【天成教育】2022年高中生物必修一教師用書(shū)-5.1.1酶的作用和本質(zhì)

第1節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶一、酶在細(xì)胞代謝中的作用1．細(xì)胞代謝(1)場(chǎng)所：活細(xì)胞內(nèi)。(2)實(shí)質(zhì)：各種化學(xué)反應(yīng)的總稱。(3)意義：細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。2．比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解(1)試驗(yàn)原理：H2O2在水浴加熱、FeCl3溶液中的Fe3＋和肝臟研磨液中過(guò)氧化氫酶的作用下加速分解。(2)試驗(yàn)步驟：編號(hào)步驟1234相同處理向4支試管中分別加入2_mL過(guò)氧化氫溶液并放在試管架上不同處理不處理放入90_℃左右的水浴中加熱滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴肝臟研磨液觀看試管內(nèi)產(chǎn)生的氣泡數(shù)量試管內(nèi)衛(wèi)生香燃燒程度(3)試驗(yàn)中的相關(guān)變量：eq\a\vs4\al(①自變量)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(含義：在試驗(yàn)中人為轉(zhuǎn)變的變量,實(shí)例：過(guò)氧化氫分解的不同條件))②因變量eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(含義：隨自變量變化而變化的變量,實(shí)例：過(guò)氧化氫的分解速率))eq\a\vs4\al(③無(wú)關(guān),變量)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(含義：除自變量以外影響試驗(yàn)結(jié)果的變量,實(shí)例：反應(yīng)物的性質(zhì)、濃度、肝臟的新穎程度等))(4)對(duì)比試驗(yàn)：①含義：除了一個(gè)因素以外，其余因素都保持不變的試驗(yàn)。②原則：除了要觀看的變量外，其他變量都應(yīng)當(dāng)始終保持相同。二、酶的本質(zhì)和作用原理1．本質(zhì)(1)合成場(chǎng)所：活細(xì)胞中。(2)化學(xué)本質(zhì)：絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，極少數(shù)是RNA。2．作用原理(1)活化能：分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)潔發(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(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，因而催化效率更高。(3)意義：使細(xì)胞代謝能在溫存條件下快速進(jìn)行。一、酶在代謝中的作用1．教材問(wèn)題探討與分析(1)認(rèn)真閱讀教材P78～P79[試驗(yàn)]內(nèi)容，思考并爭(zhēng)辯下列問(wèn)題：①爭(zhēng)辯并溝通：完成該試驗(yàn)依據(jù)的原理是什么？提示：a.2H2O2eq\o(→,\s\up7(Fe3＋),\s\do5(酶))2H2O＋O2b．等量的兩種溶液中分子數(shù)目之比為Fe3＋∶過(guò)氧化氫酶＝250000∶1。②試驗(yàn)中為什么必需接受新穎肝臟研磨液作材料？提示：a.肝臟假如不新穎，肝細(xì)胞內(nèi)的過(guò)氧化氫酶就會(huì)在腐生細(xì)菌的作用下分解而失去催化作用。b．肝臟必需進(jìn)行研磨，以便使過(guò)氧化氫酶釋放出來(lái)，使過(guò)氧化氫酶與試管內(nèi)過(guò)氧化氫分子充分接觸，加速過(guò)氧化氫的分解。③試驗(yàn)中滴加FeCl3溶液和肝臟研磨液的滴管能否混用？為什么？提示：不能。酶具有高效性，少量的酶帶入FeCl3溶液中就會(huì)干擾試驗(yàn)結(jié)果的精確?????性，增大試驗(yàn)誤差。(2)閱讀教材P79[把握變量]內(nèi)容，分析試驗(yàn)中的變量及對(duì)比類型有哪些？提示：①變量eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(自變量：不同條件（溫度、催化劑,種類）,因變量：過(guò)氧化氫分解速率,無(wú)關(guān)變量：過(guò)氧化氫溶液的濃度、,用量))②對(duì)比類型：試管1與試管2、3、4之間形成空白對(duì)比；試管2與試管3、4，試管3與試管4之間都形成了條件對(duì)比。(3)認(rèn)真觀看教材P80圖5－1、5－2，并閱讀相關(guān)文字內(nèi)容，溝通酶和無(wú)機(jī)催化劑都能催化化學(xué)反應(yīng)快速進(jìn)行的緣由，并分析二者的不同。提示：①酶和無(wú)機(jī)催化劑都能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，所以都能催化化學(xué)反應(yīng)快速進(jìn)行。