2018版高中生物 第五章 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用 第1節(jié) 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶學(xué)案 新人教版必修1.doc

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第1節(jié)　降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶 1．說明酶在細(xì)胞代謝中的作用、本質(zhì)和特性。 2．說明溫度和pH對酶活性的影響。 3．在探究實(shí)驗(yàn)中，學(xué)會控制自變量，以及設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)和重復(fù)實(shí)驗(yàn)。 酶 的 作 用 和 本 質(zhì) 1．細(xì)胞代謝的概念 2．比較過氧化氫在不同條件下的分解 (1)實(shí)驗(yàn)原理 (2)實(shí)驗(yàn)過程和現(xiàn)象： 試管步驟　　 相同處理 向4支試管中分別加入2 mLH2O2溶液 不同處理 不處理 放在90 ℃左右的水浴中加熱 滴入2滴FeCl3溶液 滴入2滴肝臟研磨液 現(xiàn)象 氣泡 基本無 少 較多 很多 帶火星衛(wèi)生香 無復(fù)燃 有復(fù)燃 復(fù)燃性較強(qiáng) 復(fù)燃性很強(qiáng) (3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：酶具有催化作用，同無機(jī)催化劑相比，催化效率更高。 (4)實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)變量： (5)對照實(shí)驗(yàn)： ①含義：除了一個(gè)因素以外，其余因素都保持不變的實(shí)驗(yàn)。 ②原則：除了要觀察的變量外，其他變量都應(yīng)當(dāng)始終保持相同。 3．酶的作用原理和本質(zhì) (1)作用原理： ①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。 ②作用機(jī)制：同無機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，因而催化效率更高。 ③結(jié)果：由于酶的催化作用，細(xì)胞代謝才能在溫和條件下快速進(jìn)行。 (2)本質(zhì) ①合成場所：活細(xì)胞中。 ②化學(xué)本質(zhì)：絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，極少數(shù)是RNA。 [合作探討] 探討1：在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的四組實(shí)驗(yàn)中，哪一組為對照組？滴加過肝臟研磨液的滴管可否再去滴加FeCl3溶液？ 提示：第1組。不能。否則少量的過氧化氫酶帶到滴加FeCl3溶液的實(shí)驗(yàn)組中，干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。 探討2：加熱和無機(jī)催化劑都可降低化學(xué)反應(yīng)的活化能嗎？ 提示：加熱只能提高反應(yīng)速率，無機(jī)催化劑可降低活化能。 探討3：現(xiàn)有一種酶，請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究其成分是蛋白質(zhì)還是RNA。 提示： [思維升華] 1．酶本質(zhì)的探索 2. 酶的本質(zhì)和作用原理 (1)酶的本質(zhì)： 化學(xué)本質(zhì) 絕大多數(shù)是蛋白質(zhì) 少數(shù)是RNA 合成原料 氨基酸 核糖核苷酸 合成場所 核糖體 細(xì)胞核(主要) 來源 一般活細(xì)胞中均能產(chǎn)生 生理功能 具有生物催化功能 (2)酶的作用機(jī)理 酶和其他催化劑均能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，分析如下： ①圖中ac和bc段分別表示無催化劑催化和有酶催化時(shí)反應(yīng)進(jìn)行所需要的活化能。 ②若將酶變?yōu)闊o機(jī)催化劑，則b在縱軸上向上移動(dòng)。用加熱的方法不能降低活化能，但會提供活化能。 1．下列關(guān)于酶的實(shí)驗(yàn)不正確的是(　　) A．上述反應(yīng)中的自變量是催化劑的種類 B．該實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明酶具有高效性 C．該實(shí)驗(yàn)如果將肝臟進(jìn)行研磨，效果會更好 D．