(共44张PPT)
第1节 降低化学反应活化能的酶
第1课时 酶的作用和本质
第5章 细胞的能量供应和利用
本节反思
课堂小结
必备知识·自主预习储备
01
活细胞中
各种化学反应的总称
细胞生命活动
酶
能量
活化能
更显著
ad
cd
ac
活细胞
催化作用
蛋白质
RNA
关键能力·重难探究达成
02
核心点
应用创新·问题情境探究
03
学习效果·随堂评估自测
04
点击右图进入…
课
时
分
层
作
业
谢谢观看 THANK YOU!
W
巴斯德之前
发酵是纯化学过程，与生命活动无关
巴斯德
李比希
发酵是由酵母菌细
引起发酵的是酵母菌细胞中
胞的存在所致，需
的
但这些物质只
要
的参与
有在酵母菌细胞
并裂解
后才能发挥作用
毕希纳
酵母菌细胞中的
能够在酵母菌细胞破碎
后继续起催化作用，就像在活酵母菌细胞中一样
萨姆纳
酶是
!切赫和奥尔特曼
少数
也具有生物催化功能
浅仰芹
甲酶
乙酶
0
时间
我仰
h
团结守纪勤学春
酶
作用
本质
得出
定义
参写
产生于
新陈代谢
探索历程
活细胞
行使
功能↓
催化作用
识酶→取酶辩酶证酶
催化作用
降低
拓展
本质
活化能
绝大多数是蛋白质
有机物第1节 降低化学反应活化能的酶
第1课时 酶的作用和本质
说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质，少数酶是RNA。 1.科学思维——通过材料分析认识酶的本质并通过模型与建模的方法，说明酶的作用机理。2.科学探究——通过比较过氧化氢在不同条件下的分解实验，分析结果得出结论，并学会控制实验变量和对照实验的设计；设计实验证明酶的作用并探究酶的化学本质。
一、酶在细胞代谢中的作用
1．细胞代谢
(1)场所：活细胞中。
(2)实质：各种化学反应的总称。
(3)意义：细胞生命活动的基础。
(4)条件：需酶的催化。
2．酶的作用机理
(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。
(2)酶的作用机理：通过降低化学反应所需要的活化能而加快反应速率。
(3)与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。
(1)图中表示无酶催化条件下反应的活化能的曲线是ad段。
(2)图中表示有酶催化条件下反应的活化能的曲线是cd段。
(3)图中表示有酶催化条件下降低反应活化能的曲线是ac段。
二、酶的本质
1．关于酶本质的探索
2．酶的本质
(1)产生场所：活细胞。
(2)生理作用：催化作用。
(3)化学本质：有机物，绝大多数是蛋白质，少部分是RNA。
问题：切赫和奥尔特曼发现RNA也具有催化功能，这种RNA酶与脲酶的作用机理相同吗？
提示：相同，都是降低化学反应的活化能。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．酶在生物体内有催化和调节作用。 ( )
2．酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质。 ( )
3．有些酶中含有核糖，有些酶在体外可以发挥作用。 ( )
4．加热能够促进H2O2分解，是因为加热使H2O2得到了能量。( )
5．酶催化作用能提高化学反应的活化能，使化学反应顺利进行。( )
提示：1．× 酶在生物体内有催化作用，没有调节作用。
2．× 有些酶是RNA。
3．√ 4.√
5．× 酶催化作用的原理是降低化学反应的活化能。
酶的本质
1．酶的概念理解
化学本质 大多数是蛋白质 少数是RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
合成场所 核糖体 主要在细胞核
来源 一般活细胞均能产生
生理功能 具有生物催化作用
2．酶本质的实验验证(以唾液淀粉酶为例)
(1)实验设计思路
组别 待测液 检验试剂 现象
实验组 唾液淀粉酶 双缩脲试剂 出现紫色
对照组 已知蛋白液 双缩脲试剂 出现紫色
(2)实验结论：唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质。
