2024年高中生物新教材同步必修第一冊 第5章 第1節(jié)　第1課時　酶的作用和本質

第1節(jié)降低化學反應活化能的酶第1課時酶的作用和本質[學習目標]1.說明絕大多數(shù)酶是一類能催化生化反應的蛋白質。2.闡明酶發(fā)揮作用的原理。3.通過對有關酶實驗的分析，學會控制實驗的變量和設置對照實驗。一、酶在細胞代謝中的作用1．細胞代謝(1)概念：細胞中每時每刻都進行著許多化學反應，統(tǒng)稱為細胞代謝。(2)條件：需酶的催化。(3)意義：細胞代謝是細胞生命活動的基礎。2．酶的作用原理(1)活化能：分子從常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)所需要的能量。(2)原理：同無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著。(3)意義：使細胞代謝能在溫和條件下快速有序地進行。判斷正誤(1)酶能提高化學反應的活化能，使化學反應順利進行()(2)酶能催化H2O2分解，是因為酶使H2O2得到了能量()(3)無關變量是與實驗結果無關的變量()(4)在一個實驗中，因變量的檢測指標往往不是唯一的()答案(1)×(2)×(3)×(4)√解析(1)(2)酶催化作用的實質是降低化學反應的活化能，使反應順利進行。(3)無關變量會對實驗結果造成影響，因此，對無關變量的處理要求是相同且適宜。任務一：比較過氧化氫在不同條件下的分解1．實驗原理2H2O2eq\o(→,\s\up7(水浴加熱),\s\do5(或FeCl3溶液或過氧化氫酶))2H2O＋O22．實驗目的：通過比較過氧化氫在不同條件下分解的快慢，了解過氧化氫酶的作用。3．實驗過程和現(xiàn)象試管編號1234第一步H2O2濃度3%3%3%3%劑量2mL2mL2mL2mL第二步反應條件常溫90℃FeCl3溶液肝臟研磨液劑量2滴清水2滴清水2滴2滴結果氣泡產(chǎn)生不明顯少量較多大量衛(wèi)生香復燃情況不復燃不復燃復燃迅速復燃4．討論(1)如何判斷過氧化氫被分解的快慢？提示觀察單位時間內產(chǎn)生氣泡的多少或觀察帶火星的衛(wèi)生香的復燃情況。(2)實驗結果分析①與1號試管相比，2號試管產(chǎn)生的氣泡多，這一現(xiàn)象說明加熱能促進過氧化氫的分解，提高反應速率。②1、4號試管對照說明酶具有催化作用。③1、3、4(或3、4)號試管對照說明與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。(3)2號、3號、4號試管相比，哪支試管最終產(chǎn)生的氧氣最多，為什么？提示最終產(chǎn)生的氧氣一樣多，因為幾支試管的過氧化氫溶液的體積和濃度都相同。任務二：酶的作用原理如圖所示為酶催化反應的機理與過程，圖中E1、E2、E3都是活化能，請據(jù)圖回答下列問題：(1)請將這三種活化能分別與不使用催化劑、使用無機催化劑、使用酶作催化劑三種條件進行對應。提示E1——使用無機催化劑，E2——不使用催化劑，E3——使用酶作催化劑。(2)使用酶作催化劑時，酶所降低的化學反應的活化能應該怎么表示？提示E2－E3。1．如圖表示“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗，下列有關分析合理的是()A．本實驗的自變量只是催化劑的不同B．本實驗的無關變量有溫度和酶的用量等C．1號與2號、1號與4號可分別構成對照實驗D．