2022年高三生物二輪復習 新陳代謝與酶教案1 人教版【學習目標】1知道酶的發(fā)現(xiàn)過程。2理解酶的性質(主要是高效性、專一性、酶需要適宜條件的特性)。3用實驗探究酶的高效性、酶的專一性。 【學習障礙】1理解障礙(1)如何理解酶與新陳代謝的關系？(2)如何理解酶的高效性、專一性等特性？(3)如何理解影響酶催化作用的因素？2解題障礙(1)用酶的作用特性去解釋和說明一些生物學現(xiàn)象。(2)解影響酶的催化作用因素的圖表題。(3)解有關的實驗設計題。 【學習策略】1理解障礙的突破(1)用“結構與功能相統(tǒng)一”等觀點理解新陳代謝與酶的關系。生命系統(tǒng)既是一個需要維持穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)，又是一個瞬時就會發(fā)生一系列合成、分解的運動著的系統(tǒng)，這是一個矛盾的統(tǒng)一體。新陳代謝中的各種化學反應是在溫度、酸堿度等相對穩(wěn)定的條件下進行的，這些化學反應不能在高溫、高壓、強酸、強堿等條件下進行，可是又要迅速、高效地進行反應，怎樣實現(xiàn)生命系統(tǒng)的這種功能？因此就必須有一種結構或物質存在，來行使其功能。這就是生物催化劑酶。生物體內的物質代謝過程是極其復雜的，如人體從外界攝取的營養(yǎng)物質經(jīng)過變化成為人體自身的組成物質，組成物質又經(jīng)過氧化分解成為代謝的最終產物而排出體外，這些過程中包含著許許多多的生物化學反應。據(jù)估計，人體細胞內發(fā)生化學反應的頻率約為幾百萬次/min。這么多的化學反應之所以能夠在平常的溫度、壓力下迅速順利地完成，完全是依靠酶的催化作用。正因為這樣，生物體自我更新的速度是很快的。拿人體來說，體內血液中的紅細胞更新的速度通常為200萬/s以上，大約60 d左右全部紅細胞要更新一半；肝臟和血漿中的蛋白質，大約10 d左右要更新一半；皮膚、肌肉等組織中的蛋白質，大約150 d左右要更新一半。人在一生(按60年計算)中與外界環(huán)境交換各種物質的數(shù)量，大約水為50000 kg，糖類為10000 kg，脂質為1000 kg，蛋白質為1600 kg。物質交換的總重量大約相當于人體重量的1200倍，而實際上現(xiàn)在人類的壽命已經(jīng)大大超過60歲了。所有這些復雜的代謝活動，只有在酶的參與下才能在常溫、常壓的條件下迅速有序地進行。因此生物體的新陳代謝過程，實際上是由一系列酶所催化的化學反應所組成的反應網(wǎng)絡，這就是功能與結構的和諧統(tǒng)一。(2)用“遷移法”來幫助理解酶的特性。酶是生物催化劑，因而它既有與一般催化劑相同的性質，也有與一般催化劑不同的特點。酶和一般催化劑的共同點是：第一，酶在催化反應加快進行時，在反應前后酶本身沒有數(shù)量和性質上的改變，因而很少量的酶就可催化大量的物質發(fā)生反應。第二，酶只能催化熱力學上允許進行的反應，而不能使本來不能進行的反應發(fā)生。第三，酶只能使反應加快達到平衡，而不能改變達到平衡時，反應物和產物的濃度。因此，酶既能加快正反應進行，也能加快逆反應進行。酶促反應究竟朝哪個方向進行，取決于反應物和產物的濃度。酶與一般的催化劑相比又有其特點，最突出的是它的高效性和專一性。生物化學理論的遷移A用“酶的中間產物學說”來理解酶的高效性酶具有強大的催化能力，酶的催化能力遠遠超過化學催化劑。例如，碳酸酐酶能夠催化下面的反應：碳酸酐酶是目前已經(jīng)知道的催化反應速度最快的酶之一。