1、酶的作用和本质人教版高中生物必修1学案设计第1课时酶的作用和本质课前自主预习案一、教材P76问题探讨 1773年，意大利科学家斯帕兰札尼做了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间后，他把小笼子取出来，发现笼内的肉块消失了。讨论：1为什么要将肉块放在金属笼内？答案： 为了解决鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化这一问题。2. 是什么物质使肉块消失了？答案：是胃内的化学物质将肉块分解了。3. 怎样才能证明你的推测？答案：收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。二、酶在细胞代谢中的作用1细胞代谢(1)概念：细胞中(场所)各种化学反应的总称
2、(实质)。(2)意义：细胞生命活动的基础。细胞在代谢过程中会产生一些有害物质，如H2O2。幸好细胞中含有一种物质，能将H2O2及时分解，变成O2和H2O，这种物质就是H2O2酶。2(实验)比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验原理：2H2O22H2OO2H2O2在水浴加热、FeCl3溶液和肝脏研磨液中H2O2酶的作用下加速分解为H2O和O2。(2)实验过程和现象：填表试管步骤相同处理向4支试管中分别加入2 mLH2O2溶液不同处理不处理放在90左右的水浴中加热滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴肝脏研磨液现象气泡基本无少较多很多带火星卫生香无复燃有复燃复燃性较强复燃性很强(3)实验结论：酶具有催化
3、作用，同无机催化剂相比，催化的效率更高。3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)作用机制：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)结果：由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速进行。三、酶的本质1关于酶本质的探索历程思考讨论P79科学家主要成就及观点巴斯德之前发酵是纯化学过程，与生命活动无关巴斯德(法)只有酵母细胞参与才能进行发酵李比希(德)酵母细胞裂解释放出某种物质才会引起发酵毕希纳(德)获得不含酵母细胞的提取液，但未能分离鉴定出酶萨姆纳(美)用丙酮提取出了刀豆种子中的脲酶，并证明了脲酶是蛋白质切赫和奥特曼(
4、美)发现少数RNA也具有生物催化功能2.酶的本质酶：是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA。1.判断下列有关叙述的正误(1)酶的作用是为化学反应提供能量()(2)同无机催化剂相比，酶催化效率更高的原因是酶降低活化能的作用更显著()(3)酶是活细胞产生的，只能在细胞内起作用()(4)所有的酶都是在核糖体上合成的()(5)酶为化学反应提供了活化能()(6)酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质()(7)酶起催化作用后立即被降解()(8)无关变量是对实验没有影响的变量()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7) (8)2阅读教材P79“思考讨论”后，把科学家和
5、他们的发现连起来。课堂互动探究案【课程标准】说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质【素养达成】 1通过有关实验，分析酶的作用，并在此基础上学会控制自变量、观察和检测因变量，并掌握设置对照实验的基本方法。(科学探究) 2通过阅读教材，了解酶的发现历程，加深对酶本质的理解。(社会责任)3分析相关实验，理解酶的高效性和专一性的含义。(科学探究)上海举行的中国国际食品添加剂和配料展上，帝斯曼展出了一系列酶制剂产品，以帮助食品生产厂商节能减排。该公司推出的Panamore Spring产品与其他乳化剂相比，能降低生产过程近80%的碳排放量；微生物磷脂酶Cake Zyme产品能使食品厂商在生产蛋糕等食
