2022年秋高中生物 第五章 細胞的能量供應和利用第1節(jié) 降低化學反應活化能的酶學案 新人教版必修1

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1、2022年秋高中生物 第五章 細胞的能量供應和利用 第1節(jié) 降低化學反應活化能的酶學案 新人教版必修1 學習目標 1.舉例說明酶在細胞代謝中的作用、本質。(重點) 2.通過閱讀分析“關于酶本質的探索”資料,認同科學是在不斷探索和爭論中前進的。 3.闡述酶的特性。(重點) 4.學會分析實驗中的自變量、因變量、無關變量等。(難點) 核心概念 細胞代謝 酶 活化能 高效性 專一性 一、酶在細胞代謝中的應用 1.細胞代謝 2.實驗:比較過氧化氫在不同條件下的分解 (1)實驗原理:H2O2在 水浴加熱 、 FeCl3溶液 和肝臟研磨液中 過氧化氫酶

2、 的作用下加速分解。 (2)實驗步驟: 編號 步驟 1 2 3 4 相同 處理 向4支試管中分別加入 2 mL過氧化氫溶液 ,并放在試管架上 不同 處理 不處理 放入 90℃ 左右的 水浴 中加熱 滴入 2滴 FeCl3溶液 滴入2滴 肝臟研磨液 觀察 試管內產生的 氣泡數量 試管內衛(wèi)生香 燃燒程度 (3)實驗結果: 4號試管產生的氣泡最多,衛(wèi)生香燃燒猛烈 。 (4)實驗結論: 酶 在常溫常壓下,可

3、以高效地完成對化學反應的 催化 。 二、酶的本質和作用原理 三、酶的特性 1.高效性 2.專一性: 3.溫度和pH對酶活性影響及曲線 (1)溫度對酶活性的影響及曲線: ①T0表示酶促反應的 最適溫度 ,此時酶活性 最高 。 ②溫度 偏高或偏低 ,酶活性降低。 ③溫度 過高 ,酶會失活。 (2)pH對酶活性的影響及曲線: ①P表示酶促反應的 最適pH ,此時酶活性 最高 。 ②pH 偏高或偏低 ,酶活性降低。 ③pH 過高或過低 ,酶會失

4、活。 ?思考 1.我們吃芹菜時,無論咀嚼多長時間,都感覺不到甜,而吃饅頭時,咀嚼時間長了就會有甜味,你知道是什么原因嗎? 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.酶是否只能在活細胞內起作用?舉例說明。 提示:不是,酶既可以在細胞內起作用,也可以在細胞外起作用,如消化酶等。 3.人體口腔內的唾液淀粉酶進入胃之后還能繼續(xù)發(fā)揮作用嗎?為什么? 提示:不能。因為胃內pH很低,導致唾液淀粉酶失活。 H  判斷題 1.酶既可以作為催化劑,也可以作為另一個反應的底

5、物。( √ ) 2.酶分子在催化反應完成后立即被降解成氨基酸。( × ) 3.酶通過為反應物供能和降低活化能來提高化學反應速率。( × ) 4.酶是活細胞產生的具有催化作用的蛋白質,酶的催化作用既可發(fā)生在細胞內,也可以發(fā)生在細胞外。( × ) 5.在測定胃蛋白酶活性時,將溶液的pH由10降到2的過程中,胃蛋白酶的活性將逐漸增強。( × ) 6.酶的基本組成單位是氨基酸和脫氧核糖核苷酸。( × ) 7.高溫、低溫都可使酶活性降低,二者的作用實質不同。( √ ) 8.在做溫度影響酶的活性的實驗中,若某兩支試管的反應速率相同,在其他條件均相同的條件下,可判斷這兩支試管所處的環(huán)境溫度也一

6、定是相同的。( × ) 9.如果以淀粉為底物,以淀粉酶為催化劑探究溫度影響酶活性的實驗,則酶促反應的速率既可以通過碘液檢測淀粉的分解速率,也可以通過斐林試劑檢測淀粉水解產物的生成速率。( × ) 10.每一種酶只能催化一種或一類化學反應。( √ ) 知識點1 酶的本質和作用 Z  1.酶的概念和作用 化學本質 絕大多數是蛋白質 少數是RNA 合成原料 氨基酸 核糖核苷酸 合成場所 核糖體 細胞核(主要) 實驗驗證 實驗組 待測酶液+雙縮脲試劑→是否出現紫色反應 待測酶液+吡羅紅染液→是否出現紅色 對照組1 蛋白質樣液+雙縮脲試劑→出現紫色反應 RN

