2022年秋高中生物 第五章 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用 第1節(jié) 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶學(xué)案 新人教版必修1學(xué)習(xí)目標(biāo)1舉例說明酶在細(xì)胞代謝中的作用、本質(zhì)。(重點(diǎn))2通過閱讀分析“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”資料，認(rèn)同科學(xué)是在不斷探索和爭論中前進(jìn)的。3闡述酶的特性。(重點(diǎn))4學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)中的自變量、因變量、無關(guān)變量等。(難點(diǎn))核心概念細(xì)胞代謝酶活化能高效性專一性一、酶在細(xì)胞代謝中的應(yīng)用1細(xì)胞代謝2實(shí)驗(yàn)：比較過氧化氫在不同條件下的分解(1)實(shí)驗(yàn)原理：H2O2在 水浴加熱 、 FeCl3溶液 和肝臟研磨液中 過氧化氫酶 的作用下加速分解。(2)實(shí)驗(yàn)步驟： 編號(hào)步驟1234相同處理向4支試管中分別加入 2 mL過氧化氫溶液 ，并放在試管架上不同處理不處理放入 90 左右的 水浴 中加熱滴入 2滴 FeCl3溶液滴入2滴 肝臟研磨液 觀察試管內(nèi)產(chǎn)生的 氣泡數(shù)量 試管內(nèi)衛(wèi)生香 燃燒程度 (3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 4號(hào)試管產(chǎn)生的氣泡最多，衛(wèi)生香燃燒猛烈 。(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 酶 在常溫常壓下，可以高效地完成對(duì)化學(xué)反應(yīng)的 催化 。二、酶的本質(zhì)和作用原理三、酶的特性1高效性2專一性：3溫度和pH對(duì)酶活性影響及曲線(1)溫度對(duì)酶活性的影響及曲線：T0表示酶促反應(yīng)的 最適溫度 ，此時(shí)酶活性 最高 。溫度 偏高或偏低 ，酶活性降低。溫度 過高 ，酶會(huì)失活。(2)pH對(duì)酶活性的影響及曲線：P表示酶促反應(yīng)的 最適pH ，此時(shí)酶活性 最高 。pH 偏高或偏低 ，酶活性降低。pH 過高或過低 ，酶會(huì)失活。？思考1我們吃芹菜時(shí)，無論咀嚼多長時(shí)間，都感覺不到甜，而吃饅頭時(shí)，咀嚼時(shí)間長了就會(huì)有甜味，你知道是什么原因嗎？提示：芹菜中含大量纖維素，饅頭中主要成分為淀粉，人的唾液中含淀粉酶而不含纖維素酶，而酶具有專一性，淀粉酶可將淀粉分解為具有甜味的麥芽糖，卻不能將纖維素分解 。2酶是否只能在活細(xì)胞內(nèi)起作用？舉例說明。提示：不是，酶既可以在細(xì)胞內(nèi)起作用，也可以在細(xì)胞外起作用，如消化酶等。3人體口腔內(nèi)的唾液淀粉酶進(jìn)入胃之后還能繼續(xù)發(fā)揮作用嗎？為什么？提示：不能。因?yàn)槲竷?nèi)pH很低，導(dǎo)致唾液淀粉酶失活。H判斷題1酶既可以作為催化劑，也可以作為另一個(gè)反應(yīng)的底物。()2酶分子在催化反應(yīng)完成后立即被降解成氨基酸。(×)3酶通過為反應(yīng)物供能和降低活化能來提高化學(xué)反應(yīng)速率。(×)4酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的蛋白質(zhì)，酶的催化作用既可發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)，也可以發(fā)生在細(xì)胞外。(×)5在測定胃蛋白酶活性時(shí)，將溶液的pH由10降到2的過程中，胃蛋白酶的活性將逐漸增強(qiáng)。(×)6酶的基本組成單位是氨基酸和脫氧核糖核苷酸。(×)7高溫、低溫都可使酶活性降低，二者的作用實(shí)質(zhì)不同。()8在做溫度影響酶的活性的實(shí)驗(yàn)中，若某兩支試管的反應(yīng)速率相同，在其他條件均相同的條件下，可判斷這兩支試管所處的環(huán)境溫度也一定是相同的。(×)9如果以淀粉為底物，以淀粉酶為催化劑探究溫度影響酶活性的實(shí)驗(yàn)，則酶促反應(yīng)的速率既可以通過碘液檢測淀粉的分解速率，也可以通過斐林試劑檢測淀粉水解產(chǎn)物的生成速率。