2018-2019版高中生物 第三章 細胞的代謝 第三節(jié) 酶 第1課時學(xué)案 浙科版必修1.doc

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第1課時　酶的發(fā)現(xiàn)、酶是生物催化劑及酶的催化效率 知識內(nèi)容 學(xué)考要求 選考要求 酶的發(fā)現(xiàn)過程 a a 酶的本質(zhì)、特性及其在細胞代謝中的作用 b b 學(xué)習(xí)導(dǎo)航 (1)描述酶的發(fā)現(xiàn)過程并說明酶的本質(zhì)。(2)闡述酶在代謝中的作用。 方式一　2011年3月23日，在上海舉行的中國國際食品添加劑和配料展上，帝斯曼展出了一系列酶制劑產(chǎn)品，以幫助食品生產(chǎn)廠商節(jié)能減排。該公司推出的PanamoreSpring產(chǎn)品與其他乳化劑相比，能降低生產(chǎn)過程中近80%的碳排放量；微生物磷脂酶CakeZyme產(chǎn)品能使食品廠商在生產(chǎn)蛋糕等食品中節(jié)省20%的雞蛋用量，延長保質(zhì)期；高性能酶制劑RapidaseFPSuper能有效避免新鮮水果在經(jīng)過機械或熱處理加工后產(chǎn)生的不良副作用，改善口感。酶在人們的生活中越來越重要，那么酶具有什么作用？酶的化學(xué)本質(zhì)又是什么呢？ 方式二　我們知道，很多化學(xué)反應(yīng)在有催化劑存在的時候會改變反應(yīng)的速率，這在工業(yè)生產(chǎn)中已得到廣泛的應(yīng)用。生物體內(nèi)也時刻發(fā)生著生化反應(yīng)，這些反應(yīng)也需要催化劑，生物體內(nèi)的催化劑是酶。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、酶的發(fā)現(xiàn)、酶是生物催化劑 1．酶的發(fā)現(xiàn) (1)18世紀(jì)末：斯帕蘭扎尼證明鷹胃液中有一種能消化肉的物質(zhì)。 (2)19世紀(jì) (3)1897年：畢希納發(fā)現(xiàn)促使酒精發(fā)酵的是酶。 (4)1926年：薩母納爾分離得到脲酶結(jié)晶，才弄明白酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)。 2．酶的本質(zhì) (1)合成場所：活細胞內(nèi)。 (2)化學(xué)本質(zhì)：具有催化作用的有機物，絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，極少數(shù)是RNA。 3．酶是生物催化劑 (1)特點：促使反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)變化，本身卻不發(fā)生化學(xué)變化。 (2)底物：受酶催化而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的分子叫底物。 (3)酶催化底物反應(yīng)的機理 ①“鑰匙與鎖”的原理 ②酶促反應(yīng)過程 底物＋酶→酶－底物復(fù)合物→復(fù)合物形狀發(fā)生一定變化→酶＋產(chǎn)物。 4．酶的活性：酶作用的強弱可用酶活性表示。 歸納總結(jié)　 1．酶的本質(zhì)及生理功能 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 合成場所 核糖體 細胞核(真核生物) 來源 一般來說，活細胞都能產(chǎn)生酶 作用場所 細胞內(nèi)、外或生物體外均可 生理功能 具有生物催化作用 作用原理 降低化學(xué)反應(yīng)的活化能 2.酶的本質(zhì)的實驗驗證 組別 證明酶是蛋白質(zhì) 證明酶是RNA 實驗設(shè)計 結(jié)果 實驗設(shè)計 結(jié)果 實驗組 待測酶液＋雙縮脲試劑 是否出現(xiàn)紫色 待測酶液＋派洛寧試劑 是否出現(xiàn)紅色 對照組 已知蛋白質(zhì)＋雙縮脲試劑 出現(xiàn)紫色 已知RNA液＋派洛寧試劑 出現(xiàn)紅色 3.