1、第5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第1课时酶的作用和本质课标要求核心素养1概述酶的作用和本质。2通过对有关酶实验的分析，学会控制变量和设计对照实验。1生命观念结构与功能观：酶的功能是由其独特的空间结构决定的。2科学探究实验思路及设计：能够根据实验目的，设计比较过氧化氢在不同条件下的分解实验，分析结果得出结论。知识导图学霸记忆1细胞代谢是细胞中化学反应的总称。2酶是生物催化剂，其催化原理是降低化学反应的活化能。3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。必备知识夯实双基一、酶在细胞代谢中的作用1细胞代谢：(1)概念：细胞中每时每刻都进行着许多！ 化
2、学反应 #，统称为细胞代谢。(2)细胞代谢的条件：需！ 酶 #的催化。(3)意义：细胞代谢是！ 细胞生命活动 #的基础。2比较过氧化氢在不同条件下的分解实验：(1)实验原理：2H2O22H2OO2(2)实验过程和现象：试管编号试剂处理现象12 mL H2O2溶液常温几乎无气泡产生22 mL H2O2溶液90 水浴加热有！ 较少 #气泡32 mL H2O2溶液3.5% FeCl3溶液2滴有！ 较多 #气泡42 mL H2O2溶液新鲜肝脏研磨液2滴有！ 大量 #气泡(3)实验结论：酶具有！ 催化 #作用，同无机催化剂相比，酶的催化效率！ 更高 #。二、酶的作用原理和本质及意义1酶的作用原理：(1)
3、活化能：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。(2)作用机理：同无机催化剂相比，酶降低！ 活化能 #的作用更显著，因而催化效率更高。2酶的本质3意义：使细胞代谢能在！ 温和 #条件下快速进行。活学巧练 (1)酶的作用是为化学反应提供能量。()(2)酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率。()(3)酶在生物体内有催化和调节作用。()(4)酶是具有催化作用的有机物。()(5)有些酶中含有核糖。()(6)酶只有在活细胞内才能发挥作用。()(7)酶可以从食物中直接获取。()(8)与无机催化剂相比，酶催化效率更高的原因是酶降低活化能的作用更显著。()(9)无关
4、变量是与实验结果无关的变量。()(10)在一个实验中，因变量的检测指标往往不是唯一的。()思考：1我们吃芹菜时，无论咀嚼多长时间，都感觉不到甜，而吃馒头时，咀嚼时间长了就会有甜味，你知道是什么原因吗？提示：芹菜中含大量纤维素，馒头中主要成分为淀粉，人的唾液中含淀粉酶而不含纤维素酶，而酶具有专一性，淀粉酶可将淀粉分解为具有甜味的麦芽糖，却不能将纤维素分解。2酶是否只能在活细胞内起作用？举例说明。提示：不是，酶既可以在细胞内起作用，也可以在细胞外起作用，如消化酶等。3切赫和奥特曼发现少数RNA也具有生物催化功能，这种RNA与脲酶的作用机理相同吗？提示：相同，都是降低反应的活化能，加快反应速率。课内
5、探究名师点睛酶在细胞代谢中的作用知识点 控制变量(1)实验中的变量含义上述实验中实例自变量实验中人为控制的对实验对象进行处理的因素氯化铁溶液和肝脏研磨液因变量随自变量的改变而变化的变量过氧化氢分解速率无关变量除自变量外，实验过程中对实验结果造成影响的变量；无关变量应当始终保持相同溶液的体积，肝脏研磨液的新鲜程度等知识贴士(1)一般实验中“验证”“探究”，其中“”就是自变量。(2)自变量与因变量具有前因后果关系，实验的目的往往是探究或验证自变量对因变量的影响。(3)无关变量的判断技巧：一是外界环境，如温度、pH等；二是材料本身，比如本实验的肝脏研磨液的新鲜程度等。(2)对照实验含义：除作为自变量
6、的因素外，其余因素都保持一致，并将结果进行比较的实验叫作对照实验。分为：对照组和实验组。1号试管在实验中的作用：对照实验。说明在正常条件下3%的H2O2不易分解，是比较稳定的，从而说明正是由于加热或催化剂的作用使它快速分解。典例剖析 典例1下列是对“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验的结果分析，其中正确的是(C)A在过氧化氢酶的作用下，过氧化氢分解最快，是因为20%的肝脏研磨液的浓度高于FeCl3溶液B3.5%的FeCl3溶液对过氧化氢分解速率慢，是因为其浓度过高，影响了活性的正常发挥C肝脏研磨液中过氧化氢分解速率快，是因为酶的催化效率比一般无机催化剂的催化效率高D如果将4支试管都放在90
7、水浴中，第4支试管(加肝脏研磨液的试管)的反应速率仍为最快解析：20%肝脏研磨液中的含酶分子数比3.5%FeCl3溶液中Fe3数少得多；催化剂浓度大不会影响催化效率；若将4支试管均放入90 水浴中，第4支试管中的酶将会变性，失去催化能力，因为其化学本质为蛋白质。变式训练 1关于生物学实验中的变量，下列说法不正确的是(A)A任何生物学实验中都需要设置变量B对照实验中应遵循单一变量原则C对照实验中一定存在自变量D无关变量并不是与实验结果没有关系解析：“单一变量原则”和“对照原则”是生物实验两个最基本的原则。在对照实验中一定存在单一变量(自变量)，同时对实验结果会产生影响的无关变量要严格控制。并不是
