2024年高中生物新教材同步必修第一冊(cè) 第5章 第1節(jié)　第1課時(shí)　酶的作用和本質(zhì)

第1節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶第1課時(shí)酶的作用和本質(zhì)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.說明絕大多數(shù)酶是一類能催化生化反應(yīng)的蛋白質(zhì)。2.闡明酶發(fā)揮作用的原理。3.通過對(duì)有關(guān)酶實(shí)驗(yàn)的分析，學(xué)會(huì)控制實(shí)驗(yàn)的變量和設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)。一、酶在細(xì)胞代謝中的作用1．細(xì)胞代謝(1)概念：細(xì)胞中每時(shí)每刻都進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝。(2)條件：需酶的催化。(3)意義：細(xì)胞代謝是細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。2．酶的作用原理(1)活化能：分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量。(2)原理：同無機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著。(3)意義：使細(xì)胞代謝能在溫和條件下快速有序地進(jìn)行。判斷正誤(1)酶能提高化學(xué)反應(yīng)的活化能，使化學(xué)反應(yīng)順利進(jìn)行()(2)酶能催化H2O2分解，是因?yàn)槊甘笻2O2得到了能量()(3)無關(guān)變量是與實(shí)驗(yàn)結(jié)果無關(guān)的變量()(4)在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，因變量的檢測(cè)指標(biāo)往往不是唯一的()答案(1)×(2)×(3)×(4)√解析(1)(2)酶催化作用的實(shí)質(zhì)是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)順利進(jìn)行。(3)無關(guān)變量會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，因此，對(duì)無關(guān)變量的處理要求是相同且適宜。任務(wù)一：比較過氧化氫在不同條件下的分解1．實(shí)驗(yàn)原理2H2O2eq\o(→,\s\up7(水浴加熱),\s\do5(或FeCl3溶液或過氧化氫酶))2H2O＋O22．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^比較過氧化氫在不同條件下分解的快慢，了解過氧化氫酶的作用。3．實(shí)驗(yàn)過程和現(xiàn)象試管編號(hào)1234第一步H2O2濃度3%3%3%3%劑量2mL2mL2mL2mL第二步反應(yīng)條件常溫90℃FeCl3溶液肝臟研磨液劑量2滴清水2滴清水2滴2滴結(jié)果氣泡產(chǎn)生不明顯少量較多大量衛(wèi)生香復(fù)燃情況不復(fù)燃不復(fù)燃復(fù)燃迅速復(fù)燃4．討論(1)如何判斷過氧化氫被分解的快慢？提示觀察單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氣泡的多少或觀察帶火星的衛(wèi)生香的復(fù)燃情況。(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析①與1號(hào)試管相比，2號(hào)試管產(chǎn)生的氣泡多，這一現(xiàn)象說明加熱能促進(jìn)過氧化氫的分解，提高反應(yīng)速率。②1、4號(hào)試管對(duì)照說明酶具有催化作用。③1、3、4(或3、4)號(hào)試管對(duì)照說明與無機(jī)催化劑相比，酶的催化效率更高。(3)2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)試管相比，哪支試管最終產(chǎn)生的氧氣最多，為什么？提示最終產(chǎn)生的氧氣一樣多，因?yàn)閹字г嚬艿倪^氧化氫溶液的體積和濃度都相同。任務(wù)二：酶的作用原理如圖所示為酶催化反應(yīng)的機(jī)理與過程，圖中E1、E2、E3都是活化能，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題：(1)請(qǐng)將這三種活化能分別與不使用催化劑、使用無機(jī)催化劑、使用酶作催化劑三種條件進(jìn)行對(duì)應(yīng)。提示E1——使用無機(jī)催化劑，E2——不使用催化劑，E3——使用酶作催化劑。(2)使用酶作催化劑時(shí)，酶所降低的化學(xué)反應(yīng)的活化能應(yīng)該怎么表示？提示E2－E3。1．如圖表示“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)，下列有關(guān)分析合理的是()A．本實(shí)驗(yàn)的自變量只是催化劑的不同B．本實(shí)驗(yàn)的無關(guān)變量有溫度和酶的用量等C．1號(hào)與2號(hào)、1號(hào)與4號(hào)可分別構(gòu)成對(duì)照實(shí)驗(yàn)D．