2023-2024學年 蘇教版 必修一生物催化劑-酶 學案

第一節(jié)生命活動需要酶和能源物質第1課時生物催化劑——酶1.說明絕大多數(shù)酶是一類能催化生化反應的蛋白質，酶活性受到環(huán)境因素(如pH和溫度等)的影響。2.探究酶催化的專一性、高效性及影響酶活性的因素。1.生命觀念——結構與功能觀：酶的功能與特性是由其獨特的空間結構決定的。2.科學思維——通過分析與綜合，總結酶的作用機理及特性。3.科學探究——學會設計對照實驗，證明酶的作用、探究酶的特性。一、酶的本質1．科學家對酶本質的探索歷程(1)1857年，法國科學家巴斯德通過觀察發(fā)酵現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵是由微生物引起的，后來他又證實了酒精發(fā)酵是由酵母菌引起的。(2)1897年，德國科學家畢希納證明了引起發(fā)酵的是酵母菌所含的酶，而不是酵母菌本身。(3)1926年，美國科學家薩姆納從刀豆提取液中分離并提純了脲酶結晶，并證明脲酶是蛋白質。(4)1936年，酶是蛋白質的觀念被確立。(5)20世紀80年代，科學家又發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化功能，并把這類RNA稱為核酶。2．酶的本質能催化生化反應的酶絕大多數(shù)是蛋白質，少數(shù)RNA也具有生物催化功能。二、酶在細胞代謝中的作用1．酶促反應：由酶催化的化學反應稱為酶促反應。2．酶催化作用的實質：降低化學反應的活化能。3．活化能：在一定溫度下，分子從基態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的過渡態(tài)所需的能量稱為活化能。4．活化分子(1)含義：處于過渡態(tài)的分子稱為活化分子。(2)使活化分子增多一般有兩種途徑①不使用催化劑，通過加熱或光照等方法，使一部分分子獲得能量而成為活化分子。②使用催化劑降低生化反應所需的活化能，活化能越低，活化分子就越多。5．酶能降低生化反應所需的活化能，使生化反應在較低能量水平上進行，從而加快生化反應。三、酶的特性1．探究酶的高效性(1)過程編號加入物質處理現(xiàn)象13mL體積分數(shù)為3%的H2O2溶液滴入等量蒸餾水基本無氣泡，木條不復燃2滴入等量質量分數(shù)為5%的FeCl3溶液有較多氣泡，木條復燃3滴入等量新鮮酵母菌液(含過氧化氫酶)有更多氣泡，木條猛烈燃燒(2)結論：酶具有催化作用，且與無機催化劑相比具有高效性。2．酶具有專一性(1)含義：一種酶只能催化一種或一類生化反應。(2)專一性機制：酶催化作用的專一性與酶的活性中心和底物分子在空間結構上有特殊的匹配關系相關，當酶的活性中心與底物分子結合時，就啟動了化學反應。(3)證明酶具有專一性的實驗試管編號12可溶性淀粉溶液2mL—蔗糖溶液—2mL淀粉酶溶液2mL2mL37℃新配制的斐林試劑2mL2mL水溶加熱1min實驗現(xiàn)象有磚紅色沉淀沒有磚紅色沉淀實驗結論酶具有專一性四、影響酶促反應速率的因素1．酶活性(1)酶活性是指酶催化生化反應的能力，酶催化作用的效率可以通過酶催化生化反應的速率來衡量。(2)酶活性不僅與反應體系中的酶濃度和底物濃度等有密切關系，還受多種環(huán)境因素如溫度、pH等的影響。2．探究pH對酶活性的影響(1)實驗操作①將若干同樣大小(如1cm2)的濾紙片浸入酵母菌液，取出后晾干，濾紙片上附著過氧化氫酶。