2023-2024学年 苏教版 必修一生物催化剂-酶 学案

第一节生命活动需要酶和能源物质第1课时生物催化剂——酶1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质，酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。2.探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素。1.生命观念——结构与功能观：酶的功能与特性是由其独特的空间结构决定的。2.科学思维——通过分析与综合，总结酶的作用机理及特性。3.科学探究——学会设计对照实验，证明酶的作用、探究酶的特性。一、酶的本质1．科学家对酶本质的探索历程(1)1857年，法国科学家巴斯德通过观察发酵现象发现，发酵是由微生物引起的，后来他又证实了酒精发酵是由酵母菌引起的。(2)1897年，德国科学家毕希纳证明了引起发酵的是酵母菌所含的酶，而不是酵母菌本身。(3)1926年，美国科学家萨姆纳从刀豆提取液中分离并提纯了脲酶结晶，并证明脲酶是蛋白质。(4)1936年，酶是蛋白质的观念被确立。(5)20世纪80年代，科学家又发现少数RNA也具有生物催化功能，并把这类RNA称为核酶。2．酶的本质能催化生化反应的酶绝大多数是蛋白质，少数RNA也具有生物催化功能。二、酶在细胞代谢中的作用1．酶促反应：由酶催化的化学反应称为酶促反应。2．酶催化作用的实质：降低化学反应的活化能。3．活化能：在一定温度下，分子从基态转变为容易发生化学反应的过渡态所需的能量称为活化能。4．活化分子(1)含义：处于过渡态的分子称为活化分子。(2)使活化分子增多一般有两种途径①不使用催化剂，通过加热或光照等方法，使一部分分子获得能量而成为活化分子。②使用催化剂降低生化反应所需的活化能，活化能越低，活化分子就越多。5．酶能降低生化反应所需的活化能，使生化反应在较低能量水平上进行，从而加快生化反应。三、酶的特性1．探究酶的高效性(1)过程编号加入物质处理现象13mL体积分数为3%的H2O2溶液滴入等量蒸馏水基本无气泡，木条不复燃2滴入等量质量分数为5%的FeCl3溶液有较多气泡，木条复燃3滴入等量新鲜酵母菌液(含过氧化氢酶)有更多气泡，木条猛烈燃烧(2)结论：酶具有催化作用，且与无机催化剂相比具有高效性。2．酶具有专一性(1)含义：一种酶只能催化一种或一类生化反应。(2)专一性机制：酶催化作用的专一性与酶的活性中心和底物分子在空间结构上有特殊的匹配关系相关，当酶的活性中心与底物分子结合时，就启动了化学反应。(3)证明酶具有专一性的实验试管编号12可溶性淀粉溶液2mL—蔗糖溶液—2mL淀粉酶溶液2mL2mL37℃新配制的斐林试剂2mL2mL水溶加热1min实验现象有砖红色沉淀没有砖红色沉淀实验结论酶具有专一性四、影响酶促反应速率的因素1．酶活性(1)酶活性是指酶催化生化反应的能力，酶催化作用的效率可以通过酶催化生化反应的速率来衡量。(2)酶活性不仅与反应体系中的酶浓度和底物浓度等有密切关系，还受多种环境因素如温度、pH等的影响。2．探究pH对酶活性的影响(1)实验操作①将若干同样大小(如1cm2)的滤纸片浸入酵母菌液，取出后晾干，滤纸片上附着过氧化氢酶。②在四只烧杯中盛入体积分数为2%、pH分别为5、7、9、11的H2O2溶液(温度相同)，将滤纸片分别放入烧杯中。滤纸片接触液面后会下沉，直至烧杯底部。③及时记录滤纸片从液面下沉到浮出液面所用的时间(t)。以1/t为纵坐标(代表酶促反应速率)、pH为横坐标，绘制曲线图。(2)实验结果的曲线图3．pH对酶活性的影响(1)酶活性会受到pH影响，适宜pH一般在6～8之间。(2)酶活性最大时的pH称为酶的最适pH。(3)在过酸或过碱的条件下，酶活性一般会明显降低，甚至会变性失活。4．温度对酶活性的影响(1)在一定的温度范围内，酶活性随着温度的升高而上升，超过一定温度后，酶活性反而下降。(2)在一定条件下，酶活性最高时的温度称为该酶的最适温度。