧化氫酶比Fe3+的催化效率高得多。(3)在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗中,自變量、因變量和無關(guān)變量分別是什么?提示:自變量是對過氧化氫溶液的不同處理;因變量是過氧化氫的分解速率;無關(guān)變量是過氧化氫溶液的濃度、用量,肝臟的新鮮程度,溫度,反應(yīng)時間等。(4)生物實驗往往需要“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”,因此要善于運用正確的“觀測指標(biāo)”?！氨容^過氧化氫在不同條件下的分解”實驗中,可用哪些方法檢測過氧化氫分解速率的大小?提示:可以通過單位時間內(nèi)產(chǎn)生氣泡的多少來判定過氧化氫分解速率的大小,也可以通過帶火星的衛(wèi)生香復(fù)燃的劇烈程度來判定過氧化氫分解速率的大小。歸納總結(jié)1.變量分析(1)自變量:對過氧化氫溶液的不同處理方法——加熱以及催化劑的種類。(2)因變量:過氧化氫的分解速率。(3)無關(guān)變量:過氧化氫的濃度、肝臟的新鮮程度、反應(yīng)時間等。2.對照實驗通過分析對照實驗可以得出實驗結(jié)論。(1)1號與2號對比,說明加熱可以加快過氧化氫的分解。(2)1號與3號對比,說明FeCl3可以催化過氧化氫的分解。(3)1號與4號對比,說明過氧化氫酶可以催化過氧化氫的分解。(4)3號與4號對比,說明與無機催化劑相比,過氧化氫酶的催化效率更高。3.對照實驗的基本原則(1)單一變量原則:各組實驗除了自變量不同,其他處理均相同,防止無關(guān)變量對實驗結(jié)果造成影響。(2)等量原則:如實驗中反應(yīng)物的濃度和反應(yīng)時間等,各組要保持相同且適宜。(3)對照原則:實驗組接受自變量處理,對照組不接受自變量處理。遵循該原則,可通過對實驗結(jié)果的比較得出結(jié)論。4.實驗注意事項(1)進行實驗時,必須用新鮮的剛從活體動物內(nèi)取出的肝臟作實驗材料。因為新鮮肝臟中的酶能保持其原有的活性。(2)肝臟要研磨充分,以增大過氧化氫酶與試管中過氧化氫的接觸面積,從而加速過氧化氫的分解。(3)滴加FeCl3溶液和肝臟研磨液時不能共用一支滴管,以免影響實驗效果。(4)由于反應(yīng)速率快,實驗時要特別注意比較產(chǎn)生氣泡的多少、氣泡產(chǎn)生時間的長短、衛(wèi)生香的復(fù)燃情況等。(5)過氧化氫具有一定的腐蝕性,使用時不要讓其接觸皮膚。典例剖析【例1】下圖是“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗,據(jù)圖分析下列敘述錯誤的是(

)A.1號與2號對照,說明加熱能提高酶的活性B.1號與4號對照,可以驗證酶具有催化作用C.3號和4號裝置應(yīng)在常溫條件下進行實驗D.若只用3號和4號進行實驗,則溫度為無關(guān)變量A解析:1號和2號試管中沒有加酶,只能說明加熱能使過氧化氫分子得到能量,從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀追纸獾幕钴S狀態(tài)。方法歸納控制變量的兩種思維方法學(xué)以致用1.下列關(guān)于“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的敘述,正確的是(

)A.實驗中所用肝臟必須是新鮮的,若放置時間過長,肝細胞內(nèi)的過氧化氫會減少B.實驗中用到的滴管,必須先吸取FeCl3溶液再吸取肝臟研磨液,這樣對實驗結(jié)果影響較小C.過氧化氫的分解速率在溫度高的環(huán)境中比常溫下快D.實驗的自變量是試管中產(chǎn)生氣泡數(shù)目的多少和衛(wèi)生香的復(fù)燃情況答案:C解析:肝臟放置時間過長,過氧化氫酶會分解失活,A項錯誤。吸取FeCl3溶液和吸取肝臟研磨液的滴管不能混用,B項錯誤。過氧化氫在高溫條件下的分解速率會增大,C項正確。試管中產(chǎn)生氣泡數(shù)目的多少和衛(wèi)生香的復(fù)燃情況是實驗觀測指標(biāo),可用來代表因變量,D項錯誤。二

酶的作用和本質(zhì)問題探究圖1是無催化劑和酶的作用機理示意圖。圖2表示甲、乙兩種酶用同一種蛋白酶處理后,酶活性與處理時間的關(guān)系。請思考并回答下列問題。

