新教材人教版必修1 第5章 第1节 第1课时 酶的作用和本质 学案.docx
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新教材人教版必修1第5章第1节第1课时酶的作用和本质学案
第5章 细胞的能量供应和利用
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
课标要求
核心素养
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。
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。
知识导图
新知预习·双基夯实
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：
（1）实验原理：
H2O2
H2O＋O2
（2）实验过程和现象：
试管编号
试剂
处理
现象
1
2mLH2O2溶液
常温
几乎无气泡产生
2
2mLH2O2溶液
90℃水浴加热
有__较少__气泡
3
2mLH2O2溶液
3.5%FeCl3溶液2滴
有__较多__气泡
4
2mLH2O2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__。
二、酶的作用原理和本质及意义
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）作用机理：
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。
2．酶的本质
3．意义：
使细胞代谢能在__温和__条件下快速进行。
┃┃活学巧练__■
（1）酶的作用是为化学反应提供能量。
（×）
（2）酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率。
（×）
（3）酶在生物体内有催化和调节作用。
（×）
（4）酶是具有催化作用的有机物。
（√）
（5）有些酶中含有核糖。
（√）
（6）酶只有在活细胞内才能发挥作用。
（×）
（7）酶可以从食物中直接获取。
（×）
（8）与无机催化剂相比，酶催化效率更高的原因是酶降低活化能的作用更显著。
（√）
思考：
1．我们吃芹菜时，无论咀嚼多长时间，都感觉不到甜，而吃馒头时，咀嚼时间长了就会有甜味，你知道是什么原因吗？
提示：
芹菜中含大量纤维素，馒头中主要成分为淀粉，人的唾液中含淀粉酶而不含纤维素酶，而酶具有专一性，淀粉酶可将淀粉分解为具有甜味的麦芽糖，却不能将纤维素分解。
2．酶是否只能在活细胞内起作用？
举例说明。
提示：
不是，酶既可以在细胞内起作用，也可以在细胞外起作用，如消化酶等。
学霸记忆·素养积累
重点呈现
1．细胞代谢是细胞中化学反应的总称。
2．酶是生物催化剂，其催化原理是降低化学反应的活化能。
3．酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
课内探究·名师点睛
知识点
酶在细胞代谢中的作用
控制变量
（1）实验中的变量
含义
上述实验中实例
自变量
实验中人为控制的对实验对象进行处理的因素
氯化铁溶液和肝脏研磨液
因变量
随自变量的改变而变化的变量
过氧化氢分解速率
无关变量
除自变量外，实验过程中对实验结果造成影响的变量；无关变量应当始终保持相同
溶液的体积，肝脏研磨液的新鲜程度等
知识贴士
（1）一般实验中“验证××”“探究××”，其中“××”就是自变量。
（2）自变量与因变量具有前因后果关系，实验的目的往往是探究或验证自变量对因变量的影响。
（3）无关变量的判断技巧：
一是外界环境，如温度、pH等；二是材料本身，比如本实验的肝脏研磨液的新鲜程度等。
（2）对照实验
①含义：
除作为自变量的因素外，其余因素都保持一致，并将结果进行比较的实验叫作对照实验。
②分为：
对照组和实验组。
③1号试管在实验中的作用：
对照实验。
说明在正常条件下3%的H2O2不易分解，是比较稳定的，从而说明正是由于加热或催化剂的作用使它快速分解。
┃┃典例剖析__■
典例1下列是对“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验的结果分析，其中正确的是（ C ）
A．在过氧化氢酶的作用下，过氧化氢分解最快，是因为20%的肝脏研磨液的浓度高于FeCl3溶液
B．3.5%的FeCl3溶液对过氧化氢分解速率慢，是因为其浓度过高，影响了活性的正常发挥
C．肝脏研磨液中过氧化氢分解速率快，是因为酶的催化效率比一般无机催化剂的催化效率高
D．如果将4支试管都放在90℃水浴中，第4支试管（加肝脏研磨液的试管）的反应速率仍为最快
解析：
20%肝脏研磨液中的含酶分子数比3.5%FeCl3溶液中Fe3＋数少得多；催化剂浓度大不会影响催化效率；若将4支试管均放入90℃水浴中，第4支试管中的酶将会变性，失去催化能力，因为其化学本质为蛋白质。
┃┃变式训练__■
1．关于生物学实验中的变量，下列说法不正确的是（ A ）
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：
“单一变量原则”和“对照原则”是生物实验两个最基本的原则。
在对照实验中一定存在单一变量（自变量），同时对实验结果会产生影响的无关变量要严格控制。
并不是任何生物学实验都要设置变量，如鉴定类实验一般不需设置变量。
知识点
酶的本质及作用机理
1．关于酶本质的探索过程
2．酶的本质和作用
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）
