第1节 降低化学反应活化能的酶

达州新世纪学校校本课程 导学练（ GSP）案 年级 : 高 科目 : 生物 主备人 : 杨天明 、周家炳、应兵 审阅 : 周家炳 班级 _ 姓名 _ 小组 _ 第五章 细胞的能量供应和利用 第 1 节 降低化学反应活化能的酶 一基础知识 一、酶在细胞代谢中的作用 1 细胞代谢 场所： 内 ； 实质：各种 的总称 ； 2 实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解。 （ 1） .实验原理 H2O2 在水浴加热、 FeCl3 溶液中的 和肝脏研磨液中 的作用下加速分解。（ 2） .实验步骤 编号 步骤 1 2 3 4 相同处理 向 4 支试管中分别加人 ，并放在试管架上 不同处理 不处理 放人 中加热 滴入 滴入 观察 试管内产生的 试管内卫生香 （ 3） .结果 通过观察教材图示可知： 产生的气泡最多，卫生香燃烧猛烈。 （ 4） .结论 酶在 下，可以高效地完成对化学反应的催化。 （ 6） .对照实验 . 含义：除了一个因素以外，其余因素都保持 的实验。 .原则：除了 外，其他变量都应当始终 3 .对照组： 不作自变量处理 4 .实验组： 作自变量处理 （ 7） .设计对照实验的原则 ：单一变量的原则、对照原则、平行重复的原则 3 酶的作用原理 （ 1） .活化能：分子从 转变为容易发生化学反应的 所需要的能量。 （ 2） .作用 原理：同无机催化剂相比，酶 的作用更显著，因而催化效率更高。 （ 3） .意义：使细胞代谢能在 条件下快速进行。 二、酶的本质 1 合成场所： 2 化学本质：具有 的有机物，绝大多数是 ，极少数是 三、酶的高效性和专一性 含义：酶的催化效率大约是 的 107-1013 倍 高效性 意义：使 快速进行 专一性 含义：每一种酶只能催化 化学反应意义 意义：使 有条不紊地进行 四、酶的作用条件的温和性 1 酶活性 ( 1 ）含义：酶对化学反应的 ( 2 ）主要影响因素： 2 温度和 pH 对酶活性的影响 条件 酶活性 温度 PH 最高 最适 最适 降低 失活 二 自我检测 1 . “比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，滴人过氧化氢酶的试管内（ ) A 产生的气泡多，点燃的卫生香燃烧得不猛烈 B 产生的气泡多，点燃的卫生香燃烧得猛烈 C 产生的气泡少，点燃的卫生香燃烧得不猛烈 D 产生的气泡少，点燃的卫生香燃烧得猛烈 2 如图表示在不 同条件下化学反应所需活化能的变化情况，则 A 、 B 、 C 所代表的条件依次为（ ） A 有无机催化剂催化，有酶催化，无催化剂催化 B 有酶催化，无催化剂催化，有无机催化剂催化 C 无催化剂催化，有无机催化剂催化，有酶催化 D 有酶催化，有无机催化剂催化，无催化剂催化 3 将某种酶水解，最后得到的有机小分子是（ ) 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 廊坊高一检测）在探究 pH 对酶活性影响的 实验中，温度和 pH 分别属于（ ) A 自变量和因变量 B 无关变量和因变量 C 无关变量和自变量 D 因变量和自变量 5 2010 福州高一检测）某学生为了验证唾液的功能，做了如下一组实验：取甲、乙两试管，分别加人等量的淀粉糊 2 mL ，甲试管又加人 2 mL 唾液，两试管同时放人 37 的温水中保持 10min 后取出，各加 入 0.5mL 碘液，振荡，发现只有乙试管中呈现蓝色反应。此同学的实验程序中有一错误，请指出（ ) A 乙试管应低温或室温 B 乙试管应加胃液 C 乙试管应加人与唾液等量的清水 D 应再加一支试管，内加些酸或碱 6 如图，在下列试管中均加入 3 mL 浆糊。 