高一生物 酶和ATP导学案 苏教版必修1.docx

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高一生物酶和ATP导学案苏教版必修1

2019-2020年高一生物酶和ATP导学案苏教版必修1

【学习目标】

1.解释ATP是细胞内的能量“货币”。

2.举例说明酶的特性和酶促反应的过程。

3.解释影响酶活性的因素。

【重难点】

重点：

ATP的生理功能，酶的概念及催化特点

难点：

ATP和ADP之间的相互转化

[知识梳理]

一、新陈代谢与ATP：

新陈代谢不仅需要酶，而且需要______。

______是细胞的主要能源物质，_____是生物体内储存能量的物质。

但是，这些有机物中的能量都不能直接被生物体利用，只有在细胞中随着这些有机物逐步氧化分解而释放出来，并且储存在______中才能被生物利用。

_______是新陈代谢所需能量的___________。

1、ATP分子中具有高能磷酸键

ATP是的英文名称缩写。

ATP分子的结构式可以简写成，A代表，P代表，“～”代表。

2、ATP和ADP可以相互转化

ATP与ADP的相互转换（反应式）：

。

ATP与ADP之间的相互转化过程并不是可逆反应。

反应的场所、条件、反应式中的“能量”均不同

在ATP与ADP的转化中，ATP的第____个高能磷酸键位于末端，能很快地水解断裂，释放能量，同样，在提供能量的条件下，也容易加上第_____个磷酸使ADP又转化为ATP，。

ATP在细胞内的含量是_____的。

ATP在细胞内的转化是十分迅速的。

细胞内ATP的含量总是处在___________之中，对于构成生物内部稳定的供能环境，具有重要意义。

3、ATP的形成途径

对于动物和人来说，ADP转化成ATP时所需要的能量，来自_________________，对于绿色植物来说，ADP转化成ATP时所需要的能量，来自__________和__________。

构成生物体的活细胞，内部时刻进行着ATP与ADP的相互转化，同时也就伴随有能量的_和。

故把ATP比喻成细胞内流通着的“”。

[思考讨论]

1、ATP在细胞中很少，如何实现源源不断供应能量的？

2、ATP彻底水解后可以得到哪些成分？

3、推测能产生ATP的场所有哪些？

二、酶与酶促反应:

1、酶的概念：

酶是_______产生的一类__________________的_________，胃蛋白酶、唾液淀粉酶等绝大多数的酶是______，少数的酶是RNA。

2、酶的特性

科学研究表明，所有的酶在一定的条件下，都能使生物体内复杂的化学反应迅速地进行，而酶本身______。

实验说明，过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高，说明酶的催化作用具有性。

实验说明，淀粉酶只能催化________，对蔗糖则不起作用，确切地说每一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应。

酶的催化作用具有________的特点。

实验说明，________、________以及________和________，都影响淀粉酶的活性，_______、_______和_______都能使酶分子结构遭到破坏而_______。

除上述原因外，影响酶促反应的因素还有、____等。

[思考讨论]

