第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用

炎炎烈日之下，巖石變得很燙，這是因為照射在巖石上的光能轉(zhuǎn)變成熱能，而組成巖石的分子并未發(fā)生化學(xué)變化。巖石旁邊的植物同樣遭到暴曬，卻并未變得發(fā)燙。是不是植物不吸收光能呢？當(dāng)然不是。植物的葉片不但能吸收光能，而且能通過光合作用，將一部分光能轉(zhuǎn)變成儲存在有機物中的化學(xué)能。

細(xì)胞的生命活動是需要能量來驅(qū)動的。太陽能是幾乎所有生命系統(tǒng)中能量的最終源頭。外界能量進入細(xì)胞，并為細(xì)胞所利用，都要經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。

細(xì)胞是如何通過化學(xué)反應(yīng)來獲取和利用能量的呢？

第1節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶（第1課時）目標(biāo)010203通過對酶催化作用具體實例的討論，說明酶在細(xì)胞代謝中的作用及酶的本質(zhì)和特性。通過閱讀分析“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”的資料，認(rèn)同科學(xué)是在不斷地探索和爭論中前進的，偉大的科學(xué)家也會有認(rèn)識上的局限性。教學(xué)目標(biāo)通過相關(guān)的實驗和探究，嘗試控制自變量、觀察和檢測因變量，設(shè)置對照組和重復(fù)組。1773年，意大利科學(xué)家斯帕蘭扎尼做了一個巧妙的實驗：將肉塊放入小巧的金屬籠內(nèi)，然后讓鷹把小籠子吞下去。過一段時間后，他把小籠子取出來，發(fā)現(xiàn)籠內(nèi)的肉塊消失了。便于取出肉塊、排除物理性消化對肉塊的影響，確定其是否發(fā)生了化學(xué)性消化。問題探討1、為什么要將肉塊放在金屬籠內(nèi)?討論：

是胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)將肉塊分解了。問題探討2、是什么物質(zhì)使肉塊消失了？討論：1773年，意大利科學(xué)家斯帕蘭扎尼做了一個巧妙的實驗：將肉塊放入小巧的金屬籠內(nèi)，然后讓鷹把小籠子吞下去。過一段時間后，他把小籠子取出來，發(fā)現(xiàn)籠內(nèi)的肉塊消失了。

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。問題探討3、怎樣才能證明你的推測？討論：1773年，意大利科學(xué)家斯帕蘭扎尼做了一個巧妙的實驗：將肉塊放入小巧的金屬籠內(nèi)，然后讓鷹把小籠子吞下去。過一段時間后，他把小籠子取出來，發(fā)現(xiàn)籠內(nèi)的肉塊消失了。斯帕蘭札尼的實驗說明：食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某種物質(zhì)。斯帕蘭扎尼在研究鷹的消化作用但我不知是什么物質(zhì)...emo...后來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)胃液含有大量鹽酸，推測：鹽酸是使食物分解的物質(zhì)。1835年，德國科學(xué)家施旺發(fā)現(xiàn)：胃腺分泌物中有一種物質(zhì)，將它與鹽酸混合后，對肉類的分解能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鹽酸的單獨作用，這種物質(zhì)就是胃蛋白酶。德國生理學(xué)家溫和①常溫②常壓③水溶液環(huán)境④pH接近中性劇烈①高溫②高壓③強酸④強堿常見有機化學(xué)反應(yīng)細(xì)胞內(nèi)外的環(huán)境在細(xì)胞較為溫和的環(huán)境中，各種生化反應(yīng)如何高效有序的進行呢？細(xì)胞代謝離不開酶

細(xì)胞中每時每刻都進行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝，那么細(xì)胞代謝與我們常見的化學(xué)反應(yīng)需要的條件一樣嗎？

