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)

課標(biāo)要求核心素養(yǎng)1.通過對酶催化作用具體實例的討論，說明酶在細胞代謝中的作用及酶的本質(zhì)和特性。2．通過閱讀分析“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”的資料，認同科學(xué)是在不斷地探索和爭論中前進的，偉大的科學(xué)家也會有認識上的局限性。3．通過相關(guān)的實驗和探究，嘗試控制自變量、觀察和檢測因變量、設(shè)置對照組和重復(fù)組。1.生命觀念：能量的供應(yīng)和利用都離不開物質(zhì)變化，酶能催化生化反應(yīng)發(fā)生物質(zhì)變化。2．科學(xué)思維：歸納與概括酶的作用機理及特性。3．科學(xué)探究：能夠根據(jù)實驗?zāi)康模O(shè)計比較過氧化氫在不同條件下的分解實驗，分析結(jié)果得出結(jié)論。必備知識自主梳理

酶在細胞代謝中的作用1．細胞代謝(1)場所：__________。(2)實質(zhì)：許多____________的統(tǒng)稱。(3)意義：細胞代謝是________________的基礎(chǔ)。細胞中化學(xué)反應(yīng)細胞生命活動2．比較過氧化氫在不同條件下的分解(1)實驗原理(2)實驗結(jié)論①酶具有________作用。②與無機催化劑相比，酶的____________更高。催化催化效率3．酶的作用機理(1)活化能：分子從_______轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的___________所需要的能量。(2)酶的作用機理：通過________化學(xué)反應(yīng)所需要的__________從而加快化學(xué)反應(yīng)的進行。(3)與無機催化劑相比，酶催化效率更高的原因：酶降低活化能的作用更顯著。常態(tài)活躍狀態(tài)降低活化能加熱、Fe3＋和過氧化氫酶都可以促進過氧化氫分解，它們的作用機理相同嗎？為什么？提示：不同。加熱促進過氧化氫分解的作用機理是加熱使過氧化氫分子得到了能量，而Fe3＋和過氧化氫酶的作用機理則是降低了過氧化氫分解反應(yīng)的活化能。

酶的本質(zhì)1．關(guān)于酶本質(zhì)的探索2．酶的本質(zhì)(1)產(chǎn)生場所：__________。(2)生理作用：____________。(3)化學(xué)本質(zhì)：__________________。活細胞催化作用蛋白質(zhì)或RNA細胞中合成酶的原料是什么？提示：氨基酸、核糖核苷酸。(1)酶能提高化學(xué)反應(yīng)的活化能，使化學(xué)反應(yīng)順利進行。(

)(2)酶能催化H2O2分解，是因為酶使H2O2得到了能量。(

)(3)無關(guān)變量是與實驗結(jié)果無關(guān)的變量。(

)(4)在一個實驗中，因變量的檢測指標(biāo)往往不是唯一的。(

)(5)酶的基本組成單位是氨基酸。(

)(6)具有分泌功能的細胞才能產(chǎn)生酶。(

)(7)酶是活細胞產(chǎn)生的，只能在細胞內(nèi)起催化作用。(

)(8)酶在反應(yīng)完成后立即被降解成氨基酸。(

)(9)酶具有催化、調(diào)節(jié)等多種功能。(

)×××√×××××【解析】

(1)酶能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，使化學(xué)反應(yīng)更易進行。(2)酶不為化學(xué)反應(yīng)提供能量，而是降低了H2O2分解所需要的活化能。(3)無關(guān)變量是實驗過程中除自變量外能對實驗結(jié)果造成影響的可變因素。(5)酶的基本組成單位是氨基酸或核糖核苷酸。(6)并不是具有分泌功能的細胞才能產(chǎn)生酶，活細胞都能產(chǎn)生酶。(7)酶不僅在細胞內(nèi)發(fā)揮作用，適宜條件下，在細胞外和體外都可以發(fā)揮作用。(8)酶在化學(xué)反應(yīng)前后性質(zhì)不變，不會在催化后就被降解。(9)酶具有的功能是催化。合作探究能力提升●情境解讀實驗情境：過氧化氫是細胞代謝中產(chǎn)生的代謝廢物，對細胞有毒害作用。有矛就有盾，細胞中含有過氧化氫酶，能將過氧化氫及時分解為氧氣和水。通過“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗，結(jié)合題表。任務(wù)一：分析過氧化氫在不同條件下的分解

