第五章   細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第一節(jié)   降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶教學(xué)目標(biāo) 1.說(shuō)明酶在細(xì)胞代謝中的作用、本質(zhì)和特性。2.通過(guò)閱讀分析“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”的資料，認(rèn)同科學(xué)是在不斷的探索和爭(zhēng)論中前進(jìn)的。3.進(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn)和探究，學(xué)會(huì)控制自變量，觀察和檢測(cè)因變量的變化，以及設(shè)置對(duì)照組和重復(fù)實(shí)驗(yàn)。教學(xué)重點(diǎn)　酶的作用、本質(zhì)和特性。教學(xué)難點(diǎn)　（1）酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的原理。（2）控制變量的科學(xué)方法。教學(xué)過(guò)程：教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)情境創(chuàng)設(shè)人不吃飯行嗎？食物進(jìn)入人體內(nèi)發(fā)生了怎樣的變化？這些問(wèn)題在現(xiàn)在來(lái)說(shuō)都已經(jīng)十分清楚了。這些變化過(guò)程在其他生物中有沒(méi)有呢？早在二百多年前科學(xué)家就對(duì)此進(jìn)行了探索。實(shí)驗(yàn)介紹：1783年意大利科學(xué)家斯帕蘭札尼將肉塊放在小巧的金屬籠中，然后讓鷹吞下，過(guò)了一段時(shí)間，將籠子取出，肉塊不見(jiàn)了。問(wèn)：（1）為何要將肉塊放在籠子中？答：排除了胃對(duì)肉塊的物理性消化。問(wèn)：（2）對(duì)肉起消化作用的是什么物質(zhì)？答：一定是某些物質(zhì)進(jìn)入到金屬籠中，使肉分解。現(xiàn)在已經(jīng)知道這個(gè)能讓肉分解的物質(zhì)就是——酶。問(wèn)：（3）進(jìn)行肉類(lèi)消化的過(guò)程的條件是怎樣的？答：進(jìn)行分解肉的反應(yīng)是在一種極溫和的條件下進(jìn)行的。問(wèn)：（4）在實(shí)驗(yàn)室中能否也能讓肉分解？能的話需要怎樣的條件？答：實(shí)驗(yàn)室也能進(jìn)行肉的分解，但是比起在生物體中來(lái)說(shuō)，需要高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等劇烈的條件才能進(jìn)行。問(wèn)題探討1.這個(gè)實(shí)驗(yàn)要解決的問(wèn)題是：鳥(niǎo)類(lèi)的胃是否只有物理性消化，沒(méi)有化學(xué)性消化？2.是胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)將肉塊分解了。3.提示：收集胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，看看這些物質(zhì)在體外是否也能將肉塊分解。總結(jié)：對(duì)于一個(gè)生物體來(lái)說(shuō)要進(jìn)行的生理活動(dòng)非常之多，構(gòu)成生物體的每一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)需要不斷地合成與分解，不斷地處于自我更新的狀態(tài)，而這種自我更新的過(guò)程完全依賴(lài)于細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)，每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量的變化。細(xì)胞中全部有序的化學(xué)變化的總稱(chēng)就叫細(xì)胞代謝。細(xì)胞生存的條件是很溫和的，那么細(xì)胞內(nèi)數(shù)量如此巨大的生物化學(xué)反應(yīng)如何在常溫、常壓、水溶液環(huán)境、pH接近中性的條件下，迅速高效地進(jìn)行呢？在化學(xué)反應(yīng)中有沒(méi)有提高化學(xué)反應(yīng)的方法呢？      學(xué)生思考回答過(guò)氧化氫在不同條件下的分解 實(shí)驗(yàn)前介紹：動(dòng)植物在代謝中產(chǎn)生的過(guò)氧化氫，對(duì)機(jī)體是有毒的。機(jī)體通過(guò)過(guò)氧化氫酶，催化過(guò)氧化氫迅速分解成水和氧氣而解毒。鐵離子也可催化這一反應(yīng)。2H2O2H2O＋O2問(wèn)：如何獲得過(guò)氧化氫酶？答：新鮮肝臟中含有較多的過(guò)氧化氫酶，所以新鮮肝臟研磨液含有較多的過(guò)氧化氫酶。