降低化学反应活化能的酶（第一课时）高一生物上学期精品讲义（人教版2019必修1）

5.1降低化学反应活化能的酶第一课时【学习目标】1.通过对酶催化作用具体实例的讨论，说明酶在细胞代谢中的作用及酶的本质和特性2.通过阅读分析“关于酶本质的探索”资料，认同科学是在不断地探索和争论中前进的，伟大的科学家也会有认识上的局限性。3.通过相关的实验和探究，尝试控制自变量、观察和检测因变量，设置对照组和重复组。自主学习【问题探讨】斯帕兰札尼对鹰的消化作用的研究〖知识扩充〗1.消化：在消化道内将食物分解成可以吸收的成分的过程。2.物理消化：通过牙齿的咀嚼、舌的搅拌和胃的蠕动，将食物磨碎、搅拌并与消化液混合。3.化学消化：通过各种消化液、消化酶的作用，使食物中各种成分分解为可吸收的营养物质。阅读课本P78“问题探讨”，根据〖知识扩充〗的提示思考：1.将肉块放在笼子里是为了排除________消化的干扰，进而探究鸟类的胃里除________消化外，是否有___________消化。2.一段时间后，肉块消失了说明胃内_______（有或没有）化学性消化，使肉块消失了的物质应是_____________________。一、酶在细胞代谢中的作用1.细胞代谢（1）细胞代谢的概念：细胞每时每刻进行的，统称为细胞代谢。（2）细胞代谢条件：离不开。2.探究酶的作用的实验——比较过氧化氢在不同条件下的分解（1）实验背景知识：细胞代谢中会产生过氧化氢这种对细胞有害的物质，细胞中的，能将过氧化氢分解为。（2）实验原理：①加热可以使过氧化氢分解速度加快；②肝脏研磨液中含有酶；③过氧化氢酶和Fe3+均能催化过氧化氢分解为氧气和水。实验目的：通过比较，了解过氧化氢酶的作用。（4）材料用具：新鲜的质量分数为。量筒，试管，滴管，试管架，卫生香，火柴，酒精灯，试管夹，大烧杯，三脚架石棉网，温度计。新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液，质量分数为3.5%的FeCl3溶液。（5）方法步骤：①取4支洁净的试管，分别编上序号1、2、3、4，向各试管内分别加入，按序号依次放置在试管架上。②将2号试管放在90℃左右的水浴中加热，观察气泡冒出的情况，并与1号试管作比较。③向3号试管内滴入2滴溶液，向4号试管内滴入滴肝脏研磨液，仔细观察，并记录实验结果。④立即将分别放入3号和4号试管内液面的上方，仔细观察，并记录实验结果。（6）不同条件使反应加快的机理：①加热能促进过氧化氢分解，是因为加热使，从常态转变为容易分解的活跃状态。②Fe3+和过氧化氢酶促进过氧化氢分解，是因为。控制变量①变量①变量_________:随着自变量的变化而变化的变量_________：除自变量外，实验过程中可能还会存在一些可变因素，对实验结果造成影响，但是这种影响可以忽略不计。_________：人为改变的变量②除一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做，它一般设置组和组。③思考本实验中的变量：Ⅰ.自变量是__________，______________，__________Ⅱ.因变量是________________________Ⅲ.无关变量有____________________________Ⅳ.本实验的对照组是_____号试管，实验组是____________号试管。酶的作用机理1.活化能的概念：分子从转变为容易发生化学反应的所需要的能量。2.酶催化作用的实质：，使化学反应在较低能量水平上进行，从而加快化学反应速率。3.与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更，催化效率更。4.正是由于酶的，细胞代谢才能在条件下快速有序地进行。酶的本质1.关于酶本质的探索（1）4000多年前的夏禹时代，我国就掌握了酿酒技术，1716年《康熙字典》收录了酶字，并将酶解释为酒母也。（2）巴斯德之前，许多化学家认为发酵是，与无关。（3）1857年巴斯德提出发酵是由于的存在，即有的参与才能引起发酵；而德国化学家李比希却坚持认为引起发酵的是，但这些物质只有在酵母菌细胞死亡并裂解后才能发挥作用。两种观点争执不下。（4）德国化学家毕希纳发现不含酵母菌细胞的与活酵母菌细胞是一样的，都能引起发酵，他将引起发酵的物质称为。（5）最早从刀豆种子提取出脲酶的是美国科学家，他用多种方法证明了酶是。