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第5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 第1課時酶的作用和本質(zhì),[學(xué)習(xí)視點],明確目標(biāo),1.說明酶在細胞代謝中的作用、本質(zhì)和特性 2.進行有關(guān)的實驗和探究，學(xué)會設(shè)計對照實驗的方法和流程，培養(yǎng) 良好的實驗探究能力,,關(guān)注重難點,1.酶的催化作用 2.酶的化學(xué)本質(zhì),一、酶在細胞代謝中的作用,化學(xué)反應(yīng),生命活動,活細胞,1．細胞代謝 (1)場所： 內(nèi)。 (2)實質(zhì)：各種 的總稱。 (3)意義：細胞 的基礎(chǔ)。,2．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：,Fe3＋,過氧化氫酶,2 mL過氧化氫溶液,90 ℃左右,的水浴,2滴,FeCl3溶液,2滴肝,臟研磨液,氣泡數(shù)量,燃燒程度,(3)實驗中的相關(guān)變量：,,決定,人為改變,不同條件,自變量,分解速率,實驗結(jié)果,濃度,保持不變,(4)對照實驗： ①含義：除了一個因素以外，其余因素都 的實驗。 ②原則：除了要觀察的變量外，其他變量都應(yīng)當(dāng)始終 。,保持相同,二、酶的本質(zhì)和作用原理,1．本質(zhì) (1)合成場所： 中。 (2)化學(xué)本質(zhì)：絕大多數(shù)是 ，極少數(shù)是 。 2．作用原理 (1)活化能：分子從 轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的 狀態(tài)所需要的能量。 (2)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。,蛋白質(zhì),RNA,常態(tài),活躍,活細胞,降低活化能,溫和,一、酶在代謝中的作用 1．教材問題探討與分析 (1)仔細閱讀教材P78～P79[實驗]內(nèi)容，思考并討論下列問題： ①討論并交流：完成該實驗依據(jù)的原理是什么？,b．等量的兩種溶液中分子數(shù)目之比為Fe3＋∶過氧化氫酶＝250 000∶1。 ②實驗中為什么必須采用新鮮肝臟研磨液作材料？ 提示：a.肝臟如果不新鮮，肝細胞內(nèi)的過氧化氫酶就會在腐生細菌的作用下分解而失去催化作用。 b．肝臟必須進行研磨，以便使過氧化氫酶釋放出來，使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實驗中滴加FeCl3溶液和肝臟研磨液的滴管能否混用？為什么？ 提示：不能。酶具有高效性，少量的酶帶入FeCl3溶液中就會干擾實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，增大實驗誤差。,(2)閱讀教材P79[控制變量]內(nèi)容，分析實驗中的變量及對照類型有哪些？ 提示：,②對照類型：試管1與試管2、3、4之間形成空白對照；試管2與試管3、4，試管3與試管4之間都形成了條件對照。 (3)仔細觀察教材P80圖5－1、5－2，并閱讀相關(guān)文字內(nèi)容，交流酶和無機催化劑都能催化化學(xué)反應(yīng)快速進行的原因，并分析二者的不同。 提示：①酶和無機催化劑都能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，所以都能催化化學(xué)反應(yīng)快速進行。 ②同無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，因而催化效率更高。,2．判斷下列說法是否正確 (1)細胞代謝只能產(chǎn)生對細胞有用的物質(zhì)。( ) (2)加熱、無機催化劑和酶都能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。( ) (3)無關(guān)變量是對實驗沒有影響的變量。( ),×,×,×,二、酶的本質(zhì) 1.將下列內(nèi)容連接起來,2．判斷下列說法是否正確 (1)細胞代謝只能產(chǎn)生對細胞有用的物質(zhì)。( ) (2)加熱、無機催化劑和酶都能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。