辽宁省沈阳市高中生物第五章细胞的能量供应和利用5.1细胞的能量供用和利用课件新人教版必修1.ppt

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12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。44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1071013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40C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)23min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37C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1071013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，超出了酶的最适温度，使酶的活性降低，故使人的消化活动减弱，从而使人不思饮食。,探究原理淀粉遇碘后，形成蓝色的复合物。淀粉酶可以使淀粉水解成麦芽糖，麦芽糖遇碘后，不形成蓝色的复合物。麦芽糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应，生成砖红色的氧化亚铜沉淀。,目的要求1初步学会探索影响酶活性条件的方法。2探索淀粉酶在不同温度和pH下催化淀粉水解的情况。材料用具质量分数为2%的新鲜淀粉酶溶液。试管，量筒，小烧杯，大烧杯，滴管，试管夹，酒精灯，三脚架，石棉网，温度计，火柴。质量分数为3%的可溶性淀粉溶液，质量分数为5%的盐酸，质量分数为5%的氢氧化钠溶液，热水，蒸馏水，冰块，碘液，斐林试剂。,方法步骤(一)温度对酶活性的影响1取3支洁净的试管，编上号，并且分别注入2mL可溶性淀粉溶液。2将3支试管分别放入60C左右的热水、沸水和冰块中，维持各自的温度5min。3向3支试管中各注入1mL新鲜的淀粉酶溶液，摇匀后，维持各自的温度5min。4向3支试管中各滴入1滴碘液，然后摇匀。5观察并记录这3支试管中溶液颜色的变化情况。,(二)pH对酶活性的影响1取3支洁净的试管，编上号，并且分别按下表中序号1至序号5的要求操作。,2.振荡这3支试管，使试管内的液体混合均匀。然后，将3支试管的下半部浸到60C左右的热水中，保温5min。3向3支试管中加入2mL斐林试剂(边加斐林试剂，边轻轻振荡试管，以便使试管内的物质混合均匀)。4将3支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中，用酒精灯加热，煮沸1min。5观察这3支试管中溶液颜色的变化情况，观察、记录实验结果。,探究小结酶催化效率的高低，又称为酶的活性。酶的活性与温度和pH有着密切的关系。酶在适宜温度条件下催化活性较高，在不适宜的条件下活性较低，或者说在一定温度范围内，酶的活性随温度升高而增大，在某一温度下酶的催化作用最大，则此温度就称为酶作用的最适温度。当温度超过最适温度后，酶活性随温度的升高而降低。酶活性受环境的pH的影响也很大，在一定pH时，酶活性最大，此pH称为酶的最适pH。各种酶的最适pH不同，但多数在中性、弱酸或弱碱性的范围内。动物体内酶的最适pH多在6.58.0左右，但也有例外，如胃蛋白酶的最适pH为1.52.2，精氨酸酶的为9.8左右。,注意：不适宜的温度和pH影响酶活性的原因：过酸、过碱或高温，都能使酶的分子结构遭到破坏而失去活性。因为酶的化学本质是蛋白质或RNA，这些大分子有机物都有其特定的空间结构，当环境的pH和温度过高或过低时，这些有机物的空间结构就会发生改变，从而使酶的活性降低甚至失去活性。