(×)10每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。()知識(shí)點(diǎn)1酶的本質(zhì)和作用Z1酶的概念和作用化學(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)少數(shù)是RNA合成原料氨基酸核糖核苷酸合成場所核糖體細(xì)胞核(主要)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)組待測酶液雙縮脲試劑是否出現(xiàn)紫色反應(yīng)待測酶液吡羅紅染液是否出現(xiàn)紅色對(duì)照組1蛋白質(zhì)樣液雙縮脲試劑出現(xiàn)紫色反應(yīng)RNA樣液吡羅紅染液出現(xiàn)紅色對(duì)照組2待測酶液不再具有催化能力待測酶液不再具有催化能力來源一般活細(xì)胞中均能產(chǎn)生生理功能具有生物催化功能具有特性專一性、高效性、需要適宜的pH、溫度等2酶的作用機(jī)理分析可知：E1這一部分的活化能是指酶所降低的能量；E2這一部分的能量是指酶促反應(yīng)過程中所需能量；E1E2E這一部分的能量是反應(yīng)所需總能量，是指無酶催化的時(shí)候，分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變成活躍狀態(tài)所需的能量，即反應(yīng)活化能。3酶作用模式圖(1)圖示中表示酶的為A，判斷依據(jù)：酶只是改變了反應(yīng)的進(jìn)程，在反應(yīng)的前后數(shù)量和性質(zhì)都不改變；反應(yīng)物和生成物分別為B和C、D。(2)圖示體現(xiàn)了酶的特性：專一性。酶通過特定的空間結(jié)構(gòu)與反應(yīng)物識(shí)別并結(jié)合，進(jìn)而催化反應(yīng)的進(jìn)行。Y有關(guān)酶的四個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)(1)酶并不都是蛋白質(zhì)，有的酶是RNA。(2)酶不僅在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，在細(xì)胞外和體外都可以發(fā)揮作用。(3)酶作用的實(shí)質(zhì)是降低了化學(xué)反應(yīng)的活化能，不是提供能量。(4)酶并不是具有分泌功能的細(xì)胞才能產(chǎn)生，活細(xì)胞都能產(chǎn)生酶。D典例1(2018·無錫高一檢測)下列有關(guān)酶的敘述中，正確的是(D)A酶的催化效率總是高于無機(jī)催化劑B一個(gè)酶分子只起一次作用C酶催化反應(yīng)能放出更多的能量D催化蛋白質(zhì)水解的酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)解析過酸、過堿和高溫都會(huì)改變酶的空間結(jié)構(gòu)，使酶失活，因而酶的催化效率不一定高于無機(jī)催化劑，A錯(cuò)誤；酶作為催化劑，在化學(xué)反應(yīng)中可多次起作用，B錯(cuò)誤；酶可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)的速率，但不能使反應(yīng)放出更多的能量，C錯(cuò)誤；催化蛋白質(zhì)水解的酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，D正確。變式訓(xùn)練1某一不可逆化學(xué)反應(yīng)(SPW)在無酶和有酶催化時(shí)均可以進(jìn)行。當(dāng)該反應(yīng)在無酶條件下進(jìn)行到時(shí)間t時(shí)，向反應(yīng)液中加入催化該反應(yīng)的酶。圖中能正確表示加酶后反應(yīng)物濃度隨反應(yīng)時(shí)間變化趨勢的曲線是(D)A甲B乙C丙D丁解析本題以曲線圖的形式對(duì)酶催化反應(yīng)的原理進(jìn)行考查。加入酶后，加快反應(yīng)速率，所以反應(yīng)物濃度下降速度增大，由于該反應(yīng)是不可逆反應(yīng)，所以最后反應(yīng)物都消耗完。