分析1號(hào)、2號(hào)試管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知加熱能降低反應(yīng)的活化能答案C解析1號(hào)試管是對(duì)照組，2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)試管分別進(jìn)行的操作是加熱、加無機(jī)催化劑、加酶，這些處理就是自變量，因此該實(shí)驗(yàn)的自變量是溫度和催化劑的種類，A錯(cuò)誤；除自變量外，實(shí)驗(yàn)過程中存在的會(huì)影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果的因素或條件稱為無關(guān)變量，過氧化氫的濃度、溶液體積、反應(yīng)時(shí)間、酶的用量等是無關(guān)變量，而溫度是自變量之一，B錯(cuò)誤；1號(hào)與2號(hào)對(duì)照，可說明加熱能促進(jìn)過氧化氫分解，1號(hào)與4號(hào)對(duì)照，可說明過氧化氫酶能催化過氧化氫分解，C正確；加熱能使過氧化氫分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變成容易反應(yīng)的活躍狀態(tài)，不是降低反應(yīng)的活化能，D錯(cuò)誤。2．如圖所示，①表示有酶催化的反應(yīng)曲線，②表示沒有酶催化的反應(yīng)曲線，E表示酶降低的活化能，正確的圖解是()答案C解析由于酶的作用是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，①表示有酶催化的反應(yīng)曲線，②表示沒有酶催化的反應(yīng)曲線，故①比②曲線的峰值要低，且①②曲線峰值的差值表示降低的活化能E，C正確。二、酶的本質(zhì)1．關(guān)于酶本質(zhì)的探索2．酶的本質(zhì)(1)產(chǎn)生場(chǎng)所：活細(xì)胞。(2)生理作用：催化作用。(3)化學(xué)本質(zhì)：蛋白質(zhì)或RNA。判斷正誤(1)酶的基本組成單位是氨基酸()(2)具有分泌功能的細(xì)胞才能產(chǎn)生酶()(3)酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的，只能在細(xì)胞內(nèi)起催化作用()(4)酶在反應(yīng)完成后立即被降解成氨基酸()(5)酶具有催化、調(diào)節(jié)等多種功能()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×解析(1)酶的基本組成單位是氨基酸或核糖核苷酸。(2)并不是具有分泌功能的細(xì)胞才能產(chǎn)生酶，活細(xì)胞都能產(chǎn)生酶。(3)酶不僅在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，在細(xì)胞外和體外都可以發(fā)揮作用。(4)酶在化學(xué)反應(yīng)前后性質(zhì)不變，不會(huì)在催化后就被降解。(5)酶具有的功能是催化。3．下列有關(guān)酶本質(zhì)的探索過程的敘述，錯(cuò)誤的是()A．巴斯德和李比希的觀點(diǎn)既有積極意義，又有其局限性B．畢希納發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)能夠在酵母菌細(xì)胞破碎后繼續(xù)起作用C．薩姆納從刀豆種子中提純出的結(jié)晶可以催化尿素分解D．切赫和奧爾特曼證明酶的化學(xué)本質(zhì)只是RNA而非蛋白質(zhì)答案D解析切赫和奧爾特曼發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化功能，D錯(cuò)誤。4．下列有關(guān)生物體內(nèi)酶的敘述，正確的是()A．酶在完成催化作用后立即失活B．酶只能在活細(xì)胞內(nèi)才能發(fā)揮作用C．大多數(shù)酶是在核糖體上合成的D．酶為反應(yīng)過程供能從而降低反應(yīng)活化能答案C解析酶在完成催化作用后不會(huì)立即失活，酶可以多次重復(fù)利用，A錯(cuò)誤；只要條件適宜，酶在生物體內(nèi)、外都能發(fā)揮作用，B錯(cuò)誤；大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，是在核糖體上合成的，C正確；酶的作用機(jī)理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，酶不能為反應(yīng)過程供能，D錯(cuò)誤。題組一酶在細(xì)胞代謝中的作用1．在如圖所示的實(shí)驗(yàn)中，屬于無關(guān)變量的是()A．催化劑的種類B．過氧化氫分解的速率C．試管中的過氧化氫溶液的量D．產(chǎn)生氣泡量答案C解析分析實(shí)驗(yàn)裝置可知，催化劑的種類屬于實(shí)驗(yàn)的自變量，A錯(cuò)誤；過氧化氫分解的速率屬于實(shí)驗(yàn)的因變量，B錯(cuò)誤；試管中的過氧化氫溶液的量屬于實(shí)驗(yàn)的無關(guān)變量，C正確；產(chǎn)生氣泡量屬于實(shí)驗(yàn)的因變量，D錯(cuò)誤。2．如圖為“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實(shí)驗(yàn)裝置，分析下列有關(guān)說法正確的是()A．該實(shí)驗(yàn)的自變量是過氧化氫的分解速率B．1號(hào)、4號(hào)試管對(duì)照說明酶具有催化作用C．4號(hào)試管中的過氧化氫分子所含能量最高D．4支試管中過氧化氫的濃度和用量不相同答案B解析過氧化氫的分解速率是該實(shí)驗(yàn)的因變量，A錯(cuò)誤；加熱為過氧化氫提供能量，加催化劑是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，故2號(hào)試管中的過氧化氫分子所含能量最高，C錯(cuò)誤；4支試管中過氧化氫的濃度和用量是無關(guān)變量，對(duì)照實(shí)驗(yàn)中的無關(guān)變量應(yīng)保持適宜且相同，D錯(cuò)誤。