高中生物第五章细胞的能量供应和利用第1节第1课时酶的作用和本质学案新人教版.docx
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高中生物第五章细胞的能量供应和利用第1节第1课时酶的作用和本质学案新人教版
第1课时 酶的作用和本质
[学习目标] 1.说出细胞代谢离不开酶的原因。
2.概述酶的作用和本质。
3.通过对有关酶实验的分析，学会控制实验的变量和设置对照实验。
一、酶在细胞代谢中的作用
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．酶在代谢中的作用
（1）实验：
比较过氧化氢在不同条件下的分解
①实验原理：
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
新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液
实验处理
H2O2分解速率
（气泡多少）
点燃的卫生香检测
1
2mL
不处理
基本无气泡产生
—
2
2mL
90℃水浴加热
很少
—
3
2mL
滴加质量分数为3.5%的FeCl3溶液2滴
较多
发亮
4
2mL
滴加质量分数为20%的肝脏研磨液2滴
很多
复燃
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肝脏必须是新鲜的，过氧化氢酶是一种蛋白质，不新鲜的肝脏，酶的活性较低。
②肝脏要磨碎，充分研磨有助于过氧化氢酶从细胞中释放出来并与过氧化氢充分接触。
③滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时不能共用一个滴管。
原因是少量酶混入FeCl3溶液中也会影响实验结果的准确性，导致得出错误的结论。
（2）实验中变量的控制
变量：
在实验过程中可以变化的因素。
自变量：
实验过程中可以人为改变的变量，如上述实验中FeCl3溶液、肝脏研磨液。
因变量：
随着自变量的变化而变化的变量。
如上述实验中H2O2分解速率。
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。
如试剂的用量、实验室温度等。
3．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。
（3）作用机理图解
解读：
图中曲线1是指在无催化剂的条件下反应所需要的活化能，图中曲线2是有催化剂的条件下反应所需要的活化能，图中C的含义是酶降低的活化能。
例1
关于下图所示实验的叙述中，错误的是（ ）
A．甲装置是实验组，乙装置是对照组
B．H2O2溶液的浓度属于无关变量
C．乙试管产生气泡的速率比甲试管快
D．两支试管中H2O2溶液的体积应相同
答案 A
解析 本题考查的是探究过氧化氢酶生理作用的相关实验。
用新鲜肝脏研磨液处理的为实验组，加清水的为对照组，其他的变量，如H2O2溶液的浓度等引起反应速率改变的变量称为无关变量，应遵守等量原则。
思维启迪
控制变量的两种思维方法
例2
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。
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：
引起发酵的是酵母细胞死亡并裂解后释放出来的物质。
（3）毕希纳把从酵母细胞中提取出的引起发酵的物质称为酿酶。
（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。
归纳总结
酶的概念及对概念的理解
化学本质
绝大多数是蛋白质
少数是RNA
基本单位
氨基酸
核糖核苷酸
来源
一般来说，活细胞中均能产生
合成场所
核糖体
细胞核（真核生物）
生理功能
催化作用（改变生化反应速率）
作用机理
降低化学反应的活化能
作用场所
细胞内、外或生物体外均可
例3
20世纪80年代科学家发现了一种RNaseP酶，该酶是由20%的蛋白质和80%的RNA组成。
如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2＋的浓度，他们发现留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明（ ）
A．RNA具有生物催化作用
B．酶是由RNA和蛋白质组成的
C．酶的化学本质是蛋白质
D．绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA
答案 A
解析 由题意可知，除去RNaseP酶中的蛋白质，在提高Mg2＋的浓度的前提下，RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，说明该酶中的RNA具有催化作用。
例4
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酶是由活细胞产生的 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。
1．下列叙述，正确的打“√”，错误的打“×”。
（1）酶是具有催化作用的化合物（ ）
（2）酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物（ ）