6、品中节省20%的鸡蛋用量，延长保质期；高性能酶制剂Rapidase FP Super能有效避免新鲜水果在经过机械或热处理加工后产生的不良副作用，改善口感。酶在人们的生活中越来越重要，那么酶具有什么作用？酶的化学本质又是什么呢？探究点一酶在细胞代谢中的作用【师问导学】细胞代谢离不开酶。请结合教材实验探讨酶在代谢中的作用。1观察下面两个反应，总结细胞代谢的概念。叶绿体：CO2H2O(CH2O)O2核糖体：氨基酸多肽(蛋白质)(1)对细胞来说，能量的获得和利用都必须通过化学反应，细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为_。(2)从反应式来看，生物体内的化学反应需要_的参与。答案：(1)细胞代谢(2
7、)酶2结合教材P77，通过比较过氧化氢在不同条件下的分解来认识酶在细胞代谢中的作用。下图是比较过氧化氢在不同条件下的分解实验过程，请据图分析：(1)在对照实验中，除了要观察的变量(自变量)外，其他变量(无关变量)都应当始终保持相同。分析上述实验中的自变量、因变量、无关变量、对照组、实验组分别是下列的哪些项？加入H2O2的量FeCl3溶液和肝脏研磨液的新鲜程度温度和催化剂实验室的温度H2O2分解的速率1号试管2、3、4号试管(2)2、3、4号三支试管都有气泡放出，但4号试管放出的气泡最多，说明了什么？(3)与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？(4)在细胞内，能通过加热来
8、提高反应速率吗？(5)3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？(6)3号与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？ (7)为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？(8)通过对这个实验结果的分析，你认为酶在细胞代谢中具有什么作用？答案：(1)自变量因变量无关变量对照组实验组(2)加热、无机催化剂和酶都能促进过氧化氢的分解，提高反应速率，但是酶的催化效率更高。(3)2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(4)不能。(5)说明FeCl3中的Fe3和新鲜肝脏中的H2O2酶都能加快H2O2分解的速率。(6)4号试管的反应速率比3号试管快
9、得多。说明H2O2酶比Fe3的催化效率高得多。(7)细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。(8)酶在常温常压下，可以高效地完成对化学反应的催化，即酶具有催化化学反应的作用。3下图是无催化剂和酶的作用机理示意图(1)没有催化剂时的活化能是多少？有酶催化时的活化能又是多少？(用图中字母表示)(2)酶能不能为化学反应提供所需要的能量？酶加快反应速率的机理是什么？(3)下表数据是在20 测得的H2O2分解的活化能，数据说明，酶和无机催化剂相比有什么不同？条件活化能/kJmol1没有
10、催化剂催化75用胶态钯催化54用过氧化氢酶催化29答案：(1)分别是CA、CB。(2)酶不能为化学反应提供所需要的能量。酶是通过降低反应的活化能来加快反应速率的。(3)和无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，即催化效率更高。【智涂笔记】易错警示酶和无机催化剂一样，并不改变平衡点的位置，只是改变化学反应的速率，使化学反应更快地达到平衡点。无机催化剂和酶都能提高反应速率，但是酶的催化效率更高；酶不能为化学反应提供所需要的能量，而是通过降低反应的活化能来加快反应速率。特别提醒实验组与对照组接受自变量处理的实验为实验组；没接受自变量处理的实验为对照组。【师说核心】1“比较过氧化氢在不同条件下的分解
11、”实验分析(1)实验原理2H2O22H2OO2。2H2O22H2OO2。2H2O22H2OO2。过氧化氢在自然条件下分解缓慢，用新鲜的肝脏研磨液、Fe3以及加热的方法加速过氧化氢分解，通过观察气泡数目和比较对卫生香的助燃程度可以了解过氧化氢酶的作用和意义。(2)实验中的相关变量 实验过程中可以变化的因素称为变量。本实验相关变量分析如下表：自变量在实验中人为改变的变量2号试管90 水浴3号试管FeCl3溶液4号试管肝脏研磨液因变量随自变量变化而变化的变量H2O2分解速率(指标：气泡产生数量及速率)无关变量除自变量外，实验中对实验结果造成影响的变量反应物的性质和浓度、肝脏的新鲜程度等(3)对照实验