8、任何生物学实验都要设置变量，如鉴定类实验一般不需设置变量。酶的本质及作用机理知识点 1关于酶本质的探索过程2酶的本质和作用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)实验验证实验组待测酶液双缩脲试剂是否出现紫色反应待测酶液吡罗红染液是否出现红色对照组1蛋白质样液双缩脲试剂出现紫色反应RNA样液吡罗红染液出现红色对照组2待测酶液不再具有催化能力待测酶液不再具有催化能力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3酶的作用机理分析可知：E1这一部分的能量是指酶所降低的能量；E2这一部分的能量是指酶促反应过程中所需能量；E1
9、E2这一部分的能量是反应所需总能量，是指无酶催化的时候，分子从常态转变成活跃状态所需的能量，即反应活化能。典例剖析 典例2(2020山东省潍坊市期中)细胞代谢离不开酶。下列叙述正确的是(A)A酶既可以作为催化剂，又可以作为反应底物B活细胞产生的酶在生物体外没有活性C酶通过为化学反应提供能量发挥催化作用D不同的活细胞中含有的酶完全不同解析：酶既可以作为催化剂，又可以作为反应底物，例如，唾液淀粉酶作为催化剂，能够催化淀粉水解成还原糖，唾液淀粉酶也可以作为反应底物，被蛋白酶催化水解，A正确；若条件适宜，活细胞产生的酶在生物体外也有活性，B错误；酶通过降低化学反应的活化能而发挥催化作用，C错误；不同的
10、活细胞中含有的酶不完全相同，D错误。规律总结：有关酶的四个易错点(1)酶并不都是蛋白质，有的酶是RNA。(2)酶不仅在细胞内发挥作用，在细胞外和体外都可以发挥作用。(3)酶作用的实质是降低了化学反应的活化能，不是提供能量。(4)酶并不是具有分泌功能的细胞才能产生，活细胞一般都能产生酶。变式训练 2下列关于酶的叙述中，正确的是(A)A酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸B酶只能由内分泌细胞合成C酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率D人体内的酶进行催化的过程中，酶本身不变，所以酶不会发生自我更新解析：酶的化学本质是蛋白质或RNA，基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸，A项正确；能进行正常代
11、谢的细胞都能合成酶，B项错误；酶是通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率的，C项错误；反应前后，酶本身不变，但在人体内的酶仍会不断更新，D项错误。指点迷津拨云见日对照实验的几种类型通过设置对照实验，既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。对照实验的设置有以下几类：a空白对照：对照组不施加任何处理因素。b条件对照：对照组不施加处理因素，但施加某种与处理因素有关的实验因素。c自身对照：对照组与实验组在同一受试对象上进行，如以病人用药前后的血压值做对比。d相互对照：几种处理(或水平)互为对照。典例3(不定项)(2021莆田六中高一月考)如图所示的新鲜土豆片与H2O2接触后，产生
12、的现象及推测正确的是(ABD)A若有气体大量产生，可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶B若增加新鲜土豆片的数量，量筒中产生气体的速率加快C一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限D为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量解析：新鲜土豆片中含有过氧化氢酶，能催化过氧化氢分解产生氧气(气泡)。增加新鲜土豆片的数量即增加酶的浓度，可使反应速率加快。一段时间后，因底物过氧化氢全部被消耗分解，产生的氧气(气体)量不再增加。为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量。解疑答惑问题探讨P761提示：可以避免胃对肉块的物理性消化。2提示：是胃内的化学物质将肉块分解了。3提示：收集胃内化学物质，看看这些物质
13、在体外是否也能将肉块分解。 探究实践P771提示：2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。2提示：不能。3提示：说明FeCl3溶液中的Fe3和新鲜肝脏研磨液中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。4提示：4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢酶比Fe3的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效地进行，只有酶能够满足这样的条件，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。本实验的结论：酶具有催化作用，同无机催化剂相比，催化效率更高思考讨论P791提示：巴斯德认为发酵与活细胞有关，这是合理的，但是
