学年高中生物第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1课时学案新人教版必修1.docx
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学年高中生物第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1课时学案新人教版必修1
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
[学习导航] 1.通过有关的实验，自己分析出酶的作用，并在此基础上学会控制自变量、观察和检测因变量，并掌握设置对照实验的基本方法。
2.通过阅读教材，了解酶的发现历程，加深对酶本质的理解。
[重难点击] 1.酶降低化学反应活化能的原理。
2.控制变量的方法。
方式一 在上海举行的中国国际食品添加剂和配料展上，帝斯曼展出了一系列酶制剂产品，以帮助食品生产厂商节能减排。
该公司推出的PanamoreSpring产品与其他乳化剂相比，能降低生产过程近80%的碳排放量；微生物磷脂酶CakeZyme产品能使食品厂商在生产蛋糕等食品中节省20%的鸡蛋用量，延长保质期；
高性能酶制剂RapidaseFPSuper能有效避免新鲜水果在经过机械或热处理加工后产生的不良副作用，改善口感。
酶在人们的生活中越来越重要，那么酶具有什么作用？
酶的化学本质又是什么呢？
方式二 我们知道，很多化学反应在有催化剂存在的时候会改变反应的速度，这在工业生产中已得到广泛的应用。
生物体内也时刻发生着生化反应，这些反应也需要催化剂，生物体内的催化剂是酶。
一、酶在代谢中的作用
1.细胞代谢
（1）场所：
细胞中。
（2）实质：
各种化学反应的总称。
（3）意义：
细胞生命活动的基础。
2.实验：
比较过氧化氢在不同条件下的分解
（1）实验原理：
H2O2在水浴加热、FeCl3溶液中的Fe3＋和肝脏研磨液中的过氧化氢酶的作用下加速分解。
（2）实验过程和现象
试管编号
试剂
处理
现象
1
2mLH2O2溶液
常温
几乎无气泡产生
2
2mLH2O2溶液
90℃水浴加热
有较少气泡
3
2mLH2O2溶液
滴加质量分数为3.5%的FeCl3溶液2滴
有较多气泡
4
2mLH2O2溶液
加入新鲜肝脏研磨液2滴
有大量气泡
（3）实验结论：
酶具有催化作用，同无机催化剂相比，其催化效率更高。
特别提醒 实验中应注意的问题
1实验时要选用新鲜的肝脏。
肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生菌的作用下分解，就不能促进过氧化氢分解成水和氧气。
2滴入肝脏研磨液和FeCl3溶液时，不能共用一个吸管，否则滴入的FeCl3溶液中会含有少量的肝脏研磨液，而研磨液中的H2O2酶的催化效率高，可能会使两个试管中的气泡一样多，从而影响实验结果的准确性。
3.实验中变量的控制
（1）变量：
在实验过程中可以变化的因素。
（2）自变量：
实验过程中可以人为改变的变量。
（3）因变量：
随着自变量的变化而变化的变量。
（4）无关变量：
除自变量外，实验过程中可能还会存在一些可变因素，对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。
4.酶的作用机理
（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）作用机理：
酶能降低化学反应的活化能。
同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。
下图是比较过氧化氢在不同条件下的分解实验过程，请据图分析：
1.在对照实验中，除了要观察的变量（自变量）外，其他变量（无关变量）都应当始终保持相同。
分析上述实验中的自变量、因变量、无关变量、对照组、实验组分别是下列的哪些项？
①加入H2O2的量 ②FeCl3溶液和肝脏研磨液的新鲜程度 ③温度和催化剂 ④实验室的温度 ⑤H2O2分解的速率 ⑥1号试管 ⑦2、3、4号试管
答案
自变量
因变量
无关变量
对照组
实验组
③
⑤
①②④
⑥
⑦
2.2、3、4号三支试管都有气泡放出，但4号试管放出的气泡最多，说明了什么？
答案 加热、无机催化剂和酶都能促进过氧化氢的分解，提高反应速率，但是酶的催化效率更高。
3.下图是无催化剂和酶的作用机理示意图
（1）没有催化剂时的活化能是多少？