（6）20世纪80年代，美国科学家切赫和奥特曼发现少数也有生物催化功能。2.酶的本质一般来说，酶是产生的具有作用的，其中绝大多数酶是。答案：一、物理消化物理消化化学消化有胃蛋白酶各种化学反应酶过氧化氢酶氧气和水过氧化氢过氧化氢在不同条件下分解的快慢20%的肝脏(如猪肝、鸡肝)研磨液2mL过氧化氢溶液FeCl32点燃的卫生香过氧化氢分子得到了能量降低了过氧化氢分解反应的活化能自变量因变量无关变量对照组实验组加热加FeCl3加肝脏研磨液过氧化氢的分解速率反应物的浓度和反应时间等12、3、4常态活跃状态降低化学反应的活化能显着高催化作用温和纯化学过程生命活动酵母菌细胞酵母菌活细胞酵母菌细胞中的某些物质提取液酿酶萨姆纳蛋白质RNA活细胞催化有机物蛋白质【课堂探究】探究点一酶在细胞代谢中的用1.根据“过氧化氢在不同条件下的分解”的实验，请回答以下问题：（1）实验中为什么要选用新鲜的肝脏？为什么要将肝脏加工为研磨液再使用？（2）滴入肝脏研磨液和FeCl3溶液时，可否共用一个吸管？为什么？（3）通过与FeCl3溶液组实验结果比较，肝脏研磨液有何特点？你有什么结论？【答案】（1）肝脏中含有丰富的过氧化氢酶，将肝脏处理为研磨液可促使干细胞中酶的释放，便于在实验中与过氧化氢充分接触和反应。（2）不能共用一个滴管。原因为酶具有高效性，用滴加肝脏研磨液的滴管再行滴加FeCl3溶液，会造成FeCl3催化效率也很高的实验误差。（3）与FeCl3溶液组实验结果比较，含过氧化氢酶（肝脏研磨液）的实验组反应更加剧烈，说明与无机催化剂相比，酶催化效率更高。2.酶的作用机理图2图2（1）图1曲线表示物质A生成物质P的化学反应，在无催化条件和有酶催化条件下的能量变化过程。无催化剂时，该反应所需的活化能可用图中__________（填字母）来表示。酶所降低的活化能可用图中__________（填字母）来表示。如果将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则b在纵轴上将__________（填“上移”或“下移”）。（2）目前为止发现的酶绝大多数化学本质为__________，其合成场所是__________，少数酶的化学本质可为__________。（3）若该实验为探究影响某种化学反应的因素，图中所示的两组实验中属于对照组的是_________，属于实验组的是_________，该实验结果能否说明酶具有高效性？为什么？（4）由图二所示结果可知，酶改变的是，并不改变。【解析】（1）酶通过降低化学反应的活化能加快化学反应的速率，在图1中，无催化剂时，该反应所需的活化能是ac段；酶所降低的活化能可以用ab段的能量值来表示；与酶相比，无机催化剂降低活化能的作用相对弱些，因此b在纵轴上将上移。（2）绝大多数酶的化学本质为蛋白质，其合成场所是核糖体，少数酶的化学本质可为RNA。（3）图中的无催化组属于对照组，而酶催化组加入了催化剂酶，所以属于实验组，实验结果说明酶可以降低化学反应的活化能，使化学反应在较低能量水平上进行，从而加快化学反应速率。但不能说明酶具有高效性，因为酶具有高效性的原因是酶降低化学反应活化能比无机催化剂更明显，本实验中没有设置加入无机催化剂的实验组。（4）由图可知，无论是加入无机催化剂还是酶，对化学反应的平衡点，即产物的生成量和底物的消耗量是一样的，说明酶只是缩短达到反应平衡的时间，不改变化学反应的平衡点。【答案】（1）acab上移（2）蛋白质核糖体????RNA无催化组酶催化组不能，因为酶具有高效性的原因是酶降低化学反应活化能比无机催化剂更明显。（4）达到反应平衡的时间反应的平衡点（即最终产物的量或参与反应的底物的量）探究点二酶的本质关于酶本质的探索历程中,许多科学家做出了大量的研究，得出了绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA的结论。根据关于酶本质的探索历程,回答下列问题:(1)科学家如何证明酶的本质是蛋白质?(2)后来，科学家又对酶的本质进行了什么补充?为了探究酶的化学本质,某同学做了如下实验:甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如图所示,请思考甲、乙两种酶的化学本质是否相同?为什么?答案：1提示:(1)萨姆纳用丙酮作为溶剂提取到了脲酶,并且证明了脲酶是蛋白质。其他科学家又相继获得胃蛋白酶、胰蛋白酶等许多酶的结晶,并证明这些酶都是蛋白质。