鉴定酶本质的“酶解法”模型
“酶解法”——从酶的化学本质上来讲，绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。其必须保持正常的结构才能发挥催化作用，因此可以分别利用蛋白酶和RNA酶处理某酶，再观察其功能是否受影响来确定该酶的本质。设计方案如图。
3．正确辨析有关酶的六种说法
项目 错误说法 正确理解
产生场所 具有分泌功能的细胞才能产生 活细胞(不考虑哺乳动物成熟红细胞等)
化学本质 蛋白质 有机物(大多数为蛋白质，少数为RNA)
作用场所 只在细胞内起催化作用 可在细胞内、细胞外、体外发挥作用
温度影响 低温和高温均使酶变性失活 低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活；高温使酶变性失活
作用 酶具有调节、催化等多种功能 酶只起催化作用
来源 有的可来源于食物等 酶只在生物体内合成
1．用同一种蛋白酶处理甲、乙两种酶，甲、乙两种酶的活性与处理时间的关系如图所示，下列分析不正确的是( )
A．甲酶可能是具有催化功能的RNA
B．乙酶的化学本质为蛋白质
C．甲、乙两种酶的合成场所一定是相同的
D．乙酶活性改变是因为其分子结构改变
C [甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，甲酶活性不变，说明甲酶可能不是蛋白质，可能是具有催化功能的RNA，A正确；乙酶活性降低，说明乙酶可被蛋白酶分解，故乙酶的化学本质为蛋白质，B正确；RNA主要在细胞核中合成，蛋白质主要在细胞质中的核糖体上合成，C错误；乙酶的化学本质为蛋白质，其酶活性改变是因为蛋白质分子结构改变，D正确。]
2．下列有关酶的叙述中，不正确的是( )
A．所有的酶都含有C、H、O、N四种元素，是由单体组成的生物大分子
B．酶和双缩脲试剂作用呈现紫色反应
C．活细胞产生酶的场所可能是细胞核
D．催化化学反应前后，酶的性质和数量不变
B [绝大多数酶的化学本质是蛋白质(基本组成元素为C、H、O、N)，单体为氨基酸，少数是RNA(组成元素为C、H、O、N、P)，单体为核糖核苷酸，A正确；能与双缩脲试剂发生紫色反应的只有蛋白质类的酶，B错误；化学本质为蛋白质的酶的合成场所为核糖体，化学本质为RNA的酶的合成场所是细胞核，C正确；酶促反应的原理是酶降低了化学反应的活化能，但反应前后酶的性质和数量不变，D正确。]
有关酶的四个易错点
(1)酶并不都是蛋白质，有的酶是RNA。
(2)酶不仅在细胞内发挥作用，在细胞外和体外都可以发挥作用。
(3)酶作用的实质是降低了化学反应的活化能，不是提供能量。
(4)并不是具有分泌功能的细胞才能产生酶，活细胞都能产生酶。
“塑料垃圾污染”是令世界各国头疼的问题，这是因为塑料制品的主要原料——“PET塑料”，需要数百年时间才能自然降解。最近，美国和英国的科学家在一次实验中意外生成了一种酶，可以有效将“PET塑料”降解，有望成为未来治理白色污染的“利器”。
由材料分析知，“塑料垃圾污染”可以被酶有效降解，由此可形成社会责任和科学思维的学科素养。
(1)“PET塑料”在自然界中需要数百年时间才能降解，从酶的角度分析，可能的原因是什么？(科学思维)
提示：自然界中的微生物中缺少分解该塑料的酶。
(2)这种分解塑料的酶的作用机理是什么？(科学思维)
提示：降低化学反应的活化能。
(3)你认为应如何预防、治理“白色污染”？(社会责任)
提示：减少“PET塑料”生产；寻找“PET塑料”替代品；减少甚至不使用塑料制品；研究新的降解技术；等等。
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建 要 点 强 化 识 记