②在四只燒杯中盛入體積分數(shù)為2%、pH分別為5、7、9、11的H2O2溶液(溫度相同)，將濾紙片分別放入燒杯中。濾紙片接觸液面后會下沉，直至燒杯底部。③及時記錄濾紙片從液面下沉到浮出液面所用的時間(t)。以1/t為縱坐標(代表酶促反應速率)、pH為橫坐標，繪制曲線圖。(2)實驗結果的曲線圖3．pH對酶活性的影響(1)酶活性會受到pH影響，適宜pH一般在6～8之間。(2)酶活性最大時的pH稱為酶的最適pH。(3)在過酸或過堿的條件下，酶活性一般會明顯降低，甚至會變性失活。4．溫度對酶活性的影響(1)在一定的溫度范圍內(nèi)，酶活性隨著溫度的升高而上升，超過一定溫度后，酶活性反而下降。(2)在一定條件下，酶活性最高時的溫度稱為該酶的最適溫度。(3)不同生物體內(nèi)酶的最適溫度有所不同。如：動物體內(nèi)酶的最適溫度一般為35～40_℃，植物體內(nèi)酶的最適溫度一般為45～50℃(4)適當升高溫度，能加快生化反應速率，但溫度過高會使酶變性失活，從而降低生化反應速率。適當降低溫度，可以抑制酶活性，降低生化反應速率，但一般不會使酶失活。(正確的打“√”，錯誤的打“×”)1．酶在生物體內(nèi)有催化和調節(jié)作用。 ()2．酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的蛋白質。 ()3．有些酶中含有核糖，有些酶在體外可以發(fā)揮作用。 ()4．酶催化作用的實質是提供化學反應所需的活化能，使化學反應順利進行。 ()5．一種酶只能催化一種或一類化學反應。 ()6．溫度偏高或偏低，酶的活性都會明顯降低，過高或過低都會使酶變性失活。 ()提示：1．×酶在生物體內(nèi)有催化作用，沒有調節(jié)作用。2．×有些酶是RNA。3．√4．×酶的作用原理是降低化學反應的活化能，并不能直接提供能量。5．√6．×適當降低溫度，可以抑制酶活性，降低生化反應速率，但一般不會使酶失活。酶的化學本質、作用機理和特性1．酶的化學本質化學本質絕大多數(shù)是蛋白質少數(shù)是RNA合成原料氨基酸核糖核苷酸合成場所核糖體細胞核(主要)來源一般活細胞中均能產(chǎn)生生理功能在細胞內(nèi)外均具有生物催化功能2．酶的作用機理酶和其他催化劑均能降低化學反應的活化能，分析如下：(1)圖中ac和bc段分別表示無催化劑催化和有酶催化時反應進行所需要的活化能。(2)若將酶變?yōu)闊o機催化劑，則b在縱軸上向上移動。用加熱的方法不能降低活化能，但會提供活化能。3．酶的特性分析(1)表示酶高效性的曲線(圖1)①與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。②催化劑只會縮短達到化學平衡所需的時間，不改變化學反應的平衡點。③實驗——酶的催化作用具有高效性a．實驗變量自變量因變量無關變量1號：加入等量蒸餾水用單位時間內(nèi)產(chǎn)生氣泡數(shù)量的多少及帶火星木條燃燒情況表示H2O2分解速率H2O2溶液的濃度和體積；酵母菌液和FeCl3溶液的濃度和體積；酵母菌液的新鮮程度；環(huán)境中的溫度、pH等2號：加入等量質量分數(shù)為5%的FeCl3溶液3號：加入等量新鮮的酵母菌液b．實驗分析1、3號試管對照，可以說明酶具有催化作用。其中1號為空白對照組，3號為實驗組。1、2、3試管對照，可以說明酶的催化作用具有高效性。其中1號為空白對照組，2號為條件對照組，3號為實驗組。