按以下實(shí)驗(yàn)步驟來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：試管編號(hào)1234實(shí)驗(yàn)原理過(guò)氧化氫在高溫或Fe3＋或過(guò)氧化氫酶的作用下都可分解成水和氧氣第一步每支試管各加入2 mL 3%的H2O2溶液第二步 90 ℃熱水浴用滴管加2滴3.5%FeCl3溶液用滴管加2滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%肝臟研磨液觀 察觀察氣泡冒出情況，并記錄現(xiàn)象無(wú)較多較多很多將點(diǎn)燃的衛(wèi)生香放在液面上沒(méi)變化火頭變亮火頭變亮復(fù)燃原因沒(méi)有生成氧氣生成了少量氧氣生成了少量氧氣生成了大量氧氣結(jié)論酶的催化效率比無(wú)機(jī)催化劑的催化作用更顯著對(duì)上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，對(duì)照實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。問(wèn)：上述實(shí)驗(yàn)分成了1、2、3、4號(hào)四支試管，哪些是四支試管共同的條件？?jī)蓛杀容^不同的條件有幾個(gè)？答：共同點(diǎn)：都在試管中加入2 mL H2O2溶液，都在相同的壓力下進(jìn)行。不同點(diǎn)：1和2：只有溫度不同；1和3：3多了2滴FeCl3溶液；1和4：4多了2滴肝臟研磨液；3和4：加入的催化劑不同。問(wèn)：1號(hào)試管沒(méi)有加任何試劑，它起的作用是什么？答：它起的是對(duì)照的作用。結(jié)論：進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的其他因素相同，而只有其中某一因素不同，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。如果結(jié)果不同，那么影響該結(jié)果的就是這一不同的因素。在上述實(shí)驗(yàn)3試管和4試管只有加入的催化劑不同，那么該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果3放的氧氣少，4放出氧氣多就是因?yàn)榧尤氲?/span>4號(hào)催化劑的催化效率比加入到3號(hào)的高。即酶具有高效性。問(wèn)：2和4試管現(xiàn)象基本相同，能否在生物體中也利用2的方法來(lái)解毒？答：不能。加熱到這樣的溫度會(huì)造成生物的細(xì)胞死亡。問(wèn)：能否用同一滴管給3和4試管加FeCl3溶液和肝臟研磨液？答：不能。共用滴管會(huì)讓肝臟研磨液（或FeCl3溶液）殘留在滴管內(nèi)，難以判斷出過(guò)氧化氫的分解是哪種滴加液的作用，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確。問(wèn)：為何酶的催化效率會(huì)比無(wú)機(jī)催化劑更高呢？答：酶降低了活化能?；罨芫褪欠肿訌某B(tài)轉(zhuǎn)化變?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?；罨茉酱?，反應(yīng)就越不容易進(jìn)行，反之就容易進(jìn)行。教師精講］在生物體中，生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)每時(shí)每刻進(jìn)行著。以人為例：據(jù)估計(jì)人體細(xì)胞內(nèi)每分鐘大約要發(fā)生幾百萬(wàn)次的化學(xué)反應(yīng)，這么多的化學(xué)反應(yīng)能在人體中順利而迅速地完成，完全是靠酶的催化作用。它和無(wú)機(jī)催化劑相比，具有更高的催化效率。酶在細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)變化過(guò)程中起著重要作用，這個(gè)作用是其他物質(zhì)無(wú)法代替的。它降低了化學(xué)反應(yīng)中的活化能，而自身卻沒(méi)有發(fā)生變化，所以是一種催化劑。它是細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的，所以它也是細(xì)胞中具有高效催化效率的生物催化劑。它的作用就是降低活化能。2.在醫(yī)院常用雙氧水作為身體出現(xiàn)小傷口的消毒用藥，能觀察到什么現(xiàn)象嗎？試解釋該現(xiàn)象。2.能看到傷口有氣泡產(chǎn)生。原因是人體細(xì)胞中產(chǎn)生的酶將雙氧水分解成了水和  氧氣。      學(xué)生思考回答                         學(xué)生討論回答   課堂小結(jié) 酶的本質(zhì)現(xiàn)在已經(jīng)知道細(xì)胞內(nèi)的生理活動(dòng)之所以如此有序地快速進(jìn)行，酶的作用無(wú)可替代，但是19世紀(jì)以前，人們對(duì)這些所知甚少，人們對(duì)酶的認(rèn)識(shí)是科學(xué)家不懈努力的結(jié)果。