資源簡(jiǎn)介

5.1 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶學(xué)案
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1. 說(shuō)明酶在細(xì)胞代謝中的作用。
2. 說(shuō)明酶的本質(zhì)。
3. 闡述活化能的概念，并用圖示法表示活化能的本質(zhì)。
4. 進(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn)和探究，學(xué)會(huì)控制自變量，觀察和檢測(cè)因變量的變化，以及設(shè)置對(duì)照組和重復(fù)實(shí)驗(yàn)。
【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】
重點(diǎn)：
1、酶在細(xì)胞代謝中的作用
2、控制變量的科學(xué)方法
難點(diǎn)：
1、酶通過(guò)降低化學(xué)反應(yīng)活化能，從而提高化學(xué)反應(yīng)速率的作用
2、控制變量的科學(xué)方法
【預(yù)習(xí)新知】
（一）酶在細(xì)胞代謝中的作用
1．細(xì)胞代謝
(1)場(chǎng)所：活細(xì)胞內(nèi)。
(2)實(shí)質(zhì)：各種化學(xué)反應(yīng)的總稱(chēng)。
(3)意義：細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。
2．比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解
(1)實(shí)驗(yàn)原理：H2O2在水浴加熱、FeCl3溶液中的Fe3＋和肝臟研磨液中過(guò)氧化氫酶的作用下加速分解。
(2)實(shí)驗(yàn)步驟：
編號(hào) 步驟　　 1 2 3 4
相同處理 向4支試管中分別加入2_mL過(guò)氧化氫溶液并放在試管架上
不同處理 不處理 放入90_℃左右的水浴中加熱 滴入2滴FeCl3溶液 滴入2滴肝臟研磨液
觀察 試管內(nèi)產(chǎn)生的氣泡數(shù)量 試管內(nèi)衛(wèi)生香燃燒程度
(3)實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)變量：
②因變量
(4)對(duì)照實(shí)驗(yàn)：
①含義：除了一個(gè)因素以外，其余因素都保持不變的實(shí)驗(yàn)。
②原則：除了要觀察的變量外，其他變量都應(yīng)當(dāng)始終保持相同。
（二）酶的本質(zhì)
1．探索過(guò)程
(1)1716年《康熙字典》收錄了酶字，并將“酶”解釋為“酒母也”。“酒母”就是現(xiàn)在所說(shuō)的酵母。
(2)巴斯德之前：發(fā)酵是純化學(xué)反應(yīng)，與生命活動(dòng)無(wú)關(guān)。
(4)畢希納(德國(guó))：獲得不含酵母細(xì)胞的提取液，他將酵母細(xì)胞中引起發(fā)酵的物質(zhì)稱(chēng)為釀酶。但未能分離鑒定出酶。
(5)薩姆納(美國(guó))：1926年用丙酮提取出了刀豆種子中的脲酶，并證明了其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。
(6)切赫和奧特曼(美國(guó))：20世紀(jì)80年代，發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有催化功能。
2．酶的概念
(1)合成場(chǎng)所：活細(xì)胞內(nèi)。
(2)化學(xué)本質(zhì)：具有催化作用的有機(jī)物，絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA。
（三）酶具有高效性
(1)含義：與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶的催化效率更高。
(2)意義：使細(xì)胞代謝快速進(jìn)行。
（四）酶具有專(zhuān)一性
(1)無(wú)機(jī)催化劑催化的化學(xué)反應(yīng)范圍比較廣。例如，酸既能催化蛋白質(zhì)水解，也能催化脂肪水解，還能催化淀粉水解。
(2)探究淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的水解作用
①實(shí)驗(yàn)原理：淀粉和蔗糖都是非還原糖。它們?cè)诿傅拇呋饔孟露寄芩獬蛇€原糖。還原糖能夠與斐林試劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成磚紅色的氧化亞銅沉淀。