(2)表示酶專一性的曲線(圖2)①在A反應物中加入酶A，反應速率較未加酶時明顯加快，說明酶A催化A反應物的反應。②在A反應物中加入酶B，反應速率和未加酶時相同，說明酶B不催化A反應物的反應。③實驗——酶的催化作用具有專一性a．實驗原理：淀粉、蔗糖均為非還原糖，不能與斐林試劑共熱產(chǎn)生磚紅色沉淀。淀粉酶可以催化淀粉水解為還原糖，但不能催化蔗糖水解。b．實驗設計思路：步驟1淀粉＋淀粉酶蔗糖＋淀粉酶2等量斐林試劑，水浴加熱相同時間現(xiàn)象出現(xiàn)磚紅色沉淀無顏色變化結論酶具有專一性c．實驗分析：自變量：反應物的不同。無關變量：溶液的量、溫度等。因變量：溶液是否出現(xiàn)磚紅色沉淀。(3)易變性：由于大多數(shù)酶是蛋白質，因而會被高溫、強酸、強堿等破壞。蛋白質的空間結構發(fā)生改變或破壞，使酶失去生物活性，這種現(xiàn)象稱為變性。(4)反應條件的溫和性：酶促反應在常溫、常壓、適宜pH條件下進行。實驗——探究影響酶促反應速率的環(huán)境因素項目內(nèi)容實驗原理①2H2O2eq\o(→,\s\up9(過氧化氫酶))2H2O＋O2↑②濾紙片隨附著氧氣泡的增多，逐漸浮出液面實驗裝置示意圖哺乳動物成熟的紅細胞和其他體細胞在結構和功能上有明顯不同。(1)該細胞不能產(chǎn)生酶，原因是什么？(2)該細胞是否含有酶？請說出判斷依據(jù)。提示：(1)該細胞沒有細胞核和核糖體等細胞器。(2)含有。哺乳動物成熟紅細胞可以進行細胞代謝，細胞中的生化反應需要酶的催化。1．(2022·江蘇揚州期中)如圖曲線Ⅰ、Ⅱ分別表示反應物A在無催化劑條件下和有酶催化條件下生成產(chǎn)物P的能量變化過程。下列相關敘述錯誤的是()A．E2表示有酶催化條件下發(fā)生反應需要的活化能B．若將酶改為無機催化劑，則曲線Ⅱ將向上移動C．若其他條件不變，E1越大，則酶的催化效率越高D．若增加反應體系中的酶量，則E2減小，反應速率提高D[活化能是指分子從初態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的過渡態(tài)所需要的能量，分析圖示可知E2表示有酶條件下發(fā)生化學反應需要的活化能，A正確；由于酶比無機催化劑降低活化能的作用更顯著，若將酶改為無機催化劑，則反應所需活化能E2將增大，曲線Ⅱ將向上移動，B正確；若其他條件不變，E1越大，說明酶降低的活化能越多，則酶的催化效率越高，C正確；若僅增加反應體系中的酶量，則E2不改變，但由于酶與底物結合的機會增大，反應速率會提高，D錯誤。]2．下列關于“探究酶的高效性”實驗的敘述，正確的是()A．實驗所用H2O2溶液和FeCl3溶液的質量分數(shù)相同B．實驗的自變量為酶的種類C．與無機催化劑相比，可證明酶的高效性D．實驗因變量的檢測指標是溶液產(chǎn)生氣泡的數(shù)量C[實驗所用H2O2溶液的體積分數(shù)是3%，F(xiàn)eCl3溶液的質量分數(shù)是5%，A錯誤；實驗的自變量為H2O2溶液中添加的溶液的種類，B錯誤；酶的高效性是與無機催化劑比較得出的，C正確；實驗因變量的檢測指標可以是溶液產(chǎn)生氣泡的數(shù)量和帶火星木條的復燃情況等，D錯誤。]3．(2022·江蘇蘇州期末)蔗糖和麥芽糖是植物體內(nèi)常見的二糖，其水解產(chǎn)物中都有葡萄糖。如圖為某二糖水解過程的示意圖，下列敘述錯誤的是()A．圖中a代表蔗糖酶，e代表葡萄糖B．該圖說明酶的催化作用具有專一性C．圖示過程說明酶能夠被多次利用D．