［］巴斯德和李比希觀點(diǎn)的比較         巴斯德                     李比希1822～1895（法國(guó)）               1803～1873（德國(guó)）微生物學(xué)家、通過(guò)顯微鏡觀察    化學(xué)家，通過(guò)對(duì)化學(xué)變化的研究發(fā)現(xiàn)發(fā)酵的過(guò)程中有酵母菌存在       認(rèn)為糖類(lèi)變成酒精就是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)結(jié)論：沒(méi)有活細(xì)胞      結(jié)論：在這個(gè)變化過(guò)程中，只有細(xì)胞糖類(lèi)不可能變成酒精    死亡之后放出了某些物質(zhì)起了作用問(wèn)：從巴斯德研究的領(lǐng)域來(lái)看，他得出結(jié)論的出發(fā)點(diǎn)主要是什么？答：巴斯德是微生物學(xué)家，他主要強(qiáng)調(diào)生物體或細(xì)胞的整體作用。問(wèn)：從李比希研究的領(lǐng)域來(lái)看，它得出結(jié)論的出發(fā)點(diǎn)主要是什么？答：李比希是化學(xué)家，傾向于從化學(xué)的角度考慮問(wèn)題。問(wèn)：他們的爭(zhēng)論被哪位科學(xué)家的研究成果平息了？答：畢希納。請(qǐng)分析畢希納研究的過(guò)程（學(xué)生活動(dòng)）。實(shí)驗(yàn)：酵母細(xì)胞研磨加水?dāng)嚢?/span>加壓過(guò)濾含酵母細(xì)胞的提取液加入葡萄糖。現(xiàn)象：冒出氣泡。結(jié)論：酵母細(xì)胞的提取液和活酵母細(xì)胞的作用一樣。酵母細(xì)胞中引起發(fā)酵的物質(zhì)稱(chēng)為釀酶。問(wèn)：你認(rèn)為畢希納只憑上面的實(shí)驗(yàn)?zāi)懿荒苷f(shuō)明酵母細(xì)胞的提取液和活酵母細(xì)胞的作用  一樣？答：不能。問(wèn)：那還應(yīng)做怎樣的實(shí)驗(yàn)？答：對(duì)照實(shí)驗(yàn)。將酵母菌分成兩等份，一半直接加入葡萄糖，另一半通過(guò)研磨、過(guò)濾等過(guò)程來(lái)進(jìn)行，觀察結(jié)果是否一樣。問(wèn)：有人說(shuō)畢希那的研究成果與前人無(wú)關(guān)，你同意這樣的觀點(diǎn)嗎？答：不同意。正是由于巴斯德、李比希的研究確定了爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，使得畢希納的研究更加具有針對(duì)性。雖然已經(jīng)確定了酶在物質(zhì)變化中的作用，但酶到底是什么物質(zhì)仍然是困擾大家的問(wèn)題。要研究酶是什么物質(zhì)，首先要得到純度較高的酶，然后才能作出鑒定。美國(guó)科學(xué)家薩姆納在研究酶究竟是什么過(guò)程中作出了杰出貢獻(xiàn)。薩姆納的研究過(guò)程問(wèn)：薩姆納研究哪種酶？是如何確定的？答：脲酶。借助其他科學(xué)家的研究，知道刀豆種子中脲酶的含量比較高。問(wèn)：脲酶提取出了，根據(jù)你學(xué)過(guò)的知識(shí)如何證明它就是脲酶，不是細(xì)胞中其他的有機(jī)物呢？答：在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中首先可以證明是不是蛋白質(zhì)。用雙縮脲試劑這個(gè)特有反應(yīng)來(lái)鑒定。然后根據(jù)脲酶的特性：尿素氨＋二氧化碳，來(lái)判定它不是脲酶。1926年薩姆納的重要科學(xué)研究成果讓人們知道脲酶就是蛋白質(zhì)，后來(lái)其他科學(xué)家也提取了其他種類(lèi)的酶，也證明是蛋白質(zhì)，所以在以后一段較長(zhǎng)的時(shí)間，人們都認(rèn)為酶就是蛋白質(zhì)。問(wèn)：科學(xué)家得出的結(jié)論應(yīng)用的什么方法？答：概括法。問(wèn)：你能說(shuō)出當(dāng)時(shí)概括得出這個(gè)結(jié)論的基本思路嗎？答：脲酶是蛋白質(zhì)，胰蛋白酶也是蛋白質(zhì)，胃蛋白酶也是蛋白質(zhì)。人們發(fā)現(xiàn)的酶都是蛋白質(zhì)，所以酶就是蛋白質(zhì)。問(wèn)：這樣的結(jié)論到了20世紀(jì)80年代美國(guó)科學(xué)家的重要發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了什么變化？答：美國(guó)科學(xué)家切赫和奧特曼發(fā)現(xiàn)了一種酶，它也有催化功能，但是它是RNA。這樣酶的定義就有了發(fā)展。