該實(shí)驗(yàn)的因變量是肝臟質(zhì)量的變化 【解析】　上述實(shí)驗(yàn)的因變量為過氧化氫的分解速率，而不是肝臟質(zhì)量的變化。 【答案】　D 2．下列關(guān)于酶的敘述中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：19040190】 A．酶能調(diào)節(jié)生物體的生命活動(dòng) B．一般說來，活細(xì)胞都能產(chǎn)生酶 C．酶都是在核糖體上合成的 D．所有的酶與雙縮脲試劑發(fā)生作用，都可產(chǎn)生紫色反應(yīng) 【解析】　本題考查的是酶的產(chǎn)生、化學(xué)本質(zhì)和作用。酶具有催化作用，不能調(diào)節(jié)生物體的生命活動(dòng)；酶由活細(xì)胞產(chǎn)生；酶絕大部分是蛋白質(zhì)，在核糖體上合成，可與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應(yīng)，少部分是RNA，不是在核糖體上合成，不能與雙縮脲試劑反應(yīng)呈紫色。 【答案】　B 3．下圖為酶的作用模型，識圖并結(jié)合有關(guān)知識判斷下列敘述有誤的是 (　　) A．無酶催化時(shí)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所需的活化能較高 B．酶起作用的部位是細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外 C．酶的基本組成單位是氨基酸或核糖核苷酸 D．圖中的a指發(fā)生化學(xué)反應(yīng)需提供的能量 【解析】　圖示的a是有酶催化時(shí)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)降低的活化能。 【答案】　D 酶 的 特 性 1．酶的特性 提示：①－b?、冢璫?、郏璦 2．溫度和pH對酶活性的影響 (1)酶活性的概念：酶對化學(xué)反應(yīng)的催化效率。 (2)下列是溫度和pH對酶活性的影響示意圖，請寫出其中某點(diǎn)或某段表示的含義。 ①P點(diǎn)：最適溫度；Q點(diǎn)：最適pH。 ②偏離P點(diǎn)或Q點(diǎn)：酶的活性降低。 ③溫度過高、pH過高或過低時(shí)：酶失活。 [合作探討] 探討1：許多加酶洗衣粉標(biāo)有“請勿用60 ℃以上的熱水，以免洗衣粉失效”。你能說出其中的理論依據(jù)嗎？ 提示：溫度過高會影響酶的活性，甚至酶會因高溫變性而失活。 探討2：如何利用“淀粉、蔗糖、淀粉酶和斐林試劑”探究酶具有專一性？ 提示：在淀粉、蔗糖溶液中分別滴加等量淀粉酶和斐林試劑，據(jù)是否生成磚紅色沉淀(水浴加熱)予以判斷。 探討3：從蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)方面分析，在過酸、過堿或溫度過高的條件下，酶為什么會失活？該如何保存酶？ 提示：過酸、過堿和高溫使蛋白質(zhì)變性失活，應(yīng)在低溫和適宜pH下保存酶。 [思維升華] 1．表示酶高效性的曲線(圖1) 圖1　　　　　　　　　　　圖2 (1)與無機(jī)催化劑相比，酶的催化效率更高。 (2)催化劑只會縮短達(dá)到化學(xué)平衡所需的時(shí)間，不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)。 2．表示酶專一性的曲線(圖2) (1)在A反應(yīng)物中加入酶A，反應(yīng)速率較未加酶時(shí)明顯加快，說明酶A催化A反應(yīng)物的反應(yīng)。 (2)在A反應(yīng)物中加入酶B，反應(yīng)速率和未加酶時(shí)相同，說明酶B不催化A反應(yīng)物的反應(yīng)。 3．底物濃度和酶濃度對酶促反應(yīng)速率的影響 甲　　　　　　　乙(在底物充足情況下) (1)甲圖：在其他條件適宜、酶量一定的情況下，酶促反應(yīng)速率隨底物濃度增加而加快，但當(dāng)?shù)孜镞_(dá)到一定濃度后，受酶數(shù)量和酶活性限制，酶促反應(yīng)速率不再增加。 (2)乙圖：在底物充足、其他條件適宜的情況下，酶促反應(yīng)速率與酶濃度成正比。 4．溫度、pH對酶活性的影響 圖a 圖b　　　　　　　　圖c (1)圖a說明：①在最適pH時(shí)，酶的催化作用最強(qiáng)，高于或低于最適pH，酶的催化作用將減弱。 ②過酸、過堿都會使酶失活。 ③不同的酶最適pH不同。 (2)圖b說明：①在一定溫度范圍內(nèi)，隨溫度的升高，酶的催化作用增強(qiáng)，超過這一范圍酶催化作用將減弱。 ②低溫只會抑制酶的活性，而高溫會使酶失活。 (3)圖c說明：反應(yīng)溶液中酸堿度的變化不影響酶作用的最適溫度。 1．下列關(guān)于酶催化特性的敘述，正確的是(　　) A．低溫降低分子運(yùn)動(dòng)速率，抑制酶的活性 B．高溫激發(fā)酶的活性，提高酶促反應(yīng)速率 C．