( ) (3)無關(guān)變量是對實驗沒有影響的變量。( ),×,×,×,一、酶的作用機理 酶和其他催化劑均能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，分析如下：,1．圖中ac和bc段分別表示無機催化劑和酶催化時反應(yīng)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，但會提供反應(yīng)所需的能量。,[特別提醒] (1)酶和無機催化劑一樣，只能催化熱力學(xué)上允許進行的反應(yīng)。 (2)酶可以縮短化學(xué)反應(yīng)到達平衡的時間，但不能改變反應(yīng)的平衡點。 (3)在反應(yīng)前后，酶的化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量保持不變。,二、酶化學(xué)本質(zhì)的實驗驗證 1．證明某種酶是蛋白質(zhì) 實驗組：待測酶液＋雙縮脲試劑→是否出現(xiàn)紫色反應(yīng)。 對照組：已知蛋白液＋雙縮脲試劑→出現(xiàn)紫色反應(yīng)。 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．原理 新鮮肝臟中含有過氧化氫酶，F(xiàn)e3＋是一種無機催化劑。用一定量的過氧化氫酶和Fe3＋催化過氧化氫分解成H2O和O2，可比較兩者的催化效率。 2．過程及結(jié)果,3.實驗結(jié)論,4.實驗的變量和對照分析 (1)變量：實驗過程中可以變化的因素稱為變量。 (2)自變量：人為改變的變量，如實驗中的氯化鐵溶液。 (3)因變量：隨著自變量的變化而變化的變量，如過氧化氫的分解速率。 (4)無關(guān)變量：實驗過程中存在的可變因素，對實驗結(jié)果造成影響，這些變量稱為無關(guān)變量。,(5)對照實驗：除了一個因素以外，其余因素都保持不變的實驗。一般要設(shè)置對照組和實驗組。,[特別提醒] (1)實驗時，必須用新鮮的剛從活體動物內(nèi)取出的肝臟作實驗材料。因為新鮮肝臟中的酶能保持其原有的活性。 (2)肝臟要研磨充分，以加大肝細胞內(nèi)過氧化氫酶與試管中H2O2的接觸面積，從而加速H2O2的分解。 (3)滴加FeCl3溶液和肝臟研磨液時不能合用一支滴管，以免影響實驗效果。 (4)由于反應(yīng)速率快，實驗時要特別注意比較產(chǎn)生氣泡的多少、冒氣泡時間的長短、衛(wèi)生香的燃燒情況等。 (5)H2O2具有一定的腐蝕性，使用時不要讓其接觸皮膚。,下列關(guān)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，起催化作用的本質(zhì)是提高反應(yīng)的活化能 B．所有酶都含有C、H、O、N四種化學(xué)元素 C．人體內(nèi)的酶進行催化過程中，酶本身不變，所以酶不會發(fā)生自我更新 D．酶都在核糖體上合成 [解析] 酶是由活細胞產(chǎn)生的，在細胞內(nèi)和細胞外都可發(fā)揮催化作用，酶的作用機理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)或RNA，故都含有C、H、O、N四種元素，在核糖體或細胞核中合成。反應(yīng)前后，酶本身不變，但在人體內(nèi)的酶仍會不斷更新。,[答案] B,已知2H2O2===2H2O＋O2↑，可以通過觀察反應(yīng)過程中氧氣的生成速率(即氣泡從溶液中釋放的速率)來判斷H2O2分解反應(yīng)的速率。請用所給的實驗材料和用具設(shè)計實驗，使其能同時驗證過氧化氫酶具有催化作用和高效性。要求寫出實驗步驟、預(yù)測實驗結(jié)果、得出結(jié)論，并回答問題。 實驗材料與用具：適宜濃度的H2O2溶液，蒸餾水，3.5%FeCl3溶液，0.01%的過氧化氫酶溶液，恒溫水浴鍋，試管。 (1)實驗步驟： ①取3支試管，各加入_______________________________________，放入37 ℃恒溫水浴鍋中保溫適當(dāng)時間。 ②分別向上述3支試管中加入_________。 ③觀察各管中____________________________。 (2)實驗結(jié)果預(yù)測及結(jié)論： 整個實驗中，不同處理的試管中O2的釋放速率從快到慢依次是：______________。由此可得出的結(jié)論是___________________。