第1節(jié) 降低化學反應活化能的酶

達州新世紀學校校本課程 導學練（ GSP）案 年級 : 高 科目 : 生物 主備人 : 楊天明 、周家炳、應兵 審閱 : 周家炳 班級 _ 姓名 _ 小組 _ 第五章 細胞的能量供應和利用 第 1 節(jié) 降低化學反應活化能的酶 一基礎知識 一、酶在細胞代謝中的作用 1 細胞代謝 場所： 內(nèi) ； 實質(zhì)：各種 的總稱 ； 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 溶液中的 和肝臟研磨液中 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 支試管中分別加人 ，并放在試管架上 不同處理 不處理 放人 中加熱 滴入 滴入 觀察 試管內(nèi)產(chǎn)生的 試管內(nèi)衛(wèi)生香 （ 3） .結(jié)果 通過觀察教材圖示可知： 產(chǎn)生的氣泡最多，衛(wèi)生香燃燒猛烈。 （ 4） .結(jié)論 酶在 下，可以高效地完成對化學反應的催化。 （ 6） .對照實驗 . 含義：除了一個因素以外，其余因素都保持 的實驗。 .原則：除了 外，其他變量都應當始終 3 .對照組： 不作自變量處理 4 .實驗組： 作自變量處理 （ 7） .設計對照實驗的原則 ：單一變量的原則、對照原則、平行重復的原則 3 酶的作用原理 （ 1） .活化能：分子從 轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的 所需要的能量。 （ 2） .作用 原理：同無機催化劑相比，酶 的作用更顯著，因而催化效率更高。 （ 3） .意義：使細胞代謝能在 條件下快速進行。 二、酶的本質(zhì) 1 合成場所： 2 化學本質(zhì)：具有 的有機物，絕大多數(shù)是 ，極少數(shù)是 三、酶的高效性和專一性 含義：酶的催化效率大約是 的 107-1013 倍 高效性 意義：使 快速進行 專一性 含義：每一種酶只能催化 化學反應意義 意義：使 有條不紊地進行 四、酶的作用條件的溫和性 1 酶活性 ( 1 ）含義：酶對化學反應的 ( 2 ）主要影響因素： 2 溫度和 pH 對酶活性的影響 條件 酶活性 溫度 PH 最高 最適 最適 降低 失活 二 自我檢測 1 . “比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗中，滴人過氧化氫酶的試管內(nèi)（ ) A 產(chǎn)生的氣泡多，點燃的衛(wèi)生香燃燒得不猛烈 B 產(chǎn)生的氣泡多，點燃的衛(wèi)生香燃燒得猛烈 C 產(chǎn)生的氣泡少，點燃的衛(wèi)生香燃燒得不猛烈 D 產(chǎn)生的氣泡少，點燃的衛(wèi)生香燃燒得猛烈 2 如圖表示在不 同條件下化學反應所需活化能的變化情況，則 A 、 B 、 C 所代表的條件依次為（ ） A 有無機催化劑催化，有酶催化，無催化劑催化 B 有酶催化，無催化劑催化，有無機催化劑催化 C 無催化劑催化，有無機催化劑催化，有酶催化 D 有酶催化，有無機催化劑催化，無催化劑催化 3 將某種酶水解，最后得到的有機小分子是（ ) A 核 苷 酸 B 氨基酸 C 核 苷 酸和氨基酸 D 核 苷 酸或氨基酸 4 . ( 2010 廊坊高一檢測）在探究 pH 對酶活性影響的 實驗中，溫度和 pH 分別屬于（ ) A 自變量和因變量 B 無關變量和因變量 C 無關變量和自變量 D 因變量和自變量 5 2010 福州高一檢測）某學生為了驗證唾液的功能，做了如下一組實驗：取甲、乙兩試管，分別加人等量的淀粉糊 2 mL ，甲試管又加人 2 mL 唾液，兩試管同時放人 37 的溫水中保持 10min 后取出，各加 入 0.5mL 碘液，振蕩，發(fā)現(xiàn)只有乙試管中呈現(xiàn)藍色反應。