分析1號、2號試管的實驗結果可知加熱能降低反應的活化能答案C解析1號試管是對照組，2號、3號和4號試管分別進行的操作是加熱、加無機催化劑、加酶，這些處理就是自變量，因此該實驗的自變量是溫度和催化劑的種類，A錯誤；除自變量外，實驗過程中存在的會影響實驗現(xiàn)象或結果的因素或條件稱為無關變量，過氧化氫的濃度、溶液體積、反應時間、酶的用量等是無關變量，而溫度是自變量之一，B錯誤；1號與2號對照，可說明加熱能促進過氧化氫分解，1號與4號對照，可說明過氧化氫酶能催化過氧化氫分解，C正確；加熱能使過氧化氫分子從常態(tài)轉變成容易反應的活躍狀態(tài)，不是降低反應的活化能，D錯誤。2．如圖所示，①表示有酶催化的反應曲線，②表示沒有酶催化的反應曲線，E表示酶降低的活化能，正確的圖解是()答案C解析由于酶的作用是降低化學反應的活化能，①表示有酶催化的反應曲線，②表示沒有酶催化的反應曲線，故①比②曲線的峰值要低，且①②曲線峰值的差值表示降低的活化能E，C正確。二、酶的本質1．關于酶本質的探索2．酶的本質(1)產(chǎn)生場所：活細胞。(2)生理作用：催化作用。(3)化學本質：蛋白質或RNA。判斷正誤(1)酶的基本組成單位是氨基酸()(2)具有分泌功能的細胞才能產(chǎn)生酶()(3)酶是活細胞產(chǎn)生的，只能在細胞內起催化作用()(4)酶在反應完成后立即被降解成氨基酸()(5)酶具有催化、調節(jié)等多種功能()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×解析(1)酶的基本組成單位是氨基酸或核糖核苷酸。(2)并不是具有分泌功能的細胞才能產(chǎn)生酶，活細胞都能產(chǎn)生酶。(3)酶不僅在細胞內發(fā)揮作用，在細胞外和體外都可以發(fā)揮作用。(4)酶在化學反應前后性質不變，不會在催化后就被降解。(5)酶具有的功能是催化。3．下列有關酶本質的探索過程的敘述，錯誤的是()A．巴斯德和李比希的觀點既有積極意義，又有其局限性B．畢希納發(fā)現(xiàn)某些物質能夠在酵母菌細胞破碎后繼續(xù)起作用C．薩姆納從刀豆種子中提純出的結晶可以催化尿素分解D．切赫和奧爾特曼證明酶的化學本質只是RNA而非蛋白質答案D解析切赫和奧爾特曼發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化功能，D錯誤。4．下列有關生物體內酶的敘述，正確的是()A．酶在完成催化作用后立即失活B．酶只能在活細胞內才能發(fā)揮作用C．大多數(shù)酶是在核糖體上合成的D．酶為反應過程供能從而降低反應活化能答案C解析酶在完成催化作用后不會立即失活，酶可以多次重復利用，A錯誤；只要條件適宜，酶在生物體內、外都能發(fā)揮作用，B錯誤；大多數(shù)酶是蛋白質，是在核糖體上合成的，C正確；酶的作用機理是降低化學反應的活化能，酶不能為反應過程供能，D錯誤。題組一酶在細胞代謝中的作用1．在如圖所示的實驗中，屬于無關變量的是()A．催化劑的種類B．過氧化氫分解的速率C．試管中的過氧化氫溶液的量D．產(chǎn)生氣泡量答案C解析分析實驗裝置可知，催化劑的種類屬于實驗的自變量，A錯誤；過氧化氫分解的速率屬于實驗的因變量，B錯誤；試管中的過氧化氫溶液的量屬于實驗的無關變量，C正確；產(chǎn)生氣泡量屬于實驗的因變量，D錯誤。2．如圖為“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗裝置，分析下列有關說法正確的是()A．該實驗的自變量是過氧化氫的分解速率B．1號、4號試管對照說明酶具有催化作用C．4號試管中的過氧化氫分子所含能量最高D．