知識(shí)點(diǎn)2酶的特性及相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析Z1酶高效性的實(shí)驗(yàn)分析(1)思路(2)實(shí)例“比較過氧化氫在不同條件下的分解”步驟與結(jié)果分析：試管編號(hào)3%的H2O2溶液自變量因變量結(jié)果分析處理方法氣泡多少點(diǎn)燃衛(wèi)生香檢測12 mL幾乎沒有無復(fù)燃H2O2自然分解緩慢22 mL90 左右水浴加熱較少復(fù)燃加熱能促進(jìn)H2O2分解32 mL滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的FeCl3溶液2滴較多復(fù)燃性較強(qiáng)Fe3能催化H2O2的分解42 mL滴加新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液2滴很多復(fù)燃性更強(qiáng)過氧化氫酶有催化H2O2分解的作用，且效率高結(jié)論分析：2酶專一性的實(shí)驗(yàn)分析(1)思路(2)實(shí)例步驟1淀粉淀粉酶蔗糖淀粉酶2等量斐林試劑，水浴加熱相同時(shí)間現(xiàn)象出現(xiàn)磚紅色沉淀無顏色變化結(jié)論酶具有專一性3探究溫度、pH對(duì)酶活性的影響(1)思路(2)實(shí)例探究不同溫度對(duì)酶活性的影響1試管1試管2試管2試管3試管3試管實(shí)驗(yàn)步驟12 mL淀粉溶液2 mL唾液淀粉酶溶液2 mL淀粉溶液2 mL唾液淀粉酶溶液2 mL淀粉溶液2 mL唾液淀粉酶溶液2在冰水中水浴5 min在37 水中水浴5 min在沸水中水浴5 min31與1試管混合搖勻2與2試管混合搖勻3與3試管混合搖勻4冰水中水浴數(shù)分鐘37 水浴數(shù)分鐘沸水中水浴數(shù)分鐘5取出試管，分別滴加2滴碘液搖勻，觀察現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呈藍(lán)色無藍(lán)色出現(xiàn)呈藍(lán)色結(jié)論唾液淀粉酶在37 時(shí)催化淀粉水解，在0 和100 時(shí)不能發(fā)揮催化作用。酶的催化作用需要適宜的溫度條件，溫度過高或過低都影響其催化效率Y有關(guān)酶實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的兩點(diǎn)提醒(1)探究不同溫度對(duì)酶活性的影響時(shí)，在加入酶之前，應(yīng)將底物在各自溫度下處理至少5分鐘，確保試管內(nèi)外溫度一致。(2)探究不同pH對(duì)酶活性的影響時(shí)，可將過氧化氫酶和H2O2溶液分別調(diào)至同一pH，再混合，以保證反應(yīng)一開始便達(dá)到預(yù)設(shè)pH。D典例2(2018·濰坊高一檢測)“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)中，相關(guān)說法錯(cuò)誤的是(D)A氯化鐵溶液和肝臟研磨液都屬于自變量B過氧化氫分解速率是因變量C過氧化氫的濃度屬于無關(guān)變量D實(shí)驗(yàn)過程中可以變化的因素即為自變量解析實(shí)驗(yàn)中可以變化的因素稱為變量，其中人為改變的量稱為自變量，氯化鐵溶液、肝臟研磨液都屬于自變量；隨自變量的變化而改變的量稱為因變量，過氧化氫的分解速率就屬于因變量；實(shí)驗(yàn)過程中還存在一些對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響的因素，這些因素稱為無關(guān)變量。易錯(cuò)提醒：有關(guān)影響酶促反應(yīng)速率的因素的三點(diǎn)提醒(1)酶催化反應(yīng)時(shí)，最適溫度和最適pH不會(huì)相互影響。(2)酶量的增加會(huì)提高酶促反應(yīng)的速率，但不會(huì)改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)；適當(dāng)增加反應(yīng)物濃度，既改變了反應(yīng)速率，也改變了反應(yīng)的進(jìn)程。(3)不同因素影響酶促反應(yīng)的速率的本質(zhì)不同。溫度和pH是通過影響酶的活性而影響酶促反應(yīng)速率的。底物濃度和酶濃度是通過影響酶與底物的接觸而影響酶促反應(yīng)速率，并不影響酶的活性。變式訓(xùn)練2關(guān)于溫度對(duì)酶活性影響的敘述，錯(cuò)誤的是(B)A不同酶的最適溫度可能相同B隨著溫度降低，酶促反應(yīng)的活化能下降C酶活性最高時(shí)的溫度不適合該酶的保存D高溫下酶失活是酶空間結(jié)構(gòu)破壞的結(jié)果解析不同酶的最適溫度可能相同，也可能不同，A正確；在一定的范圍內(nèi)隨著溫度的降低，酶的活性下降，而酶促反應(yīng)的活化能是不會(huì)降低的，B錯(cuò)誤；低溫時(shí)，酶的活性降低，但酶的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此，酶制劑適于在低溫(04 )下保存，C正確；高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿都會(huì)破壞酶的空間結(jié)構(gòu)，從而使酶失活，D正確。