3．下列關(guān)于活化能的敘述，不正確的是()A．分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量B．無機(jī)催化劑、水浴加熱都可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能C．酶可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能D．同無機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用效果更顯著答案B解析水浴加熱可以給化學(xué)反應(yīng)提供能量，但不可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，B錯(cuò)誤。4．如圖曲線Ⅰ、Ⅱ分別表示物質(zhì)M在無催化劑和有酶催化條件下生成物質(zhì)P所需能量的變化過程。下列敘述正確的是()A．a(chǎn)d段表示無催化劑時(shí)，反應(yīng)所需要的活化能B．a(chǎn)c段表示有酶催化時(shí)，酶降低的活化能C．若換用無機(jī)催化劑，b點(diǎn)將向上移動(dòng)D．加熱、加壓不能使物質(zhì)M更容易從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S狀態(tài)答案C解析ac段表示在無催化劑的條件下化學(xué)反應(yīng)需要的活化能，A、B錯(cuò)誤；加熱、加壓通常能使反應(yīng)物分子獲得能量促使反應(yīng)的進(jìn)行，D錯(cuò)誤。5．在如圖所示的酶促反應(yīng)圖式中，屬于酶的是()A．①B．②C．③D．④答案A解析酶在生化反應(yīng)中起催化作用，在反應(yīng)前后質(zhì)和量均不變，①反應(yīng)前后沒發(fā)生變化，所以①是酶，②是反應(yīng)物，③④為生成物。故選A。題組二酶的本質(zhì)6．(2022·江西景德鎮(zhèn)高一期末)脲酶是一種催化尿素分解成氨和二氧化碳的酶，具有高度專一性。最早從刀豆中提取并被證明是蛋白質(zhì)。下列有關(guān)脲酶的敘述正確的是()A．脲酶的作用原理與無機(jī)催化劑的不同B．能催化脲酶水解的酶是蛋白酶C．在細(xì)胞內(nèi)合成，在細(xì)胞外無法發(fā)揮作用D．食用刀豆后，刀豆中的脲酶能催化人體中的尿素水解答案B解析脲酶的作用原理與無機(jī)催化劑相同，都是降低化學(xué)反應(yīng)所需活化能，A錯(cuò)誤；酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的，可以在細(xì)胞內(nèi)，也可以在細(xì)胞外發(fā)揮作用，C錯(cuò)誤；刀豆中的脲酶屬于蛋白質(zhì)，食用刀豆后，相應(yīng)的蛋白質(zhì)會(huì)被水解，不能催化人體中的尿素水解，D錯(cuò)誤。7．20世紀(jì)80年代科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種RNaseP酶，該酶由20%的蛋白質(zhì)和80%的RNA組成。如果將這種酶中的蛋白質(zhì)除去，并提高M(jìn)g2＋的濃度，他們發(fā)現(xiàn)留下來的RNA仍然具有與這種酶相同的催化活性，這一結(jié)果表明()A．RNA具有生物催化作用B．酶是由RNA和蛋白質(zhì)組成的C．酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)D．絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA答案A解析除去RNaseP酶中的蛋白質(zhì)，在提高M(jìn)g2＋濃度的前提下，RNA仍然具有與這種酶相同的催化活性，說明該酶中的RNA具有催化作用，A符合題意。8．下列關(guān)于酶的敘述有幾項(xiàng)是正確的()①是有分泌功能的細(xì)胞產(chǎn)生的②有的從食物中獲得，有的在體內(nèi)轉(zhuǎn)化而來③凡是活細(xì)胞都能產(chǎn)生酶④酶只能在核糖體上合成⑤酶的水解產(chǎn)物是氨基酸⑥酶在代謝中有多種功能⑦在新陳代謝和生殖發(fā)育中起調(diào)控作用⑧酶只是起催化作用，其催化作用的實(shí)質(zhì)是為化學(xué)反應(yīng)提供活化能A．0項(xiàng)B．1項(xiàng)C．2項(xiàng)D．3項(xiàng)答案A解析不具有分泌功能的細(xì)胞也可以產(chǎn)生酶，①錯(cuò)誤；酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的，②錯(cuò)誤；大多數(shù)活細(xì)胞都能產(chǎn)生酶，但哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞不能產(chǎn)生酶，③錯(cuò)誤；酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)或RNA，可以在核糖體或細(xì)胞核中合成，④錯(cuò)誤；酶的水解產(chǎn)物是氨基酸或核糖核苷酸，⑤錯(cuò)誤；酶只具有催化作用，⑥錯(cuò)誤；酶不能起調(diào)控作用，⑦錯(cuò)誤；酶只是起催化作用，其催化作用的實(shí)質(zhì)是降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能，⑧錯(cuò)誤。9．圖中的新鮮土豆片與H2O2接觸后，產(chǎn)生的現(xiàn)象及推測(cè)錯(cuò)誤的是()A．若有氣體大量產(chǎn)生，可推測(cè)新鮮土豆片中含有過氧化氫酶B．