【人教生物必修1知识梳理及训练】5.1 降低化学反应活化能的酶 第1课时 酶的作用和本质（含解析）

生物学 必修1［RJ］（不定项）
人教生物必修1知识梳理及训练
5.1 降低化学反应活化能的酶
第1课时　酶的作用和本质
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知识点1　酶在细胞代谢中的作用
1.细胞代谢
（1）场所：细胞内。
（2）实质：各种化学反应的统称。
（3）意义：细胞生命活动的基础。
2.实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解
（1）实验目的
比较过氧化氢在不同条件下的分解快慢，了解过氧化氢酶的作用。
（2）实验原理：2H2O22H2O＋O2。可通过O2产生量判断H2O2分解情况。
（3）实验材料及用具：质量分数为20%的新鲜肝脏研磨液，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FeCl3溶液。量筒，试管，滴管，试管架，卫生香，火柴，酒精灯，试管夹，大烧杯，三脚架，陶土网，温度计。
（4）实验过程及结果
（5）实验结论：1号和2号试管实验结果对比，说明升高温度能加快过氧化氢分解；1号和3号试管实验结果对比，说明FeCl3具有催化作用；1号和4号试管实验结果对比，说明酶具有催化作用；4号试管与3号试管的现象不同，说明与无机催化剂Fe3＋相比，过氧化氢酶的催化效率更高。
3.科学方法——控制变量和设计对照实验
（1）实验中的变量
含义 上述实验中实例
自变量 实验中人为控制的对实验对象进行处理的因素 温度、催化剂
因变量 因自变量的改变而变化的变量 过氧化氢分解速率
无关变量 除自变量外，实验过程中对实验结果造成影响的可变因素 反应物浓度、反应时间等
（2）对照实验
①含义：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分组：对照组（1号试管）和实验组（2、3、4号试管）。本实验的对照组未作任何处理，这样的对照组叫作空白对照。
4.酶的作用
（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）原理：酶可以降低化学反应的活化能。同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。
（3）意义：使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。
知识点2　酶的本质
1.探索过程
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2.酶的概念
（1）合成场所：活细胞内。
（2）生理作用：具有催化作用。
（3）化学本质：有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
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1.细胞代谢为什么离不开酶？
答案　细胞的生活需要物质和能量。细胞的能量释放、储存和利用都必须通过化学反应来实现，这些化学反应是在温和的条件下快速有序地进行的。这就离不开生物催化剂——酶。
2.酶是什么物质？
答案　酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
3.通过对酶本质的探索过程的分析，你对科学是怎样发展的有哪些领悟？
答案　科学家从生活现象中发现问题、不断探究、不断进行实验，坚持不懈，表明科学的发展是曲折的。
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1.（目标1）酶作为一种生物催化剂，具有下列哪种能量效应（　　）
A.降低化学反应活化能
B.增加化学反应活化能
C.增加产物的能量水平
D.降低反应物的能量水平
答案　A
解析　酶具有催化作用，作用原理是降低化学反应的活化能，提高活化分子的数量，加快反应速率，缩短达到平衡的时间，但不改变化学反应的平衡点，本身不被消耗，反应前后量不变，既不能提高也不能降低反应物及生成物的能量。
2.（目标2）德国化学家毕希纳将酵母菌细胞放在石英砂中用力研磨、加水搅拌，再进行加压过滤，得到不含酵母菌细胞的提取液。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.研磨有利于酵母菌细胞内酿酶的释放
D.该实验证明酿酶的化学本质是蛋白质
答案　D
解析　葡萄糖变成酒的过程中有气泡生成，发生了化学变化，A正确；催化该化学变化进行的是酵母菌细胞内产生的酿酶，B正确；研磨有利于酿酶的释放，C正确；毕希纳所做的实验，不能证明酿酶的化学本质是蛋白质，D错误。
3.（目标3）下列有关对照实验设置的叙述中，错误的是（　　）
A.一般要设置对照组和实验组
B.要遵循单因子变量原则
C.无关变量要始终相同且适宜
D.自变量要始终保持相同
答案　D
4.（不定项）（目标1）下列关于酶的叙述，不正确的是（　　）
A.所有的酶都是蛋白质
B.酶与无机催化剂的催化效率相同
C.酶提供了反应过程所必需的化学能
D.催化生化反应前后酶的性质不发生改变
答案　ABC
5.（不定项）（目标3）在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，关于变量的描述，不正确的是（　　）
A.温度、催化剂、反应时间是自变量
B.H2O2分解速率是因变量
C.肝脏研磨液和氯化铁溶液的体积是自变量
D.H2O2溶液的浓度是无关变量
答案　AC
解析　在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，不同条件（温度、催化剂）是自变量，反应时间是无关变量，A错误；过氧化氢的分解速率是因变量，B正确；肝脏研磨液和氯化铁溶液的体积、H2O2溶液的浓度均是无关变量，D正确，C错误。
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[例1]　（不定项）关于如图所示实验的叙述中，正确的是（　　）
A.甲装置是对照组，乙装置是实验组
B.H2O2溶液的体积属于无关变量
C.乙试管产生气泡的速率比甲试管快
