2019高中生物第5章第1节第1课时酶的作用和本质教案新人教版

2019高中生物第5章第1节第1课时酶的作用和本质教案新人教版

酶的作用和本质一、酶在细胞代谢中的作用1．细胞代谢(1)场所：活细胞内。(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．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＋和肝脏研磨液中过氧化氢酶的作用下加速分解。(2)实验步骤：　　编号步骤　　1234相同处理向4支试管中分别加入2_mL过氧化氢溶液并放在试管架上不同处理不处理放入90_℃左右的水浴中加热滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴肝脏研磨液观察试管内产生的气泡数量试管内卫生香燃烧程度　　(3)实验中的相关变量：(4)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。二、酶的本质和作用原理n1．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。2．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：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)意义：使细胞代谢能在温和条件下快速进行。一、酶在代谢中的作用1．教材问题探讨与分析(1)仔细阅读教材P78～P79[实验]内容，思考并讨论下列问题：①讨论并交流：完成该实验依据的原理是什么？提示：a.2H2O22H2O＋O2b．等量的两种溶液中分子数目之比为Fe3＋∶过氧化氢酶＝250000∶1。②实验中为什么必须采用新鲜肝脏研磨液作材料？提示：a.肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶就会在腐生细菌的作用下分解而失去催化作用。b．肝脏必须进行研磨，以便使过氧化氢酶释放出来，使过氧化氢酶与试管内过氧化氢分子充分接触，加速过氧化氢的分解。③实验中滴加FeCl3溶液和肝脏研磨液的滴管能否混用？为什么？提示：不能。酶具有高效性，少量的酶带入FeCl3溶液中就会干扰实验结果的准确性，增大实验误差。(2)阅读教材P79[控制变量]内容，分析实验中的变量及对照类型有哪些？提示：①变量②对照类型：试管1与试管2、3、4之间形成空白对照；试管2与试管3、4，试管3与试管4之间都形成了条件对照。(3)仔细观察教材P80图5－1、5－2，并阅读相关文字内容，交流酶和无机催化剂都能催化化学反应快速进行的原因，并分析二者的不同。提示：①酶和无机催化剂都能降低化学反应的活化能，所以都能催化化学反应快速进行。②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．判断下列说法是否正确n(1)细胞代谢只能产生对细胞有用的物质。(×)(2)加热、无机催化剂和酶都能降低化学反应的活化能。(×)(3)无关变量是对实验没有影响的变量。(×)二、酶的本质1．将下列内容连接起来2．判断下列说法是否正确(1)酶只能在细胞内起催化作用。(×)(2)所有的酶都是蛋白质。(×)(3)酶和无机催化剂都能催化化学反应，所以二者没有本质区别。(×)一、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段分别表示无机催化剂和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，但会提供反应所需的能量。[特别提醒](1)酶和无机催化剂一样，只能催化热力学上允许进行的反应。(2)酶可以缩短化学反应到达平衡的时间，但不能改变反应的平衡点。(3)在反应前后，酶的化学性质和数量保持不变。二、酶化学本质的实验验证n1．证明某种酶是蛋白质实验组：待测酶液＋双缩脲试剂→是否出现紫色反应。对照组：已知蛋白液＋双缩脲试剂→出现紫色反应。2．证明某种酶是RNA实验组：待测酶液＋吡罗红染液→是否出现红色。对照组：已知RNA液＋吡罗红染液→出现红色。比较过氧化氢在不同条件下的分解1．原理新鲜肝脏中含有过氧化氢酶，Fe3＋是一种无机催化剂。用一定量的过氧化氢酶和Fe3＋催化过氧化氢分解成H2O和O2，可比较两者的催化效率。2．过程及结果试管编号实验设置实验现象结果分析1号(2mLH2O2溶液)无明显气泡放出，无助燃性H2O2的自然分解缓慢2号(2mLH2O2溶液)有明显气泡放出，有助燃性加热能促进H2O2的分解3号(2mLH2O2溶液)有较多气泡放出，助燃性强Fe3＋能催化H2O2的分解4号(2mLH2O2溶液)有大量气泡放出，助燃性更强过氧化氢酶也有催化H2O2分解的作用，且催化效率比Fe3＋高3.实验结论依据酶同无机催化剂一样具有加快化学反应速率的作用酶同无机催化剂相比，催化效率更高结论酶具有催化性酶具有高效性4.