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第三章　第一節(jié)　生命活動(dòng)需要酶和能源物質(zhì)
酶與酶促反應(yīng)
第1課時(shí)
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.概述酶的本質(zhì)及作用實(shí)質(zhì)。
2.闡明酶的特性。
3.探究酶催化的高效性和專一性。
一、酶的本質(zhì)及作用的實(shí)質(zhì)
內(nèi)容索引
課時(shí)對(duì)點(diǎn)練
二、酶的特性
一
酶的本質(zhì)及作用的實(shí)質(zhì)
教材梳理
1.酶的本質(zhì)
(1)酶本質(zhì)的探索歷程
①1857年，法國(guó)科學(xué)家_______證實(shí)酒精發(fā)酵是由_______引起的。
②1897年，德國(guó)科學(xué)家_______證明引起發(fā)酵的是_______________。
③1926年，美國(guó)科學(xué)家薩姆納分離并提純了脲酶結(jié)晶，并證明_________
_____。
④1936年，科學(xué)家制取蛋白酶結(jié)晶，確立___________的觀念。
⑤20世紀(jì)80年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)少數(shù)_____具有生物催化功能，并將其稱為_____。
巴斯德
畢希納
酵母菌所含的酶
酵母菌
脲酶是蛋
白質(zhì)
酶是蛋白質(zhì)
RNA
核酶
(2)酶的本質(zhì)：絕大多數(shù)是_______，少數(shù)是______。
2.酶的作用實(shí)質(zhì)
(1)酶促反應(yīng)：指由_______的化學(xué)反應(yīng)。
(2)活化能：在一定溫度下，分子從_____轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的_______所需的能量。
(3)活化分子
①概念：處于_______的分子稱為活化分子。
②規(guī)律：在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)體系中，活化分子越____，反應(yīng)速率就越___。
蛋白質(zhì)
RNA
酶催化
基態(tài)
過渡態(tài)
過渡態(tài)
多
快
③增多途徑
a.___________等方法。
b.使用_______降低活化能。
(4)酶催化作用實(shí)質(zhì)：降低生化反應(yīng)所需的_______，使生化反應(yīng)在_____
_____水平上進(jìn)行，從而加快生化反應(yīng)。
(5)酶的催化作用通常是在常溫、常壓下進(jìn)行的。酶是由_______產(chǎn)生的，一般在___________均具有催化活性。
加熱或光照
催化劑
活化能
較低
能量
活細(xì)胞
細(xì)胞內(nèi)、外
(1)酶的基本組成單位都是氨基酸(　　)
(2)酶可以通過食物直接獲取(　　)
(3)酶一定能夠使化學(xué)反應(yīng)的速率加快(　　)
×
×
×
任務(wù)一：酶催化作用的實(shí)質(zhì)
如圖表示催化劑降低化學(xué)反應(yīng)活化能的示
意圖。
(1)無(wú)催化劑時(shí)，反應(yīng)所需要的活化能是多
少(用圖中字母表示，下同)？有無(wú)機(jī)催化
劑時(shí)，反應(yīng)所需要的活化能是多少？有酶催化時(shí)，反應(yīng)所需要的活化能又是多少？與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用有什么特點(diǎn)？
核心探討
提示　DA。DB。DC。與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，催化效率更高。
(2)酶是否為化學(xué)反應(yīng)提供能量？酶加快反應(yīng)速率的機(jī)理是什么？
提示　酶不能為化學(xué)反應(yīng)提供能量。酶是通過降低生化反應(yīng)所需的活化能來(lái)加快反應(yīng)速率的。
核心歸納
酶相關(guān)分析
化學(xué)本質(zhì) 絕大多數(shù)是蛋白質(zhì) 少數(shù)是RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
合成場(chǎng)所 核糖體 細(xì)胞核(真核生物)
作用場(chǎng)所 細(xì)胞內(nèi)、外或生物體外均可起作用 作用原理 降低化學(xué)反應(yīng)活化能 來(lái)源 活細(xì)胞 生理功能 具有生物催化作用 1.(2023·江蘇南通高一月考)下列有關(guān)酶的敘述，不正確的是
A.所有酶都含有C、H、O、N四種元素，是由單體組成的生物大分子
