2024年高中生物新教材同步必修第一册 第5章 第1节　第1课时　酶的作用和本质

第1节降低化学反应活化能的酶第1课时酶的作用和本质[学习目标]1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质。2.阐明酶发挥作用的原理。3.通过对有关酶实验的分析，学会控制实验的变量和设置对照实验。一、酶在细胞代谢中的作用1．细胞代谢(1)概念：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。(2)条件：需酶的催化。(3)意义：细胞代谢是细胞生命活动的基础。2．酶的作用原理(1)活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。(2)原理：同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。(3)意义：使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。判断正误(1)酶能提高化学反应的活化能，使化学反应顺利进行()(2)酶能催化H2O2分解，是因为酶使H2O2得到了能量()(3)无关变量是与实验结果无关的变量()(4)在一个实验中，因变量的检测指标往往不是唯一的()答案(1)×(2)×(3)×(4)√解析(1)(2)酶催化作用的实质是降低化学反应的活化能，使反应顺利进行。(3)无关变量会对实验结果造成影响，因此，对无关变量的处理要求是相同且适宜。任务一：比较过氧化氢在不同条件下的分解1．实验原理2H2O2eq\o(→,\s\up7(水浴加热),\s\do5(或FeCl3溶液或过氧化氢酶))2H2O＋O22．实验目的：通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。3．实验过程和现象试管编号1234第一步H2O2浓度3%3%3%3%剂量2mL2mL2mL2mL第二步反应条件常温90℃FeCl3溶液肝脏研磨液剂量2滴清水2滴清水2滴2滴结果气泡产生不明显少量较多大量卫生香复燃情况不复燃不复燃复燃迅速复燃4．讨论(1)如何判断过氧化氢被分解的快慢？提示观察单位时间内产生气泡的多少或观察带火星的卫生香的复燃情况。(2)实验结果分析①与1号试管相比，2号试管产生的气泡多，这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。②1、4号试管对照说明酶具有催化作用。③1、3、4(或3、4)号试管对照说明与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。(3)2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多，为什么？提示最终产生的氧气一样多，因为几支试管的过氧化氢溶液的体积和浓度都相同。任务二：酶的作用原理如图所示为酶催化反应的机理与过程，图中E1、E2、E3都是活化能，请据图回答下列问题：(1)请将这三种活化能分别与不使用催化剂、使用无机催化剂、使用酶作催化剂三种条件进行对应。提示E1——使用无机催化剂，E2——不使用催化剂，E3——使用酶作催化剂。(2)使用酶作催化剂时，酶所降低的化学反应的活化能应该怎么表示？提示E2－E3。1．如图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，下列有关分析合理的是()A．本实验的自变量只是催化剂的不同B．本实验的无关变量有温度和酶的用量等C．1号与2号、1号与4号可分别构成对照实验D．分析1号、2号试管的实验结果可知加热能降低反应的活化能答案C解析1号试管是对照组，2号、3号和4号试管分别进行的操作是加热、加无机催化剂、加酶，这些处理就是自变量，因此该实验的自变量是温度和催化剂的种类，A错误；除自变量外，实验过程中存在的会影响实验现象或结果的因素或条件称为无关变量，过氧化氢的浓度、溶液体积、反应时间、酶的用量等是无关变量，而温度是自变量之一，B错误；1号与2号对照，可说明加热能促进过氧化氢分解，1号与4号对照，可说明过氧化氢酶能催化过氧化氢分解，C正确；加热能使过氧化氢分子从常态转变成容易反应的活跃状态，不是降低反应的活化能，D错误。2．如图所示，①表示有酶催化的反应曲线，②表示没有酶催化的反应曲线，E表示酶降低的活化能，正确的图解是()答案C解析由于酶的作用是降低化学反应的活化能，①表示有酶催化的反应曲线，②表示没有酶催化的反应曲线，故①比②曲线的峰值要低，且①②曲线峰值的差值表示降低的活化能E，C正确。二、酶的本质1．关于酶本质的探索2．酶的本质(1)产生场所：活细胞。(2)生理作用：催化作用。(3)化学本质：蛋白质或RNA。