版生物新教材导学人教必修1第5章 细胞的能量供应和利用 酶的作用和本质.docx
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版生物新教材导学人教必修1第5章细胞的能量供应和利用酶的作用和本质
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
内容标准要求
核心素养对接
学业质量水平
1.概述酶的作用和本质。
2.通过对有关酶实验的分析，学会控制变量和设计对照实验。
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。
水平一
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。
水平二
研读教材·梳理探究
酶在代谢中的作用
———————————————知识梳理———————————————
一、酶在细胞代谢中的作用
1.剖析细胞代谢的概念
（1）场所：
活细胞内。
（2）实质：
各种化学反应的总称。
细胞中的能量释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现
（3）意义：
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
（1）实验原理：
（2）实验过程和现象：
试管编号
加入物质
处理
现象
1
2mLH2O2溶液
加2滴蒸馏水
基本无气泡产生
2
2mLH2O2溶液
加2滴FeCl3溶液
有较多气泡产生
3
2mLH2O2溶液
加2滴肝脏研磨液
有大量气泡产生
每滴溶液中Fe3＋数大约是每滴肝脏研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。
———————————————素养提升———————————————
科学探究——比较过氧化氢在不同条件下的分解
下图为比较过氧化氢在不同条件下的分解的实验，探讨下列问题：
（1）实验材料的选择和处理
①实验中使用的肝脏为什么必须是新鲜的？
提示 新鲜肝脏细胞中过氧化氢酶活性较高。
②实验中为什么把肝脏制备成肝脏“研磨液”？
提示 制成肝脏研磨液会增大酶与过氧化氢的接触面积，加快分解速率。
③实验中滴加FeCl3溶液和肝脏研磨液的滴管能否混用？
为什么？
提示 不能。
因为酶具有高效性，少量的酶带入FeCl3溶液会干扰实验结果。
（2）实验过程和结果分析
①实验中可用哪些方法检测过氧化氢分解的速率大小？
提示 a.气泡目测法：
可以通过反应时单位时间内产生气泡的多少来判定H2O2分解速率的大小。
b.卫生香复燃法：
可以通过带火星的卫生香复燃剧烈程度来判定H2O2分解速率的大小。
②第一组和第二组对照、第一组和第三组对照，可得出什么结论？
提示 FeCl3及过氧化氢酶都可以促进H2O2的分解，说明FeCl3和过氧化氢酶都具有催化作用。
③第二组和第三组对照，可得出什么结论。
提示 过氧化氢酶催化H2O2分解的效率高于FeCl3，说明酶具有高效性。
（3）实验变量控制
[典例1]在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，对实验的处理如下表所示。
下列有关分析不正确的是（ ）
试管组别
实验处理
加入体积分数为3%的过氧化氢溶液/mL
温度
加入试剂
试管1
2
常温
试管2
2
90__℃
试管3
2
常温
2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液
试管4
2
常温
2滴质量分数为20%的肝脏研磨液
A.上表实验处理研究了温度和催化剂种类两个自变量
比四支试管处理方式，分析其“不同之处”则为该实验的“自变量”，而实验结果的不同是由该变量引起的
B.试管2中没有加入任何试剂，应为空白对照组
C.试管4和试管1形成对照，可说明酶具有催化作用
D.若要研究生物催化剂与无机催化剂的差别，可选用实验组合试管3和试管4对
解析 分析表格数据可知，试管1和试管2的变量为温度，试管3和试管4的变量为催化剂种类，即温度和催化剂种类均是自变量；试管2虽没有添加任何试剂，但是温度与试管1不同，因此试管2也是实验组；试管1和试管4的不同点为是否添加了酶，二者对照可以证明酶具有催化作用；试管3和试管4的不同点是催化剂的种类（酶或无机催化剂）。
答案 B
[变式训练1]在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，把新鲜肝脏制成研磨液的目的是（ ）
A.保护过氧化氢酶
B.有利于过氧化氢酶与反应物的接触
C.提高过氧化氢酶的活性
D.有利于对实验结果的观察
解析 研磨可破坏肝细胞，使细胞内的H2O2酶充分释放出来，以增大与反应物的接触面积。
答案 B
联想质疑
★毕希纳将酵母细胞研磨后，过滤得不含酵母细胞的提取液：
在这些提取液中加入葡萄糖，一段时间后，发现糖液发酵变成了酒。
★实验证明酶的高效性。
界定对照组与实验组
对照组：
未施加实验变量的组（如本题第一组）；
实验组：
施加了变量处理的组（如本题第二、第三组）；
进行对照实验时必须保持实验组与对照组间单一变量（欲探究的变量），其他因素均适宜且相同。
