苏教版 (2019)必修1《分子与细胞》第一节 生命活动需要酶和能源物质第1课时导学案

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第一节　生命活动需要酶和能源物质第1课时　生物催化剂——酶一、酶的本质1．科学家对酶本质的探索历程(1)1857年，法国科学家巴斯德通过观察发酵现象发现，发酵是由微生物引起的，后来他又证实了酒精发酵是由酵母菌引起的。(2)1897年，德国科学家毕希纳证明了，引起发酵的是酵母菌所含的酶，而不是酵母菌本身。(3)1926年，美国科学家萨姆纳从刀豆提取液中分离并提纯了脲酶结晶，并证明脲酶是蛋白质。(4)1936年，酶是蛋白质的观念被确立。(5)20世纪80年代，科学家又发现少数RNA也具有生物催化功能，并把这类RNA称为核酶。2．酶的本质能催化生化反应的酶绝大多数是蛋白质，少数RNA也具有生物催化功能。二、酶在细胞代谢中的作用1．酶促反应：由酶催化的化学反应称为酶促反应。2．酶催化作用的实质：降低化学反应的活化能。3．活化能：在一定温度下，分子从基态转变为容易发生化学反应的过渡态所需的能量称为活化能。4．活化分子(1)含义：处于过渡态的分子称为活化分子。(2)使活化分子增多一般有两种途径①不使用催化剂，通过加热或光照等方法，使一部分分子获得能量而成为活化分子。②使用催化剂降低生化反应所需的活化能，活化能越低，活化分子就越多。5．酶能降低生化反应所需的活化能，使生化反应在较低能量水平上进行，从而加快生化反应。三、酶的特性1．在适宜的条件下，酶有很高的催化效率，能使生物体内的化学反应快速进行，即酶的催化作用具有高效性。2．一种酶只能催化一种或一类生化反应，这是酶催化作用的专一性。3．酶的催化作用通常是在常温、常压下进行的。酶是由活细胞产生的，一般在细胞内、外均具有催化活性。4．酶活性(1)含义：酶催化生化反应的能力。(2)衡量指标：酶催化生化反应的速率。(3)影响因素：①反应体系中的酶浓度和底物浓度等。②多种环境因素如温度、pH等。③环境中pH对酶活性的影响a．酶的适宜pH一般在6～8之间。b．酶活性最大时的pH称为酶的最适pH。c．在过酸或过碱的条件下，酶活性一般会明显降低，甚至会变性失活。④环境中温度对酶活性的影响a．在一定的温度范围内，酶活性随着温度的升高而上升，超过一定温度后，酶活性反而下降。b．酶活性最高时的温度称为酶的最适温度。c．适当升高温度，能加快生化反应速率，但温度过高会使酶变性失活，从而降低生化反应速率。d．适当降低温度，可以抑制酶活性，降低生化反应速率，但一般不会使酶失活。判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．酶在生物体内有催化和调节作用。 (　　)2．酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质。 (　　)3．有些酶中含有核糖，有些酶在体外可以发挥作用。 (　　)4．酶催化作用的实质是提供化学反应所需的活化能，使化学反应顺利进行。 (　　)5．一种酶只能催化一种或一类化学反应。 (　　)6．温度偏高或偏低，酶的活性都会明显降低，过高或过低都会使酶变性失活。 (　　)提示：1.×　酶在生物体内有催化作用，没有调节作用。2．×　有些酶是RNA。3．√　4．×　酶的作用原理是降低化学反应的活化能，并不能直接提供能量。5．√6．×　适当降低温度，可以抑制酶活性，降低生化反应速率，但一般不会使酶失活。　酶的化学本质、作用机理和特性1．酶的化学本质2．酶的作用机理酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能，分析如下：(1)图中ac和bc段分别表示无催化剂催化和有酶催化时反应进行所需要的活化能。(2)若将酶变为无机催化剂，则b在纵轴上向上移动。用加热的方法不能降低活化能，但会提供活化能。3．酶的特性分析(1)表示酶高效性的曲线(图1)①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。②催化剂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。