12、含义：除了一个因素(自变量)以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。原则：除了要观察的变量外，其他变量(无关变量)都应当始终保持相同。对照组1号试管只加入2 mL H2O2溶液，以排除其他因素(如温度)的变化对实验结果产生的影响实验组2号、3号、4号试管在加入2 mL H2O2溶液的基础上，分别放入90 水浴中，加入2滴FeCl3溶液、2滴肝脏研磨液，与1号试管形成对照，以增强实验说服力(4)对于该实验来说，实验设计应遵循什么原则？实验设计原则：单一变量原则、对照性原则、等量适宜原则、可观测性原则等。只有对照实验中才需要设置变量，纯粹的观察实验(如高倍显微镜观察叶绿体和细胞质流动)则无需设
13、置变量。(5)实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(6)实验成功的关键肝脏必须是新鲜的，只有新鲜的肝脏细胞中才含有较多的H2O2酶。肝脏必须进行研磨，研磨能使肝脏细胞破裂，将酶释放出来。检测试管内产生的气体。将点燃的卫生香(无火焰)插入试管时，不要碰触到气泡或插入液面以下，以免卫生香潮湿而熄灭。H2O2有腐蚀性，使用时要小心，不要触及皮肤。(7)H2O2分解速率快慢的检测方法气泡目测法：可以通过反应时产生气泡的数量和速率来判定H2O2分解速率的大小。火星复燃法：可以通过带火星的火柴复燃剧烈程度来判定H2O2分解速率
14、的大小。2意义：由于酶的催化作用，使细胞代谢能在温和条件下快速进行。【检测反馈】1(合格必考)下图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解实验”。相关分析合理的是()A本实验的因变量是不同的催化剂B本实验的无关变量有温度和酶的用量等C1号与3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解析：本实验的因变量是气泡的产生速率，即过氧化氢的分解速率。温度是自变量，酶的用量是无关变量。1号与3号、1号与4号中只有一个实验变量不同，可分别构成对照实验。2号在高温下出现气泡的原因是加热使过氧化氢分子得到能量，从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态。答案：C2(合格必
15、考)在“比较过氧化氢在不同条件下分解”的实验中，把肝脏制成研磨液的目的是()A保护过氧化氢酶B有利于过氧化氢酶与反应物的接触C提高过氧化氢酶的活性D有利于对实验结果的观察解析：将新鲜肝脏制成研磨液的目的是使肝脏中的过氧化氢酶与过氧化氢充分接触，提高反应速率。答案：B3(合格必考)下列各图中，表示有酶催化的反应曲线，表示没有酶催化的反应曲线，E表示酶降低的活化能。其中正确的图解是()解析：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。酶可以降低活化能，使反应更容易进行。答案：C4(等级选考)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
16、反应的活化能B所有酶都含有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探究点二酶的本质【师问导学】结合教材 P7980关于酶本质的探索回答下列问题：1. 巴斯德和李比希的观点各有什么积极意义？各有什么局限性？答案：巴斯德认为发酵与活细胞有关是合理的，但是认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作
17、用是不正确的；李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质是合理的，但是认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用是不正确的。2科学发展过程中出现争论是正常的。试分析巴斯德和李比希之间出现争论的原因是什么，这一争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用？答案：巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。3从毕希纳的实验可以得出什么结论？答案：毕希纳的实验说明，酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。4萨姆纳历时9年才证明脲
