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2019-2020年高中生物 課時15 酶的作用和本質(zhì)導(dǎo)學(xué)案 新人教版必修1 【學(xué)習(xí)目標】 1．說明酶在細胞代謝中的作用和本質(zhì)。 2．通過閱讀分析"關(guān)于酶本質(zhì)的探索"的資料，認同科學(xué)是在不斷的探索和爭論中前進的。 3．學(xué)會控制自變量，觀察和檢測因變量的變化。 【自主梳理】 1．細胞代謝： (1)場所：_________內(nèi)。 (2)實質(zhì)：各種_________的統(tǒng)稱。 (3)意義：細胞生命活動的_________。 2．比較過氧化氫在不同條件下的分解的實驗原理：水浴加熱、FeCl3溶液中的_________以及肝臟研磨液中的__________________均可影響H2O2分解為H2O和O2的速率。 3．比較過氧化氫在不同條件下的分解的實驗過程和現(xiàn)象： 試管編號 加入物質(zhì) 處理 現(xiàn)象 1 2 mL H2O2溶液 不處理 2 2mL H2O2溶液 有氣泡產(chǎn)生 3 2mL H2O2溶液 加2滴FeCl3溶液 有氣泡產(chǎn)生 4 2mL H2O2溶液 加2滴肝臟研磨液 5．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________狀態(tài)所需要的能量。 6．酶的作用原理：降低化學(xué)反應(yīng)的________。 7．酶的作用意義：使細胞代謝能在________條件下快速進行。 8．酶的探索歷程： 巴斯德之前：發(fā)酵是純化學(xué)過程，與生命活動無關(guān) 9．酶的合成場所：_________。 10．人體不同消化液中酶的最適pH(連線) 消化液 最適pH a.唾液 I.0.9?1.5 b.胃液 II.7.6 c.小腸液 III.6.2?7.4 11．不同生物體內(nèi)酶的最適溫度(連線) 生物 最適溫度 a.動物 I.有的可達70 C b.植物 II.35?40 C c.細菌、真菌 III.40?50 C 12．酶的化學(xué)本質(zhì)：絕大多數(shù)是_________，少數(shù)是_________。 【預(yù)習(xí)小測】 1．判斷正誤：酶催化作用的實質(zhì)——提高化學(xué)反應(yīng)的活化能，使化學(xué)反應(yīng)順利進行。 2．判斷正誤：酶既可以作為催化劑，也可以作為另一個反應(yīng)的底物。 3．判斷正誤：酶為化學(xué)反應(yīng)提供了活化能。 4．思考問題： (1)酶的基本組成單位是什么？ (2)加酶洗衣粉的洗滌效果為什么優(yōu)于普通洗衣粉？ 5．判斷正誤：無關(guān)變量是對實驗沒有影響的變量。 6．判斷正誤：酶起催化作用后立即被降解。 7．判斷正誤：酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的蛋白質(zhì)。 8．判斷正誤：酶對生物體的生命活動具有調(diào)節(jié)作用。 知識拓展 探究案 【探究一比較過氧化氫在不同條件下的分解】 1．在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗中選用的肝臟為什么必須是新鮮的？ 2．在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗中為什么要將肝臟剪碎、研磨成溶液，而不是加入整塊的肝臟？ 3．比較過氧化氫在不同條件下的分解的實驗操作： (1)實驗中滴加FeCl3溶液和肝臟研磨液的滴管能否混用？為什么？ (2)分析對照實驗中的各支試管，完成下表。 氣泡產(chǎn)生量的不同 結(jié)論 1號和2號相比 _________試管氣泡產(chǎn)生量多 3號和4號相比 _________試管氣泡產(chǎn)生量多 (3)該實驗中可采用哪些方法檢測過氧化氫的分解速率？ 