高一生物降低化学反应活化能的酶

5.1　降低化学反应活化能的酶　学案
一、学习目标
知识目标：
① 能够简述细胞代谢的概念； ② 能简要说出酶在细胞代谢中的作用，概述酶的本质；
③ 能自我设计“影响酶活性的条件”的实验，总结酶的特性。
能力目标：
① 能使用实验操作的基本方法，和同学合作完成“比较过氧化氢在不同条件下的分解”和“影响酶活性的条件”的实验操作；
② 尝试从生活中提出与酶的特性有关的生物学问题，和老师、同学进行讨论和交流；
③ 能运用所学知识，对影响酶促反应的温度、pH、反应物浓度等因素的坐标图像，进行分析和问题讨论。
情感态度与价值观目标：
① 积极参与影响酶活性的条件的问题探讨；
② 通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学在不断观察、实验、探索和争论中前进；
③ 关注“酶的特性”的认识对人类生产生活的影响。
二、学习过程
（一）．酶的作用和本质
1．斯帕兰札尼的实验讨论
2． 细胞代谢------离不开酶
2H2O2　△　２H2O＋O2　　　　　2H2O2２H2O＋O2
3．酶的作用原理
在任何化学反应中，反应物分子必须超过一定的能阈，成为活化的状态，才能发生变化，形成产物。这种提高低能分子达到活化状态的能量，称为活化能。催化剂的作用，主要是降低反应所需的活化能，以致相同的能量能使更多的分子活化，从而加速反应的进行。
酶能显著地降低活化能，故能表现为高度的催化效率。通过H2O2酶的例子，可以显著地看出，酶能降低反应活化能，使反应速度增高千百万倍以上。
4.酶的本质的认识
请你阅读教科书P．81—82的“资料分析──关于酶本质的探索”
请完成有关酶的探究过程归纳图解的填空。
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，期中绝大多数酶是蛋白质。
5.实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解
【问】如何获得过氧化氢酶？
（新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶，所以新鲜肝脏研磨液含有较多的过氧化氢酶）
质量分数为20%的新鲜肝脏研磨液　　1滴
质量分数为3.5%的氯化铁溶液　　1滴
有效成分： 过氧化氢酶
所含酶的相对数量： 1
有效成分： Fe3+
Fe3+的相对数量： 25万
按以下实验步骤来进行实验
试管编号
1
2
3
4
实验原理
H2O2　在高温、Fe3＋、H2O2　酶的作用下都可分解成水和氧气
第一步
H2O2　浓度
3%
3%
3%
3%
剂量
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
第二步
反应条件
常温
90 ℃
FeCl3溶液
肝脏研磨液
剂量
2滴
2滴
观 察
观察气泡冒出和卫生香复燃的情况，并记录
结果
气泡产生
无
少量
较多
大量
卫生香燃烧
变亮
复燃
原 因
没有生
成氧气
生成了少量氧气
生成了少量氧气
生成了大量氧气
结 论
过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样，酶的催化效率比无机催化剂的催化作用更显著
变量控制与对照
名称
实验项目内容及其举例
实验项目作用
自
变
量
变量：实验中 的因素。
自变量： 的变量。
上述实验中的自变量是：
针对实现实验目的而确立的可行性的措施，通过自变量直接达到预期的效果。
因
变
量
因变量：随着 的变量，上述实验中的因变量为：
是实际发生的实验现象，能直观呈现出实验结果。
无
关
变
量
无关变量：

上述实验中哪些属于无关变量：
对预期结果产生干扰即产生误差，并有对误差产生校正的效果。
对
照
实
验
对照实验：除一因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。上述实验中只有催化剂是改变的，其余因素（如反应物的性质和浓度）都没有变化。
在实验室条件下，把自然发生的变化，科学直观地和理想化地进行再现。
对照组与实验组
对照实验一般要设置对照组和实验组，上述实验中的的对照组为 ，实验组为 。在对照实验中，除了观察的变量外，其他变量都应始终保持相同
对照组：排除无关变量产生的误差，能使实验结果更具有真实性。
