2022年秋高中生物 第五章 细胞的能量供应和利用第1节 降低化学反应活化能的酶学案 新人教版必修1

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1、2022年秋高中生物 第五章 细胞的能量供应和利用 第1节 降低化学反应活化能的酶学案 新人教版必修1 学习目标 1．举例说明酶在细胞代谢中的作用、本质。(重点) 2．通过阅读分析“关于酶本质的探索”资料，认同科学是在不断探索和争论中前进的。 3．阐述酶的特性。(重点) 4．学会分析实验中的自变量、因变量、无关变量等。(难点) 核心概念 细胞代谢　酶　活化能　高效性　专一性 一、酶在细胞代谢中的应用 1．细胞代谢 2．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 和肝脏研磨液中 过氧化氢酶

2、 的作用下加速分解。 (2)实验步骤： 编号 步骤 1 2 3 4 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)实验结果： 4号试管产生的气泡最多，卫生香燃烧猛烈 。 (4)实验结论： 酶 在常温常压下，可

3、以高效地完成对化学反应的 催化 。 二、酶的本质和作用原理 三、酶的特性 1．高效性 2．专一性： 3．温度和pH对酶活性影响及曲线 (1)温度对酶活性的影响及曲线： ①T0表示酶促反应的 最适温度 ，此时酶活性 最高 。 ②温度 偏高或偏低 ，酶活性降低。 ③温度 过高 ，酶会失活。 (2)pH对酶活性的影响及曲线： ①P表示酶促反应的 最适pH ，此时酶活性 最高 。 ②pH 偏高或偏低 ，酶活性降低。 ③pH 过高或过低 ，酶会失

4、活。 ？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。 3．人体口腔内的唾液淀粉酶进入胃之后还能继续发挥作用吗？为什么？ 提示：不能。因为胃内pH很低，导致唾液淀粉酶失活。 H　　判断题 1．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底

5、物。(　√　) 2．酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸。(　×　) 3．酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率。(　×　) 4．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。(　×　) 5．在测定胃蛋白酶活性时，将溶液的pH由10降到2的过程中，胃蛋白酶的活性将逐渐增强。(　×　) 6．酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸。(　×　) 7．高温、低温都可使酶活性降低，二者的作用实质不同。(　√　) 8．在做温度影响酶的活性的实验中，若某两支试管的反应速率相同，在其他条件均相同的条件下，可判断这两支试管所处的环境温度也一

6、定是相同的。(　×　) 9．如果以淀粉为底物，以淀粉酶为催化剂探究温度影响酶活性的实验，则酶促反应的速率既可以通过碘液检测淀粉的分解速率，也可以通过斐林试剂检测淀粉水解产物的生成速率。(　×　) 10．每一种酶只能催化一种或一类化学反应。(　√　) 知识点1　酶的本质和作用 Z　 1．酶的概念和作用 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) 实验验证 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 对照组1 蛋白质样液＋双缩脲试剂→出现紫色反应 RN

7、A样液＋吡罗红染液→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 具有特性 专一性、高效性、需要适宜的pH、温度等 2．酶的作用机理 分析可知： ①E1这一部分的活化能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。 3．酶作用模式图 (1)图示中表示酶的为A，判断依据：酶只是改变了反应的进程，在反应的前后数量和性质都不改变；反应物和

8、生成物分别为B和C、D。 (2)图示体现了酶的特性：专一性。酶通过特定的空间结构与反应物识别并结合，进而催化反应的进行。 Y　 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，活细胞都能产生酶。 D　 典例1　(2018·无锡高一检测)下列有关酶的叙述中，正确的是(　D　) A．酶的催化效率总是高于无机催化剂 B．一个酶分子只起一次作用 C．酶催化反应能放出更多的能量 D．催化蛋白质水解的酶的

9、化学本质是蛋白质 [解析]　过酸、过碱和高温都会改变酶的空间结构，使酶失活，因而酶的催化效率不一定高于无机催化剂，A错误；酶作为催化剂，在化学反应中可多次起作用，B错误；酶可以降低化学反应的活化能，加快反应的速率，但不能使反应放出更多的能量，C错误；催化蛋白质水解的酶的化学本质是蛋白质，D正确。 〔变式训练1〕　 某一不可逆化学反应(S→P＋W)在无酶和有酶催化时均可以进行。当该反应在无酶条件下进行到时间t时，向反应液中加入催化该反应的酶。图中能正确表示加酶后反应物浓度随反应时间变化趋势的曲线是(　D　) A．甲　 B．乙 C．丙　 D．丁 [解析]　本题以曲线图的形式对酶催

10、化反应的原理进行考查。加入酶后，加快反应速率，所以反应物浓度下降速度增大，由于该反应是不可逆反应，所以最后反应物都消耗完。 知识点2　酶的特性及相关实验分析 Z　 1．酶高效性的实验分析 (1)思路 (2)实例——“比较过氧化氢在不同条件下的分解” ①步骤与结果分析： 试管 编号 3%的H2O2溶液 自变量 因变量 结果分析 处理方法 气泡 多少 点燃卫生香检测 1 2 mL 几乎没有 无复燃 H2O2自然分解缓慢 2 2 mL 90 ℃左右水浴加热 较少 复燃 加热能促进H2O2分解 3 2 mL 滴加质量分数为3.5%