实验的变量和对照分析(1)变量：实验过程中可以变化的因素称为变量。(2)自变量：人为改变的变量，如实验中的氯化铁溶液。(3)因变量：随着自变量的变化而变化的变量，如过氧化氢的分解速率。(4)无关变量：实验过程中存在的可变因素，对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。n(5)对照实验：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验。一般要设置对照组和实验组。自变量因变量无关变量对照组实验组2号：90℃水浴加热用产生气泡的多少表示H2O2分解速率加入H2O2的量；实验室温度；FeCl3和肝脏研磨的新鲜程度1号试管2、3、4号试管3号：加入质量分数3．5%的FeCl3溶液2滴4号：加入质量分数为20%的肝脏研磨液2滴[特别提醒](1)实验时，必须用新鲜的刚从活体动物内取出的肝脏作实验材料。因为新鲜肝脏中的酶能保持其原有的活性。(2)肝脏要研磨充分，以加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中H2O2的接触面积，从而加速H2O2的分解。(3)滴加FeCl3溶液和肝脏研磨液时不能合用一支滴管，以免影响实验效果。(4)由于反应速率快，实验时要特别注意比较产生气泡的多少、冒气泡时间的长短、卫生香的燃烧情况等。(5)H2O2具有一定的腐蚀性，使用时不要让其接触皮肤。[例1]　下列关于酶的叙述，正确的是(　　)A．酶只有在生物体内才能起催化作用，起催化作用的本质是提高反应的活化能B．所有酶都含有C、H、O、N四种化学元素C．人体内的酶进行催化过程中，酶本身不变，所以酶不会发生自我更新D．酶都在核糖体上合成[解析]　酶是由活细胞产生的，在细胞内和细胞外都可发挥催化作用，酶的作用机理是降低化学反应的活化能。酶的本质是蛋白质或RNA，故都含有C、H、O、N四种元素，在核糖体或细胞核中合成。反应前后，酶本身不变，但在人体内的酶仍会不断更新。[答案]　B[例2]　已知2H2O2===2H2O＋O2↑，可以通过观察反应过程中氧气的生成速率(即气泡从溶液中释放的速率)来判断H2O2n分解反应的速率。请用所给的实验材料和用具设计实验，使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出实验步骤、预测实验结果、得出结论，并回答问题。实验材料与用具：适宜浓度的H2O2溶液，蒸馏水，3.5%FeCl3溶液，0.01%的过氧化氢酶溶液，恒温水浴锅，试管。(1)实验步骤：①取3支试管，各加入_________________________________________________，放入37℃恒温水浴锅中保温适当时间。②分别向上述3支试管中加入________________________________________________。③观察各管中____________________________。(2)实验结果预测及结论：整个实验中，不同处理的试管中O2的释放速率从快到慢依次是：。由此可得出的结论是________________________________________________________________________。[解析]　分析该实验验证的问题可知，实验目的有两个：一是验证酶具有催化作用，可通过设置有酶和无酶的两组实验进行研究；二是验证酶具有高效性，可通过酶和FeCl3溶液的比较进行研究。因此本实验可分为三组：分别加入蒸馏水、过氧化氢酶溶液、FeCl3溶液。验证性实验的结果是确定的，即加入过氧化氢酶溶液的一组O2释放速率最快，实验结论与实验验证的问题一致。[答案]　(1)①等量且适量的H2O2溶液　②等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液　③释放气泡的快慢　(2)加过氧化氢酶溶液的试管、加FeCl3溶液的试管、加蒸馏水的试管　酶具有催化作用和高效性验证性实验的设计思路验证性实验通常是指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验。验证性实验是建立在已知结论基础上的，实验原理、实验结果是已知的，因此实验步骤的设计也应合乎实验结果产生的必然。实验设计思路及方法：(1)如果需要提取、配制、处理实验材料，则把提取、配制等操作作为第一步。(2)分组标号。研究对象、器皿等要分组标号，设立实验组和对照组；注意控制无关变量，在措辞中往往有“相同”“一致”等字眼。如果有测量应测量记录初始值。(3)实验处理。分别对实验组和对照组施加单一变量；实验处理要遵循“单一变量和对照原则”。(4)培养(或饲养)、观察、记录等。依然在措辞中体现对无关变量的控制，经常有“相同条件下”等字眼描述，观察记录实验现象或记录测定的实验数据。