高中生物 第五章 细胞的能量供应和利用 第1节 降低化学反应活化能的酶课件 新人教版必修1 (2).ppt

第五章 细胞的能量供应和利用 汽车的行驶 轮船的开动 飞机的飞行都需要燃料的燃烧提供能量 同样 细胞作为一个基本的生命系统 也需要源源不断地输入能量 用于有机物的合成 肌细胞的收缩 主动运输等多项生命活动 只有保证能量的输入 细胞才能维持生命活动的有序性 那么 外界的能量如何输入细胞 又如何被细胞利用 这就是我们在本章所要探索的问题 趣味导学 本章我们将重点学习酶的本质和特性 atp的产生和利用 细胞呼吸和光合作用的场所 过程及影响因素等 由于细胞呼吸和光合作用是高考命题的焦点 学习时应予以充分的重视 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 通过控制自变量 观察和检测因变量的变化 并学会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 本章概述 1 通过实验 理解酶的化学本质 酶的特性和影响酶活性的因素 2 结合前面学习的有关糖类的知识 综合理解生物体内的能源物质 3 以整个生物界能量的吸收和利用为线索 理解细胞呼吸和光合作用的意义 通过流程图 识记光合作用和细胞呼吸的过程 4 联系初中所学习的知识进行理解 初中阶段我们学习了消化酶 绿色开花植物的呼吸作用 以及人体内的能量来自细胞中有机物的氧化分解等基础知识 观察了光合作用放氧的演示实验 并学习了光合作用及其在农业生产上的应用等基础知识 如果能回想起这些知识 对本章的学习将会有很大的帮助 学法指导 第1节降低化学反应活化能的酶 自主学习 2 实验 比较过氧化氢在不同条件下的分解 1 实验原理 h2o2在 和肝脏研磨液中 的作用下加速分解 细胞中 化学反应 细胞生命活动 水浴加热 fecl3溶液 过氧化氢酶 2 实验步骤 2ml过氧化氢溶液 90 水浴 2滴 肝脏研磨液 气泡数量 燃烧程度 3 实验结果 4 实验结论 在常温常压下 可以高效地完成对化学反应的 4号试管产生的气泡最多 卫生香燃烧猛烈 酶 催化 二 酶的本质和作用原理1 判断下列有关酶本质的描述 1 酶只能在活细胞中合成 2 所有的酶都是蛋白质 3 任何细胞内的rna都可以起催化作用 2 作用原理 1 活化能 分子从 转变为容易发生化学反应的 状态所需要的能量 2 作用机制 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 结果 由于酶的催化作用 细胞代谢才能在温和条件下 进行 常态 活跃 活化能 快速 无机催化剂 细胞代谢 一种或一类 细胞代谢 3 温度和ph对酶活性影响及曲线 1 温度对酶活性的影响及曲线 t0表示酶促反应的 此时酶活性 温度 酶活性降低 温度 酶会失活 最适温度 最高 偏高或偏低 过高 2 ph对酶活性的影响及曲线 p表示酶促反应的 此时酶活性 ph 酶活性降低 ph 酶会失活 最适ph 最高 偏高或偏低 过高或过低 1 我们吃芹菜时 无论咀嚼多长时间 都感觉不到甜 而吃馒头时 咀嚼时间长了就会有甜味 你知道是什么原因吗 提示 芹菜中含大量纤维素 馒头中主要成分为淀粉 人的唾液中含淀粉酶而不含纤维素酶 而酶具有专一性 淀粉酶可将淀粉分解为具有甜味的麦芽糖 却不能将纤维素分解 思考 2 酶是否只能在活细胞内起作用 举例说明 提示 不是 酶既可以在细胞内起作用 也可以在细胞外起作用 如消化酶等 3 人体口腔内的唾液淀粉酶进入胃之后还能继续发挥作用吗 为什么 提示 不能 因为胃内ph很低 导致唾液淀粉酶失活 1 酶既可以作为催化剂 也可以作为另一个反应的底物 2 酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸 3 酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率 4 酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质 酶的催化作用既可发生在细胞内 也可以发生在细胞外 5 在测定胃蛋白酶活性时 将溶液的ph由10降到2的过程中 胃蛋白酶的活性将逐渐增强 判断题 6 酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸 7 高温 低温都可使酶活性降低 二者的作用实质不同 8 在做温度影响酶的活性的实验中 若某两支试管的反应速率相同 在其他条件均相同的条件下 