2022-2023學年新教材高中生物第5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第1課時酶的作用和本質課堂互動探究案新人教版必修1

歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！第1節(jié)降低化學反應活化能的酶第1課時酶的作用和本質課程標準說明絕大多數(shù)酶是一類能催化生化反應的蛋白質。素養(yǎng)達成設疑激趣上海舉行的中國國際食品添加劑和配料展上，帝斯曼展出了一系列酶制劑產(chǎn)品，以幫助食品生產(chǎn)廠商節(jié)能減排。該公司推出的PanamoreSpring產(chǎn)品與其他乳化劑相比，能降低生產(chǎn)過程近80%的碳排放量；微生物磷脂酶CakeZyme產(chǎn)品能使食品廠商在生產(chǎn)蛋糕等食品中節(jié)省20%的雞蛋用量，延長保質期；高性能酶制劑RapidaseFPSuper能有效避免新鮮水果在經(jīng)過機械或熱處理加工后產(chǎn)生的不良副作用，改善口感。酶在人們的生活中越來越重要，那么酶具有什么作用？酶的化學本質又是什么呢？夯基提能·分層突破——互動·探究·智涂探究點一酶在細胞代謝中的作用一、結合教材P77，通過比較過氧化氫在不同條件下的分解來認識酶在細胞代謝中的作用。請據(jù)圖分析：1．結合實驗材料、用具、操作步驟及安全性等方面，思考下列問題：(1)實驗時，選用新鮮的肝臟作為實驗材料的原因。(2)在實驗中，為什么將肝臟研磨成溶液？(3)在滴加肝臟研磨液和FeCl3溶液時，為什么不能共用一支吸管？2．實驗過程和實驗結果分析(1)2、3、4號三支試管都有氣泡放出，但4號試管放出的氣泡最多，說明了什么？(2)與1號試管相比，2號試管出現(xiàn)什么不同的現(xiàn)象？這一現(xiàn)象說明什么？(3)通過對這個實驗結果的分析，你認為酶在細胞代謝中具有什么作用？二、結合教材P78圖5－1及下圖分析酶的作用原理：(1)表示無酶催化時反應進行需要的活化能的是______段。(2)表示有酶催化時反應進行所需要的活化能的是______段。(3)酶降低的活化能是______段。(4)若將酶變?yōu)闊o機催化劑，則B在縱軸上向______移動。(5)下表數(shù)據(jù)是在20℃測得的H2O2分解的活化能，數(shù)據(jù)說明酶和無機催化劑相比有什么不同？條件無催化劑催化FeCl3催化過氧化氫酶催化活化能/(kJ·mol－1)755429[易錯警示](1)酶和無機催化劑一樣，并不改變平衡點的位置，只是改變化學反應的速率，使化學反應更快地達到平衡點。酶在反應前后的數(shù)量和性質不變。(2)無機催化劑和酶都能提高反應速率，但是酶的催化效率更高；酶不能為化學反應提供所需要的能量，而是通過降低反應的活化能來加快反應速率。(3)酶只能催化原本能進行的反應，而不能催化原本不能進行的反應。[特別提醒]實驗組與對照組接受自變量處理的實驗為實驗組；沒接受自變量處理的實驗為對照組。1.比較過氧化氫在不同條件下的分解實驗分析(1)實驗的變量與對照自變量因變量無關變量對照組實驗組2號：90℃水浴加熱用單位時間內(nèi)產(chǎn)生氣泡的數(shù)目多少表示H2O2分解速率加入H2O2的量；實驗室溫度；FeCl3溶液和肝臟研磨液的新鮮程度1號試管2、3、4號試管3號：加入2滴3.5%的FeCl3溶液4號：加入2滴20%的肝臟研磨液(2)由上述實驗可以說明①1、4號試管對照?酶具有催化作用。②1、3、4(或3、4)號試管對照?與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。2．酶的作用機理曲線分析(1)圖中ac和bc段分別表示無催化劑和酶催化時反應進行所需要的活化能。(2)若將酶變?yōu)闊o機催化劑，則b在縱軸上向上移動。用加熱的方法不能降低活化能，但會提供活化能。1．