2018年秋高中生物 第五章 細胞的能量供應(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.doc

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第1節(jié)　降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1．舉例說明酶在細胞代謝中的作用、本質(zhì)。(重點) 2．通過閱讀分析“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”資料，認同科學(xué)是在不斷探索和爭論中前進的。 3．闡述酶的特性。(重點) 4．學(xué)會分析實驗中的自變量、因變量、無關(guān)變量等。(難點) 核心概念 細胞代謝　酶　活化能　高效性　專一性 一、酶在細胞代謝中的應(yīng)用 1．細胞代謝 2．實驗：比較過氧化氫在不同條件下的分解 (1)實驗原理：H2O2在 水浴加熱 、 FeCl3溶液 和肝臟研磨液中 過氧化氫酶 的作用下加速分解。 (2)實驗步驟：  編號 步驟 1 2 3 4 相同 處理 向4支試管中分別加入 2 mL過氧化氫溶液 ，并放在試管架上 不同 處理 不處理 放入 90℃ 左右的 水浴 中加熱 滴入 2滴 FeCl3溶液 滴入2滴 肝臟研磨液 觀察 試管內(nèi)產(chǎn)生的 氣泡數(shù)量 試管內(nèi)衛(wèi)生香 燃燒程度 (3)實驗結(jié)果： 4號試管產(chǎn)生的氣泡最多，衛(wèi)生香燃燒猛烈 。 (4)實驗結(jié)論： 酶 在常溫常壓下，可以高效地完成對化學(xué)反應(yīng)的 催化 。 二、酶的本質(zhì)和作用原理 三、酶的特性 1．高效性 2．專一性： 3．溫度和pH對酶活性影響及曲線 (1)溫度對酶活性的影響及曲線： ①T0表示酶促反應(yīng)的 最適溫度 ，此時酶活性 最高 。 ②溫度 偏高或偏低 ，酶活性降低。 ③溫度 過高 ，酶會失活。 (2)pH對酶活性的影響及曲線： ①P表示酶促反應(yīng)的 最適pH ，此時酶活性 最高 。 ②pH 偏高或偏低 ，酶活性降低。 ③pH 過高或過低 ，酶會失活。 ？思考 1．我們吃芹菜時，無論咀嚼多長時間，都感覺不到甜，而吃饅頭時，咀嚼時間長了就會有甜味，你知道是什么原因嗎？ 提示：芹菜中含大量纖維素，饅頭中主要成分為淀粉，人的唾液中含淀粉酶而不含纖維素酶，而酶具有專一性，淀粉酶可將淀粉分解為具有甜味的麥芽糖，卻不能將纖維素分解 。 2．酶是否只能在活細胞內(nèi)起作用？舉例說明。 提示：不是，酶既可以在細胞內(nèi)起作用，也可以在細胞外起作用，如消化酶等。 3．人體口腔內(nèi)的唾液淀粉酶進入胃之后還能繼續(xù)發(fā)揮作用嗎？為什么？ 提示：不能。因為胃內(nèi)pH很低，導(dǎo)致唾液淀粉酶失活。 H　　判斷題 1．酶既可以作為催化劑，也可以作為另一個反應(yīng)的底物。(　√　) 2．酶分子在催化反應(yīng)完成后立即被降解成氨基酸。(　　) 3．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。(　　) 4．酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的蛋白質(zhì)，酶的催化作用既可發(fā)生在細胞內(nèi)，也可以發(fā)生在細胞外。(　　) 5．在測定胃蛋白酶活性時，將溶液的pH由10降到2的過程中，胃蛋白酶的活性將逐漸增強。(　　) 6．酶的基本組成單位是氨基酸和脫氧核糖核苷酸。(　　) 7．高溫、低溫都可使酶活性降低，二者的作用實質(zhì)不同。(　√　) 8．在做溫度影響酶的活性的實驗中，若某兩支試管的反應(yīng)速率相同，在其他條件均相同的條件下，可判斷這兩支試管所處的環(huán)境溫度也一定是相同的。(　　) 9．如果以淀粉為底物，以淀粉酶為催化劑探究溫度影響酶活性的實驗，則酶促反應(yīng)的速率既可以通過碘液檢測淀粉的分解速率，也可以通過斐林試劑檢測淀粉水解產(chǎn)物的生成速率。(　　) 10．每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。(　√　) 知識點1　酶的本質(zhì)和作用 Z　 1．酶的概念和作用 化學(xué)本質(zhì) 絕大多數(shù)是蛋白質(zhì) 少數(shù)是RNA 合成原料 氨基酸 核糖核苷酸 合成場所 核糖體 細胞核(主要) 實驗驗證 實驗組 待測酶液＋雙縮脲試劑→是否出現(xiàn)紫色反應(yīng) 待測酶液＋吡羅紅染液→是否出現(xiàn)紅色 對照組1 蛋白質(zhì)樣液＋雙縮脲試劑→出現(xiàn)紫色反應(yīng) RNA樣液＋吡羅紅染液→出現(xiàn)紅色 對照組2 待測酶液不再具有催化能力 待測酶液不再具有催化能力 來源 一般活細胞中均能產(chǎn)生 生理功能 具有生物催化功能 具有特性 專一性、高效性、需要適宜的pH、溫度等 2．