即：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)，少量的是RNA。資料分析1.巴斯德認(rèn)為發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)是合理的，但是認(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，但是認(rèn)為這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用是不正確的。2.提示：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)酶的研究的目標(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，酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母細(xì)胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細(xì)胞中一樣。4.薩姆納歷時(shí)9年用正確的科學(xué)方法，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。［教師精講］酶作為生物催化劑，人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了較長(zhǎng)的時(shí)間，從酶究竟是在活細(xì)胞中能起作用還是釋放出來(lái)起作用一直爭(zhēng)論到到底是什么物質(zhì)，每次爭(zhēng)論的結(jié)果都讓人們對(duì)酶的認(rèn)識(shí)更深入一步，更加準(zhǔn)確，所以可以說(shuō)酶的本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程也正是人們認(rèn)識(shí)自然的一個(gè)真實(shí)寫(xiě)照。酶的概念：活細(xì)胞產(chǎn)生的具有生物催化活性的有機(jī)物。     只要是活細(xì)胞就能產(chǎn)生酶（人和哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞除外）     注意與激素，維生素的區(qū)別酶的作用。降低活化能，使細(xì)胞代謝在溫和條件下快速地進(jìn)行。本質(zhì)：絕大多數(shù)為蛋白質(zhì)，少量為RNA（構(gòu)成酶的基本單位是氨基酸和核糖核苷酸）         師生互動(dòng)                學(xué)讓思考回答      第一小節(jié)練習(xí)基礎(chǔ)題1.巴斯德：發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)，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。李比希：引起發(fā)酵的是細(xì)胞中的某些物質(zhì)，但是這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用。畢希納：酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母細(xì)胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細(xì)胞中一樣。薩姆納：酶是蛋白質(zhì)。2.提示：（1）細(xì)胞內(nèi)每時(shí)每刻都在進(jìn)行著成千上萬(wàn)種化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)需要高效率地進(jìn)行，酶的催化效率比無(wú)機(jī)催化劑高得多。（2）細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)需要在常溫、常壓、酸堿度適中等溫和條件下進(jìn)行，無(wú)機(jī)催化劑常常需要輔助以高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等劇烈條件才能有較高的催化效率。3.D。拓展題1.提示：可用第2章中學(xué)過(guò)的鑒定蛋白質(zhì)的方法。在薩姆納之前，之所以很難鑒定酶的本質(zhì)，主要是因?yàn)榧?xì)胞中酶的提取和純化非常困難。2.提示：（1）如四膜蟲(chóng)的rRNA前體具有催化活性。（2）目前已有發(fā)現(xiàn)具催化活性的DNA的報(bào)道。

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高中生物人教版 (新課標(biāo))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 (新課標(biāo))

年級(jí)： 必修1《分子與細(xì)胞》

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