7、A樣液+吡羅紅染液→出現紅色 對照組2 待測酶液不再具有催化能力 待測酶液不再具有催化能力 來源 一般活細胞中均能產生 生理功能 具有生物催化功能 具有特性 專一性、高效性、需要適宜的pH、溫度等 2.酶的作用機理 分析可知: ①E1這一部分的活化能是指酶所降低的能量; ②E2這一部分的能量是指酶促反應過程中所需能量; ③E1+E2=E這一部分的能量是反應所需總能量,是指無酶催化的時候,分子從常態(tài)轉變成活躍狀態(tài)所需的能量,即反應活化能。 3.酶作用模式圖 (1)圖示中表示酶的為A,判斷依據:酶只是改變了反應的進程,在反應的前后數量和性質都不改變;反應物和

8、生成物分別為B和C、D。 (2)圖示體現了酶的特性:專一性。酶通過特定的空間結構與反應物識別并結合,進而催化反應的進行。 Y  有關酶的四個易錯點 (1)酶并不都是蛋白質,有的酶是RNA。 (2)酶不僅在細胞內發(fā)揮作用,在細胞外和體外都可以發(fā)揮作用。 (3)酶作用的實質是降低了化學反應的活化能,不是提供能量。 (4)酶并不是具有分泌功能的細胞才能產生,活細胞都能產生酶。 D  典例1 (2018·無錫高一檢測)下列有關酶的敘述中,正確的是( D ) A.酶的催化效率總是高于無機催化劑 B.一個酶分子只起一次作用 C.酶催化反應能放出更多的能量 D.催化蛋白質水解的酶的

9、化學本質是蛋白質 [解析] 過酸、過堿和高溫都會改變酶的空間結構,使酶失活,因而酶的催化效率不一定高于無機催化劑,A錯誤;酶作為催化劑,在化學反應中可多次起作用,B錯誤;酶可以降低化學反應的活化能,加快反應的速率,但不能使反應放出更多的能量,C錯誤;催化蛋白質水解的酶的化學本質是蛋白質,D正確。 〔變式訓練1〕  某一不可逆化學反應(S→P+W)在無酶和有酶催化時均可以進行。當該反應在無酶條件下進行到時間t時,向反應液中加入催化該反應的酶。圖中能正確表示加酶后反應物濃度隨反應時間變化趨勢的曲線是( D ) A.甲  B.乙 C.丙  D.丁 [解析] 本題以曲線圖的形式對酶催

10、化反應的原理進行考查。加入酶后,加快反應速率,所以反應物濃度下降速度增大,由于該反應是不可逆反應,所以最后反應物都消耗完。 知識點2 酶的特性及相關實驗分析 Z  1.酶高效性的實驗分析 (1)思路 (2)實例——“比較過氧化氫在不同條件下的分解” ①步驟與結果分析: 試管 編號 3%的H2O2溶液 自變量 因變量 結果分析 處理方法 氣泡 多少 點燃衛(wèi)生香檢測 1 2 mL 幾乎沒有 無復燃 H2O2自然分解緩慢 2 2 mL 90 ℃左右水浴加熱 較少 復燃 加熱能促進H2O2分解 3 2 mL 滴加質量分數為3.5%

11、的FeCl3溶液2滴 較多 復燃性較強 Fe3+能催化H2O2的分解 4 2 mL 滴加新鮮的質量分數為20%的肝臟研磨液2滴 很多 復燃性更強 過氧化氫酶有催化H2O2分解的作用,且效率高 ②結論分析: 2.酶專一性的實驗分析 (1)思路 ① ② (2)實例 步驟 1 淀粉+淀粉酶 蔗糖+淀粉酶 2 等量斐林試劑,水浴加熱相同時間 現象 出現磚紅色沉淀 無顏色變化 結論 酶具有專一性 3.探究溫度、pH對酶活性的影響 (1)思路 (2)實例——探究不同溫度對酶活性的影響 1試管 1′試管 2試管 2′試

12、管 3試管 3′試管 實驗步驟 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與1′試管混合搖勻 2與2′試管混合搖勻 3與3′試管混合搖勻 4 冰水中水浴數分鐘 37 ℃水浴數分鐘 沸水中水浴數分鐘 5 取出試管,分別滴加2滴碘液搖勻,觀察現象 實驗 現象 呈藍色 無藍色出現 呈藍色 結論 ①唾液淀粉酶在37 ℃時催化淀粉水解,在0 ℃和100 ℃時不能發(fā)揮催化

