2024-2025學(xué)年新教材高中生物第5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)活化能的酶第1課時(shí)酶的作用和本質(zhì)學(xué)案新人教版必修1

PAGE9-第1課時(shí)酶的作用和本質(zhì)課標(biāo)要求核心素養(yǎng)1.概述酶的作用和本質(zhì)。2.通過對(duì)有關(guān)酶試驗(yàn)的分析，學(xué)會(huì)限制變量和設(shè)計(jì)比照試驗(yàn)。1.生命觀念——結(jié)構(gòu)與功能觀：酶的功能是由其獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)確定的。2.科學(xué)探究——試驗(yàn)思路及設(shè)計(jì)：能夠依據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)計(jì)比較過氧化氫在不同條件下的分解試驗(yàn)，分析結(jié)果得出結(jié)論。學(xué)問導(dǎo)圖新知預(yù)習(xí)·雙基夯實(shí)一、酶在細(xì)胞代謝中的作用1．細(xì)胞代謝：(1)概念：細(xì)胞中每時(shí)每刻都進(jìn)行著很多__化學(xué)反應(yīng)__，統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝。(2)細(xì)胞代謝的條件：需__酶__的催化。(3)意義：細(xì)胞代謝是__細(xì)胞生命活動(dòng)__的基礎(chǔ)。2．比較過氧化氫在不同條件下的分解試驗(yàn)：(1)試驗(yàn)原理：H2O2eq\o(→,\s\up7(水浴加熱),\s\do5(或FeCl3溶液或過氧化氫酶))H2O＋O2(2)試驗(yàn)過程和現(xiàn)象：試管編號(hào)試劑處理現(xiàn)象12mLH2O2溶液常溫幾乎無氣泡產(chǎn)生22mLH2O2溶液90℃水浴加熱有__較少__氣泡32mLH2O2溶液3.5%FeCl3溶液2滴有__較多__氣泡42mLH2O2溶液簇新肝臟研磨液2滴有__大量__氣泡(3)試驗(yàn)結(jié)論：酶具有__催化__作用，同無機(jī)催化劑相比，酶的催化效率__更高_(dá)_。二、酶的作用原理和本質(zhì)及意義1．酶的作用原理：(1)活化能：分子從__常態(tài)__轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵伟l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的__活躍__狀態(tài)所須要的能量。(2)作用機(jī)理：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。2．酶的本質(zhì)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(產(chǎn)生場所：__活細(xì)胞__,生理作用：__催化作用__,化學(xué)本質(zhì)：__蛋白質(zhì)或RNA__))3．意義：使細(xì)胞代謝能在__溫柔__條件下快速進(jìn)行。┃┃活學(xué)巧練__■(1)酶的作用是為化學(xué)反應(yīng)供應(yīng)能量。(×)(2)酶通過為反應(yīng)物供能和降低活化能來提高化學(xué)反應(yīng)速率。(×)(3)酶在生物體內(nèi)有催化和調(diào)整作用。(×)(4)酶是具有催化作用的有機(jī)物。(√)(5)有些酶中含有核糖。(√)(6)酶只有在活細(xì)胞內(nèi)才能發(fā)揮作用。(×)(7)酶可以從食物中干脆獲得。(×)(8)與無機(jī)催化劑相比，酶催化效率更高的緣由是酶降低活化能的作用更顯著。(√)思索：1．我們吃芹菜時(shí)，無論咀嚼多長時(shí)間，都感覺不到甜，而吃饅頭時(shí)，咀嚼時(shí)間長了就會(huì)有甜味，你知道是什么緣由嗎？提示：芹菜中含大量纖維素，饅頭中主要成分為淀粉，人的唾液中含淀粉酶而不含纖維素酶，而酶具有專一性，淀粉酶可將淀粉分解為具有甜味的麥芽糖，卻不能將纖維素分解。2．酶是否只能在活細(xì)胞內(nèi)起作用？舉例說明。提示：不是，酶既可以在細(xì)胞內(nèi)起作用，也可以在細(xì)胞外起作用，如消化酶等。學(xué)霸記憶·素養(yǎng)積累重點(diǎn)呈現(xiàn)1．細(xì)胞代謝是細(xì)胞中化學(xué)反應(yīng)的總稱。2．酶是生物催化劑，其催化原理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。3．酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物，絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA。課內(nèi)探究·名師點(diǎn)睛學(xué)問點(diǎn)酶在細(xì)胞代謝中的作用限制變量(1)試驗(yàn)中的變量含義上述試驗(yàn)中實(shí)例自變量試驗(yàn)中人為限制的對(duì)試驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行處理的因素氯化鐵溶液和肝臟研磨液因變量隨自變量的變更而變更的變量過氧化氫分解速率無關(guān)變量除自變量外，試驗(yàn)過程中對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響的變量；無關(guān)變量應(yīng)當(dāng)始終保持相同溶液的體積，肝臟研磨液的簇新程度等學(xué)問貼士(1)一般試驗(yàn)中“驗(yàn)證××”“探究××”，其中“××”就是自變量。(2)自變量與因變量具有前因后果關(guān)系，試驗(yàn)的目的往往是探究或驗(yàn)證自變量對(duì)因變量的影響。(3)無關(guān)變量的推斷技巧：一是外界環(huán)境，如溫度、pH等；二是材料本身，比如本試驗(yàn)的肝臟研磨液的簇新程度等。(2)比照試驗(yàn)①含義：除作為自變量的因素外，其余因素都保持一樣，并將結(jié)果進(jìn)行比較的試驗(yàn)叫作比照試驗(yàn)。②分為：比照組和試驗(yàn)組。③1號(hào)試管在試驗(yàn)中的作用：比照試驗(yàn)。說明在正常條件下3%的H2O2不易分解，是比較穩(wěn)定的，從而說明正是由于加熱或催化劑的作用使它快速分解。┃┃典例剖析__■典例1下列是對(duì)“比較過氧化氫在不同條件下的分解”試驗(yàn)的結(jié)果分析，其中正確的是(C)A．在過氧化氫酶的作用下，過氧化氫分解最快，是因?yàn)?0%的肝臟研磨液的濃度高于FeCl3溶液B．3.5%的FeCl3溶液對(duì)過氧化氫分解速率慢，是因?yàn)槠錆舛冗^高，影響了活性的正常發(fā)揮C．肝臟研磨液中過氧化氫分解速率快，是因?yàn)槊傅拇呋时纫话銦o機(jī)催化劑的催化效率高D．假如將4支試管都放在90℃水浴中，第4支試管(加肝臟研磨液的試管)的反應(yīng)速率仍為最快解析：20%肝臟研磨液中的含酶分子數(shù)比3.5%FeCl3溶液中Fe3＋數(shù)少得多；催化劑濃度大不會(huì)影響催化效率；若將4支試管均放入90℃水浴中，第4支試管中的酶將會(huì)變性，失去催化實(shí)力，因?yàn)槠浠瘜W(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)。┃┃變式訓(xùn)練__■1．關(guān)于生物學(xué)試驗(yàn)中的變量，下列說法不正確的是(A)A．任何生物學(xué)試驗(yàn)中都須要設(shè)置變量B．比照試驗(yàn)中應(yīng)遵循單一變量原則C．比照試驗(yàn)中肯定存在自變量D．無關(guān)變量并不是與試驗(yàn)結(jié)果沒有關(guān)系解析：“單一變量原則”和“比照原則”是生物試驗(yàn)兩個(gè)最基本的原則。在比照試驗(yàn)中肯定存在單一變量(自變量)，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響的無關(guān)變量要嚴(yán)格限制。并不是任何生物學(xué)試驗(yàn)都要設(shè)置變量，如鑒定類試驗(yàn)一般不需設(shè)置變量。學(xué)問點(diǎn)酶的本質(zhì)及作用機(jī)理1．關(guān)于酶本質(zhì)的探究過程2．酶的本質(zhì)和作用化學(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)試驗(yàn)驗(yàn)證試驗(yàn)組待測酶液＋雙縮脲試劑→是否出現(xiàn)紫色反應(yīng)待測酶液＋吡羅紅染液→是否出現(xiàn)紅色比照組1蛋白質(zhì)樣液＋雙縮脲試劑→出現(xiàn)紫色反應(yīng)RNA樣液＋吡羅紅染液→出現(xiàn)紅色比照組2待測酶液eq\o(→,\s\up7(蛋白酶))不再具有催化實(shí)力待測酶液eq\o(→,\s\up7(RNA水解酶))不再具有催化實(shí)力來源一般活細(xì)胞中均能產(chǎn)生生理功能具有生物催化功能作用機(jī)理降低化學(xué)反應(yīng)的活化能3.酶的作用機(jī)理分析可知：①E1這一部分的能量是指酶所降低的能量；②E2這一部分的能量是指酶促反應(yīng)過程中所需能量；③E1＋E2＝E這一部分的能量是反應(yīng)所需總能量，是指無酶催化的時(shí)候，分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變成活躍狀態(tài)所需的能量，即反應(yīng)活化能。┃┃典例剖析__■典例2(2024·山東省濰坊市期中)細(xì)胞代謝離不開酶。下列敘述正確的是(A)A．酶既可以作為催化劑，又可以作為反應(yīng)底物B．活細(xì)胞產(chǎn)生的酶在生物體外沒有活性C．酶通過為化學(xué)反應(yīng)供應(yīng)能量發(fā)揮催化作用D．不同的活細(xì)胞中含有的酶完全不同解析：酶既可以作為催化劑，又可以作為反應(yīng)底物，例如，唾液淀粉酶作為催化劑，能夠催化淀粉水解成還原糖，唾液淀粉酶也可以作為反應(yīng)底物，被蛋白酶催化水解，A正確；若條件相宜，活細(xì)胞產(chǎn)生的酶在生物體外也有活性，B錯(cuò)誤；酶通過降低化學(xué)反應(yīng)的活化能而發(fā)揮催化作用，C錯(cuò)誤；不同的活細(xì)胞中含有的酶不完全相同，D錯(cuò)誤。規(guī)律總結(jié)：有關(guān)酶的四個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)(1)酶并不都是蛋白質(zhì)，有的酶是RNA。