1．核心概念(1)细胞代谢是细胞内每时每刻都进行着的各种化学反应，是细胞生命活动的基础。(2)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的能量。(3)变量：实验过程中变化的因素。(4)自变量：人为控制的对实验对象进行处理的因素。(5)因变量：因自变量改变而变化的变量。(6)无关变量：实验过程中存在一些对实验结果造成影响的可变因素。(7)对照实验：除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致，并将结果进行比较的实验。2．结论语句(1)加热使反应物获得了能量，反应速率加快。(2)同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。(3)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。(4)对照实验要遵循单一变量原则。
1．在如图所示的实验中属于自变量的是( )
A．催化剂的种类
B．过氧化氢分解的速率
C．产生气泡量
D．试管中的过氧化氢溶液的量
A [由图示可知，图中的实验处理是分别向过氧化氢溶液中加入氯化铁和过氧化氢酶溶液，Fe3＋和过氧化氢酶都能催化过氧化氢分解，因此该实验的自变量是催化剂的种类。]
2．下列关于酶的叙述，错误的是( )
A．同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中
B．低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构
C．酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率
D．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个化学反应的底物
B [有些酶是生命活动所必需的，如与呼吸作用有关的酶，在分化程度不同的细胞中都存在，A正确；导致酶空间结构被破坏的因素有过酸、过碱、高温等，低温只能降低酶的活性，不会破坏酶的结构，B错误；酶作用的实质是降低化学反应的活化能，从而提高反应速率，C正确；酶是蛋白质或RNA，本身是催化剂，也可作为底物被蛋白酶或者RNA酶水解，D正确。]
3．活细胞内合成酶的原料是( )
A．脂肪酸 B．核苷酸
C．氨基酸 D．氨基酸或核糖核苷酸
D [绝大多数的酶是蛋白质，其基本组成单位是氨基酸；少数的酶是RNA，其基本组成单位是核糖核苷酸。]
4．关于“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验，下列叙述正确的是( )
A．实验中所用肝脏必须是新鲜的，若放置时间过长肝细胞内的过氧化氢会减少
B．实验中用到的滴管，必须先吸取氯化铁溶液再吸取肝脏研磨液，这样对实验结果影响较小
C．过氧化氢在温度高的环境中分解速度会比常温下快
D．实验的自变量是试管中产生气泡数目的多少和卫生香的复燃情况
C [肝脏放置时间过长，过氧化氢酶会被分解失活，A错误；吸取氯化铁溶液和吸取肝脏研磨液的滴管不能混用，B错误；过氧化氢在高温条件下分解速率会加快，C正确；试管中产生气泡数目的多少和卫生香的复燃情况是因变量，D错误。]
5．某同学为比较H2O2在不同条件下的分解情况做了下列实验。请回答相关问题：
组别 体积分数为3%的H2O2溶液 实验处理 现象
A 2 mL 常温 无气泡
B 2 mL 90 ℃ 少量气泡
C 2 mL 2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液 较多气泡
D 2 mL 2滴质量分数为20%的肝脏研磨液 大量气泡
(1)若将A、B组对照，可以探究此时____________________，实验的自变量和因变量分别是________、______________，检测指标是________。
(2)若将A、C、D组对照，C、D组温度应设置为________，此时，温度在实验中属于________变量，请另外列举实验中两个此类变量________，这几组实验可以说明酶的催化具有________(填特性)。
(3)若在D组的基础上增设不同温度的实验组来探究温度对酶活性的影响，你认为是否合适？____________，理由是_________________________________
