2020-2021学年高中生物新教材人教版必修1学案：第5章第1节 第1课时酶的作用和本质（教师备课专用）

2020-2021学年高中生物新教材人教版必修1学案：第5章第1节 第1课时酶的作用和本质（教师备课专用）

www.ks5u.com 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　酶的作用和本质 课标要求 核心素养 ‎1.概述酶的作用和本质。‎ ‎2.通过对有关酶实验的分析，学会控制变量和设计对照实验。‎ ‎1.生命观念——结构与功能观：酶的功能是由其独特的空间结构决定的。‎ ‎2.科学探究——实验思路及设计：能够根据实验目的，设计比较过氧化氢在不同条件下的分解实验，分析结果得出结论。‎ 知识导图 新知预习·双基夯实 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：‎ H2O2H2O＋O2‎ ‎(2)实验过程和现象：‎ 试管编号 试剂 处理 现象 ‎1‎ ‎2 mL H2O2溶液 常温 几乎无气泡产生 ‎2‎ ‎2 mL H2O2溶液 ‎90 ℃水浴加热 有__较少__气泡 ‎3‎ ‎2 mL H2O2溶液 ‎3.5% FeCl3溶液2滴 有__较多__气泡 ‎4‎ ‎2 mL H2O2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__。‎ 二、酶的作用原理和本质及意义 ‎1．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)作用机理：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。‎ ‎2．酶的本质 ‎3．意义：使细胞代谢能在__温和__条件下快速进行。‎ ‎┃┃活学巧练__■‎ ‎(1)酶的作用是为化学反应提供能量。(×)‎ ‎(2)酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率。(×)‎ ‎(3)酶在生物体内有催化和调节作用。(×)‎ ‎(4)酶是具有催化作用的有机物。(√)‎ ‎(5)有些酶中含有核糖。(√)‎ ‎(6)酶只有在活细胞内才能发挥作用。(×)‎ ‎(7)酶可以从食物中直接获取。(×)‎ ‎(8)与无机催化剂相比，酶催化效率更高的原因是酶降低活化能的作用更显著。(√)‎ 思考：‎ ‎1．我们吃芹菜时，无论咀嚼多长时间，都感觉不到甜，而吃馒头时，咀嚼时间长了就会有甜味，你知道是什么原因吗？‎ 提示：芹菜中含大量纤维素，馒头中主要成分为淀粉，人的唾液中含淀粉酶而不含纤维素酶，而酶具有专一性，淀粉酶可将淀粉分解为具有甜味的麦芽糖，却不能将纤维素分解。‎ ‎2．酶是否只能在活细胞内起作用？举例说明。‎ 提示：不是，酶既可以在细胞内起作用，也可以在细胞外起作用，如消化酶等。‎ 学霸记忆·素养积累 重点呈现 ‎1．细胞代谢是细胞中化学反应的总称。‎ ‎2．酶是生物催化剂，其催化原理是降低化学反应的活化能。‎ ‎3．酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。‎ 课内探究·名师点睛 知识点 酶在细胞代谢中的作用 控制变量 ‎(1)实验中的变量 含义 上述实验中实例 自变量 实验中人为控制的对实验对象进行处理的因素 氯化铁溶液和肝脏研磨液 因变量 随自变量的改变而变化的变量 过氧化氢分解速率 无关变量 除自变量外，实验过程中对实验结果造成影响的变量；无关变量应当始终保持相同 溶液的体积，肝脏研磨液的新鲜程度等 知识贴士 ‎(1)一般实验中“验证××”“探究××”，其中“××”就是自变量。‎ ‎(2)自变量与因变量具有前因后果关系，实验的目的往往是探究或验证自变量对因变量的影响。‎ ‎(3)无关变量的判断技巧：一是外界环境，如温度、pH等；二是材料本身，比如本实验的肝脏研磨液的新鲜程度等。‎ ‎(2)对照实验 ‎①含义：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叫作对照实验。‎ ‎②分为：对照组和实验组。‎ ‎③1号试管在实验中的作用：对照实验。说明在正常条件下3%的H2O2不易分解，是比较稳定的，从而说明正是由于加热或催化剂的作用使它快速分解。‎ ‎┃┃典例剖析__■‎ 典例1 下列是对“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验的结果分析，其中正确的是(　C　)‎ A．在过氧化氢酶的作用下，过氧化氢分解最快，是因为20%的肝脏研磨液的浓度高于FeCl3溶液 B．3.5%的FeCl3溶液对过氧化氢分解速率慢，是因为其浓度过高，影响了活性的正常发挥 C．肝脏研磨液中过氧化氢分解速率快，是因为酶的催化效率比一般无机催化剂的催化效率高 D．如果将4支试管都放在90 ℃水浴中，第4支试管(加肝脏研磨液的试管)的反应速率仍为最快 解析：20%肝脏研磨液中的含酶分子数比3.5%FeCl3溶液中Fe3＋数少得多；催化剂浓度大不会影响催化效率；若将4支试管均放入90 ℃水浴中，第4支试管中的酶将会变性，失去催化能力，因为其化学本质为蛋白质。‎ ‎┃┃变式训练__■‎ ‎1．关于生物学实验中的变量，下列说法不正确的是(　A　)‎ 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 解析：“单一变量原则”和“对照原则”是生物实验两个最基本的原则。在对照实验中一定存在单一变量(自变量)，同时对实验结果会产生影响的无关变量要严格控制。并不是任何生物学实验都要设置变量，如鉴定类实验一般不需设置变量。