每個碳酸酐酶分子催化CO2水合作用形成相同數(shù)量的H2CO3的速度通常為6×105個/s。碳酸酐酶催化上述反應的速度比非酶催化的上述反應速度快107倍。如果沒有這種酶，CO2從組織到血液，然后再通過肺泡呼出體外的過程只能以極其緩慢的速度進行，遠遠不能滿足生物體生存的需要。酶具有這樣強大的催化能力，可以用酶的中間產物學說來解釋：酶在催化某一底物(被酶催化的物質)時，先與底物結合成一種不穩(wěn)定的中間產物，這種中間產物極為活潑，很容易發(fā)生化學反應而變成反應物，并且放出酶。按照中間產物學說，酶促反應(需酶催化的反應)可以寫成下式：B用“酶的誘導契合學說”來理解酶的專一性：酶具有高度的專一性，這就是說，一種酶只能作用于一種底物，或一類分子結構相似的底物，促使底物進行一定的化學反應，產生一定的反應產物。酶的這種高度的專一性，可以用“誘導契合學說”來解釋：酶對于它所作用的底物有著嚴格的選擇，酶和底物結合時，酶并不是事先就以一種與底物互補的形狀存在，而是在受到誘導之后才形成互補的形狀。這種方式如同一只手伸進手套之后才誘導手套的形狀發(fā)生變化一樣。底物一旦結合上去，就能誘導酶蛋白的空間結構發(fā)生相應的變化，從而使酶和底物契合而形成酶底物絡合物，這就是科學家們普遍支持的“誘導契合學說”(見下圖)。底物的結構和酶的活動中心的結構的這種互補形狀，使酶只能與對應的化合物契合，從而排斥了那些形狀、大小不適合的化合物，這就是酶作用的專一性。 用來說明酶專一性催化作用的基本原理的學說還有“鎖和鑰匙學說”，見本節(jié)教材復習題二圖示，在此不再贅述。(3)用“內外因法”來理解酶的催化作用受溫度、pH影響的機理。唯物辯證法認為外因是變化的條件，內因是變化的根據(jù)，外因通過內因而起作用。用此方法可以找出事物變化的根本原因。酶起催化作用所需條件雖然不象一般催化劑那樣苛刻，如要求高溫、高壓，但它還是需要一些特定的環(huán)境條件的。這些條件就是影響酶催化作用的外因，主要是溫度與pH；影響酶催化作用的內因是由酶本身的性質蛋白質所決定的。我們主要研究其外因。溫度：酶的催化效率又稱酶的活性或活力。酶促反應與普通的化學反應一樣，一般說來，環(huán)境溫度升高，酶的活性隨之提高，但不是無止境的。隨著溫度升高，酶的穩(wěn)定性也越來越低，表現(xiàn)為酶的活性急速喪失。某種酶在某一溫度下能表現(xiàn)出最大的活性，這個溫度稱為該種酶的最適溫度。就大多數(shù)酶來講，最適溫度在40左右，溫度繼續(xù)升高，酶的活性會顯著下降，以致完全喪失催化能力。這是因為酶是一種蛋白質，蛋白質加溫到7090就會變性沉淀，如雞蛋清在開水里一煮就凝固成白色固體一樣。各種酶能忍受高溫的限度不同，絕大多數(shù)酶在6070的溶液中即受到很大破壞。酶的活性隨溫度變化的示意圖如下圖。 酸堿度(pH)：酸堿度對酶的催化作用有很大影響，主要體現(xiàn)在兩個方面：一是同一種酶在不同的pH下活性不同，如上圖。二是各種酶的最適pH不同，過酸或過堿都會降低酶的活性。例如胃蛋白酶在酸性(pH15)環(huán)境下活性最高，胰蛋白酶在微堿性(pH8)環(huán)境下活性最高，大部分酶在中性環(huán)境下活性最高。例1在酶法生產葡萄糖時，pH先調到6，后調到45。這是因為最初以一種淀粉酶溶液為原料時，該酶的_，繼后以糖化酶繼續(xù)作用，該酶的_之故。解析：用“內外因法”解。各種酶的最適pH不同，據(jù)題意，催化淀粉最終水解成葡萄糖最先需要淀粉酶后需要糖化酶， pH先調到6，后調到45，可見這分別是兩種酶的最適pH。