有酶催化时的活化能又是多少？
（用图中字母表示）
答案 分别是CA、CB。
（2）酶能不能为化学反应提供所需要的能量？
酶加快反应速率的机理是什么？
答案 酶不能为化学反应提供所需要的能量。
酶是通过降低反应的活化能来加快反应速率的。
（3）下表数据是在20℃测得的H2O2分解的活化能，数据说明，酶和无机催化剂相比有什么不同？
条 件
活化能/kJ·mol
没有催化剂催化
75
用胶态钯催化
54
用过氧化氢酶催化
29
答案 和无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，即催化效率更高。
知识整合 无机催化剂和酶都能提高反应速率，但是酶的催化效率更高；酶不能为化学反应提供所需要的能量，而是通过降低反应的活化能来加快反应速率。
1.某兴趣小组重现H2O2在不同条件下分解情况的实验，首先向a、b、c、d四支洁净的试管内分别加入等量等浓度的H2O2溶液，然后，a试管室温处理、b试管90℃水浴处理、c试管常温处理并滴加2滴新鲜肝脏研磨液、d试管常温处理并滴加2滴氯化铁溶液，最后统计四支试管内气泡产生的多少情况依次为极少、少量、大量、较多。
下列相关叙述错误的是（ ）
A.a试管与b试管H2O2的活化能相同，d试管与c试管的活化能相同
B.c、d试管分别与a试管比较，说明Fe3＋和过氧化氢酶均具有催化功能
C.综合分析a试管、c试管和d试管，说明与无机催化剂相比，过氧化氢酶降低活化能的效果更显著
D.与a试管相比较，b试管的水浴加热为过氧化氢的分解提供了能量
答案 A
解析 加热能为过氧化氢的分解提供能量，但不会改变活化能的大小，而催化剂能降低活化能，其中酶降低活化能的效果更为显著。
2.如图，在适宜温度、pH条件下，实线表示没有酶时反应的进程。
在T1时，将催化此反应的酶加入反应物中，则图中表示此反应进程的是（ ）
A.曲线aB.曲线b
C.曲线cD.曲线d
答案 C
解析 从图中可以看出，曲线a、b、d均改变了此反应的平衡点，都是错误的。
曲线c表示酶使反应达到平衡点的时间缩短（即反应速率提高），而不改变反应的平衡点。
易错警示 酶和无机催化剂一样，并不改变平衡点的位置，只是改变化学反应的速率，使化学反应更快地达到平衡点。
二、酶的本质
1.酶的探索历程
（1）1857年，法国微生物学家巴斯德认为：
没有酵母活细胞的参与，糖类是不可能变成酒精的。
（2）德国化学家李比希认为：
引起发酵的物质是酵母细胞死亡并裂解后释放出来的。
（3）毕希纳把从酵母细胞中提取出的引起发酵的物质叫酿酶。
（4）1926年，美国科学家萨姆纳第一个提取出脲酶，并证明了脲酶是蛋白质，其作用是分解尿素。
（5）20世纪80年代，美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也具有生物催化功能。
2.酶的本质：
绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数的酶是RNA。
唾液中含有唾液淀粉酶，唾液淀粉酶是在唾液腺细胞中合成的，分泌到口腔中发挥作用，能将食物中的淀粉分解，据此分析：
1.酶是活细胞产生的，是否也只能在细胞内起作用？
答案 不是。
只要条件适宜，酶也可以在细胞外起作用，如唾液淀粉酶等消化酶。
2.要验证唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质，现有的实验材料有：
刚取的唾液，已知蛋白液，双缩脲试剂及试管等，那么你给出的合理实验方案是怎样的？
答案
组别
待测液
检验试剂
预期现象
结论
实验组
唾液
双缩脲试剂
出现紫色
唾液淀粉酶
是蛋白质
对照组
已知蛋白液
双缩脲试剂
出现紫色
知识整合 酶不仅在细胞内发挥作用，在细胞外和体外都可以发挥作用。
3.下列有关酶的叙述正确的是（ ）
①酶是具有分泌功能的细胞产生的 ②有的从食物中获得，有的是体内转化而来 ③酶是活细胞产生的 ④绝大多数酶的化学本质是蛋白质 ⑤有的酶是蛋白质，有的是固醇 ⑥酶在代谢中有多种功能 ⑦酶在新陈代谢和生殖发育中起调控作用 ⑧酶只是起催化作用 ⑨酶只在细胞内发挥作用
A.①②⑤B.③⑦⑨
C.③④⑧D.④⑤⑥
答案 C
解析 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质类物质，少数酶为RNA。
酶只有催化作用，在个体发育中起调控作用的是激素。
4.胰蛋白酶在水解过程中，通常能得到多肽，最后能得到氨基酸，这说明（ ）
