2019-2020学年人教版生物必修一讲义：第5章 第1节　降低化学反应活化能的酶 Word版含答案.pdf

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1、第第 1 节 降低化学反应活化能的酶节 降低化学反应活化能的酶 学习目标核心素养 1说明酶的作用、本质和特性。 2.说明温度和 pH 对酶活性的影响。 3.在探究实验中， 学会控制自变量以及设 置对照实验和重复实验。 1通过探究酶化学本质和特性的实验， 养成归纳和演绎的科学思维方式。 2.通过实验探究温度、 酸碱度对酶促反应 的速率的影响，提高实验设计和实验结 果分析的能力。 一、酶在细胞代谢中的作用 1细胞代谢 (1)概念：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。 (2)细胞代谢的条件：需酶的催化。 (3)意义：细胞代谢是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实验

2、 (1)实验原理 2H2O22H2OO2 水浴加热 或FeCl3溶液或过氧化氢酶 (2)实验过程和现象 试管编号试剂处理现象 12 mL H2O2溶液常温几乎无气泡产生 22 mL H2O2溶液90 水浴加热有较少气泡 32 mL H2O2溶液 3.5%FeCl3溶液 2 滴 有较多气泡 42 mL H2O2溶液 新鲜肝脏研磨液 2 滴 有大量气泡 (3)实验结论：酶具有催化作用，同无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 (4)实验中变量的控制 自变量：在实验过程中人为改变的变量。如本实验中氯化铁溶液和肝脏研 磨液等。 因变量：随自变量变化而变化的变量。如本实验中 H2O2分解速率。 无关变量：除

3、自变量外，实验过程中还存在的一些对实验结果造成影响的 可变因素，如肝脏的新鲜程度等。 (5)对照实验 含义：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验。 原则：除了要观察的变量外，其他变量都应始终保持相同。 3酶的作用原理 (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：酶降低活化能的作用更显著。 (3)意义：使细胞代谢能在温和条件下快速进行。 二、酶的本质及特性 1酶的本质 产生场所：活细胞 生理作用：催化作用 化学本质：蛋白质或RNA) 2酶的特性连线 特性 原因 高效性a.高温、高压、强酸、强碱使酶失活 b.酶降低活化能的作用更显著专一性 作用条件较温

4、和c.一种酶只能催化一种或一类化学反应 提示：b c a 3温度和 pH 对酶活性的影响 (1)低温时，酶活性很低，但酶的空间结构稳定。 (2)最适温度或 pH，酶的活性最高。 (3)高温、过酸或过碱时，酶的空间结构遭到破坏，酶永久失活。 1酶在生物体内有催化和调节作用。( ) 2酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质。( ) 3有些酶中含有核糖。( ) 4有些酶在体外可以发挥作用。( ) 5酶催化作用能提高化学反应的活化能，使化学反应顺利进行。 ( ) 6pH 过高或过低都会改变酶的空间结构。( ) 7在温度过高或过低时，酶均能失去活性。( ) 8温度、pH 主要通过影响酶活性来影响酶促反应速

5、率。( ) 提示：1 酶在生物体内有催化作用，没有调节作用。 2 有些酶是 RNA。 3 4 5 酶催化作用的原理是降低化学反应的活化能。 6 7 温度过低时，酶的活性被抑制，但酶不失活。 8 酶的作用和本质 问题探究 1 在 “比较过氧化氢在不同条件下的分解” 的四组实验中， 哪一组为对照组？ 滴加过肝脏研磨液的滴管可否再去滴加 FeCl3溶液？ 提示 ： 第 1 组。不能。否则少量的过氧化氢酶带到滴加 FeCl3溶液的实验组中， 干扰实验结果的准确性。 2加热和无机催化剂都可降低化学反应的活化能吗？ 提示：加热只能提高反应速率，无机催化剂可降低活化能。 3甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶

6、活性与处理时间的关系如下图所示， 请思考： (1)甲、乙两种酶的化学本质是否相同？ 提示：观察曲线图可知，甲酶的活性始终保持不变，表明甲酶能抵抗该种蛋 白酶的降解，则甲酶的化学本质不是蛋白质而是 RNA，乙酶能被蛋白酶破坏，活 性降低，则乙酶为蛋白质。 (2)乙酶活性改变的机制是什么？ 提示：乙酶被降解的过程中其分子结构会发生改变，从而使其活性丧失。 归纳总结 1酶本质的探索 2. 酶的本质和作用原理 (1)酶的本质 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) 来源一般活细胞中均能产生 生理功能具有生物催化功能 (2)酶的作用机理 酶和其他催

7、化剂均能降低化学反应的活化能，分析如下： 图中ac和bc段分别表示无催化剂催化和有酶催化时反应进行所需要的活化 能。 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，但会提供活化能。 易错提醒：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。 1下列关于酶的叙述中正确的是( ) A酶能调节生物体的生命活动 B一般说来，活细胞都能产生酶 C酶都是在核糖体上合成的 D所有的

8、酶与双缩脲试剂发生作用，都可产生紫色反应 B 本题考查的是酶的产生、化学本质和作用。酶具有催化作用，不能调节 生物体的生命活动；酶由活细胞产生；酶绝大部分是蛋白质，在核糖体上合成， 可与双缩脲试剂发生紫色反应，少部分是 RNA，不是在核糖体上合成，不能与双 缩脲试剂反应呈紫色。 2下图为酶的作用模型，识图并结合有关知识判断下列叙述有误的是( ) A无酶催化时，发生化学反应所需的活化能较高 B酶起作用的部位是细胞内或细胞外 C酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸 D图中的 a 指发生化学反应需提供的能量 D 图示的 a 是有酶催化时，发生化学反应降低的活化能。 酶的特性及相关曲线分析 问题探究

9、1许多加酶洗衣粉标有“请勿用 60 以上的热水，以免洗衣粉失效” 。你能 说出其中的理论依据吗？ 提示：温度过高会影响酶的活性，甚至酶会因高温变性而失活。 2过酸、过碱、高温、低温对酶促反应速率的影响一样吗？ 提示：不一样，过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的 活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性。 3从蛋白质的结构和特点方面分析，在过酸、过碱或温度过高的条件下，酶 为什么会失活？该如何保存酶？ 提示：过酸、过碱和高温使蛋白质变性失活，应在低温和适宜 pH 下保存酶。 归纳总结 1表示酶高效性的曲线(图 1) 图 1 图 2 (1)与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。

10、(2)催化剂只会缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。 2表示酶专一性的曲线(图 2) (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 应物的反应。 3底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响 甲 乙(在底物充足情况下) (1)甲图：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度增 加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不 再增加。 (2)乙图 ： 在底物充足、 其他条件适宜的情况下， 酶促反应速率与酶浓度成

11、正比。 4温度、pH 对酶活性的影响 图 a 图 b 图 c (1)图 a 说明：在最适 pH 时，酶的催化作用最强，高于或低于最适 pH，酶 的催化作用将减弱。 过酸、过碱都会使酶失活。 不同的酶最适 pH 不同。 (2)图 b 说明：在一定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用增强，超 过这一范围酶催化作用将减弱。 低温只会抑制酶的活性，而高温会使酶失活。 (3)图 c 说明：反应溶液中酸碱度的变化不影响酶作用的最适温度。 易错提醒：(1)适量增加酶的浓度会提高反应速率，但生成物的量不会增加； 若适当增加反应物的浓度，提高反应速率的同时生成物的量会增加。 (2)不同因素影响酶促反应速率的本

12、质不同。 温度和 pH 是通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的。 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。 1下图表示酶活性与温度的关系。下列叙述中正确的是( ) A当反应温度由 t2调到最适温度时，酶活性下降 B当反应温度由 t1调到最适温度时，酶活性上升 C酶活性在 t2时比 t1高，故 t2时更适合酶的保存 D酶活性在 t1时比 t2低，表明 t1时酶的空间结构破坏更严重 B 由图可知，在一定温度范围内，随温度的升高酶活性增强，t1属于此区间 ； 超过适宜温度后，酶活性随温度升高而下降，t2属于此区间。在高温没有使酶失活 的范围内，酶活性可随温度的