,[解析] 分析該實驗驗證的問題可知，實驗?zāi)康挠袃蓚€：一是驗證酶具有催化作用，可通過設(shè)置有酶和無酶的兩組實驗進行研究；二是驗證酶具有高效性，可通過酶和FeCl3溶液的比較進行研究。因此本實驗可分為三組：分別加入蒸餾水、過氧化氫酶溶液、FeCl3溶液。驗證性實驗的結(jié)果是確定的，即加入過氧化氫酶溶液的一組O2釋放速率最快，實驗結(jié)論與實驗驗證的問題一致。,[答案] (1)①等量且適量的H2O2溶液 ②等量且適量的蒸餾水、FeCl3溶液和過氧化氫酶溶液 ③釋放氣泡的快慢 (2)加過氧化氫酶溶液的試管、加FeCl3溶液的試管、加蒸餾水的試管 酶具有催化作用和高效性,驗證性實驗的設(shè)計思路,驗證性實驗通常是指實驗者針對已知的實驗結(jié)果而進行的以驗證實驗結(jié)果、鞏固和加強有關(guān)知識內(nèi)容、培養(yǎng)實驗操作能力為目的的重復(fù)性實驗。驗證性實驗是建立在已知結(jié)論基礎(chǔ)上的，實驗原理、實驗結(jié)果是已知的，因此實驗步驟的設(shè)計也應(yīng)合乎實驗結(jié)果產(chǎn)生的必然。 實驗設(shè)計思路及方法： (1)如果需要提取、配制、處理實驗材料，則把提取、配制等操作作為第一步。 (2)分組標(biāo)號。研究對象、器皿等要分組標(biāo)號，設(shè)立實驗組和對照組；注意控制無關(guān)變量，在措辭中往往有“相同”“一致”等字眼。如果有測量應(yīng)測量記錄初始值。 (3)實驗處理。分別對實驗組和對照組施加單一變量；實驗處理要遵循“單一變量和對照原則”。 (4)培養(yǎng)(或飼養(yǎng))、觀察、記錄等。依然在措辭中體現(xiàn)對無關(guān)變量的控制，經(jīng)常有“相同條件下”等字眼描述，觀察記錄實驗現(xiàn)象或記錄測定的實驗數(shù)據(jù)。,課堂歸納,網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建,填充：①蛋白質(zhì) ②RNA ③降低活化能,1．細胞代謝是細胞中化學(xué)反應(yīng)的總稱。 2．酶是生物催化劑，其催化原理是降低化學(xué)反應(yīng)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(zhì)，少部分是 RNA。,[關(guān)鍵語句],1．在“比較過氧化氫在不同條件下分解”的實驗中，把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(yīng)物的接觸 C．提高過氧化氫酶的活性 D．有利于對實驗結(jié)果的觀察 解析：選B 將新鮮肝臟制成研磨液的目的是使肝臟中的過氧化氫酶與過氧化氫充分接觸，提高反應(yīng)速率。,2．“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗中，滴入過氧化氫酶的試管內(nèi)( ) A．產(chǎn)生的氣泡多，點燃的衛(wèi)生香燃燒不猛烈 B．產(chǎn)生的氣泡多，點燃的衛(wèi)生香燃燒猛烈 C．產(chǎn)生的氣泡少，點燃的衛(wèi)生香燃燒不猛烈 D．產(chǎn)生的氣泡少，點燃的衛(wèi)生香燃燒猛烈 解析：選B 由于過氧化氫酶降低化學(xué)反應(yīng)的活化能效果顯著，因此過氧化氫分解速率較快，產(chǎn)生的氣泡多，點燃的衛(wèi)生香燃燒猛烈。,3．關(guān)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(diào)節(jié)新陳代謝的物質(zhì)不是酶 D．所有酶與雙縮脲試劑作用均可發(fā)生紫色反應(yīng) 解析：選C 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(zhì)合成，有的酶促進物質(zhì)分解，只有消化酶才能促進消化。調(diào)節(jié)新陳代謝的物質(zhì)有激素、維生素、無機鹽等，酶是對代謝過程的化學(xué)反應(yīng)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(yīng)。,4．在如圖所示的實驗中，屬于自變量的是( ),A．催化劑 B．過氧化氫分解的速率 C．產(chǎn)生氣泡量 D．試管中的過氧化氫溶液的量 解析：選A 由圖示可知，圖中的實驗處理是分別向過氧化氫溶液中加入氯化鐵和過氧化氫酶溶液，F(xiàn)e3＋和過氧化氫酶都能催化過氧化氫分解，因此該實驗的自變量是催化劑的不同。