酶與無機催化劑的比較 (1)共同點：可以促使反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)變化，加快反應(yīng)速率，但酶本身并不發(fā)生化學(xué)變化。 (2)不同點：無機催化劑一般需要在高溫、高壓的條件下才起催化作用，而酶在生物體內(nèi)發(fā)生催化作用，是在溫和的條件下進行的。 例1　(2017嘉興3月模擬)下圖是某種酶催化底物發(fā)生反應(yīng)的過程示意圖，下列敘述錯誤的是(　　) A．圖示反應(yīng)過程還有水的產(chǎn)生 B．該圖能體現(xiàn)酶催化作用的專一性 C．底物與酶能否結(jié)合與酶的結(jié)構(gòu)有關(guān) D．酶在催化過程中的形狀改變是不可逆的 答案　D 解析　圖示為酶催化的氨基酸的脫水縮合過程，產(chǎn)物是二肽和水，A正確；酶的催化作用具有專一性；B正確；底物與酶能否結(jié)合與酶的結(jié)構(gòu)有關(guān)，C正確；酶在催化過程中的形狀改變是可逆的，D錯誤。 例2　下列有關(guān)酶的敘述正確的是(　　) ①酶是具有分泌功能的細胞產(chǎn)生的?、谟械膹氖澄镏蝎@得，有的是體內(nèi)轉(zhuǎn)化而來　③酶是活細胞產(chǎn)生的?、芙^大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)?、萦械拿甘堑鞍踪|(zhì)，有的是固醇　⑥酶在代謝中有多種功能?、呙冈谛玛惔x和生殖發(fā)育中起調(diào)控作用?、嗝钢皇瞧鸫呋饔谩、崦钢辉诩毎麅?nèi)發(fā)揮作用 A．①②⑤ B．③⑦⑨ C．③④⑧ D．④⑤⑥ 答案　C 解析　酶是由活細胞產(chǎn)生的具有催化功能的有機物，絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶為RNA。酶只起催化功能，在個體發(fā)育中起調(diào)控作用的是激素。 歸納提升　酶的產(chǎn)生部位、本質(zhì)、功能和特性 項目 錯誤說法 解釋 產(chǎn)生場所 具有分泌功能的細胞 活細胞(哺乳動物成熟紅細胞等極少數(shù)特殊細胞除外) 化學(xué)本質(zhì) 蛋白質(zhì) 有機物(大多數(shù)為蛋白質(zhì)，少數(shù)為RNA) 作用場所 只在細胞內(nèi)起催化作用 可在細胞內(nèi)、細胞外、體外發(fā)揮作用 溫度影響 低溫和高溫均使酶變性失活 低溫只抑制酶的活性，不會使酶變性失活 作用 酶具有催化、調(diào)節(jié)等多種功能 酶只有催化功能 來源 有的可來自食物等 酶只能在細胞內(nèi)合成 二、酶的催化活性極高 1．酶的催化效率實驗 (1)實驗原理 過氧化氫在自然條件下分解緩慢，用新鮮的肝臟研磨液和二氧化錳的方法使過氧化氫分解，通過觀察氣泡數(shù)目和比較對衛(wèi)生香的助燃程度可以了解過氧化氫酶的催化效率。 (2)實驗流程及結(jié)論 試管編號 1 2 H2O2溶液 3 mL 3 mL MnO2 少許 － 雞肝勻漿 － 少許 氣泡釋放量 較多 多 衛(wèi)生香燃燒 較強 劇烈 結(jié)論 酶具有高效性 2.酶具有高效性 酶的催化效率遠高于無機催化劑，酶具有高效性。 歸納總結(jié)　觀察下列酶的實驗，總結(jié)相關(guān)問題： (1)上述反應(yīng)中的自變量是催化劑的種類。 (2)上述實驗證明了酶具有高效性。 (3)從蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和特點方面分析，在過酸、過堿或溫度過高的條件下，使蛋白質(zhì)變性失活，故應(yīng)在低溫和適宜pH下保存酶。 (4)低溫→適宜溫度，酶活性恢復(fù)；過高溫度→適宜溫度，酶活性不會恢復(fù)。 