此同學的實驗程序中有一錯誤，請指出（ ) A 乙試管應低溫或室溫 B 乙試管應加胃液 C 乙試管應加人與唾液等量的清水 D 應再加一支試管，內(nèi)加些酸或堿 6 如圖，在下列試管中均加入 3 mL 漿糊。 A 、 C 兩試管中各注人 2 毫升清水， B 、 D 兩試管中各注人 2 毫升新鮮的且分別經(jīng)水槽中相同溫度處理的唾液淀粉酶溶液，把四支試管均置于水槽中保溫 5 分鐘，分別滴人 2 滴碘液，其中不變?yōu)樗{色的是（ ) 7 關于如圖所示實驗的敘述中，錯誤的是 ( ) A 甲裝置是實驗組，乙裝置是對照組 B . H202 溶液的濃度屬于無關變量 C. 乙試管產(chǎn)生氣泡的速率比甲試管快 D.兩支試管中 H202 溶液的體積應相同 三 知識鏈接 一、酶的本質(zhì)及“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗 1 酶的本質(zhì)及實驗驗證 化學本質(zhì) 絕大多數(shù)是蛋白質(zhì) 少數(shù)是 RNA 實驗驗證 與雙縮脈試劑反應呈紫色 與 吡 羅紅染液反應呈紅色 合成原料 氨基酸 核糖核 苷 酸 合成場所 核糖體 細胞核（主要） 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 作用機理 降低化學反應的活化能 具有特性 專一性；高效性；需要適宜的 pH 、溫度 【 歸納總結(jié) 】 具有 專一性 的物質(zhì)小結(jié) 酶：每一種酶只能催化一種化合物或一類化合物的化學反應。 載體：物質(zhì)以主動運輸方式通過細胞膜時需要載體，不同物質(zhì)的載體不同，載體的專一性是細胞膜選擇透過性的基礎。 受體：細胞間信息傳遞時，激素會與特異性受體結(jié)合。 2 . “比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗分析 ( 1 ）對照實驗設計 組別 對照組 實驗組 試管號 1 2 3 4 H2O2 溶液 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 實驗處理 不處理 水浴加熱 加 Fe3 加過氧化氫酶 設置目的 排除無關變量產(chǎn)生的誤差 與對照組形成對照，比較實驗現(xiàn)象，通過分析得出實驗結(jié)果或結(jié)論 注意： 對照實驗中的自變量應具有單一性，即遵循單一變量原則，只有這樣才能保證實驗結(jié)果的正確性，增強實驗結(jié)論的說服力。 ( 2 ）實驗現(xiàn)象分析 與 1 號試管相比， 2 、 3 、 4 號試管明顯有氣泡產(chǎn)生，說明水浴加熱、 Fe3 、過氧化氫酶都可以促進過氧化氫分解，提高反應速率。 4 號試管的反應速率明顯比 3 號試管快，說明過 氧化氫酶比 Fe3 的催化效率高得多。 ( 3 ）實驗中應注意的問題 實驗時要選用新鮮的肝臟。肝臟如果不新鮮，肝細胞內(nèi)的過氧化氫酶等有機物就會在腐生菌的作用下分解，過氧化氫就不能被分解成水和氧氣。 肝臟要制成研磨液。因為研磨后的肝臟能與試管中的過氧化氫充分接觸，使其中的酶能正常發(fā)揮其催化特性，從而加速過氧化氫的分解。 酶的專一性 實驗過程總結(jié)如下表： 淀粉溶液（ 1 號試管） 蔗糖溶液（ 2 號試管） 實驗原理 淀粉酶能讓淀粉水解成還原性糖，還原性糖與斐林試劑反應生成磚紅色沉淀 淀粉酶不能讓蔗糖水 解，所以與斐林試劑不能反應生成磚紅色沉淀 實驗步驟 一 試管各加入 2 mL 淀粉溶液 試管各加入 5 mL 蔗糖溶液 二 加入淀粉酶 2 滴，振蕩，放在 60 的左右，反應約 5 min 三 加斐林試劑振蕩水浴加熱煮沸 實驗現(xiàn)象 藍色棕色磚紅色沉淀 無變化 結(jié) 論 證明溫度會影響酶的活性？ 