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)活化能的酶學(xué)案新人教版必修1

PAGE18-第1節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶學(xué)問點一酶的作用和本質(zhì)[新知導(dǎo)學(xué)]1．細(xì)胞代謝(1)場所：細(xì)胞內(nèi)。(2)實質(zhì)：各種化學(xué)反應(yīng)的總稱。(3)意義：細(xì)胞生命活動的基礎(chǔ)。2．比較過氧化氫在不同條件下的分解試驗(1)試驗原理。①2H2O2=2H2O＋O2↑②水浴加熱、FeCl3中的Fe3＋以及肝臟研磨液中的過氧化氫酶均可加速H2O2的分解。(2)試驗過程及現(xiàn)象：(3)試驗結(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。(4)試驗中變量的限制。①自變量：在試驗過程中人為變更的變量。如本試驗中氯化鐵溶液和肝臟研磨液等。②因變量：隨自變量變更而變更的變量。如本試驗中過氧化氫分解速率。③無關(guān)變量：除自變量外，試驗過程中還存在的一些對試驗結(jié)果造成影響的無關(guān)變量，如肝臟的簇新程度等。(5)比照試驗：除了一個因素以外，其余因素都保持不變的試驗。3．酶的作用原理和本質(zhì)(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原理：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。③意義：使細(xì)胞代謝能在溫柔條件下快速進(jìn)行。(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))1．酶能否增加化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)物的總量？提示：不能。2．現(xiàn)有一種酶，請設(shè)計試驗探究其成分是蛋白質(zhì)還是RNA。提示：[重難探究]1．酶的解讀2.酶催化反應(yīng)的機(jī)理與過程(1)圖中E1、E2、E3這三部分都是活化能，分別代表運(yùn)用無機(jī)催化劑、不運(yùn)用催化劑、運(yùn)用酶作催化劑時的活化能。(2)由E2>E1>E3可以看出，催化劑的作用本質(zhì)是降低反應(yīng)的活化能，且酶促反應(yīng)降低的更多，效率更高。3．酶促反應(yīng)作用的模式圖(1)圖中甲、乙、丙、丁的含義：甲表示酶，乙表示反應(yīng)物，丙、丁表示生成物。(2)酶反應(yīng)前后數(shù)量和性質(zhì)均不發(fā)生變更，只是催化反應(yīng)進(jìn)行，本身不參加化學(xué)反應(yīng)。酶的本質(zhì)及作用的三個關(guān)鍵點(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)酶作用的實質(zhì)是降低了化學(xué)反應(yīng)的活化能，不是供應(yīng)能量。[典題演練]1．下列有關(guān)酶的敘述正確的是(C)A．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B．酶只能在細(xì)胞內(nèi)起作用C．一般來說，活細(xì)胞均能產(chǎn)生酶D．酶都只含C、H、O、N四種元素解析：酶只能通過降低活化能的方式來提高化學(xué)反應(yīng)速率，A錯誤；酶無論在細(xì)胞內(nèi)還是細(xì)胞外都能發(fā)揮作用，B錯誤；除了哺乳動物成熟的紅細(xì)胞之外，全部活細(xì)胞均能產(chǎn)生酶，C正確；絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA，RNA中包含C、H、O、N、P五種元素，D錯誤。2．甲、乙兩種酶用同一種蛋白酶處理，酶活性與處理時間的關(guān)系如圖所示。下列分析錯誤的是(B)A．甲酶能夠抗該種蛋白酶降解B．甲酶不行能是具有催化功能的RNAC．乙酶的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)D．乙酶活性的變更是因為其分子結(jié)構(gòu)的變更解析：酶的作用具有專一性，用蛋白酶處理后，蛋白質(zhì)類酶的活性會因其分子結(jié)構(gòu)變更而漸漸降低，非蛋白質(zhì)類酶的活性不受影響。酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)或RNA，因此乙酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，甲酶的化學(xué)本質(zhì)是RNA。