新人教版生物必修1 第5章 第1节 降低化学反应活化能的酶.docx
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新人教版生物必修1第5章第1节降低化学反应活化能的酶
第1节 降低化学反应活化能的酶
学习目标
核心素养
1．说明酶的作用、本质和特性。
2.说明温度和pH对酶活性的影响。
3.在探究实验中，学会控制自变量以及设置对照实验和重复实验。
1．通过探究酶化学本质和特性的实验，养成归纳和演绎的科学思维方式。
2.通过实验探究温度、酸碱度对酶促反应的速率的影响，提高实验设计和实验结果分析的能力。
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）细胞代谢的条件：
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
2H2O2
2H2O＋O2
（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
3.5%FeCl3溶液2滴
有较多气泡
4
2mLH2O2溶液
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，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。
如本实验中氯化铁溶液和肝脏研磨液等。
②因变量：
因自变量改变而变化的变量。
如本实验中H2O2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
除作为自变量的因素外，其余因素都保持一致，并将结果进行比较的实验。
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进行。
二、酶的本质及特性
1．酶的本质
2．酶的特性[连线]
提示：
①－b ②－c ③－a
3．温度和pH对酶活性的影响
（1）低温时，酶活性很低，但酶的空间结构稳定。
（2）最适温度或pH，酶的活性最高。
（3）高温、过酸或过碱时，酶的空间结构遭到破坏，酶永久失活。
1．酶在生物体内有催化和调节作用。
（ ）
2．酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质。
（ ）
3．有些酶中含有核糖，有些酶在体外可以发挥作用。
（ ）
4．加热能够促进H2O2分解，是因为加热使H2O2得到了能量。
（ ）
5．酶催化作用能提高化学反应的活化能，使化学反应顺利进行。
（ ）
6．pH过高或过低都会改变酶的空间结构。
（ ）
7．在温度过高或过低时，酶均能失去活性。
（ ）
8．温度、pH主要通过影响酶活性来影响酶促反应速率。
（ ）
提示：
1．× 酶在生物体内有催化作用，没有调节作用。
2．× 有些酶是RNA。
3．√ 4.√
5．× 酶催化作用的原理是降低化学反应的活化能。
6．√
7．× 温度过低时，酶的活性被抑制，但酶不失活。
8．√
酶的作用和本质
[问题探究]
1．在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的四组实验中，哪一组为对照组？
滴加过肝脏研磨液的滴管可否再去滴加FeCl3溶液？
提示：
第1组。
不能。
否则会有少量的过氧化氢酶带到滴加FeCl3溶液的实验组中，干扰实验结果的准确性。
2．加热和无机催化剂都可降低化学反应的活化能吗？
提示：
加热可提供化学反应所需活化能，提高反应速率；无机催化剂可降低活化能。
3．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下图所示，请思考：
（1）甲、乙两种酶的化学本质是否相同？
提示：
观察曲线图可知，甲酶的活性始终保持不变，表明甲酶能抵抗该种蛋白酶的降解，则甲酶的化学本质不是蛋白质而是RNA，乙酶能被蛋白酶破坏，活性降低，则乙酶为蛋白质。
（2）乙酶活性改变的机制是什么？
提示：
乙酶被降解的过程中其分子结构会发生改变，从而丧失活性。
[归纳总结]
1．酶本质的探索
2.酶的本质和作用原理
（1）酶的本质
化学本质
绝大多数是蛋白质
少数是RNA
合成原料
氨基酸
核糖核苷酸
合成场所
核糖体
细胞核（主要）
来源
一般活细胞中均能产生
生理功能
具有生物催化功能
（2）酶的作用机理
酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能，分析如下：
①图中ac和bc段分别表示无催化剂催化和有酶催化时反应进行所需要的活化能。
