第1課時(shí)酶的作用和本質(zhì)1.運(yùn)用模型分析法解釋酶發(fā)揮作用的機(jī)理。2.能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?設(shè)計(jì)“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn),學(xué)會(huì)控制變量和設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn),并能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,進(jìn)而得出結(jié)論。3.通過(guò)對(duì)酶催化作用實(shí)例的討論和對(duì)探索酶的本質(zhì)相關(guān)資料的分析,闡明酶在細(xì)胞代謝中的作用、本質(zhì)及特征。目標(biāo)素養(yǎng)知識(shí)概覽一、酶在細(xì)胞代謝中的作用1.細(xì)胞代謝(1)場(chǎng)所:細(xì)胞中。(2)實(shí)質(zhì):各種化學(xué)反應(yīng)的總稱。(3)意義:是細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。2.酶在細(xì)胞代謝中的作用(1)實(shí)驗(yàn)“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”:①實(shí)驗(yàn)原理:過(guò)氧化氫在水浴加熱、FeCl3溶液中的Fe3+和肝臟研磨液中的過(guò)氧化氫酶的作用下會(huì)加速分解。②實(shí)驗(yàn)過(guò)程和現(xiàn)象:

實(shí)驗(yàn)結(jié)論:酶具有催化作用;與無(wú)機(jī)催化劑相比,其催化效率更高。(2)控制變量和設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn):①控制變量:a.變量:實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的變化因素。b.自變量:實(shí)驗(yàn)過(guò)程中人為控制的對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行處理的因素。如上述實(shí)驗(yàn)中加熱、加FeCl3溶液、加肝臟研磨液,是對(duì)過(guò)氧化氫溶液的不同處理,溫度和催化劑都屬于自變量。c.因變量:因自變量改變而變化的變量。如上述實(shí)驗(yàn)中過(guò)氧化氫分解速率就是因變量。d.無(wú)關(guān)變量:除自變量外,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還存在一些對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響的可變因素,叫作無(wú)關(guān)變量。如上述實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)物的濃度和反應(yīng)時(shí)間等。②設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn):a.概念:除作為自變量的因素外,其余因素(無(wú)關(guān)變量)都保持一致,并將結(jié)果進(jìn)行比較的實(shí)驗(yàn)叫作對(duì)照實(shí)驗(yàn)。b.對(duì)照實(shí)驗(yàn)一般要設(shè)置對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組,未作任何處理的對(duì)照組叫作空白對(duì)照。3.酶的作用機(jī)理(1)活化能: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。(2)作用機(jī)理:酶能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。與無(wú)機(jī)催化劑相比,酶降低活化能的作用更顯著,催化效率更高。(3)意義:使細(xì)胞代謝能在溫和條件下快速有序進(jìn)行。微思考1在“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)中,為什么要選用新鮮的肝臟?為什么將肝臟剪碎、研磨成溶液,而不是直接加入整塊的肝臟?提示:肝臟如果不新鮮,肝臟細(xì)胞內(nèi)的過(guò)氧化氫酶等有機(jī)物就會(huì)在腐生菌的作用下分解,失去作用。將肝臟剪碎并研磨可使肝臟細(xì)胞中的過(guò)氧化氫酶充分釋放,從而增大與過(guò)氧化氫的接觸機(jī)會(huì),以加速過(guò)氧化氫的分解。微判斷1基于酶在細(xì)胞代謝中的作用以及對(duì)照實(shí)驗(yàn)的原理,判斷下列表述是否正確。1.細(xì)胞代謝不需要酶的作用。()2.對(duì)照實(shí)驗(yàn)中,除自變量外,其他無(wú)關(guān)變量都應(yīng)保持相同且適宜。()3.酶通過(guò)為反應(yīng)物供能和降低活化能來(lái)提高化學(xué)反應(yīng)速率。()4.酶是具有催化作用的有機(jī)物。()5.酶在細(xì)胞代謝中起著催化、調(diào)節(jié)等多種作用。()×√×√×微訓(xùn)練

