2020版高中生物 第五章 细胞的能量供应和利用 1 降低化学反应活化能的酶课件 新人教版必修1

●整体感知本章比较详细地讲述了酶和ATP在新陈代谢中的作用，植物、动物和人体内新陈代谢的主要过程和特点，本章共分四节。第1节《降低化学反应活化能的酶》，主要讲述了酶的概念、作用原理和特征。第2节《细胞的能量“通货”——ATP》，主要讲述了ATP的生理功能、ATP的分子简式、ATP与ADP的相互转化和ATP的形成途径。第3节《ATP的主要来源——细胞呼吸》是本章的重点内容之一，主要从有氧呼吸、无氧呼吸和细胞呼吸原理的应用这三个方面，介绍了有关细胞呼吸的基础知识。第4节《能量之源——光与光合作用》主要介绍了光合作用的发现过程、叶绿体和其中的色素、光合作用的过程、光合作用的重要意义以及植物栽培与光能的合理利用。最后，通过《本章小结》对全章的内容进行了概括性总结。●考点聚焦本章的重点主要有光合作用、细胞呼吸和有关酶的知识，此外，课本中的基础知识与生产生活实际相结合的题目也占一定的比例，如植物的光合作用与细胞呼吸的关系等。从考点内容来看，本章的每个知识点均有考查的可能。其中光合作用和细胞呼吸则是考试命题的焦点，有着不容忽视的重要地位。从考查角度上看，多围绕光合作用和细胞呼吸的过程展开，通过考查两项生理过程生成的产物，限制两种生理过程的条件，以及光合作用与细胞呼吸的关系等进行全方位考查。此外，影响酶活性多以图表式考察，且有比例增大趋势。●方法指导本章有较多的实验和探究活动，在设计和实施时，应善于鉴别自变量和因变量，控制自变量，观察和检测因变量的变化，并设置对照组和重复实验，这些都是基本的科学方法。在提取、分离、检测一些物质时，既要理解原理，又要掌握基本的操作技能。在理解和掌握本章基础知识的基础上，应做一定量的练习题以达到巩固提高的目的。第1节降低化学反应活化能的酶1．知识：(1)了解细胞代谢的概念；(2)掌握酶在细胞代谢中的作用；(3)了解活化能的概念；(4)理解酶的本质和特性；(5)掌握影响酶活性的因素。2．情感态度与价值观：(1)通过学习“酶的发现”的实验设计，创造性地解决科学难题，培养学生创造性思维；(2)通过学习“关于酶本质的探索”的实验，培养学生实事求是的科学态度。3．能力：进行有关的实验和探究，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验。4．重点与难点：(1)酶的作用、本质和特性；(2)酶降低化学反应活化能的原理；(3)控制变量的科学方法。(一)问题探讨1．这个实验要解决的问题是：鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化？2．是胃内的化学物质将肉块分解了。3．提示：收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。(二)实验1．2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。2．不能。3．说明FeCl3中的Fe3＋和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。4．4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。(三)资料分析1．巴斯德认为发酵与活细胞有关是合理的，但是认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用是不正确的；李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质是合理的，但是认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用是不正确的。2．提示：巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。3．毕希纳的实验说明，酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。4．萨姆纳历时9年用正确的科学方法，坚持不懈、百折不挠的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。(四)旁栏思考题绝大多数酶是蛋白质，强酸、强碱、高温等剧烈条件都会影响到蛋白质的结构，所以酶比较“娇气”。一、酶在细胞代谢中的作用1．细胞代谢：细胞中每时每刻进行着的许多________，是细胞生命活动的基础。2．酶的作用：通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，可以说明酶在细胞代谢中具有________作用，同时还证明了酶与无机催化剂相比，具有________的特性。3．酶的作用机理：降低化学反应的________。二、酶的本质1．酶的本质：酶是________产生的具有催化功能的有机物，其中绝大多数酶是________，少数酶是________。2．酶的特性：(1)________：酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013的倍。(2)专一性：一种酶只能催化________化学反应。(3)酶的作用条件较温和：酶所催化的化学反应一般是在________的条件下进行的，过酸、过碱或温度过高，都会使酶的________遭到破坏，使酶永久失活；而在低温下，酶的活性________，但不会失活。答案：一、1.化学反应2.催化高效3.活化能二、1.活细胞蛋白质核酸2．(1)高效性(2)一类(一种)(3)温和空间结构受到抑制1.酶在细胞代谢中的作用概括的说，酶是一种生物催化剂，它可以使原本较难发生的化学反应在生物体内温和的条件下，快速、高效地进行，这些反应一方面为生命活动提供必需的物质，一方面化解代谢产生的有毒物质。实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解目的要求通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用和意义。实验原理过氧化氢(H2O2)在一定催化剂的作用下，可以分解为水和氧气。Fe3＋和动物肝脏中的过氧化氢酶都能催化这一化学反应的进行，但催化效率是不同的。通过这两种不同的催化剂对同一化学反应速度的影响，可以比较无机催化剂和酶催化效率的大小，从而证明酶的催化作用具有高效性的特点。新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。经计算，质量分数为3.5%的FeCl3溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3＋数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。