1、为什么酶具有高效性？

2、用字母说明酶具有专一性？

【习题巩固】

一、选择题

1.下列关于酶的叙述，不正确的是

A．酶的催化效率很高B．酶大多数是蛋白质，少量是RNA

C．酶只有在细胞内才具有催化功能D．淀粉酶不能催化麦芽糖分解成葡萄糖

2.下列关于“ATPADP+Pi+能量”反应式的叙述．正确的是

A．反应式物质可逆，能量不可逆

B．反应式能量可逆，物质不可逆

C．两者均可逆

D．生物体内，ADP转变成ATP所需能量都来自呼吸作用

3.高等植物体内产生ATP的生理过程有

A.呼吸作用、渗透作用       B.呼吸作用、蒸腾作用

C.光合作用、主动运输       D.光合作用、呼吸作用

4.生物体内既能贮存能量,又能为生命活动直接提供能量的物质是

A.葡萄糖     B.糖原   C.ＡＴＰ   D.脂肪

5.下列生命现象中不伴有ATP消耗的是

A．神经冲动的传导B．植物细胞吸收水分

C．葡萄糖在小肠中被吸收D．根尖生长点细胞有丝分裂

6．酶是活细胞产生的。

下列关于酶的论述错误的是

A．有些酶是核酸B．酶的数量因参与化学反应而减少

C．酶的活性与pH有关D．酶的催化效率很高

7．催化脂肪酶水解的酶是

A肽酶B蛋白酶C脂肪酸D淀粉酶

8、在适宜的条件下，用含有过氧化氢酶的鲜猪肝研磨液催化过氧化氢分解，比用FeCl3溶液催化过氧化氢分解的速度快得多，这说明与无机催化剂相比，酶具有的特性是

A．特异性B．多样性　　C．高效性D．适应性

9.下图纵轴为酶反应速度，横轴为底物浓度，其中正确表示酶量增加1倍时，底物浓度和反应速度关系的是（Ｂ）

10．右图表示某种动物消化酶的催化反应速度与温度之间关系的曲线是

A.①B.②C.③D.④

11.水稻细胞内合成的某物质，能够在常温下高效分解淀粉，该物质

A.在4℃条件下易变性B．只含有C、H

C．也能催化淀粉合成D．含有羧基

12．在测定胃蛋白酶活性时，将溶液的pH由10降到2的过程中，胃蛋白酶的活性将

A．不断上升B．没有变化C．先升后降D．先降后升

13．人在发高烧时食欲降低，感觉食之无味，其原因是

A．体温升高，导致肠胃不能及时排空

B．体温升高，完全抑制了消化酶的分泌

C．体温升高，消化酶的活性受到影响

D．体温升高，破坏了体温调节系统，从而影响了肠胃的吸收

14．下列关于酶的叙述中正确的一项是

①酶是活细胞产生的；②酶都有消化功能；③酶的本质是蛋白质，蛋白质都是酶；④酶能够降低化学反应活化能，具有专一性、高效性；⑤酶促反应与外界条件无关；⑥淀粉酶能促进淀粉水解；⑦酶只有在生物体内才起催化作用

A．①②③B．①②④⑤C．①②④⑥D．①④⑥

15．ATP分子简式和18个ATP所具有的高能磷酸键数目分别是

A．A—P—P～P和18个B．A—P～P～P和36个

C．A～P～P和36个D．A—P～P～P和54个

16．ATP转化为ADP可表示如下：

式中X代表

A．H2OB．[H]C．PD．Pi

17．下图表示过氧化氢被分解的曲线，可说明酶具有

①专一性②高效性③催化特性④在温和条件下进行

A.①④B.②③C.①②D.③④

18．下列有关ATP的叙述，正确的是

①人长时间剧烈运动时，骨骼肌细胞中每摩尔葡萄糖生成ATP的量与安静时相等②若细胞内Na+浓度偏高，为维持Na+浓度的稳定，细胞消耗ATP的量增加③人在寒冷时，细胞产生ATP的量增加④人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡

A.①②B.②③C.③④D.①④

二、填空题

1.下图表示ATP与ADP的相互转变，请回答：

（1）图中A代表，“～”代表。

（2）图中①和②代表的酶一样吗？

依次是，其合成场所是，功能是。

（3）当反应由下往上进行时，所需要的能量来源于

作用和作用，当反应由上往下进行时，释放的能量来自的水解并用于生物体。

2.已知，可以通过观察反应过程中的生成速度（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%溶液，0.01%牛过氧化氢酶溶液，恒温水浴锅，试管。

实验步骤：

①

②

③

（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__________________________________。

答案：

一、选择题　　１－５　CADCB6-10BBCBB11-15DBCDB16-18DBB

二、填空题

1．

（1）腺苷高能磷酸键

（2）合成酶水解酶核糖体生物催化（3）光合呼吸高能磷酸键各种生命活动

2.

（1）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）加酶溶液的试管、加FeCl3的溶液的试管、加蒸馏水的试管酶具有催化作用和高效性

（3）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

2019-2020年高一生物降低化学反应活化能的酶第1课时示范教案新人教版

●从容说课

该节主要介绍了酶在细胞代谢中的作用、酶的本质以及酶的3个特性。

本节在学生学习过初中生物学的基础上，创设了“问题探讨”的情境——200多年前科学家斯帕兰札尼有关探究鹰消化食物原理的著名实验，引导学生分析和讨论，明确在这个实验过程中酶起了重要作用。

那么酶在细胞代谢中有何作用？

教材安排了实验来比较过氧化氢在不同条件下分解速率快慢的实验，引导学生自己得出结论，从而切身体会到酶具有很高的催化速率，该实验还介绍了生物实验的常用方法，所以要特别注意理解掌握设计对照实验的原则——单一变量原则（只有一个实验条件不同，其他的实验条件都相同），从而确定实验结果的不同就是有该不同的条件造成的。

