第5章 细胞的能量供应和利用 【学业质量标准】 新课课程标标准内容学业业水平目标标学科核心素 养合格考试试等级级考试试 1.说说明绝绝大多数酶是一类类能催化生化反 应应的蛋白质质,酶活性受到环环境因素(如pH 和温度等)的影响 水平二水平四 生命观观念、 科学思维维、 科学探究 2.解释释ATP是驱动细驱动细 胞生命活动动的直接 能源物质质 水平二水平三 生命观观念、 科学思维维 3.说说明植物细细胞的叶绿绿体从太阳光中捕 获获能量,这这些能量在二氧化碳和水转变为转变为 糖与氧气的过过程中,转换转换 并储储存为为糖分子 中的化学能 水平二水平四 生命观观念、 科学思维维、 科学探究、 社会责责任 4.说说明生物通过细过细 胞呼吸将储储存在有机 分子中的能量转转化为为生命活动动可以利用 的能量 水平二水平四 生命观观念、 科学思维维、 科学探究、 社会责责任 第1节 降低化学反应活化能的酶 教师参考 新课导入 导入1:我们学习了物质跨膜运输方式,其中主动运输需要能量。此外,细胞中的其 他生命活动也离不开能量,而能量的输入和利用都必须经过复杂的化学反应。细 胞中每时每刻都进行着许多化学反应,统称为细胞代谢。细胞代谢离不开酶,酶在 细胞代谢中究竟起什么作用?本节课将学习酶的相关知识。 导入2:我们每天都要吃进好多的食物,不知同学们发现了没有,吃进去的比排出来 的要多得多,这是为什么?这是因为食物经过了消化过程,其中化学性消化过程是 复杂的化学反应的过程,而细胞中的化学反应还要比化学性消化过程复杂得多,这 些复杂的化学反应却能高效有序地进行,因其有一种特殊的催化剂进行催化,这种 催化剂就是酶,今天我们将学习酶的相关知识。 第1课时 酶的作用和本质 【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 形成学科核心素养 凝练素养 自主学习 图说教材 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7880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)实验步骤 编编号 步骤骤 1234 相同 处处理 向4支试试管中分别别加入 H2O2溶液,并放在试试管架上 不同 处处理 不处处理 放入90 左右的 . 中加热热 滴入2滴 FeCl3溶液 滴入2滴 观观察试试管内产产生的气泡数量 试试管内卫卫生香燃烧烧程度 2 mL 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 含义:除了一个因素以外,其余因素都 的实验。 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 3.酶的作用原理 (1)活化能:分子从常态转变为容易发生化学反应的 所需要 的能量。 (2)原理: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。 (3)意义:使细胞代谢能在 条件下快速进行。 判断 (1)发生在细胞内外的化学反应统称为细胞代谢。( ) (2)加热、无机催化剂和酶都能降低化学反应的活化能。( ) (3)无关变量是对实验没有影响的变量。( ) (4)酶都是蛋白质,不能在生物体外起催化作用。( ) 活跃状态 活化能 温和 二、酶的本质 请仔细阅读教材第8082页,完成下面的问题。 1.酶本质的探索 2.酶的概念 化学本质质酶是 细细胞产产生的具有 作用的 绝绝大多数是 少数是 合成原料氨基酸 合成场场所 细细胞核(真核生物) 来源一般来说说,活细细胞都能产产生酶 生理功能生物催化剂剂 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。 凝练素养 解疑难提能力 主题一 “比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验剖析 教师参考 问题引领: 1.请你思考本实验的自变量是什么?因变量是什么? 2.本实验的对照组是哪组?实验组是哪组? 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? 1.实验设计及现象分析 试试管 号 3%的 H2O2 溶液 自变变量因变变量 点燃卫卫生 香检测检测 结结果分析 处处理方法气泡多少 12 mL几乎没有无复燃H2O2自然分解缓缓慢 22 mL 90 水 浴加热热 较较多有复燃 1与2对对照,说说明加热热能促 进进H2O2分解 32 mL 滴加3.5% 的FeCl3 溶液2滴 更多 复燃性 较较强 1与3对对照说说明无机催化剂剂 能催化H2O2的分解 42 mL 滴加20% 的肝脏脏研 磨液2滴 很多 复燃性 更强 1与3、4对对照说说明过过氧化 氢氢酶有催化H2O2分解的作 用,且效率高 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,14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: 操作试试管1号2号3号4号 H2O2溶液(mL)2222 FeCl3溶液(滴)2 鲜鲜肝脏脏研磨液(滴)22 蒸馏馏水 (滴)2一 保持温度()3737370 现现象 几乎无气 泡产产生 产产生大 量气泡 有气泡 产产生 几乎无气 泡产产生 (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。 D 2.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。 C 3.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