可判断这两支试管所处的环境温度也一定是相同的 9 如果以淀粉为底物 以淀粉酶为催化剂探究温度影响酶活性的实验 则酶促反应的速率既可以通过碘液检测淀粉的分解速率 也可以通过斐林试剂检测淀粉水解产物的生成速率 10 每一种酶只能催化一种或一类化学反应 新知解读 1 酶的概念和作用机理 1 酶的概念理解 知识点1酶的作用和本质 2 酶的作用机理 分析可知 e1这一部分的活化能是指酶所降低的能量 e2这一部分的能量是指酶促反应过程中所需能量 e1 e2 e这一部分的能量是反应所需总能量 是指无酶催化的时候 分子从常态转变成活跃状态所需的能量 即反应活化能 2 比较过氧化氢在不同条件下的分解 实验分析 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 说明加热能促进过氧化氢的分解 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 在做有关酶的实验时 必须根据实验目的确定自变量 平衡无关变量 遵循对照原则和单一变量原则 然后才能观察到科学有效的实验现象 比较因变量 得出正确的结论 知识贴士 某同学设计了如下实验 下列叙述正确的是 典题1 d a 本实验的自变量是催化剂的有无b 本实验的原理是酶能降低化学反应的活化能c 最终试管1中溶液颜色较深d 若肝脏研磨液不新鲜 可导致两组试管卫生香的复燃程度相同 解析 本实验探究的是酶的高效性 自变量是催化剂的种类而不是有无 比较的是过氧化氢酶与无机盐的催化效率 a错误 本实验的原理是催化能力越强 过氧化氢分解产生的氧气越多 带火星的卫星香检测 燃烧程度可以判断出氧气产生的多少 b错误 本实验不涉及颜色比较 如果选用的肝脏不新鲜 有可能导致过氧化氢酶失去作用 从而使两组试管卫生香的复燃程度相同 d正确 变式训练1 为了认识酶作用的特性 以20 过氧化氢溶液为底物进行了一组实验 结果如下表所示 从表中不能得到的结论是 c a 从催化反应条件看 酶有温和性b 从催化活性看 高温使酶失活c 从催化底物范围看 酶有专一性d 从催化反应效率看 酶有高效性 解析 从实验3和实验4对照 可以得出结论 酶发挥作用需要适宜的温度 高温能够使酶失去活性 故a b正确 从实验1 2和3进行对照可以得出结论 酶具有高效性 故d正确 由于本实验不能证明酶的专一性 故c错误 1 酶的特性 1 高效性 催化效率很高 使得反应速率很快 2 专一性 每一种酶只能催化一种或一类化学反应 3 反应条件的温和性 酶促反应在常温 常压 适宜ph条件下进行 过酸 过碱或高温都能使酶变性失去活性 知识点2酶的特性及实验验证 由于酶具有专一性 而细胞内的化学反应极其繁多 不同的反应需要不同的酶来催化 这说明酶具有多样性 实验中温度和ph的控制在设计酶需要适宜的温度和ph的实验中 每一组实验都必须事先将底物 酶液分别处理到各自所需要控制的温度和ph 使反应一开始便达到预设温度和ph 减小实验误差 若先将底物与酶液混合后再控制温度和ph 则会由于酶的高效性 导致酶促反应在达到所控温度和ph条件前发生 知识贴士 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 稳定性和多样性 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 典题2 b 变式训练2 为了探究口腔的分泌液中是否有蛋白酶 某学生设计了两组实验 如下图所示 在37 水浴中保温一段时间后 1 2中加入适量双缩脲试剂 3 4中不加任何试剂 下列实验能达到目的的是 a a 实验 b 实验 c 实验 实验 都能d 实验 实验 都不能 解析 双缩脲试剂检测的是蛋白质 蛋白酶也是蛋白质 故本题无法从化学特性上达到目的 只有考虑物理特性 如蛋白块的变小或消失 指点迷津 与酶有关的曲线解读1 酶高效性的曲线 如图中甲 1 催化剂可加快化学反应速率 与无机催化剂相比 酶的催化效率更高 2 酶只能缩短达到化学反应平衡点所需的时间 不会改变化学反应的平衡点 3 酶只能催化已存在的化学反应 2 酶专一性的曲线 如图中乙 1 在a反应物中加入酶a 反应速率较未加酶时明显加快 说明酶a催化a反应物参加的反应 2 在a反应物中加入酶b 反应速率和未加酶时相同 说明酶b不催化a反应物参加的反应 3 影响酶活性的曲线 如图 1 在一定条件下 酶活性最大时的温度 或ph 称为该酶的最适温度 或ph 2 在一定温度 或ph 范围内 随温度 或ph 的升高 酶的活性增强 