14、认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用，这是不正确的；李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质，这是合理的，但是认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用，这是不正确的。2提示：巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。3提示：毕希纳的实验说明，酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。4提示：萨姆纳历时9年用正确的科学方法，坚持不懈、百折不挠，历经一次又一次的失败，终于将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。5
15、提示：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。练习与应用P80一、概念检测1D酶既可以在生物体内起作用，也可以离开生物体发挥作用，如我们在实验室中可以用淀粉酶催化淀粉水解，A、B错误；绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶是RNA，C错误。2D酶和无机催化剂一样，都不能为反应物提供能量，A错误；酶和无机催化剂都能降低化学反应的活化能，B错误；酶和无机催化剂都能在温和的条件下催化化学反应的进行，C错误；与无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的效果更显著，催化化学反应更高效，D正确。二、拓展应用1探究酶的活性是否受温度的影响2提示：巴斯德：发酵与活细胞有关，发酵
16、是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用。李比希：引起发酵的是酵母细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。毕希纳：酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。萨姆纳：酶是蛋白质。3提示：可用双缩脲等试剂检测酶是否为蛋白质。在萨姆纳之前，之所以很难鉴定酶的本质，主要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。训练巩固课堂达标1酶的发现经过了许多科学家的研究，以下科学家及其成果不对应的是(C)A斯帕兰札尼发现胃存在化学性消化B毕希纳发现促使酒精发酵的是酵母菌中的某种物质，而不是细胞本身C李比希认为酒精发酵是酵母菌代谢活动的结果D萨姆纳提取脲酶
17、结晶解析：李比希认为引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质，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，C项错误。2对盛有过氧化氢的试管加热或加入催化剂，都能够促进其分解，下列相关的叙述正确的是(B)A二者的基本原理是相同的B前者是使过氧化氢分子的能量提高，而后者不影响过氧化氢分子的能量C两者都可以降低过氧化氢分子的活化能D酶和Fe3的作用原理是不同的解析：加热主要是使过氧化氢分子的能量提高，达到活化能，使反应进行；催化剂是降低过氧化氢分子的活化能，使分子原来具有的能量达到活化能，从而能够发生反应，二者的基本原理是不同的；酶和Fe3都是催化剂，它们的作用原理是相同的，只是效率不同。3下表为
18、“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验设计的相关内容，请回答有关问题：试管编号加入材料处理方法实验现象12 mL H2O2溶液2滴清水常温无气泡22 mL H2O2溶液2滴清水90 水浴加热少量气泡，带火星的卫生香不复燃32 mL H2O2溶液2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液常温较多气泡，带火星的卫生香复燃42 mL H2O2溶液2滴新鲜肝脏研磨液常温大量气泡，带火星的卫生香猛烈复燃(1)该实验中，自变量是！ 温度、催化剂的种类 #等反应条件，因变量是H2O2的分解速率。对照组是！ 1 #(填试管编号)，实验组是！ 2、3、4 #(填试管编号)。(2)比较1号和2号试管，你得出的结论是！
19、 加热能提高H2O2的分解速率 #。(3)比较3号和4号试管，你得出的结论是！ 过氧化氢酶比Fe3的催化效率高 #。(4)若某同学按照表中方法做了这个实验，结果试管3和试管4的现象刚好相反，他实验失败的原因可能是！ 酶容易受外界因素的干扰，或肝脏研磨液不新鲜 #。解析：(1)实验需要遵循单一变量原则，实验中只有唯一的变量即自变量，对比1和2两组，自变量为温度，3和4组自变量为催化剂的种类；1组为空白对照组，其他为实验组。(2)1和2组的自变量为温度，可知加热能提高H2O2的分解速率。(3)3和4组的自变量为催化剂的种类，可知过氧化氢酶比Fe3的催化效率高。(4)酶容易受外界因素的干扰，如温度、pH等，也可能是肝脏研磨液不新鲜。