酶的生理作用都是催化作用。題2中若換用RNA酶，則兩種酶的活性如何隨時間的變更而變更？提示：RNA酶只催化RNA的水解，而不能催化蛋白質(zhì)的水解。如下圖：學(xué)問點二酶的特性[新知導(dǎo)學(xué)]1．酶的特性(連線)eq\a\vs4\al(特性,①高效性,②專一性,③作用條,件較溫柔)eq\a\vs4\al(緣由,a.高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿使酶失活,b.酶降低活化能的作用更顯著,c.一種酶只能催化一種或一類,化學(xué)反應(yīng))答案：①—b②—c③—a2．溫度和pH對酶活性的影響3．如何利用“淀粉、蔗糖、淀粉酶和斐林試劑”探究酶具有專一性？提示：在淀粉、蔗糖溶液中分別滴加等量淀粉酶和斐林試劑，依據(jù)是否生成磚紅色沉淀(水浴加熱)予以推斷。4．從蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和特點方面分析，在過酸、過堿或溫度過高的條件下，酶為什么會失活？該如何保存酶？提示：過酸、過堿和高溫使蛋白質(zhì)變性失活，應(yīng)在低溫柔相宜pH下保存酶。[重難探究]1．酶的作用具有高效性的試驗驗證——“比較過氧化氫在不同條件下的分解”試驗分析(1)步驟和結(jié)果(2)結(jié)論：過氧化氫酶的催化效率高于FeCl3溶液等無機(jī)催化劑的催化效率，所以酶的催化作用具有高效性。2．酶專一性的試驗驗證(1)兩種思路。①eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(試驗組：底物＋相應(yīng)酶液\o(→,\s\up15(檢測))底物被分解,比照組：另一底物＋相同酶液\o(→,\s\up15(檢測))底物沒被分解))②eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(試驗組：底物＋相應(yīng)酶液\o(→,\s\up15(檢測))底物被分解,比照組：相同底物＋另一酶液\o(→,\s\up15(檢測))底物沒被分解))(2)實例。①試驗組：淀粉＋淀粉酶→麥芽糖。②比照組：蔗糖＋淀粉酶→不分解，仍為蔗糖。③現(xiàn)象：兩組中都加入斐林試劑，并水浴加熱，只有①組中出現(xiàn)磚紅色沉淀。3．探究酶活性的相宜條件(1)思路。eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(底物＋t1或pH1＋酶液,底物＋t2或pH2＋酶液,??????))eq\o(→,\s\up15(檢測))底物分解速率或剩余量(2)實例：探究酶活性相宜條件的試驗材料的選擇在選擇試驗材料時要留意解除自變量本身對試驗結(jié)果的影響，保證自變量只是影響酶活性而影響試驗結(jié)果，不能干脆影響試驗結(jié)果。如：(1)探究溫度對酶活性的影響：①不能選擇“過氧化氫酶催化H2O2分解”，因為過氧化氫酶催化的底物H2O2在加熱的條件下分解也會加快。②不宜選用斐林試劑作為鑒定試劑，因為斐林試劑需加熱運(yùn)用，會影響試驗結(jié)果。(2)pH對酶活性的影響：不宜選用“淀粉酶催化淀粉水解”，因為強(qiáng)酸也能催化淀粉的水解。[典題演練]3．在“探究影響酶活性的條件”試驗中正確的操作是(D)A．若探究pH對H2O2酶活性影響，則pH是自變量，H2O2分解速率是無關(guān)變量B．若探究溫度對酶活性的影響，可選擇簇新肝臟研磨液和過氧化氫溶液反應(yīng)C．若探究溫度對淀粉酶活性的影響，應(yīng)將淀粉與淀粉酶兩溶液混合后再調(diào)控溫度D．若探究溫度對淀粉酶活性的影響，不行選擇斐林試劑對試驗結(jié)果進(jìn)行檢測解析：若探究pH對H2O2酶活性影響，則pH是自變量，H2O2分解速率是因變量；若探究溫度對酶活性的影響，不行選擇簇新肝臟研磨液和過氧化氫溶液反應(yīng)，因為過氧化氫本身的分解就受溫度的影響；若探究溫度對淀粉酶活性的影響，應(yīng)先調(diào)控溫度，再將淀粉與淀粉酶兩溶液混合；若探究溫度對淀粉酶活性的影響，不行選擇斐林試劑對試驗結(jié)果進(jìn)行檢測，因為斐林試劑運(yùn)用時要加熱，會影響酶的活性。故選D。4．若除酶外全部試劑已預(yù)保溫，則在測定酶活力的試驗中，下列操作依次合理的是(C)A．加入酶→加入底物→加入緩沖液→保溫并計時→一段時間后檢測產(chǎn)物的量B．加入底物→加入酶→計時→加入緩沖液→保溫→一段時間后檢測產(chǎn)物的量C．加入緩沖液→加入底物→加入酶→保溫并計時→一段時間后檢測產(chǎn)物的量D．加入底物→計時→加入酶→加入緩沖液→保溫→一段時間后檢測產(chǎn)物的量解析：本題主要考查酶活力的檢測方法。