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第5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【教学目标】1.通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验引导学生分析出酶在代谢中的作用,并指导学生学会分析实验中的自变量、因变量、无关变量,使学生形成“酶能够显著降低化学反应所需的活化能”的自然观。[生命观念、科学思维、科学探究]2.通过“关于酶本质的探索”的资料分析,引导学生运用归纳与概括、批判性思维的方法,认识酶的本质,认同科学是在不断的探索和争论中前进。[科学思维、科学探究、社会责任]自主学习读教材·学基础一、酶在细胞代谢中的作用请仔细阅读教材第78~80页,完成下面的问题。1.细胞代谢(1)场所:细胞中。(2)实质:各种的总称。(3)意义:细胞生命活动的。化学反应基础2.比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验原理2H2O22H2O+O2↑。(2)实验步骤编号步骤1234相同处理向4支试管中分别加入H2O2溶液,并放在试管架上不同处理不处理放入90℃左右的.中加热滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴观察试管内产生的气泡数量试管内卫生香燃烧程度2mL水浴肝脏研磨液(3)实验结果通过观察教材图示可知结果:4号试管内产生的气泡最多,卫生香。(4)实验结论酶具有作用;同无机催化剂相比,催化效率。(5)对照实验①含义:除了一个因素以外,其余因素都的实验。②原则:除了外,其他变量都应当。燃烧猛烈催化更高保持不变要观察的变量始终保持相同合作探究一1.请你思考本实验的自变量是什么?因变量是什么?观察指标是什么？有哪些无关变量？2.本实验中哪些可以形成对照实验？3.通过本实验,你能总结出实验设计应遵循的原则有哪些吗?自主学习二1.活化能是指什么？2.酶的作用机理是什么？3.意义:二、酶的本质请仔细阅读教材第80~82页,完成下面的问题。1.酶本质的探索2.酶的概念化学本质酶是细胞产生的具有作用的绝大多数是少数是合成原料氨基酸合成场所细胞核(真核生物)来源一般来说,活细胞都能产生酶生理功能生物催化剂活催化有机物蛋白质RNA核糖核苷酸核糖体〚思考〛生物体内所有的活细胞都能产生酶吗?构成酶的基本单位是什么?提示:都能产生酶。氨基酸或核糖核苷酸。1.实验设计及现象分析2.实验中的问题剖析(1)实验中为什么要选用新鲜的肝脏并进行充分的研磨?提示:新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶,如果肝脏不新鲜,在微生物的作用下,过氧化氢酶可能被分解。另外,肝脏一定要充分研磨,以保证肝细胞破裂。否则,过氧化氢酶没有完全从细胞中释放出来,可能会影响实验效果。(2)滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时为什么不能共用一个滴管?提示:若共用一个滴管,滴加的FeCl3溶液中会含有少量的肝脏研磨液,而研磨液中的H2O2酶的催化效率特别高,会使两支试管中产生的气泡一样多,从而影响实验结果的准确性。【典例1】下表是验证酶的催化特性的几组对比实验,其中,1~4号试管控制的温度、投入物品及产生的现象如表所示,请回答:操作试管1号2号3号4号H2O2溶液(mL)2222FeCl3溶液(滴)——2—鲜肝脏研磨液(滴)—2—2蒸馏水(滴)2一——保持温度(℃)3737370现象几乎无气泡产生产生大量气泡有气泡产生几乎无气泡产生(1)1号、2号试管相比,是实验组,从实验结果分析,可以说明酶具有。(2)2号、3号试管相比,自变量是,从实验结果分析,可以说明酶具有。(3)如果要证明温度对酶活性的影响,应选用试管和.试管进行比较。(4)实验过程中,4支试管为什么必须装有等量的H2O2液?。解析:(1)1、2号试管的唯一变量是过氧化氢酶的有无,1号试管没有催化剂,H2O2自然水解,产生很少量氧气;2号试管加入2滴肝脏研磨液,含有过氧化氢酶,温度也适宜,会迅速产生氧气,因此2号试管为实验组,说明酶具有催化作用。(2)2号试管加入2滴肝脏研磨液,含有过氧化氢酶,温度也适宜,会迅速产生氧气,3号加入的是无机催化剂,产生氧气的量少而且慢,故自变量为催化剂的种类,说明酶具有高效性。(3)4号和2号试管对照,自变量为温度,两试管中产生的氧气不同,从而说明温度会影响酶的活性。(4)4支试管装有等量的H2O2液,保证无关变量一致,避免无关变量对实验结果的影响。答案:(1)2号试管催化作用(2)催化剂种类高效性(3)2号4号(4)保持无关变量一致(其他合理答案也可)方法透析验证性实验步骤设计的一般方法(1)材料准备与处理。如果需要提取、配制、处理实验材料,则把提取、配制等步骤作为第一步。(2)分组、编号。研究对象、器皿等要分组编号,设置实验组和对照组,注意控制无关变量,在语言叙述的措辞上尽可能用“定性”的语言表达,如“一段时间”“适宜的温度”“适量的”“一定量的”“等量的”“相同条件下”“适宜条件”等字眼,如果有测量应测量记录初始值。(3)实验处理。分别对实验组和对照组施加单一变量,实验处理要遵循“单一变量和对照原则”。(4)现象观察、记录。依据实验的自变量与因变量(或观察的指标)设计记录表,并观察记录实验现象或记录测量的实验数据。(5)分析结果,得出结论。备选例题将少许的二氧化锰和鸡肝匀浆分别加入到等量等浓度的过氧化氢溶液中,检测两者产生的气体量。