蔗糖的水解產(chǎn)物不能用斐林試劑鑒定D[分析題圖：蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖構成，麥芽糖由兩分子葡萄糖構成，酶在催化反應前后不發(fā)生變化，結合圖示可推知a為蔗糖酶，b為蔗糖，c為麥芽糖，d為果糖，e為葡萄糖。由上述分析可知，圖中a代表蔗糖酶，e代表葡萄糖，A正確；圖中a可以催化b分解，不能催化c分解，說明酶的催化作用具有專一性，B正確；圖示過程中酶在催化反應前后數(shù)量和結構沒發(fā)生變化，說明酶能夠被多次利用，C正確；蔗糖的水解產(chǎn)物為葡萄糖和果糖，兩者都是還原糖，能用斐林試劑鑒定，D錯誤。]4．(2020·河北邯鄲高一期末考試)生物興趣小組設計實驗探究pH對蛋白酶活性的影響，準備5支含有等量酶溶液的相同試管，每支試管內(nèi)加1塊1cm3的正方體凝固蛋白塊，試管均置于25℃室溫條件下，pH酶溶液的pH12345蛋白塊消失的時間(min)1391145＞60(1)該實驗的自變量是________________，檢測因變量的指標是________________。實驗中酶活性最強時的pH是________。(2)蛋白塊消失的時間與酶活性強弱的關系是________________________。請用2種方法改進實驗，使實驗在更短的時間內(nèi)完成。方法1：________________________。方法2：________________________。(3)為確認蛋白塊的消失是由于酶的作用，還應對實驗進行什么設計？________________。[解析](1)本實驗的目的是探究pH對蛋白酶活性的影響，因此自變量是酶溶液的pH，根據(jù)蛋白塊消失的時間可判斷pH對酶活性的影響。蛋白塊消失的時間越短，酶活性越強，故實驗中酶活性最強時的pH為2。(2)酶的活性越強，酶的催化效率越高，蛋白塊消失的時間就越短。提高酶促反應速率的方法有：適當提高溫度以提高酶的活性；提高酶的濃度或將蛋白塊分割成小塊，加大底物和酶的接觸面積等。(3)為了排除其他因素的干擾，確認蛋白塊的消失是由酶的作用引起的，需要設置不加酶的空白對照組。[答案](1)酶溶液的pH蛋白塊消失的時間2(2)酶的活性越強，蛋白塊消失的時間越短適當提高溫度以增加酶的催化活性提高酶的濃度(3)增加(不加酶的)對照實驗酶的相關曲線分析1．酶催化作用的高效性(1)曲線：加入酶、無機催化劑和不加催化劑時，化學反應達到平衡點時所需時間不同：(2)要素解讀：①催化劑可加快化學反應速率，與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。②酶只能縮短達到化學平衡所需的時間，不改變化學反應的平衡點。2．酶催化作用的專一性(1)曲線：分別向蔗糖溶液和麥芽糖溶液中加入麥芽糖酶，底物剩余量不同：(2)要素解讀：①加入麥芽糖酶，蔗糖剩余量不變，而麥芽糖剩余量減少。②麥芽糖酶不能催化蔗糖水解，可以催化麥芽糖水解。3．底物濃度影響酶促反應速率(1)曲線：(2)要素解讀：①底物濃度較低時，酶促反應速率與底物濃度成正比，即隨底物濃度的增加而增加。②當?shù)孜餄舛冗_到一定值后，再增加底物濃度，酶促反應速率不再增加。4．酶濃度影響酶促反應速率(1)曲線：(2)要素解讀：在有足夠底物而又不受其他因素影響的情況下，酶促反應速率與酶濃度成正比。5．溫度和pH共同作用對酶活性的影響(1)曲線：(2)要素解讀：①反應溶液中pH的變化不影響酶作用的最適溫度。②反應溶液中溫度的變化不影響酶作用的最適pH。