章題圖是明亮的陽(yáng)光灑在綠葉上,綠葉上映襯著蚱蜢的剪影,畫面的美感,激發(fā)同學(xué)們學(xué)習(xí)的沖動(dòng)。綠葉上還畫有葉綠體的亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖和光合作用過(guò)程的模式圖解,圖解突出了光合作用中ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化。章題圖左上方的一首詩(shī),形象貼切地點(diǎn)出了章題圖的寓意:動(dòng)植物的生命活動(dòng),全都離不開細(xì)胞對(duì)能量的獲取與利用,而能量的最終來(lái)源是陽(yáng)光。當(dāng)同學(xué)們看到這幅圖,讀到壓圖的小詩(shī),頭腦里便能展開聯(lián)想:綠葉獲取光能,一股股涓涓細(xì)流般的光能,通過(guò)光合作用固定、儲(chǔ)存在綠葉制造的有機(jī)物中;蚱蜢吃著鮮嫩的綠葉,能量又悄無(wú)聲息地流進(jìn)蚱蜢體內(nèi);能量在它們的體內(nèi)流轉(zhuǎn)激蕩,用于物質(zhì)輸入輸出,用于生長(zhǎng)和發(fā)育……其他的生物,其他的生命系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn),也都是像這樣需要能量的驅(qū)動(dòng)。章首頁(yè)的題圖、題詩(shī)、引言,用不同的方式,圍繞本章標(biāo)題明確表述的“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用”這一主題去創(chuàng)設(shè)情境。本章的四節(jié)內(nèi)容,則是在這一情境的烘托下,進(jìn)一步圍繞著“能量供應(yīng)和利用”逐步展開。
理清本章架構(gòu)初識(shí)概念體系·具備系統(tǒng)思維
第1節(jié) 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶第1課時(shí) 酶的作用和本質(zhì)
【主干知識(shí)梳理】一、酶在細(xì)胞代謝中的作用1.細(xì)胞代謝(1)場(chǎng)所:________內(nèi)。(2)實(shí)質(zhì):各種___________的總稱。(3)意義:細(xì)胞___________的基礎(chǔ)。2.比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解(1)實(shí)驗(yàn)原理:過(guò)氧化氫在水浴加熱、FeCl3 溶液中的_____和肝臟研磨液中_____________的作用下加速分解。
(2)實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:
(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:酶具有_____作用,同無(wú)機(jī)催化劑相比,催化效率更___。3.控制變量和對(duì)照實(shí)驗(yàn)(1)自變量:人為控制的對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象___________的因素叫作自變量。(2)因變量:因_________改變而變化的變量叫作因變量。(3)無(wú)關(guān)變量:除自變量外,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還存在一些對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成______的可變因素,叫作無(wú)關(guān)變量。(4)對(duì)照實(shí)驗(yàn):除作為自變量的因素外,其余因素(無(wú)關(guān)變量)都__________,并將結(jié)果進(jìn)行______的實(shí)驗(yàn)叫作對(duì)照實(shí)驗(yàn)。
二、酶的作用原理和本質(zhì)1.酶的作用原理(1)活化能:指分子從______轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的______狀態(tài)所需要的能量。(2)原理:同無(wú)機(jī)催化劑相比,酶_____________的作用更顯著,因而催化效率更高。(3)意義:使細(xì)胞代謝能在______條件下快速有序地進(jìn)行。
2.酶的作用及本質(zhì)(1)產(chǎn)生場(chǎng)所:________中。(2)生理作用:______作用。(3)化學(xué)本質(zhì):絕大多數(shù)是________,少數(shù)是______。
【教材微點(diǎn)發(fā)掘】1.結(jié)合教材第78頁(yè)圖5-1及下圖分析酶的作用原理:
(1)表示無(wú)酶催化時(shí)反應(yīng)進(jìn)行需要的活化能的是_____段。(2)表示有酶催化時(shí)反應(yīng)進(jìn)行所需要的活化能的是_____ 段。(3)酶降低的活化能是_____ 段。(4)若將酶變?yōu)闊o(wú)機(jī)催化劑,則B在縱軸上向____移動(dòng)。(5)下表數(shù)據(jù)是在20 ℃測(cè)得的H2O2分解的活化能,數(shù)據(jù)說(shuō)明,酶和無(wú)機(jī)催化劑相比有什么不同?提示:和無(wú)機(jī)催化劑相比,酶降低活化能的作用更顯著,即催化效率更高。