增大底物的濃度，酶促反應(yīng)速率可以持續(xù)上升 D．增加酶的物質(zhì)量，酶促反應(yīng)的產(chǎn)物量隨之增加 【解析】　低溫降低分子運(yùn)動(dòng)速率，從而抑制酶的活性；溫度過高使酶失活，可降低酶促反應(yīng)速率；增大底物的濃度，酶促反應(yīng)速率還受酶濃度的影響。 【答案】　A 2．下列A、B、C三圖表示酶濃度一定時(shí)，反應(yīng)速率和反應(yīng)物濃度、溫度、pH的關(guān)系，請據(jù)圖回答下列問題。 【導(dǎo)學(xué)號：19040191】 A　　　　　　　　B　　　　　　　C (1)圖A中，反應(yīng)物達(dá)到某一濃度時(shí)，反應(yīng)速率不再上升，其原因是________________________________________________________________ ______________________________________________________________。 (2)圖B中，b點(diǎn)對應(yīng)的溫度稱____________________________________。 (3)圖C中，c點(diǎn)到d點(diǎn)的曲線急劇下降，其原因是 ____________________________________________________________。 (4)將裝有酶與反應(yīng)物的甲、乙兩支試管分別放入12 ℃和75 ℃的水浴鍋中，20 min后取出，轉(zhuǎn)入37 ℃的水浴鍋中保溫，兩試管內(nèi)的反應(yīng)情況分別是：甲：________，乙________。 【答案】　(1)受反應(yīng)液中酶濃度的限制 (2)酶反應(yīng)的最適溫度　(3)pH升高，酶活性下降　(4)速度加快　不反應(yīng) 探 究 影 響 酶 活 性 的 因 素 ( 實(shí) 驗(yàn) ) 1．探究溫度對酶活性影響的實(shí)驗(yàn)原理 (2)溫度影響酶的活性，從而影響淀粉的水解。滴加碘液后，根據(jù)是否出現(xiàn)藍(lán)色及藍(lán)色的深淺來判斷酶的活性。 2．探究pH對酶活性影響的實(shí)驗(yàn)原理 (1)H2O2H2O＋O2 (2)pH影響酶活性，從而影響氧氣的生成量，可用點(diǎn)燃但無火焰的衛(wèi)生香的燃燒情況來檢驗(yàn)氧氣生成量的多少。 [合作探討] 探討1：能否用H2O2溶液來探究溫度對酶活性的影響？ 提示：不能。H2O2溶液在高溫時(shí)會分解，實(shí)驗(yàn)中的變量不是單一的，影響對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。 探討2：在探究溫度對淀粉酶活性的影響的實(shí)驗(yàn)中，能否用斐林試劑來檢測？ 提示：不能。因?yàn)殪沉衷噭┡c還原糖只有在加熱的條件下才有磚紅色沉淀生成，而該實(shí)驗(yàn)需嚴(yán)格控制不同的溫度。 探討3：下面是某同學(xué)探究溫度對淀粉酶活性影響的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟，該同學(xué)的設(shè)計(jì)是否合理？ 序號 實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容 試管1 試管2 試管3 1 加入等量的可溶性淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL 2 加入等量的新鮮淀粉酶溶液 1 mL(5分鐘) 1 mL (5分鐘) 1 mL(5分鐘) 3 控制不同的溫度條件 60 ℃熱水(5分鐘) 沸水(5分鐘) 冰塊(5分鐘) 4 加入等量的碘液 1滴 1滴 1滴 5 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 不出現(xiàn)藍(lán)色(呈現(xiàn)碘液顏色) 藍(lán)色 藍(lán)色 提示：不合理，淀粉溶液和淀粉酶溶液在沒有達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)混合，淀粉酶即發(fā)揮催化作用。對自變量的控制不準(zhǔn)確。 [思維升華] 1．探究溫度對酶活性的影響 (1)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路 (2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程序 淀粉　　　　　　　淀粉酶 ↓　　　　　　　　 ↓ 各自在所控制的溫度下處理一段時(shí)間 　　　　　↓ 淀粉與相應(yīng)溫度的淀粉酶混合 　　　　　↓ 在各自所控制的溫度下保溫一段時(shí)間 　　　　　↓ 滴加碘液，觀察顏色變化 2．