②若将酶变为无机催化剂，则b在纵轴上向上移动。
用加热的方法不能降低活化能，但会提供活化能。
易错提醒：
有关酶的四个易错点
（1）酶并不都是蛋白质，有的酶是RNA。
（2）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）酶作用的实质是降低了化学反应的活化能，不是提供能量。
（4）并不是具有分泌功能的细胞才能产生酶，活细胞都能产生酶。
1．下列关于酶的叙述中正确的是（ ）
A．酶能调节生物体的生命活动
B．一般说来，活细胞都能产生酶
C．酶都是在核糖体上合成的
D．所有的酶与双缩脲试剂发生作用，都可产生紫色反应
B [本题考查的是酶的产生、化学本质和作用。
酶具有催化作用，不能调节生物体的生命活动；酶由活细胞产生；绝大部分酶是蛋白质，在核糖体上合成，可与双缩脲试剂发生紫色反应，少部分酶是RNA，不是在核糖体上合成的，不能与双缩脲试剂反应呈紫色。
]
2．下图为酶的作用模型，识图并结合有关知识判断下列叙述有误的是（ ）
A．无酶催化时，发生化学反应所需的活化能较高
B．酶起作用的部位是细胞内或细胞外
C．酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸
D．图中的a指发生化学反应需提供的能量
D [图中的a是有酶催化时，发生化学反应降低的活化能。
]
酶的特性及相关曲线分析
[问题探究]
1．许多加酶洗衣粉标有“请勿用60℃以上的热水，以免洗衣粉失效”。
你能说出其中的理论依据吗？
提示：
温度过高会影响酶的活性，甚至酶会因高温变性而失活。
2．过酸、过碱、高温、低温对酶促反应速率的影响一样吗？
提示：
不一样，过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高后可恢复活性。
3．从蛋白质的结构和特点方面分析，在过酸、过碱或温度过高的条件下，酶为什么会失活？
该如何保存酶？
提示：
过酸、过碱和高温使蛋白质变性失活，应在低温和适宜pH下保存酶。
[归纳总结]
1．表示酶高效性的曲线（图1）
图1 图2
（1）与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
（2）催化剂只会缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。
2．表示酶专一性的曲线（图2）
（1）在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化A反应物的反应。
（2）在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不催化A反应物的反应。
3．底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响
甲 乙（在底物充足情况下）
（1）甲图：
在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量限制，酶促反应速率不再增加。
（2）乙图：
在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
4．温度、pH对酶的活性的影响
图a
图b 图c
（1）图a说明：
①在最适pH时，酶的催化作用最强，高于或低于最适pH，酶的催化作用将减弱。
②过酸、过碱都会使酶失活。
③不同的酶最适pH不同。
（2）图b说明：
①在一定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围酶催化作用将减弱。
②低温只会抑制酶的活性，而高温会使酶失活。
（3）图c说明：
反应溶液中酸碱度的变化不影响酶作用的最适温度。
易错提醒：
（1）适量增加酶的浓度会提高反应速率，但生成物的量不会增加；若适当增加反应物的浓度，提高反应速率的同时生成物的量会增加。
（2）不同因素影响酶促反应速率的本质不同。
①温度和pH是通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的。
②底物浓度和酶浓度是通过影响酶与底物的接触而影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。
1．下图表示酶活性与温度的关系。
下列叙述中正确的是（ ）
A．当反应温度由t2调到最适温度时，酶活性下降
B．当反应温度由t1调到最适温度时，酶活性上升
C．酶活性在t2时比t1高，故t2时更适合酶的保存
D．酶活性在t1时比t2低，表明t1时酶的空间结构破坏更严重
