【天成教育】2022年高中生物必修一教师用书-5.1.1酶的作用和本质

第1节降低化学反应活化能的酶一、酶在细胞代谢中的作用1．细胞代谢(1)场所：活细胞内。(2)实质：各种化学反应的总称。(3)意义：细胞生命活动的基础。2．比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)试验原理：H2O2在水浴加热、FeCl3溶液中的Fe3＋和肝脏研磨液中过氧化氢酶的作用下加速分解。(2)试验步骤：编号步骤1234相同处理向4支试管中分别加入2_mL过氧化氢溶液并放在试管架上不同处理不处理放入90_℃左右的水浴中加热滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴肝脏研磨液观看试管内产生的气泡数量试管内卫生香燃烧程度(3)试验中的相关变量：eq\a\vs4\al(①自变量)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(含义：在试验中人为转变的变量,实例：过氧化氢分解的不同条件))②因变量eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(含义：随自变量变化而变化的变量,实例：过氧化氢的分解速率))eq\a\vs4\al(③无关,变量)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(含义：除自变量以外影响试验结果的变量,实例：反应物的性质、浓度、肝脏的新颖程度等))(4)对比试验：①含义：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的试验。②原则：除了要观看的变量外，其他变量都应当始终保持相同。二、酶的本质和作用原理1．本质(1)合成场所：活细胞中。(2)化学本质：绝大多数是蛋白质，极少数是RNA。2．作用原理(1)活化能：分子从常态转变为简洁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，因而催化效率更高。(3)意义：使细胞代谢能在温存条件下快速进行。一、酶在代谢中的作用1．教材问题探讨与分析(1)认真阅读教材P78～P79[试验]内容，思考并争辩下列问题：①争辩并沟通：完成该试验依据的原理是什么？提示：a.2H2O2eq\o(→,\s\up7(Fe3＋),\s\do5(酶))2H2O＋O2b．等量的两种溶液中分子数目之比为Fe3＋∶过氧化氢酶＝250000∶1。②试验中为什么必需接受新颖肝脏研磨液作材料？提示：a.肝脏假如不新颖，肝细胞内的过氧化氢酶就会在腐生细菌的作用下分解而失去催化作用。b．肝脏必需进行研磨，以便使过氧化氢酶释放出来，使过氧化氢酶与试管内过氧化氢分子充分接触，加速过氧化氢的分解。③试验中滴加FeCl3溶液和肝脏研磨液的滴管能否混用？为什么？提示：不能。酶具有高效性，少量的酶带入FeCl3溶液中就会干扰试验结果的精确     性，增大试验误差。(2)阅读教材P79[把握变量]内容，分析试验中的变量及对比类型有哪些？提示：①变量eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(自变量：不同条件（温度、催化剂,种类）,因变量：过氧化氢分解速率,无关变量：过氧化氢溶液的浓度、,用量))②对比类型：试管1与试管2、3、4之间形成空白对比；试管2与试管3、4，试管3与试管4之间都形成了条件对比。(3)认真观看教材P80图5－1、5－2，并阅读相关文字内容，沟通酶和无机催化剂都能催化化学反应快速进行的缘由，并分析二者的不同。提示：①酶和无机催化剂都能降低化学反应的活化能，所以都能催化化学反应快速进行。②同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。2．推断下列说法是否正确(1)细胞代谢只能产生对细胞有用的物质。(×)(2)加热、无机催化剂和酶都能降低化学反应的活化能。(×)(3)无关变量是对试验没有影响的变量。(×)二、酶的本质1．将下列内容连接起来2．推断下列说法是否正确(1)酶只能在细胞内起催化作用。(×)(2)全部的酶都是蛋白质。(×)(3)酶和无机催化剂都能催化化学反应，所以二者没有本质区分。(×)一、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段分别表示无机催化剂和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，但会供应反应所需的能量。[特殊提示](1)酶和无机催化剂一样，只能催化热力学上允许进行的反应。(2)酶可以缩短化学反应到达平衡的时间，但不能转变反应的平衡点。(3)在反应前后，酶的化学性质和数量保持不变。二、酶化学本质的试验验证1．证明某种酶是蛋白质试验组：待测酶液＋双缩脲试剂→是否消灭紫色反应。对比组：已知蛋白液＋双缩脲试剂→消灭紫色反应。2．证明某种酶是RNA试验组：待测酶液＋吡罗红染液→是否消灭红色。对比组：已知RNA液＋吡罗红染液→消灭红色。比较过氧化氢在不同条件下的分解1．