(3)不同生物体内酶的最适温度有所不同。如：动物体内酶的最适温度一般为35～40_℃，植物体内酶的最适温度一般为45～50℃(4)适当升高温度，能加快生化反应速率，但温度过高会使酶变性失活，从而降低生化反应速率。适当降低温度，可以抑制酶活性，降低生化反应速率，但一般不会使酶失活。(正确的打“√”，错误的打“×”)1．酶在生物体内有催化和调节作用。 ()2．酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质。 ()3．有些酶中含有核糖，有些酶在体外可以发挥作用。 ()4．酶催化作用的实质是提供化学反应所需的活化能，使化学反应顺利进行。 ()5．一种酶只能催化一种或一类化学反应。 ()6．温度偏高或偏低，酶的活性都会明显降低，过高或过低都会使酶变性失活。 ()提示：1．×酶在生物体内有催化作用，没有调节作用。2．×有些酶是RNA。3．√4．×酶的作用原理是降低化学反应的活化能，并不能直接提供能量。5．√6．×适当降低温度，可以抑制酶活性，降低生化反应速率，但一般不会使酶失活。酶的化学本质、作用机理和特性1．酶的化学本质化学本质绝大多数是蛋白质少数是RNA合成原料氨基酸核糖核苷酸合成场所核糖体细胞核(主要)来源一般活细胞中均能产生生理功能在细胞内外均具有生物催化功能2．酶的作用机理酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能，分析如下：(1)图中ac和bc段分别表示无催化剂催化和有酶催化时反应进行所需要的活化能。(2)若将酶变为无机催化剂，则b在纵轴上向上移动。用加热的方法不能降低活化能，但会提供活化能。3．酶的特性分析(1)表示酶高效性的曲线(图1)①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。②催化剂只会缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。③实验——酶的催化作用具有高效性a．实验变量自变量因变量无关变量1号：加入等量蒸馏水用单位时间内产生气泡数量的多少及带火星木条燃烧情况表示H2O2分解速率H2O2溶液的浓度和体积；酵母菌液和FeCl3溶液的浓度和体积；酵母菌液的新鲜程度；环境中的温度、pH等2号：加入等量质量分数为5%的FeCl3溶液3号：加入等量新鲜的酵母菌液b．实验分析1、3号试管对照，可以说明酶具有催化作用。其中1号为空白对照组，3号为实验组。1、2、3试管对照，可以说明酶的催化作用具有高效性。其中1号为空白对照组，2号为条件对照组，3号为实验组。(2)表示酶专一性的曲线(图2)①在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化A反应物的反应。②在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不催化A反应物的反应。③实验——酶的催化作用具有专一性a．实验原理：淀粉、蔗糖均为非还原糖，不能与斐林试剂共热产生砖红色沉淀。淀粉酶可以催化淀粉水解为还原糖，但不能催化蔗糖水解。b．实验设计思路：步骤1淀粉＋淀粉酶蔗糖＋淀粉酶2等量斐林试剂，水浴加热相同时间现象出现砖红色沉淀无颜色变化结论酶具有专一性c．实验分析：自变量：反应物的不同。无关变量：溶液的量、温度等。因变量：溶液是否出现砖红色沉淀。(3)易变性：由于大多数酶是蛋白质，因而会被高温、强酸、强碱等破坏。蛋白质的空间结构发生改变或破坏，使酶失去生物活性，这种现象称为变性。(4)反应条件的温和性：酶促反应在常温、常压、适宜pH条件下进行。实验——探究影响酶促反应速率的环境因素项目内容实验原理①2H2O2eq\o(→,\s\up9(过氧化氢酶))2H2O＋O2↑②滤纸片随附着氧气泡的增多，逐渐浮出液面实验装置示意图哺乳动物成熟的红细胞和其他体细胞在结构和功能上有明显不同。(1)该细胞不能产生酶，原因是什么？