2024-2025人教版(2019)生物必修1《分子与细胞》课件PPT5细胞的能量供应和利用-5.1降低化学反应活化能的酶

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细胞的能量供应和利用第五章 授课人：×××单元目标分析2科学思维科学探究生命观念社会责任1.认识细胞的生活不但需要物质基础，更需要能量驱动，建立“细胞的生存需要能量”这一生命观念。2.通过细胞呼吸与光合作用的学习，将代谢的具体过程与线粒体、叶绿体的结构相对应，深化结构与功能相适应的观点。3.通过对ATP这一能量货币的学习与理解，帮助学生从细胞代谢的角度，进一步认识到生物界的统一性，为深入认识生命有共同的起源打基础。引导学生运用证据和逻辑来评论观点，通过对酶本质的探究、探索光合作用的科学史等相关事实材料，引导学生用证据、逻辑为基础来构建概念，提升科学思维品质。让学生体验科学探究过程，学习控制变量、观察和检测因变量，能设置对照实验、认识对比实验，并能运用所掌握的科学方法和探究技能，开展全过程、开放性的探究——探究环境因素对光合作用强度的影响。提升科学探究素养。关注酶、细胞呼吸和光合作用的有关原理在生产、生活中的应用，引导学生尝试应用所学生物学知识解决生产、生活中的问题，关注生物科学技术与社会的关系。3单元目标分析科学本质观：结合酶的探索历程、光合作用的原理等内容，引入了较多的科学史料，可以反映科学在争论中前进，在探索中发展。伟大科学家的观点也可能会有局限性。科学家既要继承前人的研究成果，又要开拓创新；科学探索需要不畏劳苦，攻坚克难，坚持不懈。目录CONTENTS第二节 细胞的能量“货币”ATP4第一节 降低化学反应活化能的酶第三节 细胞呼吸的原理和应用第四节 光合作用与能量转化降低化学反应活化能的酶第一节教材分析6教学重点教学难点教学目标1.通过对酶催化作用具体实例的讨论，说明酶在细胞代谢中的作用及酶的本质 和特性。2.通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断地探索和争论 中前进的，伟大的科学家也会有认识上的局限性。3.通过相关的实验和探究，尝试控制自变量、观察和检测因变量，设置对照组 和重复组。酶的作用、本质和特性。1.酶有降低化学反应的活化能。2.探究实验中控制变量的科学方法。斯帕兰札尼实验结合P76问题探讨的讨论1、2、3，综合分析肉块消失的过程是物理过程还是化学过程，说明你判断的理由。斯帕兰札尼的实验说明，食物在胃中消化，靠的是胃液中的某种物质。 细胞代谢——细胞中每时每刻进行的化学反应，统称为细胞代谢。细胞代谢的主要场所是？细胞质 肝脏在细胞代谢过程中会产生对人体有害的物质H2O2，该物质具有强氧化性，会极大的损伤生物膜和核酸分子等，导致细胞破裂或细胞的畸变甚至癌变，此时需要肝细胞中的过氧化氢酶将其及时分解。2H2O22H2O+O2一、酶的作用和本质过氧化氢酶比较过氧化氢在不同条件下的分解2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温90℃FeCl3肝脏研磨液2滴 清水2滴2滴不明显少量较多大量不复燃不复燃变亮复燃1和2说明： 3和4说明：1和4说明：反应条件对照组实 验 组对照实验1和2说明： 1和4说明：3和4说明：加热可以促进H2O2的分解过氧化氢酶能催化H2O2的分解与无机催化剂相比，酶的催化效率更高加热可以促进H2O2的分解，是因为加热使过氧化氢得到了 ，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 。能量活化能实验结果分析:加热和加酶的作用实质？酶的作用：降低化学反应所需要的活化能。实验的注意事项：1 本实验为什么必须用新鲜肝脏做实验材料？2 为什么要将肝脏研磨？使过氧化氢酶从肝细胞中释放出来,加大肝脏内过氧化氢酶与试管中过氧化氢分子的接触面积，从而加速过氧化氢的分解。3 能否共用一个吸管吸取肝脏研磨液和氯化铁溶液？不能4 用坐标表示不同条件下O2量随时间变化的曲线。酶只能催化符合热力学平衡的反应，且只能缩短反应的时间，不改变生成物的量。m加酶加无机催化剂无催化剂生成物的量时间0134糖 酒精+CO2？关于酶本质的探索对这一问题的争论有哪些观点？代表人物分别是谁？他们争论的焦点是什么？是哪位科学家通过怎样的实验结束了这场争论？得到了什么结论？是谁最先鉴定出酶的化学本质？