原理新颖肝脏中含有过氧化氢酶，Fe3＋是一种无机催化剂。用肯定量的过氧化氢酶和Fe3＋催化过氧化氢分解成H2O和O2，可比较两者的催化效率。2．过程及结果试管编号试验设置试验现象结果分析1号(2mLH2O2溶液)无明显气泡放出，无助燃性H2O2的自然分解缓慢2号(2mLH2O2溶液)有明显气泡放出，有助燃性加热能促进H2O2的分解3号(2mLH2O2溶液)有较多气泡放出，助燃性强Fe3＋能催化H2O2的分解4号(2mLH2O2溶液)有大量气泡放出，助燃性更强过氧化氢酶也有催化H2O2分解的作用，且催化效率比Fe3＋高3.试验结论依据酶同无机催化剂一样具有加快化学反应速率的作用酶同无机催化剂相比，催化效率更高结论酶具有催化性酶具有高效性4.试验的变量和对比分析(1)变量：试验过程中可以变化的因素称为变量。(2)自变量：人为转变的变量，照试验中的氯化铁溶液。(3)因变量：随着自变量的变化而变化的变量，如过氧化氢的分解速率。(4)无关变量：试验过程中存在的可变因素，对试验结果造成影响，这些变量称为无关变量。(5)对比试验：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的试验。一般要设置对比组和试验组。自变量因变量无关变量对比组试验组2号：90℃用产生气泡的多少表示H2O2分解速率加入H2O2的量；试验室温度；FeCl3和肝脏研磨液的新颖程度1号试管2、3、4号试管3号：加入质量分数为3．5%的FeCl3溶液2滴4号：加入质量分数为20%的肝脏研磨液2滴[特殊提示](1)试验时，必需用新颖的刚从活体动物内取出的肝脏作试验材料。由于新颖肝脏中的酶能保持其原有的活性。(2)肝脏要研磨充分，以加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中H2O2的接触面积，从而加速H2O2的分解。(3)滴加FeCl3溶液和肝脏研磨液时不能合用一支滴管，以免影响试验效果。(4)由于反应速率快，试验时要特殊留意比较产生气泡的多少、冒气泡时间的长短、卫生香的燃烧状况等。(5)H2O2具有肯定的腐蚀性，使用时不要让其接触皮肤。[例1]下列关于酶的叙述，正确的是()A．酶只有在生物体内才能起催化作用，起催化作用的本质是提高反应的活化能B．全部酶都含有C、H、O、N四种化学元素C．人体内的酶进行催化过程中，酶本身不变，所以酶不会发生自我更新D．酶都在核糖体上合成[解析]酶是由活细胞产生的，在细胞内和细胞外都可发挥催化作用，酶的作用机理是降低化学反应的活化能。酶的本质是蛋白质或RNA，故都含有C、H、O、N四种元素，在核糖体或细胞核中合成。反应前后，酶本身不变，但在人体内的酶仍会不断更新。[答案]B[例2]已知2H2O2=2H2O＋O2↑，可以通过观看反应过程中氧气的生成速率(即气泡从溶液中释放的速率)来推断H2O2分解反应的速率。请用所给的试验材料和用具设计试验，使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出试验步骤、猜测试验结果、得出结论，并回答问题。试验材料与用具：适宜浓度的H2O2溶液，蒸馏水，3.5%FeCl3溶液，0.01%的过氧化氢酶溶液，恒温水浴锅，试管。(1)试验步骤：①取3支试管，各加入________________________________________，放入37℃恒温水浴锅中保温适当②分别向上述3支试管中加入__________________________________________。③观看各管中____________________________。(2)试验结果猜测及结论：整个试验中，不同处理的试管中O2的释放速率从快到慢依次是：______________。由此可得出的结论是_______________________________________________________。[解析]分析该试验验证的问题可知，试验目的有两个：一是验证酶具有催化作用，可通过设置有酶和无酶的两组试验进行争辩；二是验证酶具有高效性，可通过酶和FeCl3溶液的比较进行争辩。因此本试验可分为三组：分别加入蒸馏水、过氧化氢酶溶液、FeCl3溶液。验证性试验的结果是确定的，即加入过氧化氢酶溶液的一组O2释放速率最快，试验结论与试验验证的问题全都。[答案](1)①等量且适量的H2O2溶液②等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液③释放气泡的快慢(2)加过氧化氢酶溶液的试管、加FeCl3溶液的试管、加蒸馏水的试管酶具有催化作用和高效性验证性试验的设计思路验证性试验通常是指试验者针对已知的试验结果而进行的以验证明验结果、巩固和加强有关学问内容、培育试验操作力量为目的的重复性试验。验证性试验是建立在已知结论基础上的，试验原理、试验结果是已知的，因此试验步骤的设计也应合乎试验结果产生的必定。试验设计思路及方法：(1)假如需要提取、配制、处理试验材料，则把提取、配制等操作作为第一步。(2)分组标号。争辩对象、器皿等要分组标号，设立试验组和对比组；留意把握无关变量，在措辞中往往有“相同”“全都”等字眼。假如有测量应测量记录初始值。(3)试验处理。分别对试验组和对比组施加单