在下圖所示的實(shí)驗(yàn)中,屬于自變量的是(

)A.催化劑的種類B.過(guò)氧化氫分解的速率C.產(chǎn)生氣泡量D.試管中過(guò)氧化氫溶液的量答案:A解析:由題圖可知,圖中的實(shí)驗(yàn)處理是分別向過(guò)氧化氫溶液中加入氯化鐵溶液和過(guò)氧化氫酶溶液,Fe3+和過(guò)氧化氫酶都能催化過(guò)氧化氫分解,因此該實(shí)驗(yàn)的自變量是催化劑的種類。二、酶的本質(zhì)1.關(guān)于酶本質(zhì)的探索(連線)2.酶的本質(zhì)絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),少數(shù)酶是RNA。微思考2細(xì)胞中合成酶的原料是什么?提示:氨基酸或核糖核苷酸。微判斷2基于酶的化學(xué)本質(zhì),判斷下列表述是否正確。1.巴斯德認(rèn)為發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)是合理的,但是認(rèn)為發(fā)酵是整個(gè)細(xì)胞而不是細(xì)胞中的某些物質(zhì)在起作用是錯(cuò)誤的。()2.畢希納從細(xì)胞中獲得了含有酶的提取液,并直接對(duì)酶進(jìn)行了鑒定。()3.酶本質(zhì)的探索歷程與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展無(wú)關(guān)。()√××一

“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)分析問(wèn)題探究請(qǐng)依據(jù)教科書(shū)第77頁(yè)和下列表格,思考并回答下列問(wèn)題。相同處理向4支試管中分別加入2mLH2O2溶液不同處理不處理放在90℃左右的水中加熱滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴肝臟研磨液現(xiàn)象氣泡多少幾乎沒(méi)有較少較多很多點(diǎn)燃的衛(wèi)生香不復(fù)燃復(fù)燃不劇烈復(fù)燃較劇烈復(fù)燃很劇烈(1)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,滴入肝臟研磨液和FeCl3溶液時(shí),能否共用一支滴管?提示:不能,肝臟研磨液和

FeCl3溶液混合會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。(2)與2號(hào)試管相比,3號(hào)和4號(hào)試管未經(jīng)加熱,也有大量的氣泡產(chǎn)生,并且4號(hào)試管中的反應(yīng)速率最大,這說(shuō)明了什么?提示:FeCl3中的Fe3+和新鮮肝臟中的過(guò)氧化氫酶都能加快H2O2分解,且過(guò)氧化氫酶比Fe3+的催化效率高得多。(3)在“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”的實(shí)驗(yàn)中,自變量、因變量和無(wú)關(guān)變量分別是什么?提示:自變量是對(duì)過(guò)氧化氫溶液的不同處理;因變量是過(guò)氧化氫的分解速率;無(wú)關(guān)變量是過(guò)氧化氫溶液的濃度、用量,肝臟的新鮮程度,溫度,反應(yīng)時(shí)間等。(4)生物實(shí)驗(yàn)往往需要“透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)”,因此要善于運(yùn)用正確的“觀測(cè)指標(biāo)”?！氨容^過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)中,可用哪些方法檢測(cè)過(guò)氧化氫分解速率的大小?提示:可以通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氣泡的多少來(lái)判定過(guò)氧化氫分解速率的大小,也可以通過(guò)帶火星的衛(wèi)生香復(fù)燃的劇烈程度來(lái)判定過(guò)氧化氫分解速率的大小。歸納總結(jié)1.變量分析(1)自變量:對(duì)過(guò)氧化氫溶液的不同處理方法——加熱以及催化劑的種類。(2)因變量:過(guò)氧化氫的分解速率。(3)無(wú)關(guān)變量:過(guò)氧化氫的濃度、肝臟的新鮮程度、反應(yīng)時(shí)間等。2.對(duì)照實(shí)驗(yàn)通過(guò)分析對(duì)照實(shí)驗(yàn)可以得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。(1)1號(hào)與2號(hào)對(duì)比,說(shuō)明加熱可以加快過(guò)氧化氫的分解。(2)1號(hào)與3號(hào)對(duì)比,說(shuō)明FeCl3可以催化過(guò)氧化氫的分解。(3)1號(hào)與4號(hào)對(duì)比,說(shuō)明過(guò)氧化氫酶可以催化過(guò)氧化氫的分解。(4)3號(hào)與4號(hào)對(duì)比,說(shuō)明與無(wú)機(jī)催化劑相比,過(guò)氧化氫酶的催化效率更高。3.對(duì)照實(shí)驗(yàn)的基本原則(1)單一變量原則:各組實(shí)驗(yàn)除了自變量不同,其他處理均相同,防止無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響。(2)等量原則:如實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)物的濃度和反應(yīng)時(shí)間等,各組要保持相同且適宜。(3)對(duì)照原則:實(shí)驗(yàn)組接受自變量處理,對(duì)照組不接受自變量處理。遵循該原則,可通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較得出結(jié)論。4.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),必須用新鮮的剛從活體動(dòng)物內(nèi)取出的肝臟作實(shí)驗(yàn)材料。因?yàn)樾迈r肝臟中的酶能保持其原有的活性。(2)肝臟要研磨充分,以增大過(guò)氧化氫酶與試管中過(guò)氧化氫的接觸面積,從而加速過(guò)氧化氫的分解。(3)滴加FeCl3溶液和肝臟研磨液時(shí)不能共用一支滴管,以免影響實(shí)驗(yàn)效果。(4)由于反應(yīng)速率快,實(shí)驗(yàn)時(shí)要特別注意比較產(chǎn)生氣泡的多少、氣泡產(chǎn)生時(shí)間的長(zhǎng)短、衛(wèi)生香的復(fù)燃情況等。(5)過(guò)氧化氫具有一定的腐蝕性,使用時(shí)不要讓其接觸皮膚。典例剖析【例1】下圖是“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn),據(jù)圖分析下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A.1號(hào)與2號(hào)對(duì)照,說(shuō)明加熱能提高酶的活性B.1號(hào)與4號(hào)對(duì)照,可以驗(yàn)證酶具有催化作用C.3號(hào)和4號(hào)裝置應(yīng)在常溫條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)D.若只用3號(hào)和4號(hào)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),則溫度為無(wú)關(guān)變量A解析:1號(hào)和2號(hào)試管中沒(méi)有加酶,只能說(shuō)明加熱能使過(guò)氧化氫分子得到能量,從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀追纸獾幕钴S狀態(tài)。方法歸納控制變量的兩種思維方法學(xué)以致用1.下列關(guān)于“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”的敘述,正確的是(