②目的要求：探究淀粉酶是否只能催化特定的化學(xué)反應(yīng)。
③設(shè)計(jì)思路：
④實(shí)驗(yàn)步驟(思路一)：a.取兩支潔凈的試管，編上號(hào)，然后按照下列要求操作
b．輕輕振蕩兩支試管，使試管內(nèi)的液體混合均勻，然后將試管的下半部浸到60_℃左右的熱水中，保溫5 min。
c．取出兩支試管，各加入2 mL斐林試劑，振蕩混勻。
d．將兩支試管的下半部放進(jìn)盛有熱水的大燒杯中，用酒精燈加熱，煮沸1 min。
e．觀察兩支試管內(nèi)的溶液顏色變化。
⑤實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1號(hào)試管有磚紅色沉淀生成，說(shuō)明產(chǎn)生了還原糖，淀粉有水解；2號(hào)試管不出現(xiàn)磚紅色沉淀，說(shuō)明蔗糖沒(méi)有水解。
⑥實(shí)驗(yàn)結(jié)論：淀粉酶只催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶具有專(zhuān)一性。
(3)酶專(zhuān)一性含義：每一種酶只能催化一種或一類(lèi)化學(xué)反應(yīng)。例：過(guò)氧化氫酶只能催化過(guò)氧化氫分解。二肽酶能催化所有二肽水解。
(4)酶專(zhuān)一性意義：使細(xì)胞代謝有條不紊地進(jìn)行。
（五）酶的作用條件較溫和
1．溫度對(duì)酶活性的影響
(1)曲線分析
①在最適溫度條件下，酶的活性最高(如B點(diǎn))。溫度偏高或偏低，酶活性都會(huì)明顯降低。
②低溫(如A點(diǎn))影響酶的活性，但不會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，溫度升高后，酶仍能恢復(fù)活性。但高溫(如C點(diǎn))會(huì)導(dǎo)致酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使其永久失去活性。
③酶制劑適于在低溫下保存。
(2)各類(lèi)生物的最適溫度
動(dòng)物體內(nèi)的酶最適溫度在35～40_℃之間；植物體內(nèi)的酶最適溫度在40～50_℃之間；細(xì)菌和真菌體內(nèi)的酶最適溫度差別較大，有的酶最適溫度可高達(dá)70_℃。
2．pH對(duì)酶活性的影響
(1)曲線分析
①在最適pH條件下，酶活性最高(如E點(diǎn))。pH偏高和偏低，酶活性都會(huì)明顯下降。
②過(guò)酸(如D點(diǎn))、過(guò)堿(如F點(diǎn))都會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使酶永久失活。
(2)各類(lèi)生物的最適pH
動(dòng)物體內(nèi)的酶最適pH大多在6.5～8.0之間，但胃蛋白酶比較特殊(最適pH在1.5)；植物體內(nèi)的酶最適pH大多在4.5～6.5之間。
3．細(xì)胞中的各類(lèi)化學(xué)反應(yīng)之所以有序進(jìn)行，除了與酶的特性有關(guān)還與酶在細(xì)胞中的分布有關(guān)。
【鞏固訓(xùn)練】
1.酶具有極強(qiáng)的催化功能，其原因是( )
A.降低了反應(yīng)所需溫度 B.增加了反應(yīng)物間的接觸面
C.降低了反應(yīng)的活化能 D.調(diào)節(jié)了反應(yīng)所需的pH值
2.據(jù)報(bào)道，科學(xué)家從某深海生物體內(nèi)提取出一種“冷水酶”，加入這種酶的洗衣粉的去污能力比普通洗衣粉強(qiáng)。這說(shuō)明酶( )
A.具有專(zhuān)一性的特點(diǎn) B.具有多樣性的特點(diǎn)
C.具有高效性的特點(diǎn) D.易受酸堿度的影響
3.可溶性酸性蔗糖轉(zhuǎn)化酶存在于植物細(xì)胞的液泡中，能夠催化蔗糖轉(zhuǎn)化為己糖。為了研究影響該酶活性的因素，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：取適量該酶溶液置于pH為4.5的緩沖液中15min，酶活性喪失50%；再取等量該酶溶液，加入過(guò)量的蔗糖后置于pH為4.5的緩沖液中15min，酶活性?xún)H喪失3%。該實(shí)驗(yàn)研究的自變量是( )
A.反應(yīng)時(shí)間 B.底物 C.pH D.酶濃度
4.酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物，下列關(guān)于酶的敘述錯(cuò)誤的是( )
A.酶和無(wú)機(jī)催化劑都能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能