当温度 或ph 升高到一定限度时 酶活性会随温度 或ph 的升高而减弱 3 过酸 过碱 高温会破坏酶的空间结构 导致酶永久失活 而低温时酶的活性降低 不会失活 4 酶和反应物的浓度与反应速率的关系曲线 如图 1 反应速率与酶浓度的关系 在反应物充足 其他条件均适宜的情况下 反应速率与酶浓度成正比 如图中甲 2 反应速率与反应物浓度的关系 在酶量一定的条件下 在一定范围内 反应速率会随着反应物浓度的增加而增大 但当反应物浓度达到一定值后 由于受酶数量或酶活性的限制 反应速率不再增大 如图中乙 5 反应时间对酶促反应速率的影响 如图 1 甲 乙 丙三图中的时间t0 t1 和t2是一致的 2 随着反应的进行 反应物因被消耗而减少 生成物因生成而增多 3 t0 t1段 因为反应物较充足 所以反应速率较快 反应物消耗较快 生成物生成速度较快 t1 t2段 因为反应物的量减少 所以反应速率降低 反应物消耗较慢 生成物生成速率较慢 t2时 反应物被耗尽 生成物也不再增加 此时反应速率为0 典题3 ac 解析 本题考查温度和ph对酶活性的影响及解读曲线的能力 分析曲线可知 当温度为35 ph为8时 酶促反应速率相对较快 当温度为35 ph大于或小于8时 酶促反应速率均下降 所以该酶的最适温度为35 左右 最适ph为8 当ph为8时 不同温度下酶促反应速率不同 此时温度是影响酶促反应速率的主要因素 在一定范围内 随ph的升高或降低 该酶催化反应的最适温度均为35 左右 当ph过高或过低时 不同温度下的反应速率可能相同 此时温度已不再是酶促反应速率的影响因素 核心素养 探究点评价性实验的解题思路 探究影响酶活性的因素 某班同学进行了探究影响酶活性的因素的实验 1 某同学设计了如下实验方案和步骤 取3支大小相同的试管 编号为甲 乙 丙 分别向3支试管中加入3ml糨糊 再各加入2ml新鲜的唾液淀粉酶溶液 振荡后 将甲 乙 丙3支试管分别置于0 35 100 下约5min 取出试管 各加入2ml斐林试剂 边加边振荡 50 65 水浴条件下观察试管内颜色的变化 同一小组的同学对此实验设计进行了简要评价 其中正确的是 实验步骤不正确 温度设置不合理 不能用斐林试剂检验 案例 和 2 某小组同学对过氧化氢酶的活性是否受ph影响的问题很感兴趣 并设计了实验操作步骤 向甲 乙试管内各加入2ml新配制的体积分数为3 的过氧化氢溶液 向甲试管内加入1ml质量分数为5 的盐酸 向乙试管内加入1ml质量分数为5 的氢氧化钠溶液 向甲 乙试管内各加入2滴新鲜的质量分数为20 的猪肝研磨液 观察试管中发生的变化 a 小组讨论1 是本实验的因变量 可观测到的指标是 b 小组讨论2 操作步骤中存在缺陷 应该 c 小组讨论3 若按改进后的方案进行实验 可能出现的实验结果和结论是 过氧化氢分解速率 试管中产生的气泡数量 增加丙试管 在第 步中 加入1ml蒸馏水 其他操作与甲 乙试管相同 甲 乙两试管中产生的气泡数量少 丙试管中产生的气泡数量多 则过氧化氢酶的活性受ph影响 甲 乙 丙3支试管中产生气泡的情况基本一样 则过氧化氢酶的活性不受ph影响 方法警示 1 得分要点 1 答案唯一 只能是 和 2 a 因变量必须体现能表示过氧化氢分解速率的内容 如 过氧化氢分解速率 或 o2产生速率 观察指标与气泡产生的速率和多少有关 b 不能是指出缺陷 必须是改正 即 增设加蒸馏水的对照组 2 错因案例 1 只答为 2 b 答为 设置对照组 技法提炼 1 评价性实验题的解题技巧 一看有无设置对照实验 对照组一般不做特殊处理 实验 2 中甲 乙两试管分别加入盐酸和氢氧化钠 缺少空白对照 应再设置一组不加酸或碱液 只加蒸馏水的对照组 二看步骤顺序是否合理 实验 1 是探究温度对酶活性的影响 而在进行不同温度处理之前已将淀粉和淀粉酶混合 应先对淀粉和淀粉酶做同温处理后再混合 三看试剂材料选择是否恰当 实验 1 中不能选用斐林试剂检验 因为斐林试剂检验还原糖需要加热 改变了实验的自变量 四看实验条件是否满足 实验的温度 光照等条件是否合理 是否需要搅拌 加热等 2 实验变量的确定与控制 自变量是实验中由实验者操纵的因素或条件 如实验 1 中的温度和实验 2 中的ph 因变量是自变量所引起的结果或结论 如实验 1 中淀粉水解程度 实验 2 中过氧化氢的分解速率 无关变量是除实验变量以外的影响实验结果与现象的因素或条件 实验中应操纵自变量 控制无关变量 检测因变量 问题释疑 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