D.清水和肝脏研磨液为自变量，H2O2分解速率为因变量
答案　ABCD
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[例2]　下图表示某物质在酶、无机催化剂、无催化剂时由常态转化为活跃状态时所需的活化能（分别为a、b、c），此图不能得到的结论是（　　）
A.无机催化剂能降低化学反应的活化能
B.酶能降低化学反应的活化能
C.无机催化剂降低的活化能为b－a
D.酶降低活化能的效果比无机催化剂更显著
解题分析　由图可知，酶和无机催化剂均能降低化学反应的活化能，无机催化剂降低的化学反应活化能为c－b，图中酶催化时所需的活化能比无机催化剂催化时所需的活化能低，说明酶降低活化能的效果比无机催化剂更显著。
答案　C
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[例3]　20世纪80年代科学家发现了一种RNaseP酶，该酶是由20%的蛋白质和80%的RNA组成。如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2＋的浓度，他们发现留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明（　　）
A.RNA具有生物催化作用
B.酶是由RNA和蛋白质组成的
C.酶的化学本质是蛋白质
D.绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA
答案　A
归纳总结
酶
化学本质 绝大多数是蛋白质 少数是RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
组成元素 C、H、O、N，有的含有S C、H、O、N、P
合成场所 核糖体 细胞核（真核生物）
作用场所 细胞内、外或生物体内、外均可
来源 一般来说，活细胞都能产生酶
生理功能 具有生物催化作用
作用原理 降低化学反应的活化能
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[单项选择题]
INCLUDEPICTURE"圆点.TIF" INCLUDEPICTURE "圆点.TIF" \* MERGEFORMAT 知识点一　酶在细胞代谢中的作用
1.下列关于活化能的叙述，不正确的是（　　）
A.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
B.无机催化剂、水浴加热都可以降低化学反应的活化能
C.酶可以降低化学反应的活化能
D.同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用效果更显著
答案　B
解析　酶和无机催化剂均能降低化学反应的活化能，相比之下，酶降低活化能的作用效果更显著，C、D正确；水浴加热通过提供能量从而加快化学反应速率，B错误。
2.右图为某化学反应在有酶催化和无酶催化条件下的能量变化过程，假设酶的环境条件适宜，对于图中曲线分析错误的是（　　）
A.曲线①表示无酶条件下的能量变化
B.若酶换成无机催化剂，则图中B点在纵轴上向上移
C.该图体现出酶能提供活化能
D.曲线中纵坐标所示的AB段为酶所降低的活化能
答案　C
解析　由反应进行所需的活化能多少可知，①曲线为无酶催化条件，②为有酶催化条件，A正确；酶降低活化能的能力比无机催化剂强，使用无机催化剂，则图中B点在纵轴上向上移，B正确；有酶的一组和无酶的一组比较可知，酶具有催化作用，催化作用的原理是降低化学反应的活化能，C错误；根据题干分析，CA段表示在无催化剂的条件下化学反应需要的活化能，CB段表示在有酶催化的条件下化学反应需要的活化能，AB段为有酶催化时降低的活化能，D正确。
3.在如图所示的实验中，属于自变量的是（　　）
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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
答案　A
解析　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。
4.如图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解实验”，相关分析合理的是（　　）
A.本实验的因变量是不同的催化剂
B.本实验的无关变量有温度和酶的用量等
C.1号与3号、1号与4号可分别构成对照实验
D.分析1号、2号试管的实验结果可知加热能降低化学反应的活化能
答案　C
解析　本实验的因变量是过氧化氢的分解速率，A错误；温度是自变量，酶的用量是无关变量，B错误；1号与3号、1号与4号中只有一个实验变量不同，可分别构成对照实验，C正确；2号在高温下出现气泡的原因是加热使过氧化氢分子得到能量，从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态，D错误。
INCLUDEPICTURE"圆点.TIF" INCLUDEPICTURE "圆点.TIF" \* MERGEFORMAT 知识点二　酶的本质
5.酶的发现经过了许多科学家的研究，以下科学家及其成果不对应的是（　　）
A.斯帕兰札尼发现胃中存在化学性消化
B.毕希纳发现促使酒精发酵的是酵母菌中的某种物质，而不是细胞本身
C.李比希认为酒精发酵是酵母菌代谢活动的结果，没有活细胞的参与，糖类不可能变成酒精
D.萨姆纳提取了脲酶结晶
答案　C
解析　巴斯德认为酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致，没有活细胞的参与，糖类不可能变成酒精，李比希认为引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母菌细胞死亡并裂解后才能发挥作用。
6.下列有关酶的叙述，正确的是（　　）
①酶是具有分泌功能的细胞产生的　②酶是活细胞产生的　③绝大多数酶的化学本质是蛋白质　④有的酶是蛋白质，有的是固醇　⑤酶在代谢中有多种功能　⑥酶在新陈代谢和生长发育中起调控作用　⑦酶只能起催化作用　⑧酶在化学反应前后种类不变，数量改变
A.①③⑤⑧ B.①④⑥
C.②③⑥ D.②③⑦
答案　D
