1、第5章 细胞的能量供应和利用第1节 降低化学反应活化能的酶第1课时 酶的作用和本质新课导入导入1:上节课我们学习了物质跨膜运输方式,其中主动运输需要能量。此外,细胞中的其他生命活动也离不开能量,而能量的输入和利用都必须经过复杂的化学反应。细胞中每时每刻都进行着许多化学反应,统称为细胞代谢。细胞代谢离不开酶,酶在细胞代谢中究竟起什么作用?本节课将学习酶的相关知识。导入2:我们每天都要吃进好多的食物,不知同学们发现了没有,吃进去的比排出来的要多得多,这是为什么?这是因为食物经过了消化过程,消化包括物理性消化和化学性消化,物理性消化过程是消化道的机械作用过程,化学性消化过程是复杂的化学反应的过程,而
2、细胞中的化学反应还要比化学性消化过程复杂得多,这些复杂的化学反应却能高效有序地进行,因其有一种特殊的催化剂进行催化,这种催化剂就是酶,今天我们将学习酶的作用和本质。教师参考自主学习要点探究自主学习学习目标:1.说明酶在代谢中的作用和本质。2.学会分析实验中的自变量、因变量、无关变量。知识梳理一、酶在细胞代谢中的作用1.细胞代谢(1)场所:细胞中。(2)实质:各种化学反应的总称。(3)意义:细胞生命活动的。基础2 mL水浴肝脏研磨液(3)实验结果通过观察教材图示可知结果:4号试管内产生的气泡最多,卫生香。(4)实验结论酶具有作用;同无机催化剂相比,催化效率。燃烧猛烈催化更高(5)对照实验含义:除
3、了一个因素以外,其余因素都的实验。原则:除了外,其他变量都应当。3.酶的作用原理(1)活化能:分子从常态转变为容易发生化学反应的所需要的能量。(2)原理:同无机催化剂相比,酶降低的作用更显著,因而催化效率更高。(3)意义:使细胞代谢能在条件下快速进行。判断(1)发生在细胞内外的化学反应统称为细胞代谢。()(2)加热、无机催化剂和酶都能降低化学反应的活化能。()(3)无关变量是对实验没有影响的变量。()(4)酶也参加细胞内的化学反应。()保持不变要观察的变量始终保持相同活跃状态活化能温和二、酶的本质1.酶本质的探索2.酶的概念(1)合成场所:内。(2)化学本质:具有催化作用的,绝大多数是,极少数
4、是RNA。思考 生物体内所有的活细胞都能产生酶吗?构成酶的基本单位是什么?提示:都能产生酶。氨基酸或核糖核苷酸。活细胞有机物蛋白质要点探究“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验剖析要点一教师参考问题引领:1.请你思考本实验的自变量是什么?因变量是什么?2.本实验的对照组是哪组?实验组是哪组?3.通过本实验,你能总结出实验设计应遵循的原则是什么吗?1.实验设计及现象分析试管号3%的H2O2溶液自变量因变量点燃卫生香检测结果分析处理方法气泡多少12 mL几乎没有无复燃H2O2自然分解缓慢22 mL90 水浴加热较多有复燃1与2对照,说明加热能促进H2O2分解32 mL滴加3.5%的FeCl3溶液
5、2滴更多复燃性较强1与3对照说明Fe3+能催化H2O2的分解42 mL滴加20%的肝脏研磨液2滴很多复燃性更强1与3、4对照说明过氧化氢酶有催化H2O2分解的作用,且效率高2.实验中遇到的问题剖析(1)实验中为什么要选用新鲜的肝脏并进行充分的研磨?新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶,如果肝脏不新鲜,在微生物的作用下,过氧化氢酶可能被分解。另外,肝脏一定要充分研磨,以保证肝细胞破裂,否则,过氧化氢酶没有完全从细胞中释放出来,可能会影响实验效果。(2)滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时为什么不能共用一个吸管?若共用一个吸管,滴加FeCl3溶液中会含有少量的肝脏研磨液,而研磨液中的H2O2酶的催化效率特别