材料用具新鲜的质量分数为20%的肝脏(如猪肝、鸡肝)研磨液。量筒，试管，滴管，试管架，卫生香，火柴，酒精灯，试管夹，大烧杯，三脚架，石棉网，温度计。新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液，质量分数为3.5%的FeCl3溶液。方法步骤(1)取4支洁净的试管，分别编上序号1、2、3、4，向各试管内加入2mL过氧化氢溶液，按序号依次放置在试管架上。(2)将2号试管放在40°C左右的水浴中加热，观察，看气泡冒出的情况，并与1号试管作比较。(3)向3号试管内滴入2滴FeCl3溶液，向4号试管内滴入2滴肝脏研磨液，仔细观察，看哪支试管产生的气泡多。(4)2～3min后，将点燃的卫生香分别放入这两支试管内液面的上方，观察哪支试管中的卫生香燃烧猛烈。讨论(1)与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？2号试管有大量气泡产生；说明过氧化氢酶的催化效率更高。(2)在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？不能。(3)3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？过氧化氢(H2O2)在一定催化剂和较温和的条件下，就可以被分解。(4)3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？4号试管的反应速率比3号试管快。说明过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求。结论从以上实验中可以看出，4号试管最先产生气泡，并且产生的气泡多。由于放出的气泡是过氧化氢分解产生的氧气，所以4号试管中的卫生香燃烧得更猛烈，由此可以证明，与无机催化剂Fe3＋相比，过氧化氢酶的催化效率要高得多。也就是说，酶的催化作用具有高效性的特点。事实上，酶的催化效率是无机催化剂的107倍～1013倍。控制变量实验过程中可以变化的因素称为变量。其中人为改变的变量称做自变量，上述实验中氯化铁溶液和肝脏研磨液，都属于自变量，随着自变量的变化而变化的变量称做因变量，上述实验中酶的活性(以过氧化氢分解速率来表示)就是因变量。除自变量外，实验过程中可能还存在一些可变因素，会对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。除一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。上述实验中只有催化剂是改变的，其余因素(如反应物的性质和浓度)都没有变化。对照实验一般要设置对照组和实验组，上述实验中的1号试管就是对照组，2号、3号和4号试管是实验组。在对照实验中，除了要观察的变量外，其他变量都应当始终保持相同。2．酶的本质关于酶本质的研究，科学家们经历了大约一百多年的时间(具体参见课本的“资料分析”)，现在普遍认为：绝大多数酶的化学成分是蛋白质，有极少数酶的成份是RNA。1将乳清蛋白、淀粉、胃蛋白酶、唾液淀粉酶和适量水混合装入一容器内，调整pH至2.0，保存于37°C的水浴锅内。过一段时间后，容器内剩余的物质是()A．淀粉、胃蛋白酶、多肽、水B．唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水C．唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水D．唾液淀粉酶、麦芽糖、胃蛋白酶、多肽、水解析：酶的催化作用具有专一性，即胃蛋白酶只能催化蛋白质的水解，唾液淀粉酶只能催化淀粉的水解；酶的催化作用还需要适宜的温度和pH。在本题中容器的pH为2.0，是胃蛋白酶的最适pH，所以容器内的乳清蛋白被分解成多肽。由于唾液淀粉酶的最适pH为6.8，所以容器内的唾液淀粉酶在pH是2.0的环境中已失去催化活性，淀粉也就不能水解。另外，酶的作用是使化学反应迅速进行，而本身并不发生变化，所以容器内的酶在反应前后是不变的。特别要注意的是，唾液淀粉酶是一种蛋白质，它也能被胃蛋白酶水解成多肽，因此，容器内剩余物中没有唾液淀粉酶。答案：A能使唾液淀粉酶水解的酶是()A．淀粉酶B．脂肪酶C．蛋白酶D．肽酶答案：C解析：大多数酶是有催化能力的一类特殊蛋白质。水解蛋白质必须用蛋白酶，因为酶具有专一性的特性。酶的催化特性与无机催化剂不同，具体表现如下：1．酶具有高效性通过学习，我们已经知道酶具有高效性。大量的实验数据表明，酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍。2．酶具有专一性每一种酶只能催化一种或一类化学反应。这就像一把钥匙开一把锁一样。细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的专一性是分不开的。酶对它所作用的底物有着严格的选择，它只能催化一定结构或者一些结构近似的化合物，使这些化合物发生生物化学反应。现在一般认为酶和底物的这种选择关系是酶在受到底物诱导后产生的。这种方式就如同一只手伸进手套之后，才诱导手套的形状发生变化一样。底物一旦结合上去，就能诱导酶蛋白的构象发生相应的变化，从而使酶和底物契合而形成酶—底物络合物，这就是“诱导契合学说”。后来，科学家以羧肽酶等进行了X射线衍射研究，研究的结果有力地支持了这个学说。3．酶作用条件的温和性加热促使过氧化氢分解，是因为加热使过氧化氢分子得到能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。Fe3＋和过氧化氢酶促使过氧化氢分解，但它们并未供给过氧化氢能量，而是降低了过氧化氢分解反应的活化能。如果把化学反应比做驾车翻越一座高山，加热、加压相当于给汽车加大油门，用催化剂则相当于帮司机找到一条穿山隧道。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。正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速进行。2一份淀粉酶能使一百万份淀粉水解成麦芽糖，而对麦芽糖的水解却不起作用。这种现象说明酶具有()A．高效性和多样性B．高效性和专一性C．专一性和多样性D．稳定性和多性样解析：淀粉酶与淀粉的比例为1:1000000，这足以体现其高效性；而对麦芽糖不起作用，又体现了它的专一性。答案：B人在发高烧时，常常不思饮食，其根本原因是()A．消化道内的食物没有消化B．发烧使胃肠蠕动减慢C．代谢活动排出受阻D．酶的活性减弱答案：D解析：人在发高烧时，由于体温升高，超