人教课标生物必修1《酶的作用和本质》教材梳理

疱丁巧解牛
知识·巧学·升华
一、酶在细胞代谢中的作用
在生物体的细胞内每时每刻也都进行着许多这样的化学反应，我们统称为细胞代谢。

细胞代谢是细胞生命活动的基础。

这些化学反应都是在一种极温和的条件下进行的，如对人体来说，37.5 ℃的体温、近中性的pH等。

把发生在细胞内的这些反应和在实验室中进行的同种反应相比较，我们就会发现，其中有些反应在实验室中需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈的条件下才能进行，甚至有些反应在实验室条件下还不能实现。

难点剖析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称为活化能。

使反应物分子变为活跃状态的途径有二：（1）对反应体系加热或加压等，从而使反应物分子获得所需的活化能。

（2）使用适当的催化剂，降低活化能。

例如，过氧化氢分解为水和氧的反应，其分子活化能为每摩尔75 348焦耳；用Fe3+作催化剂时，每摩尔过氧化氢分解所需要的活化能降低至48 976焦耳；用过氧化氢酶催化时，活化能可降至8 372焦耳。

根据热力学计算，活化能由每摩尔75 348焦耳降至8 372焦耳，反应速度会加快一亿倍以上。

生物体细胞内的化学反应之所以能在温和的条件下顺利和迅速地进行，其主要原因就在于生物体内含有一类特殊的生物催化剂——酶。

在一个反应体系中，任何反应物分子都有进行化学反应的可能，但却并非都进行了反应。

因为在反应体系中各个反应物分子所含的能量高低不同，只有那些含能达到或超过某一限度的活化分子才能在碰撞中发生化学反应。

显然，活化分子越多，反应速度越快。

同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因此酶催化效率更高。

正是由于酶的催化作用，细胞代谢的各种化学反应才能在温和条件下快速进行。

知识拓展关于酶是如何使反应活化能降低的，目前比较圆满的解释是中间产物学说。

(1)
酶在催化此反应时，它首先与底物结合成一个不稳定的中间产物ES，然后ES再分解成产物和原来的酶。

（2）
由于酶催化的反应（2）所需的活化能比（1）低，所以反应速度加快。

二、实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解
总结课本的实验过程，可以用下表说明过程：
问题讨论：
（1）与1号试管相比，2号试管明显有气泡产生，说明升高温度能加快使过氧化氢分解的反应。

（2）在细胞内，不能通过加热的方法来提高反应速度，因为这样会使细胞内的活性物质（如蛋白质）变性失活。

（3）2、4号试管都有大量气泡产生，说明FeCl3和肝脏中的过氧化氢酶都能催化过氧
化氢分解的反应。

（4）4号试管的反应速度明显比3号试管快，说明酶的催化效率比FeCl3高。

由此可见，酶是具有很高效率的催化剂，它的存在，保证了细胞内各种复杂的化学反应得以顺利进行。

实验结论：酶在细胞代谢中具有催化作用。

方法点拨在进行对照实验时，要根据实验目的来设置实验组和对照组，如：探究温度对酶活性的影响，可将对照组的温度控制在酶的最适温度左右，实验组的温度要分别高于、低于该温度，再通过某种指标，对比各组酶的活性。

在设计该实验时，特别应注意的一点就是，对照组与各实验组除温度不同外，其他条件都要完全相同，否则，不能说明酶的活性出现差异就是温度影响的结果，这就是“单变量原则”。

至于让哪个因素成为变量，要根据实验目的而定。

三、酶的本质
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。

要点提示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。

2.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。

3.萨姆纳历时9年，用正确的科学方法，坚持不懈、百折不挠的科学精神，将酶提纯出来。

成功属于不畏艰苦的人。

问题·思路·探究
问题1细胞代谢为什么离不开酶？
思路点拨：所谓细胞代谢是指在细胞中所进行的一切化学反应的总和。

细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要高效率地、快速的进行，离不开催化剂的催化，细胞内的化学反应需要在常温、常压、酸碱度适中等温和条件下进行，无机催化剂常常需要辅助以高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件才能有较高的催化效率而酶就是一种生物催化剂，而且酶的催化效率比无机催化剂高得多。

