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2018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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                      第  1 节 降低化学反应活化能的酶


    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Error!
    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      的作用下加速分解。
    (2)实验步骤:
                  中国现代教育网     www.30edu.com  全国最大教师交流平台


   编号
              1              2                   3                  4
步骤

  相同
              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
  处理
                    放入   90℃      左
  不同                                     滴入   2   滴         滴入   2 滴   肝脏研
           不处理      右的   水浴      中
  处理                                     FeCl3 溶液           磨液      
                    加热
                                试管内产生的   气泡数量      

  观察
                                                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Error!

    2.专一性:Error!
    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。
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    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。
     uo 活xu学e q巧iao练 lian
    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。( × )
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    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
     hong重 n难an拓 tu展o zhan
    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)
                待测酶液+双缩脲试剂→是
       实验组                                 待测酶液+吡罗红染液→是否出现红色
                否出现紫色反应
实验              蛋白质样液+双缩脲试剂
      对照组    1                             RNA 样液+吡罗红染液→出现红色
验证              →出现紫色反应
                        蛋白酶                        RNA水解酶
                待测酶液――→不再具有催化              待测酶液      ――→    不再具有催化能力
      对照组    2
                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;
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    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。
     i 易cu错o t提i x醒ing
    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。
     ia典n l例i p评in析g xi
    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〕 
                  中国现代教育网     www.30edu.com  全国最大教师交流平台


    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
     hong重 n难an拓 tu展o zhan
    Z     
    1.酶高效性的实验分析
    (1)思路

    Error!
    (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:


                            自变量                 因变量
  试管
          3%的 H2O2 溶液                                              结果分析
  编号                                      气泡      点燃卫生香检
                           处理方法
                                          多少           测

                                         几乎没                    H2O2 自然分解
   1          2 mL                                   无复燃
                                           有                    缓慢
                        90 ℃左右水浴                                加热能促进
   2          2 mL                        较少          复燃
                        加热                                      H2O2 分解
                        滴加质量分数为
                                                                Fe3+能催化
   3          2 mL      3.5%的  FeCl3 溶    较多       复燃性较强
                                                                H2O2 的分解
                        液  2 滴
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                                                               过氧化氢酶有
                       滴加新鲜的质量
                                                               催化   H2O2 分解
  4          2 mL      分数为    20%的肝      很多       复燃性更强
                                                               的作用,且效
                       脏研磨液     2 滴
                                                               率高

   ②结论分析:

   Error!
   2.酶专一性的实验分析
   (1)思路

   ①Error!

   ②Error!
   (2)实例

            1               淀粉+淀粉酶                      蔗糖+淀粉酶
  步骤
            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′试管       3 试管      3′试管
                                              2 mL 唾液              2 mL 唾液
实          2 mL 淀粉    2 mL 唾液淀     2 mL 淀粉                2 mL 淀
       1                                      淀粉酶溶                 淀粉酶溶
验             溶液        粉酶溶液         溶液                   粉溶液
                                                 液                    液
步
                                     在 37 ℃水中水浴     5 
骤      2      在冰水中水浴      5 min                           在沸水中水浴      5 min
                                            min
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        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
                               呈蓝色                       无蓝色出现        呈蓝色
   现象

            ①唾液淀粉酶在       37 ℃时催化淀粉水解,在          0 ℃和   100 ℃时不能发挥催化作
   结论       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

     i 易cu错o t提i x醒ing
    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。
     ia典n l例i p评in析g xi
    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。
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    ①温度和    pH 是通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的。
    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)
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    (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 
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    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。
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    【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,
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

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