細(xì)胞代謝是細(xì)胞生命活動的基礎(chǔ)，但細(xì)胞代謝也會產(chǎn)生代謝廢物，甚至?xí)a(chǎn)生對細(xì)胞有害的物質(zhì)，如過氧化氫。2H2O22H2O+O2↑1.過氧化氫在體外分解需要什么條件？2.細(xì)胞內(nèi)的過氧化氫又是怎樣被快速分解的呢？加熱、強酸、強堿、加催化劑（如FeCI3)細(xì)胞中含有過氧化氫酶過氧化氫酶與加熱、強酸、強堿、加催化劑都能使過氧化氫分解，他們原理一樣嗎？分解速率一樣嗎？如何設(shè)計實驗來探究酶的作用？一、酶在細(xì)胞代謝中的作用1.實驗?zāi)康模和ㄟ^比較過氧化氫在不同條件下分解的快慢，了解過氧化氫酶的作用。2.實驗原理：2H2O22H2O+O2反應(yīng)條件①加熱是化學(xué)反應(yīng)常見的條件②Fe3+是無機催化劑③新鮮肝臟中含有過氧化氫酶不同條件判斷H2O2分解快慢的依據(jù)：②點燃的衛(wèi)生香

的復(fù)燃情況①氣泡冒出情況探究·實踐比較過氧化氫在不同條件下的分解O2的產(chǎn)生量3.實驗材料：①新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液（含較多的過氧化氫酶）②質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的FeCI3溶液③新配制的體積分?jǐn)?shù)為3%的H2O2溶液量筒、試管、滴管、試管架、衛(wèi)生香、火柴、酒精燈、試管夾、大燒杯、三腳架、石棉網(wǎng)、溫度計4.實驗用具：探究·實踐比較過氧化氫在不同條件下的分解（每滴FeCI3溶液中的Fe3+數(shù)，大約是每滴過氧化氫酶分子數(shù)的25萬倍）5.實驗設(shè)計：組別對照組實驗組1234過氧化氫H2O2濃度3%3%3%3%H2O2劑量2mL2mL2mL2mL反應(yīng)條件常溫90℃FeCl32滴肝臟研磨液2滴結(jié)果產(chǎn)生氣泡衛(wèi)生香燃燒情況探究·實踐比較過氧化氫在不同條件下的分解探究·實踐比較過氧化氫在不同條件下的分解Fe3+做催化劑過氧化氫酶6.實驗現(xiàn)象：探究·實踐比較過氧化氫在不同條件下的分解組別對照組實驗組1234過氧化氫H2O2濃度3%3%3%3%H2O2劑量2mL2mL2mL2mL反應(yīng)條件常溫90℃FeCl32滴肝臟研磨液2滴現(xiàn)象產(chǎn)生氣泡衛(wèi)生香燃燒情況7.實驗結(jié)論：不明顯少量較多大量不復(fù)燃不復(fù)燃復(fù)燃不明顯復(fù)燃明顯探究·實踐比較過氧化氫在不同條件下的分解實驗結(jié)論過氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣過氧化氫在過氧化氫酶的作用下分解速率最快1.與１號試管相比，２號試管出現(xiàn)什么不同的現(xiàn)象？說明什么？2號試管放出的氣泡多，說明加熱能促進過氧化氫分解，提高反應(yīng)速率。

2.在細(xì)胞內(nèi)，能通過加熱來提高反應(yīng)速率嗎？說明FeCl3中的Fe3+

和新鮮肝臟中的過氧化氫酶都能加快過氧化氫分解的速率。4.3號試管與4號試管相比，哪支試管中的反應(yīng)速率快？這說明什么？4號試管的反應(yīng)速率比3號試管快得多，說明過氧化氫酶比Fe3+

的催化效率高得多。討論：探究·實踐比較過氧化氫在不同條件下的分解3.3號和4號試管未經(jīng)加熱，也有大量氣泡產(chǎn)生，這說明什么？不能。

細(xì)胞內(nèi)每時每刻都在進行著成千上萬種化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)需要在常溫、常壓下高效地進行，只有酶能夠滿足這樣的要求，所以說酶對于細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)的順利進行是至關(guān)重要的。6.2號、3號、4號試管相比，哪支試管最終產(chǎn)生的氧氣最多？一樣多，幾支試管的H2O2溶液的體積和濃度都相同。討論：探究·實踐比較過氧化氫在不同條件下的分解

以上比較過氧化氫在不同條件下的分解實驗設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)嗎？一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炘撊绾蝸碓O(shè)計？有哪些因素是我們必須要考慮的？5.為什么說酶對于細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的順利進行至關(guān)重要？（不同條件X）②自變量：③因變量：④無關(guān)變量：除自變量外，實驗中還存在的一些也可對實驗結(jié)果造成影響的可變因素隨著自變量的改變而變化的變量人為控制的對實驗對象進行處理的因素①變