实验组：得出实验实际的结果。
6．课堂练习：
（1）同一生物体内的各类活细胞，所含有的酶 （ ）
A． 种类有差异，数量相同 B．种类有差异，数量不同
C． 种类无差异，数量相同 D．种类无差异，数量不同
（2）下列有关对照实验设置的叙述中，错误的是 ( )
A．要设置对照组和实验组 B．自变量要始终保持相同
C．无关变量要始终相同且适宜 D．要遵循单因子变量原则
（3）同无机催化剂相比，酶具有更高催化效率的原因是 ( )。
A．降低反应的活化能的作用更显著 B． 能供给反应物所需的能量
C．改变了化学反应的途径 D． 能减少化学反应能量的释放
(4)① 为什么必须用新鲜的肝脏？为什么要研磨？ ② 滴加FeCl3溶液和肝脏研磨液能否用同一支滴管？为什么？ 参考答案：（1）B （2）B （3）A
（二）酶的特性
酶的特性主要四点：
　　1、酶具有高效率的催化能力；其效率是一般无机催化剂的10的7次幂~~10的13次幂。
　　2、酶具有专一性；（每一种酶只能催化一种或一类化学反应。）
　　3、酶在生物体内参与每一次反应后，它本身的性质和数量都不会发生改变(与催化剂相似)；
　　4、酶的作用条件较温和。
　（1）酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
（2）在最适宜的温度和PH条件下，酶的活性最高。温度和PH偏高或偏低，酶活性都会明显降低。
（3）过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。0℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高。
　　5、活性可调节性；酶对化学反应的催化效率称为酶活性。
试管编号
1
2
3
实验现象
简要分析
3．探究影响酶的活性的条件
提出问题→作出假设→设计实验→分析结果→得出结论
3．1 温度对酶活性的影响：
【可供参考的案例：探究温度对酶活性的影响】
提出问题：温度会影响酶活性吗？
作出假设：温度会影响酶的活性。
设计实验：
实验原理（略）
实验操作步骤：
温度要影响酶的活性。只有适宜的温度下，酶的催化作用较强，温度过低或过高使酶失去催化作用。
3．2 pH对酶活性的影响：
　【探究目的】　了解pH对酶活性的影响、学习测定酶的最适pH的方法
　【探究原理】
　　酶的活性受环境pH的影响极为显著。通常各种酶只有在一定的pH范围内才表现它的活性。一种酶表现其催化活性最高时的pH值称为该酶的最适pH。低于或高于最适pH时，酶的活性逐渐降低。不同酶的最适pH值不同，例如，胃蛋白酶的最适pH为1.5一2.5，胰蛋白酶的最适pH为8等。
　　应当指出酶的最适pH受反应物性质和缓冲液性质的影响。例如，唾液淀粉酶的最适PH约为6.8，但在磷酸缓冲液中，其最适pH为6.4一6.6，在醋酸缓冲液中则为5.6。
　]
　【材料和用具】
　　1、0.3%氯化钠的0.5%淀粉溶液（新鲜配制）　　2、稀释200倍的新鲜唾液。
　　3、0.1M柠檬酸溶液。 　　4、0.2M磷酸氢二钠溶液
　　5、碘化钾-碘溶液：将碘化钾20克和碘10克溶解在100ml水中，使用前稀释10倍。
　　【探究步骤】
　　取8个50毫升锥形瓶，编号。按下表中的比例，用吸量管添加0.2M磷酸氢二钠溶液和0.lM柠檬酸溶液，制备pH5.0一8.0的8种缓冲溶液。
锥形瓶号
0.2M磷酸氢二钠溶液（ml）
0.lM柠檬酸溶液(ml)
缓冲溶液pH值
1
5.15
4.85
5.0
2
5.80
4.20
5.6
3
6.31
3.69
6.0
4
6.92
3.08
6.4
5
7.72
2.28
6.8
6
8.69
1.33
7.2
7
9.36
0.64
7.6
8
9.72
0.28
8.0
　　取9支干燥的试管，编号。将8个锥形瓶中不同pH的缓冲液各取3毫升，分别加入相应(l一8号)的试管中。然后，再向每个试管中添加0.5%淀粉溶液2毫升。第9号试管与第5试管的内容物相同。
　　向第9号试管中加入稀释200倍的唾液2毫升，摇匀后放入37℃恒温水浴中保温。每隔1分钟由第9号试管中取出一滴混合液，置于白瓷板上，加一滴碘化钾-碘溶液，检验淀粉的水解度，待结果呈橙黄色时，取出试管，记录保温时间。注意，掌握第9号试管的水解程度是本实验成败的关键之一。