11、的FeCl3溶液2滴 较多 复燃性较强 Fe3＋能催化H2O2的分解 4 2 mL 滴加新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液2滴 很多 复燃性更强 过氧化氢酶有催化H2O2分解的作用，且效率高 ②结论分析： 2．酶专一性的实验分析 (1)思路 ① ② (2)实例 步骤 1 淀粉＋淀粉酶 蔗糖＋淀粉酶 2 等量斐林试剂，水浴加热相同时间 现象 出现砖红色沉淀 无颜色变化 结论 酶具有专一性 3．探究温度、pH对酶活性的影响 (1)思路 (2)实例——探究不同温度对酶活性的影响 1试管 1′试管 2试管 2′试

12、管 3试管 3′试管 实验步骤 1 2 mL淀粉溶液 2 mL唾液淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 2 mL唾液淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 2 mL唾液淀粉酶溶液 2 在冰水中水浴5 min 在37 ℃水中水浴5 min 在沸水中水浴5 min 3 1与1′试管混合摇匀 2与2′试管混合摇匀 3与3′试管混合摇匀 4 冰水中水浴数分钟 37 ℃水浴数分钟 沸水中水浴数分钟 5 取出试管，分别滴加2滴碘液摇匀，观察现象 实验 现象 呈蓝色 无蓝色出现 呈蓝色 结论 ①唾液淀粉酶在37 ℃时催化淀粉水解，在0 ℃和100 ℃时不能发挥催化

13、作用。 ②酶的催化作用需要适宜的温度条件，温度过高或过低都影响其催化效率 Y　 有关酶实验设计的两点提醒 (1)探究不同温度对酶活性的影响时，在加入酶之前，应将底物在各自温度下处理至少5分钟，确保试管内外温度一致。 (2)探究不同pH对酶活性的影响时，可将过氧化氢酶和H2O2溶液分别调至同一pH，再混合，以保证反应一开始便达到预设pH。 D　 典例2　(2018·潍坊高一检测)“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，相关说法错误的是(　D　) A．氯化铁溶液和肝脏研磨液都属于自变量 B．过氧化氢分解速率是因变量 C．过氧化氢的浓度属于无关变量 D．实验过程中可以变化

14、的因素即为自变量 [解析]　实验中可以变化的因素称为变量，其中人为改变的量称为自变量，氯化铁溶液、肝脏研磨液都属于自变量；随自变量的变化而改变的量称为因变量，过氧化氢的分解速率就属于因变量；实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的因素，这些因素称为无关变量。 易错提醒：有关影响酶促反应速率的因素的三点提醒 (1)酶催化反应时，最适温度和最适pH不会相互影响。 (2)酶量的增加会提高酶促反应的速率，但不会改变化学反应的平衡点；适当增加反应物浓度，既改变了反应速率，也改变了反应的进程。 (3)不同因素影响酶促反应的速率的本质不同。 ①温度和pH是通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的。

15、 ②底物浓度和酶浓度是通过影响酶与底物的接触而影响酶促反应速率，并不影响酶的活性。 〔变式训练2〕　关于温度对酶活性影响的叙述，错误的是(　B　) A．不同酶的最适温度可能相同 B．随着温度降低，酶促反应的活化能下降 C．酶活性最高时的温度不适合该酶的保存 D．高温下酶失活是酶空间结构破坏的结果 [解析]　不同酶的最适温度可能相同，也可能不同，A正确；在一定的范围内随着温度的降低，酶的活性下降，而酶促反应的活化能是不会降低的，B错误；低温时，酶的活性降低，但酶的空间结构稳定，因此，酶制剂适于在低温(0～4 ℃)下保存，C正确；高温、强酸、强碱都会破坏酶的空间结构，从而使酶失活，D正

16、确。 与酶有关的曲线解读 1．酶高效性的曲线(如图中甲) (1)催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 (2)酶只能缩短达到化学反应平衡点所需的时间，不会改变化学反应的平衡点。 (3)酶只能催化已存在的化学反应。 2．酶专一性的曲线(如图中乙) (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反应物参加的反应。 (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反应物参加的反应。 3．影响酶活性的曲线(如图) (1)在一定条件下，酶活性最大时的温度(或pH)称为该酶的最适温度(或pH)。 (2)在

