2020版高中生物 第五章 第1节 降低化学反应活化能的酶学案 新人教版必修1

2020版高中生物 第五章 第1节 降低化学反应活化能的酶学案 新人教版必修1

第1节　降低化学反应活化能的酶 ‎1．说明酶在细胞代谢中的作用、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。‎ 酶 的 作 用 和 本 质 ‎1．细胞代谢的概念 ‎2．比较过氧化氢在不同条件下的分解 ‎(1)实验原理 ‎(2)实验过程和现象：‎ 试管步骤　　‎ 相同处理 向4支试管中分别加入2 mLH2O2溶液 不同处理 不处理 放在‎90 ℃‎左右的水浴中加热 滴入2滴FeCl3溶液 滴入2滴肝脏研磨液 现象 气泡 基本无 少 较多 很多 带火星卫生香 无复燃 有复燃 复燃性较强 复燃性很强 ‎(3)实验结论：酶具有催化作用，同无机催化剂相比，催化效率更高。‎ ‎(4)实验中的相关变量：‎ 13‎ ‎(5)对照实验：‎ ‎①含义：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验。‎ ‎②原则：除了要观察的变量外，其他变量都应当始终保持相同。‎ ‎3．酶的作用原理和本质 ‎(1)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作用机制：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结果：由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速进行。‎ ‎(2)本质 ‎①合成场所：活细胞中。‎ ‎②化学本质：绝大多数是蛋白质，极少数是RNA。‎ ‎[合作探讨]‎ 探讨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。‎ 探讨2：加热和无机催化剂都可降低化学反应的活化能吗？‎ 提示：加热只能提高反应速率，无机催化剂可降低活化能。‎ 探讨3：现有一种酶，请设计实验探究其成分是蛋白质还是RNA。‎ 提示：‎ ‎ [思维升华]‎ ‎1．酶本质的探索 13‎ ‎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。‎ ‎1．下列关于酶的实验不正确的是(　　)‎ 13‎ A．上述反应中的自变量是催化剂的种类 B．该实验能证明酶具有高效性 C．该实验如果将肝脏进行研磨，效果会更好 D．该实验的因变量是肝脏质量的变化 ‎【解析】　上述实验的因变量为过氧化氢的分解速率，而不是肝脏质量的变化。‎ ‎【答案】　D ‎2．下列关于酶的叙述中正确的是(　　)‎ ‎【导学号：19040190】‎ 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 ‎【解析】　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；酶绝大部分是蛋白质，在核糖体上合成，可与双缩脲试剂发生紫色反应，少部分是RNA，不是在核糖体上合成，不能与双缩脲试剂反应呈紫色。‎ ‎【答案】　B ‎3．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 ‎【解析】　图示的a是有酶催化时，发生化学反应降低的活化能。‎ ‎【答案】　D 13‎ 酶 的 特 性 ‎1．酶的特性 提示：①－b　②－c　③－a ‎2．温度和pH对酶活性的影响 ‎(1)酶活性的概念：酶对化学反应的催化效率。‎ ‎(2)下列是温度和pH对酶活性的影响示意图，请写出其中某点或某段表示的含义。‎ ‎①P点：最适温度；Q点：最适pH。‎ ‎②偏离P点或Q点：酶的活性降低。‎ ‎③温度过高、pH过高或过低时：酶失活。‎ ‎[合作探讨]‎ 探讨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。‎ 探讨2：如何利用“淀粉、蔗糖、淀粉酶和斐林试剂”探究酶具有专一性？‎ 提示：在淀粉、蔗糖溶液中分别滴加等量淀粉酶和斐林试剂，据是否生成砖红色沉淀(水浴加热)予以判断。‎ 探讨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。‎ 13‎ ‎[思维升华]‎ ‎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，受酶数量和酶活性限制，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。