2024-2025學年高一生物必修第一冊（人教版）課件 第5章 細胞的能量供應和利用 第1節(jié) 第1課時 酶的作用和本質

第5章

細胞的能量供應和利用解讀章首圖文培養(yǎng)學習志向·勇?lián)鐣熑握乱越Y合日常生活經(jīng)驗創(chuàng)設情境，引入有關細胞的能量供應和利用的主題：石頭和綠葉在陽光照射下，一個發(fā)熱一個卻不會，從這樣的常見現(xiàn)象，引入關于植物的葉片與石頭在吸收利用光能方面的不同之處，聯(lián)系綠色植物的光合作用能吸收、轉化和利用能量。在此基礎上，簡述光合作用的重要意義，提出“細胞是如何通過化學反應來獲取和利用能量的呢？”這一核心問題。章題圖是明亮的陽光灑在綠葉上，綠葉上映襯著蚱蜢的剪影，畫面的美感，激發(fā)同學們學習的沖動。綠葉上還畫有葉綠體的亞顯微結構模式圖和光合作用過程的模式圖解，圖解突出了光合作用中ATP與ADP的相互轉化。章題圖左上方的一首詩，形象貼切地點出了章題圖的寓意：動植物的生命活動，全都離不開細胞對能量的獲取與利用，而能量的最終來源是陽光。當同學們看到這幅圖，讀到壓圖的小詩，頭腦里便能展開聯(lián)想：綠葉獲取光能，一股股涓涓細流般的光能，通過光合作用固定、儲存在綠葉制造的有機物中；蚱蜢吃著鮮嫩的綠葉，能量又悄無聲息地流進蚱蜢體內(nèi)；能量在它們的體內(nèi)流轉激蕩，用于物質輸入輸出，用于生長和發(fā)育……其他的生物，其他的生命系統(tǒng)的運轉，也都是像這樣需要能量的驅動。章首頁的題圖、題詩、引言，用不同的方式，圍繞本章標題明確表述的“細胞的能量供應和利用”這一主題去創(chuàng)設情境。本章的四節(jié)內(nèi)容，則是在這一情境的烘托下，進一步圍繞著“能量供應和利用”逐步展開。理清本章架構初識概念體系·具備系統(tǒng)思維第1節(jié)降低化學反應活化能的酶第1課時酶的作用和本質學有目標——課標要求必明記在平時——核心語句必背1.通過對酶催化作用具體實例的討論，說明酶在細胞代謝中的作用及酶的本質。2.通過閱讀分析“關于酶本質的探索”的資料，認同科學是在不斷地探索和爭論中前進的，偉大的科學家也會有認識上的局限性。1.細胞代謝是細胞中化學反應的總稱，細胞代謝離不開酶。2.酶是生物催化劑，其催化作用原理是降低化學反應的活化能。3.酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，絕大多數(shù)是蛋白質，少數(shù)是RNA。【主干知識梳理】一、酶在細胞代謝中的作用1．細胞代謝(1)場所：________內(nèi)。(2)實質：各種___________的總稱。(3)意義：細胞___________的基礎。2．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_____和肝臟研磨液中_____________的作用下加速分解?；罴毎瘜W反應生命活動Fe3＋過氧化氫酶(2)實驗步驟和實驗現(xiàn)象：步驟和現(xiàn)象相同處理向4支試管中分別加入2mL__________溶液不同處理不處理放在90℃左右的水浴中加熱滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴肝臟研磨液現(xiàn)象氣泡基本無____較多______帶火星衛(wèi)生香無復燃____復燃復燃性較強__________過氧化氫少很多有復燃性很強(3)實驗結論：酶具有_____作用，同無機催化劑相比，催化效率更___。3．控制變量和對照實驗(1)自變量：人為控制的對實驗對象___________的因素叫作自變量。(2)因變量：因_________改變而變化的變量叫作因變量。(3)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______的可變因素，叫作無關變量。(4)對照實驗：除作為自變量的因素外，其余因素(無關變量)都__________，并將結果進行______的實驗叫作對照實驗。催化高進行處理自變量影響保持一致比較二、酶的作用原理和本質1．酶的作用原理(1)活化能：指分子從______轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的______狀態(tài)所需要的能量。(2)原理：同無機催化劑相比，酶_____________的作用更顯著，因而催化效率更高。(3)意義：使細胞代謝能在______條件下快速有序地進行。常態(tài)活躍降低活化能溫和2．酶的作用及本質(1)產(chǎn)生場所：________中。(2)生理作用：______作用。