量：實驗過程中的變化因素Y=a+f(x)自變量因變量無關(guān)變量單一變量原則：實驗設(shè)計時只有一個自變量，且無關(guān)變量在對照組和實驗組中均要保持相同且適宜。（結(jié)果Y）（相同條件a）你能準(zhǔn)確找出以上實驗中的相關(guān)變量嗎？控制變量和設(shè)計對照實驗科學(xué)方法討論：無關(guān)變量對實驗結(jié)果有影響嗎？怎樣控制無關(guān)變量？

討論：該實驗的對照組和實驗組分別是什么？變量步驟試管編號1234一H2O2濃度3%3%3%3%H2O2劑量2ml2ml2ml2ml二

FeCl3肝臟研磨液2滴2滴三觀察氣泡產(chǎn)生幾乎無少量較多大量帶火星的衛(wèi)生香不復(fù)燃不復(fù)燃復(fù)燃不明顯復(fù)燃明顯實驗結(jié)論過氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣過氧化氫在過氧化氫酶的作用下分解速率最快反應(yīng)條件常溫90℃無關(guān)變量自變量因變量的觀察指標(biāo)相同且適宜對照組實驗組對照實驗：除作為自變量的因素外，其余因素（無關(guān)變量）都保持

一致，并將結(jié)果進行比較的實驗叫作對照實驗。空白對照比較過氧化氫在不同條件下的分解速率因變量※單一變量原則：實驗設(shè)計時只有一個自變量發(fā)生變化，無關(guān)變量都應(yīng)保持相同且適宜。

討論：實驗設(shè)置對照組有什么意義？對照原則：對照可以排除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響。變量步驟試管編號1234一H2O2濃度3%3%3%3%H2O2劑量2ml2ml2ml2ml二

FeCl3肝臟研磨液2滴2滴三觀察氣泡產(chǎn)生幾乎無少量較多大量帶火星的衛(wèi)生香不復(fù)燃不復(fù)燃復(fù)燃不明顯復(fù)燃明顯實驗結(jié)論過氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣過氧化氫在過氧化氫酶的作用下分解速率最快反應(yīng)條件常溫90℃無關(guān)變量自變量因變量的觀察指標(biāo)相同且適宜對照組實驗組對照實驗：比較過氧化氫在不同條件下的分解速率因變量1號和2號試管實驗結(jié)果對比，說明

。升高溫度能加快過氧化氫的分解1號和3號試管實驗結(jié)果對比，說明

。FeCl3具有催化作用1號和4號試管實驗結(jié)果對比，說明

。酶具有催化作用4號試管與3號試管的現(xiàn)象不同，說明

。與無機催化劑相比，酶的催化效率更高

1、加熱、Fe3+、酶的作用機理一、酶在細(xì)胞代謝中的作用

1、加熱、Fe3+、酶的作用機理3、酶催化效率高的原因：4、酶作用意義：2、活化能：一、酶在細(xì)胞代謝中的作用為分子提供能量降低化學(xué)反應(yīng)的活化能分子從常態(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。與無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著。使細(xì)胞代謝在溫和條件下快速有序地進行。①加熱：②Fe3+、酶：①②④H2O2H2O＋1/2O2⑤③表示：⑤表示：無機催化劑降低的活化能酶降低的活化能①表示：②表示：④表示：化學(xué)反應(yīng)所需的活化能。無機催化劑催化時化學(xué)反應(yīng)所需的活化能。酶催化時化學(xué)反應(yīng)所需的活化能。③反應(yīng)過程能量一、酶在細(xì)胞代謝中的作用(1)活化能:

分子從

態(tài)到達(dá)狀態(tài)所需的能量(2)無酶催化的反應(yīng)曲線是______，無酶時的活化能是

。(3)有酶催化的反應(yīng)曲線是______，有酶時的活化能是

。(4)ca段的含義是:

在無催化劑的條件下，啟動反應(yīng)所需要的

。(5)ba段的含義是:酶

__。(6)若將酶催化改為無機催化劑催化該反應(yīng)，則b點在縱軸上將________移動。常活躍①②降低的活化能向上acbc常態(tài)活化態(tài)活化能隨堂練習(xí)時間O2量5、酶作用特征：與無機催化劑一樣，本身并不被消耗，也不改變反應(yīng)