③实验——酶的催化作用具有高效性a．实验变量b．实验分析1、3号试管对照，可以说明酶具有催化作用。其中1号为空白对照组，3号为实验组。1、2、3试管对照，可以说明酶的催化作用具有高效性。其中1号为空白对照组，2号为条件对照组，3号为实验组。(2)表示酶专一性的曲线(图2)①在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化A反应物的反应。②在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不催化A反应物的反应。③实验——酶的催化作用具有专一性a．实验原理：淀粉、蔗糖均为非还原糖，不能与斐林试剂共热产生砖红色沉淀。淀粉酶可以催化淀粉水解为还原糖，但不能催化蔗糖水解。b．实验设计思路：c．实验分析：自变量：反应物的不同。无关变量：溶液的量、温度等。因变量：溶液是否出现砖红色沉淀。(3)易变性：由于大多数酶是蛋白质，因而会被高温、强酸、强碱等破坏。蛋白质的空间结构发生改变或破坏，使酶失去生物活性，这种现象称为变性。(4)反应条件的温和性：酶促反应在常温、常压、适宜pH条件下进行。实验——探究影响酶促反应速率的环境因素深化探究：哺乳动物成熟的红细胞和其他体细胞在结构和功能上有明显不同。(1)该细胞不能产生酶，原因是什么？(2)该细胞是否含有酶？请说出判断依据。提示：(1)该细胞没有细胞核和核糖体等细胞器。(2)含有。哺乳动物成熟红细胞可以进行细胞代谢，细胞中的生化反应需要酶的催化。1．下列有关酶的叙述，正确的是(　　)A．酶的数量因参与化学反应而减少 B．绝大多数酶的合成与核糖体有关 C．同一生物体内的各种酶的催化反应条件都相同 D．活细胞都能产生酶，酶在细胞内才起催化作用 B　[酶作为催化剂，反应前后数量及性质均不发生改变，A错误；绝大多数酶是蛋白质，故其合成与核糖体有关，B正确；同一生物体内的各种酶所需要的最适温度相同，但最适pH可能不同，如人体内的唾液淀粉酶和胃蛋白酶，C错误；酶是活细胞产生的，但酶在细胞内、外均可起催化作用，D错误。]2．(多选)关于“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验，下列叙述不正确的是(　　)A．实验中所用酵母菌液必须是新鲜的，若放置时间过长酵母菌细胞内的过氧化氢会减少 B．实验中用到的滴管，必须先吸取氯化铁溶液再吸取酵母菌液，这样对实验结果影响较小C．过氧化氢在温度高的环境中分解速率会比常温时快D．实验的自变量是试管中产生气泡数目的多少和带火星木条的复燃情况ABD　[酵母菌液放置时间过长，过氧化氢酶会分解失活，A错误；吸取氯化铁溶液和吸取酵母菌液的滴管不能混用，B错误；过氧化氢在高温条件下分解速率会加快，C正确；试管中产生气泡数目的多少和带火星木条的复燃情况是因变量，D错误。]　酶的相关曲线分析1．酶催化作用的高效性(1)曲线：加入酶、无机催化剂和不加催化剂时，化学反应达到平衡点时所需时间不同：(2)要素解读：①催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。2．酶催化作用的专一性(1)曲线：分别向蔗糖溶液和麦芽糖溶液中加入麦芽糖酶，底物剩余量不同：(2)要素解读：①加入麦芽糖酶，蔗糖剩余量不变，而麦芽糖剩余量减少。②麦芽糖酶不能催化蔗糖水解，可以催化麦芽糖水解。3．底物浓度影响酶促反应速率(1)曲线：(2)要素解读：①底物浓度较低时，酶促反应速率与底物浓度成正比，即随底物浓度的增加而增加。②当底物浓度达到一定值后，再增加底物浓度，酶促反应速率不再增加。4．酶浓度影响酶促反应速率(1)曲线：(2)要素解读：在有足够底物而又不受其他因素影响的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。5．温度和pH共同作用对酶活性的影响(1)曲线：(2)要素解读：①反应溶液中pH的变化不影响酶作用的最适温度。②反应溶液中温度的变化不影响酶作用的最适pH。深化探究：酶浓度和底物浓度对反应速率的影响和温度、pH对反应速率的影响，本质上有什么不同？提示：温度、pH通过影响酶活性影响反应速率；酶浓度、底物浓度通过影响酶与底物的接触面积影响酶促反应速率。