②同無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，因而催化效率更高。2．推斷下列說(shuō)法是否正確(1)細(xì)胞代謝只能產(chǎn)生對(duì)細(xì)胞有用的物質(zhì)。(×)(2)加熱、無(wú)機(jī)催化劑和酶都能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。(×)(3)無(wú)關(guān)變量是對(duì)試驗(yàn)沒(méi)有影響的變量。(×)二、酶的本質(zhì)1．將下列內(nèi)容連接起來(lái)2．推斷下列說(shuō)法是否正確(1)酶只能在細(xì)胞內(nèi)起催化作用。(×)(2)全部的酶都是蛋白質(zhì)。(×)(3)酶和無(wú)機(jī)催化劑都能催化化學(xué)反應(yīng)，所以二者沒(méi)有本質(zhì)區(qū)分。(×)一、酶的作用機(jī)理酶和其他催化劑均能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，分析如下：1．圖中ac和bc段分別表示無(wú)機(jī)催化劑和酶催化時(shí)反應(yīng)進(jìn)行所需要的活化能。2．若將酶變?yōu)闊o(wú)機(jī)催化劑，則b在縱軸上向上移動(dòng)。用加熱的方法不能降低活化能，但會(huì)供應(yīng)反應(yīng)所需的能量。[特殊提示](1)酶和無(wú)機(jī)催化劑一樣，只能催化熱力學(xué)上允許進(jìn)行的反應(yīng)。(2)酶可以縮短化學(xué)反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間，但不能轉(zhuǎn)變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。(3)在反應(yīng)前后，酶的化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量保持不變。二、酶化學(xué)本質(zhì)的試驗(yàn)驗(yàn)證1．證明某種酶是蛋白質(zhì)試驗(yàn)組：待測(cè)酶液＋雙縮脲試劑→是否消滅紫色反應(yīng)。對(duì)比組：已知蛋白液＋雙縮脲試劑→消滅紫色反應(yīng)。2．證明某種酶是RNA試驗(yàn)組：待測(cè)酶液＋吡羅紅染液→是否消滅紅色。對(duì)比組：已知RNA液＋吡羅紅染液→消滅紅色。比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解1．原理新穎肝臟中含有過(guò)氧化氫酶，F(xiàn)e3＋是一種無(wú)機(jī)催化劑。用肯定量的過(guò)氧化氫酶和Fe3＋催化過(guò)氧化氫分解成H2O和O2，可比較兩者的催化效率。2．過(guò)程及結(jié)果試管編號(hào)試驗(yàn)設(shè)置試驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)果分析1號(hào)(2mLH2O2溶液)無(wú)明顯氣泡放出，無(wú)助燃性H2O2的自然分解緩慢2號(hào)(2mLH2O2溶液)有明顯氣泡放出，有助燃性加熱能促進(jìn)H2O2的分解3號(hào)(2mLH2O2溶液)有較多氣泡放出，助燃性強(qiáng)Fe3＋能催化H2O2的分解4號(hào)(2mLH2O2溶液)有大量氣泡放出，助燃性更強(qiáng)過(guò)氧化氫酶也有催化H2O2分解的作用，且催化效率比Fe3＋高3.試驗(yàn)結(jié)論依據(jù)酶同無(wú)機(jī)催化劑一樣具有加快化學(xué)反應(yīng)速率的作用酶同無(wú)機(jī)催化劑相比，催化效率更高結(jié)論酶具有催化性酶具有高效性4.試驗(yàn)的變量和對(duì)比分析(1)變量：試驗(yàn)過(guò)程中可以變化的因素稱為變量。(2)自變量：人為轉(zhuǎn)變的變量，照試驗(yàn)中的氯化鐵溶液。(3)因變量：隨著自變量的變化而變化的變量，如過(guò)氧化氫的分解速率。(4)無(wú)關(guān)變量：試驗(yàn)過(guò)程中存在的可變因素，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響，這些變量稱為無(wú)關(guān)變量。(5)對(duì)比試驗(yàn)：除了一個(gè)因素以外，其余因素都保持不變的試驗(yàn)。一般要設(shè)置對(duì)比組和試驗(yàn)組。自變量因變量無(wú)關(guān)變量對(duì)比組試驗(yàn)組2號(hào)：90℃用產(chǎn)生氣泡的多少表示H2O2分解速率加入H2O2的量；試驗(yàn)室溫度；FeCl3和肝臟研磨液的新穎程度1號(hào)試管2、3、4號(hào)試管3號(hào)：加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3．5%的FeCl3溶液2滴4號(hào)：加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液2滴[特殊提示](1)試驗(yàn)時(shí)，必需用新穎的剛從活體動(dòng)物內(nèi)取出的肝臟作試驗(yàn)材料。由于新穎肝臟中的酶能保持其原有的活性。(2)肝臟要研磨充分，以加大肝細(xì)胞內(nèi)過(guò)氧化氫酶與試管中H2O2的接觸面積，從而加速H2O2的分解。