高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》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一 酶的作用和本质第1课时学案及答案

这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》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一 酶的作用和本质第1课时学案及答案，共15页。

说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质。
素养达成
设疑激趣
上海举行的中国国际食品添加剂和配料展上，帝斯曼展出了一系列酶制剂产品，以帮助食品生产厂商节能减排。该公司推出的PanamreSpring产品与其他乳化剂相比，能降低生产过程近80%的碳排放量；微生物磷脂酶CakeZyme产品能使食品厂商在生产蛋糕等食品中节省20%的鸡蛋用量，延长保质期；高性能酶制剂RapidaseFPSuper能有效避免新鲜水果在经过机械或热处理加工后产生的不良副作用，改善口感。
酶在人们的生活中越来越重要，那么酶具有什么作用？酶的化学本质又是什么呢？
夯基提能·分层突破——互动·探究·智涂
探究点一 酶在细胞代谢中的作用
一、结合教材P77，通过比较过氧化氢在不同条件下的分解来认识酶在细胞代谢中的作用。请据图分析：
1．结合实验材料、用具、操作步骤及安全性等方面，思考下列问题：
(1)实验时，选用新鲜的肝脏作为实验材料的原因。
(2)在实验中，为什么将肝脏研磨成溶液？
(3)在滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时，为什么不能共用一支吸管？
2．实验过程和实验结果分析
(1)2、3、4号三支试管都有气泡放出，但4号试管放出的气泡最多，说明了什么？
(2)与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？
(3)通过对这个实验结果的分析，你认为酶在细胞代谢中具有什么作用？
二、结合教材P78图5－1及下图分析酶的作用原理：
(1)表示无酶催化时反应进行需要的活化能的是______段。
(2)表示有酶催化时反应进行所需要的活化能的是______段。
(3)酶降低的活化能是______段。
(4)若将酶变为无机催化剂，则B在纵轴上向______移动。
(5)下表数据是在20℃测得的H2O2分解的活化能，数据说明酶和无机催化剂相比有什么不同？
[易错警示]
(1)酶和无机催化剂一样，并不改变平衡点的位置，只是改变化学反应的速率，使化学反应更快地达到平衡点。酶在反应前后的数量和性质不变。
(2)无机催化剂和酶都能提高反应速率，但是酶的催化效率更高；酶不能为化学反应提供所需要的能量，而是通过降低反应的活化能来加快反应速率。
(3)酶只能催化原本能进行的反应，而不能催化原本不能进行的反应。
[特别提醒] 实验组与对照组
接受自变量处理的实验为实验组；没接受自变量处理的实验为对照组。
1.比较过氧化氢在不同条件下的分解实验分析
(1)实验的变量与对照
(2)由上述实验可以说明
①1、4号试管对照⇒酶具有催化作用。
②1、3、4(或3、4)号试管对照⇒与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
2．酶的作用机理曲线分析
(1)图中ac和bc段分别表示无催化剂和酶催化时反应进行所需要的活化能。
(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，但会提供活化能。
1．(合格考)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
2．(合格考)下列各图中，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。其中正确的图解是( )
3．(等级考)(不定项)过氧化氢酶能分解过氧化氢，氧化焦性没食子酸呈橙红色。为探究白菜梗中是否存在过氧化氢酶，设计实验如下表。下列相关叙述正确的是( )
A.1号管为对照组，其余不都是实验组
B．2号管为对照组，其余都为实验组
C．若3号管显橙红色，与1、2、4组对照证明白菜梗中存在过氧化氢酶
D．若4号管不显橙红色，可证明白菜梗中无过氧化氢酶
探究点二 酶的本质
1.结合教材P79～80关于酶本质的探索回答下列问题：
(1)巴斯德和李比希争论的焦点是什么？
(2)从毕希纳的实验可以得出什么结论？
(3)结合巴斯德和李比希的观点及毕希纳的实验结果，分析酶的产生和发挥作用是否都必须在细胞内进行？阐述理由。
2．科学家从一种叫四膜虫的生物中获得某种酶的结晶，你能设计实验鉴定该酶是蛋白质还是RNA吗？请简要说明实验思路和结论。
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)并不是具有分泌功能的细胞才能产生酶，活细胞一般都能产生酶。
[延伸拓展]
(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，比如本实验的过氧化氢浓度等。
1.关于酶本质的探索
2．酶的本质及生理功能
注：酶只有催化作用，没有调节功能；酶可作为催化剂，也可以作为反应底物。
3．酶化学本质的实验验证
(1)证明某种酶是蛋白质
实验组：待测酶液＋双缩脲试剂→是否出现紫色反应。