1．如图表示在最适温度和最适pH条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析正确的是(　　)A．形成曲线c的原因可能是乙点时酶量增加B．限制曲线b的AB段反应速率的主要因素为酶的数量C．酶催化反应的原因是为反应提供了活化能D．若适当升高温度，重复该实验，图中A点位置将上升A　[乙点时制约反应速率的因素是酶的浓度，此时若增加酶量反应速率将增大，如曲线c，A正确；限制曲线b的AB段反应速率的主要因素是反应物浓度，B错误；酶催化反应的原因是降低反应所需的活化能，C错误；曲线是在最适温度下测定的反应物浓度与酶促反应速率的关系，若在适当升高温度条件下重复该实验，酶的活性降低，反应速率降低，故图中A点位置将下降，D错误。]2．如图表示在不同条件下，酶催化反应情况。以下有关叙述不正确的是(　　)A．图①能用来表示反应物浓度与反应时间的关系B．图①能用来表示酶活性与pH的关系C．与实线相比，图②中的虚线能表示酶量增加，其他条件不变时，生成物量与反应时间的关系D．若图②中的实线表示Fe3＋对H2O2分解的催化效率，则虚线可表示过氧化氢酶的催化效率B　[随着反应时间的延长，反应物剩余量降低，A正确；由pH对酶活性的影响可知，B错误；酶量增加后，反应达到平衡所需时间减少，C正确；与无机催化剂相比，酶具有高效性，D正确。]酶曲线的分析方法(1)明确横、纵坐标表示的变量。横、纵坐标不同，曲线表示的意义不同。(2)理解曲线所表示的意义。横坐标是自变量，纵坐标是因变量，曲线表示因变量随自变量的变化而变化。(3)图中出现多个自变量时，要分析图中某一自变量对因变量的影响，应首先确定其他自变量为一定值。[课堂小结]1．(多选)下列关于酶的叙述，正确的是(　　)A．同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中B．低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构C．酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率D．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个化学反应的底物ACD　[有些酶是生命活动所必需的，如呼吸作用有关的酶，在分化程度不同的细胞中都存在，A正确；导致酶空间结构被破坏的因素有过酸、过碱、高温等，低温只能降低酶的活性，不会破坏酶的空间结构，B错误；酶作用的实质是降低化学反应所需活化能，从而提高反应速率，C正确；酶是蛋白质或RNA，本身是催化剂，也可作为底物被蛋白酶或者RNA酶水解，D正确。]2．关于酶的性质，下列叙述中错误的是(　　)A．化学反应前后，酶的化学性质和数量不变B．酶的催化作用提高了化学反应速率，改变了反应平衡点C．酶是活细胞产生的具有催化能力的一类特殊的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数是RNAD．酶的催化效率很高，但易受温度和酸碱度的影响B　[化学反应前后酶的化学性质和数量不变，A正确；酶可以提高化学反应速率，但是不能改变反应平衡点，B错误；酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数是RNA，C正确；酶具有高效性，但是酶的作用条件温和，酶活性受温度和酸碱度的影响，D正确。]3．如图表示某种酶在不同处理条件(a、b、c)下催化某反应生成物的量与反应时间的关系，则处理条件不可能是(　　)A．温度不同B．pH不同C．酶的数量不同D．反应底物的量不同D　[温度能影响酶促反应速率，所以三条曲线的差异可能是由温度不同造成的，A正确；pH能影响酶促反应速率，所以三条曲线的差异可能是由于pH不同造成的，B正确；酶的数量能影响酶促反应速率，所以三条曲线的差异可能是由酶的数量不同造成的，C正确；反应底物的量不同时，化学反应的平衡点不同，而题图中三条曲线的平衡点相同，说明三条曲线的差异不是由反应底物的量不同造成的，D错误。]4．如图表示胃蛋白酶活性与温度、pH之间的关系，以下叙述正确的是(　　)A．