2022年秋高中生物 第五章 细胞的能量供应和利用第1节 降低化学反应活化能的酶学案 新人教版必修1

2022年秋高中生物 第五章 细胞的能量供应和利用 第1节 降低化学反应活化能的酶学案 新人教版必修1学习目标1举例说明酶在细胞代谢中的作用、本质。(重点)2通过阅读分析“关于酶本质的探索”资料，认同科学是在不断探索和争论中前进的。3阐述酶的特性。(重点)4学会分析实验中的自变量、因变量、无关变量等。(难点)核心概念细胞代谢酶活化能高效性专一性一、酶在细胞代谢中的应用1细胞代谢2实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验原理：H2O2在 水浴加热 、 FeCl3溶液 和肝脏研磨液中 过氧化氢酶 的作用下加速分解。(2)实验步骤： 编号步骤1234相同处理向4支试管中分别加入 2 mL过氧化氢溶液 ，并放在试管架上不同处理不处理放入 90 左右的 水浴 中加热滴入 2滴 FeCl3溶液滴入2滴 肝脏研磨液 观察试管内产生的 气泡数量 试管内卫生香 燃烧程度 (3)实验结果： 4号试管产生的气泡最多，卫生香燃烧猛烈 。(4)实验结论： 酶 在常温常压下，可以高效地完成对化学反应的 催化 。二、酶的本质和作用原理三、酶的特性1高效性2专一性：3温度和pH对酶活性影响及曲线(1)温度对酶活性的影响及曲线：T0表示酶促反应的 最适温度 ，此时酶活性 最高 。温度 偏高或偏低 ，酶活性降低。温度 过高 ，酶会失活。(2)pH对酶活性的影响及曲线：P表示酶促反应的 最适pH ，此时酶活性 最高 。pH 偏高或偏低 ，酶活性降低。pH 过高或过低 ，酶会失活。？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。3人体口腔内的唾液淀粉酶进入胃之后还能继续发挥作用吗？为什么？提示：不能。因为胃内pH很低，导致唾液淀粉酶失活。H判断题1酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物。()2酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸。()3酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率。()4酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质，酶的催化作用既可发生在细胞内，也可以发生在细胞外。()5在测定胃蛋白酶活性时，将溶液的pH由10降到2的过程中，胃蛋白酶的活性将逐渐增强。()6酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸。()7高温、低温都可使酶活性降低，二者的作用实质不同。()8在做温度影响酶的活性的实验中，若某两支试管的反应速率相同，在其他条件均相同的条件下，可判断这两支试管所处的环境温度也一定是相同的。()9如果以淀粉为底物，以淀粉酶为催化剂探究温度影响酶活性的实验，则酶促反应的速率既可以通过碘液检测淀粉的分解速率，也可以通过斐林试剂检测淀粉水解产物的生成速率。()10每一种酶只能催化一种或一类化学反应。()知识点1酶的本质和作用Z1酶的概念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具有特性专一性、高效性、需要适宜的pH、温度等2酶的作用机理分析可知：E1这一部分的活化能是指酶所降低的能量；E2这一部分的能量是指酶促反应过程中所需能量；E1E2E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。3酶作用模式图(1)图示中表示酶的为A，判断依据：酶只是改变了反应的进程，在反应的前后数量和性质都不改变；反应物和生成物分别为B和C、D。(2)图示体现了酶的特性：专一性。酶通过特定的空间结构与反应物识别并结合，进而催化反应的进行。Y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，活细胞都能产生酶。D典例1(2018无锡高一检测)下列有关酶的叙述中，正确的是(D)A酶的催化效率总是高于无机催化剂B一个酶分子只起一次作用C酶催化反应能放出更多的能量D催化蛋白质水解的酶的化学本质是蛋白质解析过酸、过碱和高温都会改变酶的空间结构，使酶失活，因而酶的催化效率不一定高于无机催化剂，A错误；酶作为催化剂，在化学反应中可多次起作用，B错误；酶可以降低化学反应的活化能，加快反应的速率，但不能使反应放出更多的能量，C错误；催化蛋白质水解的酶的化学本质是蛋白质，D正确。