18、酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他成功的主要因素是什么？答案：萨姆纳历时9年用正确的科学方法，坚持不懈、百折不挠的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。5科学家从一种叫四膜虫的生物中获得某种酶的结晶，你能设计实验鉴定该酶是蛋白质还是RNA吗？请简要说明实验思路和结论。答案：将该酶分成两份，分别加入双缩脲试剂(甲)和吡罗红染液(乙)，若加入双缩脲试剂后呈现紫色，则该酶是蛋白质；若加入吡罗红染液后呈红色，则该酶是RNA。【智涂笔记】验证性实验的设计思路验证性实验通常是指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验。验证
19、性实验是建立在已知结论基础上的，实验原理、实验结果是已知的，因此实验步骤的设计也应合乎实验结果产生的必然。实验设计思路及方法：(1)如果需要提取、配制、处理实验材料，则把提取、配制等操作作为第一步。(2)分组标号。研究对象、器皿等要分组标号，设立实验组和对照组；注意控制无关变量，在措辞中往往有“相同”“一致”等字眼。如果有测量应测量记录初始值。(3)实验处理。分别对实验组和对照组施加单一变量；实验处理要遵循“单一变量和对照原则”。(4)培养(或饲养)、观察、记录等。依然在措辞中体现对无关变量的控制，经常有“相同条件下”等字眼描述，观察记录实验现象或记录测定的实验数据。【师说核心】1酶的本质及生
20、理功能概念酶是活细胞产生的具催化作用的有机物来源一般来说，活细胞都能产生酶(哺乳动物成熟的红细胞不能产生酶，但含有酶)生理功能生物催化功能(反应前后酶的性质和数量不变)作用机理降低化学反应的活化能，加快反应速率酶催化作用实验验证实验组：底物相应酶底物被分解对照组：底物等量清水底物不被分解作用场所在细胞内(呼吸酶、光合酶等)、细胞外(消化酶等)、体外都能发挥催化作用化学本质绝大多数是蛋白质极少数是RNA合成原料氨基酸(约20种)核糖核苷酸(4种)合成场所核糖体细胞核(主要)、线粒体、叶绿体注：酶只有催化作用，没有调节功能；酶可作为催化剂，也可以作为反应底物。2酶化学本质的实验验证(1)证明某种酶
21、是蛋白质实验组：待测酶液双缩脲试剂是否出现紫色反应。对照组：已知蛋白液双缩脲试剂出现紫色反应。(2)证明某种酶是RNA实验组：待测酶液吡罗红染液是否出现红色。对照组：已知RNA液吡罗红染液出现红色。【检测反馈】1(合格必考)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B酶都有消化作用C调节新陈代谢的物质不是酶D所有酶与双缩脲试剂作用均可发生紫色反应解析：酶虽然是由活细胞产生的，但它的催化作用不一定非在生物体内，只要条件适宜，体内体外都可起催化作用。酶的催化作用表现在多方面，有的酶促进物质合成，有的酶促进物质分解，只有消化酶才能促进消化。调节新陈代谢的物质有激素、维生素、无机盐
22、等，酶是对代谢过程的化学反应起催化作用。少数酶是RNA，不能与双缩脲试剂发生紫色反应。答案：C2(合格必考)活细胞内合成酶的原料是()A脂肪酸 B核苷酸C氨基酸 D氨基酸或核糖核苷酸解析：绝大多数的酶是蛋白质，其基本单位是氨基酸；少数的酶是RNA，其基本单位是核糖核苷酸。答案：D3(合格必考)如图为酶催化反应的过程示意图，以数字编号的图形分别表示反应物、酶、生成物等反应要素，其中表示酶的图形编号是()A B C D解析：从图中可以看出图形参与催化反应，并在反应前后能保持结构和性质不变，故图形应为酶。答案：A4(等级选考)当某种RNA存在时，生物体内的某种化学反应能正常进行；当这种RNA被有关的
23、酶水解后，此种化学反应立即减慢。由此可以说明()ARNA是核酸的一种BRNA有时也可称为遗传物质CRNA主要存在于细胞质中DRNA也可作为生物催化剂解析：RNA被有关的酶水解后，化学反应立即减慢，说明该酶催化此反应的进行，即RNA也具有催化作用，故D项正确。A、B、C三项从内容上讲均是正确的说法，但无法从题干信息中得出这些结论，故三项均错误。答案：D【网络建构】【主干落实】1细胞代谢是细胞中化学反应的总称。2酶是生物催化剂，其催化原理是降低化学反应的活化能。3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，少部分是RNA。4酶的特性是高效性、专一性和作用条件的温和性。5酶具有高效性的原