在檢測酶活力的試驗中，除酶本身外，其余條件應(yīng)保持相宜，即無關(guān)變量不能影響酶活力；在該試驗中，pH為無關(guān)變量，為了解除pH的干擾，應(yīng)在酶和底物混合之前加入緩沖液，為酶促反應(yīng)供應(yīng)穩(wěn)定的pH環(huán)境，故C項正確。(1)題目除酶外的全部試劑已預(yù)保溫，說明本試驗的自變量是溫度，保證酶的活力是在特定溫度下測得的。(2)在本試驗中應(yīng)當(dāng)遵循的試驗設(shè)計原則有單一變量原則、等量原則等。在試驗時應(yīng)保證無關(guān)變量相同。學(xué)問點三酶有關(guān)曲線的分析[重難探究]1．表示酶高效性的曲線解讀：(1)催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)速率，與無機(jī)催化劑相比，酶的催化效率更高。(2)酶只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡所需時間，不改變更學(xué)反應(yīng)的平衡點。(3)酶只能催化已存在的化學(xué)反應(yīng)。2．表示酶專一性的曲線(1)加入酶B的反應(yīng)速率和無酶條件下的反應(yīng)速率相同，說明酶B對此反應(yīng)無催化作用。(2)加入酶A的反應(yīng)速率隨反應(yīng)物濃度的增大明顯加快，說明酶具有專一性。3．pH和溫度對酶促反應(yīng)速率的影響曲線(1)甲圖說明：①在最適pH時，酶的催化作用最強(qiáng)，高于或低于最適pH，酶的催化作用將減弱。②過酸、過堿都會使酶失活。③不同的酶最適pH不同。(2)乙圖說明：①在肯定溫度范圍內(nèi)，隨溫度的上升，酶的催化作用增加，超過這一范圍，酶的催化作用將減弱最終失活。②低溫只會抑制酶的活性，而高溫會使酶失活。(3)丙圖說明：反應(yīng)溶液pH的變更不影響酶作用的最適溫度。4．底物濃度和酶濃度對酶促反應(yīng)速率的影響(1)甲圖：在其他條件相宜、酶量肯定的狀況下，酶促反應(yīng)速率隨底物濃度增加而加快，但當(dāng)?shù)孜镞_(dá)到肯定濃度后，受酶數(shù)量和酶活性限制，酶促反應(yīng)速率不再增加。(2)乙圖：在底物足夠、其他條件相宜的狀況下，酶促反應(yīng)速率與酶濃度成正比。(1)酶催化反應(yīng)時，酶不同，其最適pH不同，最適溫度不同。對于同一種酶，變更pH時，不會影響到它的最適溫度，同樣變更溫度時不會影響其最適pH。(2)低溫不會使酶變性，過酸、過堿、高溫都會使酶變性失活。低溫只是抑制酶的活性，酶分子的結(jié)構(gòu)并未被破壞，溫度上升后酶的活性可復(fù)原。(3)適量增加酶的濃度會提高反應(yīng)速率，但不會改變更學(xué)平衡點；若適當(dāng)增加反應(yīng)物的濃度，提高反應(yīng)速率的同時變更了化學(xué)平衡點。(4)不同因素影響酶促反應(yīng)速率的本質(zhì)不同。①溫度和pH是通過影響酶的活性而影響酶促反應(yīng)速率的。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(yīng)速率，并不影響酶的活性。[典題演練]5．將A、B兩種物質(zhì)混合，T1時加入酶C。如圖為最適溫度下A、B濃度的變更曲線。敘述錯誤的是(C)A．酶C降低了A生成B這一反應(yīng)的活化能B．該體系中酶促反應(yīng)速領(lǐng)先快后慢C．T2后B增加緩慢是酶活性降低導(dǎo)致的D．適當(dāng)降低反應(yīng)溫度，T2值增大解析：本題考查酶促反應(yīng)過程中酶的作用。由圖示中A、B物質(zhì)變更曲線知，A、B分別為反應(yīng)物和生成物，酶C的作用是降低A生成B這一反應(yīng)的活化能，A正確；隨反應(yīng)物濃度降低，該體系中酶促反應(yīng)速領(lǐng)先快后慢，B正確；T2后因A濃度降低導(dǎo)致了反應(yīng)速率下降，從而導(dǎo)致B濃度增加緩慢，C錯誤；該圖為最適溫度下的酶促反應(yīng)曲線，若適當(dāng)降低反應(yīng)溫度，達(dá)到反應(yīng)平衡的時間會延長，T2值會增大，D正確。6．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(chǎn)生的O2量隨時間(t)的變更。若該酶促反應(yīng)過程中變更某一初始條件，以下變更正確的是(B)A．pH＝a時，e點下移，d點左移B．適當(dāng)降低溫度，e點不移，d點右移C．pH＝c時，e點為0D．