探究pH對酶活性的影響 (1)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) (2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程序 序號 實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容 試管1 試管2 試管3 1 注入等量的過氧化氫酶溶液 2滴 2滴 2滴 2 注入等量的不同pH的溶液 1 mL蒸餾水 1 mL 5%的HCl 1 mL 5%的NaOH 3 注入等量的3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL 4 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 有大量氣泡產(chǎn)生 無氣泡產(chǎn)生 無氣泡產(chǎn)生 5 將帶火星的衛(wèi)生香插入試管內(nèi)液面的上方 燃燒劇烈 燃燒較弱 燃燒較弱 1．下列有關(guān)酶實(shí)驗(yàn)的敘述，正確的是(　　) A．探究溫度和pH對酶活性的影響時(shí)，分別選用淀粉和H2O2作為底物 B．探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的作用時(shí)，可用碘液檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果 C．用H2O2作底物驗(yàn)證酶的高效性時(shí)，通過測定氣泡或者氧氣釋放的多少可達(dá)到目的 D．探究淀粉酶的最適溫度的實(shí)驗(yàn)順序：淀粉＋淀粉酶→置于相應(yīng)水浴溫度5 min→滴斐林試劑加熱→觀察溶液顏色變化 【解析】　探究溫度對酶活性的影響時(shí)可以用淀粉，探究pH對酶活性的影響時(shí)可以用H2O2，故A正確。探究淀粉酶對淀粉和蔗糖作用時(shí)，不能用碘液檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因?yàn)榈庖簩φ崽腔蛘崽撬獾漠a(chǎn)物都沒有顏色反應(yīng)，故B錯(cuò)誤。用過氧化氫做底物驗(yàn)證酶的高效性時(shí)，可以通過觀察氣泡或氧氣的釋放速率來達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，由于底物的量是一定的，所以?shí)驗(yàn)組和對照組最終氧氣的釋放量相同，故C錯(cuò)誤。探究淀粉酶的最適溫度的實(shí)驗(yàn)應(yīng)先將淀粉置于相應(yīng)溫度下然后在相應(yīng)溫度下加酶，且不能用斐林試劑檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果，故D錯(cuò)誤。 【答案】　A 2．某小組在探究“影響酶活性的條件”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，提出“過氧化氫酶的活性是否受pH影響”的問題，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作步驟如下： 【導(dǎo)學(xué)號：19040192】 ①向甲、乙兩試管內(nèi)各加入2 mL新配制的體積分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液。 ②向甲試管內(nèi)加入1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鹽酸，向乙試管內(nèi)加入1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氫氧化鈉溶液。 ③向甲、乙兩試管內(nèi)各加入2滴新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的豬肝研磨液。 ④觀察試管中發(fā)生的變化。 請依據(jù)該小組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)操作步驟，回答下列問題： (1)該實(shí)驗(yàn)的自變量是________，過氧化氫分解速率是本實(shí)驗(yàn)的________，可觀測的指標(biāo)是________。 (2)上述操作步驟中存在明顯的缺陷，請指出：______________________ __________________________________________________________。 (3)將制備好的豬肝研磨液分別進(jìn)行高溫和冷藏處理。經(jīng)高溫處理后，實(shí)驗(yàn)效果不明顯，冷藏處理不影響實(shí)驗(yàn)效果，原因是_______________________ ________________________________________________________。 (4)在與其他小組進(jìn)行交流時(shí)，有同學(xué)建議進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)，以不同pH下出現(xiàn)同一結(jié)果所需要的時(shí)間來表示酶的活性，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制不同條件下酶活性的曲線圖。該建議中，所需的時(shí)間越長，酶的活性越________。 【解析】　(1)探究pH影響酶活性的實(shí)驗(yàn)中，pH是自變量，過氧化氫的分解速率為因變量。 (2)實(shí)驗(yàn)應(yīng)讓加酸，加堿與加蒸餾水對照。 (3)過氧化氫酶是蛋白質(zhì)，高溫會破壞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。 (4)產(chǎn)生等量的氧氣所用的時(shí)間越長，說明酶的活性越低。 【答案】　(1)pH　因變量　試管中產(chǎn)生的氣泡數(shù)量　(2)缺少加蒸餾水的對照　(3)過氧化氫酶是蛋白質(zhì)，在高溫處理時(shí)蛋白質(zhì)變性，而冷藏時(shí)蛋白質(zhì)沒有變性　(4)低(或弱) 1．下列關(guān)于酶的敘述，正確的是(　　) A．酶是具有分泌功能的細(xì)胞產(chǎn)生的 B．酶提供了反應(yīng)過程所必需的活化能 C．高溫或pH改變會導(dǎo)致酶結(jié)構(gòu)的改變 D．酶分子在催化反應(yīng)完成后立即被降解成氨基酸 【解析】　本題考查酶的產(chǎn)生、作用和特點(diǎn)。酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的，作用是降低活化能。過酸、過堿和高溫都會改變酶分子的結(jié)構(gòu)。酶是生物催化劑，反應(yīng)前后酶分子的結(jié)構(gòu)不會發(fā)生改變。 【答案】　C 2．下圖為酶催化反應(yīng)的過程示意圖，以數(shù)字編號的圖形分別表示反應(yīng)物、酶、生成物等反應(yīng)要素，其中表示酶的圖形編號是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：19040193】 A．①　　　 B．②　　　　 C．③　　　 D．④ 【解析】　從圖中可以看出圖形①參與酶催化的反應(yīng)，并在反應(yīng)后能保持結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不變，故圖形①應(yīng)為酶。 【答案】　A 3．紡織工業(yè)上的褪漿工序常用兩種方法：化學(xué)法，需用NaOH 7～9克/升，在70 ℃～80 ℃條件下作用12小時(shí)，褪漿率僅為50%～60%；加酶法，用少量細(xì)菌淀粉酶，在適宜溫度時(shí)只需5分鐘，褪漿率達(dá)100%，這一事實(shí)說明(　　) A．酶具有多樣性　　　　 B．酶具有高效性 C．酶具有專一性 D．酶具有溶解性 【解析】　由題意可知，少量淀粉酶比NaOH褪漿所用時(shí)間短得多，褪漿率高得多，說明酶具有高效性。 【答案】　B 4．下列環(huán)境因素的改變會使人體唾液淀粉酶的活性逐漸增大的是(　　) A．溫度由0 ℃上升到37 ℃ B．溫度由100 ℃降低到37 ℃ C．pH由2上升到7 D．pH由12降低到7 【解析】　酶在高溫、過酸、過堿的條件下會失活變性，不再恢復(fù)。唾液淀粉酶的最適溫度是37 ℃，最適pH在7左右，因此B、C、D條件均失活變性了，故選A。 【答案】　A 5．如下圖分別表示溫度、pH與酶活性的關(guān)系，敘述不正確的是(　　) A．曲線A上的b點(diǎn)對應(yīng)的溫度表示該酶的最適溫度 B．人體內(nèi)胃蛋白酶的活性與曲線B相似 C．曲線B、C說明不同的酶有不同的最適pH D．酶活性隨溫度的升高而增強(qiáng) 【解析】　讀圖知酶活性在最適溫度前隨溫度升高而增強(qiáng)，過了最適溫度之后就降低甚至失活。 【答案】　D 課堂小結(jié)： 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 核心回扣 1.細(xì)胞代謝是細(xì)胞內(nèi)每時(shí)每刻都進(jìn)行著的各種化學(xué)反應(yīng)，是細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。 2.加熱使反應(yīng)物獲得了能量，加快反應(yīng)速率。 3.同無機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，因而催化效率更高。 4.酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)。 5.酶具有專一性和高效性，作用條件較溫和。 6.低溫抑制酶活性，但不破壞酶的分子結(jié)構(gòu)。 7. 高溫、過酸、過堿都會導(dǎo)致酶分子結(jié)構(gòu)破壞而永久失去活性。