对照组：已知蛋白液＋双缩脲试剂→出现紫色反应。
(2)证明某种酶是RNA
实验组：待测酶液＋吡罗红染液→是否出现红色。
对照组：已知RNA液＋吡罗红染液→出现红色。
1．(合格考)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
B．酶都有消化作用
C．调节新陈代谢的物质不是酶
D．所有酶与双缩脲试剂作用均可发生紫色反应
2．(合格考)如图为酶催化反应的过程示意图，以数字编号的图形分别表示反应物、酶、生成物等反应要素，其中表示酶的图形编号是( )
A．① B．②C．③ D．④
3．(等级考)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，此种化学反应立即减慢。由此可以说明( )
A.RNA是核酸的一种
B．RNA有时也可称为遗传物质
C．RNA主要存在于细胞质中
D．RNA也可作为生物催化剂
4．(等级考)德国化学家毕希纳将酵母细胞放在石英砂中用力研磨、加水搅拌，再进行加压过滤，得到不含酵母细胞的提取液。在这些汁液中加入葡萄糖，一段时间后冒出气泡，糖液居然变成了酒。根据以上实验，分析得出的结论错误的是( )
A．葡萄糖变成酒的过程中发生了化学变化
B．将糖变成酒的物质是汁液中的酿酶
C．研磨有利于酵母细胞内酿酶的释放
D．该实验证明酿酶的化学本质是蛋白质
强化落实·学业达标——归纳·提升·素养
高效课堂·实践运用——巩固·达标·反馈
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
2．酶作为一种生物催化剂，具有下列哪种能量效应( )
A．降低化学反应活化能
B．增加化学反应活化能
C．增加产物的能量水平
D．降低反应物的能量水平
3．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
4．吸能反应指产物分子的能量高于反应物分子，放能反应是产物分子的能量低于反应物分子。如图为某反应在有酶和无酶催化两种条件下的能量变化，据图分析下列叙述错误的是( )
A．该反应为吸能反应
B．曲线Ⅰ表示无酶催化条件
C.E3表示酶降低的反应活化能
D．E4表示有酶条件下反应的活化能
5．为了探究口腔的分泌液中是否有蛋白酶，某同学设计了两组实验，如图所示。在37℃水浴中保温一段时间后，1、2号试管中加入适量双缩脲试剂，3、4号试管中不加任何试剂，下列实验能达到目的的是( )
A．实验②B．实验①、实验②都能
C．实验①D．实验①、实验②都不能
6．下表是有关过氧化氢的系列实验，回答有关问题。
(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________，土豆浸出液能否重复使用？________(选填“能”或“不能”)。
疑难解答·名师指津——释疑·解惑·教材
问题探讨
1．提示：排除胃的物理性消化。
2．提示：是胃内的化学物质将肉块分解了。
3．提示：收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。
练习与应用
一、概念检测
1．D 2.D
二、拓展应用
1．提示：加入2滴煮沸过的肝脏研磨液的5号试管，可以与加入新鲜的肝脏研磨液的4号试管做对照；加入2滴蒸馏水的6号试管可以作为3号试管和4号试管的对照组。
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：引起发酵的是细胞中的某些物质，但是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：可将该酶结晶制备成酶溶液，在试管中注入2mL酶溶液，然后向2支试管中各加入2mL双缩脲试剂A液，振荡，再向试管中加入3～4滴双缩脲试剂B液，振荡。如果试管出现紫色则说明酶是蛋白质，如果试管中不出现紫色说明酶不是蛋白质；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。
第1课时 酶的作用和本质
夯基提能·分层突破
探究点一
【师问导学】
一、
1．(1)肝脏如果不新鲜，肝细胞内的H2O2酶等有机物就会在腐生菌的作用下分解，就不能促进H2O2分解成H2O和O2。
(2)研磨肝脏，使过氧化氢酶释放出来，释放出的过氧化氢酶与试管内过氧化氢分子充分接触，加速过氧化氢的分解。
(3)滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时，不能共用一支吸管，否则滴加的FeCl3溶液中会含少量肝脏研磨液，而研磨液中的H2O2酶具有高效性，会使两支试管中产生的气泡差别不大，不易对比观察，从而影响实验结果的准确性。
2．(1)加热、无机催化剂和酶都能促进过氧化氢的分解，提高反应速率，但是酶的催化效率更高。
(2)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。
(3)酶在常温常压下，可以高效地完成对化学反应的催化，即酶具有催化化学反应的作用。
二、
(1)AC (2)BC (3)AB (4)上 (5)和无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，即催化效率更高。
【随堂检测】
1．解析：本实验的因变量是气泡的产生速率，即过氧化氢的分解速率；温度是自变量，酶的用量是无关变量；1号与3号、1号与4号中只有一个实验变量不同，可分别构成对照实验；2号在高温下出现气泡的原因是加热使过氧化氢分子得到能量，从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态，不是降低反应的活化能。