__________________________________________________________________。
[答案] (1)温度对H2O2分解速率的影响 温度 H2O2的分解速率 气泡数的多少 (2)常温 无关 H2O2的量(浓度)、催化剂的量(浓度) 高效性 (3)不合适 温度可以影响H2O2的分解，干扰实验结果课时分层作业(15) 酶的作用和本质
题组一 酶在细胞代谢中的作用
1．酶具有很高的催化效率，其原因是( )
A．酶能降低化学反应对温度等条件的要求
B．酶能使反应物变成更加细小的微粒，增加接触面积
C．酶降低了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
D．酶提供了化学反应开始时所需的活化能
C [酶的作用是降低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。]
2．多酶片中含有蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶，这种药片的主要功能是( )
A．增强免疫力 B．提供能量
C．减肥 D．助消化
D [酶是一类具有生物催化作用的有机物。在多酶片中含有蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶。由酶的特性可知，当口服多酶片后，在消化道内这些酶可以分别催化食物中蛋白质、淀粉和脂肪的分解，从而有助于食物的消化，故选D。]
3．下图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验。有关分析合理的是( )
A．本实验的因变量是不同的催化剂
B．1号与3号、1号与4号可分别构成对照实验
C．本实验的无关变量有温度和酶的用量等
D．分析1号、2号试管的实验结果可知，加热能降低反应的活化能
B [由题意可知，本实验的因变量是过氧化氢分解产生气体的速率，A项错误。分析题图可知，1号与3号、1号与4号可分别构成对照实验，B项正确。分析题图可知，1号与2号的实验中温度是自变量，不是无关变量，C项错误。加热能使过氧化氢分子从常态转变成容易发生反应的活跃状态，不能降低反应的活化能，D项错误。]
4．无机催化剂和酶都可以加快化学反应的速率，下列叙述正确的是( )
A．反应前后，无机催化剂和酶自身会发生变化
B．和无机催化剂不同，酶催化化学反应的机理是降低化学反应的活化能
C．与酶相比，无机催化剂降低活化能的效果更显著
D．通过加热也可以提高化学反应的速率，但原理与催化剂的不同
D [无机催化剂和酶反应前后自身均不发生变化，两者催化化学反应的机理相同，都是降低化学反应的活化能，酶降低活化能的效果更显著，加热提高化学反应速率的原理是提高反应物中高能量分子的数目，D正确。]
5．酶的作用是降低化学反应的活化能。下图中，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( )
A B
C D
B [酶在细胞代谢中的作用是降低化学反应的活化能，使反应比较容易进行。曲线②的峰点表示没有酶催化的反应需要的活化能，曲线①的峰点表示有酶催化的反应需要的活化能，两者间的差值表示酶所降低的活化能。故选B。]
题组二 酶的本质
6．研究人员发现了一种促进脂肪细胞生成的本质为蛋白质的酶。这一发现有望为治疗肥胖症开辟新途径。下列有关叙述不正确的是( )
A．该酶与脂肪的共有元素有C、H、O
B．在适宜条件下，蛋白酶可以将该酶水解
C．该酶遇双缩脲试剂呈现紫色
D．理论上可以通过促进该酶的功能来治疗肥胖症
D [由题意知，该酶的本质是蛋白质，和脂肪共有的元素有C、H、O，A正确；在适宜条件下，该酶可被蛋白酶分解，可与双缩脲试剂发生紫色反应，B、C正确；该酶能促进脂肪细胞生成，若促进其功能，则会使脂肪细胞增多，不能用来治疗肥胖症，D错误。]
7．用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是( )