試管編號1234

相同處理2mL過氧化氫溶液

不同處理不處理90℃水浴2滴FeCl32滴肝臟研磨液

觀測指標(biāo)無氣泡氣泡少氣泡較多氣泡很多●問題探究1．本實驗的自變量有哪些？提示：本實驗的自變量有溫度、催化劑的種類。2．實驗中為什么把肝臟制備成肝臟研磨液？提示：制成肝臟研磨液目的是使肝細胞中的過氧化氫酶得以充分釋放，增大酶與過氧化氫的接觸面積，加快過氧化氫分解速率。3．本實驗的因變量是什么？如何表示？提示：因變量是過氧化氫的分解速率；一定時間內(nèi)產(chǎn)生氣泡的量。4．本實驗的無關(guān)變量有哪些？如何控制無關(guān)變量？提示：無關(guān)變量有過氧化氫的濃度、反應(yīng)時間等；無關(guān)變量的處理原則是相同且適宜。5．通過分析對照實驗可以得出結(jié)論：1號與2號對比，1號與3號對比，1號與4號對比，3號與4號對比，結(jié)論分別是什么？提示：加熱可以加快過氧化氫的分解；FeCl3可以催化過氧化氫的分解；過氧化氫酶可以催化過氧化氫的分解；與無機催化劑相比，過氧化氫酶的催化效率更高。●典例剖析關(guān)于如圖所示實驗的敘述，錯誤的是(

)A．甲裝置是實驗組，乙裝置是對照組

B．H2O2溶液的濃度屬于無關(guān)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H2O2溶液的體積應(yīng)相同【解析】本題考查比較H2O2在不同條件下的分解實驗的實驗原理和變量控制。用新鮮的肝臟研磨液處理的為實驗組，加清水的為對照組，A錯誤；H2O2溶液的濃度和體積等屬于無關(guān)變量，為保證實驗正常進行應(yīng)遵循等量原則，使兩支試管中的H2O2溶液的濃度和體積相同，B、D正確；新鮮的肝臟研磨液中含有過氧化氫酶，有催化作用，可加快H2O2的分解速率，所以乙試管產(chǎn)生氣泡的速率比甲試管快，C正確。故選A。1.在如圖所示的實驗中，屬于無關(guān)變量的是(

)A．催化劑的種類

B．過氧化氫分解的速率C．試管中的過氧化氫溶液的量

D．產(chǎn)生氣泡量【解析】分析實驗裝置可知，催化劑的種類屬于實驗的自變量，A不符合題意；過氧化氫分解的速率屬于實驗的因變量，B不符合題意；試管中的過氧化氫溶液的量屬于實驗的無關(guān)變量，C符合題意；產(chǎn)生氣泡量屬于實驗的因變量，D不符合題意。故選C。●歸納提升控制變量和設(shè)計對照實驗1．變量：實驗過程中的變化因素稱為變量。2．對照實驗(1)含義：除作為自變量的因素外，其余因素(無關(guān)變量)都保持一致，并將結(jié)果進行比較的實驗。(2)對照實驗的類型3．實驗設(shè)計原則(1)對照原則：設(shè)計對照實驗，既要有對照組又要有實驗組。(2)單一變量原則：實驗設(shè)計時只有一個自變量，且無關(guān)變量在對照組和實驗組中均要保持相同且適宜。(3)等量性原則：指除單一變量可以變化外，其他的實驗條件應(yīng)是一樣的，如所用試劑量要相同、放在相同條件下培養(yǎng)、取長勢相同的植物培養(yǎng)等。●情境解讀數(shù)學(xué)模型：如圖所示為酶催化反應(yīng)的機理與過程，圖中E1、E2、E3都是活化能，請據(jù)圖回答下列問題：任務(wù)二：分析酶的作用原理●問題探究1．請將這三種活化能分別與不使用催化劑、使用無機催化劑、使用酶作催化劑三種條件進行對應(yīng)。提示：E1——使用無機催化劑，E2——不使用催化劑，E3——使用酶作催化劑。2．使用酶作催化劑時，酶所降低的化學(xué)反應(yīng)的活化能應(yīng)該怎么表示？提示：E2－E3。3．加熱也能加快某些化學(xué)反應(yīng)的進行，這種加快和酶的催化原理相同嗎？提示：不同。加熱可以為反應(yīng)的物質(zhì)提供能量，從而縮短物質(zhì)從常態(tài)轉(zhuǎn)化為活躍狀態(tài)的時間，加快化學(xué)反應(yīng)的進行?！竦淅饰鲈诔叵翲2O2溶液幾乎不分解，但加入肝臟研磨液(含H2O2酶)后，會快速分解成H2O和O2。反應(yīng)過程中能量變化如圖所示，其中表示活化能的是(

)A．E2 B.E3C．E3－E2 D.E2－E1【解析】分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量稱為活化能，酶通過降低活化能而使催化效率更高。如圖中的E3－E2即表示活化能，C正確，A、B、D錯誤。故選C。2.如圖表示有酶催化和無酶催化的反應(yīng)過程中的能量變化。下列敘述正確的是(

