【天成教育】2016年高中生物必修一教师用书 5.1.1酶的作用和本质

第1节降低化学反应活化能的酶

一、酶在细胞代谢中的作用

1．细胞代谢

(1)场所：活细胞内。

(2)实质：各种化学反应的总称。

(3)意义：细胞生命活动的基础。

2．比较过氧化氢在不同条件下的分解

(1)实验原理：H2O2在水浴加热、FeCl3溶液中的Fe3＋和肝脏研磨液中过氧化氢酶的作用下加速分解。

(2)实验步骤：

编号 1 2 3 4

步骤

相同处理向4支试管中分别加入2_mL过氧化氢溶液并放在试管架上

不同处理不处理

放入90_℃左右的

水浴中加热

滴入2滴FeCl3溶

液

滴入2滴肝脏研磨

液观察试管内产生的气泡数量试管内卫生香燃烧程度

(3)实验中的相关变量：

①自变量

?

?

?含义：在实验中人为改变的变量

实例：过氧化氢分解的不同条件

②因变量

?

?

?含义：随自变量变化而变化的变量

实例：过氧化氢的分解速率

③无关

变量?

?

?含义：除自变量以外影响实验结果的变量

实例：反应物的性质、浓度、肝脏的新鲜程度等

(4)对照实验：

①含义：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验。

②原则：除了要观察的变量外，其他变量都应当始终保持相同。

二、酶的本质和作用原理

1．本质

(1)合成场所：活细胞中。

(2)化学本质：绝大多数是蛋白质，极少数是RNA。

2．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)原理：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)意义：使细胞代谢能在温和条件下快速进行。

一、酶在代谢中的作用

1．教材问题探讨与分析

(1)仔细阅读教材P78～P79[实验]内容，思考并讨论下列问题：

①讨论并交流：完成该实验依据的原理是什么？

提示：a.2H2O2――→

Fe3＋

酶

2H2O＋O2

b ．等量的两种溶液中分子数目之比为Fe 3＋∶过氧化氢酶＝250 000∶1。 ②实验中为什么必须采用新鲜肝脏研磨液作材料？

提示：a.肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶就会在腐生细菌的作用下分解而失去催化作用。

b ．肝脏必须进行研磨，以便使过氧化氢酶释放出来，使过氧化氢酶与试管内过氧化氢分子充分接触，加速过氧化氢的分解。

③实验中滴加FeCl 3溶液和肝脏研磨液的滴管能否混用？为什么？

提示：不能。酶具有高效性，少量的酶带入FeCl 3溶液中就会干扰实验结果的准确性，增大实验误差。

(2)阅读教材P79[控制变量]内容，分析实验中的变量及对照类型有哪些？ 提示：

①变量???

?

?自变量：不同条件（温度、催化剂

种类）因变量：过氧化氢分解速率无关变量：过氧化氢溶液的浓度、用量

②对照类型：试管1与试管2、3、4之间形成空白对照；试管2与试管3、4，试管3与试管4之间都形成了条件对照。

(3)仔细观察教材P80图5－1、5－2，并阅读相关文字内容，交流酶和无机催化剂都能催化化学反应快速进行的原因，并分析二者的不同。

提示：①酶和无机催化剂都能降低化学反应的活化能，所以都能催化化学反应快速进行。 ②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。 2．判断下列说法是否正确

(1)细胞代谢只能产生对细胞有用的物质。(×)

(2)加热、无机催化剂和酶都能降低化学反应的活化能。(×)

(3)无关变量是对实验没有影响的变量。(×)

二、酶的本质

1．将下列内容连接起来

2．判断下列说法是否正确

(1)酶只能在细胞内起催化作用。(×)

(2)所有的酶都是蛋白质。(×)

(3)酶和无机催化剂都能催化化学反应，所以二者没有本质区别。(×)

一、酶的作用机理

酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能，分析如下：

1．图中ac和bc段分别表示无机催化剂和酶催化时反应进行所需要的活化能。

2．若将酶变为无机催化剂，则b在纵轴上向上移动。用加热的方法不能降低活化能，但会提供反应所需的能量。

[特别提醒]