A 、 C 两试管中各注人 2 毫升清水， B 、 D 两试管中各注人 2 毫升新鲜的且分别经水槽中相同温度处理的唾液淀粉酶溶液，把四支试管均置于水槽中保温 5 分钟，分别滴人 2 滴碘液，其中不变为蓝色的是（ ) 7 关于如图所示实验的叙述中，错误的是 ( ) A 甲装置是实验组，乙装置是对照组 B . H202 溶液的浓度属于无关变量 C. 乙试管产生气泡的速率比甲试管快 D.两支试管中 H202 溶液的体积应相同 三 知识链接 一、酶的本质及“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验 1 酶的本质及实验验证 化学本质 绝大多数是蛋白质 少数是 RNA 实验验证 与双缩脉试剂反应呈紫色 与 吡 罗红染液反应呈红色 合成原料 氨基酸 核糖核 苷 酸 合成场所 核糖体 细胞核（主要） 来源 一般活细胞中均能产生 生理功能 具有生物催化功能 作用机理 降低化学反应的活化能 具有特性 专一性；高效性；需要适宜的 pH 、温度 【 归纳总结 】 具有 专一性 的物质小结 酶：每一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应。 载体：物质以主动运输方式通过细胞膜时需要载体，不同物质的载体不同，载体的专一性是细胞膜选择透过性的基础。 受体：细胞间信息传递时，激素会与特异性受体结合。 2 . “比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验分析 ( 1 ）对照实验设计 组别 对照组 实验组 试管号 1 2 3 4 H2O2 溶液 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 实验处理 不处理 水浴加热 加 Fe3 加过氧化氢酶 设置目的 排除无关变量产生的误差 与对照组形成对照，比较实验现象，通过分析得出实验结果或结论 注意： 对照实验中的自变量应具有单一性，即遵循单一变量原则，只有这样才能保证实验结果的正确性，增强实验结论的说服力。 ( 2 ）实验现象分析 与 1 号试管相比， 2 、 3 、 4 号试管明显有气泡产生，说明水浴加热、 Fe3 、过氧化氢酶都可以促进过氧化氢分解，提高反应速率。 4 号试管的反应速率明显比 3 号试管快，说明过 氧化氢酶比 Fe3 的催化效率高得多。 ( 3 ）实验中应注意的问题 实验时要选用新鲜的肝脏。肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生菌的作用下分解，过氧化氢就不能被分解成水和氧气。 肝脏要制成研磨液。因为研磨后的肝脏能与试管中的过氧化氢充分接触，使其中的酶能正常发挥其催化特性，从而加速过氧化氢的分解。 酶的专一性 实验过程总结如下表： 淀粉溶液（ 1 号试管） 蔗糖溶液（ 2 号试管） 实验原理 淀粉酶能让淀粉水解成还原性糖，还原性糖与斐林试剂反应生成砖红色沉淀 淀粉酶不能让蔗糖水 解，所以与斐林试剂不能反应生成砖红色沉淀 实验步骤 一 试管各加入 2 mL 淀粉溶液 试管各加入 5 mL 蔗糖溶液 二 加入淀粉酶 2 滴，振荡，放在 60 的左右，反应约 5 min 三 加斐林试剂振荡水浴加热煮沸 实验现象 蓝色棕色砖红色沉淀 无变化 结 论 证明温度会影响酶的活性？ 