4支試管中過氧化氫的濃度和用量不相同答案B解析過氧化氫的分解速率是該實驗的因變量，A錯誤；加熱為過氧化氫提供能量，加催化劑是降低化學反應的活化能，故2號試管中的過氧化氫分子所含能量最高，C錯誤；4支試管中過氧化氫的濃度和用量是無關變量，對照實驗中的無關變量應保持適宜且相同，D錯誤。3．下列關于活化能的敘述，不正確的是()A．分子從常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)所需要的能量B．無機催化劑、水浴加熱都可以降低化學反應的活化能C．酶可以降低化學反應的活化能D．同無機催化劑相比，酶降低活化能的作用效果更顯著答案B解析水浴加熱可以給化學反應提供能量，但不可以降低化學反應的活化能，B錯誤。4．如圖曲線Ⅰ、Ⅱ分別表示物質M在無催化劑和有酶催化條件下生成物質P所需能量的變化過程。下列敘述正確的是()A．a(chǎn)d段表示無催化劑時，反應所需要的活化能B．a(chǎn)c段表示有酶催化時，酶降低的活化能C．若換用無機催化劑，b點將向上移動D．加熱、加壓不能使物質M更容易從常態(tài)轉變?yōu)榛钴S狀態(tài)答案C解析ac段表示在無催化劑的條件下化學反應需要的活化能，A、B錯誤；加熱、加壓通常能使反應物分子獲得能量促使反應的進行，D錯誤。5．在如圖所示的酶促反應圖式中，屬于酶的是()A．①B．②C．③D．④答案A解析酶在生化反應中起催化作用，在反應前后質和量均不變，①反應前后沒發(fā)生變化，所以①是酶，②是反應物，③④為生成物。故選A。題組二酶的本質6．(2022·江西景德鎮(zhèn)高一期末)脲酶是一種催化尿素分解成氨和二氧化碳的酶，具有高度專一性。最早從刀豆中提取并被證明是蛋白質。下列有關脲酶的敘述正確的是()A．脲酶的作用原理與無機催化劑的不同B．能催化脲酶水解的酶是蛋白酶C．在細胞內合成，在細胞外無法發(fā)揮作用D．食用刀豆后，刀豆中的脲酶能催化人體中的尿素水解答案B解析脲酶的作用原理與無機催化劑相同，都是降低化學反應所需活化能，A錯誤；酶是由活細胞產(chǎn)生的，可以在細胞內，也可以在細胞外發(fā)揮作用，C錯誤；刀豆中的脲酶屬于蛋白質，食用刀豆后，相應的蛋白質會被水解，不能催化人體中的尿素水解，D錯誤。7．20世紀80年代科學家發(fā)現(xiàn)了一種RNaseP酶，該酶由20%的蛋白質和80%的RNA組成。如果將這種酶中的蛋白質除去，并提高Mg2＋的濃度，他們發(fā)現(xiàn)留下來的RNA仍然具有與這種酶相同的催化活性，這一結果表明()A．RNA具有生物催化作用B．酶是由RNA和蛋白質組成的C．酶的化學本質是蛋白質D．絕大多數(shù)的酶是蛋白質，少數(shù)是RNA答案A解析除去RNaseP酶中的蛋白質，在提高Mg2＋濃度的前提下，RNA仍然具有與這種酶相同的催化活性，說明該酶中的RNA具有催化作用，A符合題意。8．下列關于酶的敘述有幾項是正確的()①是有分泌功能的細胞產(chǎn)生的②有的從食物中獲得，有的在體內轉化而來③凡是活細胞都能產(chǎn)生酶④酶只能在核糖體上合成⑤酶的水解產(chǎn)物是氨基酸⑥酶在代謝中有多種功能⑦在新陳代謝和生殖發(fā)育中起調控作用⑧酶只是起催化作用，其催化作用的實質是為化學反應提供活化能A．0項B．1項C．2項D．3項答案A解析不具有分泌功能的細胞也可以產(chǎn)生酶，①錯誤；酶是由活細胞產(chǎn)生的，②錯誤；大多數(shù)活細胞都能產(chǎn)生酶，但哺乳動物成熟的紅細胞不能產(chǎn)生酶，③錯誤；酶的化學本質是蛋白質或RNA，可以在核糖體或細胞核中合成，④錯誤；酶的水解產(chǎn)物是氨基酸或核糖核苷酸，⑤錯誤；酶只具有催化作用，⑥錯誤；酶不能起調控作用，⑦錯誤；酶只是起催化作用，其催化作用的實質是降低化學反應所需的活化能，⑧錯誤。