17、一定温度(或pH)范围内，随温度(或pH)的升高，酶的活性增强；当温度(或pH)升高到一定限度时，酶活性会随温度(或pH)的升高而减弱。 (3)过酸、过碱、高温会破坏酶的空间结构，导致酶永久失活，而低温时酶的活性降低，不会失活。 4．酶和反应物的浓度与反应速率的关系曲线(如图) (1)反应速率与酶浓度的关系：在反应物充足，其他条件均适宜的情况下，反应速率与酶浓度成正比(如图中甲)。 (2)反应速率与反应物浓度的关系：在酶量一定的条件下，在一定范围内，反应速率会随着反应物浓度的增加而增大，但当反应物浓度达到一定值后，由于受酶数量或酶活性的限制，反应速率不再增大(如图中乙)。 5．反

18、应时间对酶促反应速率的影响(如图) (1)甲、乙、丙三图中的时间t0、t1、和t2是一致的。 (2)随着反应的进行，反应物因被消耗而减少，生成物因生成而增多。 (3)t0～t1段，因为反应物较充足，所以反应速率较快，反应物消耗较快，生成物生成速度较快。t1～t2段，因为反应物的量减少，所以反应速率降低，反应物消耗较慢，生成物生成速率较慢。t2时，反应物被耗尽，生成物也不再增加，此时反应速率为0。 典例3　 某同学研究温度和pH对某酶促反应速率的影响，得到如图所示的曲线。下列分析正确的是(　A　) A．该酶催化反应的最适温度为35℃左右，最适pH为8 B．当pH为8时，影响

19、酶促反应速率的主要因素是底物浓度和酶浓度 C．随pH升高，该酶催化反应的最适温度随之改变 D．当pH为任何一固定值时，实验结果都可以证明温度对酶促反应速率的影响 [解析]　本题考查温度和pH对酶活性的影响及解读曲线的能力。分析曲线可知，当温度为35 ℃、pH为8时，酶促反应速率相对较快，当温度为35 ℃、pH大于或小于8时，酶促反应速率均下降，所以该酶的最适温度为35 ℃左右、最适pH为8；当pH为8时，不同温度下酶促反应速率不同，此时温度是影响酶促反应速率的主要因素；在一定范围内，随pH的升高或降低，该酶催化反应的最适温度均为35 ℃左右；当pH过高或过低时，不同温度下的反应速率可能相

20、同，此时温度已不再是酶促反应速率的影响因素。 　　典例4　图甲是过氧化氢酶活性(v)受pH影响的曲线，图乙表示在最适温度下，pH＝b时过氧化氢分解产生的O2量随时间(t)的变化。若该酶促反应过程中改变某一初始条件，以下改变正确的是(　B　) A．pH＝a时，e点下移，d点左移 B．适当降低温度，e点不移，d点右移 C．pH＝c时，e点为0 D．过氧化氢量增加，e点不移，d点左移 [解析]　pH由b→a时，酶的活性降低，化学反应速率减慢，到达化学反应平衡所需的时间延长，但pH改变不会改变化学反应的平衡点，故e点不移，d点右移，A项错误；图乙是在最适温度下绘制的，若温度降低，则酶活

21、性降低，化学反应速率减慢，到达化学反应平衡所需的时间延长，但温度降低不会改变化学反应的平衡点，故d点右移，e点不移，B项正确；pH＝c时，过碱条件破坏酶的空间结构使酶失活、不能催化过氧化氢水解，但过氧化氢在常温下也能分解，所以e点不为0，C项错误；过氧化氢量增加时，达到化学反应平衡所需时间延长，且化学反应的平衡点升高，即e点上移，d点右移，D项错误。 【解题探究】　 (1)酶促反应的结果是改变了达到化学反应平衡所需的 时间 ，即改变了 反应速率 ，但不影响反应的平衡点，即不影响 生成物 的量。 (2)最适条件下改变影响酶活性的因素，会导致达到化学

22、反应平衡所需的时间 延长 ，但不影响反应的平衡点。 【互动探究】　 (1)若图乙曲线为pH＝a条件下绘制，当pH＝b时，d点和e点如何移动？ 提示：pH升高，酶活性增强，化学反应速率加快，达到反应平衡的时间缩短，但不改变化学反应的平衡点，故d点左移、e点不移。 (2)若增加酶的浓度，图乙曲线中d点和e点如何移动？ 提示：增加酶的浓度，反应速率加快，但不影响化学反应的平衡点，故d点左移、e点不移。 【方法规律】　分析影响酶促反应速率因素的曲线图的一般方法 (1)识标：理解图中纵坐标和横坐标的含义，一般横坐标表示温度、pH、反应时间等

23、，纵坐标表示反应速率等。 (2)明点：分析图中起止点和最高点的含义，一般起点为零，最高点表示最适温度或pH，酶的活性最大，止点表示酶的活性为零或生成物的量最大。 (3)析图：根据相关原理判断曲线的变化情况，具体看曲线是上升还是下降，从而确定酶促反应速率的变化趋势。 1．细胞代谢的概念：细胞内每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。 2．酶的概念：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。 3．酶的特性：专一性、高效性、作用条件较温和。 4．酶的作用原理：降低化学反应的活化能。 5．影响酶活性的主要因素：温度、pH等。 酶的 作用 和本 质