A.胰蛋白酶是由活细胞产生的
B.胰蛋白酶是生物催化剂
C.胰蛋白酶的化学本质是蛋白质
D.胰蛋白酶的基本组成单位是多肽
答案 C
1.在过氧化氢酶溶液中加入双缩脲试剂，其结果应该是（ ）
A.产生气泡B.溶液呈蓝色
C.溶液呈紫色D.产生砖红色沉淀
答案 C
解析 过氧化氢酶的本质为蛋白质。
2.下列有关酶的叙述中，不正确的是（ ）
A.酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸
B.酶是生物催化剂
C.酶能降低化学反应的活化能
D.产生酶的细胞均有分泌功能
答案 D
解析 产生酶的细胞不一定具有分泌功能。
3.在实验中需要控制各种变量，其中人为改变的变量是（ ）
A.因变量B.自变量
C.无关变量D.控制变量
答案 B
解析 在实验中，需要控制相应的一些变量，以免影响实验结果。
其中，因变量是指随着自变量的变化而变化的变量；除自变量外，对实验结果造成影响的一些可变因素称为无关变量；而人为改变的变量称为自变量。
4.下列各图中，①表示有酶催化的反应曲线，②表示没有酶催化的反应曲线，E表示酶降低的活化能。
其中正确的图解是（ ）
答案 C
解析 活化能是指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。
酶可以降低活化能，使反应更容易进行。
5.下表是有关H2O2的系列实验，请回答有关问题：
序号
反应物
加入物质
条件
现象
X
1
H2O2
无
室温
几乎无气泡
X1
2
H2O2
氯化铁溶液
室温
X2
3
H2O2
土豆浸出液
室温
X3
（1）序号3的实验现象是________________________________________________________。
（2）序号3的土豆浸出液中含有的对此实验起作用的物质是__________，土豆浸出液能否重复使用？
________（填“能”或“不能”）。
（3）若表中的X的内容是收集100mL气体所需的时间，你预测X1、X2、X3的大小关系是________________。
答案
（1）产生大量气泡
（2）过氧化氢酶 能
（3）X1>X2>X3
解析
（1）序号3中加入的土豆浸出液中含有过氧化氢酶，会产生大量气泡。
（2）土豆浸出液中起作用的物质为过氧化氢酶，由于酶在反应前后“质”和“量”都不发生改变，所以可以重复利用。
课时作业
[学考达标]
1.对盛有过氧化氢的试管加热和加入催化剂，都能够促进其分解，下列相关的叙述正确的是（ ）
A.二者的基本原理是相同的
B.前者是使过氧化氢分子的能量提高，而后者不影响过氧化氢分子的能量
C.两者都可以降低过氧化氢分子的活化能
D.酶和Fe3＋的作用原理是不同的
答案 B
解析 加热主要是使过氧化氢分子的能量提高，使反应进行。
催化剂则是降低过氧化氢分子的活化能，从而能够发生反应。
酶和Fe3＋都是催化剂，它们的作用原理是相同的，只是效率不同。
2.在过氧化氢酶和Fe3＋的催化效率比较实验中，把肝脏制成研磨液的目的是（ ）
A.有利于过氧化氢酶的释放
B.保护过氧化氢酶
C.提高过氧化氢酶的活性
D.以上说法都不对
答案 A
解析 研磨可破坏肝细胞，使细胞内的H2O2酶充分释放出来，以增大与反应物的接触面积。
3.下列关于过氧化氢酶的叙述中，不正确的是（ ）
A.过氧化氢酶本质上是蛋白质
B.过氧化氢酶可以在条件适宜的情况下被蛋白酶水解
C.Fe3＋和过氧化氢酶都能加速过氧化氢的分解反应
D.过氧化氢酶可以使过氧化氢分解产生更多的气体
答案 D
解析 过氧化氢酶的化学本质是蛋白质，在适宜条件下过氧化氢酶可以被蛋白酶分解，故A、B正确；无机催化剂和过氧化氢酶都可以催化过氧化氢的分解，所以都可以加速它们的分解反应，故C正确；过氧化氢酶只是加快了过氧化氢分解的速率但不能增加产物的量，故D错误。
4.生物体内酶的作用特点是（ ）
A.可使不能发生的化学反应发生
B.能降低化学反应的活化能
C.为生物体内的化学反应提供能量
D.催化效率与无机催化剂相同
答案 B
解析 酶作为生物催化剂，只能改变化学反应的速率，而不能使本来不能发生的化学反应顺利进行。
5.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
答案 D
解析 能在常温下分解淀粉的是淀粉酶。