圖1圖2(1)沒有催化劑時進行化學(xué)反應(yīng)所需的活化能是多少?有酶催化時化學(xué)反應(yīng)所需的活化能又是多少?(用圖中字母表示)提示:分別是a-c、b-c。(2)酶能不能為化學(xué)反應(yīng)提供所需要的能量?酶增大反應(yīng)速率的機理是什么?提示:酶不能為化學(xué)反應(yīng)提供所需要的能量。酶是通過降低反應(yīng)的活化能來增大反應(yīng)速率的。(3)過氧化氫酶與FeCl3相比共同點有哪些?提示:①增大化學(xué)反應(yīng)速率,本身沒有數(shù)量和性質(zhì)上的改變;②降低化學(xué)反應(yīng)的活化能,縮短達到平衡的時間,但不改變平衡點。(4)由圖2可看出甲酶活性保持不變,乙酶活性逐漸下降,這能否說明二者的化學(xué)本質(zhì)不同?提示:能。觀察圖2可知,甲酶的活性始終保持不變,表明甲酶能抵抗該種蛋白酶的降解,則甲酶的化學(xué)本質(zhì)不是蛋白質(zhì)而是RNA,乙酶能被蛋白酶破壞,活性降低,則乙酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。(5)從結(jié)構(gòu)與功能觀的角度分析,乙酶活性改變的原因是什么?提示:乙酶在被降解的過程中分子結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變,從而喪失原有的功能。歸納總結(jié)1.酶的作用機理模型(1)分析方法:從活化能的概念入手,分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨瘧B(tài)所需的能量為活化能,即a-d表示沒有催化劑時所需的活化能。具體分析如下:差值含義a-d無催化劑條件下反應(yīng)所需的活化能b-d有無機催化劑條件下反應(yīng)所需的活化能c-d有酶催化條件下反應(yīng)所需的活化能a-c酶降低的活化能a-b無機催化劑降低的活化能(2)如上圖所示,在不同的反應(yīng)條件下,反應(yīng)的“初態(tài)”是相同的,但“活化態(tài)”是不同的,可知催化劑只是降低了反應(yīng)的活化能,而不提供活化能。特別提醒(1)酶和無機催化劑一樣,只能催化熱力學(xué)上允許進行的反應(yīng)。(2)酶可以縮短化學(xué)反應(yīng)到達平衡的時間,但不能改變反應(yīng)的平衡點。(3)在反應(yīng)前后,酶的化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量保持不變。2.對酶的概念的理解化學(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)少數(shù)是RNA基本單位氨基酸核糖核苷酸來源一般來說,活細胞中均能產(chǎn)生合成場所核糖體細胞核等(真核生物)生理功能起催化作用(增大化學(xué)反應(yīng)速率)作用機理降低化學(xué)反應(yīng)的活化能作用場所細胞內(nèi)、外或生物體外均可典例剖析【例2】

下列有關(guān)酶的敘述,正確的是(

)①酶是由具有分泌功能的細胞產(chǎn)生的②有的從食物中獲得,有的是體內(nèi)其他物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來的③酶是由活細胞產(chǎn)生的④絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)⑤有的酶是蛋白質(zhì),有的是固醇⑥酶在代謝中有多種功能⑦酶在新陳代謝和生殖發(fā)育中起調(diào)節(jié)作用⑧酶只起催化作用⑨酶只在細胞內(nèi)發(fā)揮作用A.①②⑤

B.③⑦⑨

C.③④⑧ D.④⑤⑥C解析:酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物,其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),少數(shù)酶為RNA;酶只起催化作用,在個體發(fā)育中起調(diào)節(jié)作用的是激素。條件適宜時,酶在細胞外也能發(fā)揮作用。學(xué)以致用2.下列各圖中,①表示有酶催化的反應(yīng)曲線,②表示沒有酶催化的反應(yīng)曲線,E表示酶降低的活化能。其中正確的圖解是(

)答案:C解析: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)所需要的能量。酶可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能,使反應(yīng)更容易進行。3.用蛋白酶去除大腸桿菌核糖體的蛋白質(zhì),處理后的核糖體仍可催化氨基酸的脫水縮合反應(yīng)。由此可推測核糖體中能催化該反應(yīng)的物質(zhì)是(

)A.蛋白質(zhì) B.脂肪酶C.RNA D.淀粉酶答案:C解析:核糖體的主要成分是蛋白質(zhì)和RNA,蛋白酶將核糖體中的蛋白質(zhì)水解后只剩下RNA,所以發(fā)揮催化作用的是RNA。1.下列關(guān)于活化能的敘述,錯誤的是(

)A.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)所需要的能量B.無機催化劑、水浴加熱都可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能C.酶可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能D.與無機催化劑相比,酶降低活化能的作用更顯著答案:B解析:酶和無機催化劑均能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能,與無機催化劑相比,酶降低活化能的作用更顯著;水浴加熱使反應(yīng)物得到能量,但不能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。2.酶的發(fā)現(xiàn)是許多科學(xué)家共同