90℃高温可为H2O2分子辅助提供能量，“如同汽车加了油门”。
1.训练1中，过氧化氢酶在反应前后有变化吗？
提示：
酶在化学反应前后的数量和性质均不改变。
2.如果增加过氧化氢酶的数量，最终产生的气体总量会怎样？
提示：
不变
酶的作用原理和本质
———————————————知识梳理———————————————
1.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：
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。
（3）意义：
使细胞代谢能在温和条件下快速进行。
2.酶的本质
（1）合成场所：
活细胞中。
（2）化学本质：
绝大多数是蛋白质，极少数是RNA。
———————————————素养提升———————————————
科学探究——酶的作用原理和本质
下图两条曲线分别代表某化学反应在有酶催化和无催化剂的反应曲线，结合曲线探究以下问题：
对酶在细胞代谢中作用的理解
（1）酶只能催化热力学上允许进行的反应。
（2）酶通过降低活化能加快化学反应速率。
（3）酶只提高化学反应速率，缩短反应时间，不会改变化学平衡位置。
（4）在反应前后，酶的化学性质和数量将保持不变。
（1）描述下列线段代表的含义：
AC：
无催化剂时化学反应需要的活化能。
BC：
有酶催化时化学反应需要的活化能。
AB：
酶催化所降低的活化能。
（2）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，但会提供反应所需的能量。
[典例2]下列关于酶的叙述中正确的一项是（ ）
①酶是活细胞产生的 ②酶都有消化功能 ③酶的本质是蛋白质，蛋白质都是酶 ④酶能够降低化学反应的活化能 ⑤淀粉酶能促进淀粉水解 ⑥酶只有在生物体内才起催化作用
A.①②③ B.①②④ C.①②④⑤ D.①④⑤
解析 ②有些酶可以促进物质的合成，不具有消化功能，②错误；③酶是蛋白质或RNA，蛋白质不一定是酶，③错误；⑥只要条件适宜，酶在生物体外也可催化相应的化学反应，⑥错误。
答案 D
[变式训练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
解析 根据题意分析可知，RNA能催化化学反应，是一种生物催化剂。
答案 B
【归纳概括】
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
联想质疑
★大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。
★酶的作用机理：
犹如汽车走隧道其耗能减少。
巧记酶概念的“二、一、一、一”
1.活细胞是否都产生酶？
提示：
不是，比如哺乳动物成熟的红细胞。
2.酶能否在细胞外起作用？
提示：
能，如消化酶。
课堂小结
随堂检测
1.酶是生物体内很多生化反应的必要条件，下列关于酶的叙述中，正确的是（ ）
A.酶的基本单位是氨基酸
B.酶的作用能够使更多的反应物转化为产物
C.酶都是在核糖体上合成的
D.食物中的蛋白质只有在蛋白酶和肽酶的催化下才能消化成氨基酸
解析 蛋白质在蛋白酶的作用下水解成多肽，然后在肽酶的作用下水解成氨基酸。
答案 D
2.用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。
由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是（ ）
A.蛋白质B.脂肪酶
C.RNAD.淀粉酶
解析 核糖体的主要成分是蛋白质和RNA，蛋白酶将核糖体中的蛋白质水解后只剩下RNA，所以发挥催化作用的是RNA。
答案 C
3.下列关于活化能的叙述，不正确的是（ ）
A.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
B.无机催化剂、水浴加热都可以降低化学反应的活化能
C.酶可以降低化学反应的活化能
D.同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用效果更显著
解析 酶和无机催化剂均能降低化学反应的活化能，同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用效果更显著；水浴加热可以给化学反应提供能量，但不能降低化学反应的活化能。
答案 B
4.在如图所示的实验中，属于自变量的是（ ）
A.试管中的过氧化氢溶液的量
B.过氧化氢分解的速率
C.产生气泡速率
D.催化剂的种类
解析 试管中的过氧化氢溶液的量为无关变量，A错误；过氧化氢分解的速率是因变量，B错误；气泡产生的速率，也是因变量，C错误；在题图所示的实验中属于自变量的是无机催化剂“氯化铁”与有机催化剂“过氧化氢酶”，即催化剂种类，D正确。
答案 D
5.下图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解实验”。
相关分析合理的是（ ）
A.本实验的因变量是不同的催化剂
B.本实验的无关变量有温度和酶的用量等
C.1号与3号、1号与4号可分别构成对照实验
D.分析1号、2号试管的实验结果可知加热能降低反应的活化能
答案 C
课时作业
（时间：
30分钟）