　　以l分钟的间隔，依次向第l至第8号试管中加入稀释200倍的唾液2毫升，摇匀，并以1分钟的间隔依次将8支试管放入37℃恒温水浴中保温。然后，按照第9号试管的保温时间，依次将各管迅速取出，并立即加入碘化钾-碘溶液2滴，充分摇匀。观察各管呈现的颜色，判断在不同pH值下淀粉被水解的程度，可以看出pH对唾液淀粉酶活性的影响，并确定其最适pH。
结论：pH影响酶的活性。过酸或过碱均要使酶失活。
结论：过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；低温使酶活性明显下降，但在适宜温度下其活性可以恢复。
注意：探索温度和PH对酶活性影响的实验，为什么前者顺序为：底物、控制温度、酶，
而后者顺序为：控制PH、底物、酶、
探究酶的活性实验中，为什么有的不可以用斐林试剂。有的不可以选择淀粉酶？
一．探究温度对淀粉酶活性的影响时，可不可以用斐林试剂？
答案不可以，理由是0 ℃（冰水中）酶的活性降低，而用斐林试剂的处理条件是需要水浴加热，酶在低温下酶活性降低，但随着温度的回升，酶的活性逐渐恢复，而结果已经失去了参考价值。
二、探究PH值对酶活性的影响时不可以选择碘液，为什么？
答案不可以。理由是，在鉴定酶的活性时，如果用碘液鉴定底物淀粉的含量，则碘会与碱性环境下的NaOH反应生成NaI，如果用斐林试剂鉴定产物还原糖，由于斐林试剂作用的条件是碱性环境，所以无法监测PH为酸性条件的酶的活性。
三．同为探究淀粉酶的作用效果，指示剂选择为何有区别？
在“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”和“温度对酶活性的影响”实验中，选择指示剂时却截然不同，前者选择斐林试剂，后者选用碘液。原因在于：
“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”是为了确定被检物质中是否有还原糖的存在，进而确定反应是否进行，从而说明淀粉酶只对淀粉起催化作用，对蔗糖不起作用。如果选用碘液，只能说明淀粉酶对淀粉起催化作用，不能说明淀粉酶对蔗糖不起作用。故只能选择斐林试剂。
“温度对酶活性的影响”是要观察不同温度对酶活性的影响，不是要证明有没有反应产物——还原糖出现，选用碘液作为指示剂，可通过淀粉溶液褪色过程，直观地显示出不同温度条件下，反应的动态变化过程。当然，在教材所选温度0 ℃（冰水中）、60 ℃和100 ℃（沸水中）的条件下，选择斐林试剂时可得出只有60 ℃的温度条件下处理的淀粉溶液才有砖红色沉淀生成，即反应在60 ℃时能够进行，其它两温度条件下无砖红色沉淀生成，反应不能进行。因此也可以选用斐林试剂作为指示剂，但却不能观察反应的动态变化过程。两相比较，选择碘液更好。试想，如果将温度这一条件设置得更密集点儿，如0 ℃、10 ℃、20 ℃、…、60 ℃、…、100 ℃，此时就只能选择碘液，而不可选择斐林试剂了，因为，其它温度条件下也会有砖红色沉淀生成的，而选用碘液却可以看到随淀粉分解反应的进行，蓝色逐渐消失的过程。
四、在淀粉酶溶液与淀粉溶液混合前将需要混合的酶溶液与淀粉溶液在相同温度的条件下处理5分钟，即做同温处理，原因何在？
原因在于，酶的催化效率具有高效性，如不先做同温处理，而是先混合后处理（调温），可能出现因调温过程中反应的进行影响实验结果。同理，如要“探索PH值对酶活性的影响”，也应“先调整底物溶液至某些设定的PH值，后加入酶溶液”，避免“加入之后调”可能带来的误差。
五、在探究温度对酶活性的影响时，处理顺序很关键，必须将底物或者酶在不同温度下处理后才能将其混合。如果将底物与酶处理前混合，由于酶具有高效性，混合反应已经完成，则变量的处理就失去了意义。
试管编号
1
2
3
淀粉溶液
2 ml
2 ml
2 ml
淀粉酶溶液
2ml
2 ml
2 ml
温度控制及时间
0℃10min
37℃10min
100℃10min
碘-碘化钾试剂荡
2mL
2mL
2mL
实验现象
变蓝色
不变蓝
变蓝色
简要分析
37℃下，淀粉酶催化淀粉水解，温度过高或过低，酶不催化淀粉水解。
高一生物必修 降低化学反应活化能的酶练习题
一、单项选择题
1.为了认识酶作用的特性，以3%过氧化氢溶液为反应底物的一组实验结果如下表所示。通过分析实验结果，能够得出相应的结论。在下列有关结论的描述中,从表中找不到实验依据的一项是（ ）
?