9．圖中的新鮮土豆片與H2O2接觸后，產(chǎn)生的現(xiàn)象及推測錯誤的是()A．若有氣體大量產(chǎn)生，可推測新鮮土豆片中含有過氧化氫酶B．若增加新鮮土豆片數(shù)量，量筒中產(chǎn)生氣體的速度加快C．為保證實驗的嚴謹性，需要控制溫度等無關變量D．一段時間后氣體量不再增加是因為土豆片的數(shù)量有限答案D解析一段時間后氣體量不再增加是因為底物已經(jīng)消耗完。10．某一不可逆化學反應(S→P＋W)在無酶和有酶催化時均可以進行，當該反應在無酶條件下進行到時間t時，向反應液中加入催化該反應的酶。圖中能正確表示加酶后反應物濃度隨反應時間變化趨勢的曲線是()A．甲B．乙C．丙D．丁答案D解析丁曲線在加入酶后其反應物的濃度下降速率明顯加快，直至反應物濃度為0，D正確。11．甲、乙兩種酶用同一種蛋白酶處理，酶活性(酶催化特定化學反應的能力)與處理時間的關系如圖所示。下列分析錯誤的是()A．乙酶的化學本質為蛋白質B．甲酶能夠不被該種蛋白酶降解C．乙酶活性的改變是因為其分子結構的改變D．甲酶不可能是具有催化功能的RNA答案D解析絕大多數(shù)酶是蛋白質，少數(shù)酶是RNA。用蛋白酶處理后，甲酶活性不變，則說明甲酶可能是RNA，D錯誤。12．為了探究口腔的分泌液中是否有蛋白酶，某學生設計了兩組實驗，如圖所示。在37℃水浴中保溫一段時間后，1、2中加入適量雙縮脲試劑，3、4中不加任何試劑，下列分析正確的是()A．實驗②能達到實驗目的B．實驗①能達到實驗目的C．實驗①②都能達到實驗目的D．實驗①②都不能達到實驗目的答案A解析雙縮脲試劑檢測的是蛋白質，蛋白酶也是蛋白質，故本題無法從化學特性上達到目的，只有考慮物理特性，如蛋白塊變小或消失。13．活化能是指分子從常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)所需要的能量。如圖為酶的作用模型。請據(jù)圖回答問題：(1)從圖中可以看出，沒有酶催化時，發(fā)生化學反應需要的活化能________；有酶催化時，發(fā)生化學反應需要的活化能________；a指________________。因此，酶催化作用的本質是__________________。(2)酶的化學本質是________________，酶起作用的部位是________________。答案(1)高低酶所降低的活化能降低化學反應的活化能(2)蛋白質或RNA細胞內或細胞外解析(1)從圖中可看出，沒有酶催化時，發(fā)生化學反應需要的活化能較高；有酶催化時，發(fā)生化學反應需要的活化能較低。因此，酶催化作用的實質是降低化學反應的活化能。(2)酶的化學本質是蛋白質或RNA，酶在細胞內外都能起作用。14．下列是關于酶促反應的實驗探究：(1)實驗步驟：①取3支試管并分別標為A、B、C，各加入等量的一定濃度的過氧化氫溶液，放入38℃恒溫水浴鍋中保溫。②向A中加入一定量的蒸餾水，B中加入等量的質量分數(shù)為3.5%的FeCl3溶液，C中加入等量的質量分數(shù)為20%的新鮮肝臟研磨液(所加試劑均經(jīng)過38℃恒溫水浴保溫)。③觀察各試管產(chǎn)生氣泡的速率。(2)請分析回答下列問題：①該實驗可以探究______________________________________________________________。②實驗開始后，B、C組產(chǎn)生氣泡的速率比A組快，但一段時間后都沒有氣泡產(chǎn)生，原因是_________________________________________________________________