‎ 知识点 酶的本质及作用机理 ‎1．关于酶本质的探索过程 ‎2．酶的本质和作用 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)‎ 实验组 待测酶液＋双缩脲试剂→是否出现紫色反应 待测酶液＋吡罗红染液→是否出现红色 实验验证 对照组1‎ 蛋白质样液＋双缩脲试剂→‎ RNA样液＋吡罗红染液→‎ 出现紫色反应 出现红色 对照组2‎ 待测酶液不再具有催化能力 待测酶液不再具有催化能力 来源 一般活细胞中均能产生 生理功能 具有生物催化功能 作用机理 降低化学反应的活化能 ‎3.酶的作用机理 分析可知：‎ ‎①E1这一部分的能量是指酶所降低的能量；‎ ‎②E2这一部分的能量是指酶促反应过程中所需能量；‎ ‎③E1＋E2＝E这一部分的能量是反应所需总能量，是指无酶催化的时候，分子从常态转变成活跃状态所需的能量，即反应活化能。‎ ‎┃┃典例剖析__■‎ 典例2 (2020·山东省潍坊市期中)细胞代谢离不开 酶。下列叙述正确的是(　A　)‎ A．酶既可以作为催化剂，又可以作为反应底物 B．活细胞产生的酶在生物体外没有活性 C．酶通过为化学反应提供能量发挥催化作用 D．不同的活细胞中含有的酶完全不同 解析：酶既可以作为催化剂，又可以作为反应底物，例如，唾液淀粉酶作为催化剂，能够催化淀粉水解成还原糖，唾液淀粉酶也可以作为反应底物，被蛋白酶催化水解，A正确；若条件适宜，活细胞产生的酶在生物体外也有活性，B错误；酶通过降低化学反应的活化能而发挥催化作用，C错误；不同的活细胞中含有的酶不完全相同，D错误。‎ 规律总结：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)酶并不是具有分泌功能的细胞才能产生，活细胞一般都能产生酶。‎ ‎┃┃变式训练__■‎ ‎2．(2019·天津十二校联考)下列有关酶的叙述，正确的是(　C　)‎ ‎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的　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酶在新陈代谢和生长发育中起调控作用　⑧酶只是起催化作用　⑨酶只在细胞内发挥作用 A．①②⑤　　　　 B．③⑦⑨ ‎ C．③④⑧ D．④⑤⑥‎ 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，少数酶为RNA；酶只有催化功能，在个体发育中起调控作用的是激素。‎ 指点迷津·拨云见日 对照实验的几种类型 通过设置对照实验，既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。对照实验的设置有以下几类：‎ a．空白对照：对照组不施加任何处理因素。‎ b．条件对照：对照组不施加处理因素，但施加某种与处理因素有关的实验因素。‎ c．自身对照：对照组与实验组在同一受试对象上进行，如以病人用药前后的血压值做对比。‎ d．相互对照：几种处理(或水平)互为对照。‎ 典例3 (不定项)(2020·莆田六中高一月考)如图所示的新鲜土豆片与H2O2接触后，产生的现象及推测正确的是(　ABD　)‎ A．若有气体大量产生，可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶 B．若增加新鲜土豆片的数量，量筒中产生气体的速率加快 C．一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限 D．为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量 解析：新鲜土豆片中含有过氧化氢酶，能催化过氧化氢分解产生氧气(气泡)。增加新鲜土豆片的数量即增加酶的 浓度，可使反应速率加快。一段时间后，因底物过氧化氢全部被消耗分解，产生的氧气(‎ 气体)量不再增加。为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量。‎ 解疑答惑　　‎ 问题探讨⇨P76‎ ‎1．提示：可以避免胃对肉块的物理性消化。‎ ‎2．提示：是胃内的化学物质将肉块分解了。‎ ‎3．提示：收集胃内化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。 ‎ 探究·实践⇨P77‎ ‎1．提示：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．提示：不能。‎ ‎3．提示：说明FeCl3溶液中的Fe3＋和新鲜肝脏研磨液中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。‎ ‎4．提示：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、常压下高效地进行，只有酶能够满足这样的条件，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。‎ 本实验的结论：酶具有催化作用，同无机催化剂相比，催化效率更高 思考·讨论⇨P79‎ ‎1．提示：巴斯德认为发酵与活细胞有关，这是合理的，但是认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用，这是不正确的；李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质，这是合理的，但是认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用，这是不正确的。