答案：最適pH為6 最適pH為452解題障礙的突破(1)用“系統(tǒng)化”和“具體化(對號入座)法”來解有關酶的特性的問題。按系統(tǒng)化方法將酶的知識形成知識網(wǎng)絡如下圖。具體化(對號入座)是把理論知識用于具體、個別場合的思維方法。在生物學學習中，適用具體化的方式主要有兩種：一是用所學知識應用于生活和生產實踐，分析和解釋一些生命現(xiàn)象；二是用一些生活中的具體事例來說明生物學理論知識。例2能夠促使唾液淀粉酶水解的酶是A淀粉酶 B分解酶 C水解酶 D蛋白酶解析：用“系統(tǒng)化”和“具體化(對號入座)法”解。題目告訴我們這主要是考查酶的功能特性，根據(jù)我們已建立的上述知識網(wǎng)絡將問題對號入座，很明顯題目具體是考查酶的專一性的特點，淀粉酶只能使淀粉水解成麥芽糖；分解酶是具有分解作用的所有酶的總稱；水解酶是催化有機物與水作用形成各類分解產物的酶，包括淀粉酶、蛋白酶等；蛋白酶是只能水解蛋白質的酶。唾液淀粉酶的化學本質是蛋白質，由于酶的催化作用具有專一性的特點。因此，促使其水解的酶只有蛋白酶。 答案：D例3新采摘的玉米果穗具有甜味，但放一段時間后甜味便降低，如果采摘后放在沸水中浸泡一段時間后再保存，甜味會保留較長一段時間，請回答：(1)放一段時間后甜味降低的原因是_。(2)沸水浸泡一段時間后再保存，甜味可保留較長時間的原因是_。(3)通過上述實驗可以證明_。解析：用“系統(tǒng)化”和“具體化(對號入座)法”解。玉米的甜味是由某些單糖引起的，放一段時間后甜味便降低，顯然是單糖減少的緣故；如果采摘后放在沸水中浸泡一段時間后再保存，甜味會保留較長一段時間，即單糖減少的速度明顯減慢，單糖這種變化與溫度有關，綜合分析，不難看出這是酶的作用。答案：(1)在酶的作用下，單糖分解或轉變成淀粉 (2)高溫使酶失活，抑制了單糖的分解或淀粉的合成 (3)酶的催化作用受到溫度的影響，高溫可使酶失活(2)先用“圖文轉換法”，再用“層析綜合法”來解圖表類問題。在解圖表類問題時，先進行圖文信息轉換，再對其分析。具體分析時，用“層析法”來找出變量間的因果關系。例4下圖表示溫度對酶的催化效率的影響曲線。請據(jù)圖回答：(1)曲線中的AB段表明_。(2)曲線中的B點表示_。(3)曲線中的BC段表明_。(4)曲線總體說明_。解析：用“圖文轉換法”、再用“層析綜合法”來解。本題首先必須看懂曲線圖中兩個變量溫度與催化效率之間的因果關系。然后可以將此圖層析為三段：在AB段，曲線向上，說明隨著溫度的上升，催化效率加快，說明酶的活性隨溫度的上升而上升；曲線最高點B，就是酶的最適溫度；BC段，曲線下降，說明酶的活性隨溫度的上升而下降，溫度過高，酶的活性受到抑制。最后，綜合整個圖上的信息，說明酶的催化效率受溫度的影響。答案：(1)在一定的溫度范圍內，酶的催化效率隨溫度的升高而升高 (2)酶作用的最適溫度 (3)如果溫度在達到酶作用的最適溫度后繼續(xù)升高，酶的催化效率就會下降 (4)酶的催化效率受溫度的影響(3)用“求異思維法”來解實驗及設計實驗的問題。所謂“求異思維法”(或稱差異思維法)是從兩個場合的差異中尋求原因的方法。為了應用“求異思維法”來找出現(xiàn)象的原因，必須有兩個場合，即所研究的現(xiàn)象出現(xiàn)的正面場合和所研究現(xiàn)象不出現(xiàn)的反面場合。在這兩個場合中，其他情況都相同，只有一個情況在正面場合中出現(xiàn)，而在反面場合中不出現(xiàn)，那么，這個情況就是被研究現(xiàn)象的原因或部分原因。這種思維方法在生物學實驗中的具體體現(xiàn)主要就是單因子變量及對照實驗的原則。