高一生物酶的作用和本质1
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疱丁巧解牛知识·巧学·升华一、酶在细胞代谢中的作用在生物体的细胞内每时每刻也都进行着许多这样的化学反应,我们统称为细胞代谢。
细胞代谢是细胞生命活动的基础。
这些化学反应都是在一种极温和的条件下进行的,如对人体来说,37.5 ℃的体温、近中性的pH等。
把发生在细胞内的这些反应和在实验室中进行的同种反应相比较,我们就会发现,其中有些反应在实验室中需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈的条件下才能进行,甚至有些反应在实验室条件下还不能实现。
难点剖析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活化能。
使反应物分子变为活跃状态的途径有二:(1)对反应体系加热或加压等,从而使反应物分子获得所需的活化能。
(2)使用适当的催化剂,降低活化能。
例如,过氧化氢分解为水和氧的反应,其分子活化能为每摩尔75 348焦耳;用Fe3+作催化剂时,每摩尔过氧化氢分解所需要的活化能降低至48 976焦耳;用过氧化氢酶催化时,活化能可降至8 372焦耳。
根据热力学计算,活化能由每摩尔75 348焦耳降至8 372焦耳,反应速度会加快一亿倍以上。
生物体细胞内的化学反应之所以能在温和的条件下顺利和迅速地进行,其主要原因就在于生物体内含有一类特殊的生物催化剂——酶。
在一个反应体系中,任何反应物分子都有进行化学反应的可能,但却并非都进行了反应。
因为在反应体系中各个反应物分子所含的能量高低不同,只有那些含能达到或超过某一限度的活化分子才能在碰撞中发生化学反应。
显然,活化分子越多,反应速度越快。
同无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著,因此酶催化效率更高。
正是由于酶的催化作用,细胞代谢的各种化学反应才能在温和条件下快速进行。
知识拓展关于酶是如何使反应活化能降低的,目前比较圆满的解释是中间产物学说。
(1)酶在催化此反应时,它首先与底物结合成一个不稳定的中间产物ES,然后ES再分解成产物和原来的酶。
(2)由于酶催化的反应(2)所需的活化能比(1)低,所以反应速度加快。
第1节降低化学反应活化能的酶一、酶的作用和本质【学习目标】1、酶在细胞代谢中的作用和本质2、学会控制自变量,观察和检测因变量的方法【自学感知】(一)细胞代谢的概念:中每时每刻都进行着许多(二)酶在细胞代谢中的作用1、实验:比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验原理:加热、FeCl3中的以及肝脏研磨液中的均可影响过氧化氢分解为和(2)实验材料:①的体积分数为3%的,质量分数为3.5%的②的质量分数为20%的思考:①实验中过氧化氢要用新配制的原因是②选用的肝脏必须是新鲜的原因是(3)实验过程及实验结果试管编号 1 2 3 4方法步骤加入物质各加入2mL过氧化氢溶液处理不处理观察气泡产生情况观察卫生香燃烧情况实验结果回答课本实验中的讨论题(4)实验结论:2、控制变量与对照实验(1)自变量:实验中的变量。
因变量:随而变化的变量。
无关变量:除自变量外,实验过程中可能还会存在一些,对造成影响(2)对照实验:除了以外,其余因素都叫做对照实验。
对照实验一般要设置和组(3)据“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验回答:①试管1和试管2为对照实验:自变量是,因变量是无关变量是(列举两个)。
对照组为试管②试管1、试管3和试管4为对照实验:自变量是,因变量是,对照组为试管3、酶的作用、作用原理及意义(1)酶具有作用(2)作用原理:降低化学反应的①活化能:分子从转变为容易发生化学反应的状态所需要的能量。
②和无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著,因而更高。
(3)意义:使细胞代谢在条件下快速进行。
(三)酶的本质1、探索历程(1)巴斯德之前:发酵是一个纯化学过程,与生命活动无关(2)巴斯德:发酵是由于酵母菌的存在(3)李比希:发酵是酵母菌中的某些物质在酵母菌死亡并裂解后发挥作用(4)毕希纳:从酵母菌获得了含有酶的提取液,未进行分离鉴定(5)萨姆纳:提取出了脲酶,并证明为蛋白质(6)切赫和奥特曼:发现少数RNA页具有生物催化作用2、酶的本质(1)化学本质:(2)产生的场所(细胞内/外),合成的细胞器:(3)发挥作用的场所(细胞内/外)。