在学生获得感性知识的基础上，教材利用卡通式插图、图解和文字叙述，指出酶能够显著降低化学反应所需的活化能。

这种编排有助于引导学生学会确认和控制变量，有助于培养学生的科学探究能力。

关于酶的化学本质，教材没有平铺直叙地讲述，而是引导学生对有关资料进行分析。

需要指出的是，巴斯德和李比希等科学家的观点都有正确的成分，但限于各种原因又都不够全面、准确。

随着科学技术的不断进步，后来的科学家对酶的本质不断获得新的研究成果。

教材引导学生分析这些资料，这在培养学生继承、创新、实事求是和大胆实践等科学精神和态度方面，都具有重要的教育价值。

至于酶的定义，教材要求学生在分析资料后自己进行归纳、总结和完善。

这体现出教材在促进学生积极改变学习方式，力求培养学生主动建构知识的编写意图。

本节资料分析后面的一段短文，同样是意在结合本节的有关知识，培养学生具备正确的科学精神和态度。

关于酶具有高效性，教材是引导学生回忆上一节的实验现象以及联系自己的生活经验后得出的。

关于酶具有专一性，教材是通过举实例和打比喻得出的。

关于酶的第三个特性，教材设计了一个探究哪些因素影响酶活性的实验，让学生在探究后得出结论。

本探究的实验指导提供了相关的背景知识，目的是便于学生提出所需探究的问题。

在学生探究的基础上，教材配合两个曲线图，概括出酶的作用条件较温和的结论。

本节的“科学·技术·社会”，通过多个侧面，体现出酶与人类生活的密切关系，从而进一步开阔学生的眼界。

●三维目标

1.知识与技能

（1）细胞代谢的概念。

（2）酶的作用和本质。

（3）酶的特性。

（4）提高学生观察、分析、判断的思维能力，提高学生的实验操作能力。

2.过程与方法

（1）通过本节课教学，让学生进行有关的实验和探索，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验。

（2）通过让学生了解酶的发现过程，使学生体会实验在生物学研究中的作用地位；通过讨论酶在生产、生活中的应用，使学生认识到生物科学技术与社会生产、生活的关系；体会科学、技术、社会之间相互促进的关系，进而体会研究生命科学价值。

（3）在实验能力提高的基础上，提高学生运用语言表达的能力和分享信息、分享实验成果的能力。

3.情感态度与价值观

（1）通过学习生物学家研究酶的本质的过程，激励学生学习科学家实事求是的科学态度和勇于探索的科学精神。

（2）通过实验探究影响酶活性的条件，培养学生的探索精神、创新精神和合作精神。

●教学重点

1.比较过氧化氢酶在不同条件下分解速率快慢的实验，并引导学生得出结论——酶的高效催化作用（酶的作用）。

2.酶的本质。

3.酶的特性。

●教学难点

1.酶的活化能降低的原理。

2.实验中控制变量的科学方法。

●教具准备

酶活性受温度、pH影响的示意图。

●课时安排

3课时

第一课时酶的作用

●教学过程

［课前准备］

教师准备实验器材，并设计好观察记录表；学生预习实验，掌握实验的原理并设计好实验的过程。

［情境创设］

人不吃饭行吗？

食物进入人体内发生了怎样的变化？

这些问题在现在来说都已经十分清楚了。

这些变化过程在其他生物中有没有呢？

早在二百多年前科学家就对此进行了探索。

实验介绍：

1783年意大利科学家斯帕兰札尼将肉块放在小巧的金属笼中，然后让鹰吞下，过了一段时间，将笼子取出，肉块不见了。

［师生互动］

问：

（1）为何要将肉块放在笼子中？

答：

排除了胃对肉块的物理性消化。

问：

（2）对肉起消化作用的是什么物质？

答：

一定是某些物质进入到金属笼中，使肉分解。

现在已经知道这个能让肉分解的物质就是——酶。

问：

（3）进行肉类消化的过程的条件是怎样的？

答：

进行分解肉的反应是在一种极温和的条件下进行的。

问：

（4）在实验室中能否也能让肉分解？

能的话需要怎样的条件？

答：

实验室也能进行肉的分解，但是比起在生物体中来说，需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈的条件才能进行。

总结：

对于一个生物体来说要进行的生理活动非常之多，构成生物体的每一个细胞内的物质需要不断地合成与分解，不断地处于自我更新的状态，而这种自我更新的过程完全依赖于细胞内发生的生物化学反应，每一个化学反应都伴随着能量的变化。