解這類題一定要在實驗操作的基礎上去充分體會實驗的原理及方法，由感性認識上升到理性認識。也可用“求異思維法”來找出變量間的因果關系，從而掌握實驗及設計實驗的方法。例5 在編號為14的4支試管內各注入10 mL 3%過氧化氫溶液，1號試管作為對照，在2號試管內迅速放入新鮮豬肝12小塊，3號試管內放入一枚銹鐵釘，4號試管內放入煮熟豬肝12小塊，根據(jù)實驗現(xiàn)象回答下列問題：(1)立即出現(xiàn)大量氣泡的試管為_號，這種氣泡是什么氣?_。產生大量氣泡的原因是_。(2)4號試管內有什么變化?_。理由是_。(3)2號和3號試管內都能產生氣體，就產生氣體的速度和數(shù)量不同，說明原因。_。解析：用“求異思維法”解。此題的設計就是本著求異法的邏輯原理將課本中的實驗進行延伸，增設了兩個實驗，1號試管作為對照，只在試管中加入10 mL 3%的過氧化氫溶液，結果沒有任何現(xiàn)象發(fā)生；2號試管加入10 mL 3%的過氧化氫溶液和新鮮豬肝12小塊，結果產生氣泡(O2)；兩種場合，其他情況都相同，只有一個因素不同，那就是2號試管加了新鮮豬肝，導致產生O2，即產生O2的原因就是豬肝中的過氧化氫酶的作用；這就是從兩個場合的差異中尋求原因的方法。這其中就體現(xiàn)了單因子變量及對照實驗的原理。同理，3號試管內放入10 mL 3%的過氧化氫溶液和一枚銹鐵釘，銹鐵釘是為了提供Fe3，F(xiàn)e3作為催化劑也是將過氧化氫分解成水和O2原因；4號試管內放入10 mL 3%的過氧化氫溶液和煮熟的豬肝12小塊，煮熟的豬肝中的過氧化氫酶受高溫的影響，酶的結構被破壞從而失去活性，這樣過氧化氫不被分解，沒有任何現(xiàn)象發(fā)生。2號試管與3號試管相比，產生O2的速度不同，2號試管含有過氧化氫酶，能將過氧化氫迅速分解產生大量的O2，而3號試管內的Fe3是一般的無機催化劑，雖然能分解過氧化氫，但反應速度很慢，2號和3號試管相比說明酶的催化作用具有高效性。 答案：(1)2 O2 新鮮豬肝內的過氧化氫酶迅速催化過氧化氫，將其分解，產生大量O2 (2)沒有 煮熟豬肝細胞內的過氧化氫酶被破壞，失去活性 (3)酶(或過氧化氫酶)的作用具有高效性。點評：此實驗將銹鐵釘代替氯化鐵，體現(xiàn)了實驗材料選擇的多樣性，并且銹鐵釘方便易得，所以這也是實驗中可取方法，實驗中我們可以根據(jù)具體情況選擇一些經(jīng)濟、方便的實驗材料，當然這應以不影響實驗結果為原則。另一方面，本題的實驗變量還可以擴展，但總體上應該注意單因子變量和對照。 【同步達綱練習】1在不損傷植物細胞內部結構的情況下，下列哪種物質適用于去除細胞壁A蛋白酶與脂酶B纖維素酶與果膠酶C鹽酸D淀粉酶2在唾液淀粉酶催化淀粉水解的實驗中，將唾液稀釋十倍與唾液原汁催化效果基本相同，這說明了什么?_。3下圖分別表示胃蛋白酶、唾液淀粉酶、胰蛋白酶在酶濃度一定時，溫度、pH對酶反應速度的影響，請根據(jù)圖回答下列問題：(1)圖A中，a點所對應的溫度稱_，a點到b點曲線急劇下降，其原因是_。(2)將裝有唾液淀粉酶與淀粉糊的甲、乙兩試管分別放入10和75水浴鍋中，20 min后取出轉入37的水浴鍋中保溫，兩試管內反應分別應為：甲_，乙_。(3)圖B中，c點表示_。(4)在丙試管中裝入胰蛋白酶與淀粉糊，且將溶液的pH調整至9，而后放入37的水浴鍋中保溫20 min，試管內的反應為_，說明_。4為了驗證pH對唾液淀粉酶活性的影響，做如下實驗。操作步驟：在15號試管中分別加入05%淀粉液2 mL。