n[网络构建]填充：①蛋白质　②RNA　③降低活化能[关键语句]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，少部分是RNA。1．在“比较过氧化氢在不同条件下分解”的实验中，把肝脏制成研磨液的目的是(　　)A．保护过氧化氢酶B．有利于过氧化氢酶与反应物的接触C．提高过氧化氢酶的活性D．有利于对实验结果的观察解析：选B　将新鲜肝脏制成研磨液的目的是使肝脏中的过氧化氢酶与过氧化氢充分接触，提高反应速率。2．“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，滴入过氧化氢酶的试管内(　　)A．产生的气泡多，点燃的卫生香燃烧不猛烈B．产生的气泡多，点燃的卫生香燃烧猛烈C．产生的气泡少，点燃的卫生香燃烧不猛烈D．产生的气泡少，点燃的卫生香燃烧猛烈解析：选B　由于过氧化氢酶降低化学反应的活化能效果显著，因此过氧化氢分解速率较快，产生的气泡多，点燃的卫生香燃烧猛烈。3．关于酶的叙述，正确的是(　　)A．酶只有在生物体内才能起催化作用B．酶都有消化作用C．调节新陈代谢的物质不是酶D．所有酶与双缩脲试剂作用均可发生紫色反应n解析：选C　酶虽然是由活细胞产生的，但它的催化作用不一定非在生物体内，只要条件适宜，体内体外都可起催化作用。酶的催化作用表现在多方面，有的酶促进物质合成，有的酶促进物质分解，只有消化酶才能促进消化。调节新陈代谢的物质有激素、维生素、无机盐等，酶是对代谢过程的化学反应起催化作用。少数酶是RNA，不能与双缩脲试剂发生紫色反应。4．在如图所示的实验中，属于自变量的是(　　)A．催化剂B．过氧化氢分解的速率C．产生气泡量D．试管中的过氧化氢溶液的量解析：选A　由图示可知，图中的实验处理是分别向过氧化氢溶液中加入氯化铁和过氧化氢酶溶液，Fe3＋和过氧化氢酶都能催化过氧化氢分解，因此该实验的自变量是催化剂的不同。5．在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，对实验的处理如表所示。试管组别实验处理加入3%H2O2(mL)温度加入试剂试管12常温/试管2290℃/试管32常温2滴3.5%FeCl3溶液试管42常温2滴20%肝脏研磨液(1)在上表的实验处理中，研究了哪些自变量？___________________________________，写出一种无关变量______________。(2)该实验用的肝脏要求新鲜是因为______________。(3)若要研究生物催化剂与无机催化剂的差别，可选用的实验组合是________________。(4)若试管1和试管2组成对照实验，能说明的问题是________________________________________。(5)除了上述的对照实验，请再找出一组对照实验，________________________________，该对照实验说明的问题是_________________________________________________________。(6)上述实验中的________________________是实验组、______________是对照组。n解析：(1)由表中的实验处理可知，实验的自变量是温度和催化剂，过氧化氢溶液的用量、FeCl3溶液、肝脏研磨液的用量、溶液的pH等都属于无关变量。(2)肝脏放置久了，就会被微生物破坏，其中含有的过氧化氢酶被破坏，失去催化过氧化氢分解的能力。(3)若要研究生物催化剂和无机催化剂的差别，实验的自变量是催化剂种类，因此可选用表格中的试管3和试管4。(4)试管1和试管2的实验处理不同的是温度，二者比较可以说明温度对过氧化氢分解具有促进作用，其作用原理是加热使过氧化氢分子得到能量，促使其分解。(5)分析表格中实验处理，除试管1与试管2对照外，还有试管1与试管3或试管4，说明无机催化剂Fe3＋或生物催化剂过氧化氢酶都具有催化过氧化氢分解的作用；试管1与试管3、试管4对照，则可说明过氧化氢酶催化过氧化氢分解的效率比Fe3＋高。(6)上述实验中的试管2、3、4是实验组，试管1是对照组。答案：(1)温度、催化剂　过氧化氢溶液的用量、FeCl3溶液、肝脏研磨液的用量、溶液的pH(任写其一)　(2)肝脏放置时间长，过氧化氢酶会被破坏，影响实验效果　(3)试管3和试管4　(4)加热使过氧化氢分子得到能量，促使过氧化氢分解　(5)答案一：试管1和试管3　FeCl3能催化过氧化氢的分解　答案二：试管1和试管4　肝脏研磨液中的过氧化氢酶能催化过氧化氢的分解　答案三：试管1、试管3和试管4　FeCl3和肝脏研磨液中的过氧化氢酶能催化过氧化氢的分解，且过氧化氢酶的催化效率高于FeCl3中的Fe3＋　(6)试管2、试管3和试管4　试管1(时间：25分钟；满分：50分)一、选择题(每小题3分，共24分)1．如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．②C．③D．④解析：选A　从图中可以看出图形①参与催化反应，并在反应前后能保持结构和性质不变，故图形①应为酶。