高一生物必修一第五章笔记高一生物必修一第五章细胞的能量供应和利用。
一、酶。
1. 酶的作用和本质。
- 作用。
- 细胞代谢是细胞中每时每刻都进行着的许多化学反应的统称。
酶在细胞代谢中具有催化作用,可以降低化学反应的活化能。
活化能是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。
例如,在没有酶催化的情况下,过氧化氢分解需要较高的活化能,反应速度很慢;而有过氧化氢酶催化时,过氧化氢分解的活化能大大降低,反应速度迅速加快。
- 本质。
- 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,其中绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA。
科学家通过一系列实验探究酶的本质。
例如,巴斯德之前认为发酵是纯化学反应,与生命活动无关;而巴斯德认为发酵与活细胞有关,是整个细胞在起作用;李比希认为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;毕希纳通过实验证明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,他将酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶;后来,美国科学家萨姆纳从刀豆种子中提取出脲酶的结晶,并通过化学实验证实脲酶是一种蛋白质;20世纪80年代,切赫和奥特曼发现少数RNA也具有生物催化功能。
2. 酶的特性。
- 高效性。
- 酶的催化效率大约是无机催化剂的10⁷ - 10¹³倍。
例如,在比较过氧化氢酶和Fe³⁺对过氧化氢分解的催化效率实验中,过氧化氢酶能在短时间内使大量过氧化氢分解,产生大量气泡,而Fe³⁺的催化效率相对较低。
- 专一性。
- 每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
例如,淀粉酶只能催化淀粉水解为麦芽糖,而不能催化蛋白质或脂肪的水解;脲酶只能催化尿素分解为氨和二氧化碳,而对其他物质不起催化作用。
这是因为酶具有特定的活性中心,只有特定的底物才能与活性中心结合并发生反应。
- 作用条件较温和。
- 酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
温度和pH对酶活性影响较大。
《酶的作用和本质》讲义一、酶的发现历程在人类对生命现象的探索过程中,酶的发现是一个重要的里程碑。
早在 1773 年,意大利科学家斯帕兰札尼做了一个巧妙的实验,他将肉块放入小巧的金属笼内,然后让鹰吞食下去。
一段时间后,他发现笼内的肉块消失了,这个实验为后来人们认识酶的作用奠定了基础。
19 世纪,酿酒业在欧洲得到了很大的发展。
当时,人们发现酿酒时,酒桶里会产生很多泡沫,而这种泡沫能够加速糖类的分解。
后来,经过科学家们的不断研究,逐渐认识到这是一种生物催化剂在起作用,也就是我们现在所说的酶。
进入 20 世纪,随着化学和生物学的发展,科学家们对酶的本质有了更深入的研究。
1926 年,美国科学家萨姆纳从刀豆种子中提取出脲酶,并证明了脲酶是一种蛋白质。
这一发现使得人们对酶的认识从一种神秘的物质转变为一种具有明确化学本质的蛋白质。
二、酶的定义酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,其中绝大多数酶是蛋白质,少数酶是 RNA。
那么,什么是催化作用呢?催化作用就是能够加快化学反应的速率,而自身在反应前后的质量和性质不变。
三、酶的作用酶在生物体内发挥着极其重要的作用,概括起来主要有以下几个方面:1、催化生物体内的化学反应生命活动中的各种化学反应,如物质的合成与分解、能量的转化等,都需要酶的参与。
没有酶的催化,这些反应可能会非常缓慢,甚至无法进行。
例如,在细胞呼吸过程中,一系列的化学反应需要多种酶的协同作用,将有机物中的能量逐步释放出来,为细胞的生命活动提供动力。
2、调节代谢过程酶可以通过调节自身的活性来控制代谢反应的速率和方向,从而使细胞内的物质和能量代谢保持平衡。