A．蛋白质 B．脂肪酶 C．RNA D．淀粉酶
C [核糖体由RNA和蛋白质组成，用蛋白酶去除蛋白质，剩下的是RNA。]
8．酶是生物体内很多生化反应的必要条件，下列关于酶的叙述中，正确的是( )
A．酶的基本单位是氨基酸
B．酶的作用能够使更多的反应物转化为产物
C．酶都是在核糖体上合成的
D．食物中的蛋白质只有在蛋白酶和肽酶的催化下才能消化成氨基酸
D [酶的基本单位是氨基酸和核糖核苷酸；酶在核糖体上和细胞核中合成；酶的作用是降低化学反应的活化能。]
9．德国化学家毕希纳将酵母细胞放在石英砂中用力研磨，加水搅拌，再进行加压过滤，得到不含酵母细胞的提取液。在这些汁液中加入葡萄糖，一段时间后冒出气泡，糖液居然变成了酒。根据以上实验，分析得出的结论错误的是( )
A．葡萄糖变成酒的过程中发生了化学变化
B．将糖变成酒的物质是汁液中的酿酶
C．研磨有利于酵母细胞内酿酶的释放
D．该实验证明酿酶的化学本质是蛋白质
D [葡萄糖变成酒的过程中有气泡生成，发生了化学变化；催化该化学变化进行的是酵母细胞内产生的酿酶；研磨有利于酿酶的释放；毕希纳所做的实验，不能证明酶的化学本质是蛋白质。]
10．现提供双缩脲试剂A液和B液、蛋清液(含蛋白质)、唾液淀粉酶溶液、蒸馏水、试管和必需的实验用品，请设计一个实验以证明“唾液淀粉酶是蛋白质”。
实验原理：_____________________________________________________。
实验步骤：
①取三支试管，分别编上1、2、3号，贴上标签；
②_____________________________________________________________；
③_____________________________________________________________。
预期结果：盛有蛋清液和唾液淀粉酶溶液的两支试管中液体均出现紫色，盛有蒸馏水的试管中不出现紫色。
实验结论：_____________________________________________________。
[解析] 证明某种酶是蛋白质的实验设计：实验组是待测酶液＋双缩脲试剂→观察是否出现紫色反应；对照组是已知蛋清液＋双缩脲试剂→出现紫色反应，蒸馏水＋双缩脲试剂→不出现紫色反应。
[答案] 实验原理：蛋白质能与双缩脲试剂发生紫色反应，若实验中唾液淀粉酶溶液能与双缩脲试剂发生紫色反应，即可证明唾液淀粉酶是蛋白质
实验步骤：②向三支试管中分别加入2 mL蛋清液、唾液淀粉酶溶液、蒸馏水
③分别向三支试管中加入1 mL双缩脲试剂A液，振荡，再分别滴加4滴双缩脲试剂B液，振荡，观察并记录颜色变化
实验结论：唾液淀粉酶是蛋白质
11．下图中的新鲜土豆片与H2O2溶液接触后，产生的现象及推测错误的是( )
A．为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量
B．一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限
C．若增加新鲜土豆片的数量，量筒中产生气体的速度会加快
D．若有大量气体产生，可推测新鲜土豆片中含有H2O2酶
B [分析题图可知，温度是本实验的无关变量，为保证实验的严谨性，无关变量应保持相同且适宜，需要控制温度等无关变量，A项正确。酶在反应前后不发生改变，可以重复使用，一段时间后气体量不再增加是因为H2O2的数量有限，H2O2全部被分解，B项错误。增加新鲜土豆片的数量，H2O2酶的数量增加，在一定范围内催化作用增强，产生气体的速度加快，C项正确。H2O2分解时产生O2，图中装置若有大量气体产生，可推测新鲜土豆片中含有H2O2酶，D项正确。]
12．酒精进入人体后在肝脏细胞中发生的生理反应如图，乙醛脱氢酶(ALDH)有多种，它们能催化乙醛氧化成乙酸，当乙醛不能被及时代谢消耗，在人体内大量积累时，会引起毛细血管扩张，表现为脸红。下列分析错误的是( )
A．乙醇脱氢酶和ALDH都是细胞合成的具有催化功能的有机物
B．乙醛脱氢酶提高了乙醛氧化成乙酸所需的活化能
