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- 2023-04-08 发布
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第1节 降低化学反应活化能的酶
第1课时 酶的作用和本质
课标内容要求
核心素养对接
说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质。
1.生命观念——结构与功能观：酶的功能是由其独特的空间结构决定的。
2．科学探究——实验思路及设计：能够根据实验目的，设计比较过氧化氢在不同条件下的分解实验，分析结果得出结论。
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．对照实验的设计
(1)变量：实验过程中的变化因素。
①自变量：人为控制的对实验对象进行处理的因素。
②因变量：因自变量改变而变化的变量。
③无关变量：除自变量外，实验过程中对实验结果造成影响的可变因素。
(2)对照实验：除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致，并将结果进行比较的实验。一般要设置对照组和实验组。
①对照组：一般不进行人为处理，处于自然状态下。
②实验组：需要对实验对象进行人为处理，控制自变量不同。
③空白对照：未作任何处理的对照组，设置意义是
排除偶然因素对实验结果的影响。
3．酶的作用机理
(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)酶的作用机理：通过降低化学反应所需要的活化能而加快反应速率。
①表示无酶催化条件下反应的活化能的曲线是ad段。
②表示有酶催化条件下反应的活化能的曲线是cd段。
③表示有酶催化条件下降低反应活化能的曲线是ac段。
二、酶的本质
1．酶本质的探索历程
(1)1716年，《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”。“酒母”就是现在所说的酵母。
(2)1857年，法国微生物学家巴斯德认为：没有酵母菌活细胞的参与，糖类是不可能变成酒精的。
(3)德国化学家李比希认为：引起发酵的是酵母菌细胞死亡并裂解后释放出来的物质。
(4)德国化学家毕希纳把从酵母菌细胞中提取出的引起发酵的物质称为酿酶。
(5)1926年，美国科学家萨姆纳第一个提取出脲酶，并证明了脲酶是蛋白质，其作用是催化尿素分解。
(6)20世纪80年代，美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也具有生物催化功能。
2．酶的本质
绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶是RNA。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
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，有些酶在体外可以发挥作用。 ( )
4．加热能够促进H2O2分解，是因为加热使H2O2得到了能量。 ( )
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。 ( )
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。
酶在细胞代谢中的作用
实验——比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验的变量与对照
自变量
因变量
无关变量
对照组
实验组
2号：90 ℃水浴加热
用单位时间内产生气泡的数目多少表示H2O2分解速率
加入H2O2的量；实验室温度；FeCl3溶液和肝脏研磨液的新鲜程度
1号试管
2、3、4号试管
3号：加入3.5%FeCl3溶液2滴
4号：加入20%肝脏研磨液2滴
(2)由上述实验可以说明
①1、4号试管对照⇒酶具有催化作用。
②1、3、4(或3、4)号试管对照⇒与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
深化探究：制备肝脏研磨液时，应用新鲜的刚从活体动物内取出的肝脏，并研磨充分。
(1)用新鲜的刚从活体动物内取出的肝脏，原因是什么？
(2)研磨充分有什么意义？
提示：(1)新鲜肝脏中的酶能保持其原有的活性。
(2)加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中H2O2的接触面积，从而加速H2O2的分解。
1．关于“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验，下列叙述正确的是 ( )
A．实验中所用肝脏必须是新鲜的，若放置时间过长肝细胞内的过氧化氢会减少
B．实验中用到的滴管，必须先吸取氯化铁溶液再吸取肝脏研磨液，这样对实验结果影响较小
C.过氧化氢在温度高的环境中分解速度会比常温下快
D．实验的自变量是试管中产生气泡数目的多少和卫生香的复燃情况
C [肝脏放置时间过长，过氧化氢酶会分解失活，A错误；吸取氯化铁溶液和吸取肝脏研磨液的滴管不能混用，B错误；过氧化氢在高温条件下分解速率会加快，C正确；试管中产生气泡数目的多少和卫生香的复燃情况是因变量，D错误。]
2．某兴趣小组利用如图所示装置探究H2O2在不同条件下的分解情况，图示所用试剂的浓度都在合理范围内且甲乙装置中的H2O2的浓度和量都相同，实验处理完成后让反应至不再有气泡产生时( )
A．量筒Ⅰ中水的体积小于量筒Ⅱ中水的体积
B．量筒Ⅰ中水的体积大于量筒Ⅱ中水的体积
C．量筒Ⅰ中水的体积等于量筒Ⅱ中水的体积
D．无法比较量筒Ⅰ和量筒Ⅱ中水的体积大小
C [根据题干信息和题图分析，该实验的自变量是催化剂的种类，因变量是气体的产生量，实验中收集到的水的体积代表产生的O2的量。由于两个装置中H2O2的浓度和量都相同，因此两个装置产生的O2量相等，则量筒Ⅰ中水的体积等于量筒Ⅱ中水的体积，故选C。]
酶的本质
1．酶的概念理解
化学本质
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
主要在细胞核
来源
一般活细胞均能产生
生理功能
具有生物催化作用
2.酶本质的实验验证(以唾液淀粉酶为例)
(1)实验设计思路
组别
待测液
检验试剂
现象
实验组
唾液淀粉酶
双缩脲试剂
出现紫色
对照组
已知蛋白液
双缩脲试剂
出现紫色
(2)实验结论：唾液淀粉酶是蛋白质。
3．正确辨析有关酶的六种说法
项目
错误说法
正确理解
产生场所