设计实验如下表： 淀粉溶液（ 1 号试管） 淀粉溶液（ 2 号试管） 淀粉溶液（ 3 号试管） 实验原理 淀粉酶能让淀粉水解成还原性糖，还原性糖与斐林试剂反应生成砖红色沉淀酶只有在合适的温度时候它的催化效率才最 大 实验步骤 一 试管各加入 2 mL 淀粉溶液 二 加入淀粉酶 2 滴，振荡，加热至 60 左右，反应约 5 min 加入淀粉酶 2 滴，振荡，保持 20 左右，反应约 5 min 加入淀粉酶 2 滴，振荡，加热至 100 左右，反应约 5 min 三 加斐林试剂振荡水浴加热煮沸 实验现象 无变化 蓝色棕色砖红色 沉淀 无变化 结 论 只有在一定温度下酶的催化效率最好 介绍右图（ P 85 图 5 3） 图 5 1 1 展示图介绍，科学实验证实，不同的 pH 条件下测同一种酶的活性，并且根据所得到的数据绘制 成曲线图 5 1 2。 图 5 1 2 设计实验来验证不同的 pH 下，酶的活性不同： 1 号试管 2 号试管 3 号试管 实验原理 过氧化氢酶能使过氧化氢快速分解 实验步骤 一 试管各加入 2 mL 体积分数为 3%的过氧化氢溶液 二 pH 为 2 左右 pH 为 7 左右 pH 为 12 左右 三 分别加入过氧化氢酶溶液 2 滴 实验现象（用卫生香来检验） 反应不剧烈，几乎无变化 复燃 反应不剧烈，几乎无变化 结 论 不同的 pH 下过氧化氢酶的催化效率不同 二、“探究影响酶活性的条件”实验分析 1 原理解读 温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解。滴 加碘液后，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。 pH 对酶活性的影响 ( 2 ) pH 影响酶活性，从而影响氧气的生成量，可用点燃但无火焰的卫生香的燃烧情况来检验氧气生成量的多少。 三、与酶相关的曲线分析 ( 1 ）甲图中说明：在底物充足，其他条件适宜的情况下，酶浓度与酶促反应速率成正比。 ( 2 ）乙图说明：酶 A 会促进 A 反应物的酶促反 应，酶 B 则不会，所以酶具有专一性。 ( 3 ）丙图说明： 与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 酶只会缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。 ( 1 ）甲图说明： 在最适 pH 时，酶的催化作用最强，高于或低于最适 pH ，酶的催化作用将减弱。 过酸过碱都会使酶失活。 不同的酶最适 pH 不同。 ( 2 ）乙图说明： 在一定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用增强，超过这一范 围酶催化作用将减弱。 低温只会抑制酶的活性，而高温会使酶失活。 ( 3 ）丙图说明：反应溶液 pH 的变化不影响酶作用的最适温度。 四 典型例题 【 典例 1 】 （ 2010 苏北四市联考）在研究酶特性的实验中，以体积分数为 3 的过氧化氢溶液为底物的一组实验记录如下表所 示 ： 据表分析，不能得出的结论是 （ ） A 从催化反应条件看，酶的作用条件温和 B 从催化反应物种类看，酶具有专一性 C 从催化反应效率看，酶具有高效性 D 从实验变量看，肝脏研磨液属于自变量 【 标准解答 】 选 B 。本题主要考查了酶的相关实验及验证酶的特性，分析如下： 实验 与 对比酶的作用条件温和 实验 与 对比酶具有高效性 实验中只用了一种酶与一种底物酶具有专一性 实验中只有一个量（ H202 的分解条件）在改变，肝脏研磨液属于自变量。 