（3）酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸（ ）
（4）酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率（ ）
（5）酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质，酶的催化作用既可发生在细胞内，也可以发生在细胞外（ ）
（6）酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸（ ）
答案
（1）√
（2）√ （3）× （4）× （5）× （6）×
2．下列关于活化能的叙述，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，同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用效果更显著；水浴加热可以给化学反应提供能量，但不能降低化学反应的活化能。
3．下列有关酶的叙述，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。
4．德国化学家毕希纳将酵母细胞放在石英砂中用力研磨、加水搅拌，再进行加压过滤，得到不含酵母细胞的提取液。
在这些汁液中加入葡萄糖，一段时间后冒出气泡，糖液居然变成了酒。
根据以上实验，分析得出的结论错误的是（ ）
A．葡萄糖变成酒的过程中发生了化学变化
B．将糖变成酒的物质是汁液中的酿酶
C．研磨有利于酵母细胞内酿酶的释放
D．该实验证明酿酶的化学本质是蛋白质
答案 D
解析 葡萄糖变成酒的过程中有气泡生成，发生了化学变化；催化该化学变化进行的是酵母细胞内产生的酿酶；研磨有利于酿酶的释放；毕希纳所做的实验，不能证明酶的化学本质是蛋白质。
5．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，可选用的试管组合是_____________________。
（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H2O2分子得到能量，促进H2O2分解
（4）①试管1和试管3，说明FeCl3能催化H2O2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H2O2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H2O2的分解，且过氧化氢酶的催化效率高于FeCl3（答出任意一条即可）
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，仅是催化剂种类不同。
（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，说明加热使过氧化氢分子得到能量，促使过氧化氢分解。
（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。
[对点训练]
题组一 酶在代谢中的作用
1．酶的作用原理是（ ）
A．降低化学反应的活化能
B．增加反应物之间的接触面积
C．降低反应物之间的接触面积
D．提供使反应开始所必需的活化能
答案 A
解析 酶能降低化学反应的活化能，从而加快化学反应的速率。
2．下列实验所采取的措施，不涉及“降低化学反应活化能”原理的是（ ）
A．利用果胶酶提高水果的出汁率
B．滴加肝脏研磨液促使过氧化氢的分解
C．滴加FeCl3溶液提高过氧化氢的分解速率
D．利用水浴加热提高过氧化氢的分解速率
答案 D
解析 利用果胶酶提高水果出汁率的机理是果胶酶可催化植物细胞壁中的果胶水解，从而使果汁更易榨出；肝脏研磨液中含过氧化氢酶，可催化过氧化氢水解；FeCl3可作为无机催化剂降低化学反应的活化能，从而提高过氧化氢的分解速率，故A、B、C项错误，利用水浴加热提高过氧化氢的分解速率是利用温度升高，以提供能量达到活化态的原理来加快过氧化氢的分解，D项正确。
3．下图表示某物质在酶、无机催化剂、无催化剂时由常态转变为活跃状态时所需的活化能（分别为a、b、c），此图不能得到的结论是（ ）
A．无机催化剂能降低化学反应的活化能
B．酶能降低化学反应的活化能
C．无机催化剂降低的活化能为b－a
D．酶降低活化能的效果比无机催化剂更显著
答案 C
解析 据图可看出，酶和无机催化剂均能降低化学反应的活化能，酶降低的活化能为c－a，无机催化剂降低的活化能为c－b，酶降低活化能的效果比无机催化剂更显著。
4．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；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），但不改变反应的平衡点。
题组二 H2O2在不同条件下的分解实验
5．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，人为改变的变量称为自变量；随着自变量的变化而变化的变量称为因变量；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。
6．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，使细胞内的过氧化氢酶充分释放出来，以增大与反应物的接触面积。
