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5.1 降低化学反应活化能的酶学案
【预习新知】
酶在细胞代谢中的作用
1．细胞代谢
(1)场所：__________内。(2)实质：各种____________的总称。(3)意义：细胞____________的基础。
2．实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解。
(1)实验过程和现象
试管编号 加入物质 处理 现象(气泡多少)
1 2 mL H2O2溶液 不做处理 ________________
2 2 mL H2O2溶液 90℃水浴加热 ________________
3 2 mL H2O2溶液 加2滴FeCl3溶液 ________________
4 2 mL H2O2溶液 加2滴肝脏研磨液 ________________
(2)控制变量
①相关概念
a．自变量：在实验过程中____________的变量。
b．因变量：____________________的变量。
c．无关变量：除自变量外，实验过程中还存在的一些对实验结果造成影响的____________。
②原则：在对照实验中，除了要____________外，其他变量都应当________________。
3．酶的作用原理
(1)活化能：分子从____________________________________________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__________，因而____________更高。
(3)意义：使细胞代谢能在________的条件下快速进行。
酶的本质
1.关于酶本质的探索
酶的本质是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
2.什么是酶？请为酶下一个定义。
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。
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__________。
酶的作用条件较温和
1．酶活性
(1)含义：酶对化学反应的________。
(2)影响酶活性的主要因素：________。酶所催化的化学反应一般是在比较________下进行的。在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高；温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会明显降低；过酸、过碱或温度过高，会使酶的________遭到破坏，使酶________不再恢复活性。低温可使酶的________明显下降，但在适宜的条件下活性可以________，因此酶适于________下保存。
2．探究影响酶活性的条件
阅读教材P82～83[探究·实践]，将下列实验过程补充完整。
(1)探究影响酶活性的因素：
　试管 步骤　　 1 1′ 2 2′ 3 3′
淀粉溶液 2 mL / 2 mL / 2 mL /
淀粉酶溶液 / 1 mL / 1 mL / 1 mL
不同温度下 处理5 min ________ 60 ℃ ______
将同一温度下的两种物质混合后________
滴加碘液 1滴 1滴 1滴
结果(现象) 变蓝 ____ 变蓝
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
(2)pH对酶活性的影响：
①取8支洁净的试管编号，分别加入________________________________________________________________________。
②用________溶液调整出不同的pH(如5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)。
③分别滴加等量的过氧化氢溶液并摇匀。
④用________________来检测氧气的生成情况。
3．温度和pH对酶活性的影响
下列是温度和pH对酶活性的影响示意图，请写出其中某点或某段表示的含义。
温度(t/℃) 酸碱度(pH)
(1)P点：________温度；Q点：________pH。
(2)偏离P点或Q点：酶的活性________。
【巩固训练】
1.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
2.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
3.下列关于酶的叙述，正确的是( )
A.所有的酶都能与双缩脲试剂反应呈紫色
B.可通过增加底物浓度或酶浓度提高酶活性
C.酶通过提供化学反应活化能提高反应速率
D.淀粉酶不能催化蔗糖和麦芽糖的分解
4.蜂蜜的新鲜度可通过检测其中淀粉酶活性来评估。为探究野生桂花蜂蜜在不同储存温度下的淀粉酶活性，科研人员做了以下实验。下列叙述正确的是( )
试管 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
温度/℃ 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
淀粉溶液 5mL
蜂蜜提取液 0.2mL
鉴定试剂 0.2mL
实验结 深蓝 深蓝 深蓝 深蓝 深蓝 蓝色 浅蓝 浅蓝 浅蓝 无色
A.实验中的鉴定试剂为碘液，低温不会破坏淀粉酶的空间结构
B.实验中高温与低温相比颜色变浅，说明高温提高了该反应的活化能
C.推测25℃时蜂蜜淀粉酶催化淀粉分解的速率比用无机催化剂催化效率低
D.根据实验结果可推测随着储存天数的增加，蜂蜜淀粉酶的活性会下降
5.生物兴趣小组拟进行“探究温度对淀粉酶活性影响”的实验。下列关于该实验的叙述,正确的是( )
A.各个组别的温度和pH都应该相同且适宜
B.向淀粉溶液中加入酶液后再迅速调节温度
C.可用碘液检测来判断最适温度的大致范围
D.反应结束后的产物总量能够表示酶的活性
6.多酶片为复方制剂，每片多酶片中含有胰酶300mg、胃蛋白酶13mg。简单的说多酶片是一种助消化的药物，主要用于消化不良。胃蛋白酶的化学本质是( )
A.糖类 B.脂质 C.蛋白质 D.核酸
7.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
8.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
9.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
10.酶对细胞代谢起着非常重要的作用，可以降低化学反应的活化能。下列关于酶的作用特点及本质的叙述，正确的是( )
A.酶不能脱离生物体起作用
B.酶只有释放到细胞外才起作用
C.所有的酶都是蛋白质
D.酶是具有催化作用的有机物
参考答案
1.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。
2.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。
3.答案：D
解析：A、酶的化学本质是蛋白质或RNA，RNA不能与双缩脲试剂反应，A错误；
B、绝大多数酶是蛋白质，蛋白质的结构容易受到温度、酸碱值等的影响，从而改变酶活性，底物浓度和酶的浓度不会改变酶的活性，B错误；
C、酶通过降低化学反应活化能来提高反应速率，从而起到催化的作用，C错误；
D、酶具有专一性，一种酶只能催化一种或一类化学反应，淀粉酶不能催化蔗糖和麦芽糖分解，D正确。
故选D。
4.答案：A
解析：A、淀粉遇碘液显现蓝色，根据本实验的实验结果可推知实验中的鉴定试剂为碘液，低温不会破坏淀粉酶的空间结构，高温才会破坏空间结构，A正确；
B、实验中高温与低温相比颜色变浅，说明高温条件下淀粉的含量低，淀粉的分解速度快，因此说明高温降低了该反应的活化能，B错误；
C、本实验中没有使用无机催化剂，无法推测25℃时蜂蜜淀粉酶催化淀粉分解的速率和用无机催化剂催化效率的高低，C错误；
D、本实验探究的是温度对淀粉酶活性影响，不能推测蜂蜜淀粉酶的活性随着储存天数的改变，D错误。
故选A。
5.答案：C
解析：
6.答案：C
解析：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，大多数是蛋白质，少数是RNA，胃蛋白酶的化学本质是蛋白质，C正确，ABD错误。
7.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。
8.答案：C
9.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。
10.答案：D
解析：A、在适宜的条件下，酶也能脱离生物体起作用，A错误；B、酶可以在细胞内或细胞外发挥作用，B错误；CD、酶是具有催化作用的有机物，大多数是蛋白质，少数是RNA,C错误，D正确。故选D。

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