‎ 13‎ ‎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。‎ ‎1．下列关于酶催化特性的叙述，正确的是(　　)‎ A．低温降低分子运动速率，抑制酶的活性 B．高温激发酶的活性，提高酶促反应速率 C．增大底物的浓度，酶促反应速率可以持续上升 D．增加酶的物质量，酶促反应的产物量随之增加 ‎【解析】　低温降低分子运动速率，从而抑制酶的活性；温度过高使酶失活，可降低酶促反应速率；增大底物的浓度，酶促反应速率还受酶浓度的影响。‎ ‎【答案】　A ‎2．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。‎ ‎【导学号：19040191】‎ 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，20 min后取出，转入‎37 ℃‎的水浴锅中保温，两试管内的反应情况分别是：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 13‎ 探 究 影 响 酶 活 性 的 因 素 ( 实 验 )‎ ‎1．探究温度对酶活性影响的实验原理 ‎(2)温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解。滴加碘液后，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。‎ ‎2．探究pH对酶活性影响的实验原理 ‎(1)H2O2H2O＋O2‎ ‎(2)pH影响酶活性，从而影响氧气的生成量，可用点燃但无火焰的卫生香的燃烧情况来检验氧气生成量的多少。‎ ‎[合作探讨]‎ 探讨1：能否用H2O2溶液来探究温度对酶活性的影响？‎ 提示：不能。H2O2溶液在高温时会分解，实验中的变量不是单一的，影响对实验结果的分析。‎ 探讨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。‎ 探讨3：下面是某同学探究温度对淀粉酶活性影响的实验设计步骤，该同学的设计是否合理？‎ 序号 实验操作内容 试管1‎ 试管2‎ 试管3‎ ‎1‎ 加入等量的可溶性淀粉溶液 ‎2 mL ‎2 mL ‎2 mL ‎2‎ 加入等量的新鲜淀粉酶溶液 ‎1 mL(5分钟)‎ ‎1 mL (5分钟)‎ ‎1 mL(5分钟)‎ ‎3‎ 控制不同的温度条件 ‎60 ℃‎热水(5分钟)‎ 沸水(5分钟)‎ 冰块(5分钟)‎ ‎4‎ 加入等量的碘液 ‎1滴 ‎1滴 ‎1滴 13‎ ‎5‎ 观察实验现象 不出现蓝色(呈现碘液颜色)‎ 蓝色 蓝色 提示：不合理，淀粉溶液和淀粉酶溶液在没有达到设定温度时混合，淀粉酶即发挥催化作用。对自变量的控制不准确。‎ ‎[思维升华]‎ ‎1．探究温度对酶活性的影响 ‎(1)实验设计思路 ‎(2)实验设计程序 淀粉　　　　　　　淀粉酶 ‎ ↓　　　　　　　　 ↓‎ 各自在所控制的温度下处理一段时间 ‎　　　　　↓‎ 淀粉与相应温度的淀粉酶混合 ‎　　　　　↓‎ 在各自所控制的温度下保温一段时间 ‎　　　　　↓‎ 滴加碘液，观察颜色变化 ‎2．探究pH对酶活性的影响 ‎(1)实验设计 ‎(2)实验设计程序 序号 实验操作内容 试管1‎ 试管2‎ 试管3‎ ‎1‎ 注入等量的过氧化氢酶溶液 ‎2滴 ‎2滴 ‎2滴 ‎2‎ 注入等量的不同pH的溶液 ‎1 mL蒸馏水 ‎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 13‎ ‎4‎ 观察实验现象 有大量气泡产生 无气泡产生 无气泡产生 ‎5‎ 将带火星的卫生香插入试管内液面的上方 燃烧剧烈 燃烧较弱 燃烧较弱 ‎1．下列有关酶实验的叙述，正确的是(　　)‎ A．探究温度和pH对酶活性的影响时，分别选用淀粉和H2O2作为底物 B．探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用时，可用碘液检测实验结果 C．用H2O2作底物验证酶的高效性时，通过测定气泡或者氧气释放的多少可达到目的 D．探究淀粉酶的最适温度的实验顺序：淀粉＋淀粉酶→置于相应水浴温度5 min→滴斐林试剂加热→观察溶液颜色变化 ‎【解析】　探究温度对酶活性的影响时可以用淀粉，探究pH对酶活性的影响时可以用H2O2，故A正确。探究淀粉酶对淀粉和蔗糖作用时，不能用碘液检测实验结果，因为碘液对蔗糖或蔗糖水解的产物都没有颜色反应，故B错误。