13、作用。 ②酶的催化作用需要適宜的溫度條件,溫度過高或過低都影響其催化效率 Y  有關酶實驗設計的兩點提醒 (1)探究不同溫度對酶活性的影響時,在加入酶之前,應將底物在各自溫度下處理至少5分鐘,確保試管內外溫度一致。 (2)探究不同pH對酶活性的影響時,可將過氧化氫酶和H2O2溶液分別調至同一pH,再混合,以保證反應一開始便達到預設pH。 D  典例2 (2018·濰坊高一檢測)“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗中,相關說法錯誤的是( D ) A.氯化鐵溶液和肝臟研磨液都屬于自變量 B.過氧化氫分解速率是因變量 C.過氧化氫的濃度屬于無關變量 D.實驗過程中可以變化

14、的因素即為自變量 [解析] 實驗中可以變化的因素稱為變量,其中人為改變的量稱為自變量,氯化鐵溶液、肝臟研磨液都屬于自變量;隨自變量的變化而改變的量稱為因變量,過氧化氫的分解速率就屬于因變量;實驗過程中還存在一些對實驗結果造成影響的因素,這些因素稱為無關變量。 易錯提醒:有關影響酶促反應速率的因素的三點提醒 (1)酶催化反應時,最適溫度和最適pH不會相互影響。 (2)酶量的增加會提高酶促反應的速率,但不會改變化學反應的平衡點;適當增加反應物濃度,既改變了反應速率,也改變了反應的進程。 (3)不同因素影響酶促反應的速率的本質不同。 ①溫度和pH是通過影響酶的活性而影響酶促反應速率的。

15、 ②底物濃度和酶濃度是通過影響酶與底物的接觸而影響酶促反應速率,并不影響酶的活性。 〔變式訓練2〕 關于溫度對酶活性影響的敘述,錯誤的是( B ) A.不同酶的最適溫度可能相同 B.隨著溫度降低,酶促反應的活化能下降 C.酶活性最高時的溫度不適合該酶的保存 D.高溫下酶失活是酶空間結構破壞的結果 [解析] 不同酶的最適溫度可能相同,也可能不同,A正確;在一定的范圍內隨著溫度的降低,酶的活性下降,而酶促反應的活化能是不會降低的,B錯誤;低溫時,酶的活性降低,但酶的空間結構穩(wěn)定,因此,酶制劑適于在低溫(0~4 ℃)下保存,C正確;高溫、強酸、強堿都會破壞酶的空間結構,從而使酶失活,D正

16、確。 與酶有關的曲線解讀 1.酶高效性的曲線(如圖中甲) (1)催化劑可加快化學反應速率,與無機催化劑相比,酶的催化效率更高。 (2)酶只能縮短達到化學反應平衡點所需的時間,不會改變化學反應的平衡點。 (3)酶只能催化已存在的化學反應。 2.酶專一性的曲線(如圖中乙) (1)在A反應物中加入酶A,反應速率較未加酶時明顯加快,說明酶A催化A反應物參加的反應。 (2)在A反應物中加入酶B,反應速率和未加酶時相同,說明酶B不催化A反應物參加的反應。 3.影響酶活性的曲線(如圖) (1)在一定條件下,酶活性最大時的溫度(或pH)稱為該酶的最適溫度(或pH)。 (2)在

17、一定溫度(或pH)范圍內,隨溫度(或pH)的升高,酶的活性增強;當溫度(或pH)升高到一定限度時,酶活性會隨溫度(或pH)的升高而減弱。 (3)過酸、過堿、高溫會破壞酶的空間結構,導致酶永久失活,而低溫時酶的活性降低,不會失活。 4.酶和反應物的濃度與反應速率的關系曲線(如圖) (1)反應速率與酶濃度的關系:在反應物充足,其他條件均適宜的情況下,反應速率與酶濃度成正比(如圖中甲)。 (2)反應速率與反應物濃度的關系:在酶量一定的條件下,在一定范圍內,反應速率會隨著反應物濃度的增加而增大,但當反應物濃度達到一定值后,由于受酶數量或酶活性的限制,反應速率不再增大(如圖中乙)。 5.反