解析　酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物；绝大多数酶是蛋白质，少数酶为RNA；酶只有催化功能；酶在化学反应前后种类和数量都不改变。
7.下列关于酶的叙述，正确的是（　　）
A.组成酶的单体是氨基酸或核糖核苷酸
B.酶都是在核糖体上合成的
C.酶只有在细胞中才能发挥作用
D.酶的作用原理与无机催化剂的不同
答案　A
解析　绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，故组成酶的单体是氨基酸或核糖核苷酸，A正确；蛋白质类的酶是在核糖体上合成的，RNA类的酶是在细胞核中合成的，B错误；在适宜条件下，酶在细胞外也能发挥作用，C错误；酶的作用原理与无机催化剂相同，都是降低反应所需活化能，D错误。
8.为了探究口腔的分泌液中是否有蛋白酶，某学生设计了两组实验，如图所示。在37 ℃水浴中保温一段时间后，1、2中加入适量双缩脲试剂，3、4中不加任何试剂，下列实验能达到目的的是（　　）
A.实验② B.实验①
C.实验①②都能 D.实验①②都不能
答案　A
解析　要验证口腔的分泌液中有蛋白酶，所用的检测试剂不能是双缩脲试剂，因为酶本身是蛋白质，遇双缩脲试剂会发生显色反应，故实验①不能达到实验目的。正确的做法应该像实验②一样用蛋白块，直接用肉眼观察蛋白块是否消失，若消失，则表明口腔的分泌液中有蛋白酶，若蛋白块没有变化，则表明口腔的分泌液中没有蛋白酶。
[不定项选择题]
9.如图中的新鲜土豆片与H2O2接触后，产生的现象及推测正确的是（　　）
A.若有气体大量产生，可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶
B.若增加新鲜土豆片的数量，量筒中产生气体的速率可能会加快
C.一段时间后气体量不再增加是因为反应物（H2O2）量有限
D.为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量
答案　ABCD
解析　土豆片中含有过氧化氢酶，能够催化过氧化氢的分解，产生氧气，增加土豆片的数量，相当于增加酶的量，会加快反应速率使氧气释放速率加快，A、B正确；由于瓶子中的反应物（H2O2）是有限的，所以一段时间后气体的量不再增加，C正确；为保证实验的严谨性，要保证单一变量，控制好无关变量，D正确。
10.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。下列分析正确的是（　　）
A.甲酶能够抗该种蛋白酶降解
B.甲酶不可能是具有催化功能的RNA
C.乙酶的化学本质为蛋白质
D.乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变
答案　ACD
解析　绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶是RNA，用蛋白酶处理后，乙酶活性降低，说明乙酶的化学本质是蛋白质，其被蛋白酶处理后分解，而甲酶活性不变，则说明甲酶能够抗该种蛋白酶降解，可能是RNA，A、C正确，B错误；乙酶的化学本质是蛋白质，分子结构改变，蛋白质活性改变，D正确。
[非选择题]
11.某同学完成了以下关于酶特性的实验操作：取两支试管并编号1、2，各注入2 mL 3% H2O2溶液；向1号试管内滴入2滴FeCl3溶液，2号试管内滴入2滴肝脏研磨液；堵住试管口，轻轻振荡两试管，观察并用带火星的卫生香检验，记录结果。
（1）该实验的目的之一是探究　　　　　　　　　　　　　　　　　　　的高低。滴加FeCl3的1号试管起到　　　　作用。
（2）该实验的两项观察指标是　　　　　　　　、　　　　　　　　　　。若2号试管现象不明显，可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）为什么试管2氧气生成速率比试管1快？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　（1）过氧化氢酶和Fe3＋的催化效率　对照
（2）气泡产生量　带火星卫生香复燃情况　H2O2溶液放置时间过长（或肝脏不够新鲜）
（3）肝脏研磨液含有过氧化氢酶，降低化学反应活化能的作用更显著
解析　（1）分析1号试管和2号试管的处理方法可知，实验的自变量是催化剂的种类，1号试管的催化剂是FeCl3溶液，2号试管的催化剂是肝脏研磨液（其中含有过氧化氢酶），因此实验的目的是探究过氧化氢酶和Fe3＋催化效率的高低。
（2）该实验的因变量是H2O2的分解速率，由于H2O2分解产生氧气，因此可以用气泡产生量或带火星卫生香复燃的情况代表H2O2的分解速率的高低；如果2号试管现象不明显，说明氧气的产生量少，可能的原因是H2O2溶液放置的时间过长，H2O2已经分解，或肝脏不新鲜，过氧化氢酶活性下降甚至失活。
12.现提供双缩脲试剂A液、B液、鸡蛋清水溶液（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_______________________________________________________________
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预期结果：盛有鸡蛋清水溶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：________________________________________________________。
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鸡蛋清水溶液、2 mL唾液淀粉酶溶液、2 mL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
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；对照组是已知鸡蛋清水溶液（含蛋白质）＋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。
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