B [由图可知，在一定温度范围内，随温度的升高酶活性增强，t1属于此范围；超过适宜温度后，酶活性随温度升高而下降，t2属于此范围。
在高温没有使酶失活的范围内，酶活性可随温度的变化而变化，只有较高的温度才能破坏酶的空间结构。
]
2．如图所示在不同条件下的酶促反应速率变化曲线，据图分析下列叙述错误的是（ ）
A．影响AB段反应速率的主要因素是底物浓度
B．影响BC段反应速率的主要限制因素可能是酶量
C．温度导致曲线Ⅰ和Ⅱ的反应速率不同
D．曲线Ⅰ显示，该酶促反应的最适温度为37℃
D [图中有温度和底物浓度两个影响反应速率的因素。
曲线Ⅰ在达到饱和点前（AB段）限制因素是横坐标表示的因素——底物浓度。
达到饱和点后的限制因素是底物浓度以外的因素，如温度、酶的数量等。
曲线Ⅰ和Ⅱ的反应速率不同是由温度不同造成的。
曲线Ⅰ表示的温度仅比另外两种温度更适宜，但不一定是最适温度。
]
技法总结：
（1）在分析温度和pH对酶活性影响的曲线时，要借助数学中分段函数的思想，分段描述，即以最适温度（pH）为界限进行表述。
（2）在解答此类问题时，要特别关注纵坐标表示的是酶促反应速率，还是生成物的量。
探究影响酶活性的条件
[问题探究]
1．可否用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响？
用淀粉酶探究pH对酶活性的影响？
为什么？
提示：
过氧化氢酶催化的底物是H2O2，H2O2在高温时分解。
强酸或强碱能催化淀粉水解，这样实验中就存在两个变量（淀粉酶、强酸或强碱），会使实验结果受到干扰。
2．在探究温度对淀粉酶活性的影响的实验中，能否用斐林试剂来检测？
提示：
不能。
因为斐林试剂与还原糖只有在加热的条件下才有砖红色沉淀生成，而该实验需严格控制不同的温度。
[归纳总结]
1．实验原理
（1）酶活性：
酶对化学反应的催化效率。
（2）淀粉水解
①淀粉检测：
加入碘液，溶液变蓝色。
②淀粉酶可催化淀粉水解。
③酸性环境可以使部分淀粉水解。
（3）H2O2分解
①H2O2可分解为H2O和O2。
②H2O2可在H2O2酶的催化作用下快速分解。
③常温下H2O2易分解，高温可以使H2O2分解加快。
2．实验方案设计与预期结果
比较项目
探究温度对酶活性的影响
探究pH对酶活性的影响
实验材料
淀粉溶液、淀粉酶溶液
H2O2溶液、H2O2酶溶液
变量
控制
无关变量
反应物与酶的量、溶液pH等应适宜且相同
反应物与酶的量、温度等应适宜且相同
自变量
先将反应物溶液与酶溶液在各梯度温度下分别保温，然后混合
先将反应物溶液与酶溶液分别调至各梯度pH，然后混合
因变量检测
滴加碘液，观察溶液颜色变化
观察气泡产生的快慢
预期结果
酶活性较低时，溶液变为蓝色
酶活性较低时，气泡产生较慢
特别提醒：
酶相关实验探究的“宜”与“不宜”
（1）若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂“宜”选用碘液，“不宜”选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
（2）在探究酶的适宜温度的实验中，“不宜”选择过氧化氢（H2O2）和过氧化氢酶作实验材料，因为过氧化氢（H2O2）在常温常压时就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。
（3）在探究pH对酶活性影响时，“宜”保证酶的最适温度（排除温度干扰），且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与酶接触，“不宜”在未达到预设pH前，让反应物与酶接触。
甲、乙两位同学围绕酶的特性进行了如下探究实验，请你运用所学知识，指出三位同学实验中存在的问题，并提出修正方案。
（1）甲同学探究pH对酶活性的影响。
①取12支试管并编号为1～12，分别加入一个体积为0.3cm3的蛋白块，调节各试管的pH分别为1～12。
②同时向12支试管内各加入相应pH的等量的胰蛋白酶。
③均放入盛有冰水的大烧杯内一段时间。
④观察并记录各试管中蛋白块消失的时间。
存在问题：
____________________________________________。
修正方案：
____________________________________________。
（2）乙同学探究温度对酶活性的影响：
①取6支试管并编号为A、A1、B、B1、C、C1。
在试管A、B、C中都加入等量的淀粉溶液，在试管A1、B1、C1中都加入等量且适量的淀粉酶溶液。
②将试管A、A1放入60℃水中，将试管B、B1放入100℃水中，将试管C、C1放入冰水中，维持5min。