6、高,会使两支试管中产生的气泡一样多,从而影响实验结果的准确性。【典例1】为了研究酶的有关特性,取两支洁净的试管并编号A、B,各注入2 mL体积分数为3%的H2O2溶液;再向A管滴入2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液,向B管滴入2滴质量分数为20%的肝脏研磨液;堵住管口,轻轻振荡;用点燃但无火焰的卫生香检查;观察并记录结果。(1)本实验的主要目的是探究。(2)如果两支试管的现象均不明显,从实验材料分析,原因可能是。(3)过氧化氢酶能催化H2O2的分解,产生的氧能使溶于水的无色焦性没食子酸氧化生成橙红色沉淀。为了鉴定马铃薯块茎是否含有过氧化氢酶,设计了如下实验。3号试管内加入的物质是。设计2号
7、试管作为对照的具体目的是。如果2号试管未产生颜色反应,则出现橙红色沉淀的是号试管。解析:本实验为探究性实验,目的是探究生物催化剂(过氧化氢酶)与无机催化剂(Fe3+)催化效率的高低。若实验现象不明显,原因有二:一是加入的肝脏研磨液不新鲜,一部分被细菌分解了;二是H2O2溶液不是刚刚配制的,因放置时间太长而被分解。由题干知两试管中的现象都不明显,则可确定是第二个原因。要鉴定马铃薯块茎是否含有过氧化氢酶,题目给出了四组实验,很显然,1、2、4号为对照组,3号为实验组,遵循单一变量的原则,所以3号试管内加入的物质应为2 mL焦性没食子酸溶液、2滴H2O2溶液和2 mL马铃薯块茎提取液。1号试管对照的
8、目的是排除水对H2O2的影响,2号试管是为了排除马铃薯块茎提取液中的其他物质对实验结果的影响,4号试管是为了检验失活的过氧化氢酶是否会与H2O2产生反应,因此,对照组都不会出现橙红色沉淀,即只有3号试管能产生颜色反应。(1)(过氧化氢酶和Fe3+催化效率的高低)酶的高效性(2)H2O2溶液放置时间过长而分解(3)2 mL焦性没食子酸溶液、2滴H2O2溶液、2 mL马铃薯块茎提取液 排除马铃薯块茎提取液中的其他物质对实验的影响 3答案:方法透析验证性实验步骤设计的一般方法(1)材料准备与前处理。如果需要提取、配制、处理实验材料,则把提取、配制等步骤作为第一步。(2)分组、编号。研究对象、器皿等要
9、分组编号,设置实验组和对照组,注意控制无关变量,在语言叙述的措辞上尽可能用“定性”的语言表达,如“一段时间”“适宜的温度”“适量的”“一定量的”“等量的”“相同条件下”“适宜条件”等字眼,如果有测量应测量记录初始值。(3)实验处理。分别对实验组和对照组施加单一变量,实验处理要遵循“单一变量和对照原则”。(4)现象观察、记录。依然在措辞中体现对无关变量的控制,经常有“相同条件下”等字眼描述,观察记录实验现象或记录测量的实验数据。(5)分析结果,得出结论。备选例题在“比较过氧化氢酶和Fe3+催化H2O2分解”的实验中,对实验结果分析正确的是()A.在过氧化氢酶的作用下,过氧化氢的分解更快,是因为2
10、0%的肝脏研磨液的浓度高于3.5%的FeCl3溶液B.3.5%的FeCl3溶液分解过氧化氢速率慢是因为其物质的量浓度过高,影响了其活性的正常发挥C.肝脏研磨液中过氧化氢分解速率快,是因为酶比一般无机催化剂催化效率高D.如果将四支试管都放在90 水浴中,第4支试管(加肝脏研磨液的试管)反应速率仍最快C解析:20%的肝脏研磨液,其中含酶的数量并不大,含酶分子数是3.5%的FeCl3溶液中溶质分子数的25万分之一。催化剂浓度大不会影响其活性的正常发挥。酶的催化效率比无机催化剂的催化效率更高。过氧化氢酶的化学本质是蛋白质,在90 水浴中,将会变性,失去催化能力,FeCl3却仍可以起催化作用。【题组演练