实验验证
实验组
待测酶液＋双缩脲试剂→是否出现紫色反应
待测酶液＋吡罗红染液→是否出现红色
对照组1
蛋白质样液＋双缩脲试剂→出现紫色反应
RNA样液＋吡罗红染液→出现红色
对照组2
待测酶液
不再具有催化能力
待测酶液
不再具有催化能力
来源
一般活细胞中均能产生
生理功能
具有生物催化功能
作用机理
降低化学反应的活化能
3.酶的作用机理
分析可知：
①E1这一部分的能量是指酶所降低的能量；
②E2这一部分的能量是指酶促反应过程中所需能量；
③E1＋E2＝E这一部分的能量是反应所需总能量，是指无酶催化的时候，分子从常态转变成活跃状态所需的能量，即反应活化能。
┃┃典例剖析__■
典例2（2020·山东省潍坊市期中）细胞代谢离不开
酶。
下列叙述正确的是（ A ）
A．酶既可以作为催化剂，又可以作为反应底物
B．活细胞产生的酶在生物体外没有活性
C．酶通过为化学反应提供能量发挥催化作用
D．不同的活细胞中含有的酶完全不同
解析：
酶既可以作为催化剂，又可以作为反应底物，例如，唾液淀粉酶作为催化剂，能够催化淀粉水解成还原糖，唾液淀粉酶也可以作为反应底物，被蛋白酶催化水解，A正确；若条件适宜，活细胞产生的酶在生物体外也有活性，B错误；酶通过降低化学反应的活化能而发挥催化作用，C错误；不同的活细胞中含有的酶不完全相同，D错误。
规律总结：
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，活细胞一般都能产生酶。
┃┃变式训练__■
2．（2019·天津十二校联考）下列有关酶的叙述，正确的是（ C ）
①酶是具有分泌功能的细胞产生的 ②有的从食物中获得，有的是体内转化而来的 ③酶是活细胞产生的 ④绝大多数酶的化学本质是蛋白质 ⑤有的酶是蛋白质，有的是固醇 ⑥酶在代谢中有多种功能 ⑦酶在新陈代谢和生长发育中起调控作用 ⑧酶只是起催化作用 ⑨酶只在细胞内发挥作用
A．①②⑤ B．③⑦⑨
C．③④⑧D．④⑤⑥
解析：
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质，少数酶为RNA；酶只有催化功能，在个体发育中起调控作用的是激素。
指点迷津·拨云见日
对照实验的几种类型
通过设置对照实验，既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。
对照实验的设置有以下几类：
a．空白对照：
对照组不施加任何处理因素。
b．条件对照：
对照组不施加处理因素，但施加某种与处理因素有关的实验因素。
c．自身对照：
对照组与实验组在同一受试对象上进行，如以病人用药前后的血压值做对比。
d．相互对照：
几种处理（或水平）互为对照。
典例3（不定项）（2020·莆田六中高一月考）如图所示的新鲜土豆片与H2O2接触后，产生的现象及推测正确的是（ ABD ）
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．若增加新鲜土豆片的数量，量筒中产生气体的速率加快
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．为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量
解析：
新鲜土豆片中含有过氧化氢酶，能催化过氧化氢分解产生氧气（气泡）。
增加新鲜土豆片的数量即增加酶的
浓度，可使反应速率加快。
一段时间后，因底物过氧化氢全部被消耗分解，产生的氧气（气体）量不再增加。
为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量。
解疑答惑
问题探讨⇨P76
1．提示：
可以避免胃对肉块的物理性消化。
2．提示：
是胃内的化学物质将肉块分解了。
3．提示：
收集胃内化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。
探究·实践⇨P77
1．提示：
2号试管放出的气泡多。
这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
2．提示：
不能。
3．提示：
说明FeCl3溶液中的Fe3＋和新鲜肝脏研磨液中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
4．提示：
4号试管的反应速率比3号试管快得多。
说明过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高得多。
细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效地进行，只有酶能够满足这样的条件，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。
本实验的结论：
酶具有催化作用，同无机催化剂相比，催化效率更高
思考·讨论⇨P79
1．提示：
巴斯德认为发酵与活细胞有关，这是合理的，但是认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用，这是不正确的；李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质，这是合理的，但是认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用，这是不正确的。
2．提示：
巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。