巴斯德之前发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用。引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。毕希纳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。萨姆纳脲酶是蛋白质李比希切赫、奥特曼少数RNA也具有生物催化功能酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。绝大多数酶是蛋白质。一、酶的作用和本质1、酶的作用：3、酶的本质：催化作用，降低化学反应所需的活化能。活细胞中产生的有催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质，极少数酶是RNA。(1)酶只能在活细胞中合成( )(2)所有的酶都是蛋白质( )(3)酶只能在细胞内起作用，在细胞外丧失催化功能。( )（4）酶的合成场所 ，所需的原材料 。×√×核糖体、细胞核氨基酸、核糖核苷酸二、酶的特性 含义：酶的催化效率大约是 ____ 的107～1013倍 意义：使_________快速进行 1.高效性无机催化剂细胞代谢 某些无机催化剂可以催化多种化学反应，酶能够像无机催化剂一样也能催化多种反应吗？ 已知淀粉和蔗糖都是非还原糖，它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖。据此你能概括出本实验的原理吗？请利用下述材料、用具，设计一个实验，验证酶的专一性，并预估实验结果。材料用具：淀粉溶液、蔗糖溶液、α-淀粉酶（最适60℃）、蔗糖酶、斐林试剂、试管、酒精灯、烧杯、石棉网等。（1）取两支试管，编号A、B，A管加入2mL淀粉溶液，B管加入2mL蔗糖溶液；（2）向两支试管各加入2mL淀粉酶溶液，在60 ℃水浴环境保温一段时间（5min）（3）分别向两支试管加入2mL斐林试剂，100℃水浴1min，观察颜色变化。A管出现砖红色沉淀，B管不出现砖红色沉淀。二、酶的特性 含义：酶的催化效率大约是 ____ 的107～1013倍 意义：使_________快速进行 含义：每一种酶只能催化_ ____化 学反应 意义：使_________有条不紊地进行1.高效性2.专一性无机催化剂细胞代谢一种或一类细胞代谢23 细胞中几乎所有的化学反应都是由酶催化的。酶催化特定化学反应的能力称为酶活性。酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率来表示。 若细胞生活的环境条件发生改变，酶活性会怎样变化呢？探究温度或pH对酶活性的影响实验思路：1 依据的实验原理是什么？2 需要用到哪些材料和试剂3 至少要设置几个温度或pH？如何去控制自变量？4 通过什么实验现象（指标）来描述实验结果？5 这个实验的自变量是什么？因变量又是什么？哪些属于无关变量？2.方法思路若干组等量底物 若干组等量酶液 各自在所控制的温度下处理一段时间同温度下的底物与酶液混合在各自所控制的温度下处理一段时间检测并分析结果，得出结论探究温度对酶活性的影响（实验过程）1 取三支试管，编号A、B、C ，各加入2mL淀粉溶液，分别置于0℃、60℃、100 ℃环境保温5min。2 另取三支试管，编号A`、B`、C`，各加入2mL淀粉酶，分别置于0℃、60℃、100 ℃环境保温5min。3 将A`、B`、C`试管内的酶分别加入到同温度的淀粉溶液中，保温5-10min。4 向三支试管各加入2ml斐林试剂，沸水浴1分钟，观察颜色变化。272829二、酶的特性 含义：酶的催化效率大约是 ____ 的107～1013倍 意义：使_________快速进行 含义：每一种酶只能催化_ ____化学反应 意义：使_________有条不紊地进行1.高效性2.专一性无机催化剂细胞代谢一种或一类细胞代谢一、酶的作用和本质1.酶的作用：3.酶的本质：催化作用，降低化学反应所需的活化能。活细胞中产生的有催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质，极少数酶是RNA。1和2说明： 1和4说明：3和4说明：加热可以促进H2O2的分解过氧化氢酶能催化H2O2的分解与无机催化剂相比，酶的催化效率更高实验一：探究不同条件下过氧化氢的分解——酶的高效性显性知识：隐性知识：能力培养：创新能力：酶的催化作用、酶的高效性对照实验、自变量、因变量、无关变量实验操作能力探究能力解决问题的能力实验方法创新改变条件后拓展实验实验二：设计一个实验，验证酶的专一性，并预估实验结果。