B.有些酶和相應(yīng)的化學(xué)試劑作用呈現(xiàn)紫色反應(yīng)
C.活細(xì)胞產(chǎn)生酶的場(chǎng)所都是細(xì)胞質(zhì)中的核糖體
D.催化反應(yīng)前后酶的性質(zhì)和數(shù)量不變
典題應(yīng)用
√
有些酶是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)和雙縮脲試劑作用呈現(xiàn)紫色反應(yīng)，B正確；
活細(xì)胞產(chǎn)生酶，酶大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA，蛋白質(zhì)的合成場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)中的核糖體，RNA的合成場(chǎng)所主要是細(xì)胞核，C錯(cuò)誤。
2.(2023·江蘇徐州高一檢測(cè))如圖曲線是同一反應(yīng)的酶促反應(yīng)和非酶促反應(yīng)曲線，下列相關(guān)敘述正確的是
A.E1是酶促反應(yīng)的活化能，
a和c曲線是酶促反應(yīng)曲線
B.E2是酶促反應(yīng)的活化能，
b和c曲線是酶促反應(yīng)曲線
C.E3是酶促反應(yīng)的活化能，b和c曲線是酶促反應(yīng)曲線
D.E2是酶促反應(yīng)的活化能，a和c曲線是酶促反應(yīng)曲線
√
酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有生物催化作用的
有機(jī)物，酶之所以能夠加快化學(xué)反應(yīng)速率，
是因?yàn)槊改軌蚪档突瘜W(xué)反應(yīng)的活化能。分
析曲線可知，E2和E3是化學(xué)反應(yīng)所需要的
活化能，由于酶可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化
能，因此E2是酶促反應(yīng)所需要的活化能，
對(duì)應(yīng)的a、c曲線是酶促反應(yīng)曲線；E3是非
酶促反應(yīng)所需要的活化能，對(duì)應(yīng)的b、d曲線是非酶促反應(yīng)曲線。
二
酶的特性
編號(hào) 加入物質(zhì) 處理 現(xiàn)象
1 3 mL體積分?jǐn)?shù)為3%的_______溶液 滴入等量蒸餾水 基本無(wú)氣泡，木條_______
2 滴入等量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的FeCl3溶液 有______氣泡，木條復(fù)燃
3 滴入等量新鮮______ ____(含過氧化氫酶) 有_____氣泡，木條猛烈燃燒
教材梳理
1.探究酶的高效性
(1)過程
H2O2
不復(fù)燃
較多
酵母菌
液
更多
(2)結(jié)論：酶具有______作用，且與無(wú)機(jī)催化劑相比具有_______。
催化
高效性
2.酶具有專一性
(1)含義：一種酶只能催化___________生化反應(yīng)。
(2)專一性機(jī)制：酶催化作用的專一性與酶的_________和__________在空間結(jié)構(gòu)上有特殊的匹配關(guān)系相關(guān)，當(dāng)____的活性中心與________結(jié)合時(shí)，就啟動(dòng)了化學(xué)反應(yīng)。
一種或一類
活性中心
底物分子
酶
底物分子
試管編號(hào) 1 2
可溶性淀粉溶液 2 mL －
蔗糖溶液 － 2 mL
淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
37 ℃保溫5 min 新配制的 斐林試劑 2 mL 2 mL
水浴加熱1 min 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 _______________ ________________
實(shí)驗(yàn)結(jié)論 酶具有專一性 (3)證明酶具有專一性的實(shí)驗(yàn)。
有磚紅色沉淀
沒有磚紅色沉淀
(1)蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)的水解而不能催化淀粉的水解，這一現(xiàn)象體現(xiàn)了酶的專一性(　　)
(2)由于酶在化學(xué)反應(yīng)前后性質(zhì)和數(shù)量沒有改變，所以酶具有高效性
(　　)
(3)酶的專一性與酶的活性中心和底物分子在空間結(jié)構(gòu)上有特殊的匹配關(guān)系相關(guān)(　　)
×
√
√
任務(wù)二：分析酶的特性