细胞中全部有序的化学变化的总称就叫细胞代谢。

细胞生存的条件是很温和的，那么细胞内数量如此巨大的生物化学反应如何在常温、常压、水溶液环境、pH接近中性的条件下，迅速高效地进行呢？

在化学反应中有没有提高化学反应的方法呢？

过氧化氢在不同条件下的分解

实验前介绍：

动植物在代谢中产生的过氧化氢，对机体是有毒的。

机体通过过氧化氢酶，催化过氧化氢迅速分解成水和氧气而解毒。

铁离子也可催化这一反应。

2H2O2H2O＋O2

问：

如何获得过氧化氢酶？

答：

新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶，所以新鲜肝脏研磨液含有较多的过氧化氢酶。

按以下实验步骤来进行实验：

试管编号

1

2

3

4

实验原理

过氧化氢在高温或Fe3＋或过氧化氢酶的作用下都可分解成水和氧气

第一步

每支试管各加入2mL3%的H2O2溶液

第二步

90℃热水浴

用滴管加2滴

3.5%FeCl3溶液

用滴管加2滴质量分数为20%肝脏研磨液

观察

观察气泡冒出情况，并记录

现象

无

较多

较多

很多

将点燃的卫生香

放在液面上

没变化

火头变亮

火头变亮

复燃

原因

没有生

成氧气

生成了少量氧气

生成了少量氧气

生成了大量氧气

结论

酶的催化效率比无机催化剂的催化作用更显著

对上述实验进行分析，对照实验的特点。

问：

上述实验分成了1、2、3、4号四支试管，哪些是四支试管共同的条件？

两两比较不同的条件有几个？

答：

共同点：

都在试管中加入2mLH2O2溶液，都在相同的压力下进行。

不同点：

1和2：

只有温度不同；1和3：

3多了2滴FeCl3溶液；1和4：

4多了2滴肝脏研磨液；3和4：

加入的催化剂不同。

问：

1号试管没有加任何试剂，它起的作用是什么？

答：

它起的是对照的作用。

结论：

进行该实验的其他因素相同，而只有其中某一因素不同，观察其对实验结果的影响。

如果结果不同，那么影响该结果的就是这一不同的因素。

在上述实验3试管和4试管只有加入的催化剂不同，那么该实验的结果3放的氧气少，4放出氧气多就是因为加入到4号催化剂的催化效率比加入到3号的高。

即酶具有高效性。

问：

2和4试管现象基本相同，能否在生物体中也利用2的方法来解毒？

答：

不能。

加热到这样的温度会造成生物的细胞死亡。

问：

能否用同一滴管给3和4试管加FeCl3溶液和肝脏研磨液？

答：

不能。

共用滴管会让肝脏研磨液（或FeCl3溶液）残留在滴管内，难以判断出过氧化氢的分解是哪种滴加液的作用，影响实验结果的准确。

问：

为何酶的催化效率会比无机催化剂更高呢？

答：

酶降低了活化能。

活化能就是分子从常态转化变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。

活化能越大，反应就越不容易进行，反之就容易进行。

［教师精讲］

在生物体中，生物体内的化学反应每时每刻进行着。

以人为例：

据估计人体细胞内每分钟大约要发生几百万次的化学反应，这么多的化学反应能在人体中顺利而迅速地完成，完全是靠酶的催化作用。

它和无机催化剂相比，具有更高的催化效率。

酶在细胞内的物质变化过程中起着重要作用，这个作用是其他物质无法代替的。

它降低了化学反应中的活化能，而自身却没有发生变化，所以是一种催化剂。

它是细胞内产生的，所以它也是细胞中具有高效催化效率的生物催化剂。

它的作用就是降低活化能。

［评价反馈］

1.选用新鲜肝脏来比较过氧化氢在不同的条件下分解的实验，是因为新鲜的肝脏中

A.含Fe离子多

B.含酶的种类多

C.温度高

D.过氧化氢酶多且活性高

2.在医院常用双氧水作为身体出现小伤口的消毒用药，能观察到什么现象吗？

试解释该现象。

参考答案：

1.D2.能看到伤口有气泡产生。

原因是人体细胞中产生的酶将双氧水分解成了水和氧气。

［课堂小结］

［布置作业］

1.查资料：

催化剂之所以能加快化学反应，它的作用原理是什么？

2.预习P81的资料分析，说出酶的研究过程。

从这些过程中你得到了什么启示？

［课后拓展］

1.酶—底物复合物的形成及诱导契合假说

酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。

这一过程为酶－底物结合的诱导契合假说。

2.酶促反应的机制

（1）邻近效应与定向排列：

两种或数种底物分子在酶活性中心聚集、特异结合，使活性中心的底物浓度增加；底物受催化攻击部位对准活性中心的催化基团，可增加催化效率。

（2）多元催化：

一种酶常兼有酸、碱双重催化作用，发生多个功能基团的协同作用，提高酶的催化效率。