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(xué)反應(yīng)速率減慢，到達(dá)化學(xué)反應(yīng)平衡所需的時間延長，但pH變更不會改變更學(xué)反應(yīng)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，則酶活性降低，化學(xué)反應(yīng)速率減慢，到達(dá)化學(xué)反應(yīng)平衡所需的時間延長，但溫度降低不會改變更學(xué)反應(yīng)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(jié)構(gòu)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(dá)到化學(xué)反應(yīng)平衡所需時間延長，且化學(xué)反應(yīng)的平衡點上升，即e點上移，d點右移，D項錯誤。(1)酶促反應(yīng)的結(jié)果是變更了達(dá)到化學(xué)反應(yīng)平衡所需的時間，即變更了反應(yīng)速率，但不影響反應(yīng)的平衡點，即不影響生成物的量。(2)最適條件下變更影響酶活性的因素，會導(dǎo)致達(dá)到化學(xué)反應(yīng)平衡所需的時間延長，但不影響反應(yīng)的平衡點。(3)若圖乙曲線為pH＝a條件下繪制，當(dāng)pH＝b時，d點和e點如何移動？提示：pH上升，酶活性增加，化學(xué)反應(yīng)速率加快，達(dá)到反應(yīng)平衡的時間縮短，但不改變更學(xué)反應(yīng)的平衡點，故d點左移、e點不移。(4)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(yīng)速率加快，但不影響化學(xué)反應(yīng)的平衡點，故d點左移、e點不移。課題調(diào)研：單一變量原則[典范例題]下表為“比較過氧化氫在不同條件下的分解”試驗設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，請回答有關(guān)問題：(1)該試驗中，自變量是____________等反應(yīng)條件，因變量是H2O2的分解速率。比照組是________(填試管編號)，試驗組是________(填試管編號)。(2)比較1號和2號試管，你得出的結(jié)論是__________________________________________________________________________。(3)比較3號和4號試管，你得出的結(jié)論是____________________________________________________。(4)若某同學(xué)依據(jù)表中方法做了這個試驗，結(jié)果試管3和試管4的現(xiàn)象剛好相反，他試驗失敗的緣由可能是_____________________________________________________________________________。

[素養(yǎng)升華]1.概述單一變量原則是指其他因素(無關(guān)變量)不變，只變更其中一個因素(要探討的因素——試驗變量，即自變量)，然后視察這個試驗變量對試驗結(jié)果的影響。2．單一變量的限制確定自變量后，限制其他無關(guān)變量相同且相宜。如下表：項目限制內(nèi)容試驗材料處于相同的試驗狀態(tài)，如數(shù)量、質(zhì)量、長度、體積、來源和生理狀況等試驗器具及試劑器具的型號、試劑的成分、濃度、體積等相同外界因素處于相同的最適狀態(tài)，如溫度、pH、水分、光照強(qiáng)度等操作程序相同的操作方法、試驗步驟、相同的視察時間及梯度、視察標(biāo)準(zhǔn)等一、選擇題1．20世紀(jì)80年頭科學(xué)家發(fā)覺了一種RNaseP酶，是由20%的蛋白質(zhì)和80%的RNA組成的，假如將這種酶中的蛋白質(zhì)除去，并提高M(jìn)g2＋的濃度，他們發(fā)覺留下來的RNA仍舊具有與這種酶相同的催化活性，這一結(jié)果表明(A)A．RNA具有生物催化作用B．酶是由RNA和蛋白質(zhì)組成的C．酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)D．絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA解析：本題是對酶本質(zhì)的考查，解答本題思路如下：RNaseP酶的蛋白質(zhì)部分除去后，提高M(jìn)g2＋濃度，其中的RNA仍具有與這種酶相同的催化活性，只能說明RNA也具有催化作用。材料題的選項可能本身是正確的，但不符合材料所闡述的中心思想，因此不能選擇，如D項本身正確，但不符合題意。2．下列有關(guān)酶的敘述中，錯誤的是(C)A．