13、变化而变化，只有较高的温度才能破坏酶的空间结 构。 2如图所示在不同条件下的酶促反应速率变化曲线，据图分析下列叙述错误 的是( ) A影响 AB 段反应速率的主要因素是底物浓度 B影响 BC 段反应速率的主要限制因素可能是酶量 C温度导致了曲线和的反应速率不同 D曲线显示，该酶促反应的最适温度为 37 D 图中有温度和底物浓度两个影响反应速率的因素。曲线在达到饱和点 前(AB 段)限制因素是横坐标表示的因素底物浓度。达到饱和点后的限制因素 是底物浓度以外的因素，如温度、酶的数量等。曲线和的反应速率不同是由 温度不同造成的。曲线表示的温度仅比另外两种温度更适宜，但不一定是最适 温度。 技法总结

14、： (1)在分析温度和 pH 对酶活性影响的曲线时，要借助数学中分段函 数的思想，分段描述，即以最适温度(pH)为界限进行表述。 (2)在解答此类问题时，要特别关注纵坐标表示的是酶促反应速率，还是生成 物的量。 探究影响酶活性的条件 问题探究 1可否用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响？可否用淀粉酶探究 pH 对酶 活性的影响？为什么？ 提示：过氧化氢酶催化的底物是 H2O2，H2O2在高温时分解。强酸能催化淀粉 水解。这样实验中就存在两个变量，使实验结果受到干扰。 2在探究温度对淀粉酶活性的影响的实验中，能否用斐林试剂来检测？ 提示：不能。因为斐林试剂与还原糖只有在加热的条件下才有砖红色沉淀生

15、 成，而该实验需严格控制不同的温度。 归纳总结 1实验原理 (1)酶活性：酶对化学反应的催化效率。 (2)淀粉水解 淀粉检测：加入碘液，溶液变蓝色。 淀粉酶可催化淀粉水解。 酸性、碱性环境可以使部分淀粉水解。 (3)H2O2分解 H2O2可分解为 H2O 和 O2。 H2O2可在 H2O2酶的催化作用下快速分解。 常温下 H2O2易分解，高温可以使 H2O2分解加快。 2实验方案设计与预期结果 比较项目探究温度对酶活性的影响探究 pH 对酶活性的影响 实验材料淀粉溶液、淀粉酶溶液H2O2溶液、H2O2酶溶液 无关 变量 反应物与酶的量、 溶液 pH 等应 适宜且相等 反应物与酶的量、温度等应适

16、 宜且相等 变量 控制自变 量 先将反应物溶液与酶溶液在各 梯度温度下分别保温，然后混 合 先将反应物溶液与酶溶液分别 调至各梯度 pH，然后混合 因变量检测滴加碘液，观察溶液颜色变化观察气泡产生的快慢 预期结果酶活性较低时，溶液变为蓝色酶活性较低时，气泡产生较慢 特别提醒：酶相关实验探究的“宜”与“不宜” (1)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂“宜”选 用碘液， “不宜”选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中 需严格控制温度。 (2)在探究酶的适宜温度的实验中， “不宜”选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶 作实验材料，因为过氧化氢(H2O2)在常温

17、常压时就能分解，加热的条件下分解会加 快，从而影响实验结果。 (3)在探究 pH 对酶活性影响时， “宜”保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且 将酶溶液的 pH 调至实验要求的 pH 后再让反应物与底物接触， “不宜”在未达到 预设 pH 前，让反应物与酶接触。 甲、乙两位同学围绕酶的特性进行了如下探究实验，请你运用所学知识，指 出三位同学实验中存在的问题，并提出修正方案。 (1)甲同学探究 pH 对酶活性的影响。取 12 支试管并编号为 112，分别加 入一个体积为 0.3 cm3的蛋白块，调节各试管的 pH 分别为 112。同时向 12 支 试管内各加入相应pH的等量的胰蛋白酶。 均放入盛