【 典例 2 】 （ 2010 广州高一检测）某研究小组在探究“影响酶活性的条件”的实验时，提出“过氧化氢酶的活性是否受 pH 影响”的问题，并设计了如下的实验操作步骤： 向甲、乙试管内各加人 ZmL 新配制的体积分数为 3 的过氧化氢溶液； 向甲试管内加人 lmL 质量分数为 5 的盐酸； 向乙试管内加人 lmL 质量分数为 5 的氢氧化钠溶液； 向甲、乙试管内各加人 2 滴新鲜的质量分数为 20 的猪肝研磨液； 观察试管中发生的变化。 请根据该小组设计的实验操作步骤，回答下列问题： ( 1 ）请设计一个表格，以便于实验时的操作和记录。 ( 2 ）可观测的指标是 ( 3 ）上述实验缺少对照，请补充一个实验作为对照组。 ( 4 ）在完成改进方案后，预期的实验结果是 【 标准解答 】 本题考查了 pH 对酶活性的影响及对照实验的 分析。现解析如下： 在记录实验结果时要进行分组，记录下不同情况的结果，这是列表时的重要依据。 答案： ( 1 ) （其他合理设计也可以） ( 2 ）试管中产生的气泡数量 ( 3 ）增加丙试管，加入 lmL 蒸馏水取代在第二、三步中加入的盐酸或氢氧化钠溶液，其他步骤相同 ( 4 ）甲、乙两试管中产生的气泡数量较少，丙试管中产生大量的气泡 【 误区警示 】 实验中因变 量是随自变量变化而变化的，上述实验中因变量是过氧化氢的分解速率，而它需要一个可观测的或可以衡量的指标来表示，便于观察和记录。所以要区分好因变量和衡量指标的关系。 记录实验结果的表格设计 ( 1 ）表格题目的设计原则：以实验的课题及目的为基本框架，然后加入记录数据绘制统计表，如“过氧化氢分解速率统计表”题中 a 设置甲、乙两组， b 要进行不同处理， c 要进行观察即所记录的结果。 ( 2 ）表格的设计：在数学中列表法是画函数图像的基本方法之一，所以在表格中一般纵排为自变量时，横排为因变量，或横 排为自变量时纵排为因变量，这也是图像与表格相互转换的重要依据。 五 高考链接 1 . ( 2009 广东高考）水稻细胞内合成的某物质，能够在常温下高效分解淀粉，该物质（ ) A在 4 条件下易变性 B。只含有 C、 H C。也能催化淀粉合成 D。含有羧基 2 .( 2010。海门高一检测）如图表示某反应物剩余量随 pH 及温度的变化情况，正确的是（ ) A 该酶的最适温度是 37 B 随着 pH 的升高，酶的活性先降低后增大 C 随着温度的升高，酶的活性逐渐降低 D ，随着温度的升高，酶的最适 pH 不变 答案： D D 六 .课后作业 建议用时： 30min 实际用时 : 分值： 30 分 实际分值： 一、选择题（共 5 小题，每小题 6 分，共 30 分） 1 . ( 2009 海南高考）能使植物细胞壁和细胞膜结构均破坏的一组酶是（ ) A 淀粉酶、纤维素酶、溶菌酶 B 纤维素酶、果胶酶、蛋白酶 C 果胶酶、溶菌酶、纤维素酶 D 磷脂酶、淀粉酶、蛋白酶 2 大多数酶在水解过程中 ，通常能得到多 肽 ，最后能得到氨基酸，这说明（ ) A 酶是由活细胞产生的 B 酶是生物催化剂 C 绝大多数酶的化学本质是蛋白质 D 酶的基本组成单位是多 肽 3 . ( 2010 海淀区高一检测） 探究温度对酶活性影响最合理的实验步骤是 （ ) 取 3 支试管编号，各注人 2 mL 淀粉液；另取 3 支试管编号，各注人 1 mL 新鲜的淀粉酶溶液 将淀粉酶溶液注 入 相同温度下的淀粉液试管中，维持各自的温度 5min 向各试管 滴一滴碘液 将 6 支试管分成三组，每组各有一份淀粉液和一份淀粉酶溶液，分别放在 600C 的热水、沸水和冰水中 观察实验现象 4 . ( 2010 孝感高一检测）一块琼脂块上的 4 个圆圈处均含有淀粉，分别用不同方法处理，如图所示，将上述实验装置放人 37 恒温箱中，保温处理 24 小时后，用碘液冲浸该琼脂块，可见其上面呈蓝色的斑块个数是 （ ） A . 1 B .2 C . 