1.資料　1913年生物化學(xué)家提出了酶的中間產(chǎn)物學(xué)說。他們認(rèn)為：酶降低活化能的原因是酶參加了反應(yīng)，即酶分子與底物分子先結(jié)合形成不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物(中間結(jié)合物)，這個(gè)中間產(chǎn)物不僅容易生成，而且容易分解出產(chǎn)物，釋放出原來(lái)的酶。如果以E表示酶，S表示底物，ES表示中間產(chǎn)物，P表示反應(yīng)終產(chǎn)物，其反應(yīng)過程可表示如下：E＋S→ES→E＋P。
中間產(chǎn)物學(xué)說解釋了酶的作用有什么特點(diǎn)？
核心探討
提示　該學(xué)說認(rèn)為酶參與了底物的反應(yīng)，生成了不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，因而使反應(yīng)沿著活化能較低的途徑迅速進(jìn)行，因此該學(xué)說解釋了酶的高效性。
2.根據(jù)圖示分析：
圖中的A表示的是_____反應(yīng)，B表示的是_____反應(yīng)。其中A不能表示麥芽糖的合成過程，原因是_________________________________________
__________________________。在B中如果將底物換成另一種物質(zhì)，一般不能與酶的活性中心結(jié)合，這體現(xiàn)了酶具有______。
合成
分解
麥芽糖是由兩個(gè)葡萄糖分子聚合而成，但A中
的兩個(gè)底物不是同一種物質(zhì)
專一性
3.酶和無(wú)機(jī)催化劑都能催化化學(xué)反應(yīng)。與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶所特有的是
A.能為反應(yīng)物提供能量
B.能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能
C.所有的酶都是蛋白質(zhì)
D.催化化學(xué)反應(yīng)更高效
典題應(yīng)用
√
4.(多選)(2022·江蘇徐州高一期末)如圖表示某類酶作用的模型。下列相關(guān)敘述不正確的是
A.酶只能在活細(xì)胞中發(fā)揮
催化作用
B.圖中模型可用來(lái)解釋酶的催化具有高效性
C.圖中A表示酶，反應(yīng)前后化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生變化
D.酶的作用實(shí)質(zhì)是提供化學(xué)反應(yīng)的活化能
√
√
√
在細(xì)胞內(nèi)或外，只要條件適宜，酶都能發(fā)揮作用，A錯(cuò)誤；
圖示中A表示某種酶，B表示底物，C和D表示水解產(chǎn)物，該模型可以解釋酶的專一性，B錯(cuò)誤；
酶作用的機(jī)理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，D錯(cuò)誤。
網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建第一節(jié)　生命活動(dòng)需要酶和能源物質(zhì)
第1課時(shí)　酶與酶促反應(yīng)
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.概述酶的本質(zhì)及作用實(shí)質(zhì)。
2.闡明酶的特性。
3.探究酶催化的高效性和專一性。
一、酶的本質(zhì)及作用的實(shí)質(zhì)
1．酶的本質(zhì)
(1)酶本質(zhì)的探索歷程
①1857年，法國(guó)科學(xué)家巴斯德證實(shí)酒精發(fā)酵是由酵母菌引起的。
②1897年，德國(guó)科學(xué)家畢希納證明引起發(fā)酵的是酵母菌所含的酶。
③1926年，美國(guó)科學(xué)家薩姆納分離并提純了脲酶結(jié)晶，并證明脲酶是蛋白質(zhì)。
④1936年，科學(xué)家制取蛋白酶結(jié)晶，確立酶是蛋白質(zhì)的觀念。
⑤20世紀(jì)80年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA具有生物催化功能，并將其稱為核酶。
(2)酶的本質(zhì)：絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA。
2．酶的作用實(shí)質(zhì)
(1)酶促反應(yīng)：指由酶催化的化學(xué)反應(yīng)。
(2)活化能：在一定溫度下，分子從基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過渡態(tài)所需的能量。
(3)活化分子
①概念：處于過渡態(tài)的分子稱為活化分子。
②規(guī)律：在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)體系中，活化分子越多，反應(yīng)速率就越快。
③增多途徑
a．加熱或光照等方法。
b．使用催化劑降低活化能。