18、有冰水的大烧杯内一段时间。 观察并记录各试管中蛋白块消失的时间。 存在问题：_。 修正方案：_。 (2)乙同学探究温度对酶活性的影响 ： 取 6 支试管并编号为 A、 A1、 B、 B1、 C、 C1。在试管 A、B、C 中都加入等量的淀粉溶液，在试管 A1、B1、C1中都加入等 量且适量的淀粉酶溶液。 将试管 A、 A1放入 60 水中， 将试管 B、 B1放入 100 水中，将试管 C、C1放入冰水中，维持 5 min。分别将等量且适量的淀粉酶溶液 注入相同温度下的淀粉溶液中，摇匀后，在相应温度下维持 5 min。取出试管， 用斐林试剂检测实验结果。 存在问题：_。 修正方案：_。 解析

19、(1)探究 pH 对酶活性的影响实验中，自变量是不同的 pH，温度是无 关变量，无关变量在各组应保持相同且适宜，避免对实验结果的干扰。由于实验 所用的酶是胰蛋白酶，因此该实验应把 12 支试管放入 37 的水浴中保温相同时 间，该温度是酶的最适温度。(2)使用斐林试剂检测时要水浴加热处理，会改变实 验中的自变量温度，对实验结果造成影响，尤其是冰水组，酶并未失活，在加热 过程中活性会逐渐增强， 从而使底物分解。 因此可改用碘液检测， 再根据颜色深浅， 判断底物的分解程度。 答案 (1)无关变量(或温度)不适宜 应把 12 支试管放入 37 的水浴中保温 相同时间 (2)检测结果的试剂不合适 应该

20、是取出试管，各加入等量的碘液 课堂小结 知识网络构建核心语句背诵 1细胞代谢是细胞内每时每刻都进 行着的各种化学反应，是细胞生命活 动的基础。 2加热使反应物获得了能量，加快 反应速率。 3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。 4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。 5酶具有专一性和高效性，作用条 件较温和。 6低温抑制酶活性，但不破坏酶的 分子结构。 7. 高温、过酸、过碱都会导致酶分子 结构破坏而永久失去活性。 1下列关于酶的叙述，正确的是( ) A酶是具有分泌功能的细胞产生的 B酶提供了反应过程所必需的活化能 C高温或 pH 改

21、变会导致酶结构的改变 D酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸 C 本题考查酶的产生、 作用和特点。 酶是活细胞产生的， 作用是降低活化能。 过酸、过碱和高温都会改变酶分子的结构。酶是生物催化剂，反应前后酶分子的 结构不会发生改变。 2下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 B C D A 从图中可以看出图形参与酶催化的反应，并在反应后能保持结构和性 质不变，故图形应为酶。 3纺织工业上的褪浆工序常用两种方法：化学法，需用 NaOH 79 克/升， 在 70 80 条件下作用 12 小时，褪浆率仅为 50%60%

22、；加酶法，用少量细 菌淀粉酶，在适宜温度时只需 5 分钟，褪浆率达 100%，这一事实说明( ) A酶具有多样性B酶具有高效性 C酶具有专一性D酶具有溶解性 B 由题意可知，少量淀粉酶比 NaOH 褪浆所用时间短得多，褪浆率高得多， 说明酶具有高效性。 4下列环境因素的改变会使人体唾液淀粉酶的活性逐渐增大的是( ) A温度由 0 上升到 37 B温度由 100 降低到 37 CpH 由 2 上升到 7DpH 由 12 降低到 7 A 酶在高温、过酸、过碱的条件下会失活变性，不再恢复。唾液淀粉酶的 最适温度是 37 ， 最适 pH 在 7 左右， 因此 B、 C、 D 条件均失活变性了， 故选

23、A。 5下列 A、B、C 三图表示酶浓度一定时，反应速率和反应物浓度、温度、pH 的关系，请据图回答下列问题。 A B C (1)图 A 中，反应物达到某一浓度时，反应速率不再上升，其原因是 _ _。 (2)图 B 中，b 点对应的温度称_。 (3)图 C 中，c 点到 d 点的曲线急剧下降，其原因是 _ _。 (4)将装有酶与反应物的甲、 乙两支试管分别放入 12 和 75 的水浴锅中， 20 min 后取出，转入 37 的水浴锅中保温，两试管内的反应情况分别是：甲： _， 乙：_。 答案 (1)受反应液中酶浓度的限制 (2)酶反应的最适温度 (3)pH 升高， 酶 活性下降 (4)速度加快 不反应