具有分泌功能的细胞才能产生
活细胞(不考虑哺乳动物成熟红细胞等)
化学本质
蛋白质
有机物(大多为蛋白质，少数为RNA)
作用场所
只在细胞内起催化作用
可在细胞内、细胞外、体外发挥作用
温度影响
低温和高温均使酶变性失活
低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活；高温使酶变性失活
作用
酶具有调节、催化等多种功能
酶只起催化作用
来源
有的可来源于食物等
酶只在生物体内合成
深化探究：哺乳动物成熟的红细胞和其他体细胞在结构和功能上有明显不同。
(1)该细胞不能产生酶，原因是什么？
(2)该细胞是否含有酶？说出你的判断依据。
提示：(1)该细胞没有核糖体等细胞器和细胞核。
(2)含有。哺乳动物成熟红细胞可以进行细胞代谢，
细胞中的生化反应需要酶的催化。
1．(2019·山东淄博部分学校高一上期末)下列有关酶的叙述，正确的是( )
A．酶的数量因参与化学反应而减少
B．绝大多数酶的合成与核糖体有关
C．同一生物体内的各种酶的催化反应条件都相同
D．活细胞都能产生酶，酶在细胞内才起催化作用
B [酶作为催化剂，反应前后数量及性质均不发生改变，A错误；绝大多数酶是蛋白质，故其合成与核糖体有关，B正确；同一生物体内的各种酶所需要的最适温度相同，但最适pH可能不同，如人体内的唾液淀粉酶和胃蛋白酶，C错误；酶是活细胞产生的，但酶在细胞内、外均可起催化作用，D错误。]
2．当某种RNA存在时，生物体内的某种化学反应能正常进行，当这种RNA被有关的酶水解后，此种化学反应的速率便慢了下来。由此可以说明( )
A．RNA是核酸的一种
B．RNA也可起生物催化剂的作用
C．RNA主要存在于细胞质中
D．RNA是该种生物的遗传物质
B [据题意分析可知，RNA能催化化学反应，是一种生物催化剂。]
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)并不是具有分泌功能的细胞才能产生酶，活细胞都能产生酶。
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 归 纳
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，反应速率加快。
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。
1．在如图所示的实验中属于自变量的是( )
A．催化剂 B．过氧化氢分解的速率
C．产生气泡量 D．试管中的过氧化氢溶液的量
A [由图示可知，图中的实验处理是分别向过氧化氢溶液中加入氯化铁和过氧化氢酶溶液，Fe3＋和过氧化氢酶都能催化过氧化氢分解，因此该实验的自变量是催化剂的不同。]
2．下列关于酶的叙述，错误的是( )
A．同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中
B．低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构
C．酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率
D．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个化学反应的底物
B [有些酶是生命活动所必需的，如呼吸作用有关的酶，在分化程度不同的细胞中都存在，A正确；导致酶空间结构被破坏的因素有过酸、过碱、高温等，低温只能降低酶的活性，不会破坏酶的结构，B错误；酶作用的实质是降低反应所需活化能，从而提高反应速率，C正确；酶是蛋白质或RNA，本身是催化剂，也可作为底物被蛋白酶或者RNA酶水解，D正确。]
3．关于酶的性质，下列叙述中错误的是( )
A．化学反应前后，酶的化学性质和数量不变
B．酶的催化作用提高了化学反应速率，改变了反应平衡点
C．酶是活细胞产生的具有催化能力的一类特殊的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数是RNA
D．酶的催化效率很高，但易受温度和酸碱度的影响
B [化学反应前后酶的化学性质和数量不变，A正确；酶可以提高化学反应速率，但是不能改变反应平衡点，B错误；酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数是RNA，C正确；酶具有高效性，但是酶的作用条件温和，酶活性受温度和酸碱度的影响，D正确。]
4．下图表示H2O2在H2O2酶和无酶催化条件下分解过程中的能量变化。假设酶所处的环境为最适条件，下列对图中曲线的分析，正确的是 ( )
A．①表示H2O2在H2O2酶催化条件下分解
B．若将有酶催化的反应温度降低10 ℃，则E会增大
C．图中E表示H2O2酶使活化能降低的数值
D．图示可说明酶的催化作用具有高效性
C [根据分析可知，①表示H2O2在没有酶催化条件下的分解，A项错误。题干中假设酶所处的环境为最适条件，故将有酶催化的反应温度降低10 ℃，酶的活性将下降，降低的活化能减少，故E会减小，B项错误。根据分析可知，图中E表示H2O2酶使活化能降低的数值，C项正确。酶的高效性是指与无机催化剂相比，图示没有描述无机催化剂的催化效果，故不能体现酶的催化作用具有高效性，D项错误。]
5．(2019·山东潍坊高一期末)某同学为比较H2O2在不同条件下的分解情况做了下列实验。请回答相关问题：
组别
体积分数为3%的H2O2溶液
实验处理
现象
A
2 mL
常温
无气泡
B
2 mL
90 ℃
少量气泡
C
2 mL
2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液
较多气泡
D
2 mL
2滴质量分数为20%的肝脏研磨液
大量气泡
(1)若将A、B组对照，可以探究此时______________________，实验的自变量和因变量分别是________、______________，检测指标是________。
(2)若将A、C、D组对照，C、D组温度应设置为________，此时，温度在实验中属于________变量，请另外列举实验中两个此类变量________，这几组实验可以说明酶的催化具有________(特性)。
(3)若在D组的基础上增设不同温度的实验组来探究温度对酶活性的影响，你认为是否合适？____________，理由是___________________________。
[答案] (1)温度对H2O2分解速率的影响 温度 H2O2分解速率 气泡数的多少 (2)常温 无关 H2O2的量(浓度)、催化剂的量(浓度) 高效性 (3)不合适 温度可以影响H2O2的分解，干扰实验结果