(2)酶不僅在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，在細(xì)胞外和體外都可以發(fā)揮作用。(3)酶作用的實(shí)質(zhì)是降低了化學(xué)反應(yīng)的活化能，不是供應(yīng)能量。(4)酶并不是具有分泌功能的細(xì)胞才能產(chǎn)生，活細(xì)胞一般都能產(chǎn)生酶。┃┃變式訓(xùn)練__■2．(2024·天津十二校聯(lián)考)下列有關(guān)酶的敘述，正確的是(C)①酶是具有分泌功能的細(xì)胞產(chǎn)生的②有的從食物中獲得，有的是體內(nèi)轉(zhuǎn)化而來的③酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的④絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)⑤有的酶是蛋白質(zhì)，有的是固醇⑥酶在代謝中有多種功能⑦酶在新陳代謝和生長發(fā)育中起調(diào)控作用⑧酶只是起催化作用⑨酶只在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用A．①②⑤ B．③⑦⑨C．③④⑧ D．④⑤⑥解析：酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物，絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶為RNA；酶只有催化功能，在個(gè)體發(fā)育中起調(diào)控作用的是激素。指引迷津·撥云見日比照試驗(yàn)的幾種類型通過設(shè)置比照試驗(yàn)，既可解除無關(guān)變量的影響，又可增加試驗(yàn)結(jié)果的可信度和勸服力。比照試驗(yàn)的設(shè)置有以下幾類：a．空白比照：比照組不施加任何處理因素。b．條件比照：比照組不施加處理因素，但施加某種與處理因素有關(guān)的試驗(yàn)因素。c．自身比照：比照組與試驗(yàn)組在同一受試對(duì)象上進(jìn)行，如以病人用藥前后的血壓值做對(duì)比。d．相互比照：幾種處理(或水平)互為比照。典例3(不定項(xiàng))(2024·莆田六中高一月考)如圖所示的簇新土豆片與H2O2接觸后，產(chǎn)生的現(xiàn)象及推想正確的是(ABD)A．若有氣體大量產(chǎn)生，可推想簇新土豆片中含有過氧化氫酶B．若增加簇新土豆片的數(shù)量，量筒中產(chǎn)生氣體的速率加快C．一段時(shí)間后氣體量不再增加是因?yàn)橥炼蛊臄?shù)量有限D(zhuǎn)．為保證明驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，須要限制溫度等無關(guān)變量解析：簇新土豆片中含有過氧化氫酶，能催化過氧化氫分解產(chǎn)生氧氣(氣泡)。增加簇新土豆片的數(shù)量即增加酶的濃度，可使反應(yīng)速率加快。一段時(shí)間后，因底物過氧化氫全部被消耗分解，產(chǎn)生的氧氣(氣體)量不再增加。為保證明驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，須要限制溫度等無關(guān)變量。解疑答惑問題探討?P761．提示：可以避開胃對(duì)肉塊的物理性消化。2．提示：是胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)將肉塊分解了。3．提示：收集胃內(nèi)化學(xué)物質(zhì)，看看這些物質(zhì)在體外是否也能將肉塊分解。探究·實(shí)踐?P771．提示：2號(hào)試管放出的氣泡多。這一現(xiàn)象說明加熱能促進(jìn)過氧化氫的分解，提高反應(yīng)速率。2．提示：不能。3．提示：說明FeCl3溶液中的Fe3＋和簇新肝臟研磨液中的過氧化氫酶都能加快過氧化氫分解的速率。4．提示：4號(hào)試管的反應(yīng)速率比3號(hào)試管快得多。說明過氧化氫酶比Fe3＋的催化效率高得多。細(xì)胞內(nèi)每時(shí)每刻都在進(jìn)行著成千上萬種化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)須要在常溫、常壓下高效地進(jìn)行，只有酶能夠滿意這樣的條件，所以說酶對(duì)于細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的順當(dāng)進(jìn)行至關(guān)重要。本試驗(yàn)的結(jié)論：酶具有催化作用，同無機(jī)催化劑相比，催化效率更高思索·探討?P791．提示：巴斯德認(rèn)為發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)，這是合理的，但是認(rèn)為發(fā)酵是整個(gè)細(xì)胞而不是細(xì)胞中的某些物質(zhì)在起作用，這是不正確的；李比希認(rèn)為引起發(fā)酵的是細(xì)胞中的某些物質(zhì)，這是合理的，但是認(rèn)為這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用，這是不正確的。2．