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5.1 降低化学反应活化能的酶学案
【预习新知】
（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 ，统称为细胞代谢。
（2）条件：需酶的催化。
（3）意义：细胞代谢是 的基础。
2.比较过氧化氢在不同条件下的分解：
（1）实验目的
①比较过氧化氢在不同条件下的分解速率。
②尝试探究过氧化氢酶的作用。
（2）实验原理：新鲜的肝脏中含有 ，它和无机催化剂Fe3＋都能催化过氧化氢分解为 。
（3）实验结论：与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
3.酶的作用机理：
（1）活化能：分子从常态转变为 的活跃状态所需要的能量。
（2）酶的作用机理：通过降低化学反应所需要的 而加快反应速率。
（3）意义：使细胞代谢能在 条件下快速有序地进行。
（二）酶的本质
1.探索过程
（1）1716年《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”。“酒母”就是现在所说的酵母。
（2）巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动 。
（3）争论
巴斯德（法国）1857年提出：只有 细胞参与才能进行发酵
李比希（德国）认为：酵母细胞死亡裂解后释放出 ，引起发酵
（4）毕希纳（德国）：获得不含酵母细胞的提取液，他将酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶。但未能分离鉴定出酶。
（5）萨姆纳（美国）：1926年用丙酮提取出了刀豆种子中的 ，并证明了其化学本质是 。
（6）切赫和奥特曼（美国）：20世纪80年代，发现少数 也具有催化功能。
2.酶的概念理解
（1）来源： 产生的。
（2）作用：具有 作用。
（3）化学本质：有机物，绝大部分是 ，少部分是 。
（三）酶具有高效性
含义：酶的___________比无机催化剂高许多，大约是无机催化剂的___________倍。
（四）酶具有专一性
(1)无机催化剂催化的化学反应范围比较_______。例如，酸既能催化________水解，也能催化__________水解，还能催化__________水解。
(2)酶专一性含义：每一种酶只能催化_____________化学反应。例：过氧化氢酶只能催化____________分解。脲酶只能催化尿素分解。
(3)酶专一性意义：使细胞代谢有条不紊地进行。
思路 自变量 因变量
思路一：通过改变底物种类，验证酶的专一性 _________ 底物是否分解
思路二：通过改变酶的种类，验证酶的专一性 _________ 底物是否分解
(4)探究酶专一性实验的设计思路
(5)探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
①实验原理：淀粉和蔗糖都是__________。它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖。还原糖能够与__________发生氧化还原反应，生成__________的氧化亚铜沉淀。
②目的要求：探究淀粉酶是否只能催化________的化学反应。
③实验步骤(思路一)：
a.取两支洁净的试管，编上号，然后按照下列要求操作
步骤 试管1 试管2
第一步：注入可溶性淀粉溶液 2 mL －
第二步：注入蔗糖溶液 － 2 mL
第三步：注入新鲜淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
根据前面所说酶的知识，如何设计实验证明酶的高效性，尝试写出实验自变量、因变量以及实验思路？
提示：①自变量：催化剂种类。②因变量：底物分解速率。
③实验思路
实验组：底物＋生物催化剂(酶)→底物分解速率(或产物形成的速率)
对照组：底物＋无机催化剂→底物分解速率(或产物形成的速率)
　b.轻轻振荡两支试管，使试管内的液体混合均匀，然后将试管的下半部浸到______________中，保温5 min。
c.取出两支试管，各加入2 mL__________(边加入试剂，边轻轻振荡这两支试管，以便使试管内的物质混合均匀)。
d.将两支试管的下半部放进盛有________的大烧杯中，用酒精灯加热，煮沸1 min。