若增加新鮮土豆片數(shù)量，量筒中產(chǎn)生氣體的速度加快C．為保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，需要控制溫度等無關(guān)變量D．一段時(shí)間后氣體量不再增加是因?yàn)橥炼蛊臄?shù)量有限答案D解析一段時(shí)間后氣體量不再增加是因?yàn)榈孜镆呀?jīng)消耗完。10．某一不可逆化學(xué)反應(yīng)(S→P＋W)在無酶和有酶催化時(shí)均可以進(jìn)行，當(dāng)該反應(yīng)在無酶條件下進(jìn)行到時(shí)間t時(shí)，向反應(yīng)液中加入催化該反應(yīng)的酶。圖中能正確表示加酶后反應(yīng)物濃度隨反應(yīng)時(shí)間變化趨勢(shì)的曲線是()A．甲B．乙C．丙D．丁答案D解析丁曲線在加入酶后其反應(yīng)物的濃度下降速率明顯加快，直至反應(yīng)物濃度為0，D正確。11．甲、乙兩種酶用同一種蛋白酶處理，酶活性(酶催化特定化學(xué)反應(yīng)的能力)與處理時(shí)間的關(guān)系如圖所示。下列分析錯(cuò)誤的是()A．乙酶的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)B．甲酶能夠不被該種蛋白酶降解C．乙酶活性的改變是因?yàn)槠浞肿咏Y(jié)構(gòu)的改變D．甲酶不可能是具有催化功能的RNA答案D解析絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA。用蛋白酶處理后，甲酶活性不變，則說明甲酶可能是RNA，D錯(cuò)誤。12．為了探究口腔的分泌液中是否有蛋白酶，某學(xué)生設(shè)計(jì)了兩組實(shí)驗(yàn)，如圖所示。在37℃水浴中保溫一段時(shí)間后，1、2中加入適量雙縮脲試劑，3、4中不加任何試劑，下列分析正確的是()A．實(shí)驗(yàn)②能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康腂．實(shí)驗(yàn)①能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康腃．實(shí)驗(yàn)①②都能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康腄．實(shí)驗(yàn)①②都不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇鸢窤解析雙縮脲試劑檢測(cè)的是蛋白質(zhì)，蛋白酶也是蛋白質(zhì)，故本題無法從化學(xué)特性上達(dá)到目的，只有考慮物理特性，如蛋白塊變小或消失。13．活化能是指分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量。如圖為酶的作用模型。請(qǐng)據(jù)圖回答問題：(1)從圖中可以看出，沒有酶催化時(shí)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)需要的活化能________；有酶催化時(shí)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)需要的活化能________；a指________________。因此，酶催化作用的本質(zhì)是__________________。(2)酶的化學(xué)本質(zhì)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學(xué)反應(yīng)的活化能(2)蛋白質(zhì)或RNA細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外解析(1)從圖中可看出，沒有酶催化時(shí)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)需要的活化能較高；有酶催化時(shí)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)需要的活化能較低。因此，酶催化作用的實(shí)質(zhì)是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。(2)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)或RNA，酶在細(xì)胞內(nèi)外都能起作用。14．下列是關(guān)于酶促反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究：(1)實(shí)驗(yàn)步驟：①取3支試管并分別標(biāo)為A、B、C，各加入等量的一定濃度的過氧化氫溶液，放入38℃恒溫水浴鍋中保溫。②向A中加入一定量的蒸餾水，B中加入等量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的FeCl3溶液，C中加入等量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的新鮮肝臟研磨液(所加試劑均經(jīng)過38℃恒溫水浴保溫)。③觀察各試管產(chǎn)生氣泡的速率。(2)請(qǐng)分析回答下列問題：①該實(shí)驗(yàn)可以探究______________________________________________________________。②實(shí)驗(yàn)開始后，B、C組產(chǎn)生氣泡的速率比A組快，但一段時(shí)間后都沒有氣泡產(chǎn)生，原因是_________________________________________________________________