4．比較過氧化氫在不同條件下的分解的實驗的變量、對照分析： (1)該實驗的自變量：______________________________。 (2)該實驗的因變量：______________________________。 (3)無關(guān)變量：______________________________， 各組應(yīng)該控制______________________________。 (4)實驗組：分別在___________、___________、___________條件下處理過氧化氫。 (5)對照組：在___________條件下處理過氧化氫。 【典例精析】 為了研究酶的作用， 取2支潔凈的試管并編號為A、B，各注入2 mL體積分數(shù)為3%的H2O2溶液；再向A管滴入2滴質(zhì)量分數(shù)為3.5%的FeCl3溶液，向B管滴入2滴質(zhì)量分數(shù)為20%的肝臟研磨液；堵住管口，輕輕振蕩；用帶火星的衛(wèi)生香檢驗；觀察并記錄結(jié)果。 (1)本實驗的主要目的是探究_________________。 (2)如果兩支試管的現(xiàn)象均不明顯，從實驗材料分析， 原因可能是_____________________。 (3)過氧化氫酶能催化H2O2的分解，產(chǎn)生的O2能使溶于水的無色焦性沒食子酸氧化生成橙紅色沉淀。為了鑒定馬鈴薯塊莖是否含有過氧化氫酶，設(shè)計了如圖所示實驗。 參照上圖所給信息，回答下列問題。 ①3號試管內(nèi)加入的物質(zhì)是_______________________________________________________________。 ②設(shè)計2號試管作為對照的具體目的是_______________________________________________________________。 ③如果2號試管未產(chǎn)生顏色反應(yīng)，則出現(xiàn)橙紅色沉淀的是___________號試管。 【變式訓(xùn)練】 已知2H2O22H2O+O2↑，可以通過觀察反應(yīng)過程中氧氣的生成速率(即氣泡從溶液中釋放的速率)來判斷H2O2分反應(yīng)的速率。請用所給的實驗材料和用具設(shè)計實驗，使其能同時驗證過氧化氫酶具有催化作用和高效性。要求寫出實驗步驟、預(yù)測實驗結(jié)果、得出結(jié)論，并回答問題。 實驗材料與用具:適宜濃度的H2O2溶液，蒸餾水，3.5% FeCl3溶液，0.01%的過氧化氫酶溶液,恒溫水浴鍋，試管。 (1)實驗步驟： ①取3支試管，各加入______________________________________，放入37C恒溫水浴鍋中保溫適當時間。 ②分別向上述3支試管中加入________________________________。 ③觀察各管中________________________________。 (2)實驗結(jié)果預(yù)測及結(jié)論： 整個實驗中，不同處理的試管中O2的釋放速率從快到慢依次是:________________________________________。 由此可得出的結(jié)論是_____________________________________________。 【探究二酶的作用機理和本質(zhì)】 5．什么是化學(xué)反應(yīng)的活化能？結(jié)合運動員跳高談?wù)勀愕睦斫狻? 6．加熱、無機催化劑和酶都能加快H2O2的分解，分析三者的作用原理有何不同。 操作項目 作用原理 加熱 使H2O2獲得能量 無機催化劑 酶 7．為什么加入過氧化氫酶的試管比加入FeCl3溶液的試管中的H2O2分解速率快？ 8．結(jié)合物質(zhì)鑒定的實驗原理思考如何設(shè)計實驗來證明某種酶是蛋白質(zhì)。 