(2)该细胞是否含有酶？请说出判断依据。提示：(1)该细胞没有细胞核和核糖体等细胞器。(2)含有。哺乳动物成熟红细胞可以进行细胞代谢，细胞中的生化反应需要酶的催化。1．(2022·江苏扬州期中)如图曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示反应物A在无催化剂条件下和有酶催化条件下生成产物P的能量变化过程。下列相关叙述错误的是()A．E2表示有酶催化条件下发生反应需要的活化能B．若将酶改为无机催化剂，则曲线Ⅱ将向上移动C．若其他条件不变，E1越大，则酶的催化效率越高D．若增加反应体系中的酶量，则E2减小，反应速率提高D[活化能是指分子从初态转变为容易发生化学反应的过渡态所需要的能量，分析图示可知E2表示有酶条件下发生化学反应需要的活化能，A正确；由于酶比无机催化剂降低活化能的作用更显著，若将酶改为无机催化剂，则反应所需活化能E2将增大，曲线Ⅱ将向上移动，B正确；若其他条件不变，E1越大，说明酶降低的活化能越多，则酶的催化效率越高，C正确；若仅增加反应体系中的酶量，则E2不改变，但由于酶与底物结合的机会增大，反应速率会提高，D错误。]2．下列关于“探究酶的高效性”实验的叙述，正确的是()A．实验所用H2O2溶液和FeCl3溶液的质量分数相同B．实验的自变量为酶的种类C．与无机催化剂相比，可证明酶的高效性D．实验因变量的检测指标是溶液产生气泡的数量C[实验所用H2O2溶液的体积分数是3%，FeCl3溶液的质量分数是5%，A错误；实验的自变量为H2O2溶液中添加的溶液的种类，B错误；酶的高效性是与无机催化剂比较得出的，C正确；实验因变量的检测指标可以是溶液产生气泡的数量和带火星木条的复燃情况等，D错误。]3．(2022·江苏苏州期末)蔗糖和麦芽糖是植物体内常见的二糖，其水解产物中都有葡萄糖。如图为某二糖水解过程的示意图，下列叙述错误的是()A．图中a代表蔗糖酶，e代表葡萄糖B．该图说明酶的催化作用具有专一性C．图示过程说明酶能够被多次利用D．蔗糖的水解产物不能用斐林试剂鉴定D[分析题图：蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖构成，麦芽糖由两分子葡萄糖构成，酶在催化反应前后不发生变化，结合图示可推知a为蔗糖酶，b为蔗糖，c为麦芽糖，d为果糖，e为葡萄糖。由上述分析可知，图中a代表蔗糖酶，e代表葡萄糖，A正确；图中a可以催化b分解，不能催化c分解，说明酶的催化作用具有专一性，B正确；图示过程中酶在催化反应前后数量和结构没发生变化，说明酶能够被多次利用，C正确；蔗糖的水解产物为葡萄糖和果糖，两者都是还原糖，能用斐林试剂鉴定，D错误。]4．(2020·河北邯郸高一期末考试)生物兴趣小组设计实验探究pH对蛋白酶活性的影响，准备5支含有等量酶溶液的相同试管，每支试管内加1块1cm3的正方体凝固蛋白块，试管均置于25℃室温条件下，pH酶溶液的pH12345蛋白块消失的时间(min)1391145＞60(1)该实验的自变量是________________，检测因变量的指标是________________。实验中酶活性最强时的pH是________。(2)蛋白块消失的时间与酶活性强弱的关系是________________________。请用2种方法改进实验，使实验在更短的时间内完成。方法1：________________________。方法2：________________________。(3)为确认蛋白块的消失是由于酶的作用，还应对实验进行什么设计？________________。[解析](1)本实验的目的是探究pH对蛋白酶活性的影响，因此自变量是酶溶液的pH，根据蛋白块消失的时间可判断pH对酶活性的影响。蛋白块消失的时间越短，酶活性越强，故实验中酶活性最强时的pH为2。(2)酶的活性越强，酶的催化效率越高，蛋白块消失的时间就越短。提高酶促反应速率的方法有：适当提高温度以提高酶的活性；提高酶的浓度或将蛋白块分割成小块，加大底物和酶的接触面积等。