(3)化學本質：絕大多數(shù)是________，少數(shù)是______?；罴毎呋鞍踪|RNA【教材微點發(fā)掘】1．結合教材第78頁圖5-1及下圖分析酶的作用原理：(1)表示無酶催化時反應進行需要的活化能的是_____段。(2)表示有酶催化時反應進行所需要的活化能的是_____段。(3)酶降低的活化能是_____段。(4)若將酶變?yōu)闊o機催化劑，則B在縱軸上向____移動。(5)下表數(shù)據(jù)是在20℃測得的H2O2分解的活化能，數(shù)據(jù)說明，酶和無機催化劑相比有什么不同？提示：和無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，即催化效率更高。條件無催化劑催化FeCl3催化過氧化氫酶催化活化能/(kJ·mol－1)755429ACBCAB上2．薩姆納從刀豆種子中提取到脲酶，并證明了脲酶是蛋白質(教材第79頁“思考·討論”)。請說明驗證脲酶是蛋白質的實驗思路：______________________________________________________________________________________________________________________________。提示：向脲酶溶液和蛋白質溶液中分別加入雙縮脲試劑，若都出現(xiàn)紫色反應，則說明脲酶是蛋白質教材問題提示思考·討論1．巴斯德認為發(fā)酵與活細胞有關，是合理的；認為發(fā)酵是整個細胞而不是細胞中的某些物質在起作用，是不正確的。李比希認為引起發(fā)酵的是細胞中的某些物質，是合理的；認為這些物質只有在酵母菌細胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用，是不正確的。2．巴斯德是微生物學家，特別強調(diào)生物體或細胞的作用；李比希是化學家，傾向于從化學的角度考慮問題。他們的爭論促使后人把對酶的研究目標集中在他們爭論的焦點上，使科學研究更加有的放矢。3．畢希納的實驗說明，酵母菌細胞中的某些物質能夠在酵母菌細胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母菌細胞中一樣。4．薩姆納歷時9年，用正確的科學方法，依靠堅持不懈、百折不撓的科學精神，將酶提純出來。成功屬于不畏艱苦的人。5．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，少數(shù)酶是RNA。新知探究(一)酶在細胞代謝中的作用【探究·深化】[情境質疑]閱讀教材第77頁“探究·實踐”“比較過氧化氫在不同條件下的分解”并思考有關問題。1．從材料、用具、操作步驟及安全性等方面分析。(1)實驗時，選用新鮮的肝臟作為實驗材料的原因是什么？提示：肝臟如果不新鮮，肝細胞內(nèi)的過氧化氫酶等有機物就會在腐生菌的作用下分解，就不能促進過氧化氫分解成H2O和O2。(2)在實驗中，為什么將肝臟研磨成溶液？提示：研磨肝臟，使過氧化氫酶釋放出來，釋放出的過氧化氫酶與試管內(nèi)過氧化氫分子充分接觸，加速過氧化氫的分解。(3)在滴加肝臟研磨液和FeCl3溶液時，為什么不能共用一支吸管？提示：滴加肝臟研磨液和FeCl3溶液時，若共用一支吸管，則滴加的FeCl3溶液中會含少量肝臟研磨液，而研磨液中的過氧化氫酶具有高效性，會使兩支試管中產(chǎn)生的氣泡差別不大，不易對比觀察，從而影響實驗結果的準確性。2．從實驗過程和實驗結果分析：(1)2、3、4號三支試管都有氣泡放出，但4號試管放出的氣泡最多，說明了什么？提示：加熱、無機催化劑和酶都能促進過氧化氫的分解，提高反應速率，但是酶的催化效率更高。(2)與1號試管相比，2號試管出現(xiàn)什么不同的現(xiàn)象？這一現(xiàn)象說明了什么？提示：2號試管放出的氣泡多。這一現(xiàn)象說明加熱能促進過氧化氫的分解，提高反應速率。(3)通過對這個實驗結果的分析，你認為酶在細胞代謝中具有什么作用？提示：酶在溫和條件下，可以高效地完成對化學反應的催化，即酶具有催化化學反應的作用。[重難點撥]1．酶具有催化作用的實驗驗證思路2.酶的作用機理酶作用的實質是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，兩者的比較如圖所示。圖中各字母代表的含義：a、b、c分別代表無催化劑、使用無機催化劑、使用酶催化的化學反應過程，E1、E2、E3分別代表進行相應化學反應所需的活化能，ΔE代表使用酶后降低的活化能?！镜漕}·例析】[典例1]如圖表示“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗。有關分析合理的是(