,5．在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗中，對實驗的處理如表所示。,(1)在上表的實驗處理中，研究了哪些自變量？________________， 寫出一種無關(guān)變量______________。 (2)該實驗用的肝臟要求新鮮是因為______________。 (3)若要研究生物催化劑與無機催化劑的差別，可選用的實驗組合是________________。 (4)若試管1和試管2組成對照實驗，能說明的問題是_____________。 (5)除了上述的對照實驗，請再找出一組對照實驗，______________， 該對照實驗說明的問題是___________________________________。 (6)上述實驗中的____________________是實驗組、______________是對照組。,解析：(1)由表中的實驗處理可知，實驗的自變量是溫度和催化劑，過氧化氫溶液的用量、FeCl3溶液、肝臟研磨液的用量、溶液的pH等都屬于無關(guān)變量。(2)肝臟放置久了，就會被微生物破壞，其中含有的過氧化氫酶被破壞，失去催化過氧化氫分解的能力。(3)若要研究生物催化劑和無機催化劑的差別，實驗的自變量是催化劑種類，因此可選用表格中的試管3和試管4。(4)試管1和試管2的實驗處理不同的是溫度，二者比較可以說明溫度對過氧化氫分解具有促進作用，其作用原理是加熱使過氧化氫分子得到能量，促使其分解。(5)分析表格中實驗處理，除試管1與試管2對照外，還有試管1與試管3或試管4，說明無機催化劑Fe3＋或生物催化劑過氧化氫酶都具有催化過氧化氫分解的作用；試管1與試管3、試管4對照，則可說明過氧化氫酶催化過氧化氫分解的效率比Fe3＋高。(6)上述實驗中的試管2、3、4是實驗組，試管1是對照組。 答案：(1)溫度、催化劑 過氧化氫溶液的用量、FeCl3溶液、肝臟研磨液的用量、溶液的pH(任寫其一) (2)肝臟放置時間長，過氧化氫酶會被破壞，影響實驗效果 (3)試管3和試管4 (4)加熱使過氧化氫分子得到能量，促使過氧化氫分解 (5)答案一：試管1和試管3 FeCl3能催化過氧化氫的分解 答案二：試管1和試管4 肝臟研磨液中的過氧化氫酶能催化,(時間：25分鐘；滿分：50分) 一、選擇題(每小題3分，共24分) 1．如圖為酶催化反應(yīng)的過程示意圖，以數(shù)字編號的圖形分別表示反應(yīng)物、酶、生成物等反應(yīng)要素，其中表示酶的圖形編號是( ),A．① B．② C．③ D．④ 解析：選A 從圖中可以看出圖形①參與催化反應(yīng)，并在反應(yīng)前后能保持結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不變，故圖形①應(yīng)為酶。,2．下列有關(guān)酶的敘述，正確的是( ) A．組成酶的單體是氨基酸或脫氧核苷酸 B．冬季，人體內(nèi)酶的活性隨環(huán)境溫度的下降而降低 C．底物充足，其他條件適宜，酶促反應(yīng)速率與酶的濃度成正比 D．酶通過提供能量或降低活化能來提高反應(yīng)速率 解析：選C 組成酶的單體是氨基酸或核糖核苷酸；冬季，人體內(nèi)酶的活性不隨環(huán)境溫度的下降而降低，因為人是恒溫動物；酶通過降低活化能來提高反應(yīng)速率。,3．活細胞內(nèi)合成酶的原料是( ) A．脂肪酸 B．核苷酸 C．氨基酸 D．氨基酸或核糖核苷酸 解析：選D 絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，其基本單位是氨基酸；少數(shù)的酶是RNA，其基本單位是核糖核苷酸。,4．在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗中加入肝臟研磨液與加入氯化鐵的試管反應(yīng)程度類似，都不劇烈，可能的原因是( ) A．過氧化氫溶液配置時間過長 B．肝臟不新鮮 C．試管不干凈 D．A、B都有可能 解析：選D 由于實驗中加入肝臟研磨液和加入氯化鐵的試管反應(yīng)都不劇烈，其原因有兩個方面：一是使用的過氧化氫溶液配置時間過長，自身已發(fā)生分解；二是使用的肝臟不新鮮，其中的過氧化氫酶已被微生物破壞。,5．當(dāng)某種RNA存在時，生物體內(nèi)的某種化學(xué)反應(yīng)能正常進行；當(dāng)這種RNA被有關(guān)的酶水解后，此種化學(xué)反應(yīng)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(zhì) C．