(3)为了排除其他因素的干扰，确认蛋白块的消失是由酶的作用引起的，需要设置不加酶的空白对照组。[答案](1)酶溶液的pH蛋白块消失的时间2(2)酶的活性越强，蛋白块消失的时间越短适当提高温度以增加酶的催化活性提高酶的浓度(3)增加(不加酶的)对照实验酶的相关曲线分析1．酶催化作用的高效性(1)曲线：加入酶、无机催化剂和不加催化剂时，化学反应达到平衡点时所需时间不同：(2)要素解读：①催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。2．酶催化作用的专一性(1)曲线：分别向蔗糖溶液和麦芽糖溶液中加入麦芽糖酶，底物剩余量不同：(2)要素解读：①加入麦芽糖酶，蔗糖剩余量不变，而麦芽糖剩余量减少。②麦芽糖酶不能催化蔗糖水解，可以催化麦芽糖水解。3．底物浓度影响酶促反应速率(1)曲线：(2)要素解读：①底物浓度较低时，酶促反应速率与底物浓度成正比，即随底物浓度的增加而增加。②当底物浓度达到一定值后，再增加底物浓度，酶促反应速率不再增加。4．酶浓度影响酶促反应速率(1)曲线：(2)要素解读：在有足够底物而又不受其他因素影响的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。5．温度和pH共同作用对酶活性的影响(1)曲线：(2)要素解读：①反应溶液中pH的变化不影响酶作用的最适温度。②反应溶液中温度的变化不影响酶作用的最适pH。酶浓度和底物浓度对反应速率的影响和温度、pH对反应速率的影响，本质上有什么不同？提示：温度、pH通过影响酶活性影响反应速率；酶浓度、底物浓度通过影响酶与底物的接触面积影响酶促反应速率。5．如图表示在最适温度和最适pH条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析正确的是()A．形成曲线c的原因可能是乙点时酶量增加B．限制曲线b的AB段反应速率的主要因素为酶的数量C．酶催化反应的原因是为反应提供了活化能D．若适当升高温度，重复该实验，图中A点位置将上升A[乙点时制约反应速率的因素是酶的浓度，此时若增加酶量反应速率将增大，如曲线c，A正确；限制曲线b的AB段反应速率的主要因素是反应物浓度，B错误；酶催化反应的原因是降低反应所需的活化能，C错误；曲线是在最适温度下测定的反应物浓度与酶促反应速率的关系，若在适当升高温度条件下重复该实验，酶的活性降低，反应速率降低，故图中A点位置将下降，D错误。]6．(2022·河北秦皇岛高一上学期期末考试)如图所示，甲曲线表示在最适温度下，某酶促反应的反应速率与反应物浓度之间的关系。乙、丙两条曲线表示其他条件适宜时该酶促反应的反应速率随pH或温度的变化。下列相关分析，不正确的是()A．在B点适当增加酶的浓度，酶促反应速率将增大B．H点对应的pH是该酶催化作用的最适pHC．G、E两点对应的环境条件有利于酶的保存D．A点时，若升高温度，酶促反应速率将下降C[由题意可知，甲曲线为最适温度下，某酶促反应的反应速率与反应物浓度之间的关系，B点时酶已饱和，若在B点增加酶的浓度，则酶促反应速率将增大，A正确；乙、丙两曲线表示其他条件适宜时该酶促反应的反应速率随pH或温度的变化，丙曲线在最低因素和最高因素时与横轴有两个交点，故丙曲线应该代表pH对酶促反应速率的影响，而乙曲线应该代表温度对酶促反应速率的影响，丙曲线中H点对应的酶促反应速率最大，故H点对应的pH是该酶催化作用的最适pH，B正确；酶应在低温、最适pH条件下保存，即D(或低于D)、H点对应的环境条件有利于酶的保存，C错误；因甲曲线是在最适温度下的酶促反应速率与反应物浓度的关系曲线，故A点时升高温度，酶活性降低，酶促反应速率将下降，D正确。]酶曲线的分析方法(1)明确横、纵坐标表示的变量。横、纵坐标不同，曲线表示的意义不同。(2)理解曲线所表示的意义。横坐标是自变量，纵坐标是因变量，曲线表示因变量随自变量的变化而变化。