2.薩姆納從刀豆種子中提取到脲酶,并證明了脲酶是蛋白質(zhì)(教材第79頁(yè)“思考·討論”)。請(qǐng)說(shuō)明驗(yàn)證脲酶是蛋白質(zhì)的實(shí)驗(yàn)思路:______________________________________________________________________________________________________________________________。提示:向脲酶溶液和蛋白質(zhì)溶液中分別加入雙縮脲試劑,若都出現(xiàn)紫色反應(yīng),則說(shuō)明脲酶是蛋白質(zhì)
教材問(wèn)題提示思考·討論1.巴斯德認(rèn)為發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān),是合理的;認(rèn)為發(fā)酵是整個(gè)細(xì)胞而不是細(xì)胞中的某些物質(zhì)在起作用,是不正確的。李比希認(rèn)為引起發(fā)酵的是細(xì)胞中的某些物質(zhì),是合理的;認(rèn)為這些物質(zhì)只有在酵母菌細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用,是不正確的。2.巴斯德是微生物學(xué)家,特別強(qiáng)調(diào)生物體或細(xì)胞的作用;李比希是化學(xué)家,傾向于從化學(xué)的角度考慮問(wèn)題。他們的爭(zhēng)論促使后人把對(duì)酶的研究目標(biāo)集中在他們爭(zhēng)論的焦點(diǎn)上,使科學(xué)研究更加有的放矢。
3.畢希納的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明,酵母菌細(xì)胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母菌細(xì)胞破碎后繼續(xù)起催化作用,就像在活酵母菌細(xì)胞中一樣。4.薩姆納歷時(shí)9年,用正確的科學(xué)方法,依靠堅(jiān)持不懈、百折不撓的科學(xué)精神,將酶提純出來(lái)。成功屬于不畏艱苦的人。5.酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物,其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),少數(shù)酶是RNA。
新知探究(一) 酶在細(xì)胞代謝中的作用【探究·深化】[情境質(zhì)疑]閱讀教材第77頁(yè)“探究·實(shí)踐”“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”并思考有關(guān)問(wèn)題。1.從材料、用具、操作步驟及安全性等方面分析。(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),選用新鮮的肝臟作為實(shí)驗(yàn)材料的原因是什么?提示:肝臟如果不新鮮,肝細(xì)胞內(nèi)的過(guò)氧化氫酶等有機(jī)物就會(huì)在腐生菌的作用下分解,就不能促進(jìn)過(guò)氧化氫分解成H2O和O2。
(2)在實(shí)驗(yàn)中,為什么將肝臟研磨成溶液?提示:研磨肝臟,使過(guò)氧化氫酶釋放出來(lái),釋放出的過(guò)氧化氫酶與試管內(nèi)過(guò)氧化氫分子充分接觸,加速過(guò)氧化氫的分解。(3)在滴加肝臟研磨液和FeCl3溶液時(shí),為什么不能共用一支吸管?提示:滴加肝臟研磨液和FeCl3溶液時(shí),若共用一支吸管,則滴加的FeCl3溶液中會(huì)含少量肝臟研磨液,而研磨液中的過(guò)氧化氫酶具有高效性,會(huì)使兩支試管中產(chǎn)生的氣泡差別不大,不易對(duì)比觀察,從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
2.從實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析:(1)2、3、4號(hào)三支試管都有氣泡放出,但4號(hào)試管放出的氣泡最多,說(shuō)明了什么?提示:加熱、無(wú)機(jī)催化劑和酶都能促進(jìn)過(guò)氧化氫的分解,提高反應(yīng)速率,但是酶的催化效率更高。(2)與1號(hào)試管相比,2號(hào)試管出現(xiàn)什么不同的現(xiàn)象?這一現(xiàn)象說(shuō)明了什么?提示:2號(hào)試管放出的氣泡多。這一現(xiàn)象說(shuō)明加熱能促進(jìn)過(guò)氧化氫的分解,提高反應(yīng)速率。
(3)通過(guò)對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,你認(rèn)為酶在細(xì)胞代謝中具有什么作用?提示:酶在溫和條件下,可以高效地完成對(duì)化學(xué)反應(yīng)的催化,即酶具有催化化學(xué)反應(yīng)的作用。