RNA主要存在于細胞質(zhì)中 D．RNA也可作為生物催化劑 解析：選D RNA被有關(guān)酶水解后，化學(xué)反應(yīng)立即減慢，說明該酶催化此反應(yīng)的進行，即RNA也具有催化作用，故D項正確。A、B、C三項從內(nèi)容上講均是正確的說法，但無法從題干信息中得出這些結(jié)論，故三項均錯誤。,6．關(guān)于酶生理功能的敘述，下列哪一項是正確的( ) A．能為生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)提供能量 B．具有催化作用，比無機催化劑的催化效率高得多 C．酶與無機催化劑降低反應(yīng)活化能的效率相同 D．能促進生物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的運輸 解析：選B 酶不能為化學(xué)反應(yīng)提供能量，只能降低反應(yīng)的活化能；酶的催化效率遠高于無機催化劑；酶的作用原理是降低反應(yīng)的活化能，催化效率高于無機催化劑；酶只具有催化作用，不能促進營養(yǎng)物質(zhì)的運輸。,7．在探究不同的溫度對酶活性影響的實驗時，溫度和pH值分別屬于 ( ) A．自變量和因變量 B．因變量和無關(guān)變量 C．自變量和無關(guān)變量 D．自變量和對照變量 解析：選C 探究不同溫度對酶活性影響的實驗中，溫度是自變量，pH等屬于無關(guān)變量。,8．絕大多數(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(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì) D．酶的基本組成單位是多肽 解析：選C 絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)水解后最終可得到氨基酸。,二、非選擇題(共26分) 9．(11分)下表是有關(guān)H2O2的系列實驗，回答有關(guān)問題。,(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(zhì)是__________，土豆浸出液能否重復(fù)使用？________(選填“能”或“不能”)。 (3)若表中X的內(nèi)容是收集100 mL氣體所需的時間，你預(yù)測X1、X2、X3、X4的大小關(guān)系是____________________________________。,解析：(1)序號3中加入土豆浸出液，含有過氧化氫酶，產(chǎn)生大量氣泡。(2)酶可以重復(fù)使用。(3)由于酶具專一性，4中是唾液淀粉酶，對H2O2分解不起催化作用，故X1≈X4X2X3。,答案：(1)產(chǎn)生大量氣泡 (2)過氧化氫酶 能,10．(15分)美國科學(xué)家T.RCech和S.Altman發(fā)現(xiàn)將大腸桿菌中具有催化作用的物質(zhì)中的蛋白質(zhì)除去后，留下的RNA仍有催化作用，故稱為核酶，因此而獲得了諾貝爾化學(xué)獎，某實驗小組為驗證該酶的化學(xué)本質(zhì)為RNA，設(shè)計了如下實驗，請完善實驗過程。 (1)材料用具：核酶、核糖核酸酶、吡羅紅染液、小試管、滴管等。 (2)實驗步驟： ①取2支試管編號1、2，分別向其中加入1 mL的核酶。 ②向1號試管加入1 mL的______，向______號試管加入1 mL的核糖核酸酶?？刂圃谶m宜的溫度下反應(yīng)一段時間。 ③再向2支試管中分別加入1 mL的____________。 ④觀察實驗現(xiàn)象：1號試管出現(xiàn)__________________，2號試管不變色。 (3)實驗結(jié)論：___________________________________________。,解析：本實驗所依據(jù)的原理是RNA會被核糖核酸酶水解。吡羅紅染液會使RNA呈現(xiàn)紅色，而不與RNA水解產(chǎn)物反應(yīng)。第②步依據(jù)對照原則應(yīng)向1號試管中加入1 mL的清水。第③步，向2支試管中均加入的是吡羅紅染液，結(jié)果1號試管出現(xiàn)紅色，2號試管不變色。因此，可得出核酶的化學(xué)本質(zhì)為RNA。,答案：(2)②清水 2 ③吡羅紅染液 ④紅色 (3)核酶的化學(xué)本質(zhì)為RNA,