③分别将A1、B1、C1中的淀粉酶溶液注入A、B、C三支试管的淀粉溶液中，摇匀后，在相应温度下维持5min。
④取出A、B、C三支试管，用斐林试剂检测实验结果。
存在问题：
___________________________________________。
修正方案：
___________________________________________。
[解析]
（1）探究pH对酶活性的影响实验中，自变量是不同的pH，温度是无关变量，无关变量在各组应保持相同且适宜，避免对实验结果的干扰。
由于实验所用的酶是胰蛋白酶，因此该实验应把12支试管放入37℃的水浴中保温相同时间，因为该温度是酶的最适温度。
（2）使用斐林试剂检测时要水浴加热处理，会改变实验中的自变量（温度），对实验结果造成影响，尤其是冰水组，酶并未失活，在加热过程中活性会逐渐增强，从而使底物分解。
因此可改用碘液检测，再根据颜色深浅，判断底物的分解程度。
[答案]
（1）无关变量（或温度）不适宜 应把12支试管放入37℃的水浴中保温相同时间
（2）检测结果的试剂不合适 应该是取出试管，各加入等量的碘液
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句背诵
1．细胞代谢是细胞内每时每刻都进行着的各种化学反应，是细胞生命活动的基础。
2．加热使反应物获得了能量，反应速率加快。
3．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。
4．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。
5．酶具有专一性和高效性，作用条件较温和。
6．低温抑制酶活性，但不破坏酶的分子结构。
7.高温、过酸、过碱都会导致酶分子结构破坏而永久失去活性。
1．下列关于酶的叙述，正确的是（ ）
A．酶是具有分泌功能的细胞产生的
B．酶提供了反应过程所必需的活化能
C．高温或pH改变会导致酶结构的改变
D．酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸
C [本题考查酶的产生、作用和特点。
酶是活细胞产生的，作用是降低活化能。
过酸、过碱和高温都会改变酶分子的结构。
酶是生物催化剂，反应前后酶分子的结构不会发生改变。
]
2．下图为酶催化反应的过程示意图，以数字编号的图形分别表示反应物、酶、生成物等反应要素，其中表示酶的图形编号是（ ）
A．① B．②
C．③D．④
A [从图中可以看出图形①参与酶催化的反应，并在反应后能保持结构和性质不变，故图形①应为酶。
]
3．纺织工业上的褪浆工序常用两种方法：
化学法，需用NaOH7～9克/升，在70～80℃条件下作用12小时，褪浆率仅为50%～60%；加酶法，用少量细菌淀粉酶，在适宜温度时只需5分钟，褪浆率达100%，这一事实说明（ ）
A．酶具有多样性B．酶具有高效性
C．酶具有专一性D．酶具有溶解性
B [由题意可知，少量淀粉酶比NaOH褪浆所用时间短得多，褪浆率高得多，说明酶具有高效性。
]
4．下列环境因素的改变会使人体唾液淀粉酶的活性逐渐增大的是（ ）
A．温度由0℃上升到37℃
B．温度由100℃降低到37℃
C．pH由2上升到7
D．pH由12降低到7
A [酶在高温、过酸、过碱的条件下会失活变性，不再恢复。
唾液淀粉酶的最适温度是37℃，最适pH在7左右，因此B、C、D条件均已使唾液淀粉酶失活变性了，故选A。
]
5．下列A、B、C三图表示酶浓度一定时，反应速率和反应物浓度、温度、pH的关系，请据图回答下列问题。
A B C
（1）图A中，反应物达到某一浓度时，反应速率不再上升，其原因是____________________________________________________。
（2）图B中，b点对应的温度称__________________________。
（3）图C中，c点到d点的曲线急剧下降，其原因是___________
_____________________________________________________。
（4）将装有酶与反应物的甲、乙两支试管分别放入12℃和75℃的水浴锅中，20min后取出，转入37℃的水浴锅中保温，两试管内的反应情况：
甲．____________，乙．____________。
[答案]
（1）受反应液中酶浓度的限制
（2）酶反应的最适温度 （3）pH升高，酶活性下降 （4）速度加快 不反应
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