材料用具：淀粉溶液、蔗糖溶液、α-淀粉酶（最适60℃）、蔗糖酶、斐林试剂、试管、酒精灯、烧杯、石棉网等。（1）取两支试管，编号A、B，A管加入2mL淀粉溶液，B管加入2mL蔗糖溶液；（2）向两支试管各加入2mL淀粉酶溶液，在60 ℃水浴环境保温一段时间（5min）（3）分别向两支试管加入2mL斐林试剂，100℃水浴1min，观察颜色变化。A管出现砖红色沉淀，B管不出现砖红色沉淀。本实验的实验原理？设计酶专一性的实验思路是？用表格描述实验过程的优点是？（1）淀粉酶可催化淀粉水解为葡萄糖等还原糖，不能催化蔗糖。（2）斐林试剂与还原糖在60-100℃水浴中生成砖红色沉淀同酶不同底物同底物不同酶简洁、清楚、明了实验三：探究影响酶活性的条件。以温度或pH对酶活性的影响为例本实验是必修1的精华内容，你们将在这一探究实践活动中，开启从肤浅的探究向深层次、有价值的学习迈进：学会从材料、生活实践中提出有探究价值的问题学会对提出的问题作出假设（找依据）学会选择合适的材料对你提出的问题进行探究学会如何控制变量（深度思维）学会分析实验结果，得出相应结论。深度学习“故事”的背景：初中做消化酶实验时，需要控制温度，如溶液淀粉酶要控制在37.5℃.事实：已知人体内不同的消化液（含消化酶）的pH是不一样的，如唾液：6.2-7.4，胃液0.9-1.5，小肠液为7.6。“问题”来源于生活、生产、科研、实验等。不会凭空产生问题。34实验三：探究影响酶活性的条件。以温度或pH对酶活性的影响为例提出问题1.温度对酶的活性有影响、温度会影响酶的活性2.pH对酶的活性有影响 、pH会影响酶的活性3.温度对酶的活性没有影响、温度不会影响酶的活性4.pH对酶的活性没有影响 、pH不会影响酶的活性有价值，与事实匹配没有意义，与事实不匹配5.温度对酶的活性有影响，且有一个最适的温度；6.pH对酶的活性有影响 、且有一个最适的pH；提出的问题反映了提问者敏锐的分析、概括能力，体现思维的深度和敏捷性。实验三：探究影响酶活性的条件。以温度或pH对酶活性的影响为例作出假设（找依据）酶是蛋白质，在高温、强酸、强碱的条件下可能会破坏蛋白质结构使其变性，进而影响酶的活性。设计实验：探究温度对酶活性的影响1.你选择哪一种酶作实验材料?为什么？2.你如何严格的控制该反应是在你预设的温度里进行反应的？3.本实验的自变量是什么？因变量又是什么？你打算怎样观察或检测因变量？4.对照组怎样设置？是否需要进行重复实验？实验三：探究影响酶活性的条件。以温度或pH对酶活性的影响为例作出假设（找依据）酶是蛋白质，在高温、强酸、强碱的条件下可能会破坏蛋白质结构使其变性，进而影响酶的活性。设计实验：探究温度对酶活性的影响分析结果：哪个温度条件下酶活性最高，你判断的依据是？ 若实验失败，分析可能的原因是？与生产实践的联系（应用）：根据酶的特点，在酶制品的储藏、运输和使用过程中，应该注意什么 问题？为什么？37用文字描述温度或pH对酶活性影响的实验操作步骤1 取三支试管，编号A、B、C ，各加入2mL淀粉溶液，分别置于0℃、60℃、100 ℃环境保温5min。2 另取三支试管，编号A`、B`、C`，各加入2mL淀粉酶，分别置于0℃、60℃、100 ℃环境保温5min。3 将A`、B`、C`试管内的酶分别加入到同温度的淀粉溶液中，保温5-10min。4 向三支试管各加入2ml斐林试剂，沸水浴1分钟，观察颜色变化。383940二、酶的特性 1.高效性2.专一性3.酶的作用条件较温和 、 、 、会使酶的 遭到破坏，使酶永久失活。在0℃时左右时，酶的活性很低，但酶的 稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高。因此，酶制剂适宜在低温下保存。过酸过碱温度过高空间结构空间结构3.酶的作用条件较温和(1)温度对酶活性的影响及曲线：①T0表示酶促反应的________，此时酶活性_____。②温度___________，酶活性降低。③温度______，酶会失活。最高最适温度偏高或偏低过高T0(2)pH对酶活性的影响及曲线:①P表示酶促反应的________，此时酶活性_____。②pH___________，酶活性降低。③pH___________，酶会失活。