)A．曲線Ⅰ表示酶促反應(yīng)過程

B．(a－d)的值表示無酶催化時反應(yīng)所需的活化能C．(a－b)的值表示酶催化時降低的反應(yīng)的活化能

D．曲線I、Ⅱ表示的反應(yīng)過程所經(jīng)歷的時間相同【解析】分析題圖，曲線Ⅰ表示無酶催化的反應(yīng)過程，曲線Ⅱ表示酶促反應(yīng)過程，A錯誤；(a－c)的值表示無酶催化時反應(yīng)所需的活化能，B錯誤；(a－b)的值表示酶催化時降低的反應(yīng)的活化能，C正確；酶具有高效性，故曲線Ⅰ、Ⅱ表示的反應(yīng)過程所經(jīng)歷的時間不相同，曲線Ⅰ表示的反應(yīng)過程所需時間比曲線Ⅱ的長，D錯誤。故選C?！駳w納提升1．酶與加熱的作用機理：酶作用的機理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，不能為反應(yīng)提供能量。加熱不能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，而是為反應(yīng)提供能量。2．酶與無機催化劑的共性：降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，縮短達到化學(xué)反應(yīng)平衡點的時間。3．酶的變與不變：酶可以改變化學(xué)反應(yīng)所需的活化能和反應(yīng)速率，反應(yīng)前后酶自身的性質(zhì)和數(shù)量不變、酶不能改變反應(yīng)物與生成物的種類和數(shù)量。●情境解讀生活情境：生活中常遇到這樣的現(xiàn)象：切開的蘋果、久存的荔枝等表面會變色，此過程稱為褐變。此現(xiàn)象是由植物細胞中的多酚氧化酶(PPO)造成的。多酚氧化酶(PPO)是存在于質(zhì)體(植物細胞特有的結(jié)構(gòu)，由膜包裹)中的含有Cu2＋的蛋白質(zhì)類酶，其可以催化液泡中的多酚類物質(zhì)(無色)生成褐色物質(zhì)，不僅會影響外觀，還會導(dǎo)致營養(yǎng)損失。任務(wù)三：分析酶的本質(zhì)●問題探究1．多酚氧化酶(PPO)是由哪個細胞器合成的？寫出判斷理由。提示：核糖體。因為多酚氧化酶(PPO)是含有Cu2＋的蛋白質(zhì)類酶，蛋白質(zhì)的合成場所是核糖體。2．依據(jù)題中信息簡述切開的蘋果褐變的過程。提示：切開的蘋果，生物膜系統(tǒng)被破壞，質(zhì)體中的PPO與液泡中的多酚類物質(zhì)相遇，催化其形成褐色物質(zhì)。3．自然狀態(tài)下，果蔬沒有發(fā)生褐變的原因是什么？提示：因為細胞含有生物膜系統(tǒng)，使多酚氧化酶不能與多酚類物質(zhì)相遇而產(chǎn)生褐變反應(yīng)。●典例剖析

下列有關(guān)酶的敘述，正確的是(

)①酶是具有分泌功能的細胞產(chǎn)生的②酶參與生化反應(yīng)后被消耗③酶一般是由活細胞產(chǎn)生的④酶能夠為化學(xué)反應(yīng)提供活化能⑤絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶為RNA

⑥酶在代謝中有多種功能⑦酶在細胞代謝和生殖發(fā)育中起調(diào)控作用⑧酶具有催化作用A．③⑤⑧

B.③④⑧

C.②⑦⑧

D.③④⑤⑧【解析】酶一般是由活細胞產(chǎn)生的，①錯誤、③正確；酶參與生化反應(yīng)前后，本身的性質(zhì)和數(shù)量不發(fā)生改變，②錯誤；酶只能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，不能為化學(xué)反應(yīng)提供活化能，④錯誤；絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA，⑤正確；酶在代謝中只有催化功能，⑥⑦錯誤、⑧正確。綜上分析，③⑤⑧正確。故選A。3．20世紀80年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種酶——RNaseP酶。分析發(fā)現(xiàn)，RNaseP酶由20%的蛋白質(zhì)和80%的RNA組成。研究發(fā)現(xiàn)，將這種酶中的蛋白質(zhì)除去，并提高剩余物質(zhì)的濃度，留下來的RNA仍然具有與這種酶相同的催化活性。這一研究結(jié)果表明(

)A．一些RNA具有生物催化作用B.酶都是由RNA和蛋白質(zhì)組成的C．酶的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)D.酶的化學(xué)本質(zhì)都是RNA【解析】一些RNA是酶，具有生物催化作用，符合題意，A正確；酶的本質(zhì)是RNA或蛋白質(zhì)，只能是其中的一種，B錯誤；有些酶是RNA，C錯誤；有些酶是蛋白質(zhì)，D錯誤。故選A。●歸納提升1．酶的本質(zhì)及生理功能

概念酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物

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(yīng)前后酶的性質(zhì)和數(shù)量不變)

作用機理降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率

酶催化作用實驗驗證實驗組：底物＋相應(yīng)酶→底物被分解對照組：底物＋等量蒸餾水→底物不被分解注：酶只有催化作用，沒有調(diào)節(jié)功能；酶可作為催化劑，也可作為反應(yīng)底物。

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(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)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2．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。課堂達標(biāo)鞏固訓(xùn)練1．下圖表示“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗。相關(guān)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(guān)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(gòu)成對照實驗D．分析1號、2號試管的實驗結(jié)果可知加熱能降低反應(yīng)的活化能【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(guān)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(gòu)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(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)，不是降低反應(yīng)的活化能。故選C。2．某核酶是具有催化功能的單鏈RNA分子，可催化降解特異的RNA序列。下列關(guān)于核酶的敘述正確的是(

)A．磷脂分子和核酶的元素組成不相同B