酶濃度和底物濃度對反應速率的影響和溫度、pH對反應速率的影響，本質上有什么不同？提示：溫度、pH通過影響酶活性影響反應速率；酶濃度、底物濃度通過影響酶與底物的接觸面積影響酶促反應速率。5．如圖表示在最適溫度和最適pH條件下，反應物濃度與酶促反應速率的關系。據(jù)圖分析正確的是()A．形成曲線c的原因可能是乙點時酶量增加B．限制曲線b的AB段反應速率的主要因素為酶的數(shù)量C．酶催化反應的原因是為反應提供了活化能D．若適當升高溫度，重復該實驗，圖中A點位置將上升A[乙點時制約反應速率的因素是酶的濃度，此時若增加酶量反應速率將增大，如曲線c，A正確；限制曲線b的AB段反應速率的主要因素是反應物濃度，B錯誤；酶催化反應的原因是降低反應所需的活化能，C錯誤；曲線是在最適溫度下測定的反應物濃度與酶促反應速率的關系，若在適當升高溫度條件下重復該實驗，酶的活性降低，反應速率降低，故圖中A點位置將下降，D錯誤。]6．(2022·河北秦皇島高一上學期期末考試)如圖所示，甲曲線表示在最適溫度下，某酶促反應的反應速率與反應物濃度之間的關系。乙、丙兩條曲線表示其他條件適宜時該酶促反應的反應速率隨pH或溫度的變化。下列相關分析，不正確的是()A．在B點適當增加酶的濃度，酶促反應速率將增大B．H點對應的pH是該酶催化作用的最適pHC．G、E兩點對應的環(huán)境條件有利于酶的保存D．A點時，若升高溫度，酶促反應速率將下降C[由題意可知，甲曲線為最適溫度下，某酶促反應的反應速率與反應物濃度之間的關系，B點時酶已飽和，若在B點增加酶的濃度，則酶促反應速率將增大，A正確；乙、丙兩曲線表示其他條件適宜時該酶促反應的反應速率隨pH或溫度的變化，丙曲線在最低因素和最高因素時與橫軸有兩個交點，故丙曲線應該代表pH對酶促反應速率的影響，而乙曲線應該代表溫度對酶促反應速率的影響，丙曲線中H點對應的酶促反應速率最大，故H點對應的pH是該酶催化作用的最適pH，B正確；酶應在低溫、最適pH條件下保存，即D(或低于D)、H點對應的環(huán)境條件有利于酶的保存，C錯誤；因甲曲線是在最適溫度下的酶促反應速率與反應物濃度的關系曲線，故A點時升高溫度，酶活性降低，酶促反應速率將下降，D正確。]酶曲線的分析方法(1)明確橫、縱坐標表示的變量。橫、縱坐標不同，曲線表示的意義不同。(2)理解曲線所表示的意義。橫坐標是自變量，縱坐標是因變量，曲線表示因變量隨自變量的變化而變化。(3)圖中出現(xiàn)多個自變量時，要分析圖中某一自變量對因變量的影響，應首先確定其他自變量為一定值。下面請看某工廠生產(chǎn)的一種加酶洗衣粉包裝袋的使用說明書XX牌加酶洗衣粉成分：堿性蛋白酶等用法：洗滌前先將衣物浸于含適量洗衣粉的水內(nèi)數(shù)分鐘。使用溫水效果更佳。注意：切勿用于絲質及羊毛衣料。用后洗凈雙手。通過對加酶洗衣粉包裝袋的使用說明書中的內(nèi)容分析知：加酶洗衣粉的使用方法及注意事項，由此形成科學思維的學科素養(yǎng)。(1)使用說明中為什么強調絲質及羊毛衣料不能用該洗衣粉洗滌？(科學思維)提示：絲質、毛織物中主要成分是蛋白質，加酶洗衣粉含有生物催化劑酶，可以催化蛋白質的分解，容易毀壞衣物。(2)加酶洗衣粉洗滌時宜用溫水，熱水或冷水是否可以？為什么？(科學思維)提示：均不可以。低溫會抑制酶的活性，使酶的催化效率降低，達不到理想的洗滌效果；高溫會破壞酶的空間結構，使酶永久失活，同樣達不到理想的洗滌效果。[課堂小結]知識網(wǎng)絡構建要點強化識記1.