最适pH最高偏高或偏低过高或过低P（练习）若酶促反应的初始温度为T1，当温度由T1升至T0时，酶活性 ，温度由T2降至T0时，酶活性 ，原因是 。3.酶的作用条件较温和T0P（练习）若右下图是温度为T0时，不同pH条件下酶活性的曲线，请画出温度为T1时的酶活性曲线。逐渐升高不变高温破坏了酶的空间结构，使酶永久失活。T1T2 在图丙中画出单位时间内胰蛋白酶分别在pH为1、7、12时反应物的剩余量。12一、酶的作用和本质1 酶的作用：2 作用原理：3 酶的本质：催化作用降低化学反应所需的活化能活细胞中产生的有催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质，极少数酶是RNA。二、酶的特性高效性：与无机催化剂相比专一性：催化一种或一类化学反应3 需要适宜的条件：温度、pH、重金属、某些有机溶剂等会影响酶的活性。生产中使用的普通淀粉酶的最适温度在40—60℃之间，而极端耐热淀粉酶在100℃仍能保持较高的活性，因此具有更为广泛的应用前景。某同学正在设计一个实验以探究温度对两种淀粉酶活性的影响，其中有些问题需要你的帮助。（1）此实验中除自变量和因变量外，还需要考虑 、 及 等因素。（2）在此实验中，因变量可以用碘液和斐林试剂检测，两种试剂各与何种物质反应生色?检测的是底物还是产物?pH、酶浓度、底物浓度、产物浓度 碘液与淀粉反应生色，检测的是底物；斐林试剂与还原性糖反应生色，检测的是产物。 已知，可以通过气泡的生成速度（即气泡从溶液中释放的速度）来判断H2O2分解反应的速度。请用所给的实验材料和用具设计实验，使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出实验步骤、预测实验结果、得出结论，并回答问题。 实验材料与用具：适宜浓度的H2O2溶液，蒸馏水，3.5% FeCl3溶液，0.01%过氧化氢酶溶液，恒温水浴锅，试管。（1）实验步骤：①取3支试管，各加入等量且适量的H2O2溶液，放入37℃恒温水浴锅中保温适当时间。 ②分别向上述3支试管中加入等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液。 ③观察各管中释放气泡产生的快慢。 （2）实验结果预测及结论：整个实验中不同处理的试管中O2的释放速度从快到慢依次是：____________ ____。由此可得出的结论是_________________。（3）如果仅将实验中的恒温水浴改为80℃，重做上述实验，O2释放的速度最快的是_____________，原因是__________________________________。加酶溶液>FeCl3>加蒸馏水的试管 加FeCl3溶液的试管 在此温度下，FeCl3催化作用加快，而过氧化氢酶因高温变性而失去了活性酶具有催化作用和高效性（2020国Ⅱ）研究人员从海底微生物中分离到一种在低温下有催化活性的α-淀粉酶A3，并对其进行了研究。回答下列问题：（1）在以淀粉为底物测定A3酶活性时，既可检测淀粉的减少，检测应采用的试剂是_________，也可采用斐林试剂检测________的增加。 小试牛刀碘液还原糖（或答：葡萄糖）（3）本实验中，研究人员在确定A3的最适pH时使用了三种组分不同的缓冲系统，结果如图所示。某同学据图判断，缓冲系统的组分对酶活性有影响，其判断依据是______________。在pH相同时，不同缓冲系统条件下所测得的相对酶活性不同(2016·全国卷Ⅱ·T29)为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：A组(20 ℃)、B组(40 ℃)和C组(60 ℃)，测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同)，结果如图。回答下列问题。(考查意图是什么？)(1)三个温度条件下，该酶活性最高的是____组。 (2)在时间t1之前，如果A组温度提高10 ℃，那么A组酶催化反应的速度会___。 (3)如果在时间t2时，向C组反应体系中增加2倍量的底物，其他条件保持不变，那么在t3时，C组产物总量_____，原因是___________。 (4)生物体内酶的化学本质是______________，其特性有________________(答出两点即可)。 B加快不变60℃条件下,t2时酶已失活，即使增加底物，反应产物总量也不会增加蛋白质或RNA高效性和专一性THANKS谢谢观看