他们的争论促使后人把对酶的研究的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。
3．提示：
毕希纳的实验说明，酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。
4．提示：
萨姆纳历时9年用正确的科学方法，坚持不懈、百折不挠，历经一次又一次的失败，终于将酶提纯出来。
成功属于不畏艰苦的人。
5．提示：
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，少数酶是RNA。
练习与应用⇨P80
一、概念检测
1．D 酶既可以在生物体内起作用，也可以离开生物体发挥作用，如我们在实验室中可以用淀粉酶催化淀粉水解，A、B错误；绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶是RNA，C错误。
2．D 酶和无机催化剂一样，都不能为反应物提供能量，A错误；酶和无机催化剂都能降低化学反应的活化能，B错误；酶和无机催化剂都能在温和的条件下催化化学反应的进行，C错误；与无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的效果更显著，催化化学反应更高效，D正确。
二、拓展应用
1．探究酶的活性是否受温度的影响
2．提示：
巴斯德：
发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用。
李比希：
引起发酵的是酵母细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。
毕希纳：
酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。
萨姆纳：
酶是蛋白质。
3．提示：
可用双缩脲等试剂检测酶是否为蛋白质。
在萨姆纳之前，之所以很难鉴定酶的本质，主要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。
训练巩固·课堂达标
1．酶的发现经过了许多科学家的研究，以下科学家及其成果不对应的是（ C ）
A．斯帕兰札尼发现胃存在化学性消化
B．毕希纳发现促使酒精发酵的是酵母菌中的某种物质，而不是细胞本身
C．李比希认为酒精发酵是酵母菌代谢活动的结果
D．萨姆纳提取脲酶结晶
解析：
李比希认为引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母菌细胞死亡并裂解后才能发挥作用，C项错误。
2．对盛有过氧化氢的试管加热或加入催化剂，都能够促进其分解，下列相关的叙述正确的是（ B ）
A．二者的基本原理是相同的
B．前者是使过氧化氢分子的能量提高，而后者不影响过氧化氢分子的能量
C．两者都可以降低过氧化氢分子的活化能
D．酶和Fe3＋的作用原理是不同的
解析：
加热主要是使过氧化氢分子的能量提高，达到活化能，使反应进行；催化剂是降低过氧化氢分子的活化能，使分子原来具有的能量达到活化能，从而能够发生反应，二者的基本原理是不同的；酶和Fe3＋都是催化剂，它们的作用原理是相同的，只是效率不同。
3．（2019·山东省菏泽市高一期末）酶作为生物催化剂，其作用的实质是（ D ）
A．降低化学反应的动能B．提高化学反应的速率
C．催化化学反应的进行D．降低化学反应的活化能
解析：
酶的作用是催化作用，可以提高化学反应速率，缩短达到平衡的时间，酶起催化作用的实质是降低化学反应的活化能。
综上所述，A、B、C错误，D正确。
故选D。
4．下表为“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验设计的相关内容，请回答有关问题：
试管编号
加入材料
处理方法
实验现象
1
2mLH2O2溶液＋2滴清水
常温
无气泡
2
2mLH2O2溶液＋2滴清水
90℃水浴加热
少量气泡，带火星的卫生香不复燃
3
2mLH2O2溶液＋2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液
常温
较多气泡，带火星的卫生香复燃
4
2mLH2O2溶液＋2滴新鲜肝脏研磨液
常温
大量气泡，带火星的卫生香猛烈复燃
（1）该实验中，自变量是__温度、催化剂的种类__等反应条件，因变量是H2O2的分解速率。
对照组是__1__（填试管编号），实验组是__2、3、4__（填试管编号）。
（2）比较1号和2号试管，你得出的结论是__加热能提高H2O2的分解速率__。
（3）比较3号和4号试管，你得出的结论是__过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高__。
（4）若某同学按照表中方法做了这个实验，结果试管3和试管4的现象刚好相反，他实验失败的原因可能是__酶容易受外界因素的干扰，或肝脏研磨液不新鲜__。
解析：
（1）实验需要遵循单一变量原则，实验中只有唯一的变量即自变量，对比1和2两组，自变量为温度，3和4组自变量为催化剂的种类；1组为空白对照组，其他为实验组。
（2）1和2组的自变量为温度，可知加热能提高H2O2的分解速率。
（3）3和4组的自变量为催化剂的种类，可知过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高。
（4）酶容易受外界因素的干扰，如温度、pH等，也可能是肝脏研磨液不新鲜。
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