3 D . 4 5 如图表示一种酶在不同处理条件下催 化反应时反应物的剩余量和反应时间的关系，造成图中曲线 不同的原因可能是（多选） ( ) A 反应物浓度不同 B 酶浓度不同 C pH 不同 D 温度不同 6 . ( 2009 辽宁、宁夏高考改造）如图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是（ ) A 当反应温度由 t3 调到最适温度时，酶活性下降 B 当反应温度由 t1 调到最适温度时，酶活性上升 C 酶活性在 t2 时比 t1 高，故 t2 时更适合酶的保存 D .酶活性在 t1 时比 t2 低，表明 tl 时酶的空间 结构破坏更严重 二、非选择题（共 20 分） 7 如图表示在不同条件下酶促反应速率的变化曲线，请分析回答下列问题。 ( l ）酶促反应速率可以用 来表示。 ( 2 )II 和 I 相比，酶促反应速率慢，这是因为 ( 3 ）图中 AB 段和 BC 段影响反应速率的主要限制因子分别是 和 ( 4 ）若想探究酶的最适 pH ，至少应设计 种不同的 pH 。 ( 5 ）在酶浓度相对值为 1 个单位，温度为 25 条件下酶促反应速率最大值应比 II 的 （“大”或“小， ” ）。 8.( 2010 南京模拟）为探究高温对酶活性的影响，某同学设计并进行了如下实验： 方法步骤： 取两个大小相同的洁净试管编号为 1 、 2 在 1 号试管中加人 2 mL3 的新鲜过氧化氢溶液， 2 号试管中加人 1 mL20 的新鲜肝脏研磨液。分别置于 100 恒温水浴 5 分钟； 将 2 号试管中的肝脏研磨液加人到 1 号试管中，振荡摇匀，再置于 100 恒温水浴 5 分钟，结果未观察到气泡产生。请据此回答下列问题： ( l ）实验目的： ( 2 ）结果分析：该同学在实验中观察不到气泡产生的原因可能是 ( 3 ）交流讨论：同学们推测实验中观察不到气泡产生有三个原因。为了验证推断，在原实验基础上设计了如下实验方案进行验证。 方案 ：将上述试管温度缓慢降至 37 左右，若此过程中无气泡产生，再向试管中加人 2 mL3 的新鲜过氧化氢溶液，观察，仍无气泡产生，则说明 方案 ：将上述试管温度缓慢降至 37 左右，若此过程中无气泡产生，再向试管中加人 1 mL20 的新鲜肝脏研磨液，观察，仍无气泡产生，则说明 方案 ：若方案 和方案 现象同时成立，则说明 ( 4 ）在研究温度对酶活性的影响实验过程中，需控制 等无关变量。 四、当堂检测 1下列关于酶的概念，最准确的叙述是 （ ） A 酶是一种蛋白质 B 酶是一种具有催化能力的蛋白质 C 酶是活细胞产生的一种蛋白质 D 酶是活细胞产生的具有催化能力的一种有机物 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、斯帕兰札尼发现，放在鹰胃内的肉块经过一段时间后消失了。这主要是由于鹰胃内有 块起了作用的 ( ) A胃蛋白酶 D胃淀粉酶 C盐酸溶液 D物理性摩擦 4选用新鲜肝脏做酶的高效性实验，是因为新鲜肝脏中 ( ) A含 Fe3+多 B过氧化氢酶易发挥作用 C含的酶的种类多 D过氧化氢酶多且活性强 5下列关于过氧化氢的叙述中，正确的是 ( ) A在无催化剂时，不会分解咸水和氧气 B过氧化氢和水一样无色无味，对皮肤无害 C Fe3+和过氧化氢酶都能加速过氧化氢的分解反应 D在有催化剂存在时，过氧化氢分解反应的平衡会向分解一侧移 动 6发现少数 RNA 也具有生物催化作用，从而使酶的概念更深一步是在 ( ) A 19 世纪 30 年代 B 20 世纪 80 年代 C 18 世纪 60 年代 D 20 世纪 30 年代 7如图所示，分别