酶是生物催化劑，其催化作用的實質是降低化學反應的活化能。2.酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，絕大多數(shù)是蛋白質，少數(shù)是RNA。3.一種酶只能催化一種或一類生化反應。4.酶的特性是高效性、專一性和容易受外界環(huán)境的影響。5.酶具有高效性的原因：與無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著。6.過酸、過堿或溫度過高，都會使酶因空間結構破壞而失活。7.在一定的低溫下，酶的活性低，但空間結構穩(wěn)定，并未失活，在適宜溫度下酶的活性可升高。1．關于酶的性質，下列敘述中錯誤的是()A．化學反應前后，酶的化學性質和數(shù)量不變B．酶的催化作用提高了化學反應速率，改變了反應平衡點C．酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化能力的一類特殊的有機物，其中絕大多數(shù)是蛋白質，少數(shù)是RNAD．酶的催化效率很高，但易受溫度和酸堿度的影響B(tài)[化學反應前后酶的化學性質和數(shù)量不變，A正確；酶可以提高化學反應速率，但是不能改變反應平衡點，B錯誤；酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，絕大多數(shù)酶的化學本質是蛋白質，少數(shù)是RNA，C正確；酶具有高效性，但是酶的作用條件溫和，酶活性受溫度和酸堿度的影響，D正確。]2．研究人員發(fā)現(xiàn)了一種促進脂肪細胞生成的本質為蛋白質的酶。這一發(fā)現(xiàn)有望為治療肥胖癥開辟新途徑。下列有關敘述不正確的是()A．該酶與脂肪的共有元素有C、H、OB．在適宜條件下，蛋白酶可以將該酶水解C．該酶遇雙縮脲試劑呈現(xiàn)紫色D．理論上可以通過促進該酶的功能來治療肥胖癥D[由題意知，該酶的本質是蛋白質，和脂肪共有的元素有C、H、O，A正確；在適宜條件下，該酶可被蛋白酶分解，可與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應，B、C正確；該酶能促進脂肪細胞生成，若促進其功能，則會使脂肪細胞增多，不能用來治療肥胖癥，D錯誤。]3．某興趣小組為了探究溫度對酶活性的影響，用打孔器獲取新鮮的厚度為5mm的三片土豆，進行了以下實驗。有關敘述錯誤的是()實驗步驟土豆片A土豆片B土豆片C①處理靜置煮熟后冷卻冰凍②滴加質量分數(shù)為3%的H2O21滴1滴1滴③觀察實驗現(xiàn)象產(chǎn)生大量氣泡幾乎不產(chǎn)生氣泡產(chǎn)生少量氣泡A．土豆片的厚度大小是該實驗的自變量B．新鮮土豆組織中含有過氧化氫酶C．高溫和低溫都能影響過氧化氫酶活性D．定性實驗無法確定過氧化氫酶的最適溫度A[根據(jù)題干信息和表格分析可知，該實驗的自變量是溫度，而土豆片的厚度都是5mm，為無關變量，A錯誤；由三組實驗現(xiàn)象可知，新鮮土豆組織中含有過氧化氫酶，B正確；實驗A與B、C比較說明，高溫和低溫都能影響過氧化氫酶活性，C正確；定性實驗是為了判斷某種因素是否存在，因此無法確定過氧化氫酶的最適溫度，D正確。]4．如圖表示胃蛋白酶活性與溫度、pH之間的關系，以下敘述正確的是()A．該胃蛋白酶最適pH是3.0B．胃蛋白酶的活性受溫度和pH的影響C．據(jù)圖無法推斷胃蛋白酶的最適溫度D．隨著溫度的升高，酶的活性逐漸降低B[