設計實驗如下表： 淀粉溶液（ 1 號試管） 淀粉溶液（ 2 號試管） 淀粉溶液（ 3 號試管） 實驗原理 淀粉酶能讓淀粉水解成還原性糖，還原性糖與斐林試劑反應生成磚紅色沉淀酶只有在合適的溫度時候它的催化效率才最 大 實驗步驟 一 試管各加入 2 mL 淀粉溶液 二 加入淀粉酶 2 滴，振蕩，加熱至 60 左右，反應約 5 min 加入淀粉酶 2 滴，振蕩，保持 20 左右，反應約 5 min 加入淀粉酶 2 滴，振蕩，加熱至 100 左右，反應約 5 min 三 加斐林試劑振蕩水浴加熱煮沸 實驗現(xiàn)象 無變化 藍色棕色磚紅色 沉淀 無變化 結(jié) 論 只有在一定溫度下酶的催化效率最好 介紹右圖（ P 85 圖 5 3） 圖 5 1 1 展示圖介紹，科學實驗證實，不同的 pH 條件下測同一種酶的活性，并且根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)繪制 成曲線圖 5 1 2。 圖 5 1 2 設計實驗來驗證不同的 pH 下，酶的活性不同： 1 號試管 2 號試管 3 號試管 實驗原理 過氧化氫酶能使過氧化氫快速分解 實驗步驟 一 試管各加入 2 mL 體積分數(shù)為 3%的過氧化氫溶液 二 pH 為 2 左右 pH 為 7 左右 pH 為 12 左右 三 分別加入過氧化氫酶溶液 2 滴 實驗現(xiàn)象（用衛(wèi)生香來檢驗） 反應不劇烈，幾乎無變化 復燃 反應不劇烈，幾乎無變化 結(jié) 論 不同的 pH 下過氧化氫酶的催化效率不同 二、“探究影響酶活性的條件”實驗分析 1 原理解讀 溫度影響酶的活性，從而影響淀粉的水解。滴 加碘液后，根據(jù)是否出現(xiàn)藍色及藍色的深淺來判斷酶的活性。 pH 對酶活性的影響 ( 2 ) pH 影響酶活性，從而影響氧氣的生成量，可用點燃但無火焰的衛(wèi)生香的燃燒情況來檢驗氧氣生成量的多少。 三、與酶相關的曲線分析 ( 1 ）甲圖中說明：在底物充足，其他條件適宜的情況下，酶濃度與酶促反應速率成正比。 ( 2 ）乙圖說明：酶 A 會促進 A 反應物的酶促反 應，酶 B 則不會，所以酶具有專一性。 ( 3 ）丙圖說明： 與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。 酶只會縮短達到化學平衡所需的時間，不改變化學反應的平衡點。 ( 1 ）甲圖說明： 在最適 pH 時，酶的催化作用最強，高于或低于最適 pH ，酶的催化作用將減弱。 過酸過堿都會使酶失活。 不同的酶最適 pH 不同。 ( 2 ）乙圖說明： 在一定溫度范圍內(nèi)，隨溫度的升高，酶的催化作用增強，超過這一范 圍酶催化作用將減弱。 低溫只會抑制酶的活性，而高溫會使酶失活。 ( 3 ）丙圖說明：反應溶液 pH 的變化不影響酶作用的最適溫度。 四 典型例題 【 典例 1 】 （ 2010 蘇北四市聯(lián)考）在研究酶特性的實驗中，以體積分數(shù)為 3 的過氧化氫溶液為底物的一組實驗記錄如下表所 示 ： 據(jù)表分析，不能得出的結(jié)論是 （ ） A 從催化反應條件看，酶的作用條件溫和 B 從催化反應物種類看，酶具有專一性 C 從催化反應效率看，酶具有高效性 D 從實驗變量看，肝臟研磨液屬于自變量 【 標準解答 】 選 B 。本題主要考查了酶的相關實驗及驗證酶的特性，分析如下： 實驗 與 對比酶的作用條件溫和 實驗 與 對比酶具有高效性 實驗中只用了一種酶與一種底物酶具有專一性 實驗中只有一個量（ H202 的分解條件）在改變，肝臟研磨液屬于自變量。 【 典例 2 】 （ 2010 廣州高一檢測）某研究小組在探究“影響酶活性的條件”的實驗時，提出“過氧化氫酶的活性是否受 pH 影響”的問題，并設計了如下的實驗操作步驟： 向甲、乙試管內(nèi)各加人 ZmL 新配制的體積分數(shù)為 3 的過氧化氫溶液； 向甲試管內(nèi)加人 lmL 質(zhì)量分數(shù)為 5 的鹽酸； 向乙試管內(nèi)加人 lmL 質(zhì)量分數(shù)為 5 的氫氧化鈉溶液； 向甲、乙試管內(nèi)各加人 2 滴新鮮的質(zhì)量分數(shù)為 20 的豬肝研磨液； 觀察試管中發(fā)生的變化。 