（3）表面效应：

酶的活性中心提供的疏水环境可排除水分子对各功能基团的干扰性吸引或排斥，防止底物与酶之间形成水化膜，利于酶与底物结合。

●板书设计

第5章细胞的能量供应和利用

第1节降低化学反应活化能的酶

第一课时酶的作用

细胞代谢：

细胞内全部的化学反应。

酶的作用：

降低活化能更显著，催化效率更高。

●习题详解

一、问题探讨（课本P78）

1.这个实验要解决的问题是：

鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化。

2.是胃内的化学物质——酶将肉块分解了。

3.收集胃内的化学物质，将肉块放入这些物质中，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。

二、本节聚焦（课本P78）

1.因为细胞内每时每刻都进行着大量的生化反应，而这些反应都需要在相对温和的条件下进行，只有酶才能满足这样的要求。

2.绝大多数酶都是蛋白质，它是活细胞产生的具有催化作用的有机物。

3.通过实验来进行研究。

其中有重要贡献的科学家有巴斯德、李比希、毕希那、切赫等。

三、实验（课本P79）

1.2号试管放出的气泡多。

这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。

2.不能。

3.说明FeCl3中的Fe3＋和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。

4.4号试管的反应速率比3号试管快得多。

说明过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高得多。

细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。

●备课资料

1.活化能

非活化分子转变为活化分子所需吸收的能量。

温度对反应速率有显著影响。

在多数情况下，其定量规律可由阿伦尼乌斯公式来描述：

κ=Ae－E/RT

（1）

式中κ为反应的速率系（常）数；E和A分别称为活化能和指前因子，是化学动力学中极重要的两个参数；R为摩尔气体常数；T为热力学温度。

对于更为复杂的描述κ与T的关系式中，活化能E定义为：

E=RT2（dlnκ/dT）

（2）

在元反应中，并不是反应物分子的每一次碰撞都能发生反应。

S.A.阿伦尼乌斯认为，只有“活化分子”之间的碰撞才能发生反应，而活化分子的平均能量与反应物分子平均能量的差值即为活化能。

近代反应速率理论进一步指出，两个分子发生反应时必须经过一个过渡态——活化络合物，过渡态具有比反应物分子和产物分子都要高的势能，互撞的反应物分子必须具有较高的能量足以克服反应势能垒，才能形成过渡态而发生反应，此即活化能的本质。

2.降低反应的活化能（activationenergy）原理的假说

（1）中间产物学说

在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶－底物中间复合物。

当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶。

E＋SE－SP＋E

许多实验事实证明了E－S复合物的存在。

E－S复合物形成的速率与酶和底物的性质有关。

电子显微镜的观察结果、X射线晶体结构分析、酶与底物反应前后光谱特性分析、酶的溶解度变化、酶与底物的共沉降，获得E－S复合物结晶都可证明中间产物的存在。

（2）邻近效应（proximityeffect）和定向效应（orientationeffect）

邻近效应在酶促反应中，由于酶和底物分子之间的亲和性，底物分子有向酶的活性中心靠近的趋势，最终结合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效浓度大大增加的效应。

定向效应：

当专一性底物向酶活性中心靠近时，会诱导酶分子构象发生改变，使酶活性中心的相关基团和底物的反应基团正确定向排列，同时使反应基团之间的分子轨道以正确方向严格定位，使酶促反应易于进行。

以上两种效应使酶具有高效率和专一性特点。

（3）酶使底物分子中的敏感键发生变形（distortion）

酶－底物复合物形成时，酶分子构象发生变化，底物分子也常常受到酶的作用而发生变化，甚至使底物分子发生扭曲变形，从而使底物分子某些键的键能减弱，产生键扭曲，有助于过度态的中间产物形成,从而降低了反应的活化能。

（4）多功能催化作用

酶的活性中心部位，一般都含有多个起催化作用的基团，这些基团在空间有特殊的排列和取向，可以对底物价键的形变和极化及调整底物基团的位置等起到协同作用，从而使底物达到最佳反应状态。