用过氧化氢做底物验证酶的高效性时，可以通过观察气泡或氧气的释放速率来达到实验目的，由于底物的量是一定的，所以实验组和对照组最终氧气的释放量相同，故C错误。探究淀粉酶的最适温度的实验应先将淀粉置于相应温度下然后在相应温度下加酶，且不能用斐林试剂检测实验结果，故D错误。‎ ‎【答案】　A ‎2．某小组在探究“影响酶活性的条件”的实验时，提出“过氧化氢酶的活性是否受pH影响”的问题，并设计实验操作步骤如下： ‎ ‎【导学号：19040192】‎ ‎①向甲、乙两试管内各加入2 mL新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液。‎ ‎②向甲试管内加入1 mL质量分数为5%的盐酸，向乙试管内加入1 mL质量分数为5%的氢氧化钠溶液。‎ ‎③向甲、乙两试管内各加入2滴新鲜的质量分数为20%的猪肝研磨液。‎ ‎④观察试管中发生的变化。‎ 请依据该小组设计的实验操作步骤，回答下列问题：‎ ‎(1)该实验的自变量是________，过氧化氢分解速率是本实验的________，可观测的指标是________。‎ ‎(2)上述操作步骤中存在明显的缺陷，请指出：______________________‎ ‎__________________________________________________________。‎ ‎(3)将制备好的猪肝研磨液分别进行高温和冷藏处理。经高温处理后，实验效果不明显，冷藏处理不影响实验效果，原因是_______________________‎ ‎________________________________________________________。‎ 13‎ ‎(4)在与其他小组进行交流时，有同学建议进行定量实验，以不同pH下出现同一结果所需要的时间来表示酶的活性，并根据实验数据绘制不同条件下酶活性的曲线图。该建议中，所需的时间越长，酶的活性越________。‎ ‎【解析】　(1)探究pH影响酶活性的实验中，pH是自变量，过氧化氢的分解速率为因变量。‎ ‎(2)实验应让加酸，加碱与加蒸馏水对照。‎ ‎(3)过氧化氢酶是蛋白质，高温会破坏蛋白质的结构。‎ ‎(4)产生等量的氧气所用的时间越长，说明酶的活性越低。‎ ‎【答案】　(1)pH　因变量　试管中产生的气泡数量　(2)缺少加蒸馏水的对照　(3)过氧化氢酶是蛋白质，在高温处理时蛋白质变性，而冷藏时蛋白质没有变性　(4)低(或弱)‎ ‎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 ‎【解析】　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。‎ ‎【答案】　C ‎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(　　) ‎ ‎【导学号：19040193】‎ A．①　　　 B．②　　　　‎ C．③　　　 D．④‎ ‎【解析】　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。‎ ‎【答案】　A ‎3．纺织工业上的褪浆工序常用两种方法：化学法，需用NaOH 7～‎9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 13‎ C．酶具有专一性 D．酶具有溶解性 ‎【解析】　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。‎ ‎【答案】　B ‎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 ‎【解析】　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条件均失活变性了，故选A。‎ ‎【答案】　A ‎5．如下图分别表示温度、pH与酶活性的关系，叙述不正确的是(　　)‎ A．曲线A上的b点对应的温度表示该酶的最适温度 B．人体内胃蛋白酶的活性与曲线B相似 C．曲线B、C说明不同的酶有不同的最适pH D．酶活性随温度的升高而增强 ‎【解析】　读图知酶活性在最适温度前随温度升高而增强，过了最适温度之后就降低甚至失活。‎ ‎【答案】　D 13‎ ‎课堂小结：‎ 网络构建 核心回扣 ‎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，加快反应速率。‎ ‎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。‎ 13‎