判断正误(1)酶的基本组成单位是氨基酸()(2)具有分泌功能的细胞才能产生酶()(3)酶是活细胞产生的，只能在细胞内起催化作用()(4)酶在反应完成后立即被降解成氨基酸()(5)酶具有催化、调节等多种功能()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×解析(1)酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸。(2)并不是具有分泌功能的细胞才能产生酶，活细胞都能产生酶。(3)酶不仅在细胞内发挥作用，在细胞外和体外都可以发挥作用。(4)酶在化学反应前后性质不变，不会在催化后就被降解。(5)酶具有的功能是催化。3．下列有关酶本质的探索过程的叙述，错误的是()A．巴斯德和李比希的观点既有积极意义，又有其局限性B．毕希纳发现某些物质能够在酵母菌细胞破碎后继续起作用C．萨姆纳从刀豆种子中提纯出的结晶可以催化尿素分解D．切赫和奥尔特曼证明酶的化学本质只是RNA而非蛋白质答案D解析切赫和奥尔特曼发现少数RNA也具有生物催化功能，D错误。4．下列有关生物体内酶的叙述，正确的是()A．酶在完成催化作用后立即失活B．酶只能在活细胞内才能发挥作用C．大多数酶是在核糖体上合成的D．酶为反应过程供能从而降低反应活化能答案C解析酶在完成催化作用后不会立即失活，酶可以多次重复利用，A错误；只要条件适宜，酶在生物体内、外都能发挥作用，B错误；大多数酶是蛋白质，是在核糖体上合成的，C正确；酶的作用机理是降低化学反应的活化能，酶不能为反应过程供能，D错误。题组一酶在细胞代谢中的作用1．在如图所示的实验中，属于无关变量的是()A．催化剂的种类B．过氧化氢分解的速率C．试管中的过氧化氢溶液的量D．产生气泡量答案C解析分析实验装置可知，催化剂的种类属于实验的自变量，A错误；过氧化氢分解的速率属于实验的因变量，B错误；试管中的过氧化氢溶液的量属于实验的无关变量，C正确；产生气泡量属于实验的因变量，D错误。2．如图为“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验装置，分析下列有关说法正确的是()A．该实验的自变量是过氧化氢的分解速率B．1号、4号试管对照说明酶具有催化作用C．4号试管中的过氧化氢分子所含能量最高D．4支试管中过氧化氢的浓度和用量不相同答案B解析过氧化氢的分解速率是该实验的因变量，A错误；加热为过氧化氢提供能量，加催化剂是降低化学反应的活化能，故2号试管中的过氧化氢分子所含能量最高，C错误；4支试管中过氧化氢的浓度和用量是无关变量，对照实验中的无关变量应保持适宜且相同，D错误。3．下列关于活化能的叙述，不正确的是()A．分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量B．无机催化剂、水浴加热都可以降低化学反应的活化能C．酶可以降低化学反应的活化能D．同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用效果更显著答案B解析水浴加热可以给化学反应提供能量，但不可以降低化学反应的活化能，B错误。4．如图曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示物质M在无催化剂和有酶催化条件下生成物质P所需能量的变化过程。下列叙述正确的是()A．ad段表示无催化剂时，反应所需要的活化能B．ac段表示有酶催化时，酶降低的活化能C．若换用无机催化剂，b点将向上移动D．加热、加压不能使物质M更容易从常态转变为活跃状态答案C解析ac段表示在无催化剂的条件下化学反应需要的活化能，A、B错误；加热、加压通常能使反应物分子获得能量促使反应的进行，D错误。5．在如图所示的酶促反应图式中，属于酶的是()A．①B．②C．③D．④答案A解析酶在生化反应中起催化作用，在反应前后质和量均不变，①反应前后没发生变化，所以①是酶，②是反应物，③④为生成物。故选A。题组二酶的本质6．(2022·江西景德镇高一期末)脲酶是一种催化尿素分解成氨和二氧化碳的酶，具有高度专一性。最早从刀豆中提取并被证明是蛋白质。下列有关脲酶的叙述正确的是()A．脲酶的作用原理与无机催化剂的不同B．能催化脲酶水解的酶是蛋白酶C．在细胞内合成，在细胞外无法发挥作用D．食用刀豆后，刀豆中的脲酶能催化人体中的尿素水解答案B解析脲酶的作用原理与无机催化剂相同，都是降低化学反应所需活化能，A错误；酶是由活细胞产生的，可以在细胞内，也可以在细胞外发挥作用，C错误；刀豆中的脲酶属于蛋白质，食用刀豆后，相应的蛋白质会被水解，不能催化人体中的尿素水解，D错误。7．20世纪80年代科学家发现了一种RNaseP酶，该酶由20%的蛋白质和80%的RNA组成。如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2＋的浓度，他们发现留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明()A．RNA具有生物催化作用B．酶是由RNA和蛋白质组成的C．酶的化学本质是蛋白质D．绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA答案A解析除去RNaseP酶中的蛋白质，在提高Mg2＋浓度的前提下，RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，说明该酶中的RNA具有催化作用，A符合题意。8．下列关于酶的叙述有几项是正确的()①是有分泌功能的细胞产生的②有的从食物中获得，有的在体内转化而来③凡是活细胞都能产生酶④酶只能在核糖体上合成⑤酶的水解产物是氨基酸⑥酶在代谢中有多种功能⑦在新陈代谢和生殖发育中起调控作用⑧酶只是起催化作用，其催化作用的实质是为化学反应提供活化能A．0项B．1项C．2项D．3项答案A解析不具有分泌功能的细胞也可以产生酶，①错误；酶是由活细胞产生的，②错误；大多数活细胞都能产生酶，但哺乳动物成熟的红细胞不能产生酶，③错误；酶的化学本质是蛋白质或RNA，可以在核糖体或细胞核中合成，④错误；酶的水解产物是氨基酸或核糖核苷酸，⑤错误；酶只具有催化作用，⑥错误；酶不能起调控作用，⑦错误；酶只是起催化作用，其催化作用的实质是降低化学反应所需的活化能，⑧错误。9．图中的新鲜土豆片与H2O2接触后，产生的现象及推测错误的是()A．若有气体大量产生，可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶B．若增加新鲜土豆片数量，量筒中产生气体的速度加快C．为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量D．一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限答案D解析一段时间后气体量不再增加是因为底物已经消耗完。10．某一不可逆化学反应(S→P＋W)在无酶和有酶催化时均可以进行，当该反应在无酶条件下进行到时间t时，向反应液中加入催化该反应的酶。图中能正确表示加酶后反应物浓度随反应时间变化趋势的曲线是()A．甲B．乙C．丙D．丁答案D解析丁曲线在加入酶后其反应物的浓度下降速率明显加快，直至反应物浓度为0，D正确。11．甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性(酶催化特定化学反应的能力)与处理时间的关系如图所示。下列分析错误的是()A．乙酶的化学本质为蛋白质B．甲酶能够不被该种蛋白酶降解C．乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变D．甲酶不可能是具有催化功能的RNA答案D解析绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。用蛋白酶处理后，甲酶活性不变，则说明甲酶可能是RNA，D错误。12．为了探究口腔的分泌液中是否有蛋白酶，某学生设计了两组实验，如图所示。在37℃水浴中保温一段时间后，1、2中加入适量双缩脲试剂，3、4中不加任何试剂，下列分析正确的是()A．实验②能达到实验目的B．实验①能达到实验目的C．实验①②都能达到实验目的D．实验①②都不能达到实验目的答案A解析双缩脲试剂检测的是蛋白质，蛋白酶也是蛋白质，故本题无法从化学特性上达到目的，只有考虑物理特性，如蛋白块变小或消失。13．活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。如图为酶的作用模型。请据图回答问题：(1)从图中可以看出，没有酶催化时，发生化学反应需要的活化能________；有酶催化时，发生化学反应需要的活化能________；a指________________。因此，酶催化作用的本质是__________________。(2)酶的化学本质是________________，酶起作用的部位是________________。答案(1)高低酶所降低的活化能降低化学反应的活化能(2)蛋白质或RNA细胞内或细胞外解析(1)从图中可看出，没有酶催化时，发生化学反应需要的活化能较高；有酶催化时，发生化学反应需要的活化能较低。因此，酶催化作用的实质是降低化学反应的活化能。(2)酶的化学本质是蛋白质或RNA，酶在细胞内外都能起作用。14．下列是关于酶促反应的实验探究：(1)实验步骤：①取3支试管并分别标为A、B、C，各加入等量的一定浓度的过氧化氢溶液，放入38℃恒温水浴锅中保温。②向A中加入一定量的蒸馏水，B中加入等量的质量分数为3.5%的FeCl3溶液，C中加入等量的质量分数为20%的新鲜肝脏研磨液(所加试剂均经过38℃恒温水浴保温)。③观察各试管产生气泡的速率。(2)请分析回答下列问题：①该实验可以探究______________________________________________________________。②实验开始后，B、C组产生气泡的速率比A组快，但一段时间后都没有气泡产生，原因是_________________________________________________________________