B.可利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液來(lái)驗(yàn)證酶的專(zhuān)一性
C.可利用過(guò)氧化氫和過(guò)氧化氫酶來(lái)探究pH對(duì)酶活性的影響
D.同一株植物體的不同組織細(xì)胞中合成的酶也可能是相同的
5.生物興趣小組擬進(jìn)行“探究溫度對(duì)淀粉酶活性影響”的實(shí)驗(yàn)。下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的敘述,正確的是( )
A.各個(gè)組別的溫度和pH都應(yīng)該相同且適宜
B.向淀粉溶液中加入酶液后再迅速調(diào)節(jié)溫度
C.可用碘液檢測(cè)來(lái)判斷最適溫度的大致范圍
D.反應(yīng)結(jié)束后的產(chǎn)物總量能夠表示酶的活性
6.實(shí)驗(yàn)小組為探究溫度對(duì)蔗糖酶活性的影響，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)步驟：①取6支試管，向每支試管中加入1mL一定濃度的蔗糖酶溶液；②向每支試管中加入1mL 0.25%蔗糖溶液，搖勻；③將6支試管分別置于0℃、20℃、30℃，40℃.50℃和70℃水浴中保溫10 min；④檢測(cè)反應(yīng)速率。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )
A.蔗糖水解的產(chǎn)物是單糖
B.各個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對(duì)照，屬于對(duì)比實(shí)驗(yàn)
C.應(yīng)將酶溶液與底物溶液先分別保溫再混合
D.一般用斐林試劑檢測(cè)反應(yīng)生成物的含量
7.某同學(xué)對(duì)蛋白酶TSS的最適催化條件開(kāi)展研究，結(jié)果見(jiàn)下表。下列分析錯(cuò)誤的是組別( )
組別 pH CaCl2 溫度（℃） 降解率（%）
① 9 + 90 38
② 9 + 70 88
③ 9 - 70 0
④ 7 + 70 58
⑤ 5 + 40 30
注：+/-分別表示有/無(wú)添加，反應(yīng)物為膠原蛋白。
A.結(jié)合①②組的相關(guān)變量分析，溫度為自變量
B.蛋白酶TSS的催化活性依賴(lài)于CaCl2
C.若探究該酶是否能水解其他反應(yīng)物，則還需補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)
D.該酶催化反應(yīng)的最適溫度為70℃，最適pH為9
8.多酶片為復(fù)方制劑，每片多酶片中含有胰酶300mg、胃蛋白酶13mg。簡(jiǎn)單的說(shuō)多酶片是一種助消化的藥物，主要用于消化不良。胃蛋白酶的化學(xué)本質(zhì)是( )
A.糖類(lèi) B.脂質(zhì) C.蛋白質(zhì) D.核酸
9.下列有關(guān)酶的敘述，錯(cuò)誤的是( )
A.酶的高效性是相對(duì)于無(wú)機(jī)催化劑而言的
B.適合淀粉酶催化反應(yīng)和保存的溫度不相同
C.胃蛋白酶能作為催化劑，也可作為化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物
D.蛋白酶可以水解種類(lèi)繁多的蛋白質(zhì)，說(shuō)明蛋白酶不具有專(zhuān)一性
10.在“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)中，有關(guān)敘述正確的是( )
A.比較肝臟研磨液和FcCl3溶液的催化效率時(shí)，二者可以用同一個(gè)滴管
B.過(guò)氧化氫酶提供了反應(yīng)過(guò)程中所必需的活化能
C.過(guò)氧化氫酶分子在催化反應(yīng)完成后立即被降解成氨基酸
D.利用H2O2溶液、FeCl3溶液、過(guò)氧化氫酶等材料，可以探究酶的高效性
參考答案
1.答案：C
解析：酶的作用機(jī)理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，由于與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的效果更顯著，因此酶具有極強(qiáng)的催化作用。故選：C。
2.答案：C
3.答案：B
解析：由題意“取適量該酶溶液置于pH為4.5的緩沖液中15min，酶活性喪失50%；再取等量該酶溶液，加入過(guò)量的蔗糖后置于pH為4.5的緩沖液中15min，酶活性?xún)H喪失3%”可知，該實(shí)驗(yàn)的自變量是底物，因變量是酶活性，反應(yīng)時(shí)間、酶濃度及量、蔗糖的濃度及量、pH為4.5的緩沖液等屬于無(wú)關(guān)變量，B正確，ACD錯(cuò)誤。