[重難點(diǎn)撥]1.酶具有催化作用的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證思路
2.酶的作用機(jī)理酶作用的實(shí)質(zhì)是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。與無(wú)機(jī)催化劑相比,酶降低活化能的作用更顯著,兩者的比較如圖所示。
圖中各字母代表的含義:a、b、c分別代表無(wú)催化劑、使用無(wú)機(jī)催化劑、使用酶催化的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,E1、E2、E3分別代表進(jìn)行相應(yīng)化學(xué)反應(yīng)所需的活化能,ΔE代表使用酶后降低的活化能。
【典題·例析】[典例1] 如圖表示“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)。有關(guān)分析合理的是(  )A.本實(shí)驗(yàn)自變量是催化劑的種類B.本實(shí)驗(yàn)的無(wú)關(guān)變量有溫度和過(guò)氧化氫的用量等C.1號(hào)和4號(hào)試管對(duì)比可說(shuō)明酶具有催化作用D.3號(hào)和4號(hào)試管對(duì)比可說(shuō)明酶具有專一性
[答案] C[解析] 本實(shí)驗(yàn)的自變量是溫度和催化劑的種類;分析題圖可知,溫度是自變量,而不是無(wú)關(guān)變量,本實(shí)驗(yàn)的無(wú)關(guān)變量有酶用量、過(guò)氧化氫的量等;分析題圖可知,1號(hào)與4號(hào)對(duì)照,其單一變量為是否有酶,可說(shuō)明酶具有催化作用;3號(hào)和4號(hào)對(duì)照,自變量是催化劑的種類,可說(shuō)明酶催化作用具有高效性。
[典例2] 下列關(guān)于活化能的敘述,錯(cuò)誤的是(  )A.分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量B.無(wú)機(jī)催化劑、水浴加熱都可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能 C.酶可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能D.同無(wú)機(jī)催化劑相比,酶降低活化能的作用效果更顯著[答案] B[解析] 酶和無(wú)機(jī)催化劑均能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能,同無(wú)機(jī)催化劑相比,酶降低活化能的作用效果更顯著;水浴加熱可以給化學(xué)反應(yīng)提供能量,但不能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。
【應(yīng)用·體驗(yàn)】1.(2022·聊城高一月考)以下對(duì)酶的作用比喻不恰當(dāng)?shù)氖?  )A.酶的作用就像給運(yùn)動(dòng)員把跨欄的高度降下來(lái)B.酶的作用就像給翻越高山的汽車加大油門C.酶的作用就像制取氧氣時(shí)在氯酸鉀中加了二氧化錳D.酶的作用就像高考時(shí)降低了錄取的分?jǐn)?shù)線
答案:B 解析:分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量稱為活化能,如果把化學(xué)反應(yīng)比作駕車翻越一座高山,“加熱、加壓”相當(dāng)于給汽車加大油門,用催化劑則相當(dāng)于幫司機(jī)找到穿山的隧道,即用催化劑就相當(dāng)于使原來(lái)反應(yīng)的“難度”降低了,因此A項(xiàng)和D項(xiàng)的比喻都是比較合理的;C項(xiàng)中二氧化錳起到催化劑的作用,因此這個(gè)比喻也是恰當(dāng)?shù)?;給汽車加大油門相當(dāng)于反應(yīng)中的加熱、加壓,因此B項(xiàng)比喻是不恰當(dāng)?shù)摹?br/>2.下列各圖中,①表示有酶催化的反應(yīng)曲線,②表示沒(méi)有酶催化的反應(yīng)曲線,E表示酶降低的活化能,其中正確的圖解是(  )
答案:C 解析:活化能是指分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量。①表示有酶催化的反應(yīng)曲線,②表示沒(méi)有酶催化的反應(yīng)曲線,兩曲線最高點(diǎn)的差值就是酶降低的活化能,只有C項(xiàng)圖中曲線符合。
新知探究(二) 酶的本質(zhì)【探究·深化】[情境質(zhì)疑]酶是一種生物催化劑,其化學(xué)本質(zhì)是什么?對(duì)此科學(xué)家們進(jìn)行了不懈的研究。請(qǐng)完善酶研究的歷程圖。
[重難點(diǎn)撥]1.酶的概念理解