(1)酶和无机催化剂一样，只能催化热力学上允许进行的反应。

(2)酶可以缩短化学反应到达平衡的时间，但不能改变反应的平衡点。

(3)在反应前后，酶的化学性质和数量保持不变。

二、酶化学本质的实验验证

1．证明某种酶是蛋白质

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。

比较过氧化氢在不同条件下的分解

1．原理

新鲜肝脏中含有过氧化氢酶，Fe3＋是一种无机催化剂。用一定量的过氧化氢酶和Fe3＋催化过氧化氢分解成H2O和O2，可比较两者的催化效率。

2．过程及结果

试管编号实验设置实验现象结果分析

1号(2 mL

H2O2溶液)

无明显气泡放出，无

助燃性

H2O2的自然

分解缓慢2号(2 mL

H2O2溶液)

有明显气泡放出，

有助燃性

加热能促进

H2O2的分解3号(2 mL

H2O2溶液)

有较多气泡放出，

助燃性强

Fe3＋能催化

H2O2的分解

4号(2 mL

H2O2溶液)

有大量气泡放出，

助燃性更强

过氧化氢酶也有

催化H2O2分解

的作用，且催化

效率比Fe3＋高

3.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

4.实验的变量和对照分析

(1)变量：实验过程中可以变化的因素称为变量。

(2)自变量：人为改变的变量，如实验中的氯化铁溶液。

(3)因变量：随着自变量的变化而变化的变量，如过氧化氢的分解速率。

(4)无关变量：实验过程中存在的可变因素，对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。

(5)对照实验：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验。一般要设置对照组和实验组。

自变量因变量无关变量对照组实验组2号：90

℃水浴加热

用产生气泡的多少表示H2O2分解速率

加入H2O2

的量；实验

室温度；

FeCl3和肝

脏研磨液的

新鲜程度

1号

试管

2、3、4

号试管

3号：加入质

量分数为

3．5%的FeC

l3溶液2滴

4号：加入质

量分数为

20%的肝脏

研磨液2滴

[特别提醒]

(1)实验时，必须用新鲜的刚从活体动物内取出的肝脏作实验材料。因为新鲜肝脏中的酶能保持其原有的活性。

(2)肝脏要研磨充分，以加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中H2O2的接触面积，从而加速H2O2

的分解。

(3)滴加FeCl3溶液和肝脏研磨液时不能合用一支滴管，以免影响实验效果。

(4)由于反应速率快，实验时要特别注意比较产生气泡的多少、冒气泡时间的长短、卫生香的燃烧情况等。

(5)H2O2具有一定的腐蚀性，使用时不要让其接触皮肤。

[例1] 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

[例2] 已知2H2O2===2H2O＋O2↑，可以通过观察反应过程中氧气的生成速率(即气泡从溶液中释放的速率)来判断H2O2分解反应的速率。请用所给的实验材料和用具设计实验，使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出实验步骤、预测实验结果、得出结论，并回答问题。

实验材料与用具：适宜浓度的H2O2溶液，蒸馏水，3.5%FeCl3溶液，0.01%的过氧化氢酶溶液，恒温水浴锅，试管。

(1)实验步骤：

①取3支试管，各加入________________________________________，放入37

℃恒温水浴锅中保温适当时间。

②分别向上述3支试管中加入__________________________________________。

③观察各管中____________________________。

(2)实验结果预测及结论：

整个实验中，不同处理的试管中O2的释放速率从快到慢依次是：______________。由此可得出的结论是_______________________________________________________。

[解析]分析该实验验证的问题可知，实验目的有两个：一是验证酶具有催化作用，可通过设置有酶和无酶的两组实验进行研究；二是验证酶具有高效性，可通过酶和FeCl3溶液的比较进行研究。因此本实验可分为三组：分别加入蒸馏水、过氧化氢酶溶液、FeCl3溶液。验证性实验的结果是确定的，即加入过氧化氢酶溶液的一组O2释放速率最快，实验结论与实验验证的问题一致。

[答案](1)①等量且适量的H2O2溶液②等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液③释放气泡的快慢(2)加过氧化氢酶溶液的试管、加FeCl3溶液的试管、加蒸馏水的试管

酶具有催化作用和高效性

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。

[课堂归纳]

[网络构建]

填充：①蛋白质②RNA ③降低活化能

[关键语句]

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。