的方向和生成物的量。只是改變了化學(xué)反應(yīng)速率。一、酶在細(xì)胞代謝中的作用無催化劑加Fe3+加過氧化氫酶酶是什么物質(zhì)？哪里產(chǎn)生的？

我國早在4000多年前的夏禹時代，就掌握了釀酒技術(shù)。1716年《康熙字典》收錄了酶字，并將“酶”解釋為“酒母也”。“酒母”就是現(xiàn)在所說的酵母。二、酶的本質(zhì)19世紀(jì)以前，人們還不知道酶為何物。19世紀(jì)以后，隨著釀酒中發(fā)酵過程的深入研究，科學(xué)家才揭開酶的“面紗”。二、酶的本質(zhì)關(guān)于酶本質(zhì)的探索思考·討論

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)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用，是不正確的。1、巴斯德和李比希的觀點各有什么積極意義？各有什么局限性？關(guān)于酶本質(zhì)的探索思考·討論討論巴斯德是微生物學(xué)家，特別強調(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)的角度考慮問題。他們的爭論促使后人把對酶的研究目標(biāo)集中在他們爭論的焦點上，使科學(xué)研究更加有的放矢。2、巴斯德和李比希的爭論原因是什么？他們的爭論對后人研究酶

的本質(zhì)有何意義？關(guān)于酶本質(zhì)的探索思考·討論討論畢希納的實驗說明，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。3、從畢希納的實驗可以得出什么結(jié)論？關(guān)于酶本質(zhì)的探索思考·討論討論薩姆納歷時9年，用正確的科學(xué)方法，堅持不懈、百折不饒的科學(xué)精神，將酶提純出來。成功屬于不畏艱苦的人。4、薩姆納歷時9年才證明脲酶是蛋白質(zhì)，并因此榮獲諾貝爾化學(xué)獎。

你認(rèn)為他取得成功靠的是什么樣的精神品質(zhì)？關(guān)于酶本質(zhì)的探索思考·討論討論發(fā)酵是純化學(xué)反應(yīng)，與生命活動無關(guān)巴斯德李比希畢希納薩姆納其他科學(xué)家切赫和奧爾特曼發(fā)酵與死細(xì)胞中的物質(zhì)有關(guān)發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)死細(xì)胞中的物質(zhì)和活細(xì)胞都能引起發(fā)酵脲酶是蛋白質(zhì)胃蛋白酶等許多酶也是蛋白質(zhì)切赫奧爾特曼請給酶下一個比較完整的定義。少數(shù)酶是RNA

二、酶的本質(zhì)1、定義：絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA酶的化學(xué)本質(zhì)

酶的來源

酶的功能活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物。一般說來，活細(xì)胞都能產(chǎn)生酶酶可在細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞外、生物體外發(fā)揮作用酶只起催化作用，無調(diào)節(jié)等其他功能2、本質(zhì)：溫馨提示二、酶的本質(zhì)化學(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)是_______少數(shù)是_________元素組成合成原料合成場所來源一般來說，活細(xì)胞都能產(chǎn)生作用場所作用原理RNA

蛋白質(zhì)核糖核苷酸氨基酸核糖體細(xì)胞核（真核生物）細(xì)胞內(nèi)、外及生物體外均能發(fā)揮作用C、H、O、N、(S)C、H、O、N、P降低化學(xué)反應(yīng)的活化能二、酶的本質(zhì)探究實驗：比較過氧化氫在不同條件下的分解酶的作用和本質(zhì)酶在細(xì)胞代謝中的作用酶的本質(zhì)：

絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA。自變量原理：降低化學(xué)反應(yīng)活化能因變量無關(guān)變量課堂小結(jié)練習(xí)與應(yīng)用.

1.酶對細(xì)胞代謝起著非常重要的作用，可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。下列關(guān)于酶的作用特點及本質(zhì)的敘述，正確的是

（

）A.酶不能脫離生物體起作用B.酶只有釋放到細(xì)胞外才起作用C.所有的酶都是蛋白質(zhì)D.酶是具有催化作用的有機物D一、概念檢測.

2.酶和無機催化劑都能催化化學(xué)反應(yīng)。與無機催化劑相比，酶具有的特點是

（

）A.