变式训练1某一不可逆化学反应(SPW)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(D)A甲B乙C丙D丁解析本题以曲线图的形式对酶催化反应的原理进行考查。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。知识点2酶的特性及相关实验分析Z1酶高效性的实验分析(1)思路(2)实例“比较过氧化氢在不同条件下的分解”步骤与结果分析：试管编号3%的H2O2溶液自变量因变量结果分析处理方法气泡多少点燃卫生香检测12 mL几乎没有无复燃H2O2自然分解缓慢22 mL90 左右水浴加热较少复燃加热能促进H2O2分解32 mL滴加质量分数为3.5%的FeCl3溶液2滴较多复燃性较强Fe3能催化H2O2的分解42 mL滴加新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液2滴很多复燃性更强过氧化氢酶有催化H2O2分解的作用，且效率高结论分析：2酶专一性的实验分析(1)思路(2)实例步骤1淀粉淀粉酶蔗糖淀粉酶2等量斐林试剂，水浴加热相同时间现象出现砖红色沉淀无颜色变化结论酶具有专一性3探究温度、pH对酶活性的影响(1)思路(2)实例探究不同温度对酶活性的影响1试管1试管2试管2试管3试管3试管实验步骤12 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 min31与1试管混合摇匀2与2试管混合摇匀3与3试管混合摇匀4冰水中水浴数分钟37 水浴数分钟沸水中水浴数分钟5取出试管，分别滴加2滴碘液摇匀，观察现象实验现象呈蓝色无蓝色出现呈蓝色结论唾液淀粉酶在37 时催化淀粉水解，在0 和100 时不能发挥催化作用。酶的催化作用需要适宜的温度条件，温度过高或过低都影响其催化效率Y有关酶实验设计的两点提醒(1)探究不同温度对酶活性的影响时，在加入酶之前，应将底物在各自温度下处理至少5分钟，确保试管内外温度一致。(2)探究不同pH对酶活性的影响时，可将过氧化氢酶和H2O2溶液分别调至同一pH，再混合，以保证反应一开始便达到预设pH。D典例2(2018潍坊高一检测)“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，相关说法错误的是(D)A氯化铁溶液和肝脏研磨液都属于自变量B过氧化氢分解速率是因变量C过氧化氢的浓度属于无关变量D实验过程中可以变化的因素即为自变量解析实验中可以变化的因素称为变量，其中人为改变的量称为自变量，氯化铁溶液、肝脏研磨液都属于自变量；随自变量的变化而改变的量称为因变量，过氧化氢的分解速率就属于因变量；实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的因素，这些因素称为无关变量。易错提醒：有关影响酶促反应速率的因素的三点提醒(1)酶催化反应时，最适温度和最适pH不会相互影响。(2)酶量的增加会提高酶促反应的速率，但不会改变化学反应的平衡点；适当增加反应物浓度，既改变了反应速率，也改变了反应的进程。(3)不同因素影响酶促反应的速率的本质不同。温度和pH是通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的。底物浓度和酶浓度是通过影响酶与底物的接触而影响酶促反应速率，并不影响酶的活性。变式训练2关于温度对酶活性影响的叙述，错误的是(B)A不同酶的最适温度可能相同B随着温度降低，酶促反应的活化能下降C酶活性最高时的温度不适合该酶的保存D高温下酶失活是酶空间结构破坏的结果解析不同酶的最适温度可能相同，也可能不同，A正确；在一定的范围内随着温度的降低，酶的活性下降，而酶促反应的活化能是不会降低的，B错误；低温时，酶的活性降低，但酶的空间结构稳定，因此，酶制剂适于在低温(04 )下保存，C正确；高温、强酸、强碱都会破坏酶的空间结构，从而使酶失活，D正确。与酶有关的曲线解读1酶高效性的曲线(如图中甲)(1)催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。(2)酶只能缩短达到化学反应平衡点所需的时间，不会改变化学反应的平衡点。(3)酶只能催化已存在的化学反应。2酶专一性的曲线(如图中乙)(1)在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化A反应物参加的反应。(2)在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不催化A反应物参加的反应。