(合格考)下圖表示“比較過氧化氫在不同條件下的分解實驗”。相關分析合理的是()A.本實驗的因變量是不同的催化劑B.本實驗的無關變量有溫度和酶的用量等C.1號與3號、1號與4號可分別構成對照實驗D.分析1號、2號試管的實驗結果可知加熱能降低反應的活化能2．(合格考)下列各圖中，①表示有酶催化的反應曲線，②表示沒有酶催化的反應曲線，E表示酶降低的活化能。其中正確的圖解是()3．(等級考)(不定項)過氧化氫酶能分解過氧化氫，氧化焦性沒食子酸呈橙紅色。為探究白菜梗中是否存在過氧化氫酶，設計實驗如下表。下列相關敘述正確的是()管號1%焦性沒食子酸(mL)2%過氧化氫(mL)緩沖液(mL)過氧化氫酶溶液(mL)白菜梗提取液(mL)煮沸冷卻后的白菜梗提取液(mL)1222－－－222－2－－322－－2－422－－－2A.1號管為對照組，其余不都是實驗組B．2號管為對照組，其余都為實驗組C．若3號管顯橙紅色，與1、2、4組對照證明白菜梗中存在過氧化氫酶D．若4號管不顯橙紅色，可證明白菜梗中無過氧化氫酶探究點二酶的本質1.結合教材P79～80關于酶本質的探索回答下列問題：(1)巴斯德和李比希爭論的焦點是什么？(2)從畢希納的實驗可以得出什么結論？(3)結合巴斯德和李比希的觀點及畢希納的實驗結果，分析酶的產(chǎn)生和發(fā)揮作用是否都必須在細胞內(nèi)進行？闡述理由。2．科學家從一種叫四膜蟲的生物中獲得某種酶的結晶，你能設計實驗鑒定該酶是蛋白質還是RNA嗎？請簡要說明實驗思路和結論。有關酶的四個易錯點(1)酶并不都是蛋白質，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)酶作用的實質是降低了化學反應的活化能，不是提供能量。(4)并不是具有分泌功能的細胞才能產(chǎn)生酶，活細胞一般都能產(chǎn)生酶。[延伸拓展](1)一般實驗中“驗證××”“探究××”，其中“××”就是自變量。(2)自變量與因變量具有前因后果關系，實驗的目的往往是探究或驗證自變量對因變量的影響。(3)無關變量的判斷技巧：一是外界環(huán)境，如溫度、pH等；二是材料本身，比如本實驗的過氧化氫濃度等。1.關于酶本質的探索2．酶的本質及生理功能概念酶是活細胞產(chǎn)生的具催化作用的有機物來源一般來說，活細胞都能產(chǎn)生酶(哺乳動物成熟的紅細胞不能產(chǎn)生酶，但含有酶)生理功能生物催化功能(反應前后酶的性質和數(shù)量不變)作用機理降低化學反應的活化能，加快反應速率酶催化作用實驗驗證實驗組：底物＋相應酶→底物被分解對照組：底物＋等量蒸餾水→底物不被分解作用場所在細胞內(nèi)(呼吸酶、光合酶等)、細胞外(消化酶等)、體外都能發(fā)揮催化作用化學本質絕大多數(shù)是蛋白質極少數(shù)是RNA合成原料氨基酸(約21種)核糖核苷酸(4種)合成場所核糖體細胞核(主要)、線粒體、葉綠體注：酶只有催化作用，沒有調節(jié)功能；酶可作為催化劑，也可以作為反應底物。3．酶化學本質的實驗驗證(1)證明某種酶是蛋白質實驗組：待測酶液＋雙縮脲試劑→是否出現(xiàn)紫色反應。對照組：已知蛋白液＋雙縮脲試劑→出現(xiàn)紫色反應。(2)證明某種酶是RNA實驗組：待測酶液＋吡羅紅染液→是否出現(xiàn)紅色。對照組：已知RNA液＋吡羅紅染液→出現(xiàn)紅色。1．(合格考)下列關于酶的敘述，正確的是()A．酶只有在生物體內(nèi)才能起催化作用B．酶都有消化作用C．調節(jié)新陳代謝的物質不是酶D．所有酶與雙縮脲試劑作用均可發(fā)生紫色反應2．(合格考)如圖為酶催化反應的過程示意圖，以數(shù)字編號的圖形分別表示反應物、酶、生成物等反應要素，其中表示酶的圖形編號是()A．①B．②C．③D．④3．(等級考)當某種RNA存在時，生物體內(nèi)的某種化學反應能正常進行；當這種RNA被有關的酶水解后，此種化學反應立即減慢。由此可以說明()A.RNA是核酸的一種B．RNA有時也可稱為遺傳物質C．