例3　如圖所示分別向4支各盛有5 mL過氧化氫溶液的試管內(nèi)加入肝或砂子。在這個實驗中，試管A放氧相對緩慢，試管C和D不放氧。請回答下列問題： (1)肝臟中有什么物質(zhì)能引起過氧化氫釋放氧氣？________________。理由是____________ ________________________________________。 (2)為什么用煮沸冷卻的肝作對照要比用砂子作對照更好一些？________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)為什么試管B放氧速度比試管A快？ ________________________________________________________________________。 答案　(1)過氧化氫酶　過氧化氫酶能催化過氧化氫分解成H2O和O2 (2)煮沸冷卻的肝中同樣含有過氧化氫酶，但已失去活性，這樣遵循了單一變量原則 (3)將肝碾碎，過氧化氫酶容易釋放出來，以增大與反應(yīng)物的接觸面積 例4　(2017浙江北侖中學(xué)高一模擬)下圖表示過氧化氫被分解的曲線，說明酶具有(　　) ①酶需要與底物結(jié)合才能起催化作用?、诟咝浴、鄞呋匦浴、苊副旧聿话l(fā)生化學(xué)變化 A．①② B．② C．②③ D．①②④ 答案　C 解析　從上圖可知，加入過氧化氫酶和MnO2都會加快反應(yīng)速度，表明酶具有催化特性。 加入過氧化氫酶比加入MnO2反應(yīng)速度更快，表明酶具有高效性。 思維啟迪　(1)催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)的速率。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(xué)平衡所需的時間，但不會改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點。  1．下列有關(guān)酶的發(fā)現(xiàn)過程敘述，錯誤的是(　　) A．斯帕蘭扎尼做了一個巧妙的實驗，發(fā)現(xiàn)了化學(xué)消化 B．巴斯德和李比希的觀點既有積極意義，又有其局限性 C．畢希納認為酵母細胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母細胞破碎后繼續(xù)起催化作用 D．薩母納爾認為酶多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA 答案　D 解析　薩母納爾認為酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，并且證明了脲酶是能夠分解尿素的蛋白質(zhì)。 2．(2017浙江新高考聯(lián)盟二模)下列有關(guān)酶的敘述，正確的是(　　) A．酶只能在細胞內(nèi)起催化作用 B．高溫和低溫都使酶失去活性 C．酶在催化過程中會發(fā)生形狀改變 D．催化ATP合成與水解的酶相同 答案　C 解析　有的酶可在細胞外起作用，如唾液淀粉酶可將淀粉在細胞外催化水解，A錯誤；高溫會改變酶的空間結(jié)構(gòu)從而使酶失活，而酶在低溫下其活性受到抑制，其空間結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變，B錯誤；酶在催化化學(xué)反應(yīng)前后，其性質(zhì)和數(shù)量沒有改變，但酶在催化過程中會發(fā)生結(jié)構(gòu)的改變(與底物結(jié)合形成酶—底物復(fù)合物)，反應(yīng)完成后再恢復(fù)，C正確；酶具有專一性，催化ATP合成的酶為ATP合成酶，催化ATP水解的酶為ATP水解酶，二者不相同，D錯誤。 3．下圖表示人體內(nèi)某個化學(xué)反應(yīng)，下列關(guān)于酶的敘述正確的是(　　) A．圖中a表示酶，a一定是RNA B．