3影响酶活性的曲线(如图)(1)在一定条件下，酶活性最大时的温度(或pH)称为该酶的最适温度(或pH)。(2)在一定温度(或pH)范围内，随温度(或pH)的升高，酶的活性增强；当温度(或pH)升高到一定限度时，酶活性会随温度(或pH)的升高而减弱。(3)过酸、过碱、高温会破坏酶的空间结构，导致酶永久失活，而低温时酶的活性降低，不会失活。4酶和反应物的浓度与反应速率的关系曲线(如图)(1)反应速率与酶浓度的关系：在反应物充足，其他条件均适宜的情况下，反应速率与酶浓度成正比(如图中甲)。(2)反应速率与反应物浓度的关系：在酶量一定的条件下，在一定范围内，反应速率会随着反应物浓度的增加而增大，但当反应物浓度达到一定值后，由于受酶数量或酶活性的限制，反应速率不再增大(如图中乙)。5反应时间对酶促反应速率的影响(如图)(1)甲、乙、丙三图中的时间t0、t1、和t2是一致的。(2)随着反应的进行，反应物因被消耗而减少，生成物因生成而增多。(3)t0t1段，因为反应物较充足，所以反应速率较快，反应物消耗较快，生成物生成速度较快。t1t2段，因为反应物的量减少，所以反应速率降低，反应物消耗较慢，生成物生成速率较慢。t2时，反应物被耗尽，生成物也不再增加，此时反应速率为0。典例3某同学研究温度和pH对某酶促反应速率的影响，得到如图所示的曲线。下列分析正确的是(A)A该酶催化反应的最适温度为35左右，最适pH为8B当pH为8时，影响酶促反应速率的主要因素是底物浓度和酶浓度C随pH升高，该酶催化反应的最适温度随之改变D当pH为任何一固定值时，实验结果都可以证明温度对酶促反应速率的影响解析本题考查温度和pH对酶活性的影响及解读曲线的能力。分析曲线可知，当温度为35 、pH为8时，酶促反应速率相对较快，当温度为35 、pH大于或小于8时，酶促反应速率均下降，所以该酶的最适温度为35 左右、最适pH为8；当pH为8时，不同温度下酶促反应速率不同，此时温度是影响酶促反应速率的主要因素；在一定范围内，随pH的升高或降低，该酶催化反应的最适温度均为35 左右；当pH过高或过低时，不同温度下的反应速率可能相同，此时温度已不再是酶促反应速率的影响因素。典例4图甲是过氧化氢酶活性(v)受pH影响的曲线，图乙表示在最适温度下，pHb时过氧化氢分解产生的O2量随时间(t)的变化。若该酶促反应过程中改变某一初始条件，以下改变正确的是(B)ApHa时，e点下移，d点左移B适当降低温度，e点不移，d点右移CpHc时，e点为0D过氧化氢量增加，e点不移，d点左移解析pH由ba时，酶的活性降低，化学反应速率减慢，到达化学反应平衡所需的时间延长，但pH改变不会改变化学反应的平衡点，故e点不移，d点右移，A项错误；图乙是在最适温度下绘制的，若温度降低，则酶活性降低，化学反应速率减慢，到达化学反应平衡所需的时间延长，但温度降低不会改变化学反应的平衡点，故d点右移，e点不移，B项正确；pHc时，过碱条件破坏酶的空间结构使酶失活、不能催化过氧化氢水解，但过氧化氢在常温下也能分解，所以e点不为0，C项错误；过氧化氢量增加时，达到化学反应平衡所需时间延长，且化学反应的平衡点升高，即e点上移，d点右移，D项错误。【解题探究】(1)酶促反应的结果是改变了达到化学反应平衡所需的 时间 ，即改变了 反应速率 ，但不影响反应的平衡点，即不影响 生成物 的量。(2)最适条件下改变影响酶活性的因素，会导致达到化学反应平衡所需的时间 延长 ，但不影响反应的平衡点。【互动探究】(1)若图乙曲线为pHa条件下绘制，当pHb时，d点和e点如何移动？ 提示：pH升高，酶活性增强，化学反应速率加快，达到反应平衡的时间缩短，但不改变化学反应的平衡点，故d点左移、e点不移。 (2)若增加酶的浓度，图乙曲线中d点和e点如何移动？ 提示：增加酶的浓度，反应速率加快，但不影响化学反应的平衡点，故d点左移、e点不移。 【方法规律】分析影响酶促反应速率因素的曲线图的一般方法(1)识标：理解图中纵坐标和横坐标的含义，一般横坐标表示温度、pH、反应时间等，纵坐标表示反应速率等。(2)明点：分析图中起止点和最高点的含义，一般起点为零，最高点表示最适温度或pH，酶的活性最大，止点表示酶的活性为零或生成物的量最大。(3)析图：根据相关原理判断曲线的变化情况，具体看曲线是上升还是下降，从而确定酶促反应速率的变化趋势。1细胞代谢的概念：细胞内每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。2酶的概念：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。3酶的特性：专一性、高效性、作用条件较温和。4酶的作用原理：降低化学反应的活化能。5影响酶活性的主要因素：温度、pH等。酶的作用和本质