因此细胞中的新陈代谢离不开酶。

问题2酶是什么？
思路点拨：在这个问题上，人们曾长期激烈地争论过。

1926年，James Sumner首次由刀豆制出脲酶结晶并证明它是蛋白质，后来相继有多位科学家陆续获得数种酶的结晶也都被证明是蛋白质，从而确立了所有的酶是蛋白质的观念。

直到20世纪80年代，Tomas R.Cech以及S. Altman等人才又陆续发现了少数RNA也有生物催化功能，从而揭示出了酶的化学本质。

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。

问题3科学家是怎样研究酶的本质的？
思路点拨：关于酶的本质的研究，科学家们也是在不断的失败中总结出来的。

巴斯德认为酿酒的过程是由于酵母菌细胞的存在，李比希认为酿酒不是由于细胞的作用，而是与酵母菌细胞中的某种物质有关，但是这种物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。

两位科学家的设想，既有可取之处，又有局限性。

后来比希纳通过实验证明了细胞中有一种物质参与了发酵的过程。

萨姆纳通过实验证明了酶是蛋白质。

20世纪80年代，美国的两位科学家通过实验证明RNA也具有生物催化功能。

典题·热题·新题
例1关于酶的叙述中，正确的是（）
A.酶只有在生物体内才能起催化作用
B.酶都有消化作用
C.调解新陈代谢的物质不一定是酶
D.酶都是在核糖体上合成的
思路解析：酶虽然是由活细胞产生的，但它的催化作用不一定非在生物体内，只要条件适宜，体内体外都可起催化作用，例如探究活动“比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率”中过氧化氢酶就是在试管中发挥作用的。

故A项不正确。

酶的催化作用表现在多方面，有的酶促进物质合成，有的酶促进物质分解，只有消化酶才能促进消化，故B也不正确。

调节新陈代谢的物质有激素、酶、无机盐等。

酶是其中的一种，故C正确。

在核糖体上合成的物质是蛋白质，所以只有蛋白质类的酶才在核糖体上合成，核酶不能在核糖体上合成。

故D也不正确。

答案：C
方法点拨本题考查的是对酶的概念及其化学本质的理解，属于理解水平上的考查。

要正确解答此题，一要了解酶的化学本质，二要知道酶在生物体外也有催化作用，三要知道酶具有多样性。

例2有一种酶催化某反应P＋Q→R，右图中的实线表示没有酶时此反应的过程，在t1时，将催化反应的酶加入反应混合物中，图中表示此反应的真实进程的曲线是（）
A.Ⅰ和Ⅱ
B.Ⅲ
C.Ⅳ
D.Ⅴ
思路解析：催化剂都有改变反应速度但不改变反应平衡的特点，及都具有参与反映的过程但反应前后不被消耗的特点。

酶作为生物催化剂，具有高效性等特点，从图中可以看出，实线平衡与横坐标的线段延长相交与纵坐标的那个交点即为此反应的平衡点。

显然曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ均改变了此反应的平衡点，因此，A、C项是错误的。

曲线Ⅲ反映酶使反应速度缩短了到平衡点的事件而不改变反应的平衡点。

曲线Ⅴ从t1到平衡点前的线段不符合加酶后反应的真实过程。

答案：B
方法点拨
本题属于综合分析能力的考查。

是一道跨学科综合题，解答这个问题，一要清楚化学反应平衡方面的知识，二要明白酶催化反应的机理。

再就是酶可以改变反应速度但不改变反应的平衡。

例3能够催化水解脂肪酶的物质是（）
A.脂肪酶
B.麦芽糖酶
C.蛋白酶
D.以上都不对
思路解析：脂肪酶本身属于蛋白质，即此题变为“能够催化水解蛋白质的物质是”。

答案：C
误区警示不注意认真审题，错认为题干考查催化水解脂肪的物质是什么，就会错选A。