全部的酶都含有C、H、O、N四種元素B．酶不肯定只在細(xì)胞內(nèi)起催化作用C．酶并非只在體內(nèi)合成，也可從食物中獲得D．人體內(nèi)的酶也在不斷地更新解析：絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)(元素組成均有C、H、O、N)，少數(shù)的酶是RNA(元素組成為C、H、O、N、P)。酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的，在細(xì)胞內(nèi)外都可發(fā)揮作用。酶是生物活性物質(zhì)，其本質(zhì)是蛋白質(zhì)或RNA，食物中的酶會被消化。3．當(dāng)某種RNA存在時，生物體內(nèi)的某種化學(xué)反應(yīng)能正常進(jìn)行。當(dāng)這種RNA被有關(guān)的酶水解后，此種化學(xué)反應(yīng)馬上減慢。由此可說明(D)A．RNA是核酸的一種B．RNA有時也可成為遺傳物質(zhì)C．RNA主要存在于細(xì)胞質(zhì)中D．RNA也可起生物催化劑的作用解析：由題中供應(yīng)信息可知這種RNA被水解后，某種化學(xué)反應(yīng)馬上減慢，說明這種RNA能夠加快某種化學(xué)反應(yīng)速率，由此可說明RNA也具有生物催化的作用。4．如圖是pH對酶活性的影響狀況，由圖不能得出的結(jié)論是(D)A．不同酶的活性有著不同的pH范圍B．不同的酶有著不同的最適pHC．低于或高于最適pH都會使酶的活性降低甚至丟失D．pH越高酶的活性越高解析：酸堿度低于最適pH時，在酶不失活的狀況下，pH越高，酶的活性越高；但當(dāng)酶已經(jīng)失活時，則其活性不會隨著pH的上升而復(fù)原；另外，當(dāng)酸堿度高于最適pH時，酶的活性會隨著pH的上升而降低，甚至丟失。5．下列關(guān)于活化能的敘述不正確的是(B)A．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B．無機(jī)催化劑、加熱都可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能C．酶可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能D．同無機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用效果更顯著解析：酶和無機(jī)催化劑均能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，相比之下，酶降低活化能的作用效果更顯著。加熱雖然能加快化學(xué)反應(yīng)速度，但并沒有降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。二、非選擇題6．已知2H2O2＝2H2O＋O2↑，可以通過視察反應(yīng)過程中O2的生成速度(即氣泡從溶液中釋放的速度)來推斷H2O2分解反應(yīng)的速度。請用所給的試驗材料和用具設(shè)計試驗，使其能同時驗證過氧化氫酶具有催化作用和高效性。要求寫出試驗步驟、預(yù)料試驗結(jié)果、得出結(jié)論，并回答問題。試驗材料與用具：相宜濃度的H2O2溶液，蒸餾水，3.5%FeCl3溶液，0.01%過氧化氫酶溶液，恒溫水浴鍋，試管。(1)試驗步驟：①取3支試管，各加入等量且適量的H2O2溶液，放入37_℃恒溫水浴鍋中保溫適當(dāng)時間；②分別向上述3支試管加入等量且適量的蒸餾水、FeCl3溶液和過氧化氫酶溶液；③視察各管中釋放氣泡的快慢。(2)試驗結(jié)果預(yù)料及結(jié)論：整個試驗中，不同處理的試管中O2的釋放速度從快到慢依次是：加酶溶液的試管、加FeCl3溶液的試管、加蒸餾水的試管。由此可得出的結(jié)論是酶具有催化作用和高效性。(3)假如僅將試驗中的恒溫水浴改為80℃，重做上述試驗，O2釋放的速度最快的是加FeCl3溶液的試管，緣由是在此溫度下，F(xiàn)eCl3催化作用加快，而過氧化氫酶因高溫變性而失去了活性。解析：本題以教材試驗為載體，考查考生試驗設(shè)計實力和試驗分析實力。該試驗期望達(dá)到兩個目的：一是驗證酶具有催化作用，可通過設(shè)置有酶和無酶的兩組試驗進(jìn)行探討；二是驗證酶具有高效性，結(jié)合試驗材料，可通過酶與化學(xué)催化劑的比較來實現(xiàn)。因此，本試驗須要設(shè)置3組：H2O2溶液＋蒸餾水、H2O2溶液＋過氧化氫酶溶液、H2O2溶液＋FeCl3溶液。由于該試驗屬于驗證性試驗，試驗結(jié)果是確定的，即加酶的一組中O2釋放速度最快。高溫使酶變性失活，故經(jīng)80℃處理后，加有FeCl3溶液的試管中O