(2)美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也具有生物催化功能,也是酶。2.提示:不相同,观察曲线图可知,甲酶的活性始终保持不变,表明甲酶能抵抗该种蛋白酶的水解,则甲酶的化学本质不是蛋白质而是RNA，乙酶能被蛋白酶破坏,活性降低,则乙酶的化学本质为蛋白质。【规律总结】项目酶错误说法化学本质绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA酶的本质是蛋白质产生细胞活细胞都能产生酶（一般不考虑哺乳动物成熟红细胞）具有分泌功能的细胞才能产生酶来源生物体内合成有的可来源于食物合成原料氨基酸或核糖核苷酸只有氨基酸合成场所核糖体、细胞核等只有核糖体作用场所既可以在细胞内，也可以在细胞外或生物体外发挥作用只在细胞内发挥作用作用实质降低化学反应的活化能，使化学反应在较低能量水平上进行，从而加快化学反应速率。加快化学反应速率，并使反应进行的更彻底能否重复利用酶作为催化剂，反应前后化学性质和数量不变，可以重复利用不能重复利用①无催化剂时化学反应所需的活化能②无机催化剂催化时化学反应所需的活化能③无机催化剂降低的活化能④酶催化时化学反应所需的活化能⑤酶降低的活化能3.酶的本质是蛋白质的实验验证实验组：待测酶液+双缩脲试剂，震荡摇匀，观察是否出现紫色反应对照组：已知蛋白质+双缩脲试剂，震荡摇匀，出现紫色反应通过对照若实验组出现紫色，则是蛋白质；反之，则不是。课后训练1．在常温下H2O2溶液几乎不分解，但加入肝脏研磨液（含H2O2酶）后，会快速分解成H2O和O2。反应过程中能量变化如图所示，其中表示活化能的是（????）A．E2 B．E3 C．E3-E2 D．E2-E1【答案】C【详解】分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能，酶是通过降低活化能而使催化效率更高。如图中的E3-E2即表示活化能，C正确，ABD错误。2．酶具有催化作用，其作用机理是（????）A．酶增加了反应物之间的接触面积 B．酶降低了化学反应的活化能C．酶提供使反应开始所必需的能量 D．酶提高了反应物分子的能量【答案】B【详解】酶的作用机理是降低化学反应的活化能，不能增加反应物之间的接触面积，A错误；酶具有极强的催化功能是因为酶能显着降低了化学反应的活化能，B正确；酶不能提供能量，C错误，D错误。3．如图为某同学绘制的H2O2在不同条件下分解的曲线图模型，①②③④曲线的条件分别是（）A．H2O2酶催化、FeCl3催化、加热、常温条件B．加热、常温条件、H2O2酶催化、FeCl3催化C．加热、FeCl3催化、常温条件、H2O2酶催化D．常温条件、加热、FeCl3催化、H2O2酶催化【答案】D【解析】由图中曲线①②③④可以看出④的反应速率快于①②③，活化能比较低，①的反应速率最慢，故④是加入了H2O2酶催化、①表示在自然条件下的反应过程；②和③比较，③的活化能比②低，故③为加入了无机催化剂、②为较高温度下的曲线，因此正确答案为D。4．下列关于酶的本质的探索历程说法正确的是（）A．斯帕兰札尼关于鹰的消化作用实验说明胃只有物理性消化的过程B．美国科学家奥特曼利用刀豆中的脲酶证明酶是蛋白质C．法国科学家巴斯德提出酿酒中的发酵与酵母菌细胞有关D．李比希将酵母菌细胞中引起发酵的物质称为酿酶【答案】C【解析】斯帕兰札尼关于鹰的消化作用实验说明胃具有化学性消化的作用，A错误；萨姆纳从刀豆种子中提出脲酶结晶，并用多种方法证明脲酶是蛋白质，B错误；法国科学家巴斯德提出酿酒中的发酵是由于酵母细胞的存在，没有活细胞的参与，糖类是不可能变成酒精的，C正确；德国化学家毕希纳将酵母菌细胞中引起发酵的物质称为酿酶，D错误。5．某核酶是具有催化功能的单链RNA分子，可催化降解特异的RNA序列。下列关于核酶的叙述正确的是（）A．磷脂分子和核酶的元素组成不相同B．与无机催化剂不同的是核酶能够降低所催化反应的活化能C．核酶彻底水解的产物是磷酸、4种含氮碱基、核糖D．核酶可以与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应【答案】C【详解】磷脂分子和核酶的元素组成相同，都含有C、H、O、N、P，A错误；无机催化剂和酶都是催化剂，催化剂的催化原理都是能够降低所催化反应的活化能，B错误；核酶的化学本质是RNA，故核酶彻底水解的产物是磷酸、4种含氮碱基（A、U、G、C)、核糖，C正确；核酶不含有肽键，不能与双缩脲试剂发生作用产生紫色反应，D错误。