下列有关该实验结果的预测,正确的是(注:实线为加入二氧化锰产生氧气的速率,虚线为加入鸡肝匀浆产生氧气的速率)()解析:二氧化锰与鸡肝匀浆中的过氧化氢酶都能催化过氧化氢分解,与无机催化剂二氧化锰相比,过氧化氢酶降低活化能更明显,反应速率更高,即相对产氧速率更高。A【题组演练】1.在下图所示的实验中,属于自变量的是()A.试管中的过氧化氢溶液的量B.过氧化氢分解的速率C.产生气泡量D.催化剂的种类解析:图中实验反应物的种类和量相同,所加催化剂的量相同,但催化剂的种类不同。D2.如图新鲜土豆片与过氧化氢接触后,产生的现象及推测错误的是()A.若有气体大量产生,可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶B.若增加新鲜土豆片的数量,量筒中产生的气体速率加快C.一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限D.为保证实验的严谨性,需要控制温度等无关变量解析:新鲜土豆片中含有过氧化氢酶,能将过氧化氢分解为水和氧气。若有气体大量产生,可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶。若增加新鲜土豆片的数量,即增加酶的含量,则反应加快。气体量不再增加是因为过氧化氢已经分解完了。温度为无关变量。C3.有关“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验结果的叙述,正确的是()A.加FeCl3溶液的试管产生的气泡最多B.肝脏研磨液使过氧化氢分解最快,是因为酶的浓度高于3.5%的FeCl3溶液C.如果将四支试管都放在90℃水浴中,加肝脏研磨液的试管反应速率仍为最快D.该实验的1号试管常温处理,是作为对照组,排除无关变量的干扰D解析:试管中产生的气泡量与过氧化氢(反应底物)的量有关,各试管内加入了等量的过氧化氢,因此各试管内产生的气泡一样多(产生气泡的速度不同);肝脏研磨液使过氧化氢分解最快,是因为肝脏研磨液中的酶具有高效性,肝脏研磨液中酶的浓度不一定高于3.5%的FeCl3溶液的浓度;如果将四支试管都放在90℃水浴中,肝脏研磨液中的酶会因高温变性失活,失去催化作用,此时四支试管中加FeCl3溶液的试管反应速率最快;该实验的1号试管是常温处理,与2号试管(90℃)对照时自变量是温度,与3号试管(加入FeCl3溶液)对照时自变量是有无无机催化剂,与4号试管(加入肝脏研磨液,含有过氧化氢酶)对照自变量是有无有机催化剂。主题二酶的本质和作用机理【典例2】下列关于酶的叙述中正确的是()A.酶是由具分泌功能的细胞产生的并且能调节生物体的生命活动的有机物B.活细胞都可产生酶,酶可在细胞外起作用C.酶都是在核糖体上合成的D.所有的酶与双缩脲试剂发生作用都可产生紫色反应解析:酶是活细胞产生的,具有催化作用的有机物;酶在细胞内和细胞外都可以发挥作用;绝大多数酶是蛋白质,在核糖体上合成,与双缩脲试剂呈显色反应;少数酶是RNA。答案:B【题组演练】1.在酶本质的探索历程中,美国科学家切赫和奥特曼研究和发现少数RNA也具有生物催化功能。该研究和发现补充说明了()A.酶的化学成分B.酶催化作用的机理C.酶催化作用的特性D.酶发挥作用的条件解析:由题干可知,RNA催化功能的发现,使人们认识到酶的本质是有机物,绝大多数是蛋白质,少数是RNA。A2.下列所采取的措施,不涉及“降低化学反应活化能”原理的是()A.温度升高过氧化氢的分解速率加快B.滴加FeCl3溶液提高过氧化氢酶的分解速率C.鸟胃中的肉块消失D.滴加新鲜肝脏研磨液提高过氧化氢的分解速率解析:升高温度,提高分子的能量,过氧化氢的分解速率加快,不涉及“降低化学反应活化能”原理;FeCl3和酶一样作为催化剂,都涉及“降低化学反应活化能”原理。A(1)活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态(活化态)所需要的能量。如图中ac和bc段分别表示无催化剂催化和有酶催化时反应进行所需要的活化能。(2)酶降低的活化能=无酶催化时反应进行所需的能量-有酶催化时反应进行所需的能量。如图中ab段表示酶降低的活化能。图说教材:酶的作用机理(3)酶和无机催化剂的作用机理都是降低化学反应进行所需的活化能,但同无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著,因而催化效率更高。若将酶变为无机催化剂,则b在纵轴上需向上移动。(4)用加热的方法不能降低活化能,但会提供反应所需的能量。【跟踪训练】下列图中,①表示有酶催化的反应曲线,②表示没有酶催化的反应曲线,E表示酶降低的活化能。正确的图解是()解析:酶可以有效降低化学反应所需的活化能,以保证细胞内的反应在常温、常压下高效地进行,酶降低的活化能=没有酶催化时化学反应所需的能量-有酶催化时化学反应所需的能量。C形成学科核心素养(一)重要生物学概念1.通过比较过氧化氢在不同条件下的分解实验可知酶具有催化作用且催化效率高于无机催化剂。2.实验中的变量包括自变量、因变量和无关变量,实验遵循单一变量和对照原则。3.酶的作用机理:降低反应进行所需的活化能。4.酶的本质:绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA。(二)学科核心素养1.生命观念:形成“酶能够显著降低化学反应所需的活化能”的自然观。2.科学思维:运用归纳与概括、批判性思维的方法,探讨酶的作用和本质。3.科学探究:通过对比实验的操作和讨论,认识到酶的催化作用以及与无机催化剂的差别,感悟到酶作为催化剂的高效性。(三)网络构建请尝试构建本课时知识网络。