(4)酶催化作用實(shí)質(zhì)：降低生化反應(yīng)所需的活化能，使生化反應(yīng)在較低能量水平上進(jìn)行，從而加快生化反應(yīng)。
(5)酶的催化作用通常是在常溫、常壓下進(jìn)行的。酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的，一般在細(xì)胞內(nèi)、外均具有催化活性。
判斷正誤
(1)酶的基本組成單位都是氨基酸(　　)
(2)酶可以通過食物直接獲取(　　)
(3)酶一定能夠使化學(xué)反應(yīng)的速率加快(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×
任務(wù)一：酶催化作用的實(shí)質(zhì)
如圖表示催化劑降低化學(xué)反應(yīng)活化能的示意圖。
(1)無(wú)催化劑時(shí)，反應(yīng)所需要的活化能是多少(用圖中字母表示，下同)？有無(wú)機(jī)催化劑時(shí)，反應(yīng)所需要的活化能是多少？有酶催化時(shí)，反應(yīng)所需要的活化能又是多少？與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用有什么特點(diǎn)？
提示　DA。DB。DC。與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，催化效率更高。
(2)酶是否為化學(xué)反應(yīng)提供能量？酶加快反應(yīng)速率的機(jī)理是什么？
提示　酶不能為化學(xué)反應(yīng)提供能量。酶是通過降低生化反應(yīng)所需的活化能來(lái)加快反應(yīng)速率的。
　酶相關(guān)分析
化學(xué)本質(zhì) 絕大多數(shù)是蛋白質(zhì) 少數(shù)是RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
合成場(chǎng)所 核糖體 細(xì)胞核(真核生物)
作用場(chǎng)所 細(xì)胞內(nèi)、外或生物體外均可起作用
作用原理 降低化學(xué)反應(yīng)活化能
來(lái)源 活細(xì)胞
生理功能 具有生物催化作用
1．(2023·江蘇南通高一月考)下列有關(guān)酶的敘述，不正確的是(　　)
A．所有酶都含有C、H、O、N四種元素，是由單體組成的生物大分子
B．有些酶和相應(yīng)的化學(xué)試劑作用呈現(xiàn)紫色反應(yīng)
C．活細(xì)胞產(chǎn)生酶的場(chǎng)所都是細(xì)胞質(zhì)中的核糖體
D．催化反應(yīng)前后酶的性質(zhì)和數(shù)量不變
答案　C
解析　有些酶是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)和雙縮脲試劑作用呈現(xiàn)紫色反應(yīng)，B正確；活細(xì)胞產(chǎn)生酶，酶大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA，蛋白質(zhì)的合成場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)中的核糖體，RNA的合成場(chǎng)所主要是細(xì)胞核，C錯(cuò)誤。
2．(2023·江蘇徐州高一檢測(cè))如圖曲線是同一反應(yīng)的酶促反應(yīng)和非酶促反應(yīng)曲線，下列相關(guān)敘述正確的是(　　)
　
A．E1是酶促反應(yīng)的活化能，a和c曲線是酶促反應(yīng)曲線
B．E2是酶促反應(yīng)的活化能，b和c曲線是酶促反應(yīng)曲線
C．E3是酶促反應(yīng)的活化能，b和c曲線是酶促反應(yīng)曲線
D．E2是酶促反應(yīng)的活化能，a和c曲線是酶促反應(yīng)曲線
答案　D
解析　酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有生物催化作用的有機(jī)物，酶之所以能夠加快化學(xué)反應(yīng)速率，是因?yàn)槊改軌蚪档突瘜W(xué)反應(yīng)的活化能。分析曲線可知，E2和E3是化學(xué)反應(yīng)所需要的活化能，由于酶可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，因此E2是酶促反應(yīng)所需要的活化能，對(duì)應(yīng)的a、c曲線是酶促反應(yīng)曲線；E3是非酶促反應(yīng)所需要的活化能，對(duì)應(yīng)的b、d曲線是非酶促反應(yīng)曲線。
二、酶的特性
1．探究酶的高效性
(1)過程
編號(hào) 加入物質(zhì) 處理 現(xiàn)象
1 3 mL體積分?jǐn)?shù)為3%的H2O2溶液 滴入等量蒸餾水 基本無(wú)氣泡，木條不復(fù)燃