圖中b表示酶，b一定是蛋白質(zhì) C．圖中a表示酶，a一定是有機物 D．圖中a表示酶，a只能在人體內(nèi)起作用 答案　C 解析　酶是生物催化劑，它具有一般催化劑的特性，反應(yīng)前后本身不發(fā)生變化，從圖中可判斷出這一特點。酶的化學(xué)本質(zhì)是有機物，大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA。酶的催化作用需要適宜的條件，條件具備時在人體外也可以發(fā)揮催化作用。 4．(2017寧波十校9月聯(lián)考)下列關(guān)于生物體內(nèi)酶的敘述，正確的是(　　) A．低溫能破壞酶的分子結(jié)構(gòu)從而抑制酶的活性 B．酶的合成不一定在核糖體上進行 C．同一個體各種體細胞中酶的種類相同、數(shù)量不同，代謝不同 D．對于一個細胞來說，酶的種類和數(shù)量不會發(fā)生變化 答案　B 解析　低溫能抑制酶的活性，但不會破壞酶的空間結(jié)構(gòu)，A錯誤；酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)或RNA，其中只有蛋白質(zhì)類的酶是在核糖體上以氨基酸為原料合成的，RNA的合成場所在細胞核，B正確；同一個體的各種體細胞中酶的種類不同、數(shù)量不同，代謝不同，C錯誤；對于一個細胞來說，酶的種類和數(shù)量會發(fā)生變化，如細胞分化后，細胞中酶的種類和數(shù)量會發(fā)生改變，D錯誤。 5．圖甲表示酶催化反應(yīng)過程的示意圖，圖乙表示在最適溫度下該酶促反應(yīng)生成氨基酸的量與時間的關(guān)系曲線。下列敘述錯誤的是(　　) A．圖甲中b表示二肽 B．圖甲中a與b結(jié)合后，a的形狀會發(fā)生變化 C．適當(dāng)降低溫度，圖乙中得M值不變 D．圖乙中c～d段形成的主要原因是酶的數(shù)量有限 答案　D 解析　圖甲中分解得到的產(chǎn)物是2分子氨基酸，因此b表示二肽，A正確；圖甲中a酶與b底物結(jié)合后，a酶的形狀會發(fā)生變化，B正確；適當(dāng)降低溫度，影響的是酶的催化效率，但不改變反應(yīng)的平衡點，圖乙中的M值不變，C正確；圖乙中c～d段形成的主要原因是底物數(shù)量有限，D錯誤。 [基礎(chǔ)達標(biāo)] 1．下列關(guān)于酶本質(zhì)的研究，按研究時間的先后順序，排列正確的是(　　) ①證明了脲酶是一種蛋白質(zhì) ②酒精發(fā)酵需要活細胞的參與 ③發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化功能 ④人們認識到釀酒就是讓糖類通過發(fā)酵變成酒精和二氧化碳 ⑤用不含酵母菌的酵母提取液進行發(fā)酵獲得成功，證明生物體內(nèi)的催化反應(yīng)也可在體外進行 A．④②⑤①③ B．③④⑤②① C．①⑤④②③ D．③④①②⑤ 答案　A 解析　關(guān)于酶的探索過程首先是對釀酒中的化學(xué)反應(yīng)開始研究的，依次經(jīng)過巴斯德和李比希、畢希納、薩母納爾等科學(xué)家的研究，最終認識到生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)由酶起催化作用，且酶是蛋白質(zhì)；后來切赫和奧特曼發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有催化作用。 2．如圖是驗證“酶的催化效率”活動的示意圖。甲、乙兩試管中發(fā)生的現(xiàn)象可證明酶具有(　　) A．高效性 B．專一性 C．多樣性 D．易變性 答案　A 解析　用含有過氧化氫酶的鮮肝勻漿與二氧化錳對比催化過氧化氫的分解速率，可以證明酶的高效性。 3．胰蛋白酶在水解過程中，通常能得到多肽，最后能得到氨基酸，這說明(　　) A．胰蛋白酶是由活細胞產(chǎn)生的 B．胰蛋白酶是生物催化劑 C．