(3)图中出现多个自变量时，要分析图中某一自变量对因变量的影响，应首先确定其他自变量为一定值。下面请看某工厂生产的一种加酶洗衣粉包装袋的使用说明书XX牌加酶洗衣粉成分：碱性蛋白酶等用法：洗涤前先将衣物浸于含适量洗衣粉的水内数分钟。使用温水效果更佳。注意：切勿用于丝质及羊毛衣料。用后洗净双手。通过对加酶洗衣粉包装袋的使用说明书中的内容分析知：加酶洗衣粉的使用方法及注意事项，由此形成科学思维的学科素养。(1)使用说明中为什么强调丝质及羊毛衣料不能用该洗衣粉洗涤？(科学思维)提示：丝质、毛织物中主要成分是蛋白质，加酶洗衣粉含有生物催化剂酶，可以催化蛋白质的分解，容易毁坏衣物。(2)加酶洗衣粉洗涤时宜用温水，热水或冷水是否可以？为什么？(科学思维)提示：均不可以。低温会抑制酶的活性，使酶的催化效率降低，达不到理想的洗涤效果；高温会破坏酶的空间结构，使酶永久失活，同样达不到理想的洗涤效果。[课堂小结]知识网络构建要点强化识记1.酶是生物催化剂，其催化作用的实质是降低化学反应的活化能。2.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。3.一种酶只能催化一种或一类生化反应。4.酶的特性是高效性、专一性和容易受外界环境的影响。5.酶具有高效性的原因：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。6.过酸、过碱或温度过高，都会使酶因空间结构破坏而失活。7.在一定的低温下，酶的活性低，但空间结构稳定，并未失活，在适宜温度下酶的活性可升高。1．关于酶的性质，下列叙述中错误的是()A．化学反应前后，酶的化学性质和数量不变B．酶的催化作用提高了化学反应速率，改变了反应平衡点C．酶是活细胞产生的具有催化能力的一类特殊的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数是RNAD．酶的催化效率很高，但易受温度和酸碱度的影响B[化学反应前后酶的化学性质和数量不变，A正确；酶可以提高化学反应速率，但是不能改变反应平衡点，B错误；酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数是RNA，C正确；酶具有高效性，但是酶的作用条件温和，酶活性受温度和酸碱度的影响，D正确。]2．研究人员发现了一种促进脂肪细胞生成的本质为蛋白质的酶。这一发现有望为治疗肥胖症开辟新途径。下列有关叙述不正确的是()A．该酶与脂肪的共有元素有C、H、OB．在适宜条件下，蛋白酶可以将该酶水解C．该酶遇双缩脲试剂呈现紫色D．理论上可以通过促进该酶的功能来治疗肥胖症D[由题意知，该酶的本质是蛋白质，和脂肪共有的元素有C、H、O，A正确；在适宜条件下，该酶可被蛋白酶分解，可与双缩脲试剂发生紫色反应，B、C正确；该酶能促进脂肪细胞生成，若促进其功能，则会使脂肪细胞增多，不能用来治疗肥胖症，D错误。]3．某兴趣小组为了探究温度对酶活性的影响，用打孔器获取新鲜的厚度为5mm的三片土豆，进行了以下实验。有关叙述错误的是()实验步骤土豆片A土豆片B土豆片C①处理静置煮熟后冷却冰冻②滴加质量分数为3%的H2O21滴1滴1滴③观察实验现象产生大量气泡几乎不产生气泡产生少量气泡A．土豆片的厚度大小是该实验的自变量B．新鲜土豆组织中含有过氧化氢酶C．高温和低温都能影响过氧化氢酶活性D．定性实验无法确定过氧化氢酶的最适温度A[根据题干信息和表格分析可知，该实验的自变量是温度，而土豆片的厚度都是5mm，为无关变量，A错误；由三组实验现象可知，新鲜土豆组织中含有过氧化氢酶，B正确；实验A与B、C比较说明，高温和低温都能影响过氧化氢酶活性，C正确；定性实验是为了判断某种因素是否存在，因此无法确定过氧化氢酶的最适温度，D正确。]4．如图表示胃蛋白酶活性与温度、pH之间的关系，以下叙述正确的是()A．该胃蛋白酶最适pH是3.0B．胃蛋白酶的活性受温度和pH的影响C．据图无法推断胃蛋白酶的最适温度D．随着温度的升高，酶的活性逐渐降低B[