高中生物 第5章 第1节 降低化学反应活化能的酶学案 新人教版必修1

第1节降低化学反应活化能的酶学习目标1．说明酶在细胞代谢中的作用、本质和特性。

(重点、难点)2．通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断的探索和争论中前进的。

3．进行有关的实验和研究，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验。

(难点),知识结构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的化学反应统称为细胞代谢。

(2)特点：①一般都需要酶催化。

②在水环境中进行。

③反应条件温和。

④一般伴随着能量的释放和储存。

(3)地位：是细胞生命活动的基础。

(1)从性质上看，细胞代谢包括物质代谢和能量代谢两个方面。

细胞内每时每刻都在进行着化学反应，与此同时伴随着相应的能量变化。

物质是能量的载体，而能量是物质运输的动力。

物质代谢和能量代谢相伴而生，相互依存。

(2)从方向上看，细胞代谢包括同时进行、对立统一的同化作用和异化作用。

同化作用和异化作用相互依存，同化过程中有物质的分解、能量的释放，异化过程中有物质的合成、能量的储存。

同化作用为异化作用的进行提供物质和能量基础，而同化作用进行所需要的能量又靠异化作用来提供。

(3)从实质上看，细胞代谢是生物体活细胞内所进行的有序的、连锁的化学反应。

应特别注意只有活细胞内进行的化学反应才是有序的，死细胞内虽然也进行着化学反应，但是无序的，所以不属于细胞代谢的范畴。

(4)从意义上看，细胞代谢的过程完成了细胞成分的更新，而细胞成分的更新正是生化反应造成的物质转化和能量转变的结果。

在细胞代谢的基础上，生物体既进行新旧细胞的更替，又进行细胞内化学成分的更新，最终表现出生长、发育、生殖等生命活动。

2. 实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验原理：新鲜肝脏中含有过氧化氢酶，Fe 3＋是一种无机催化剂。

用一定数量的过氧化氢酶和Fe 3＋催化过氧化氢分解成H 2O 和O 2，可比较两者的催化效率。

过氧化氢的分解反应式：2H 2O 2――→酶2H 2O ＋O 2；2H 2O 2――→Fe 3＋2H 2O ＋O 2(2)目的要求：通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用和意义。

(3)材料用具：新鲜的质量分数为20%的肝脏(如猪肝、鸡肝)研磨液，量筒，试管，滴管，试管架，卫生香，火柴，酒精灯，大烧杯，石棉网，三脚架，试管夹，温度计，新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液，质量分数为3.5%的FeCl 3溶液。

(4)过程及现象①过程示意图(图5­1­1)②实验过程和结果列表 试管编号 实验设置 实验现象 结果分析 1号(2 mL H 2O 2溶液)对照组(不做处理)无明显气泡放出，无助燃性H 2O 2的自然分解缓慢2号(2 mL H2O2溶液) 水浴加热(90 ℃)有明显气泡放出，有助燃性加热能促进H2O2的分解3号(2 mL H2O2溶液) 加入质量分数为3.5%的FeCl3溶液2滴有较多气泡放出，助燃性强Fe3＋能催化H2O2的分解4号(2 mL H2O2溶液) 加入质量分数为20%的肝脏研磨液2滴有大量气泡放出，助燃性更强过氧化氢酶也有催化H2O2分解的作用，且催化效率比Fe3＋高③实验结论的理论分析自变量因变量无关变量对照组实验组2号：90 ℃水浴加热用产生气泡的多少表示H2O2的分解速率加入H2O2的量；实验室温度；FeCl3和肝脏研磨液的新鲜程度1号试管2、3、4号试管3号：加入质量分数为3.5%的FeCl3溶液2滴4号：加入质量分数为20%的肝脏研磨液2滴(1)实验设计要遵循单一变量原则和等量对照原则严格控制变量。

“单一变量”即指实验中唯一的自变量；“等量对照”是指其他无关变量相等且适宜的情况下，设置对照组与实验组作比较。

(2)实验中必须用新鲜的刚从活动物体内取出的肝脏作实验材料。

肝脏要研磨充分，以加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中H2O2的接触面积，从而加速H2O2的分解。

(3)H2O2具有一定的腐蚀性，使用时不要让其接触皮肤。

(5)实验结论①酶同无机催化剂一样具有加快化学反应速率的作用，因此酶具有催化性。

②酶同无机催化剂相比，催化效率更高，因此酶具有高效性。

3．酶的作用原理(1)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(如图5­1­2所示)。

(2)酶是一种生物催化剂，能改变反应途径，其作用是降低化学反应的活化能。

(3)酶在代谢中仅起催化作用，本身化学性质和质量均不发生变化。

酶在进行催化作用时，首先与底物(即反应物)结合，形成不稳定的中间产物，中间产物再分解成酶和产物，因此可反复起催化作用。

(1)在一个化学反应体系中，只有反应物获得能量变为活跃状态，反应才可以进行，所以处于活跃状态的分子越多，反应速率越快。

(2)酶的作用仅是催化化学反应的进行，并不为反应提供物质和能量，不改变化学反应的方向，也不改变化学反应平衡点。

教材第78～79页参考答案问题探讨1．这个实验要解决的问题是：鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化。