酶在高温下才会变性失活，A项错误；淀粉酶的化学本质为蛋白质，一定含有C、H、O、N，B项错误；能催化淀粉分解的酶不能催化淀粉合成，C项错误；蛋白质的基本组成单位为氨基酸，氨基酸含有羧基，D项正确。
6.关于生物学实验中的变量，下列说法不正确的是（ ）
A.任何生物学实验中都需要设置变量
B.对照实验中应遵循单一变量原则
C.对照实验中一定存在自变量
D.无关变量并不是与实验结果没有关系
答案 A
解析 只有对照实验中才需要设置变量，纯粹的观察实验（如用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体）则无需设置变量。
[高考提能]
7.下列有关酶的叙述中，不正确的是（ ）
A.所有的酶都含有C、H、O、N四种元素，是由单体组成的生物大分子
B.有些酶和相应的化学试剂作用呈现紫色反应
C.活细胞产生酶的场所都是细胞质中的核糖体
D.催化反应前后酶的性质和数量不变
答案 C
解析 酶主要是蛋白质，少数是RNA，都是生物大分子。
蛋白质和RNA都含有C、H、O、N四种元素，分别是由氨基酸、核苷酸组成的；蛋白质类的酶和双缩脲试剂作用呈现紫色反应；活细胞产生蛋白质类酶的场所都是核糖体，但是RNA类酶是在细胞核中产生的；酶是生物催化剂，催化反应前后酶的性质和数量不变。
8.为了探究口腔的分泌液中是否有蛋白酶，某学生设计了两组实验，如图所示。
在37℃水浴中保温一段时间后，1、2中加入适量双缩脲试剂，3、4中不加任何试剂，下列实验能达到目的的是（ ）
A.实验②
B.实验①
C.实验①、实验②都能
D.实验①、实验②都不能
答案 A
解析 双缩脲试剂检测的是蛋白质，蛋白酶也是蛋白质，故本题无法从化学特性上达到目的，只有考虑物理特性，如蛋白块变小或消失。
9.下图中曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示物质A在无催化剂条件和有酶催化条件下生成物质P所需的能量变化过程。
下列相关叙述正确的是（ ）
A.AD段表示在无催化剂条件下，物质A生成物质P需要的活化能
B.若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则B点在纵轴上将向下移动
C.若仅增加反应物A的量，则图中曲线的原有形状均发生改变
D.若曲线Ⅱ为最适酶促条件下的曲线，改变酶促条件后，则B点在纵轴上将向上移动
答案 D
解析 分析题图，在无催化剂条件下，物质A生成物质P所需的活化能为AC，在有酶催化的条件下，生成物质P所需的活化能为BC；若曲线Ⅱ为最适酶促反应条件下的曲线，改变酶促反应条件后，所需的活化能会变大，因此B点在纵轴上将向上移动。
10.下列关于活化能的叙述中，不正确的是（ ）
A.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
B.无机催化剂、水浴加热都可以降低化学反应的活化能
C.酶可以降低化学反应的活化能
D.同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用效果更显著
答案 B
解析 酶和无机催化剂均能降低化学反应的活化能，相比之下，酶降低活化能的作用效果更显著，水浴加热虽然能加快化学反应速率，但并没有降低反应的活化能。
11.如图所示，分别向4支各盛有5mL过氧化氢溶液的试管内加入肝或砂子。
在这个实验中，试管A放氧相对缓慢，试管C和D不放氧。
请回答下列问题：
（1）肝脏中有什么物质能引起过氧化氢释放氧气？
________________________________________________________________________。
理由是________________________________________________________________________。
（2）为什么用煮沸冷却的肝作对照要比用砂子作对照更好一些？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）为什么试管B放氧速度比试管A快？
________________________________________________________________________。
答案
（1）过氧化氢酶 过氧化氢酶能催化过氧化氢分解成H2O和O2
（2）煮沸冷却的肝中同样含有过氧化氢酶，但已失去活性，这样遵循了单一变量原则
（3）将肝碾碎，过氧化氢酶容易释放出来，以增大与反应物的接触面积