請根據(jù)該小組設計的實驗操作步驟，回答下列問題： ( 1 ）請設計一個表格，以便于實驗時的操作和記錄。 ( 2 ）可觀測的指標是 ( 3 ）上述實驗缺少對照，請補充一個實驗作為對照組。 ( 4 ）在完成改進方案后，預期的實驗結(jié)果是 【 標準解答 】 本題考查了 pH 對酶活性的影響及對照實驗的 分析?，F(xiàn)解析如下： 在記錄實驗結(jié)果時要進行分組，記錄下不同情況的結(jié)果，這是列表時的重要依據(jù)。 答案： ( 1 ) （其他合理設計也可以） ( 2 ）試管中產(chǎn)生的氣泡數(shù)量 ( 3 ）增加丙試管，加入 lmL 蒸餾水取代在第二、三步中加入的鹽酸或氫氧化鈉溶液，其他步驟相同 ( 4 ）甲、乙兩試管中產(chǎn)生的氣泡數(shù)量較少，丙試管中產(chǎn)生大量的氣泡 【 誤區(qū)警示 】 實驗中因變 量是隨自變量變化而變化的，上述實驗中因變量是過氧化氫的分解速率，而它需要一個可觀測的或可以衡量的指標來表示，便于觀察和記錄。所以要區(qū)分好因變量和衡量指標的關系。 記錄實驗結(jié)果的表格設計 ( 1 ）表格題目的設計原則：以實驗的課題及目的為基本框架，然后加入記錄數(shù)據(jù)繪制統(tǒng)計表，如“過氧化氫分解速率統(tǒng)計表”題中 a 設置甲、乙兩組， b 要進行不同處理， c 要進行觀察即所記錄的結(jié)果。 ( 2 ）表格的設計：在數(shù)學中列表法是畫函數(shù)圖像的基本方法之一，所以在表格中一般縱排為自變量時，橫排為因變量，或橫 排為自變量時縱排為因變量，這也是圖像與表格相互轉(zhuǎn)換的重要依據(jù)。 五 高考鏈接 1 . ( 2009 廣東高考）水稻細胞內(nèi)合成的某物質(zhì)，能夠在常溫下高效分解淀粉，該物質(zhì)（ ) A在 4 條件下易變性 B。只含有 C、 H C。也能催化淀粉合成 D。含有羧基 2 .( 2010。海門高一檢測）如圖表示某反應物剩余量隨 pH 及溫度的變化情況，正確的是（ ) A 該酶的最適溫度是 37 B 隨著 pH 的升高，酶的活性先降低后增大 C 隨著溫度的升高，酶的活性逐漸降低 D ，隨著溫度的升高，酶的最適 pH 不變 答案： D D 六 .課后作業(yè) 建議用時： 30min 實際用時 : 分值： 30 分 實際分值： 一、選擇題（共 5 小題，每小題 6 分，共 30 分） 1 . ( 2009 海南高考）能使植物細胞壁和細胞膜結(jié)構均破壞的一組酶是（ ) A 淀粉酶、纖維素酶、溶菌酶 B 纖維素酶、果膠酶、蛋白酶 C 果膠酶、溶菌酶、纖維素酶 D 磷脂酶、淀粉酶、蛋白酶 2 大多數(shù)酶在水解過程中 ，通常能得到多 肽 ，最后能得到氨基酸，這說明（ ) A 酶是由活細胞產(chǎn)生的 B 酶是生物催化劑 C 絕大多數(shù)酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì) D 酶的基本組成單位是多 肽 3 . ( 2010 海淀區(qū)高一檢測） 探究溫度對酶活性影響最合理的實驗步驟是 （ ) 取 3 支試管編號，各注人 2 mL 淀粉液；另取 3 支試管編號，各注人 1 mL 新鮮的淀粉酶溶液 將淀粉酶溶液注 入 相同溫度下的淀粉液試管中，維持各自的溫度 5min 向各試管 滴一滴碘液 將 6 支試管分成三組，每組各有一份淀粉液和一份淀粉酶溶液，分別放在 600C 的熱水、沸水和冰水中 觀察實驗現(xiàn)象 4 . ( 2010 孝感高一檢測）一塊瓊脂塊上的 4 個圓圈處均含有淀粉，分別用不同方法處理，如圖所示，將上述實驗裝置放人 37 恒溫箱中，保溫處理 24 小時后，用碘液沖浸該瓊脂塊，可見其上面呈藍色的斑塊個數(shù)是 （ ） A . 1 B .2 C . 3 D . 