RNA主要存在于細胞質中D．RNA也可作為生物催化劑4．(等級考)德國化學家畢希納將酵母細胞放在石英砂中用力研磨、加水攪拌，再進行加壓過濾，得到不含酵母細胞的提取液。在這些汁液中加入葡萄糖，一段時間后冒出氣泡，糖液居然變成了酒。根據(jù)以上實驗，分析得出的結論錯誤的是()A．葡萄糖變成酒的過程中發(fā)生了化學變化B．將糖變成酒的物質是汁液中的釀酶C．研磨有利于酵母細胞內(nèi)釀酶的釋放D．該實驗證明釀酶的化學本質是蛋白質強化落實·學業(yè)達標——歸納·提升·素養(yǎng)網(wǎng)絡建構eq\a\vs4\al()主干落實1.細胞代謝是細胞中化學反應的總稱。2．酶是生物催化劑，其催化原理是降低化學反應的活化能。3．酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，絕大多數(shù)是蛋白質，少部分是RNA。高效課堂·實踐運用——鞏固·達標·反饋1.在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗中，把新鮮肝臟制成研磨液的目的是()A．保護過氧化氫酶B．有利于過氧化氫酶與反應物的接觸C．提高過氧化氫酶的活性D．有利于對實驗結果的觀察2．酶作為一種生物催化劑，具有下列哪種能量效應()A．降低化學反應活化能B．增加化學反應活化能C．增加產(chǎn)物的能量水平D．降低反應物的能量水平3．用蛋白酶去除大腸桿菌核糖體的蛋白質，處理后的核糖體仍可催化氨基酸的脫水縮合反應。由此可推測核糖體中能催化該反應的物質是()A．蛋白質B．脂肪酶C．RNAD．淀粉酶4．吸能反應指產(chǎn)物分子的能量高于反應物分子，放能反應是產(chǎn)物分子的能量低于反應物分子。如圖為某反應在有酶和無酶催化兩種條件下的能量變化，據(jù)圖分析下列敘述錯誤的是()A．該反應為吸能反應B．曲線Ⅰ表示無酶催化條件C.E3表示酶降低的反應活化能D．E4表示有酶條件下反應的活化能5．為了探究口腔的分泌液中是否有蛋白酶，某同學設計了兩組實驗，如圖所示。在37℃水浴中保溫一段時間后，1、2號試管中加入適量雙縮脲試劑，3、4號試管中不加任何試劑，下列實驗能達到目的的是()A．實驗②B．實驗①、實驗②都能C．實驗①D．實驗①、實驗②都不能6．下表是有關過氧化氫的系列實驗，回答有關問題。序號反應物加入物質條件現(xiàn)象X1過氧化氫無室溫幾乎無氣泡X12過氧化氫氯化鐵室溫X23過氧化氫土豆浸出液室溫X34過氧化氫新鮮唾液室溫X4(1)序號3的實驗現(xiàn)象是______________________________________________。(2)序號3的土豆浸出液中含有的對此實驗起作用的物質是________，土豆浸出液能否重復使用？________(選填“能”或“不能”)。疑難解答·名師指津——釋疑·解惑·教材問題探討1．提示：排除胃的物理性消化。2．提示：是胃內(nèi)的化學物質將肉塊分解了。3．提示：收集胃內(nèi)的化學物質，看看這些物質在體外是否也能將肉塊分解。練習與應用一、概念檢測1．D2.D二、拓展應用1．提示：加入2滴煮沸過的肝臟研磨液的5號試管，可以與加入新鮮的肝臟研磨液的4號試管做對照；加入2滴蒸餾水的6號試管可以作為3號試管和4號試管的對照組。2．提示：巴斯德：發(fā)酵與活細胞有關，發(fā)酵是整個細胞而不是細胞中的某些物質在起作用。李比希：引起發(fā)酵的是細胞中的某些物質，但是這些物質只有在酵母細胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用。畢希納：酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細胞中一樣。薩姆納：酶是蛋白質。3．提示：可將該酶結晶制備成酶溶液，在試管中注入2mL酶溶液，然后向2支試管中各加入2mL雙縮脲試劑A液，振蕩，再向試管中加入3～4滴雙縮脲試劑B液，振蕩。