24、因是：与无机催化剂相比，酶降低反应活化能的作用更显著。课后分层检测案14酶的作用和本质授课提示：对应学生用书155页【合格考全员做】(学业水平一、二)1在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中加入肝脏研磨液与加入氯化铁的试管反应程度类似，都不剧烈，可能的原因是()A过氧化氢溶液配置时间过长B肝脏不新鲜C试管不干净 DA、B都有可能解析：由于实验中加入肝脏研磨液和加入氯化铁的试管反应都不剧烈，其原因有两个方面：一是使用的过氧化氢溶液配置时间过长，自身已发生分解；二是使用的肝脏不新鲜，其中的过氧化氢酶已被微生物破坏。答案：D2下列试管中各注入10 mL 2%的过氧化氢溶液，实验中产生气泡最多的是
25、()解析：A中含有丰富的过氧化氢酶，催化效率高；C中加热后酶失去了活性；D组为无机催化剂，比过氧化氢酶效率低。答案：A3关于生物学实验中的变量，下列说法不正确的是()A任何生物学实验中都需要设置变量B对照实验中应遵循单一变量原则C对照实验中一定存在自变量D无关变量并不是与实验结果没有关系解析：只有对照实验中才需设置变量，纯粹的观察实验(如用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体)则无需设置变量。答案：A4在如图所示的实验中，属于自变量的是()A催化剂的种类B过氧化氢分解的速率C产生气泡量 D试管中的过氧化氢溶液的量解析：由图示可知，图中的实验处理是分别向过氧化氢溶液中加入氯化铁和过氧化氢酶溶液，Fe3和
26、过氧化氢酶都能催化过氧化氢分解，因此该实验的自变量是催化剂的不同。答案：A5绝大多数酶在水解过程中，通常能得到多肽，最后能得到氨基酸，这说明()A酶是由活细胞产生的B酶是生物催化剂C绝大多数酶的化学本质是蛋白质D酶的基本组成单位是多肽解析：绝大多数酶是蛋白质，而蛋白质水解后最终可得到氨基酸。可用图表示：答案：C6下表是有关H2O2的系列实验，回答有关问题。序号反应物加入物质条件现象X1H2O2无室温几乎无气泡X12H2O2氯化铁室温X23H2O2土豆浸出液室温X34H2O2新鲜唾液室温X4(1)序号3的实验现象是_。(2)序号3的土豆浸出液中含有的对此实验起作用的物质是_，土豆浸出液能否重复使
27、用？_(选填“能”或“不能”)。(3)若表中X的内容是收集100 mL气体所需的时间，你预测X1、X2、X3、X4的大小关系是_。解析：(1)序号3中加入土豆浸出液，含有过氧化氢酶，产生大量气泡。(2)酶可以重复使用。(3)由于酶具专一性，4中是唾液淀粉酶，对H2O2分解不起催化作用，故X1X4X2X3。答案：(1)产生大量气泡(2)过氧化氢酶能(3)X1X4X2X37美国科学家T.R.Cech和S.Altman发现将大肠杆菌中具有催化作用的物质中的蛋白质除去后，留下的RNA仍有催化作用，故称为核酶，因此而获得了诺贝尔化学奖，某实验小组为验证该酶的化学本质为RNA，设计了如下实验，请完善实验过
28、程。(1)材料用具：核酶、核糖核酸酶、吡罗红染液、小试管、滴管等。(2)实验步骤：取2支试管编号1、2，分别向其中加入1 mL的核酶。向1号试管加入1 mL的_，向_号试管加入1 mL的核糖核酸酶。控制在适宜的温度下反应一段时间。再向2支试管中分别加入1 mL的_。观察实验现象：1号试管出现_，2号试管不变色。(3)实验结论：_。解析：本实验所依据的原理是RNA会被核糖核酸酶水解，吡罗红染液会使RNA呈现红色，而不与RNA水解产物反应。第步依据对照原则应向1号试管中加入1 mL的清水。第步，向2支试管中均加入的是吡罗红染液，结果1号试管出现红色，2号试管不变色。因此，可得出核酶的化学本质为RNA。答案：(2)清水2吡罗红染液红色(3)核酶的化学本质为RNA【等级考选学做】(学业水平三、四)8图为四支装有等量等浓度H2O2溶液的试管在不同条件下，相同时间内释放氧气量的柱状图。下列相关叙述，错误的是()A组与组中H2O2分解反应的活化能相同，组与组中该反应的活化能相同B与组相比较，组的水浴加热为H2O2的分解提供能量C综合分析组、组和组，说明过氧化氢酶具有高效性D