(3)滴加FeCl3溶液和肝臟研磨液時(shí)不能合用一支滴管，以免影響試驗(yàn)效果。(4)由于反應(yīng)速率快，試驗(yàn)時(shí)要特殊留意比較產(chǎn)生氣泡的多少、冒氣泡時(shí)間的長(zhǎng)短、衛(wèi)生香的燃燒狀況等。(5)H2O2具有肯定的腐蝕性，使用時(shí)不要讓其接觸皮膚。[例1]下列關(guān)于酶的敘述，正確的是()A．酶只有在生物體內(nèi)才能起催化作用，起催化作用的本質(zhì)是提高反應(yīng)的活化能B．全部酶都含有C、H、O、N四種化學(xué)元素C．人體內(nèi)的酶進(jìn)行催化過(guò)程中，酶本身不變，所以酶不會(huì)發(fā)生自我更新D．酶都在核糖體上合成[解析]酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的，在細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外都可發(fā)揮催化作用，酶的作用機(jī)理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)或RNA，故都含有C、H、O、N四種元素，在核糖體或細(xì)胞核中合成。反應(yīng)前后，酶本身不變，但在人體內(nèi)的酶仍會(huì)不斷更新。[答案]B[例2]已知2H2O2=2H2O＋O2↑，可以通過(guò)觀看反應(yīng)過(guò)程中氧氣的生成速率(即氣泡從溶液中釋放的速率)來(lái)推斷H2O2分解反應(yīng)的速率。請(qǐng)用所給的試驗(yàn)材料和用具設(shè)計(jì)試驗(yàn)，使其能同時(shí)驗(yàn)證過(guò)氧化氫酶具有催化作用和高效性。要求寫(xiě)出試驗(yàn)步驟、猜測(cè)試驗(yàn)結(jié)果、得出結(jié)論，并回答問(wèn)題。試驗(yàn)材料與用具：適宜濃度的H2O2溶液，蒸餾水，3.5%FeCl3溶液，0.01%的過(guò)氧化氫酶溶液，恒溫水浴鍋，試管。(1)試驗(yàn)步驟：①取3支試管，各加入________________________________________，放入37℃恒溫水浴鍋中保溫適當(dāng)②分別向上述3支試管中加入__________________________________________。③觀看各管中____________________________。(2)試驗(yàn)結(jié)果猜測(cè)及結(jié)論：整個(gè)試驗(yàn)中，不同處理的試管中O2的釋放速率從快到慢依次是：______________。由此可得出的結(jié)論是_______________________________________________________。[解析]分析該試驗(yàn)驗(yàn)證的問(wèn)題可知，試驗(yàn)?zāi)康挠袃蓚€(gè)：一是驗(yàn)證酶具有催化作用，可通過(guò)設(shè)置有酶和無(wú)酶的兩組試驗(yàn)進(jìn)行爭(zhēng)辯；二是驗(yàn)證酶具有高效性，可通過(guò)酶和FeCl3溶液的比較進(jìn)行爭(zhēng)辯。因此本試驗(yàn)可分為三組：分別加入蒸餾水、過(guò)氧化氫酶溶液、FeCl3溶液。驗(yàn)證性試驗(yàn)的結(jié)果是確定的，即加入過(guò)氧化氫酶溶液的一組O2釋放速率最快，試驗(yàn)結(jié)論與試驗(yàn)驗(yàn)證的問(wèn)題全都。[答案](1)①等量且適量的H2O2溶液②等量且適量的蒸餾水、FeCl3溶液和過(guò)氧化氫酶溶液③釋放氣泡的快慢(2)加過(guò)氧化氫酶溶液的試管、加FeCl3溶液的試管、加蒸餾水的試管酶具有催化作用和高效性驗(yàn)證性試驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路驗(yàn)證性試驗(yàn)通常是指試驗(yàn)者針對(duì)已知的試驗(yàn)結(jié)果而進(jìn)行的以驗(yàn)證明驗(yàn)結(jié)果、鞏固和加強(qiáng)有關(guān)學(xué)問(wèn)內(nèi)容、培育試驗(yàn)操作力量為目的的重復(fù)性試驗(yàn)。驗(yàn)證性試驗(yàn)是建立在已知結(jié)論基礎(chǔ)上的，試驗(yàn)原理、試驗(yàn)結(jié)果是已知的，因此試驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)也應(yīng)合乎試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的必定。試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路及方法：(1)假如需要提取、配制、處理試驗(yàn)材料，則把提取、配制等操作作為第一步。(2)分組標(biāo)號(hào)。爭(zhēng)辯對(duì)象、器皿等要分組標(biāo)號(hào)，設(shè)立試驗(yàn)組和對(duì)比組；留意把握無(wú)關(guān)變量，在措辭中往往有“相同”“全都”等字眼。假如有測(cè)量應(yīng)測(cè)量記錄初始值。(3)試驗(yàn)處理。分別對(duì)試驗(yàn)組和對(duì)比組施加單