與酶有關(guān)的曲線解讀1酶高效性的曲線(如圖中甲)(1)催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)速率，與無機(jī)催化劑相比，酶的催化效率更高。(2)酶只能縮短達(dá)到化學(xué)反應(yīng)平衡點(diǎn)所需的時(shí)間，不會(huì)改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)。(3)酶只能催化已存在的化學(xué)反應(yīng)。2酶專一性的曲線(如圖中乙)(1)在A反應(yīng)物中加入酶A，反應(yīng)速率較未加酶時(shí)明顯加快，說明酶A催化A反應(yīng)物參加的反應(yīng)。(2)在A反應(yīng)物中加入酶B，反應(yīng)速率和未加酶時(shí)相同，說明酶B不催化A反應(yīng)物參加的反應(yīng)。3影響酶活性的曲線(如圖)(1)在一定條件下，酶活性最大時(shí)的溫度(或pH)稱為該酶的最適溫度(或pH)。(2)在一定溫度(或pH)范圍內(nèi)，隨溫度(或pH)的升高，酶的活性增強(qiáng)；當(dāng)溫度(或pH)升高到一定限度時(shí)，酶活性會(huì)隨溫度(或pH)的升高而減弱。(3)過酸、過堿、高溫會(huì)破壞酶的空間結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致酶永久失活，而低溫時(shí)酶的活性降低，不會(huì)失活。4酶和反應(yīng)物的濃度與反應(yīng)速率的關(guān)系曲線(如圖)(1)反應(yīng)速率與酶濃度的關(guān)系：在反應(yīng)物充足，其他條件均適宜的情況下，反應(yīng)速率與酶濃度成正比(如圖中甲)。(2)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系：在酶量一定的條件下，在一定范圍內(nèi)，反應(yīng)速率會(huì)隨著反應(yīng)物濃度的增加而增大，但當(dāng)反應(yīng)物濃度達(dá)到一定值后，由于受酶數(shù)量或酶活性的限制，反應(yīng)速率不再增大(如圖中乙)。5反應(yīng)時(shí)間對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響(如圖)(1)甲、乙、丙三圖中的時(shí)間t0、t1、和t2是一致的。(2)隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物因被消耗而減少，生成物因生成而增多。(3)t0t1段，因?yàn)榉磻?yīng)物較充足，所以反應(yīng)速率較快，反應(yīng)物消耗較快，生成物生成速度較快。t1t2段，因?yàn)榉磻?yīng)物的量減少，所以反應(yīng)速率降低，反應(yīng)物消耗較慢，生成物生成速率較慢。t2時(shí)，反應(yīng)物被耗盡，生成物也不再增加，此時(shí)反應(yīng)速率為0。典例3某同學(xué)研究溫度和pH對(duì)某酶促反應(yīng)速率的影響，得到如圖所示的曲線。下列分析正確的是(A)A該酶催化反應(yīng)的最適溫度為35左右，最適pH為8B當(dāng)pH為8時(shí)，影響酶促反應(yīng)速率的主要因素是底物濃度和酶濃度C隨pH升高，該酶催化反應(yīng)的最適溫度隨之改變D當(dāng)pH為任何一固定值時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果都可以證明溫度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響解析本題考查溫度和pH對(duì)酶活性的影響及解讀曲線的能力。分析曲線可知，當(dāng)溫度為35 、pH為8時(shí)，酶促反應(yīng)速率相對(duì)較快，當(dāng)溫度為35 、pH大于或小于8時(shí)，酶促反應(yīng)速率均下降，所以該酶的最適溫度為35 左右、最適pH為8；當(dāng)pH為8時(shí)，不同溫度下酶促反應(yīng)速率不同，此時(shí)溫度是影響酶促反應(yīng)速率的主要因素；在一定范圍內(nèi)，隨pH的升高或降低，該酶催化反應(yīng)的最適溫度均為35 左右；當(dāng)pH過高或過低時(shí)，不同溫度下的反應(yīng)速率可能相同，此時(shí)溫度已不再是酶促反應(yīng)速率的影響因素。