答案：C
2．解析：活化能是指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。酶可以降低活化能，使反应更容易进行。
答案：C
3．解析：该实验的目的是探究白菜梗中是否存在过氧化氢酶，自变量是白菜梗的有无，则1号、2号和4号都是对照组，3号是实验组，A正确、B错误。若3号与1、2、4号对照，2号管与3号管显橙红色，1号管与4号管无色则证明白菜梗中存在过氧化氢酶，C正确；若4号管不显橙红色，与3号对照，则说明高温使过氧化氢酶变性失活，D错误。
答案：AC
探究点二
【师问导学】
1．(1)巴斯德提出，发酵需活酵母菌细胞参与；李比希认为，酵母菌细胞死亡后释放出某些物质引起发酵。
(2)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，结果与糖液中含有活酵母菌是一样的。他将酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶。
(3)酶是在活细胞中合成的，但无论是在细胞内还是细胞外，只要条件适宜就能起催化作用。
2．将该酶分成两份，分别加入双缩脲试剂(甲)和吡罗红染液(乙)，若加入双缩脲试剂后呈现紫色，则该酶是蛋白质；若加入吡罗红染液后呈红色，则该酶是RNA。
【随堂检测】
1．解析：酶虽然是由活细胞产生的，但它的催化作用不一定非在生物体内，只要条件适宜，体内体外都可起催化作用；酶的催化作用表现在多方面，有的酶促进物质合成，有的酶促进物质分解，只有消化酶才能促进消化；调节新陈代谢的物质有激素、维生素、无机盐等，酶是对代谢过程的化学反应起催化作用；少数酶是RNA，不能与双缩脲试剂发生紫色反应。
答案：C
2．解析：从图中可以看出图形①参与催化反应，并在反应前后能保持结构和性质不变，故图形①应为酶。
答案：A
3．解析：RNA被有关的酶水解后，化学反应立即减慢，说明该酶能催化此反应的进行，即RNA也具有催化作用，D正确。A、B、C三项从内容上讲均是正确的说法，但无法从题干信息中得出这些结论，三项均错误。
答案：D
4．解析：葡萄糖变成酒的过程中有气泡生成，发生了化学变化，A正确；催化该化学变化进行的是酵母细胞内产生的酿酶，B正确；研磨有利于酿酶的释放，C正确；毕希纳所做的实验，不能证明酶的化学本质是蛋白质，D错误。
答案：D
高效课堂·实践运用
1．解析：研磨可破坏肝细胞，使细胞内的过氧化氢酶充分释放出来，以增大与反应物的接触面积。
答案：B
2．解析：酶具有催化作用，作用原理是降低化学反应的活化能，提高活化分子的数量，加快反应速率，缩短达到平衡的时间，但不改变化学反应的平衡点，本身不被消耗，反应前后质和量不变，既不能提高也不能降低反应物及生成物的能量。
答案：A
3．解析：核糖体的成分是蛋白质和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
4．解析：由图可知，乙物质(产物)所含能量高于甲物质(反应物)，则该反应为吸能反应，A正确；曲线Ⅰ中反应所需活化能较高，故应为无酶催化条件，B正确；由图可知，E3为两种条件下活化能的差值，即酶降低的反应活化能，C正确；由图可知，E2表示有酶条件下反应的活化能，D错误。
答案：D
5．解析：双缩脲试剂检测的是蛋白质，蛋白酶的化学本质也是蛋白质，故实验①无法从化学特性上达到目的，只能考虑物理特性，如蛋白块变小或消失，因此实验②可达到实验目的。
答案：A
6．解析：(1)序号3中加入土豆浸出液，含有过氧化氢酶，产生大量气泡。(2)酶可以重复使用。
答案：(1)产生大量气泡 (2)过氧化氢酶 能条件
无催化剂
催化
FeCl3
催化
过氧化氢酶
催化
活化能/
(kJ·ml－1)
75
54
29
自变量
因变量
无关变量
对照组
实验组
2号：90℃水浴加热
用单位时间内产生气泡的数目多少表示H2O2分解速率
加入H2O2的量；实验室温度；FeCl3溶液和肝脏研磨液的新鲜程度
1号试管
2、3、4号试管
3号：加入2滴3.5%的FeCl3溶液
4号：加入2滴20%的肝脏研磨液
管号
1%焦性没食子酸(mL)
2%过氧化氢(mL)
缓冲液(mL)
过氧化氢酶溶液(mL)
白菜梗提取液(mL)
煮沸冷却后的白菜梗提取液(mL)
1
2
2
2
－
－
－
2
2
2
－
2
－
－
3
2
2
－
－
2
－
4
2
2
－
－
－
2
概念
酶是活细胞产生的具催化作用的有机物
来源
一般来说，活细胞都能产生酶(哺乳动物成熟的红细胞不能产生酶，但含有酶)
生理功能
生物催化功能(反应前后酶的性质和数量不变)
作用机理
降低化学反应的活化能，加快反应速率
酶催化作用
实验验证
实验组：底物＋相应酶→底物被分解
对照组：底物＋等量蒸馏水→底物不被分解
作用场所
在细胞内(呼吸酶、光合酶等)、细胞外(消化酶等)、体外都能发挥催化作用
化学本质
绝大多数是蛋白质
极少数是RNA
合成原料
氨基酸(约21种)
核糖核苷酸(4种)
合成场所
核糖体
细胞核(主要)、线
粒体、叶绿体
网
络
建
构
eq \a\vs4\al()
主
干
落
实
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，少部分是RNA。
序号
反应物
加入物质
条件
现象
X
1
过氧化氢
无
室温
几乎无气泡
X1
2
过氧化氢
氯化铁
室温
X2
3
过氧化氢
土豆浸出液
室温
X3
4
过氧化氢
新鲜唾液
室温
X4