4 5 如圖表示一種酶在不同處理條件下催 化反應時反應物的剩余量和反應時間的關系，造成圖中曲線 不同的原因可能是（多選） ( ) A 反應物濃度不同 B 酶濃度不同 C pH 不同 D 溫度不同 6 . ( 2009 遼寧、寧夏高考改造）如圖表示酶活性與溫度的關系。下列敘述正確的是（ ) A 當反應溫度由 t3 調(diào)到最適溫度時，酶活性下降 B 當反應溫度由 t1 調(diào)到最適溫度時，酶活性上升 C 酶活性在 t2 時比 t1 高，故 t2 時更適合酶的保存 D .酶活性在 t1 時比 t2 低，表明 tl 時酶的空間 結(jié)構破壞更嚴重 二、非選擇題（共 20 分） 7 如圖表示在不同條件下酶促反應速率的變化曲線，請分析回答下列問題。 ( l ）酶促反應速率可以用 來表示。 ( 2 )II 和 I 相比，酶促反應速率慢，這是因為 ( 3 ）圖中 AB 段和 BC 段影響反應速率的主要限制因子分別是 和 ( 4 ）若想探究酶的最適 pH ，至少應設計 種不同的 pH 。 ( 5 ）在酶濃度相對值為 1 個單位，溫度為 25 條件下酶促反應速率最大值應比 II 的 （“大”或“小， ” ）。 8.( 2010 南京模擬）為探究高溫對酶活性的影響，某同學設計并進行了如下實驗： 方法步驟： 取兩個大小相同的潔凈試管編號為 1 、 2 在 1 號試管中加人 2 mL3 的新鮮過氧化氫溶液， 2 號試管中加人 1 mL20 的新鮮肝臟研磨液。分別置于 100 恒溫水浴 5 分鐘； 將 2 號試管中的肝臟研磨液加人到 1 號試管中，振蕩搖勻，再置于 100 恒溫水浴 5 分鐘，結(jié)果未觀察到氣泡產(chǎn)生。請據(jù)此回答下列問題： ( l ）實驗目的： ( 2 ）結(jié)果分析：該同學在實驗中觀察不到氣泡產(chǎn)生的原因可能是 ( 3 ）交流討論：同學們推測實驗中觀察不到氣泡產(chǎn)生有三個原因。為了驗證推斷，在原實驗基礎上設計了如下實驗方案進行驗證。 方案 ：將上述試管溫度緩慢降至 37 左右，若此過程中無氣泡產(chǎn)生，再向試管中加人 2 mL3 的新鮮過氧化氫溶液，觀察，仍無氣泡產(chǎn)生，則說明 方案 ：將上述試管溫度緩慢降至 37 左右，若此過程中無氣泡產(chǎn)生，再向試管中加人 1 mL20 的新鮮肝臟研磨液，觀察，仍無氣泡產(chǎn)生，則說明 方案 ：若方案 和方案 現(xiàn)象同時成立，則說明 ( 4 ）在研究溫度對酶活性的影響實驗過程中，需控制 等無關變量。 四、當堂檢測 1下列關于酶的概念，最準確的敘述是 （ ） A 酶是一種蛋白質(zhì) B 酶是一種具有催化能力的蛋白質(zhì) C 酶是活細胞產(chǎn)生的一種蛋白質(zhì) D 酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化能力的一種有機物 2、催化脂肪酶水解的酶是 （ ） A、肽酶 B、蛋白 酶 C、脂肪酶 D、淀粉酶 3、斯帕蘭札尼發(fā)現(xiàn)，放在鷹胃內(nèi)的肉塊經(jīng)過一段時間后消失了。這主要是由于鷹胃內(nèi)有 塊起了作用的 ( ) A胃蛋白酶 D胃淀粉酶 C鹽酸溶液 D物理性摩擦 4選用新鮮肝臟做酶的高效性實驗，是因為新鮮肝臟中 ( ) A含 Fe3+多 B過氧化氫酶易發(fā)揮作用 C含的酶的種類多 D過氧化氫酶多且活性強 5下列關于過氧化氫的敘述中，正確的是 ( ) A在無催化劑時，不會分解咸水和氧氣 B過氧化氫和水一樣無色無味，對皮膚無害 C Fe3+和過氧化氫酶都能加速過氧化氫的分解反應 D在有催化劑存在時，過氧化氫分解反應的平衡會向分解一側(cè)移 動 6發(fā)現(xiàn)少數(shù) RNA 也具有生物催化作用，從而使酶的概念更深一步是在 ( ) A 19 世紀 30 年代 B 20 世紀 80 年代 C 18 世紀 60 年代 D 20 世紀 30 年代 7如圖所示，分別