2．是胃内的化学物质——酶将肉块分解了。

3．收集胃内的化学物质，将肉块放入该物质中，看这些物质在体外是否也能将肉块分解。

实验1．2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．不能。

3．说明FeCl3中的Fe3＋和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。

4．4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、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。

【例1】在比较过氧化氢酶和Fe3＋催化H2O2分解的实验中，对实验结果分析正确的是( )A．在过氧化氢酶的作用下，过氧化氢的分解最快，是因为质量分数为20%的肝脏研磨液的浓度高于质量分数为3.5%的FeCl3溶液B．质量分数为3.5%的FeCl3溶液对过氧化氢分解速率慢，是因为其分子的物质的量浓度过高，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催化效率高D．如果将四支试管都放在90 ℃水浴中，第4支试管(加肝脏研磨液的试管)反应速率仍最快解析：质量分数为20%的肝脏研磨液中含酶的数量并不大，远低于质量分数为 3.5%的FeCl3溶液中溶质的分子数；催化剂浓度大不会影响活性的正常发挥；酶降低化学反应所需活化能的作用要比无机催化剂效果更显著，催化效率更高；过氧化氢酶的化学本质是蛋白质，在90 ℃水浴中，将会变性失去催化能力，Fe3＋却仍可以起催化作用。

答案：C点拨：酶比无机催化剂的催化效率更高，但在高温时会变性失活，而无机催化剂高温时仍有催化作用。

酶的本质1．酶的概念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。

2．关于酶本质的探索发现者发现过程及结论19世纪，酿酒业在欧洲经济中占有重要地位，受葡萄酒经常莫名其妙地变酸的困扰，科学界非常重视对发酵过程的研究巴斯德1857年，法国微生物学家巴斯德通过显微镜观察，提出酿酒中的发酵是由于酵母细胞的存在李比希坚持认为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从细胞中获得了含酶的提取液，并将酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶萨姆纳认为酶是蛋白质。

1917年，萨姆纳决定从刀豆种子中提取纯酶；1926年，他提取到脲酶结晶，并用多种方法证明了脲酶是蛋白质许多科学家提取了多种酶的蛋白质结晶，证明酶是一类具有生物催化作用的蛋白质切赫和奥特曼20世纪80年代，发现少数RNA也具有生物催化功能3.酶的本质酶与激素、蛋白质的关系(1)凡是活细胞都可产生酶(哺乳动物的成熟红细胞等除外)，只有内分泌细胞才可产生激素，所以能产生酶的细胞不一定能产生激素，但能产生激素的细胞一定能产生酶，如图5­1­3所示。

(2)绝大多数酶是蛋白质，但不是所有的蛋白质都是酶，只有具有催化作用的蛋白质才是酶。

【例2】下列有关生物体内酶的叙述正确的是( )①是有分泌功能的细胞产生的②有的从食物获得，有的从体内转化而来③凡是活细胞，都能产生酶④绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA ⑤有的酶是蛋白质，有的是固醇⑥酶在代谢中有多种功能⑦在新陈代谢和生殖发育中起调控作用⑧酶只是起催化作用A．①②⑤ B．②③⑦C．③④⑧ D．④⑤⑥解析：有分泌功能的细胞能产生激素，而凡是活细胞均能产生酶；机体所需的酶无法从食物中获取，因为新陈代谢的结构单位是细胞，酶是大分子物质(蛋白质或RNA)，外界的酶无法直接进入细胞参与反应；酶所起的作用只是催化作用，降低分子的活化能；对生物体的正常生理活动起调控作用的一般是激素物质。

答案：C点拨：本题综合考查酶的产生部位、化学本质、作用，应特别注意比较酶与激素的区别。

教材第82页参考答案资料分析1．巴斯德认为发酵与活细胞有关是合理的，但是认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用是不正确的；李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质是合理的，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是不正确的。

2．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．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．萨姆纳历时9年用正确的科学方法，将酶提纯出来。

他有一种坚持不懈、百折不挠的科学精神。

成功属于不畏艰苦的人。

5．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。

酶的特性1．酶具有高效性(1)含义：酶的催化效率是无机催化剂的107～1013倍。

(2)实例①1个过氧化氢酶分子在25 ℃条件下1 min可催化500万个过氧化氢分子的分解反应。

②一份淀粉酶在适宜条件下可催化100万份淀粉的水解。

③将唾液稀释10倍与用唾液原液催化淀粉水解的效果相同。

(3)意义：保证细胞代谢顺利进行。

2．酶具有专一性(1)含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应，这就像一把钥匙开一把锁一样。

酶对它所作用的底物有着严格的选择，它只能催化一定结构或者一些结构近似的化合物，使这些化合物发生生物化学反应。

(2)实例①过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解，不能催化其他化学反应。

②淀粉酶只能催化淀粉的水解，不能催化蛋白质和脂质等的水解。

③脲酶除了催化尿素分解外，对其他化学反应也不起催化作用。

④麦芽糖酶只能催化麦芽糖水解，将其水解成葡萄糖，而对其他的糖则不起催化作用。