實驗組：待測酶液+_____________→是否出現(xiàn)______反應(yīng)。 對照組：_____________+雙縮脲試劑→出現(xiàn)_____________反應(yīng)。 9．結(jié)合物質(zhì)鑒定的實驗原理思考如何設(shè)計實驗來證明某種酶是RNA。 實驗組：待測酶液+___________染液→是否出現(xiàn)_____色。 對照組：__________+吡羅紅染液→出現(xiàn)_____色。 【典例精析】 下列有關(guān)酶的敘述，正確的是 ①是由分泌細胞產(chǎn)生的②有的從食物中獲得，有的在體內(nèi)轉(zhuǎn)化而來③凡是活細胞都能產(chǎn)生酶④酶在體內(nèi)不能更新⑤有的酶是蛋白質(zhì)，有的酶是固醇⑥絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA⑦在新陳代謝和生殖發(fā)育中起調(diào)控作用 A.③⑥ B.③④⑤ C.③⑥⑦ D.①②⑥⑦ 【變式訓(xùn)練】 下列關(guān)于酶的敘述，正確的是 A.酶只有在生物體內(nèi)才能起催化作用，起催化作用的本質(zhì)是提高反應(yīng)的活化能 B.所有酶都含有C、H、O、N四種化學(xué)元素 C.人體內(nèi)的酶進行催化過程中，酶本身不變，所以酶不會發(fā)生自我更新 D.酶都在核糖體上合成 【隨堂自測】 1．不能催化H2O2生成H2O和O2的是 A.FeCl3中的Fe3+ B.FeCl3中的Cl- C.肝臟研磨液 D.馬鈴薯塊莖研磨液 2．下列圖像中，①表示有酶催化的反應(yīng)曲線，②表示沒有酶催化的反應(yīng)曲線，E表示酶降低的活化能，表示正確的是 3．在"比較過氧化氫在不同條件下的分解"實驗中，對實驗結(jié)果分析正確的是 A.在過氧化氫酶的作用下，H2O2的分解速率更快，是因為質(zhì)量分數(shù)為20%的肝臟研磨液的濃度高于質(zhì)量分數(shù)為3.5%的FeCl3溶液的濃度 B.質(zhì)量分數(shù)為3.5%的FeCl3溶液催化H2O2分解速率慢是因為濃度過高，影響了其功能的正常發(fā)揮 C.肝臟研磨液催化H2O2分解速率快，是因為酶的催化效率比一般無機催化劑的催化效率高 D.如果將試管都放在90℃水浴中，加肝臟研磨液的試管反應(yīng)速率仍為最快 4．如圖所示的實驗中屬于自變量的是 A.催化劑的種類 B.過氧化氫的分解速率 C.試管的大小 D.試管中的過氧化氫溶液的量 5．下列關(guān)于酶的敘述，不正確的是 A.絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA B.酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物 C.食物的消化過程需要酶催化，而細胞內(nèi)的其他化學(xué)反應(yīng)不需要酶催化 D.有些酶可在核糖體上合成 6．根據(jù)下列探究不同物質(zhì)對過氧化氫分解速率影響的實驗，回答有關(guān)問題。 序號 反應(yīng)物 加入物質(zhì) 條件 現(xiàn)象 ① 過氧化氫 無 室溫 幾乎無氣泡 ② 過氧化氫 FeCl3溶液 室溫 ③ 過氧化氫 土豆浸出液 室溫 ④ 過氧化氫 新鮮唾液 室溫 (1)將實驗②③④的實驗現(xiàn)象填寫在表中相應(yīng)位置。 (2)在實驗③的土豆浸出液中，對此實驗起作用的物質(zhì)是_______________，與實驗②加入的物質(zhì)相比，此物質(zhì)的作用具有________。 (3)與實驗③相比，實驗④的現(xiàn)象可說明____________________________。 (4)實驗③的條件如改為加熱煮沸，將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？如何解釋這種現(xiàn)象？ ______________________________________________________________________________________________________________________________。 【探究歸納】 1．教材提煉： 2．酶的作用機理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能 如圖所示。 (1)圖中AC段和BC段分別表示無酶催化和有酶催化時反應(yīng)進行所需要的活化能。 (2)若將酶變?yōu)闊o機催化劑，則B在縱軸上向上移動。用加熱的方法不能降低活化能，但會提供反應(yīng)所需的能量。 3．酶的作用本質(zhì)： 化學(xué)本質(zhì) 絕大多數(shù)是蛋白質(zhì) 少數(shù)是RNA 基本組成單位 氨基酸 核糖核苷酸 合成場所 核糖體 細胞核 來源 一般來說，活細胞都能產(chǎn)生酶 生理功能 催化化學(xué)反應(yīng) 作用原理 降低化學(xué)反應(yīng)的活化能 4．【方法規(guī)律】有關(guān)酶的正誤說法歸納： 錯誤說法 正確說法 產(chǎn)生場所 具有分泌功能的細胞 活細胞 化學(xué)本質(zhì) 蛋白質(zhì) 有機物(大多數(shù)為蛋白質(zhì)，少數(shù)為RNA) 作用場所 只在細胞內(nèi)發(fā)揮作用 可在細胞內(nèi)、細胞外、體外發(fā)揮作用 溫庹影響 低溫和高溫均使酶變性失活 低溫只抑制酶的活性， 不會使酶變性失活，高溫使酶變性失活 作用 具有調(diào)節(jié)、催化等多種功能 只起催化作用 來源 有的可來源于食物 只在活細胞內(nèi)合成 5．【提醒】在反應(yīng)前后，作為催化劑的酶的種類、數(shù)量和性質(zhì)不發(fā)生改變。 必修1課時15 酶的作用和本質(zhì) 詳細答案 課前預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)案 【自主梳理】 1．細胞 化學(xué)反應(yīng) 基礎(chǔ) 2．Fe3+ 過氧化氫酶 3．基本無氣泡產(chǎn)生 90℃水浴加熱 有大量氣泡產(chǎn)生 4．高效地 5．活躍 6．活化能 7．溫和 8．活酵母細胞的參與 酵母細胞死亡并裂解后釋放出的某種物質(zhì) 脲酶 脲酶是蛋白質(zhì) 少數(shù)RNA 9．活細胞內(nèi) 10．a(chǎn)—Ⅲ b—Ⅰ c—Ⅱ 11．a(chǎn)—Ⅱ b—Ⅲ 12．蛋白質(zhì) RNA 【預(yù)習(xí)小測】 1． 2．√ 3． 提示：酶能夠降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，而不是為化學(xué)反應(yīng)提供活化能。 4．(1)提示：氨基酸或核糖核苷酸。 (2)提示：加酶洗衣粉中的酶制劑具有高效的催化作用，能夠催化污漬快速地分解。 5． 提示：無關(guān)變量會對實驗結(jié)果造成影響。 6． 提示：酶為化學(xué)反應(yīng)的催化劑，在化學(xué)反應(yīng)前后不發(fā)生變化。 7． 提示：酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA。 8． 提示：酶具有催化作用，不具有調(diào)節(jié)作用。 知識拓展 探究案 【探究一比較過氧化氫在不同條件下的分解】 1．提示：肝臟如果不新鮮，肝細胞內(nèi)的過氧化氫酶就會在腐生細菌的作用下分解而失去催化作用。 2．提示：將肝臟剪碎、研磨，可使過氧化氫酶釋放出來，使過氧化氫酶與試管內(nèi)的過氧化氫分子充分接觸，加速過氧化氫的分解。 3．(1)提示：不能。酶的催化效率比無機催化劑的催化效率高， 既使少量的酶混入FeCl3溶液中，也會干擾實驗結(jié)果的準確性，增大實驗誤差。 (2) 2號 加熱能促進過氧化氫分解 4號 酶比無機催化劑催化效率更高 (3)提示：①氣泡目測法，通過反應(yīng)時產(chǎn)生氣泡的多少來判定過氧化氫分解速率的快慢。 ②衛(wèi)生香復(fù)燃法，通過帶火星的衛(wèi)生香復(fù)燃劇烈程度來判定過氧化氫分解速率的快慢。 4．(1)不同的催化條件 (2)過氧化氫的分解速率 (3)過氧化氫的濃度、用量等 相同且適宜 (4)過氧化氫酶 FeCl3溶液 加熱(5)常溫 【典例精析】 (1)過氧化氫酶和Fe3+催化效率的高低 (2) H2O2溶液放置時間過長，已經(jīng)分解 (3)①2mL焦性沒食子酸溶液，2滴H2O2溶液，2mL馬鈴薯塊莖提取液 ②排除馬鈴薯塊莖提取液中的其他物質(zhì)對實驗結(jié)果的影響 ③3 【解析】(1)該實驗通過比較FeCl3和過氧化氫酶催化分解H2O2的過程來探究酶的催化效率。 (2)如果2支試管的現(xiàn)象均不明顯，則最可能是底物H2O2已經(jīng)分解。 (3)比較各試管中加入的物質(zhì)，可知3號試管內(nèi)加入的物質(zhì)是2mL焦性沒食子酸溶液、2滴H2O2溶液、2mL馬鈴薯塊莖提取液； 2號試管作為對照的具體目的是排除馬鈴薯塊莖提取液中的其他物質(zhì)對實驗結(jié)果的影響；3號試管中的H2O2能夠被分解生成O2而使無色焦性沒食子酸氧化生成橙紅色沉淀。 【備注】(1)1、4號試管中也有少量的橙紅色沉淀生成。因為H2O2在常溫下也能夠少量分解產(chǎn)生O2。 (2)2號試管中沒有橙紅色的沉淀生成，因為2號試管中沒有底物H2O2溶液。 該實驗在不同條件下分解過氧化氫，通過產(chǎn)生的氧氣的量來判斷不同條件下過氧化氫的分解速率。結(jié)果表明，在加熱條件下及催化劑參與下，均可促進過氧化氫的分解，且酶的催化效率比無機催化劑的催化效率高。 【變式訓(xùn)練】 (1)①等量且適量的H2O2溶液 ②等量且適量的蒸餾水、FeCl3溶液和過氧化氫酶溶液 ③釋放氣泡的快慢 (2)加過氧化氫酶溶液的試管、加FeCl3溶液的試管、加蒸餾水的試管 酶具有催化作用和高效性 【解析】分析該實驗驗證的問題可知，實驗?zāi)康挠袃蓚€：一是驗證酶具有催化作用,可通過設(shè)置有酶和無酶的兩組實驗進行研究；二是驗證酶具有高效性，可通過酶和FeCl3溶液的比較進行研究。因此本實驗可分為三組：分別加入蒸餾水、過氧化氫酶溶液、FeCl3溶液。驗證性實驗的結(jié)果是確定的，即加入過氧化氫酶溶液的一組O2釋放速率最快，實驗結(jié)論與實驗驗證的問題一致。 【備注】驗證性實驗的設(shè)計思路 驗證性實驗通常是指實驗者針對已知的實驗結(jié)果而進行的以驗證實驗結(jié)果、鞏固和加強有關(guān)知識內(nèi)容、培養(yǎng)實驗操作能力為目的的重復(fù)性實驗。驗證性實驗是建立在巳知結(jié)論基礎(chǔ)上的，實驗原理、實驗結(jié)果是已知的，因此實驗步驟的設(shè)計也應(yīng)合乎實驗結(jié)果產(chǎn)生的必然。 實驗設(shè)計思路及方法： (1)如果需要提取、配制、處理實驗材料，則把提取、配制等操作作為第一步。 (2)分組標號。研究對象、器皿等要分組標號，設(shè)立實驗組和對照組；注意控制無關(guān)變量，在措辭中往往有“相同”“一致”等字眼。如果有測量應(yīng)測量記錄初始值。 (3)實驗處理。分別對實驗組和對照組施加單一變量；實驗處理要遵循“單一變量和對照原則”。 (4)培養(yǎng)(或飼養(yǎng))、觀察、記錄等。依然在措辭中體現(xiàn)對無關(guān)變量的控制，經(jīng)常有“相同條件下”等字眼描述，觀察記錄實驗現(xiàn)象或記錄測定的實驗數(shù)據(jù)。 【探究二酶的作用機理和本質(zhì)】 5．提示：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)所需要的能量稱為活化能，相當于運動員跳高時需要克服的重力勢能。 6．