方法
观察结果
1
常温下自然分解
氧气泡少而小
2
常温下加入Fe3+
氧气泡稍多而小
3
常温下加入鲜肝提取液
氧气泡极多而大
4
加入煮沸后冷却的鲜肝提取液
氧气泡少而小
A.从催化反应条件看，酶的作用条件温和 B.从催化活性看，酶变性后就失活
C.从催化底物范围看，酶有专一性 D.从催化反应效率看，酶有高效性
2.在其他条件适宜的情况下,下列因素对酶活性的 影响可用右图表示的是 （ ）
A.温度 B.反应物浓度
C.pH D.抑制剂浓度
3.将1毫升5%的胃液溶液倒入装有10毫升蛋白质胶体的试管内，置于25℃的温水中水浴,研究其对蛋白质的消化情况。下列各方法中能提高酶活性的是
A.把实验温度提高到37℃ B.在试管内再加入1毫升5%的胃液溶液
C.将pH由3调节为7 D.在试管内加入1毫升唾液
4. 在一块含有淀粉的琼脂块的四个圆点位置，分别用不同的方法处理，如图所示。将上述实验装置放入37℃恒温箱中，保温处理24小时后，用碘液滴在琼脂块上，可见其上面呈蓝色的斑块个数是
A.1个 B.2个
C.3个 D.4个
5. 通常情况下，正常动物细胞中不具有的酶是 （ ）
A.复制DNA所需的酶
B.转录合成RNA所需的酶
C.翻译合成蛋白质所需的酶
D.逆转录合成DNA所需的酶
6.下列各图中,①表示有酶催化的反应曲线，②表示没有酶催化的反应曲线,E表示酶降
低的活化能。正确的图解是 ( )
7.下列曲线中能正确表示人体消化酶作用规律的是 （ ）

A.Ⅰ和Ⅲ B.Ⅱ和Ⅲ C.Ⅰ和Ⅳ D.Ⅱ和Ⅳ
8.把混有反应物的液体,加到捣碎的土豆汁液中（酶液）,在37℃下观察到某些反应现象。在这种情况下，学生甲设计的对照实验是用蒸馏水代替反应物，加入酶液中，也可观察到该反应现象；学生乙设计的对照实验是用蒸馏水代替酶液，加入反应物中,则观察不到该反应现象。下面是对此问题的解释，其中可能性最大的一 项是 （ ）
A.酶催化的反应即使完全没有反应物，也可缓慢进行 B.酶由于被蒸馏水溶解出来，因而能进行反应
C.由于该酶液中混有与反应物相同的物质 D.由于该酶液中混有催化同一反应的多种酶
9. 酶制剂已经广泛地应用于工业、医药等方面，在生产中使用酶制剂时，需要进行酶活性的测定，而适宜的温度是酶活性的保证。下图四条曲线分别表示在四种温度下反应物消耗 量随时间的变化。则该酶作用的适宜温度应 处于哪一种温度附近 （ ）
A.T1 B.T2
C.T3 D.T4
10.蜗牛嗉囊中的消化液对纤维素具有消化作用。从菠菜叶柄切一小薄片放在载玻片上， 滴加蜗牛嗉囊中的消化液，加盖玻片；同样制作另一切片标本，但滴以蒸馏水作为对照组。15 min后观察，发现两标本内的细胞形态完全一样。下列对结果与预期不同的原因分析中，不合理的是 （ ）
A.实验时温度太低，作用时间也不够长 B.滴管或实验器皿未洗净，残留酸或碱
C.消化液离开蜗牛嗉囊后，不发挥作用 D.吸取消化液的量过少
11.下列关于影响酶反应速率（v）因素的研究中，条件控制和预期结果的关系合理的是 A.有足够的底物，温度、pH等条件适宜且恒定——v与酶浓度成正比
B.酶浓度恒定，温度、pH等条件适宜且恒定——v与底物浓度成反比
C.酶浓度和底物一定，在pH适宜的条件下——v与温度成反比
D.酶浓度和底物一定，在温度适宜的条件下——v与pH成正比
答案C B A C D C D C A C A
二、双项选择题
12.如图表示某种酶在不同处理条件（a、b、c）下催化某反应物的量和反应时间的关系，解
读此图可获得的信息是 （ ）