12.活化能是指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。
如图为酶的作用模型，请据图回答下列问题：
（1）从图中可以看出，没有酶催化时，发生化学反应需要的活化能________；有酶催化时，发生化学反应需要的活化能________；a指________________。
因此，酶催化作用的本质是________________________________________________________________________。
（2）酶的化学本质是______________，酶起作用的部位是______________。
答案
（1）高 低 酶所降低的活化能 降低化学反应的活化能
（2）蛋白质或RNA 细胞内或细胞外
解析 酶能降低化学反应的活化能，从而提高反应速率。
绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。
13.在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，对实验的处理如下表所示。
请回答下列问题：
试管
组别
实验处理
加入体积分数为3%的H2O2（mL）
温度
加入试剂
试管1
2
常温
/
试管2
2
90℃
/
试管3
2
常温
2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液
试管4
2
常温
2滴质量分数为20%的肝脏研磨液
（1）在上表的实验处理中，研究了哪些自变量？
________________________________________________________________________。
（2）若要研究生物催化剂与无机催化剂的差别，可选用的实验组合是______________。
（3）若试管1和试管2组成对照实验，能说明的问题是
________________________________________________________________________。
（4）除了上述的对照实验，请再找出一组对照实验，并指出该组对照实验说明的问题。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）温度、催化剂
（2）试管3和试管4 （3）加热能使过氧化氢分子得到能量，促进过氧化氢分解
（4）①试管1和试管3，说明FeCl3能催化过氧化氢的分解；②试管1和试管4，说明肝脏研磨液中的过氧化氢酶能催化过氧化氢的分解；③试管1、试管3和试管4，说明FeCl3和肝脏研磨液中的过氧化氢酶都能催化过氧化氢的分解，且过氧化氢酶的催化效率高于FeCl3
解析
（1）从表格信息可以看出，本实验研究了温度和催化剂对H2O2分解速率的影响。
（2）依据单一变量原则，试管3和试管4实验处理的温度条件相同，仅是催化剂为自变量。
（3）试管1和试管2研究的是不同温度条件下H2O2的分解速率，说明加热能加速化学反应的进行。
（4）只要符合单一变量原则即可，故可以选用试管1和试管3，试管1和试管4以及试管1、试管3和试管4等进行分析。
[真题体验]
14.判断正误：
（1）同一种酶可存在于不同的活细胞中（2013·新课标Ⅱ，6A改编）（ ）
（2）酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速度（2013·新课标Ⅱ，6C）（ ）
（3）酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物（2013·新课标Ⅱ，6D）（ ）
（4）酶在催化反应前后，其分子结构不变（2012·海南，2B）（ ）
答案
（1）√
（2）√ （3）√ （4）√
15.（2011·新课标，2）甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如图所示。
下列分析错误的是（ ）
A.甲酶能够抗该种蛋白酶降解
B.甲酶不可能是具有催化功能的RNA
C.乙酶的化学本质为蛋白质
D.乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变
答案 B
解析 由题干及图分析推知，甲酶成分不是蛋白质，有可能是具有催化作用的RNA，乙酶成分为蛋白质。
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