提示：巴斯德是微生物學(xué)家，特殊強(qiáng)調(diào)生物體或細(xì)胞的作用；李比希是化學(xué)家，傾向于從化學(xué)的角度考慮問題。他們的爭辯促使后人把對(duì)酶的探討的目標(biāo)集中在他們爭辯的焦點(diǎn)上，使科學(xué)探討更加有的放矢。3．提示：畢希納的試驗(yàn)說明，酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母細(xì)胞破裂后接著起催化作用，就像在活酵母細(xì)胞中一樣。4．提示：薩姆納歷時(shí)9年用正確的科學(xué)方法，堅(jiān)持不懈、百折不撓，歷經(jīng)一次又一次的失敗，最終將酶提純出來。勝利屬于不畏艱苦的人。5．提示：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)，少數(shù)酶是RNA。練習(xí)與應(yīng)用?P80一、概念檢測1．D酶既可以在生物體內(nèi)起作用，也可以離開生物體發(fā)揮作用，如我們在試驗(yàn)室中可以用淀粉酶催化淀粉水解，A、B錯(cuò)誤；絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA，C錯(cuò)誤。2．D酶和無機(jī)催化劑一樣，都不能為反應(yīng)物供應(yīng)能量，A錯(cuò)誤；酶和無機(jī)催化劑都能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，B錯(cuò)誤；酶和無機(jī)催化劑都能在溫柔的條件下催化化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，C錯(cuò)誤；與無機(jī)催化劑相比，酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的效果更顯著，催化化學(xué)反應(yīng)更高效，D正確。二、拓展應(yīng)用1．探究酶的活性是否受溫度的影響2．提示：巴斯德：發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)，發(fā)酵是整個(gè)細(xì)胞而不是細(xì)胞中的某些物質(zhì)在起作用。李比希：引起發(fā)酵的是酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)，但這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用。畢希納：酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母細(xì)胞破裂后接著起催化作用，就像在活酵母細(xì)胞中一樣。薩姆納：酶是蛋白質(zhì)。3．提示：可用雙縮脲等試劑檢測酶是否為蛋白質(zhì)。在薩姆納之前，之所以很難鑒定酶的本質(zhì)，主要是因?yàn)榧?xì)胞中酶的提取和純化特別困難。訓(xùn)練鞏固·課堂達(dá)標(biāo)1．酶的發(fā)覺經(jīng)過了很多科學(xué)家的探討，以下科學(xué)家及其成果不對(duì)應(yīng)的是(C)A．斯帕蘭札尼發(fā)覺胃存在化學(xué)性消化B．畢希納發(fā)覺促使酒精發(fā)酵的是酵母菌中的某種物質(zhì)，而不是細(xì)胞本身C．李比希認(rèn)為酒精發(fā)酵是酵母菌代謝活動(dòng)的結(jié)果D．薩姆納提取脲酶結(jié)晶解析：李比希認(rèn)為引起發(fā)酵的是酵母菌細(xì)胞中的某些物質(zhì)，但這些物質(zhì)只有在酵母菌細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用，C項(xiàng)錯(cuò)誤。2．對(duì)盛有過氧化氫的試管加熱或加入催化劑，都能夠促進(jìn)其分解，下列相關(guān)的敘述正確的是(B)A．二者的基本原理是相同的B．前者是使過氧化氫分子的能量提高，而后者不影響過氧化氫分子的能量C．兩者都可以降低過氧化氫分子的活化能D．酶和Fe3＋的作用原理是不同的解析：加熱主要是使過氧化氫分子的能量提高，達(dá)到活化能，使反應(yīng)進(jìn)行；催化劑是降低過氧化氫分子的活化能，使分子原來具有的能量達(dá)到活化能，從而能夠發(fā)生反應(yīng)，二者的基本原理是不同的；酶和Fe3＋都是催化劑，它們的作用原理是相同的，只是效率不同。3．(2024·山東省菏澤市高一期末)酶作為生物催化劑，其作用的實(shí)質(zhì)是(D)A．降低化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)能 B．提高化學(xué)反應(yīng)的速率C．催化化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行 D．降低化學(xué)反應(yīng)的活化能解析：酶的作用是催化作用，可以提高化學(xué)反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，酶起催化作用的實(shí)質(zhì)是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。綜上所述，A、B、C錯(cuò)誤，D正確。故選D。4．下表為“比較過氧化氫在不同條件下