7．在“比较过氧化氢酶和Fe3＋的催化效率”实验中，滴入过氧化氢酶的试管内，气泡产生的情况和卫生香燃烧的情况分别是（ ）
A．产生气泡的速率快、燃烧不猛烈
B．产生气泡的速率快、燃烧猛烈
C．产生气泡的速率慢、燃烧不猛烈
D．产生气泡的速率慢、燃烧猛烈
答案 B
解析 过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高，滴入过氧化氢酶的试管内，产生气泡的速率快，卫生香燃烧猛烈。
8．下图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解实验”，相关分析合理的是（ ）
A．本实验的因变量是不同的催化剂
B．本实验的无关变量有温度和酶的用量等
C．1号与3号、1号与4号可分别构成对照实验
D．分析1号、2号试管的实验结果可知加热能降低反应的活化能
答案 C
解析 本实验的因变量是气泡的产生速率，即过氧化氢的分解速率；对于1号和2号对照实验，温度是自变量，酶的用量是无关变量；1号与3号、1号与4号中只有一个实验变量不同，可分别构成对照实验；2号在高温下出现气泡的原因是加热使过氧化氢分子得到能量，从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态。
题组三 酶的本质
9．下列有关酶的叙述，不正确的是（ ）
A．所有酶都含有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 绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数是RNA。
蛋白质和RNA都含有C、H、O、N四种元素，分别是由氨基酸、核苷酸组成的生物大分子；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。
10.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 分析题干及图可知，甲酶的化学本质不是蛋白质，有可能是具有催化作用的RNA，乙酶的化学本质为蛋白质。
11．酶的发现经过了许多科学家的研究，以下科学家及其成果不对应的是（ ）
A．斯帕兰札尼发现胃存在化学性消化
B．毕希纳发现促使酒精发酵的是酵母菌中的某种物质，而不是细胞本身
C．李比希认为酒精发酵是酵母菌代谢活动的结果
D．萨姆纳提取脲酶结晶
答案 C
解析 认为酒精发酵是酵母菌代谢活动的结果的是巴斯德，李比希认为引起发酵的是酵母细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。
12．下列有关酶的叙述，正确的是（ ）
A．酶是具有催化作用的蛋白质，都在核糖体上合成
B．只有具有分泌功能的活细胞才能产生酶
C．酶只能在细胞内发挥其催化作用
D．酶可被水解为氨基酸或核糖核苷酸
答案 D
解析 酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数是RNA，所以其水解产物是氨基酸或核糖核苷酸，A项错误，D项正确；除哺乳动物成熟的红细胞外，所有的活细胞都能产生酶，B项错误；酶可以在细胞内或细胞外发挥作用，C项错误。
[综合强化]
13．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。
14．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代表的是收集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。
15．现提供双缩脲试剂A液、B液、蛋清液（含蛋白质）、唾液淀粉酶溶液、蒸馏水、试管和必需的实验用品，请设计一个实验以证明“唾液淀粉酶是蛋白质”。
实验原理：
_______________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
实验步骤：
①取三支试管，分别编上1、2、3号，贴上标签；
②_____________________________________________________________________________；
③____________________________________________________________________________。
预期结果：
盛有蛋清液和唾液淀粉酶溶液的两支试管中液体均出现紫色，盛有蒸馏水的试管中不出现紫色。
实验结论：
______________________________________________________________________。
答案 实验原理：
蛋白质与双缩脲试剂发生紫色反应。
若实验中唾液淀粉酶溶液能与双缩脲试剂发生紫色反应，即可证明唾液淀粉酶是蛋白质
实验步骤：
②向三支试管中分别加入2mL蛋清液、唾液淀粉酶溶液、蒸馏水
③分别向三支试管中加入1mL双缩脲试剂A液，振荡，再分别滴加4滴双缩脲试剂B液，振荡，观察并记录颜色变化
实验结论：
唾液淀粉酶是蛋白质
解析 证明某种酶是蛋白质的实验设计：
实验组是待测酶液＋双缩脲试剂→观察是否出现紫色反应；对照组是已知蛋清液＋双缩脲试剂→出现紫色反应，蒸馏水＋双缩脲试剂→不出现紫色反应。
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