A.a、b、c表示温度，则一定是a＞b＞c
B.a、b、c表示酶的浓度，则a＞b＞c
C.a、b、c表示底物的浓度，则a＞b＞c
D.a、b、c表示温度，则有可能是a＞b＞c
13.如图表示某反应物剩余量随pH及温度的变化情况，下列叙述正确的是 （ ）
A.该酶的最适温度是35℃
B.随着pH的升高，酶的活性先降低后升高
C.随着温度的升高，酶的最适pH不变
D.随着温度的升高，酶的活性逐渐降低
14.下图表示在不同条件下，酶催化反应的速率或生成物量）变化。下列有关叙述中，不
正确的是 （ ）


A.图①虚线表示酶量增加一倍时，底物浓度和反应速率的关系
B.图②虚线表示增加酶浓度，其他条件不变时，生成物量与反应时间的关系
C.图③不能表示在反应开始的一段时间内，反应速率与时间的关系
D.若图②中的虚线表示Fe3+的催化效率，则实线可表示过氧化氢酶的催化效率
答案 BD答案 AC答案 CD
三、非选择题
15.某小组在探究“影响酶活性的条件”的实验时，提出“过氧化氢酶的活性是否受pH影响”的问题，并设计实验操作步骤如下：
①向甲、乙两试管内各加入2 mL新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液。
②向甲试管内加入1 mL质量分数为5%的盐酸，向乙试管内加入1 mL质量分数为5%的氢氧化钠溶液。
③向甲、乙两试管内各加入2滴新鲜的质量分数为20%的猪肝研磨液。
④观察试管中发生的变化。
请依据该小组设计的实验操作步骤，回答下列问题：
（1）该实验的自变量是 ，过氧化氢分解速率是本实验的 ，可观测的指标是 。
（2）上述操作步骤中存在明显的缺陷，请指出： 。
（3）将制备好的猪肝研磨液分别进行高温和冷藏处理，经高温处理后，实验效果不明显，冷藏处理不影响实验效果，原因是 。
（4）在与其他小组进行交流时,有同学建议进行定量实验，以不同pH下出现同一结果所需要的时间来表示酶的活性，并根据实验数据绘制不同条件下酶活性的曲线图。该建议中，所需要的时间越长，酶的活性越 。
答案 （1）pH 因变量 试管中产生的气泡数量（2）缺少加蒸馏水的对照 （3）过氧化氢酶是蛋白质，在高温处理时蛋白质变性，而冷藏时蛋白质没有变性 （4）低（或弱）
16.在生物化学反应中，当底物与酶的活性位点形成互补结构时，可催化底物发生变化，如 图甲Ⅰ所示。酶的抑制剂是与酶结合并降低酶活性的分子。竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性位点，非竞争性抑制剂和酶活性位点 以外的其他位点结合，从而抑制酶的活性，如图甲Ⅱ、Ⅲ所示。图乙示意发生竞争性抑制和非竞争性抑制时，底物浓度与起始反应速率的变化曲线图。请据图回答下列问题：
（1）当底物与酶活性位点具有互补的结构时，酶才能与底物结合，这说明酶的催化作用具有 。
（2）青霉素的化学结构与细菌合成细胞壁的底物相似，故能抑制细胞合成细胞壁相关的酶活性， 其原因是 。
（3）据图乙分析，随着底物浓度升高，抑制效力变得越来越小的是抑制剂，原因是 。
（4）唾液淀粉酶在最适温度条件下的底物浓度与反应速率的变化如图丙。若将温度提高5℃，请在图丙中绘出相应变化曲线。
答案 （1）专一性 （2）青霉素能与这些酶的活性位点结合（或酶活性位点被封闭），使细菌合成细胞壁的底物与酶活性位点结合机会下降（3）竞争性 底物浓度越高，底物与酶活性位点结合机会越大,竞争性抑制剂与酶活性位点结合机会越小
(4)