2025-2026學年高一（上）人教版生物必修1課件5.1.1 酶的作用和本質

第5章細胞的能量供應和利用高中生物必修1分子與細胞第1節降低化學反應活化能的酶第1課時酶的作用和本質一、酶在細胞代謝中的作用1.細胞代謝(1)場所:細胞中。(2)實質:各種化學反應的總稱。(3)意義:是細胞生命活動的基礎。2.酶在細胞代謝中的作用(1)“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗: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實驗過程和現象:

實驗結論: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.無關變量:除自變量外,實驗過程中還存在一些對實驗結果造成影響的可變因素,叫作無關變量。如上述實驗中反應物的濃度和反應時間等。②設計對照實驗:a.概念:除作為自變量的因素外,其余因素(無關變量)都保持一致,并將結果進行比較的實驗叫作對照實驗。b.對照實驗一般要設置對照組和實驗組,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:分子從常態轉變為容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量。(2)作用機理:酶能降低化學反應的活化能。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地進行。微思考

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,肝細胞內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面積,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,其他無關變量都應保持相同且適宜。()3.酶通過為反應物提供能量和降低活化能來提高化學反應速率。(

)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、調節等多種作用。()×√×√×微訓練

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1.關于酶本質的探索(連線)2.酶的本質絕大多數酶的化學本質是蛋白質,少數酶是RNA。微判斷2基于酶的化學本質,判斷下列表述是否正確。1.巴斯德認為發酵與活細胞有關是合理的,但是認為發酵是整個細胞而不是細胞中的某些物質在起作用是錯誤的。()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.酶本質的探索歷程與科學技術的發展無關。()√××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90℃左右的水浴加熱滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴肝臟研磨液現象氣泡多少幾乎沒有較少較多很多點燃的不帶明火的衛生香不復燃復燃不劇烈復燃較劇烈復燃很劇烈(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確性。(2)與2號試管相比,3號和4號試管未經加熱,也有大量的氣泡產生,并且4號試管中的反應速率最大,這說明了什么?提示:FeCl3中的Fe3+和肝臟研磨液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,反應時間等。(4)生物實驗往往需要“透過現象看本質”,因此要善于運用合適的“觀測指標”?！氨容^過氧化氫在不同條件下的分解”實驗中,可用哪些方法判斷過氧化氫分解速率的大小?提示:可以通過單位時間內產生氣泡的多少來判定過氧化氫分解速率的大小,也可以通過點燃的不帶明火的衛生香復燃的劇烈程度來判定過氧化氫分解速率的大小。歸納總結1.對照實驗通過分析對照實驗可以得出實驗結論。(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。2.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,防止無關變量對實驗結果造成影響。(2)等量原則:如實驗中反應物的濃度和反應時間等,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,可通過對實驗結果的比較得出結論。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,從常態轉變為容易分解的活躍狀態。學以致用1.下列關于“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗的敘述,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,這樣對實驗結果影響較小C.過氧化氫的分解速率在溫度高的環境中比常溫下快D.實驗的自變量是試管中產生氣泡數目的多少和衛生香的復燃情況答案: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。試管中產生氣泡數目的多少和衛生香的復燃情況是實驗觀測指標,可用來代表因變量,D項錯誤。二

酶的作用和本質問題探究圖1是無機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反應所需的活化能是多少?有酶催化時進行化學反應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)酶能不能為化學反應提供所需要的能量?酶增大反應速率的機理是什么?提示:酶不能為化學反應提供所需要的能量。酶是通過降低反應的活化能來增大反應速率的。(3)過氧化氫酶與FeCl3相比共同點有哪些?提示:①增大化學反應速率,本身沒有數量和性質上的改變;②降低化學反應的活化能,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本質不同?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,則甲酶的化學本質不是蛋白質而是RNA,乙酶能被蛋白酶破壞,活性降低,則乙酶的化學本質是蛋白質。(5)從結構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構會發生改變,從而喪失原有的功能。歸納總結1.酶的作用機理模型(1)分析方法:從活化能的概念入手,分子從初態轉變為活化態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沒有催化劑條件下反應所需的活化能b-d有無機催化劑條件下反應所需的活化能c-d有酶催化條件下反應所需的活化能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,在不同的反應條件下,反應的“初態”是相同的,但“活化態”是不同的,可知催化劑只是降低了反應的活化能,而不提供活化能。2.對酶的概念的理解化學本質絕大多數是蛋白質少數是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(增大化學反應速率)作用機理降低化學反應的活化能作用場所細胞內、外或生物體外均可典例剖析【例2】下圖中曲線Ⅰ、Ⅱ分別表示物質A在沒有催化劑和有酶催化條件下生成物質P所需能量的變化過程。下列相關敘述正確的是(

)A.a+b表示在沒有催化劑的條件下,物質A生成物質P需要的活化能B.圖中a表示酶降低的活化能C.加熱和酶的作用機理相同D.若將沒有催化劑改為用無機催化劑催化,則b值將變大答案:A解析:分析題圖可知,曲線Ⅰ表示物質A在沒有催化劑條件下生成物質P所需能量的變化過程,則物質A生成物質P需要的活化能是a+b,A項正確。曲線Ⅰ、Ⅱ分別表示物質A在沒有催化劑和有酶催化條件下生成物質P所需能量的變化過程,分析題圖可知,b表示酶降低的活化能,B項錯誤。加熱是使反應物得到能量,而酶可以降低化學反應的活化能,C項錯誤。無機催化劑也能降低化學反應的活化能,若將沒有催化劑改為用無機催化劑催化,則b值將變小,D項錯誤。學以致用2.下列各圖中,①表示有酶催化的反應曲線,②表示沒有酶催化的反應曲線,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轉變為容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量。酶可以降低化學反應的活化能,使反應更容易進行。3.用蛋白酶去除大腸桿菌核糖體的蛋白質,處理后的核糖體仍可催化氨基酸的脫水縮合反應。由此可推測核糖體中能催化該反應的物質是(

)A.蛋白質 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和RNA,蛋白酶將核糖體中的蛋白質水解后只剩下RNA,所以發揮催化作用的是RNA。1.下列關于活化能的敘述,錯誤的是(

)A.指分子從常態轉變為容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量B.無機催化劑、水浴加熱都可以降低化學反應的活化能C.酶可以降低化學反應的活化能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反應的活化能,與無機催化劑相比,酶降低活化能的作用更顯著;水浴加熱使反應物得到能量,但不能降低化學反應的活化能。2.酶的發現是許多科學家共同研究的結果,下列科學家及其成果不對應的是(

)A.巴斯德認為發酵過程是酵母菌活細胞參與下的反應