18、應時間對酶促反應速率的影響(如圖) (1)甲、乙、丙三圖中的時間t0、t1、和t2是一致的。 (2)隨著反應的進行,反應物因被消耗而減少,生成物因生成而增多。 (3)t0~t1段,因為反應物較充足,所以反應速率較快,反應物消耗較快,生成物生成速度較快。t1~t2段,因為反應物的量減少,所以反應速率降低,反應物消耗較慢,生成物生成速率較慢。t2時,反應物被耗盡,生成物也不再增加,此時反應速率為0。 典例3  某同學研究溫度和pH對某酶促反應速率的影響,得到如圖所示的曲線。下列分析正確的是( A ) A.該酶催化反應的最適溫度為35℃左右,最適pH為8 B.當pH為8時,影響

19、酶促反應速率的主要因素是底物濃度和酶濃度 C.隨pH升高,該酶催化反應的最適溫度隨之改變 D.當pH為任何一固定值時,實驗結果都可以證明溫度對酶促反應速率的影響 [解析] 本題考查溫度和pH對酶活性的影響及解讀曲線的能力。分析曲線可知,當溫度為35 ℃、pH為8時,酶促反應速率相對較快,當溫度為35 ℃、pH大于或小于8時,酶促反應速率均下降,所以該酶的最適溫度為35 ℃左右、最適pH為8;當pH為8時,不同溫度下酶促反應速率不同,此時溫度是影響酶促反應速率的主要因素;在一定范圍內,隨pH的升高或降低,該酶催化反應的最適溫度均為35 ℃左右;當pH過高或過低時,不同溫度下的反應速率可能相

20、同,此時溫度已不再是酶促反應速率的影響因素。   典例4 圖甲是過氧化氫酶活性(v)受pH影響的曲線,圖乙表示在最適溫度下,pH=b時過氧化氫分解產生的O2量隨時間(t)的變化。若該酶促反應過程中改變某一初始條件,以下改變正確的是( B ) A.pH=a時,e點下移,d點左移 B.適當降低溫度,e點不移,d點右移 C.pH=c時,e點為0 D.過氧化氫量增加,e點不移,d點左移 [解析] pH由b→a時,酶的活性降低,化學反應速率減慢,到達化學反應平衡所需的時間延長,但pH改變不會改變化學反應的平衡點,故e點不移,d點右移,A項錯誤;圖乙是在最適溫度下繪制的,若溫度降低,則酶活

21、性降低,化學反應速率減慢,到達化學反應平衡所需的時間延長,但溫度降低不會改變化學反應的平衡點,故d點右移,e點不移,B項正確;pH=c時,過堿條件破壞酶的空間結構使酶失活、不能催化過氧化氫水解,但過氧化氫在常溫下也能分解,所以e點不為0,C項錯誤;過氧化氫量增加時,達到化學反應平衡所需時間延長,且化學反應的平衡點升高,即e點上移,d點右移,D項錯誤。 【解題探究】  (1)酶促反應的結果是改變了達到化學反應平衡所需的 時間 ,即改變了 反應速率 ,但不影響反應的平衡點,即不影響 生成物 的量。 (2)最適條件下改變影響酶活性的因素,會導致達到化學

22、反應平衡所需的時間 延長 ,但不影響反應的平衡點。 【互動探究】  (1)若圖乙曲線為pH=a條件下繪制,當pH=b時,d點和e點如何移動? 提示:pH升高,酶活性增強,化學反應速率加快,達到反應平衡的時間縮短,但不改變化學反應的平衡點,故d點左移、e點不移。 (2)若增加酶的濃度,圖乙曲線中d點和e點如何移動? 提示:增加酶的濃度,反應速率加快,但不影響化學反應的平衡點,故d點左移、e點不移。 【方法規(guī)律】 分析影響酶促反應速率因素的曲線圖的一般方法 (1)識標:理解圖中縱坐標和橫坐標的含義,一般橫坐標表示溫度、pH、反應時間等

23、,縱坐標表示反應速率等。 (2)明點:分析圖中起止點和最高點的含義,一般起點為零,最高點表示最適溫度或pH,酶的活性最大,止點表示酶的活性為零或生成物的量最大。 (3)析圖:根據相關原理判斷曲線的變化情況,具體看曲線是上升還是下降,從而確定酶促反應速率的變化趨勢。 1.細胞代謝的概念:細胞內每時每刻都進行著許多化學反應,統(tǒng)稱為細胞代謝。 2.酶的概念:酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物,其中絕大多數酶是蛋白質,少數酶是RNA。 3.酶的特性:專一性、高效性、作用條件較溫和。 4.酶的作用原理:降低化學反應的活化能。 5.影響酶活性的主要因素:溫度、pH等。 酶的 作用 和本 質

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