2．下列有关酶的叙述，正确的是(　　)A．组成酶的单体是氨基酸或脱氧核苷酸B．冬季，人体内酶的活性随环境温度的下降而降低C．底物充足，其他条件适宜，酶促反应速率与酶的浓度成正比D．酶通过提供能量或降低活化能来提高反应速率n解析：选C　组成酶的单体是氨基酸或核糖核苷酸；冬季，人体内酶的活性不随环境温度的下降而降低，因为人是恒温动物；酶通过降低活化能来提高反应速率。3．活细胞内合成酶的原料是(　　)A．脂肪酸B．核苷酸C．氨基酸D．氨基酸或核糖核苷酸解析：选D　绝大多数的酶是蛋白质，其基本单位是氨基酸；少数的酶是RNA，其基本单位是核糖核苷酸。4．在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中加入肝脏研磨液与加入氯化铁的试管反应程度类似，都不剧烈，可能的原因是(　　)A．过氧化氢溶液配置时间过长B．肝脏不新鲜C．试管不干净D．A、B都有可能解析：选D　由于实验中加入肝脏研磨液和加入氯化铁的试管反应都不剧烈，其原因有两个方面：一是使用的过氧化氢溶液配置时间过长，自身已发生分解；二是使用的肝脏不新鲜，其中的过氧化氢酶已被微生物破坏。5．当某种RNA存在时，生物体内的某种化学反应能正常进行；当这种RNA被有关的酶水解后，此种化学反应立即减慢。由此可以说明(　　)A．RNA是核酸的一种B．RNA有时也可称为遗传物质C．RNA主要存在于细胞质中D．RNA也可作为生物催化剂解析：选D　RNA被有关酶水解后，化学反应立即减慢，说明该酶催化此反应的进行，即RNA也具有催化作用，故D项正确。A、B、C三项从内容上讲均是正确的说法，但无法从题干信息中得出这些结论，故三项均错误。6．关于酶生理功能的叙述，下列哪一项是正确的(　　)A．能为生物体内的化学反应提供能量B．具有催化作用，比无机催化剂的催化效率高得多C．酶与无机催化剂降低反应活化能的效率相同D．能促进生物体内营养物质的运输解析：选B　酶不能为化学反应提供能量，只能降低反应的活化能；酶的催化效率远高于无机催化剂；酶的作用原理是降低反应的活化能，催化效率高于无机催化剂；酶只具有催化作用，不能促进营养物质的运输。7．在探究不同的温度对酶活性影响的实验时，温度和pH值分别属于(　　)nA．自变量和因变量B．因变量和无关变量C．自变量和无关变量D．自变量和对照变量解析：选C　探究不同温度对酶活性影响的实验中，温度是自变量，pH等属于无关变量。8．绝大多数酶在水解过程中，通常能得到多肽，最后能得到氨基酸，这说明(　　)A．酶是由活细胞产生的B．酶是生物催化剂C．绝大多数酶的化学本质是蛋白质D．酶的基本组成单位是多肽解析：选C　绝大多数酶是蛋白质，而蛋白质水解后最终可得到氨基酸。二、非选择题(共26分)9．(11分)下表是有关H2O2的系列实验，回答有关问题。序号反应物加入物质条件现象X1H2O2无室温几乎无气泡X12H2O2氯化铁室温X23H2O2土豆浸出液室温X34H2O2新鲜唾液室温X4(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？________(选填“能”或“不能”)。(3)若表中X的内容是收集100mL气体所需的时间，你预测X1、X2、X3、X4的大小关系是____________________________________。解析：(1)序号3中加入土豆浸出液，含有过氧化氢酶，产生大量气泡。(2)酶可以重复使用。(3)由于酶具专一性，4中是唾液淀粉酶，对H2O2分解不起催化作用，故X1≈X4>X2>X3。答案：(1)产生大量气泡　(2)过氧化氢酶　能　(3)X1≈X4>X2>X310．(15分)美国科学家T.RCech和S.Altman发现将大肠杆菌中具有催化作用的物质中的蛋白质除去后，留下的RNA仍有催化作用，故称为核酶，因此而获得了诺贝尔化学奖，某实验小组为验证该酶的化学本质为RNA，设计了如下实验，请完善实验过程。(1)材料用具：核酶、核糖核酸酶、吡罗红染液、小试管、滴管等。(2)实验步骤：①取2支试管编号1、2，分别向其中加入1mL的核酶。②向1号试管加入1mL的______，向______号试管加入1mL的核糖核酸酶。控制在适宜的温度下反应一段时间。③再向2支试管中分别加入1mL的____________。n④观察实验现象：1号试管出现__________________，2号试管不变色。(3)实验结论：_______________________________________________________________。解析：本实验所依据的原理是RNA会被核糖核酸酶水解。吡罗红染液会使RNA呈现红色，而不与RNA水解产物反应。第②步依据对照原则应向1号试管中加入1mL的清水。第③步，向2支试管中均加入的是吡罗红染液，结果1号试管出现红色，2号试管不变色。因此，可得出核酶的化学本质为RNA。答案：(2)②清水　2　③吡罗红染液　④红色　(3)核酶的化学本质为RNA