2.證明某種酶是蛋白質(zhì)的實(shí)驗(yàn)思路實(shí)驗(yàn)組:待測(cè)酶液+雙縮脲試劑→是否出現(xiàn)紫色反應(yīng)。對(duì)照組:已知蛋白液+雙縮脲試劑→出現(xiàn)紫色反應(yīng)。
【典題·例析】[典例1] 下列有關(guān)酶的敘述正確的是(  )①是有分泌功能的細(xì)胞產(chǎn)生的?、谟械膹氖澄镏蝎@得,有的在體內(nèi)轉(zhuǎn)化而來(lái)?、鄯彩腔罴?xì)胞,一般都能產(chǎn)生酶?、苊付际堑鞍踪|(zhì)?、萦械拿覆皇堑鞍踪|(zhì)?、廾冈诖x中有多種功能?、咴谛玛惔x和生長(zhǎng)發(fā)育中起調(diào)控作用?、嗝钢皇瞧鸫呋饔肁.①②⑤     B.①⑤⑧C.③⑤⑧D.①③⑤
[答案] C[解析] 酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的,具有生物催化作用的有機(jī)物。就酶的化學(xué)本質(zhì)而言,大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),少數(shù)酶是RNA,④錯(cuò)誤,⑤正確;就酶作用的場(chǎng)所而言,有胞內(nèi)酶和胞外酶,活細(xì)胞一般都能產(chǎn)生胞內(nèi)酶,①錯(cuò)誤,③正確;代謝是細(xì)胞內(nèi)全部有序化學(xué)反應(yīng)的總稱,在這一過(guò)程中,需要酶的催化,酶只起催化作用,沒(méi)有調(diào)控作用,⑥⑦錯(cuò)誤,⑧正確;酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的,不能來(lái)源于食物;②錯(cuò)誤。
[典例2] “塑料垃圾污染”是令世界各國(guó)頭疼的問(wèn)題,這是因?yàn)樗芰现破返闹饕稀狿ET塑料,需要數(shù)百年時(shí)間才能自然降解。科學(xué)家在一次實(shí)驗(yàn)中意外生成了一種酶,可以有效將PET塑料降解,有望成為未來(lái)治理白色污染的“利器”。(1)PET塑料在自然界中需要數(shù)百年才能降解,從酶的角度分析,可能的原因是什么?提示:自然界中的微生物中缺少分解該塑料的酶。
(2)這種分解塑料的酶的作用機(jī)理是什么?提示:降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。(3)這種酶可有效地分解PET塑料,對(duì)環(huán)境保護(hù)的意義是什么?提示:減少環(huán)境污染。
【應(yīng)用·體驗(yàn)】1.下列關(guān)于酶的敘述,正確的是(  )A.酶只有在生物體內(nèi)才能起催化作用B.酶都有消化作用C.酶既可以作為催化劑,也可以作為另一個(gè)反應(yīng)的底物D.所有酶與雙縮脲試劑作用均可發(fā)生紫色反應(yīng)
答案:C 解析:酶雖然是由活細(xì)胞產(chǎn)生的,但它的催化作用不一定在生物體內(nèi),只要條件適宜,在體內(nèi)外都可起催化作用。酶的催化作用表現(xiàn)在多方面,有的酶促進(jìn)物質(zhì)合成,有的酶促進(jìn)物質(zhì)分解,只有消化酶才能促進(jìn)消化。酶可以作為催化劑,由于酶的成分絕大多數(shù)是蛋白質(zhì),少數(shù)是RNA,當(dāng)存在蛋白酶或RNA水解酶時(shí),酶也可以作為該催化反應(yīng)的底物,被催化水解。少數(shù)酶是RNA,不能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應(yīng)。
2.當(dāng)某種RNA存在時(shí),生物體內(nèi)的某種化學(xué)反應(yīng)能正常進(jìn)行;當(dāng)這種RNA被有關(guān)的酶水解后,此種化學(xué)反應(yīng)立即減慢。由此可以說(shuō)明(  )A.RNA是核酸的一種B.RNA有時(shí)也可稱為遺傳物質(zhì)C.RNA主要存在于細(xì)胞質(zhì)中D.RNA也可作為生物催化劑答案:D 解析:RNA被有關(guān)的酶水解后,化學(xué)反應(yīng)立即減慢,說(shuō)明該RNA屬于酶,可催化此反應(yīng)的進(jìn)行,即RNA也具有催化作用,故D正確。A、B、C三項(xiàng)從內(nèi)容上講均是正確的說(shuō)法,但無(wú)法從題干信息中得出這些結(jié)論,故三項(xiàng)均不符合題意。
科學(xué)探究——控制變量和設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)1.教材中“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)變量分析
2.控制變量的科學(xué)方法
3.對(duì)照實(shí)驗(yàn)的類型和對(duì)照組、實(shí)驗(yàn)組的判斷(1)空白對(duì)照。設(shè)置兩組實(shí)驗(yàn),其中施加實(shí)驗(yàn)變量(要研究的因素)處理的為實(shí)驗(yàn)組,常態(tài)或未施加實(shí)驗(yàn)變量(要研究的因素)處理的為對(duì)照組。自變量為實(shí)驗(yàn)變量的有無(wú)。一般驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)采用空白對(duì)照。(2)相互對(duì)照。設(shè)置三組以上的實(shí)驗(yàn),每一組既作為實(shí)驗(yàn)組,同時(shí)又是其他組的對(duì)照。自變量為實(shí)驗(yàn)變量的不同量度(或類別)。一般“探究××最適(佳)條件”的實(shí)驗(yàn)采用相互對(duì)照。