该胃蛋白酶最适pH是3.0B．胃蛋白酶的活性受温度和pH的影响C．据图无法推断胃蛋白酶的最适温度D．随着pH的升高，酶的活性逐渐降低B　[由题图知，在温度相同，pH分别为2.0、2.5、3.0的条件下，胃蛋白酶的催化反应速率不同，其中在pH为2.5时酶的催化反应速率最强，说明该胃蛋白酶的最适pH在2.5左右，A错误；当pH一定、温度不同时，胃蛋白酶的活性不同，当温度一定、pH不同时，胃蛋白酶的活性也不同，说明胃蛋白酶的活性受温度和pH的影响，B正确；据图可推断出胃蛋白酶的最适温度为37 ℃，C错误；由题图知，温度一定时，在最适pH前随着pH的升高，酶的活性逐渐升高，超过最适pH后随pH的升高，酶的活性逐渐降低，D错误。]5．某同学为比较H2O2在不同条件下的分解情况做了下列实验。请回答下列问题：(1)若将A、B组对照，可以探究此时______________，实验的自变量和因变量分别是________、____________，检测指标是____________。(2)若将A、C、D组对照，C、D组温度应设置为________，此时，温度在实验中属于________变量，请另外列举实验中两个此类变量________________________________，这几组实验可以说明酶的催化具有________(特性)。(3)若在D组的基础上增设不同温度的实验组来探究温度对酶活性的影响，你认为是否合适？____________，理由是__________________________。[答案]　(1)温度对H2O2分解速率的影响　温度　H2O2分解速率　气泡数的多少(2)常温　无关　H2O2的量(浓度)、催化剂的量(浓度)　高效性(3)不合适　温度可以影响H2O2的分解，干扰实验结果课标内容要求核心素养对接1．说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质，酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。2．探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素。1．生命观念——结构与功能观：酶的功能与特性是由其独特的空间结构决定的。2．科学思维——通过分析与综合，总结酶的作用机理及特性。3．科学探究——学会设计对照实验，证明酶的作用、探究酶的特性。化学本质绝大多数是蛋白质少数是RNA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在细胞内外均具有生物催化功能自变量因变量无关变量1号：加入一定量蒸馏水用单位时间内产生气泡数量的多少及带火星木条燃烧情况表示H2O2分解速率H2O2溶液的浓度和体积；酵母菌液和FeCl3溶液的浓度和体积；酵母菌液的新鲜程度；环境中的温度、pH等2号：加入等量质量分数为5%的FeCl3溶液3号：加入等量新鲜的酵母菌液步骤1淀粉＋淀粉酶蔗糖＋淀粉酶2等量斐林试剂，水浴加热相同时间现象出现砖红色沉淀无颜色变化结论酶具有专一性项目内容实验原理①2H2O2eq \o(―――――→,\s\up10(过氧化氢酶))2H2O＋O2↑②滤纸片随附着氧气泡的增多，逐渐浮出液面实验装置示意图知识网络构建核心语句背诵1.酶是生物催化剂，其催化作用的实质是降低化学反应的活化能。2.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。3.一种酶只能催化一种或一类生化反应。4.酶的特性是高效性、专一性和容易受外界环境的影响。5.酶具有高效性的原因：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。6.过酸、过碱或温度过高，都会使酶因空间结构破坏而失活。7.在一定的低温下，酶的活性低，但空间结构稳定，并未失活，在适宜温度下酶的活性可升高。组别体积分数为3%的H2O2溶液实验处理现象A2 mL常温无气泡B2 mL90 ℃少量气泡C2 mL2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液较多气泡D2 mL2滴质量分数为20%的肝脏研磨液大量气泡