e.观察两支试管内的溶液颜色变化。
④实验结果：1号试管有砖红色沉淀生成，说明产生了________，淀粉有水解；2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有水解。
⑤实验结论：淀粉酶只催化_______水解，不能催化________水解，酶具有__________。
（五）酶的作用条件较温和
一、探究影响酶活性的条件
课题名称 用淀粉酶探究温度对酶活性的影响 用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响
实验材料 淀粉溶液、唾液淀粉酶 肝脏研磨液、过氧化氢溶液
自变量 温度 pH
自变量的 设置方法 分别用 处理 分别用 溶液处理
因变量 酶活性 酶活性
因变量的 观察指标 加碘液后溶液 的变化 产生的速率
无关变量 相同且适宜等 相同且适宜等
结论：酶的催化作用需在 下进行，温度过高或过低都会影响酶的活性
；酶的催化作用需要适宜的 ，过高或过低都会影响酶的活性。
二、酶所催化的化学反应一般在比较温和的条件下进行。
三、在 的温度和pH条件下，酶的活性最高。温度和pH偏高或偏低，酶活性都会显著降低。过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶 。
四、酶制剂适宜在低温下保存：在0℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会 。
【巩固训练】
1.下列有关酶的叙述，错误的是( )
A.酶的高效性是相对于无机催化剂而言的
B.适合淀粉酶催化反应和保存的温度不相同
C.胃蛋白酶能作为催化剂，也可作为化学反应的反应物
D.蛋白酶可以水解种类繁多的蛋白质，说明蛋白酶不具有专一性
2.酶具有极强的催化功能，其原因是( )
A.降低了反应所需温度 B.增加了反应物间的接触面
C.降低了反应的活化能 D.调节了反应所需的pH值
3.如图是在不加催化剂、加无机催化剂和加酶条件下产物生成量随时间的变化曲线，有关叙述正确的是( )
A.1、2、3曲线分别代表不加催化剂、加无机催化剂、加酶
B.对比1、2两组曲线可说明酶具有高效性
C.对比1、3两组曲线可说明酶具有高效性
D.对比2、3两组曲线可说明酶具有高效性
4.据报道，科学家从某深海生物体内提取出一种“冷水酶”，加入这种酶的洗衣粉的去污能力比普通洗衣粉强。这说明酶( )
A.具有专一性的特点 B.具有多样性的特点
C.具有高效性的特点 D.易受酸碱度的影响
5.可溶性酸性蔗糖转化酶存在于植物细胞的液泡中，能够催化蔗糖转化为己糖。为了研究影响该酶活性的因素，进行了如下实验：取适量该酶溶液置于pH为4.5的缓冲液中15min，酶活性丧失50%；再取等量该酶溶液，加入过量的蔗糖后置于pH为4.5的缓冲液中15min，酶活性仅丧失3%。该实验研究的自变量是( )
A.反应时间 B.底物 C.pH D.酶浓度
6.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，下列关于酶的叙述错误的是( )
A.酶和无机催化剂都能降低化学反应的活化能
B.可利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液来验证酶的专一性
C.可利用过氧化氢和过氧化氢酶来探究pH对酶活性的影响
D.同一株植物体的不同组织细胞中合成的酶也可能是相同的
7.硝态氮（）可为植物生长发育提供氮素营养，植物将转化为的关键酶是硝酸还原酶（NR）。兴趣小组探究了硝酸还原酶在不同pH条件下的催化能力，实验结果如下图。下列叙述正确的是( )
A.实验中添加物的顺序为硝酸还原酶→硝态氮→缓冲液
B.图中各组实验需在相同的温度条件下进行
C.pH为7.5时，NR为化学反应提供的活化能最高
D.影响NR活性的因素还包括及NR的量等
8.盐酸同唾液淀粉酶一样，可以促进淀粉的水解，同时作为胃酸的成分，为胃蛋白酶活性的发挥提供适宜的酸性环境。下列说法错误的是( )
A.胃蛋白酶的最适pH 小于唾液淀粉酶的
B.相比于盐酸，唾液淀粉酶为淀粉的水解提供的活化能更多
C.用唾液淀粉酶和胃蛋白酶分别作用于淀粉，可验证酶的专一性
D.在唾液淀粉酶和胃蛋白酶的加工成熟过程中，均需要用到囊泡运输
9.在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，有关叙述正确的是( )