(3)自身對(duì)照。實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組在同一實(shí)驗(yàn)對(duì)象上進(jìn)行,即實(shí)驗(yàn)處理前的為對(duì)照組,處理后的為實(shí)驗(yàn)組,自變量為實(shí)驗(yàn)變量的處理與否,如“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”實(shí)驗(yàn)。(4)條件對(duì)照。增設(shè)了與實(shí)驗(yàn)變量無(wú)關(guān)的一組實(shí)驗(yàn)。常結(jié)合空白對(duì)照進(jìn)行,具有反證或加強(qiáng)作用。如“驗(yàn)證甲狀腺激素促進(jìn)幼小動(dòng)物發(fā)育”的實(shí)驗(yàn)中:以蝌蚪為實(shí)驗(yàn)材料,甲組(實(shí)驗(yàn)組)飼喂甲狀腺激素;乙組(條件對(duì)照組)飼喂甲狀腺抑制劑;丙組(空白對(duì)照組)對(duì)蝌蚪不做任何處理。通過(guò)比較、對(duì)照更能充分說(shuō)明實(shí)驗(yàn)變量——甲狀腺激素有促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育的作用。條件對(duì)照的目的是通過(guò)對(duì)比得出相對(duì)立的結(jié)論,以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論的正確性。
【素養(yǎng)評(píng)價(jià)】1.關(guān)于生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的變量,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(  )A.任何生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中都需要設(shè)置變量B.對(duì)照實(shí)驗(yàn)中應(yīng)遵循單一變量原則C.對(duì)照實(shí)驗(yàn)中一定存在自變量D.無(wú)關(guān)變量并不是與實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有關(guān)系答案:A 解析:只有對(duì)照實(shí)驗(yàn)中才需設(shè)置變量,純粹的觀察實(shí)驗(yàn)(如用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng))則無(wú)須設(shè)置變量。
2.在“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”的實(shí)驗(yàn)中,對(duì)實(shí)驗(yàn)的處理如表所示。
(1)在上表的實(shí)驗(yàn)處理中,研究了哪些自變量?____________________,寫出一種無(wú)關(guān)變量:______________________________________________。(2)該實(shí)驗(yàn)用的肝臟要求是新鮮的,原因是_________________________________________________________________________________________。(3)若要研究生物催化劑與無(wú)機(jī)催化劑的差別,可選用的實(shí)驗(yàn)組合是_______________________________________________________________。(4)若試管1和試管2組成對(duì)照實(shí)驗(yàn),能說(shuō)明的問(wèn)題是_________________________________________________________________。

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高中生物人教版 (2019)必修1《分子與細(xì)胞》第1節(jié) 細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位課文配套ppt課件

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高中生物人教版 (2019)必修1《分子與細(xì)胞》電子課本

一 酶的作用和本質(zhì)

版本: 人教版 (2019)

年級(jí): 必修1《分子與細(xì)胞》

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