如果試管出現(xiàn)紫色則說明酶是蛋白質，如果試管中不出現(xiàn)紫色說明酶不是蛋白質；在薩姆納之前，之所以很難鑒定酶的本質，主要是因為細胞中酶的提取和純化非常困難。第1課時酶的作用和本質夯基提能·分層突破探究點一【師問導學】一、1．(1)肝臟如果不新鮮，肝細胞內(nèi)的H2O2酶等有機物就會在腐生菌的作用下分解，就不能促進H2O2分解成H2O和O2。(2)研磨肝臟，使過氧化氫酶釋放出來，釋放出的過氧化氫酶與試管內(nèi)過氧化氫分子充分接觸，加速過氧化氫的分解。(3)滴加肝臟研磨液和FeCl3溶液時，不能共用一支吸管，否則滴加的FeCl3溶液中會含少量肝臟研磨液，而研磨液中的H2O2酶具有高效性，會使兩支試管中產(chǎn)生的氣泡差別不大，不易對比觀察，從而影響實驗結果的準確性。2．(1)加熱、無機催化劑和酶都能促進過氧化氫的分解，提高反應速率，但是酶的催化效率更高。(2)2號試管放出的氣泡多。這一現(xiàn)象說明加熱能促進過氧化氫的分解，提高反應速率。(3)酶在常溫常壓下，可以高效地完成對化學反應的催化，即酶具有催化化學反應的作用。二、(1)AC(2)BC(3)AB(4)上(5)和無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，即催化效率更高?！倦S堂檢測】1．解析：本實驗的因變量是氣泡的產(chǎn)生速率，即過氧化氫的分解速率；溫度是自變量，酶的用量是無關變量；1號與3號、1號與4號中只有一個實驗變量不同，可分別構成對照實驗；2號在高溫下出現(xiàn)氣泡的原因是加熱使過氧化氫分子得到能量，從常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)，不是降低反應的活化能。答案：C2．解析：活化能是指分子從常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)所需要的能量。酶可以降低活化能，使反應更容易進行。答案：C3．解析：該實驗的目的是探究白菜梗中是否存在過氧化氫酶，自變量是白菜梗的有無，則1號、2號和4號都是對照組，3號是實驗組，A正確、B錯誤。若3號與1、2、4號對照，2號管與3號管顯橙紅色，1號管與4號管無色則證明白菜梗中存在過氧化氫酶，C正確；若4號管不顯橙紅色，與3號對照，則說明高溫使過氧化氫酶變性失活，D錯誤。答案：AC探究點二【師問導學】1．(1)巴斯德提出，發(fā)酵需活酵母菌細胞參與；李比希認為，酵母菌細胞死亡后釋放出某些物質引起發(fā)酵。(2)畢希納的實驗說明，酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎后繼續(xù)起催化作用，結果與糖液中含有活酵母菌是一樣的。他將酵母細胞中引起發(fā)酵的物質稱為釀酶。(3)酶是在活細胞中合成的，但無論是在細胞內(nèi)還是細胞外，只要條件適宜就能起催化作用。2．將該酶分成兩份，分別加入雙縮脲試劑(甲)和吡羅紅染液(乙)，若加入雙縮脲試劑后呈現(xiàn)紫色，則該酶是蛋白質；若加入吡羅紅染液后呈紅色，則該酶是RNA?！倦S堂檢測】1．解析：酶雖然是由活細胞產(chǎn)生的，但它的催化作用不一定非在生物體內(nèi)，只要條件適宜，體內(nèi)體外都可起催化作用；酶的催化作用表現(xiàn)在多方面，有的酶促進物質合成，有的酶促進物質分解，只有消化酶才能促進消化；調節(jié)新陳代謝的物質有激素、維生素、無機鹽等，酶是對代謝過程的化學反應起催化作用；少數(shù)酶是RNA，不能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應。答案：C2．解析：從圖中可以看出圖形①參與催化反應，并在反應前后能保持結構和性質不變，故圖形①應為酶。答案：A3．解析：RNA被有關的酶水解后，化學反應立即減慢，說明該酶能催化此反應的進行，即RNA也具有催化作