6．取四支试管，分别加入2mL体积分数为3%的H2O2溶液，然后按下表操作，并在相同时间内观察、记录实验结果。本实验不能得出的结论是（????）组别1234试剂-2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液2滴质量分数为20%的肝脏研磨液条件现象常温基本无气泡90℃水浴少量气泡常温较多气泡常温大量气泡A．酶具有专一性 B．酶具有高效性C．酶能降低化学反应的活化能 D．酶具有催化作用【答案】A【详解】酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类反应，本实验不能体现酶的专一性，A错误；对比3、4可体现酶具有高效性，B正确；对比1、2、4可体现酶能降低活化能，C正确；对比1、3、4可体现酶具有催化作用，D正确。7．如图为无酶催化和有酶催化下某化学反应过程的能量变化。下列叙述正确的是（???）A．甲曲线为无酶催化作用曲线B．甲乙两曲线比较可知酶具有专一性C．a与b的差值为酶催化该反应所降低的活化能D．甲乙比较可知，乙所示条件下生成物的量更多【答案】C【详解】酶能够降低化学反应的活化能，分析曲线图可知:曲线乙表示无酶催化时的反应，曲线甲表示有酶催化时的反应，A错误；甲、乙两曲线比较，可知酶可以降低化学反应的活化能，可知酶具有催化作用，B错误；酶能够降低化学反应的活化能，分析曲线图可知:曲线乙表示无酶催化时的反应，曲线甲表示有酶催化时的反应，a与b的差值表示酶所降低的化学反应的活化能，C正确；酶能够降低化学反应的活化能，但不会改变化学反应的平衡点，故甲乙条件下生成物的量相等，D错误。8．下列关于酶的叙述正确的有（???????）①酶都有消化功能②酶对生命活动具有调节作用③酶具有多种生理功能④酶的化学本质是蛋白质⑤绝大多数酶是蛋白质⑥酶在细胞外不起作用⑦酶可以从食物中获取⑧能产生酶的细胞都是活细胞⑨酶被水解后的产物是多肽、氨基酸A．两项正确 B．三项正确 C．四项正确 D．五项正确【答案】A【解析】①酶都有催化功能，①错误；②激素对生命活动具有调节作用，酶不具有，②错误；③蛋白质具有多种生理功能，酶只具有催化功能，③错误；④⑤酶的化学本质大多数是蛋白质，少数是RNA，④错误；⑤正确；⑥酶在细胞外起作用，如消化酶，⑥错误；⑦酶属于大分子，食物中获取的酶，消化道会消化成氨基酸（或者核糖核苷酸）小分子，⑦错误；⑧能产生酶的细胞都是活细胞，⑧正确；⑨酶的本质如果是蛋白质，则被水解后的产物是多肽、氨基酸，如果酶的本质是RNA，则水解后的产物是核糖核苷酸，⑨错误。因此有两项正确，A正确。9．下列有关生物体内酶的叙述，正确的是（???????）A．酶在完成催化作用后立即失活B．酶只能在活细胞内发挥作用C．大多数酶是在核糖体上合成的D．酶为反应过程供能从而降低反应活化能【答案】C【解析】酶在完成催化作用后不会立即失活，酶可以多次重复利用，A错误；只要条件适宜，酶在生物体内、外都能发挥作用，B错误；大多数酶是蛋白质，是在核糖体上合成的，C正确；酶的作用机理是降低化学反应的活化能，酶不能为反应过程供能，D错误。10．（多选）食虫植物是一种会捕获并消化动物的植物．为了验证其分泌液中有蛋白酶，某学生设计了两组实验，如图所示．在适宜温度的水浴中保温一段时间后，试管1、2中加入适量双缩脲试剂，试管3、4不加任何试剂．下列有关实验的叙述错误的是（）A.实验①、实验②的自变量均为是否含猪笼草分泌液B.实验①、实验②均能达到实验目的C.由试管2、3构成的对照实验，即可得出实验结论D.实验①的因变量观察指标为溶液颜色、实验②的因变量观察指标为蛋白块体积【答案】BC【解析】由题图可知，实验①、实验②的自变量相同，均为是否含猪笼草分泌液，A正确；由于蛋白酶本身是蛋白质，能与双缩脲试剂反应，因此不论猪笼草分泌液中是否有蛋白酶，1和2中都会呈现紫色，故实验①不能达到实验目的，B错误；试管1和2形成对照，试管3和4形成对照，由四支试管构成的实验得出实验结论，C错误；由分析可知，实验①的因变量观察指标为溶液颜色、实验②的因变量观察指标为蛋白块体积，D正确.11．（多选）下图中的新鲜土豆块与H2O2接触后，产生的现象及推测正确的是（???????）A．若有气体大量产生，可推测新鲜土豆块中含有过氧化氢酶B．若增加新鲜土豆块的数量，量筒中产生气体的速率加快C．一