知识点1 比较过氧化氢在不同条件下的分解
1.关于生物学实验中的变量，下列说法错误的是（ ）
A.任何生物学实验中都需要设置变量
B.对照实验中应遵循单一变量原则
C.对照实验中一定存在自变量
D.无关变量并不是与实验结果没有关系
解析 只有对照实验中才需设置变量，纯粹的观察实验（如用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体）则无需设置变量。
答案 A
2.在小型圆底烧瓶内盛等量的H2O2溶液，迅速加入等量的下列图示中的物质，烧瓶口紧包着一个小气球，使烧瓶沉于烧杯底部的同一位置。
下列装置中，沉入底部的烧瓶最先浮起的是（ ）
解析 H2O2被Fe3＋或肝脏研磨液中的过氧化氢酶催化分解产生H2O和O2。
新鲜的肝脏研磨液在37℃条件下催化效率最高，产生气体最快，故最先浮起来。
答案 C
3.如图中的新鲜土豆片与H2O2接触后，产生的现象及推测错误的是（ ）
A.若有气体大量产生，可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶
B.为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量
C.一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限
D.若增加新鲜土豆片的数量，量筒中产生气体的速率加快
解析 若有气体大量产生，说明化学反应速率快，由此可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶，A正确；为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量，B正确；一段时间后气体量不再增加是因为过氧化氢已经消耗完，C错误；新鲜土豆片中含过氧化氢酶，增加新鲜土豆片的数量即增加酶的数目，这样会加快化学反应速率，使量筒中产生的气体速率加快，D正确。
答案 C
知识点2 酶的作用原理和本质
4.下列关于酶的叙述，正确的是（ ）
A.酶只有在生物体内才能起催化作用，起催化作用的本质是提高反应的活化能
B.所有酶都含有C、H、O、N四种化学元素
C.人体内的酶进行催化过程中，酶本身不变，所以酶不会发生自我更新
D.酶都在核糖体上合成
解析 酶是由活细胞产生的，在细胞内和细胞外都可发挥催化作用，酶的作用机理是降低化学反应的活化能。
酶的本质是蛋白质或RNA，故都含有C、H、O、N四种元素，在核糖体或细胞核中合成。
反应前后，酶本身不变，但人体内的酶在不断更新。
答案 B
5.下列图中，①表示有酶催化的反应曲线，②表示没有酶催化的反应曲线，E表示酶降低的活化能。
正确的图解是（ ）
解析 酶可以有效降低化学反应所需的活化能，以保证细胞内的反应在常温、常压下高效地进行，酶降低的活化能＝没有酶催化时化学反应所需的能量－有酶催化时化学反应所需的能量。
答案 C
6.酶具有极强的催化功能，最根本的原因是（ ）
①增加了反应物之间的接触 ②降低了反应物分子的活化能 ③提高了反应物分子的活化能 ④本身的数量和性质不变化，可反复利用
A.①②B.②③
C.③④D.②④
解析 酶之所以具有极强的催化功能，关键是它能降低化学反应的活化能，并且它与无机催化剂一样，化学反应前后本身数量和性质不改变，可反复利用。
答案 D
7.下列实验所采取的措施，不涉及“降低化学反应活化能”原理的是（ ）
A.利用果胶酶提高水果的出汁率
B.滴加肝脏研磨液促使过氧化氢的分解
C.滴加FeCl3溶液提高过氧化氢的分解速率
D.利用水浴加热提高过氧化氢的分解速率
解析 利用果胶酶提高水果出汁率的机理是果胶酶可催化植物细胞壁中的果胶水解，从而使果汁更易榨出；肝脏研磨液中含过氧化氢酶，可催化过氧化氢水解；FeCl3可作为无机催化剂降低化学反应的活化能，从而提高过氧化氢的分解速率，故A、B、C项错误，利用水浴加热提高过氧化氢的分解速率是利用升高温度来提供能量使反应物达到活化态的原理来加快过氧化氢的分解，D项正确。
答案 D
8.甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如图所示。
下列分析错误的是（ ）
A.甲酶能够抗该种蛋白酶降解
B.甲酶不可能是具有催化功能的RNA
C.乙酶的化学本质为蛋白质
D.乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变
解析 分析题干及图可知，甲酶的化学本质不是蛋白质，有可能是具有催化作用的RNA，乙酶的化学本质为蛋白质。
答案 B
9.下列场所一定不能合成酶的是（ ）
A.细胞核B.溶酶体
C.叶绿体D.线粒体
解析 酶的化学本质是蛋白质或RNA。
细胞核内可以合成RNA；叶绿体和线粒体属于半自主性细胞器，含有核糖体，能合成蛋白质。
答案 B
10.关于生物体产生的酶的叙述，错误的是（ ）
A.酶的化学本质是蛋白质或RNA
B.脲酶能够将尿素分解成氨和CO2
C.蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶类
D.纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁
解析 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其化学本质是蛋白质或RNA，A正确；尿素在脲酶的催化作用下分解成氨和CO2，B正确；蛋白酶和淀粉酶都可以将生物大分子水解成小分子，属于水解酶类，C正确；植物细胞壁的主要成分是纤维素，细菌细胞壁的成分是肽聚糖，纤维素酶能够降解植物细胞壁而不能降解细菌细胞壁，D错误。
答案 D
11.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（ ）
A.甲B.乙
C.丙D.丁
解析 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。
答案 D
12.下表是有关H2O2的系列实验，回答有关问题。
序号
反应物
加入物质
条件
现象
X
1
H2O2
无
室温
几乎无气泡
X1
2
H2O2
氯化铁
室温
X2
3
H2O2
土豆浸出液
室温
X3
4
H2O2
新鲜唾液
室温
X4
（1）序号3的实验现象是________________________________________________。
（2）序号3的土豆浸出液中含有的对此实验起作用的物质是________，土豆浸出液________（填“能”或“不能”）重复使用。
（3）若表中X的内容是收集100mL气体所需的时间，你预测X1、X2、X3、X4的大小关系是_________________________________________________________。
解析
（1）序号3中加入的土豆浸出液中含有过氧化氢酶，会产生大量气泡。
（2）酶可以重复使用。
（3）序号4中的唾液中含有唾液淀粉酶，对H2O2分解不起催化作用，故X1≈X4>X2>X3。
答案
（1）产生大量气泡
（2）过氧化氢酶 能
（3）X1≈X4>X2>X3
13.在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，对实验的处理如表所示。
试管组别
实验处理加入3%H2O2/mL
温度
加入试剂
试管1
2
常温
/
试管2
2
90℃
/
试管3
2
常温
2滴3.5%FeCl3溶液
试管4
2
常温
2滴20%肝脏研磨液
（1）在上表的实验处理中，研究了哪些自变量？
________________，写出一种无关变量________________。
（2）该实验用的肝脏要求新鲜原因是______________________________________
____________________________________________________________________。
（3）若要研究生物催化剂与无机催化剂的差别，可选用的实验组合是_____________________________________________________________________。
（4）若试管1和试管2组成对照实验，能说明的问题是________________________
________________________________________________________________。
（5）除了（4）小题的对照实验，请再找出一组对照实验，________________________，该对照实验说明的问题是____________________________________________。
（6）上述实验中的________________是实验组，____________是对照组。
解析
（1）由表中的实验处理可知，实验的自变量是温度和催化剂种类，过氧化氢溶液、FeCl3溶液、肝脏研磨液的用量和溶液的pH等都属于无关变量。
（2）肝脏放置时间太久，会被微生物破坏，其中含有的过氧化氢酶被破坏，失去催化过氧化氢分解的能力。
（3）若要研究生物催化剂和无机催化剂的差别，实验的自变量是催化剂种类，因此可选用表格中的试管3和试管4。
（4）试管1和试管2的实验处理不同的是温度，二者比较可以说明温度对过氧化氢分解具有促进作用，其作用原理是加热使过氧化氢分子得到能量，促使其分解。
（5）分析表格中实验处理，除试管1与试管2对照外，还有试管1与试管3或试管4，说明无机催化剂Fe3＋或生物催化剂过氧化氢酶都具有催化过氧化氢分解的作用；试管1与试管3、试管4对照，则可说明过氧化氢酶催化过氧化氢分解的效率比Fe3＋高。
（6）题述实验中的试管2、3、4是实验组，试管1是对照组。
答案
（1）温度、催化剂种类 过氧化氢溶液的用量、FeCl3溶液的用量、肝脏研磨液的用量、溶液的pH（写出一种即可）
（2）肝脏放置时间长，过氧化氢酶会被破坏，影响实验效果 （3）试管3和试管4 （4）加热促使过氧化氢分解 （5）答案一：
试管1和试管3 FeCl3溶液能催化过氧化氢的分解 答案二：
试管1和试管4 肝脏研磨液中的过氧化氢酶能催化过氧化氢的分解 答案三：
试管1、试管3和试管4 FeCl3溶液中的Fe3＋和肝脏研磨液中的过氧化氢酶都能催化过氧化氢的分解，且过氧化氢酶的催化效率高于FeCl3溶液中的Fe3＋ （6）试管2、试管3和试管4 试
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