典例4圖甲是過氧化氫酶活性(v)受pH影響的曲線，圖乙表示在最適溫度下，pHb時(shí)過氧化氫分解產(chǎn)生的O2量隨時(shí)間(t)的變化。若該酶促反應(yīng)過程中改變某一初始條件，以下改變正確的是(B)ApHa時(shí)，e點(diǎn)下移，d點(diǎn)左移B適當(dāng)降低溫度，e點(diǎn)不移，d點(diǎn)右移CpHc時(shí)，e點(diǎn)為0D過氧化氫量增加，e點(diǎn)不移，d點(diǎn)左移解析pH由ba時(shí)，酶的活性降低，化學(xué)反應(yīng)速率減慢，到達(dá)化學(xué)反應(yīng)平衡所需的時(shí)間延長，但pH改變不會(huì)改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)，故e點(diǎn)不移，d點(diǎn)右移，A項(xiàng)錯(cuò)誤；圖乙是在最適溫度下繪制的，若溫度降低，則酶活性降低，化學(xué)反應(yīng)速率減慢，到達(dá)化學(xué)反應(yīng)平衡所需的時(shí)間延長，但溫度降低不會(huì)改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)，故d點(diǎn)右移，e點(diǎn)不移，B項(xiàng)正確；pHc時(shí)，過堿條件破壞酶的空間結(jié)構(gòu)使酶失活、不能催化過氧化氫水解，但過氧化氫在常溫下也能分解，所以e點(diǎn)不為0，C項(xiàng)錯(cuò)誤；過氧化氫量增加時(shí)，達(dá)到化學(xué)反應(yīng)平衡所需時(shí)間延長，且化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)升高，即e點(diǎn)上移，d點(diǎn)右移，D項(xiàng)錯(cuò)誤。【解題探究】(1)酶促反應(yīng)的結(jié)果是改變了達(dá)到化學(xué)反應(yīng)平衡所需的 時(shí)間 ，即改變了 反應(yīng)速率 ，但不影響反應(yīng)的平衡點(diǎn)，即不影響 生成物 的量。(2)最適條件下改變影響酶活性的因素，會(huì)導(dǎo)致達(dá)到化學(xué)反應(yīng)平衡所需的時(shí)間 延長 ，但不影響反應(yīng)的平衡點(diǎn)?！净?dòng)探究】(1)若圖乙曲線為pHa條件下繪制，當(dāng)pHb時(shí)，d點(diǎn)和e點(diǎn)如何移動(dòng)？ 提示：pH升高，酶活性增強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率加快，達(dá)到反應(yīng)平衡的時(shí)間縮短，但不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)，故d點(diǎn)左移、e點(diǎn)不移。 (2)若增加酶的濃度，圖乙曲線中d點(diǎn)和e點(diǎn)如何移動(dòng)？ 提示：增加酶的濃度，反應(yīng)速率加快，但不影響化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)，故d點(diǎn)左移、e點(diǎn)不移。 【方法規(guī)律】分析影響酶促反應(yīng)速率因素的曲線圖的一般方法(1)識(shí)標(biāo)：理解圖中縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)的含義，一般橫坐標(biāo)表示溫度、pH、反應(yīng)時(shí)間等，縱坐標(biāo)表示反應(yīng)速率等。(2)明點(diǎn)：分析圖中起止點(diǎn)和最高點(diǎn)的含義，一般起點(diǎn)為零，最高點(diǎn)表示最適溫度或pH，酶的活性最大，止點(diǎn)表示酶的活性為零或生成物的量最大。(3)析圖：根據(jù)相關(guān)原理判斷曲線的變化情況，具體看曲線是上升還是下降，從而確定酶促反應(yīng)速率的變化趨勢。1細(xì)胞代謝的概念：細(xì)胞內(nèi)每時(shí)每刻都進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝。2酶的概念：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)酶是RNA。3酶的特性：專一性、高效性、作用條件較溫和。4酶的作用原理：降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。5影響酶活性的主要因素：溫度、pH等。酶的作用和本質(zhì)