C．细胞中不能合成ALDH的人喝酒会脸红
D．多种ALDH均可催化乙醛氧化成乙酸，但这些酶的结构不完全相同
B [由题图可知，乙醇脱氢酶能催化乙醇转化为乙醛，乙醛脱氢酶(ALDH)有多种，它们能催化乙醛氧化成乙酸，且酶是活细胞合成的具有催化作用的蛋白质或RNA，说明乙醇脱氢酶和ALDH都是细胞合成的具有催化功能的有机物，A正确；乙醛脱氢酶能催化乙醛氧化成乙酸，降低了乙醛氧化成乙酸所需的活化能，B错误；乙醛不能被及时代谢消耗，在人体内大量积累时，会引起毛细血管扩张，导致脸红，ALDH是催化乙醛氧化的酶，故细胞内不能合成ALDH的人喝酒会脸红，C正确；据题干可知，乙醛脱氢酶(ALDH)有多种，它们能催化乙醛氧化成乙酸，不同的ALDH，其结构不完全相同，D正确。]
13．在不同的条件下，某化学反应过程与能量的关系如图所示，其中由酶促反应所降低的活化能的值是( )
A．① B．①＋② C．②＋③ D．①＋②＋③
B [①表示无机催化剂所降低的化学能，A错误；①＋②＋③是化学反应发生所需要的化学能，而③是有酶催化时所需要的化学能，则酶所催化的化学反应所降低的化学能是①＋②，B正确；②＋③表示无机催化剂催化化学反应所需要的化学能，C错误；①＋②＋③是化学反应发生所需要的化学能，D错误。]
14．某兴趣小组重现H2O2在不同条件下分解情况的实验，
编号步骤 a b c d
相同处理 等量等浓度H2O2 等量等浓度H2O2 等量等浓度H2O2 等量等浓度H2O2
处理 室温 90 ℃水浴 室温处理并滴加2滴新鲜肝脏研磨液 室温处理并滴加2滴氯化铁溶液
观察指标 极少 少量 大量 较多
下列相关叙述不正确的是( )
A．c、d试管分别与a试管比较，说明过氧化氢酶和Fe3＋均具有催化功能
B．综合分析a试管、c试管和d试管，说明与无机催化剂相比，酶催化效率更高
C．与a试管相比较，b试管的水浴加热为过氧化氢的分解提供了能量
D．本实验中H2O2的浓度对实验现象没有影响
D [c、d试管分别与a试管比较，产生的气泡数目均比a试管多，说明过氧化氢酶和Fe3＋均具有催化功能，A正确；c试管产生的气泡数目较d试管多，说明酶的催化效率更高，B正确；b试管进行水浴加热，产生气泡较a试管多，说明水浴加热为过氧化氢的分解提供了能量，C正确；本实验中H2O2的浓度为无关变量，也会对实验现象产生影响，D错误。]
15．某研究小组欲探究影响过氧化氢分解的因素，做了如下两个实验。相应的实验结果如图所示(实验1、实验2均在适宜条件下进行)，请分析回答：
实验1 实验2
(1)实验1、2中的自变量分别为_____________________________________
___________________________________________________________________。
(2)实验2结果反映，bc段O2产生速率不再增大的原因最可能是________。
(3)实验1中过氧化氢酶和Fe3＋的作用原理是______________；通过实验1可以得出什么结论？__________________________________________________
___________________________________________________________________。
[解析] (1)观察题图可知实验1、2的自变量分别是催化剂的种类和时间、过氧化氢的浓度。(2)实验2曲线中，bc段O2产生速率不再增大的原因最可能是酶的数量(浓度)有限。(3)过氧化氢酶和Fe3＋都是催化剂，它们的作用原理相同，都是降低化学反应的活化能，实验1中加过氧化氢酶的反应速率比加Fe3＋的快得多，故可以得出结论：酶具有催化作用，且与无机催化剂相比，酶的催化作用更高效。
[答案] (1)催化剂的种类和时间、过氧化氢的浓度 (2)酶的数量有限 (3)降低化学反应的活化能 酶具有催化作用，且与无机催化剂相比，酶的催化作用更高效
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