A.比较肝脏研磨液和FcCl3溶液的催化效率时，二者可以用同一个滴管
B.过氧化氢酶提供了反应过程中所必需的活化能
C.过氧化氢酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸
D.利用H2O2溶液、FeCl3溶液、过氧化氢酶等材料，可以探究酶的高效性
10.木瓜酶是一种蛋白水解酶，啤酒生产过程中木瓜蛋白酶能催化啤酒中的高分子蛋白水解，从而破坏啤酒中产生浑浊的主要成分，提高啤酒的稳定性，延长啤酒的保质期，下列有关木瓜酶的叙述或推测正确的是( )
A.木瓜酶能为啤酒中高分子蛋白的水解提供活化能
B.温度过高或过低都会影响木瓜酶活性
C.加入木瓜酶后高分子蛋白的水解速率保持不变
D.在最适温度和最适pH条件下可长期保存木瓜酶
参考答案
1.答案：D
解析：A、与无机催化剂相比，酶降低反应活化能的作用更明显，因此与无机催化剂相比，酶的催化效率高得多，即酶的高效性是相对于无机催化剂而言的，A正确；
B、淀粉酶催化反应的最适温度在37℃左右，应在低温下进行保存，即适合淀粉酶催化反应和保存的温度不相同，B正确；
C、胃蛋白酶能催化某些化学反应，是这些反应的催化剂，胃蛋白酶被分解时它又作为该反应的反应物，C正确；
D、蛋白酶可以水解种类繁多的蛋白质，说明酶可以水解一类化学反应，体现了酶的专一性，D错误。
故选D。
2.答案：C
解析：酶的作用机理是降低化学反应的活化能，由于与无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的效果更显著，因此酶具有极强的催化作用。故选：C。
3.答案：B
解析：1、2、3曲线分别代表加酶、加无机催化剂、不加催化剂，A错误；对比1、2两组曲线可说明加酶的催化效率远大于加无机催化剂，说明酶具有高效性，B正确；对比1、3两组曲线可说明酶具有催化作用，C错误；对比2、3两组曲线可说明无机催化剂具有催化作用，D错误。
4.答案：C
5.答案：B
解析：由题意“取适量该酶溶液置于pH为4.5的缓冲液中15min，酶活性丧失50%；再取等量该酶溶液，加入过量的蔗糖后置于pH为4.5的缓冲液中15min，酶活性仅丧失3%”可知，该实验的自变量是底物，因变量是酶活性，反应时间、酶浓度及量、蔗糖的浓度及量、pH为4.5的缓冲液等属于无关变量，B正确，ACD错误。
故选B。
6.答案：B
解析：A、酶和无机催化剂都能降低化学反应的活化能，提高化学反应速率，A正确;B、淀粉被淀粉酶分解成还原糖后加碘液不变蓝，而蔗糖不分解时加碘液也不变蓝色，所以不能用碘液来验证酶的专一性，B错误;C、可利用过氧化氢和过氧化氢酶反应探究pH对酶活性的影响，C正确;D、同一株植物体的不同组织细胞中合成的酶也可能是相同的，例如有氧呼吸作用所需的酶，D正确。
7.答案：B
解析：A、实验中添加物的顺序为缓冲液→硝酸还原酶→硝态氮，A错误;B、本实验的目的是探究硝酸还原酶在不同pH条件下的催化能力，温度属于无关变量，所以图中各组实验需在相同且适宜的温度条件下进行，B正确;C、酶能降低化学反应活化能，不能为化学反应提供活化能，C错误;D、影响NR活性的因素有温度、pH、抑制剂、激活剂、重金属盐等，但酶浓度(若NR的数量)和底物浓度等不会影响酶的活性;D错误。
8.答案： B
解析：本题主要考查酶，考查学生的理解能力。相比于盐酸，唾液淀粉酶降低的淀粉水解所需的活化能更多，B项符合题意。
9.答案：D
解析：A、比较肝脏研磨液和FeCl3溶液的催化效率时，用同一支滴管滴加肝脏研磨液和FcCl3溶液，会引起滴加的量不同，进而影响实验结果，A错误； B、过氧化氢酶降低反应过程中所需的活化能，B错误；
C、过氧化氢酶分子在催化反应完成后结构不变，C错误;
D、要证明酶具有高效性，应该与无机催化剂比较，利用H2O2溶液、FCl3溶液、过氧化氢酶等材料，可以探究酶的高效性，D正确。
故选D。
10.答案：B
解析：A、木瓜酶作为一种酶其作用是催化蛋白质的水解，降低化学反应活化能，而不是提供活化能，A错误；
B、温度过高或过低都会影响木瓜酶活性，B正确；
C、加入木瓜酶后高分子蛋白的水解速率随着底物被水解而不断下降，而不是保持不变的，C错误；
D、保存木瓜蛋白酶应当低温保存，而不是在最适温度条件下保存，D错误。
故选B。

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