11、】解析:不新鲜的肝脏,过氧化氢酶的数量和活性都会有所下降。1.选用新鲜的肝脏来比较过氧化氢在不同的条件下分解的实验,是因为新鲜的肝脏中()A.含Fe3+多B.含酶的种类多C.温度高D.过氧化氢酶多且活性高D2.下列有关对照实验设置的叙述中,错误的是()A.一般要设置对照组和实验组B.要遵循单一变量原则C.无关变量要始终相同且适宜D.自变量要始终保持相同解析:实验中要设置不同的自变量,故D错误。D3.在如图所示的实验中属于自变量的是()A.催化剂不同B.过氧化氢分解的速率的大小C.试管的大小D.试管中的过氧化氢溶液的量解析:由图可知,图中的实验处理是分别向过氧化氢溶液中加入氯化铁和过氧化氢酶溶液
12、,Fe3+和过氧化氢酶都能催化过氧化氢分解,因此该实验的自变量是催化剂的不同。A问题引领:1.请根据酶的化学本质推断,酶的合成场所是什么?2.你能设计实验验证酶的化学本质吗?3.酶的作用机理是什么?酶的本质和作用机理分析要点二教师参考1.酶的概念分析化学本质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合成原料氨基酸核糖核苷酸合成场所核糖体细胞核(真核生物)来源一般来说,活细胞都能产生酶生理功能生物催化剂2.酶的作用机理剖析酶和无机催化剂的作用机理都是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更显著,因而催化效率更高。如图所示。由于在催化反应中,只需要较少的能
13、量就可使反应物进入“活化态”,和非催化反应相比,处于“活化态”的分子数量大大增加,从而加快了反应速率。3.酶化学本质的实验验证(1)证明某种酶是蛋白质实验组:待测酶液+双缩脲试剂是否出现紫色反应对照组:已知蛋白质+双缩脲试剂出现紫色反应(2)证明某种酶是RNA实验组:待测酶液+吡罗红染液是否出现红色对照组:已知RNA液+吡罗红染液出现红色【典例2】下列关于酶的叙述中,正确的是()A.生物体内的酶都是由细胞产生B.酶在细胞内才起催化作用C.绝大多数酶是在核糖体上合成的,生物体缺乏某种酶就可能出现这种酶缺乏症D.同一生物体内的各种酶要求的催化条件都相同解析:酶都是由活细胞产生的,酶在细胞外也可以起
14、催化作用,例如消化酶。同一生物体内的各种酶要求的催化条件不一定相同,例如人体胃蛋白酶和唾液淀粉酶要求的催化条件就不相同。答案:C备选例题解析:无机催化剂能降低化学反应的活化能,而加快反应速率,故C错误。C关于活化能,下列说法不正确的是()A.是反应物分子从常态变为活跃状态所需要的能量B.加热、加压通常能使反应物分子获得足够的活化能C.无机催化剂使反应物分子获得的活化能的总量更多而加快反应速率D.酶能降低反应物分子发生反应的活化能而使反应更容易进行解析:酶是活细胞产生的一类具有催化作用的有机物。这些有机物中,绝大多数是蛋白质,少数的RNA具有催化作用,也是酶。【题组演练】1.下列对酶的叙述中正确的是()A.酶的产生和催化都在活细胞内B.酶都是蛋白质C.酶是一类有机物D.酶反应前后的质量改变C2.酶具有极强的催化功能,其原因是()A.降低化学反应的活化能B.增大了反应物之间的接触面积C.提高了反应物分子的活化能D.酶提供使反应开始所必需的活化能解析:该题考查酶的作用机理,酶之所以具有催化能力,是因为它能降低化学反应的活化能。A点击进入课时训练 谢谢观赏Thanks!