)A．本實驗自變量是催化劑的種類B．本實驗的無關變量有溫度和過氧化氫的用量等C．1號和4號試管對比可說明酶具有催化作用D．3號和4號試管對比可說明酶具有專一性[答案]

C[解析]

本實驗的自變量是溫度和催化劑的種類；分析題圖可知，溫度是自變量，而不是無關變量，本實驗的無關變量有酶用量、過氧化氫的量等；分析題圖可知，1號與4號對照，其單一變量為是否有酶，可說明酶具有催化作用；3號和4號對照，自變量是催化劑的種類，可說明酶催化作用具有高效性。[典例2]

如圖曲線表示某化學反應在使用無機催化劑和酶催化條件下的能量變化過程。下列相關分析錯誤的是(

)A．曲線①表示在無機催化劑條件下的能量變化B．比較反應前后能量變化，可確定該反應為放能反應C．a(chǎn)與b的差值為酶催化該反應所降低的活化能D．此過程解釋了酶的催化具有高效性的原因[答案]

C[解析]

曲線①表示在無機催化劑條件下的能量變化，曲線②表示有酶催化條件下的能量變化，A正確；由曲線圖可知，反應物的能量大于生成物的能量，因此該反應為放能反應，B正確；a與b的差值為酶與無機催化劑相比降低的活化能的差值，C錯誤；此過程揭示了酶的催化作用具有高效性的原因是與無機催化劑相比，酶降低反應活化能的效果更顯著，D正確。

【應用·體驗】1．下列關于活化能的敘述，錯誤的是(

)A．分子從常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)所需要的能量B．無機催化劑、水浴加熱都可以降低化學反應的活化能C．酶可以降低化學反應的活化能D．同無機催化劑相比，酶降低活化能的作用效果更顯著解析：酶和無機催化劑均能降低化學反應的活化能，同無機催化劑相比，酶降低活化能的作用效果更顯著；水浴加熱可以給化學反應提供能量，但不能降低化學反應的活化能。答案：B

2．以下對酶的作用比喻不恰當?shù)氖?

)A．酶的作用就像給運動員把跨欄的高度降下來B．酶的作用就像給翻越高山的汽車加大油門C．酶的作用就像制取氧氣時在氯酸鉀中加了二氧化錳D．酶的作用就像高考時降低了錄取的分數(shù)線答案：B

解析：分子從常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)所需要的能量稱為活化能，如果把化學反應比作駕車翻越一座高山，“加熱、加壓”相當于給汽車加大油門，用催化劑則相當于幫司機找到穿山的隧道，即用催化劑就相當于使原來反應的“難度”降低了，因此A項和D項的比喻都是比較合理的；C項中二氧化錳起到催化劑的作用，因此這個比喻也是恰當?shù)?；給汽車加大油門相當于反應中的加熱、加壓，因此B項比喻是不恰當?shù)?。新知探?二)酶的本質【探究·深化】[情境質疑]酶是一種生物催化劑，其化學本質是什么？對此科學家們進行了不懈的研究。請完善酶研究的歷程圖。[重難點撥]1．酶的概念理解化學本質大多數(shù)是蛋白質少數(shù)是RNA合成原料氨基酸核糖核苷酸合成場所核糖體主要在細胞核來源一般活細胞均能產(chǎn)生生理功能具有生物催化作用2.證明某種酶是蛋白質的實驗思路實驗組：待測酶液＋雙縮脲試劑→是否出現(xiàn)紫色反應。對照組：已知蛋白液＋雙縮脲試劑→出現(xiàn)紫色反應。【典題·例析】[典例1]下列有關酶的敘述正確的是(

)①是有分泌功能的細胞產(chǎn)生的②有的從食物中獲得，有的在體內(nèi)轉化而來③凡是活細胞，一般都能產(chǎn)生酶④酶都是蛋白質⑤有的酶不是蛋白質⑥酶在代謝中有多種功能⑦在新陳代謝和生長發(fā)育中起調(diào)控作用⑧酶只是起催化作用A．①②⑤

B．①⑤⑧C．③⑤⑧ D．①③⑤[答案]

C[解析]

酶是由活細胞產(chǎn)生的，具有生物催化作用的有機物。就酶的化學本質而言，大多數(shù)酶是蛋白質，少數(shù)酶是RNA，④錯誤，⑤正確；就酶作用的場所而言，有胞內(nèi)酶和胞外酶，活細胞一般都能產(chǎn)生胞內(nèi)酶，①錯誤，③正確；代謝是細胞內(nèi)全部有序化學反應的總稱，在這一過程中，需要酶的催化，酶只起催化作用，沒有調(diào)控作用，⑥⑦錯誤，⑧正確；酶是由活細胞產(chǎn)生的，不能來源于食物；②錯誤。[典例2]