)A.實(shí)驗(yàn)中所用肝臟必須是新鮮的,若放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng),肝細(xì)胞內(nèi)的過(guò)氧化氫會(huì)減少B.實(shí)驗(yàn)中用到的滴管,必須先吸取FeCl3溶液再吸取肝臟研磨液,這樣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較小C.過(guò)氧化氫的分解速率在溫度高的環(huán)境中比常溫下快D.實(shí)驗(yàn)的自變量是試管中產(chǎn)生氣泡數(shù)目的多少和衛(wèi)生香的復(fù)燃情況答案:C解析:肝臟放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng),過(guò)氧化氫酶會(huì)分解失活,A項(xiàng)錯(cuò)誤。吸取FeCl3溶液和吸取肝臟研磨液的滴管不能混用,B項(xiàng)錯(cuò)誤。過(guò)氧化氫在高溫條件下的分解速率會(huì)增大,C項(xiàng)正確。試管中產(chǎn)生氣泡數(shù)目的多少和衛(wèi)生香的復(fù)燃情況是實(shí)驗(yàn)觀測(cè)指標(biāo),可用來(lái)代表因變量,D項(xiàng)錯(cuò)誤。二

酶的作用和本質(zhì)問(wèn)題探究圖1是無(wú)催化劑和酶的作用機(jī)理示意圖。圖2表示甲、乙兩種酶用同一種蛋白酶處理后,酶活性與處理時(shí)間的關(guān)系。請(qǐng)思考并回答下列問(wèn)題。