胰蛋白酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì) D．胰蛋白酶的基本組成單位是多肽 答案　C 解析　氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位，在水解大多數(shù)酶的過程中，通常得到多肽，最后能得到氨基酸，這說明胰蛋白酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。 4．(2017諸暨牌頭中學(xué)期末)下列關(guān)于過氧化氫酶的敘述，不正確的是(　　) A．過氧化氫酶本質(zhì)上是蛋白質(zhì) B．過氧化氫酶可以在條件適宜的情況下被蛋白酶水解 C．二氧化錳和過氧化氫酶都能加速過氧化氫的分解反應(yīng) D．過氧化氫酶可以使過氧化氫分解產(chǎn)生更多的氣體 答案　D 解析　過氧化氫酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，故A正確；酶具有專一性，所以在適宜條件下過氧化氫酶可以被蛋白酶水解，故B正確；無機催化劑和過氧化氫酶都可以催化過氧化氫的分解，所以都可以加速過氧化氫的分解反應(yīng)，故C正確；過氧化氫酶只是加快了過氧化氫分解的速率但不能增加產(chǎn)量，故D錯誤。 5．在過氧化氫酶溶液中加入雙縮脲試劑，其結(jié)果應(yīng)該是(　　) A．產(chǎn)生氣泡 B．溶液呈藍色 C．溶液呈紫色 D．產(chǎn)生紅黃色沉淀 答案　C 解析　過氧化氫酶的本質(zhì)為蛋白質(zhì)，能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應(yīng)。 6．人的血液中碳酸酐酶的一個分子每分鐘可催化分解1 900萬個碳酸分子，這說明酶具有的特性是(　　) A．多樣性 B．專一性 C．催化活性受溫度、酸堿度的影響 D．高效性 答案　D [能力提升] 7．甲、乙兩種酶用同一種蛋白酶處理，酶活性與處理時間的關(guān)系如圖所示。下列分析錯誤的是(　　) A．甲酶能夠抗該種蛋白酶降解 B．甲酶不可能是具有催化功能的RNA C．乙酶的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì) D．乙酶活性的改變是因為其分子結(jié)構(gòu)的改變 答案　B 解析　由題干及圖分析推知，甲酶成分不是蛋白質(zhì)，有可能是具有催化作用的RNA，乙酶成分為蛋白質(zhì)。 8．當(dāng)細胞內(nèi)某種RNA存在時，體內(nèi)的生化反應(yīng)能正常進行，當(dāng)這種RNA被有關(guān)的水解酶水解后，該化學(xué)反應(yīng)停止。由此說明(　　) A．RNA是核酸的一種 B．RNA有時也可以控制生物性狀遺傳 C．RNA主要存在于細胞質(zhì)中 D．RNA也可以起生物催化作用 答案　D 解析　比較使用RNA前后體內(nèi)生化反應(yīng)的變化可知，該反應(yīng)能否進行與RNA有關(guān)，說明RNA起催化作用，D項正確。 9．(2018溫州質(zhì)檢)在小型圓底燒瓶內(nèi)盛等量的H2O2，并向瓶中迅速加入等量的下列圖示中的物質(zhì)，燒瓶口緊包著一個小氣球，使燒瓶沉于燒杯底部的同一位置。下列裝置中，沉入底部的燒瓶最先浮起的是(　　) 答案　C 解析　在圖中所示的4個燒瓶中只有C項中H2O2分解速率最快，產(chǎn)生O2最多，小氣球最先浮起。因為新鮮肝臟中有過氧化氫酶，其催化效率比Fe3＋高，且在37 ℃時活性達到最高；而久置肝臟研磨液中過氧化氫酶被微生物分解，其活性大大降低。 10．下列有關(guān)酶的敘述中，錯誤的是(　　) A．所有的酶都含有C、H、O、N四種元素 B．酶不一定只在細胞內(nèi)起催化作用 C．酶并非只在體內(nèi)合成，也可從食物中獲得 D．