降低化學(xué)反應(yīng)的活化能 降低化學(xué)反應(yīng)的活化能 7．提示：因為過氧化氫酶比FeCl3更能顯著降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。 8．雙縮脲試劑 紫色 已知蛋白質(zhì)溶液 紫色 9．吡羅紅 紅 已知RNA溶液 紅 【典例精析】 A 【解析】酶是活細胞產(chǎn)生的，絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA；酶在體內(nèi)不斷更新；酶可在細胞內(nèi)、細胞外、體外發(fā)揮催化作用，無調(diào)控作用。所以只有③⑥正確。 【備注】加熱、無機催化劑、酶均能加快過氧化氫的分解速率。加熱是為反應(yīng)物提供能量而加快反應(yīng)速率；無機催化劑和酶是通過降低化學(xué)反應(yīng)的活化能而加快反應(yīng)速率，其中酶更能顯著降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。酶是活細胞產(chǎn)生的一種有機物，多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA。 【變式訓(xùn)練】 B 【解析】酶是由活細胞產(chǎn)生的，在細胞內(nèi)和細胞外都可發(fā)揮催化作用，酶的作用機理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)或RNA，故都含有C、H、O、N四種元素，在核糖體或細胞核中合成。反應(yīng)前后，酶本身不變，但在人體內(nèi)的酶仍會不斷更新。 【備注】無 【隨堂自測】 1．B 【解析】肝臟、馬鈴薯塊莖中都含有過氧化氫酶這種催化劑，F(xiàn)eCl3中的Fe3+是一種無機催化劑，均可以催化H2O2分解成H2O和O2。 【備注】無 2．C 【解析】沒有酶催化時反應(yīng)所需的能量多，有酶催化時反應(yīng)所需的能量少，兩者之間的差值就是酶所降低的活化能。 【備注】無 3．C 【解析】質(zhì)量分數(shù)為20%的肝臟研磨液，其中酶的數(shù)量并不多，酶分子數(shù)大約是質(zhì)量分數(shù)為3.5%的FeCl3溶液中Fe3+數(shù)的二十五萬分之一。催化劑濃度大，不會影響其活性。酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的作用要比無機催化劑效果更顯著， 催化效率更高。過氧化氫酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，在90℃水浴中將會變性而失去催化能力，F(xiàn)e3+卻仍起催化作用。 【備注】無 4．A 【解析】圖示實驗的自變量是加入的催化劑的種類，因變量是過氧化氫的分解速率，過氧化氫溶液的量及試管的大小屬于無關(guān)變量。 【備注】無 5．C 【解析】酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的一類特殊有機物，其中絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA，蛋白質(zhì)在核糖體上合成，A、B、D三項正確；只要條件適宜，不論在細胞內(nèi)還是細胞外，甚至在生物體外，酶都可催化化學(xué)反應(yīng)，C項錯誤。 【備注】無 6．(1)少量氣泡 大量氣泡 幾乎無氣泡 (2)過氧化氫酶 高效性 (3)唾液中不含有過氧化氫酶 (4)仍有氣泡產(chǎn)生，但速率變慢。高溫破壞了過氧化氫酶的空間結(jié)構(gòu)，使之失活，但高溫會加快過氧化氫的分解 【解析】加熱、過氧化氫酶、FeCl3均可催化過氧化氫的分解，土豆浸出液中含有過氧化氫酶，唾液中不含有過氧化氫酶。過氧化氫分解產(chǎn)生水和氧氣，試管中有氣泡產(chǎn)生。過氧化氫酶比FeCl3的催化效率高。 【備注】無