,3下列关于酶的叙述中，不正确的是()A酶是具有催化能力的蛋白质或RNAB酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物C食物的消化过程需要酶催化，而细胞内的其他化学反应不需要酶催化D绝大多数的酶是蛋白质，少数酶是RNA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。生物的新陈代谢由一系列的化学反应组成，其中的每一个化学反应都是由酶来催化的，所以说新陈代谢离不开酶。答案：C,新采摘的玉米果穗具有甜味，但放置一段时间后甜味便降低；如果采摘后放在沸水里浸泡一段时间再存放，甜味可保留时间长一些。请回答：(1)放一段时间后甜味降低的原因是_。(2)沸水浸泡一段时间后再保存，甜味可保留较长时间的原因是_。(3)通过上述实验，可以证明_。,答案：(1)二糖被分解(2)高温使水解二糖的酶失去活性(3)酶的催化作用受温度影响，温度过高可使酶失去活性解析：甜味的存在说明玉米果穗中含有二糖，一段时间后甜味降低，原因是二糖在酶的催化作用下分解。如果采摘后放在沸水中浸泡一段时间，甜味能保留较长一段时间，其原因是沸水使分解二糖的酶失去活性。,(1)共性用量少而催化效率高酶与一般催化剂一样，虽然在细胞中的相对含量很低，却能使一个慢速反应变为快速反应。反应前后酶的性质和数量均没有变化和一般催化剂一样，酶仅能改变化学反应的速度，并不能改变化学反应的平衡点。酶本身在反应前后不发生变化。,可降低反应的活化能催化剂，包括酶在内，能降低化学反应的活化能，如下图所示，由于在催化反应中，只需较少的能量就可使反应物进入“活化态”，所以和非催化反应相比，活化分子的数量大大增加，从而加快了反应速度。例如，H2O2的分解，当没有催化剂时需活化能18000卡/克分子，用胶态钯作催化剂时，只需活化能11170卡/克分子，而当用过氧化氢酶催化时，活化能下降到2000卡/克分子以下。,(2)酶作为生物催化剂的特性催化效率高，即高效性；高度的专一性；酶的作用条件较温和。一般催化剂在一定条件下会因中毒而失去催化能力，而酶较其他催化剂更加脆弱，更易失去活性。强酸、强碱、高温等条件都能使酶破坏而完全失去活性。所以酶作用一般都要求比较温和的条件，如常温、常压、接近中性的酸碱度等。,(1)酶催化速率的表示方法：单位时间内底物的减少量或产物的生成量。(2)影响酶促反应的因素的研究方法：以所要研究的因素为自变量，其余因素为无关变量，严格控制后者不变，操纵前者并观察结果(因变量)，此即单因子变量原则，如研究温度对酶活性的影响时，除温度为自变量外，其他实验因素都为无关变量。实验过程中，对无关变量都应控制相同。另外，在设计实验研究影响酶活性的因素时，还应设计对照实验。,(3)影响酶催化速率的因素酶浓度的影响：在有足够底物而又不受其他因素影响的情况下，则酶促反应速率与酶浓度成正比，如右图。,底物浓度的影响：当酶浓度、温度和pH恒定时，在底物浓度很低的范围内，反应速率与底物浓度近乎成正比；当底物浓度达到一定限度时，所有的酶全部与底物结合，反应速率达到最大，此时，即使再增加底物也不能使反应速率再增加，如下图。,温度的影响：酶促反应在一定温度范围内，反应速率随温度升高而升高，其中反应速率最快时的温度，即为该种酶的最适温度。若超过最适温度，酶促反应速率即逐渐下降，甚至停止(此时酶已变性失活)，如下图。,特别提醒：高温使酶变性后失去活性。低温时，酶不失活，只是活性较低，升高温度后，活性逐渐提高。pH的影响：每种酶只能在一定限度的pH范围内表现出活性，其中酶活性最强时的pH，即为该酶的最适pH，如下图。,特别提醒：在过酸或过碱环境中，酶均失去活性而不能再恢复，一定不能理解为在过低pH时活性较低，pH升高后，酶活性也逐渐得以发挥(这一点与酶活性受温度的影响不同)。,一般洗衣粉不易清除衣物上的奶渍，但生物活性洗衣粉可以。一生物活性洗衣粉盒上印有以下资料，但部分内容模糊不清。,成分蛋白酶0.2%清洁剂15%用法洗涤前先将衣物浸于加有适量洗衣粉的水内一段时间使用温水效果最佳切勿用60以上的热水注意：切勿用于丝质及羊毛衣料用后须彻底清洗双手,某同学为了探究该洗衣粉的性质和用法，进行了有关实验，实验结果如下表所示，请你根据所学知识回答：,(1)为什么该生物活性洗衣粉易清除衣物上的奶渍？_(2)为什么洗涤