人體內(nèi)的酶也在不斷地更新 答案　C 解析　絕大多數(shù)的酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)(元素組成均有C、H、O、N)，少數(shù)的酶是RNA(元素組成為C、H、O、N、P)；酶是活細胞產(chǎn)生的，在細胞內(nèi)外都可發(fā)揮作用；酶是生物活性物質(zhì)，其本質(zhì)是蛋白質(zhì)或RNA，食物中的酶會被消化分解，故不可從食物中獲得。 11．某一不可逆化學(xué)反應(yīng)(S―→P＋W)在無酶和有酶催化時均可以進行。當(dāng)該反應(yīng)在無酶條件下進行到時間t時，向反應(yīng)液中加入催化該反應(yīng)的酶。下圖中能正確表示加酶后反應(yīng)物濃度隨反應(yīng)時間變化趨勢的曲線是(　　) A．甲 B．乙 C．丙 D．丁 答案　D 解析　酶能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，因而能增大反應(yīng)速率，使反應(yīng)物濃度快速下降。 12．下圖是人體內(nèi)某化學(xué)反應(yīng)的圖解，其中英文字母代表物質(zhì)，數(shù)字表示反應(yīng)前、中、后過程，請據(jù)圖回答下列問題： (1)圖中代表酶的是________，做出判斷的依據(jù)是________________________。 (2)如果d代表麥芽糖，則e和f分別是________和________，a是________。 (3)如果d代表二肽，那么e和f分別是________和________。 答案　(1)a　反應(yīng)前后a物質(zhì)本身沒有發(fā)生變化 (2)葡萄糖　葡萄糖　麥芽糖酶 (3)氨基酸　氨基酸 解析　從圖中可以看出a物質(zhì)在反應(yīng)前后沒有發(fā)生變化，應(yīng)該是酶。本題同時涉及食物消化問題：1分子麥芽糖可以在酶催化下分解成2分子葡萄糖；二肽在相關(guān)酶的催化下分解為2分子氨基酸。 13．在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗中，對實驗的處理如下表所示。請回答下列問題： 試管 組別 實驗處理 加入體積分數(shù)為3%的H2O2(mL) 溫度 加入試劑 試管1 2 常溫 / 試管2 2 90 ℃ / 試管3 2 常溫 2滴質(zhì)量分數(shù)為3.5%的FeCl3溶液 試管4 2 常溫 2滴質(zhì)量分數(shù)為20%的肝臟研磨液 (1)在上表的實驗處理中，研究了哪些自變量？________________。 (2)若要研究生物催化劑與無機催化劑的差別，可選用的實驗組合是__________________。 (3)若試管1和試管2組成對照實驗，能說明的問題是_________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)除了上述的對照實驗，請再找出一組對照實驗，并指出該組對照實驗說明的問題。 ________________________________________________________________________。 答案　(1)溫度、催化劑　(2)試管3和試管4　(3)加熱能使過氧化氫分子得到能量，促進過氧化氫分解　(4)①試管1和試管3，說明FeCl3能催化過氧化氫的分解；②試管1和試管4，說明肝臟研磨液中的過氧化氫酶能催化過氧化氫的分解；③試管1、試管3和試管4，說明FeCl3和肝臟研磨液中的過氧化氫酶都能催化過氧化氫的分解，且過氧化氫酶的催化效率高于FeCl3 解析　(1)從表格信息可以看出，本實驗研究了溫度和催化劑對H2O2分解速率的影響。(2)依據(jù)單一變量原則，試管3和試管4實驗處理的溫度條件相同，僅是催化劑種類不同。(3)試管1和試管2研究的是不同溫度條件下H2O2的分解速率，說明加熱能加速化學(xué)反應(yīng)的進行。(4)只要符合單一變量原則即可，故可以選用試管1和試管3、試管1和試管4以及試管1、試管3和試管4等進行分析。