圖1圖2(1)沒(méi)有催化劑時(shí)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所需的活化能是多少?有酶催化時(shí)化學(xué)反應(yīng)所需的活化能又是多少?(用圖中字母表示)提示:分別是a-c、b-c。(2)酶能不能為化學(xué)反應(yīng)提供所需要的能量?酶增大反應(yīng)速率的機(jī)理是什么?提示:酶不能為化學(xué)反應(yīng)提供所需要的能量。酶是通過(guò)降低反應(yīng)的活化能來(lái)增大反應(yīng)速率的。(3)過(guò)氧化氫酶與FeCl3相比共同點(diǎn)有哪些?提示:①增大化學(xué)反應(yīng)速率,本身沒(méi)有數(shù)量和性質(zhì)上的改變;②降低化學(xué)反應(yīng)的活化能,縮短達(dá)到平衡的時(shí)間,但不改變平衡點(diǎn)。(4)由圖2可看出甲酶活性保持不變,乙酶活性逐漸下降,這能否說(shuō)明二者的化學(xué)本質(zhì)不同?提示:能。觀察圖2可知,甲酶的活性始終保持不變,表明甲酶能抵抗該種蛋白酶的降解,則甲酶的化學(xué)本質(zhì)不是蛋白質(zhì)而是RNA,乙酶能被蛋白酶破壞,活性降低,則乙酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。(5)從結(jié)構(gòu)與功能觀的角度分析,乙酶活性改變的原因是什么?提示:乙酶在被降解的過(guò)程中分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變,從而喪失原有的功能。歸納總結(jié)1.酶的作用機(jī)理模型(1)分析方法:從活化能的概念入手,分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨瘧B(tài)所需的能量為活化能,即a-d表示沒(méi)有催化劑時(shí)所需的活化能。具體分析如下:差值含義a-d無(wú)催化劑條件下反應(yīng)所需的活化能b-d有無(wú)機(jī)催化劑條件下反應(yīng)所需的活化能c-d有酶催化條件下反應(yīng)所需的活化能a-c酶降低的活化能a-b無(wú)機(jī)催化劑降低的活化能(2)如上圖所示,在不同的反應(yīng)條件下,反應(yīng)的“初態(tài)”是相同的,但“活化態(tài)”是不同的,可知催化劑只是降低了反應(yīng)的活化能,而不提供活化能。特別提醒(1)酶和無(wú)機(jī)催化劑一樣,只能催化熱力學(xué)上允許進(jìn)行的反應(yīng)。(2)酶可以縮短化學(xué)反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間,但不能改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。(3)在反應(yīng)前后,酶的化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量保持不變。2.對(duì)酶的概念的理解化學(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)少數(shù)是RNA基本單位氨基酸核糖核苷酸來(lái)源一般來(lái)說(shuō),活細(xì)胞中均能產(chǎn)生合成場(chǎng)所核糖體細(xì)胞核等(真核生物)生理功能起催化作用(增大化學(xué)反應(yīng)速率)作用機(jī)理降低化學(xué)反應(yīng)的活化能作用場(chǎng)所細(xì)胞內(nèi)、外或生物體外均可典例剖析【例2】

下列有關(guān)酶的敘述,正確的是(

)①酶是由具有分泌功能的細(xì)胞產(chǎn)生的②有的從食物中獲得,有的是體內(nèi)其他物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來(lái)的③酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的④絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)⑤有的酶是蛋白質(zhì),有的是固醇⑥酶在代謝中有多種功能⑦酶在新陳代謝和生殖發(fā)育中起調(diào)節(jié)作用⑧酶只起催化作用⑨酶只在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用A.①②⑤

B.③⑦⑨

C.③④⑧ D.④⑤⑥C解析:酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物,其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),少數(shù)酶為RNA;酶只起催化作用,在個(gè)體發(fā)育中起調(diào)節(jié)作用的是激素。條件適宜時(shí),酶在細(xì)胞外也能發(fā)揮作用。學(xué)以致用2.下列各圖中,①表示有酶催化的反應(yīng)曲線,②表示沒(méi)有酶催化的反應(yīng)曲線,E表示酶降低的活化能。其中正確的圖解是(

)答案:C解析:活化能是指分子從常態(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。酶可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能,使反應(yīng)更容易進(jìn)行。3.用蛋白酶去除大腸桿菌核糖體的蛋白質(zhì),處理后的核糖體仍可催化氨基酸的脫水縮合反應(yīng)。由此可推測(cè)核糖體中能催化該反應(yīng)的物質(zhì)是(

)A.蛋白質(zhì) B.脂肪酶C.RNA D.淀粉酶答案:C解析:核糖體的主要成分是蛋白質(zhì)和RNA,蛋白酶將核糖體中的蛋白質(zhì)水解后只剩下RNA,所以發(fā)揮催化作用的是RNA。1.下列關(guān)于活化能的敘述,錯(cuò)誤的是(

)A.指分子從常態(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B.無(wú)機(jī)催化劑、水浴加熱都可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能C.酶可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能D.與無(wú)機(jī)催化劑相比,酶降低活化能的作用更顯著答案:B解析:酶和無(wú)機(jī)催化劑均能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能,與無(wú)機(jī)催化劑相比,酶降低活化能的作用更顯著;水浴加熱使反應(yīng)物得到能量,但不能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。2.酶的發(fā)現(xiàn)是許多科學(xué)家共同