酶的作用機理 分析可知： ①E1這一部分的活化能是指酶所降低的能量； ②E2這一部分的能量是指酶促反應(yīng)過程中所需能量； ③E1＋E2＝E這一部分的能量是反應(yīng)所需總能量，是指無酶催化的時候，分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變成活躍狀態(tài)所需的能量，即反應(yīng)活化能。 3．酶作用模式圖 (1)圖示中表示酶的為A，判斷依據(jù)：酶只是改變了反應(yīng)的進程，在反應(yīng)的前后數(shù)量和性質(zhì)都不改變；反應(yīng)物和生成物分別為B和C、D。 (2)圖示體現(xiàn)了酶的特性：專一性。酶通過特定的空間結(jié)構(gòu)與反應(yīng)物識別并結(jié)合，進而催化反應(yīng)的進行。 Y　 有關(guān)酶的四個易錯點 (1)酶并不都是蛋白質(zhì)，有的酶是RNA。 (2)酶不僅在細胞內(nèi)發(fā)揮作用，在細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，不是提供能量。 (4)酶并不是具有分泌功能的細胞才能產(chǎn)生，活細胞都能產(chǎn)生酶。 D　 典例1　(2018無錫高一檢測)下列有關(guān)酶的敘述中，正確的是(　D　) A．酶的催化效率總是高于無機催化劑 B．一個酶分子只起一次作用 C．酶催化反應(yīng)能放出更多的能量 D．催化蛋白質(zhì)水解的酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì) [解析]　過酸、過堿和高溫都會改變酶的空間結(jié)構(gòu)，使酶失活，因而酶的催化效率不一定高于無機催化劑，A錯誤；酶作為催化劑，在化學(xué)反應(yīng)中可多次起作用，B錯誤；酶可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)的速率，但不能使反應(yīng)放出更多的能量，C錯誤；催化蛋白質(zhì)水解的酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，D正確。 〔變式訓(xùn)練1〕　 某一不可逆化學(xué)反應(yīng)(S→P＋W)在無酶和有酶催化時均可以進行。當(dāng)該反應(yīng)在無酶條件下進行到時間t時，向反應(yīng)液中加入催化該反應(yīng)的酶。圖中能正確表示加酶后反應(yīng)物濃度隨反應(yīng)時間變化趨勢的曲線是(　D　) A．甲　 B．乙 C．丙　 D．丁 [解析]　本題以曲線圖的形式對酶催化反應(yīng)的原理進行考查。加入酶后，加快反應(yīng)速率，所以反應(yīng)物濃度下降速度增大，由于該反應(yīng)是不可逆反應(yīng)，所以最后反應(yīng)物都消耗完。 知識點2　酶的特性及相關(guān)實驗分析 Z　 1．酶高效性的實驗分析 (1)思路 (2)實例——“比較過氧化氫在不同條件下的分解” ①步驟與結(jié)果分析： 試管 編號 3%的H2O2溶液 自變量 因變量 結(jié)果分析 處理方法 氣泡 多少 點燃衛(wèi)生香檢測 1 2 mL 幾乎沒有 無復(fù)燃 H2O2自然分解緩慢 2 2 mL 90 ℃左右水浴加熱 較少 復(fù)燃 加熱能促進H2O2分解 3 2 mL 滴加質(zhì)量分數(shù)為3.5%的FeCl3溶液2滴 較多 復(fù)燃性較強 Fe3＋能催化H2O2的分解 4 2 mL 滴加新鮮的質(zhì)量分數(shù)為20%的肝臟研磨液2滴 很多 復(fù)燃性更強 過氧化氫酶有催化H2O2分解的作用，且效率高 ②結(jié)論分析： 2．酶專一性的實驗分析 (1)思路 ① ② (2)實例 步驟 1 淀粉＋淀粉酶 蔗糖＋淀粉酶 2 等量斐林試劑，水浴加熱相同時間 現(xiàn)象 出現(xiàn)磚紅色沉淀 無顏色變化 結(jié)論 酶具有專一性 3．探究溫度、pH對酶活性的影響 (1)思路 (2)實例——探究不同溫度對酶活性的影響 1試管 1′試管 2試管 2′試管 3試管 3′試管 實驗步驟 1 2 mL淀粉溶液 2 mL唾液淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 2 mL唾液淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 2 mL唾液淀粉酶溶液 2 在冰水中水浴5 min 在37 ℃水中水浴5 min 在沸水中水浴5 min 3 1與1′試管混合搖勻 2與2′試管混合搖勻 3與3′試管混合搖勻 4 冰水中水浴數(shù)分鐘 37 ℃水浴數(shù)分鐘 沸水中水浴數(shù)分鐘 5 取出試管，分別滴加2滴碘液搖勻，觀察現(xiàn)象 實驗 現(xiàn)象 呈藍色 無藍色出現(xiàn) 呈藍色 結(jié)論 ①唾液淀粉酶在37 ℃時催化淀粉水解，在0 ℃和100 ℃時不能發(fā)揮催化作用。 ②酶的催化作用需要適宜的溫度條件，溫度過高或過低都影響其催化效率 Y　 有關(guān)酶實驗設(shè)計的兩點提醒 (1)探究不同溫度對酶活性的影響時，在加入酶之前，應(yīng)將底物在各自溫度下處理至少5分鐘，確保試管內(nèi)外溫度一致。 (2)探究不同pH對酶活性的影響時，可將過氧化氫酶和H2O2溶液分別調(diào)至同一pH，再混合，以保證反應(yīng)一開始便達到預(yù)設(shè)pH。 D　 典例2　(2018濰坊高一檢測)“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗中，相關(guān)說法錯誤的是(　D　) A．氯化鐵溶液和肝臟研磨液都屬于自變量 B．過氧化氫分解速率是因變量 C．過氧化氫的濃度屬于無關(guān)變量 D．實驗過程中可以變化的因素即為自變量 [解析]　實驗中可以變化的因素稱為變量，其中人為改變的量稱為自變量，氯化鐵溶液、肝臟研磨液都屬于自變量；隨自變量的變化而改變的量稱為因變量，過氧化氫的分解速率就屬于因變量；實驗過程中還存在一些對實驗結(jié)果造成影響的因素，這些因素稱為無關(guān)變量。 易錯提醒：有關(guān)影響酶促反應(yīng)速率的因素的三點提醒 (1)酶催化反應(yīng)時，最適溫度和最適pH不會相互影響。 (2)酶量的增加會提高酶促反應(yīng)的速率，但不會改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點；適當(dāng)增加反應(yīng)物濃度，既改變了反應(yīng)速率，也改變了反應(yīng)的進程。 (3)不同因素影響酶促反應(yīng)的速率的本質(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。 〔變式訓(xùn)練2〕　關(guān)于溫度對酶活性影響的敘述，錯誤的是(　B　) A．不同酶的最適溫度可能相同 B．隨著溫度降低，酶促反應(yīng)的活化能下降 C．酶活性最高時的溫度不適合該酶的保存 D．高溫下酶失活是酶空間結(jié)構(gòu)破壞的結(jié)果 [解析]　不同酶的最適溫度可能相同，也可能不同，A正確；在一定的范圍內(nèi)隨著溫度的降低，酶的活性下降，而酶促反應(yīng)的活化能是不會降低的，B錯誤；低溫時，酶的活性降低，但酶的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此，酶制劑適于在低溫(0～4 ℃)下保存，C正確；高溫、強酸、強堿都會破壞酶的空間結(jié)構(gòu)，從而使酶失活，D正確。 與酶有關(guān)的曲線解讀 1．酶高效性的曲線(如圖中甲) (1)催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)速率，與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。 (2)酶只能縮短達到化學(xué)反應(yīng)平衡點所需的時間，不會改變化學(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．酶專一性的曲線(如圖中乙) (1)在A反應(yīng)物中加入酶A，反應(yīng)速率較未加酶時明顯加快，說明酶A催化A反應(yīng)物參加的反應(yīng)。 (2)在A反應(yīng)物中加入酶B，反應(yīng)速率和未加酶時相同，說明酶B不催化A反應(yīng)物參加的反應(yīng)。 3．影響酶活性的曲線(如圖) (1)在一定條件下，酶活性最大時的溫度(或pH)稱為該酶的最適溫度(或pH)。 (2)在一定溫度(或pH)范圍內(nèi)，隨溫度(或pH)的升高，酶的活性增強；當(dāng)溫度(或pH)升高到一定限度時，酶活性會隨溫度(或pH)的升高而減弱。 (3)過酸、過堿、高溫會破壞酶的空間結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致酶永久失活，而低溫時酶的活性降低，不會失活。 4．酶和反應(yīng)物的濃度與反應(yīng)速率的關(guān)系曲線(如圖) (1)反應(yīng)速率與酶濃度的關(guān)系：在反應(yīng)物充足，其他條件均適宜的情況下，反應(yīng)速率與酶濃度成正比(如圖中甲)。 (2)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系：在酶量一定的條件下，在一定范圍內(nèi)，反應(yīng)速率會隨著反應(yīng)物濃度的增加而增大，但當(dāng)反應(yīng)物濃度達到一定值后，由于受酶數(shù)量或酶活性的限制，反應(yīng)速率不再增大(如圖中乙)。 5．反應(yīng)時間對酶促反應(yīng)速率的影響(如圖) (1)甲、乙、丙三圖中的時間t0、t1、和t2是一致的。 (2)隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)物因被消耗而減少，生成物因生成而增多。 (3)t0～t1段，因為反應(yīng)物較充足，所以反應(yīng)速率較快，反應(yīng)物消耗較快，生成物生成速度較快。t1～t2段，因為反應(yīng)物的量減少，所以反應(yīng)速率降低，反應(yīng)物消耗較慢，生成物生成速率較慢。t2時，反應(yīng)物被耗盡，生成物也不再增加，此時反應(yīng)速率為0。 典例3　 某同學(xué)研究溫度和pH對某酶促反應(yīng)速率的影響，得到如圖所示的曲線。下列分析正確的是(　A　) A．該酶催化反應(yīng)的最適溫度為35℃左右，最適pH為8 B．當(dāng)pH為8時，影響酶促反應(yīng)速率的主要因素是底物濃度和酶濃度 C．隨pH升高，該酶催化反應(yīng)的最適溫度隨之改變 D．當(dāng)pH為任何一固定值時，實驗結(jié)果都可以證明溫度對酶促反應(yīng)速率的影響 [解析]　本題考查溫度和pH對酶活性的影響及解讀曲線的能力。分析曲線可知，當(dāng)溫度為35 ℃、pH為8時，酶促反應(yīng)速率相對較快，當(dāng)溫度為35 ℃、pH大于或小于8時，酶促反應(yīng)速率均下降，所以該酶的最適溫度為35 ℃左右、最適pH為8；當(dāng)pH為8時，不同溫度下酶促反應(yīng)速率不同，此時溫度是影響酶促反應(yīng)速率的主要因素；在一定范圍內(nèi)，隨pH的升高或降低，該酶催化反應(yīng)的最適溫度均為35 ℃左右；當(dāng)pH過高或過低時，不同溫度下的反應(yīng)速率可能相同，此時溫度已不再是酶促反應(yīng)速率的影響因素。 　　典例4　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)的變化。若該酶促反應(yīng)過程中改變某一初始條件，以下改變正確的是(　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0 D．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，到達化學(xué)反應(yīng)平衡所需的時間延長，但pH改變不會改變化學(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，到達化學(xué)反應(yīng)平衡所需的時間延長，但溫度降低不會改變化學(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)的平衡點升高，即e點上移，d點右移，D項錯誤。 【解題探究】　 (1)酶促反應(yīng)的結(jié)果是改變了達到化學(xué)反應(yīng)平衡所需的 時間 ，即改變了 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)最適條件下改變影響酶活性的因素，會導(dǎo)致達到化學(xué)反應(yīng)平衡所需的時間 延長 ，但不影響反應(yīng)的平衡點。 【互動探究】　 (1)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升高，酶活性增強，化學(xué)反應(yīng)速率加快，達到反應(yīng)平衡的時間縮短，但不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點，故d點左移、e點不移。 (2)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。 【方法規(guī)律】　分析影響酶促反應(yīng)速率因素的曲線圖的一般方法 (1)識標(biāo)：理解圖中縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)的含義，一般橫坐標(biāo)表示溫度、pH、反應(yīng)時間等，縱坐標(biāo)表示反應(yīng)速率等。 (2)明點：分析圖中起止點和最高點的含義，一般起點為零，最高點表示最適溫度或pH，酶的活性最大，止點表示酶的活性為零或生成物的量最大。 (3)析圖：根據(jù)相關(guān)原理判斷曲線的變化情況，具體看曲線是上升還是下降，從而確定酶促反應(yīng)速率的變化趨勢。 1．細胞代謝的概念：細胞內(nèi)每時每刻都進行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為細胞代謝。 2．酶的概念：酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA。 3．酶的特性：專一性、高效性、作用條件較溫和。 4．酶的作用原理：降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。 5．影響酶活性的主要因素：溫度、pH等。 酶的 作用 和本 質(zhì)