科學家發(fā)現(xiàn)了一種RNaseP酶，它由20%的蛋白質和80%的RNA組成。如果將這種酶中的蛋白質除去，留下來的RNA仍然具有與這種酶相同的催化活性，這一結果表明(

)A．某些RNA具有生物催化作用B．酶是由RNA和蛋白質組成的C．酶的化學本質是蛋白質D．絕大多數(shù)的酶是蛋白質，少數(shù)是RNA[答案]

A[解析]

由題可知，除去RNaseP酶中的蛋白質，留下來的RNA仍然具有與這種酶相同的催化活性，說明某些RNA也有催化作用，A正確；酶的化學本質是蛋白質或RNA，B、C錯誤；題中結果無法說明絕大多數(shù)的酶是蛋白質，少數(shù)是RNA，D錯誤?！緫谩んw驗】1．下列關于酶的敘述，正確的是(

)A．酶只有在生物體內(nèi)才能起催化作用B．酶都有消化作用C．酶既可以作為催化劑，也可以作為另一個反應的底物D．所有酶與雙縮脲試劑作用均可發(fā)生紫色反應答案：C

解析：酶雖然是由活細胞產(chǎn)生的，但它的催化作用不一定在生物體內(nèi)，只要條件適宜，在體內(nèi)外都可起催化作用。酶的催化作用表現(xiàn)在多方面，有的酶促進物質合成，有的酶促進物質分解，只有消化酶才能促進消化。酶可以作為催化劑，由于酶的成分絕大多數(shù)是蛋白質，少數(shù)是RNA，當存在蛋白酶或RNA水解酶時，酶也可以作為該催化反應的底物，被催化水解。少數(shù)酶是RNA，不能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應。2．當某種RNA存在時，生物體內(nèi)的某種化學反應能正常進行；當這種RNA被有關的酶水解后，此種化學反應立即減慢。由此可以說明(

)A．RNA是核酸的一種B．RNA有時也可稱為遺傳物質C．RNA主要存在于細胞質中D．RNA也可作為生物催化劑答案：D

解析：RNA被有關的酶水解后，化學反應立即減慢，說明該RNA屬于酶，可催化此反應的進行，即RNA也具有催化作用，故D正確。A、B、C三項從內(nèi)容上講均是正確的說法，但無法從題干信息中得出這些結論，故三項均不符合題意?？茖W探究——控制變量和設計對照實驗1．教材中“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗變量分析自變量因變量無關變量對照組實驗組2號：水浴加熱；3號：加FeCl3溶液；4號：加肝臟研磨液過氧化氫分解速率反應物的濃度；反應時間；實驗室的溫度；FeCl3溶液濃度和肝臟研磨液的新鮮程度等1號試管2、3、4號試管2.控制變量的科學方法3．對照實驗的類型和對照組、實驗組的判斷(1)空白對照。設置兩組實驗，其中施加實驗變量(要研究的因素)處理的為實驗組，常態(tài)或未施加實驗變量(要研究的因素)處理的為對照組。自變量為實驗變量的有無。一般驗證性實驗采用空白對照。(2)相互對照。設置三組以上的實驗，每一組既作為實驗組，同時又是其他組的對照。自變量為實驗變量的不同量度(或類別)。一般“探究××最適(佳)條件”的實驗采用相互對照。(3)自身對照。實驗組、對照組在同一實驗對象上進行，即實驗處理前的為對照組，處理后的為實驗組，自變量為實驗變量的處理與否，如“探究植物細胞的吸水和失水”實驗。(4)條件對照。增設了與實驗變量無關的一組實驗。常結合空白對照進行，具有反證或加強作用。如“驗證甲狀腺激素促進幼小動物發(fā)育”的實驗中：以蝌蚪為實驗材料，甲組(實驗組)飼喂甲狀腺激素；乙組(條件對照組)飼喂甲狀腺抑制劑；丙組(空白對照組)對蝌蚪不做任何處理。通過比較、對照更能充分說明實驗變量——甲狀腺激素有促進動物生長發(fā)育的作用。條件對照的目的是通過對比得出相對立的結論，以驗證實驗結論的正確性?！舅仞B(yǎng)評價】1．關于生物學實驗中的變量，下列說法錯誤的是(

)A．任何生物學實驗中都需要設置變量B．對照實驗中應遵循單一變量原則C．對照實驗中一定存在自變量D．無關變量并不是與實驗結果沒有關系答案：A

解析：只有對照實驗中才需設置變量，純粹的觀察實驗(如用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質的流動)則無須設置變量。2．在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗中，對實驗的處理如表所示。試管組別實驗處理加入3%過氧化氫/mL溫度加入試劑試管12常溫—試管2290℃—試管32常溫2滴3.5%Fe