‎ ‎2．提示：巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。‎ ‎3．提示：毕希纳的实验说明，酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。‎ ‎4．提示：萨姆纳历时9年用正确的科学方法，坚持不懈、百折不挠，历经一次又一次的失败，终于将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。‎ ‎5．提示：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，少数酶是RNA。‎ 练习与应用⇨P80‎ 一、概念检测 ‎1．D　酶既可以在生物体内起作用，也可以离开生物体发挥作用，如我们在实验室中可以用淀粉酶催化淀粉水解，A、B错误；绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶是RNA，C错误。‎ ‎2．D　酶和无机催化剂一样，都不能为反应物提供能量，A错误；酶和无机催化剂都能降低化学反应的活化能，B错误；酶和无机催化剂都能在温和的条件下催化化学反应的进行，C错误；与无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的效果更显著，催化化学反应更高效，D正确。‎ 二、拓展应用 ‎1．探究酶的活性是否受温度的影响 ‎2．提示：巴斯德：发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用。‎ 李比希：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。‎ 毕希纳：酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。‎ 萨姆纳：酶是蛋白质。‎ ‎3．提示：可用双缩脲等试剂检测酶是否为蛋白质。在萨姆纳之前，之所以很难鉴定酶的本质，主要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。‎ 训练巩固·课堂达标 ‎1．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(　C　)‎ 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 解析：李比希认为引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母菌细胞死亡并裂解后才能发挥作用，C项错误。‎ ‎2．对盛有过氧化氢的试管加热或加入催化剂，都能够促进其分解，下列相关的叙述正确的是(　B　)‎ 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 解析：‎ 加热主要是使过氧化氢分子的能量提高，达到活化能，使反应进行；催化剂是降低过氧化氢分子的活化能，使分子原来具有的能量达到活化能，从而能够发生反应，二者的基本原理是不同的；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。‎ ‎3．(2019·山东省菏泽市高一期末)酶作为生物催化剂，其作用的实质是(　D　)‎ A．降低化学反应的动能 B．提高化学反应的速率 C．催化化学反应的进行 D．降低化学反应的活化能 解析：酶的作用是催化作用，可以提高化学反应速率，缩短达到平衡的时间，酶起催化作用的实质是降低化学反应的活化能。综上所述，A、B、C错误，D正确。故选D。‎ ‎4．下表为“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验设计的相关内容，请回答有关问题：‎ 试管编号 加入材料 处理方法 实验现象 ‎1‎ ‎2 mL H2O2溶液＋2滴清水 常温 无气泡 ‎2‎ ‎2 mL H2O2溶液＋2滴清水 ‎90 ℃水浴加热 少量气泡，带火星的卫生香不复燃 ‎3‎ ‎2 mL H2O2溶液＋2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液 常温 较多气泡，带火星的卫生香复燃 ‎4‎ ‎2 mL H2O2溶液＋2滴新鲜肝脏研磨液 常温 大量气泡，带火星的卫生香猛烈复燃 ‎　(1)该实验中，自变量是__温度、催化剂的种类__等反应条件，因变量是H2O2的分解速率。对照组是__1__(填试管编号)，实验组是__2、3、4__(填试管编号)。‎ ‎(2)比较1号和2号试管，你得出的结论是__加热能提高H2O2的分解速率__。‎ ‎(3)比较3号和4号试管，你得出的结论是__过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高__。‎ ‎(4)若某同学按照表中方法做了这个实验，结果试管3和试管4的现象刚好相反，他实验失败的原因可能是__酶容易受外界因素的干扰，或肝脏研磨液不新鲜__。‎ 解析：(1)实验需要遵循单一变量原则，实验中只有唯一的变量即自变量，对比1和2两组，自变量为温度，3和4组自变量为催化剂的种类；1组为空白对照组，其他为实验组。‎ ‎(2)1和2组的自变量为温度，可知加热能提高H2O2的分解速率。(3)3和4组的自变量为催化剂的种类，可知过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高。(4)酶容易受外界因素的干扰，如温度、pH等，也可能是肝脏研磨液不新鲜。‎