加完淀粉液后，向各試管中加入相應的緩沖液3.00 mL使各試管中反應液的pH穩(wěn)定在5.00、6.20、6.80、7.40、8.00。分別向15號試管中加入0.5%唾液1 mL，然后放入37恒溫水浴中。反應過程中，每隔1 min從第3號試管中取出一滴反應液，滴在比色板上，加1 滴碘液顯色，待呈橙黃色時，立即取出5支試管，加碘液顯色并比色，記錄結果。結果見下表： 表中“”表示藍色程度。1號2號3號4號5號pH500620680740800結果(顏色)橙黃色 請回答：(1)實驗過程中為什么要選擇37恒溫?_。(2)3號試管加碘液后出現(xiàn)橙黃色，說明什么?_。(3)如果反應速度過快，應當對唾液做怎樣的調整? _。(4)該實驗得出的結論是什么?_。5下圖是小麥淀粉酶在不同溫度下的催化效率變化曲線，試根據(jù)圖回答：(1)在35時，小麥淀粉酶的催化效率_。(2)在_和_時，催化效率都降為0，但在再回復到35時，僅_的催化效率恢復，表明_?！就竭_綱練習】參考答案1解析：用“系統(tǒng)化和具體化(對號入座)法”來解。細胞壁的化學成分主要是纖維素和果膠。答案：B2解析：用“系統(tǒng)化和具體化(對號入座)法”來解。題目中的唾液稀釋液和唾液都含有淀粉酶，都能催化淀粉水解成葡萄糖和麥芽糖。區(qū)別在于，稀釋后的效果仍和唾液原汁的效果基本相同。由于唾液中的淀粉酶具有高效性的催化作用，稀釋只是使酶的濃度有所下降，但只要酶存在，它就具有高效的催化作用，所以，它們催化效果基本相同，應答酶具有高效性。答案：酶具有高效性3解析：先用“圖文轉換法”、再用“層析綜合法”來解。本題首先必須看懂曲線圖中幾個變量之間的關系。曲線的升降與反應速度的快慢有關。酶活性的強弱，與所催化的反應速度密切相關，酶活性越強所催化的反應速度就越快。因此通過本題，可以幫助我們加深對酶的特性的理解。A圖，三種酶所催化的反應與溫度的變化相關，在0至30之間，曲線向上，說明隨著溫度的上升，反應速度加快，說明酶的活性隨溫度的上升而上升；約在30至38之間是酶的活性最強的時候，其中曲線最高點a，就是酶的最適溫度；以后，曲線下降，說明酶的活性隨溫度的上升而下降，溫度過高，酶的活性受到抑制。因此甲、乙兩試管分別放入10和75水浴鍋中，20 min后取出轉入37的水浴鍋中保溫，兩試管內反應分別應為：甲試管反應速度加快，而乙試管無催化反應。B圖，三種酶的曲線分布有所不同，表明三種酶的最適pH是不同的。胃蛋白酶的最適pH為2左右，唾液淀粉酶的最適pH為7左右，胰蛋白酶的最適pH為9左右。所以，c點表示胃蛋白酶的最適pH為2左右。雖然丙試管中胰蛋白酶所處的pH、溫度都是最適值，但它不能催化淀粉的分解，這說明酶具有專一性。答案：(1)酶的最適溫度 溫度過高，酶的活性受到抑制 (2)試管反應速度加快 試管無催化反應 (3)胃蛋白酶的最適pH為2 (4)無催化反應 酶具有專一性4解析：用“求異思維法”來解。求異思維在實驗中主要體現(xiàn)在單因子變量的原則上，pH是實驗變量，酶的活性是反應變量，要排除其他變量的干擾，設法找出變量間的因果關系，從而得出正確答案。答案：(1)37是唾液淀粉酶起催化作用的最適溫度，只有在恒溫的條件下，才能排除溫度因素對結果的干擾(2)淀粉已完全水解(3)提高唾液的稀釋倍數(shù)(4)唾液淀粉酶的最適pH在6.8左右，高于或低于此pH時，酶活性逐漸降低，酶的活性受pH的影響5解析：先用“圖文轉換法”，再用“層析綜合法”來解。答案：(1)最高 (2)0 100 A 低溫不會破壞酶的結構，當溫度恢復時，酶的活性能夠恢復；高溫破壞了酶的結構而使其失活，不能再恢復