2 滴入等量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的FeCl3溶液 有較多氣泡，木條復(fù)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(jié)論：酶具有催化作用，且與無(wú)機(jī)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(yīng)。
(2)專一性機(jī)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(jié)構(gòu)上有特殊的匹配關(guān)系相關(guān)，當(dāng)酶的活性中心與底物分子結(jié)合時(shí)，就啟動(dòng)了化學(xué)反應(yīng)。
(3)證明酶具有專一性的實(shí)驗(yàn)。
試管編號(hào) 1 2
可溶性淀粉溶液 2 mL －
蔗糖溶液 － 2 mL
淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
37 ℃保溫5 min
新配制的 斐林試劑 2 mL 2 mL
水浴加熱1 min
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 有磚紅色沉淀 沒有磚紅色沉淀
實(shí)驗(yàn)結(jié)論 酶具有專一性
判斷正誤
(1)蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)的水解而不能催化淀粉的水解，這一現(xiàn)象體現(xiàn)了酶的專一性(　　)
(2)由于酶在化學(xué)反應(yīng)前后性質(zhì)和數(shù)量沒有改變，所以酶具有高效性(　　)
(3)酶的專一性與酶的活性中心和底物分子在空間結(jié)構(gòu)上有特殊的匹配關(guān)系相關(guān)(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)√
任務(wù)二：分析酶的特性
1．資料　1913年生物化學(xué)家提出了酶的中間產(chǎn)物學(xué)說。他們認(rèn)為：酶降低活化能的原因是酶參加了反應(yīng)，即酶分子與底物分子先結(jié)合形成不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物(中間結(jié)合物)，這個(gè)中間產(chǎn)物不僅容易生成，而且容易分解出產(chǎn)物，釋放出原來(lái)的酶。如果以E表示酶，S表示底物，ES表示中間產(chǎn)物，P表示反應(yīng)終產(chǎn)物，其反應(yīng)過程可表示如下：E＋S→ES→E＋P。
中間產(chǎn)物學(xué)說解釋了酶的作用有什么特點(diǎn)？
提示　該學(xué)說認(rèn)為酶參與了底物的反應(yīng)，生成了不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，因而使反應(yīng)沿著活化能較低的途徑迅速進(jìn)行，因此該學(xué)說解釋了酶的高效性。
2．根據(jù)圖示分析：
圖中的A表示的是合成反應(yīng)，B表示的是分解反應(yīng)。其中A不能表示麥芽糖的合成過程，原因是麥芽糖是由兩個(gè)葡萄糖分子聚合而成，但A中的兩個(gè)底物不是同一種物質(zhì)。在B中如果將底物換成另一種物質(zhì)，一般不能與酶的活性中心結(jié)合，這體現(xiàn)了酶具有專一性。
3．酶和無(wú)機(jī)催化劑都能催化化學(xué)反應(yīng)。與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶所特有的是(　　)
A．能為反應(yīng)物提供能量
B．能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能
C．所有的酶都是蛋白質(zhì)
D．催化化學(xué)反應(yīng)更高效
答案　D
4．(多選)(2022·江蘇徐州高一期末)如圖表示某類酶作用的模型。下列相關(guān)敘述不正確的是(　　)
A．酶只能在活細(xì)胞中發(fā)揮催化作用
B．圖中模型可用來(lái)解釋酶的催化具有高效性
C．圖中A表示酶，反應(yīng)前后化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生變化
D．酶的作用實(shí)質(zhì)是提供化學(xué)反應(yīng)的活化能
答案　ABD
解析　在細(xì)胞內(nèi)或外，只要條件適宜，酶都能發(fā)揮作用，A錯(cuò)誤；圖示中A表示某種酶，B表示底物，C和D表示水解產(chǎn)物，該模型可以解釋酶的專一性，B錯(cuò)誤；酶作用的機(jī)理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，D錯(cuò)誤。

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