故選B。
4.答案：B
解析：A、酶和無(wú)機(jī)催化劑都能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，提高化學(xué)反應(yīng)速率，A正確;B、淀粉被淀粉酶分解成還原糖后加碘液不變藍(lán)，而蔗糖不分解時(shí)加碘液也不變藍(lán)色，所以不能用碘液來(lái)驗(yàn)證酶的專(zhuān)一性，B錯(cuò)誤;C、可利用過(guò)氧化氫和過(guò)氧化氫酶反應(yīng)探究pH對(duì)酶活性的影響，C正確;D、同一株植物體的不同組織細(xì)胞中合成的酶也可能是相同的，例如有氧呼吸作用所需的酶，D正確。
5.答案：C
解析：
6.答案：D
解析：A、蔗糖是由葡萄糖和果糖兩種單糖脫水縮合形成的，所以水解的產(chǎn)物是葡萄糖和果糖，A正確；
B、本實(shí)驗(yàn)沒(méi)有對(duì)照組，都是實(shí)驗(yàn)組，各個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對(duì)照，因此屬于對(duì)比實(shí)驗(yàn)，B正確；
C、應(yīng)將酶溶液與底物溶液先分別保溫再混合，避免混合時(shí)出現(xiàn)溫度誤差導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確，C正確；
D、用斐林試劑檢測(cè)葡萄糖和果糖時(shí)，常需要水浴加熱，而本實(shí)驗(yàn)中溫度是自變量，因此不能用斐林試劑檢測(cè)反應(yīng)生成物的含量，D錯(cuò)誤。
故選D。
7.答案：D
解析：分析①②組變量可知，pH均為9，都添加了CaCl2，溫度分別為90℃、70℃，故自變量為溫度，A正確；組別③沒(méi)有添加CaCl2，降解率為0，說(shuō)明該酶的催化活性依賴(lài)于CaCl2，B正確；該實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)物為膠原蛋白，要確定該酶能否水解其他反應(yīng)物還需補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)才能確定，C正確；②組酶的活性最高，此時(shí)pH為9，溫度為70℃，但由于分組較少，不能確定其最適溫度和最適pH，D錯(cuò)誤。
8.答案：C
解析：酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物，大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA，胃蛋白酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，C正確，ABD錯(cuò)誤。
9.答案：D
解析：A、與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低反應(yīng)活化能的作用更明顯，因此與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶的催化效率高得多，即酶的高效性是相對(duì)于無(wú)機(jī)催化劑而言的，A正確；
B、淀粉酶催化反應(yīng)的最適溫度在37℃左右，應(yīng)在低溫下進(jìn)行保存，即適合淀粉酶催化反應(yīng)和保存的溫度不相同，B正確；
C、胃蛋白酶能催化某些化學(xué)反應(yīng)，是這些反應(yīng)的催化劑，胃蛋白酶被分解時(shí)它又作為該反應(yīng)的反應(yīng)物，C正確；
D、蛋白酶可以水解種類(lèi)繁多的蛋白質(zhì)，說(shuō)明酶可以水解一類(lèi)化學(xué)反應(yīng)，體現(xiàn)了酶的專(zhuān)一性，D錯(cuò)誤。
故選D。
10.答案：D
解析：A、比較肝臟研磨液和FeCl3溶液的催化效率時(shí)，用同一支滴管滴加肝臟研磨液和FcCl3溶液，會(huì)引起滴加的量不同，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，A錯(cuò)誤； B、過(guò)氧化氫酶降低反應(yīng)過(guò)程中所需的活化能，B錯(cuò)誤；
C、過(guò)氧化氫酶分子在催化反應(yīng)完成后結(jié)構(gòu)不變，C錯(cuò)誤;
D、要證明酶具有高效性，應(yīng)該與無(wú)機(jī)催化劑比較，利用H2O2溶液、FCl3溶液、過(guò)氧化氫酶等材料，可以探究酶的高效性，D正確。
故選D。

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