当细胞内某种物质的含量过高时,相关的酶活性会受到抑制,从而减缓该物质的合成;反之,当某种物质的含量过低时,相关酶的活性会增强,促进该物质的合成。
3、分解有害物质酶还能够帮助分解细胞内产生的有害物质,保护细胞免受损伤。
例如,在肝脏中,存在一些酶能够将有毒的物质转化为无害的物质,然后排出体外。
第1节降低化学反应活化能的酶第1课时酶的作用和本质一、酶在细胞代谢中的作用1.细胞代谢(1)概念:细胞中每时每刻都进行着许多化学反应,统称为细胞代谢。
(2)条件:需酶的催化。
(3)意义:细胞代谢是细胞生命活动的基础。
2.比较过氧化氢在不同条件下的分解实验 (1)实验原理2H 2O 2―――――――――――→水浴加热或FeCl 3溶液或过氧化氢酶2H 2O +O 2 (2)实验过程和现象(3)实验结论:酶具有催化作用,同无机催化剂相比,酶的催化效率更高。
(4)实验中变量的控制①自变量:人为控制的对实验对象进行处理的因素。
如本实验中加FeCl 3溶液和加肝脏研磨液。
②因变量:因自变量改变而变化的变量。
如本实验中H 2O 2分解速率。
③无关变量:除自变量外,实验过程中还存在的一些对实验结果造成影响的可变因素,如肝脏的新鲜程度等。
(5)对照实验①除作为自变量的因素外,其余因素(无关变量)都保持一致,并将结果进行比较的实验。
②对照实验一般要设置对照组和实验组。
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活跃状态所需要的能量。
(2)原理:酶降低活化能的作用更显著。
(3)意义:使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。
(1)酶能提高化学反应的活化能,使化学反应顺利进行()(2)酶能催化H2O2分解,是因为酶使H2O2得到了能量()(3)无关变量是与实验结果无关的变量()(4)在一个实验中,因变量的检测指标往往不是唯一的()答案(1)×(2)×(3)×(4)√下图所示为酶催化反应的机理与过程,图中E1、E2、E3都是活化能,请据图回答:(1)请将这三种活化能分别与不使用催化剂、使用无机催化剂、使用酶作催化剂三种条件进行对应。
提示E1——使用无机催化剂,E2——不使用催化剂,E3——使用酶作催化剂。
(2)使用酶作催化剂时,酶所降低的化学反应的活化能应该怎么表示?提示E2-E3。
必修一分子与细胞第五章第1节降低化学反应活化能的酶(第一课时:酶的作用和本质)【学习目标】生命观念:认识到生命的物质性,酶是一种生命物质;理性思维:通过实验及实验结果的分析,归纳出酶具有催化作用,同时具有专一性、高效性、作用条件比较温和等特性;科学探究:学会设计实验,在实验中能够控制自变量和无关变量,检测因变量的变化,养成崇尚科学的态度;社会责任:运用酶的知识解释生活中与酶相关的问题。
【学习重难点】1.重点:酶的作用和特性2.难点:设计对照实验,合理控制变量【教学过程】一、导入新课课前实践:调查生活中的酶各学习小组利用课余时间通过查阅资料,观察生活用品等调查生活中与酶相关的产品。
完成调查报告。
附:调查报告模板师:通过同学们的调查,我们发现酶与我们的生活息息相关,在医药、食品、日用品等方面都有酶的身影。
那么了解酶、认识酶就显得很有必要了。
酶是什么?酶有什么作用呢?带着问题我们开始今天的学习之旅吧。
二、实践·探究比较过氧化氢在不同条件下的分解师:1、给出实验原理、实验材料,请同学们写出实验设计思路2、选择几个设计进行优点分析,评选最佳实验方案3、学生阅读教材78页“科学方法”的文字资料,引导学生获得自变量、因变量、无关变量的概念,分析实验中设计对照的意义,尝试设置新的对照组。
4、准备实验器材,引导学生进行实验生:设计实验方案,阅读78页“科学方法”,体会如何控制变量和设计对照实验,完善实验方案,进行实验。
生:观察实验现象师:Q1:与1号试管相比,2号试管出现什么不同的现象?这一现象说明什么?Q2:在细胞内,能通过加热来提高反应速率吗?为什么?Q3:3号和4号试管未经加热,也有大量气泡产生,这说明什么?Q4:3号试管与4号试管相比,哪支试管中的反应速率快?这说明什么?师:通过实验我们发现过氧化氢酶也可以像氯化铁一样加快反应的速率,而且效果更好。
说明酶也是催化剂,我们称之为生物催化剂。
那么酶催化化学反应的原理是怎样的呢?(播放微课:酶的作用原理)附1:酶作用原理图片附2:酶降低化学反应活化能的示意图三、关于酶本质的探索师:酶可以通过与底物的结合来降低化学反应的活化能,以加快反应的发生。