高中生物(新教材)《酶的作用和本质》导学案+课后练习题

第1节降低化学反应活化能的酶

第1课时酶的作用和本质

学习目标核心素养

1.明确自变量、因变量、无关变量的含

义，能区分实验组、对照组。

2．归纳酶催化作用的实质。

3．归纳出酶的本质。

1.科学思维：归纳与概括酶的作用机理

及特性。

2．科学探究：能够根据实验，设计比

较过氧化氢在不同条件下的分解实验，

分析结果得出结论。

1．细胞代谢

(1)场所：□1细胞内。

(2)实质：□2各种化学反应的总称。

(3)意义：□3细胞生命活动的基础。

2．实验：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□4过氧化氢酶，它和无机催化剂Fe3＋都能催化过氧化氢分解为□5水和氧气。

(3)实验材料：质量分数为20%的□6新鲜肝脏研磨液，新配制的体积分数为3%的□7过氧化氢溶液，质量分数为3.5%的□8FeCl3溶液。量筒，试管，滴管，试管架，卫生香，火柴，酒精灯，试管夹，大烧杯，三脚架，石棉网，温度计。

(4)实验过程及结果

(5)实验结论：4号试管与1号试管的现象不同，说明□14酶具有催化作用；4号试管与3号试管的现象不同，说明□15与无机催化剂Fe3＋相比，过氧化氢酶的催化效率更高。

3．科学方法——控制变量和设计对照实验

(1)实验中的变量

(2)对照实验

①含义：除了一个因素以外，其余因素都保持□20不变的实验。

②分组：□21对照组和□22实验组。

③1号试管在实验中的作用：□23对照。实验组与对照组对比，可以说明加热或催化剂的作用使它快速分解。

4.酶的作用原理

(1)活化能：分子从□24常态转变为容易发生化学反应的□25活跃状态所需要的能量。

(2)原理：酶可以□26降低化学反应的活化能。同无机催化剂相比，酶□27降低活化能的作用更显著，催化效率□28更高。

(3)意义：使细胞代谢能在□29温和条件下快速有序地进行。

问题思考实验时为什么要选用新鲜的肝脏？

提示：肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生菌的作用下分解，过氧化氢就不能被分解成水和氧气。

问题思考为什么将肝脏剪碎、研磨成溶液，而不是直接加入整块的肝脏？

提示：剪碎并研磨可使肝细胞中过氧化氢酶充分释放，从而增大与H2O2的接触机会以加速H2O2分解。

问题思考在滴入肝脏研磨液和FeCl3溶液时，能否共用一个滴管，并说明原因？

提示：否。第一，会污染后一种试剂；第二，如果先吸肝脏研磨液再吸氯化铁溶液，则氯化铁溶液中含一定量的过氧化氢酶(肝脏研磨液中)，由于过氧化氢酶的高效性，必然影响对照效果。

延伸拓展(1)一般实验中“验证××”“探究××”，其中“××”就是自变量。

(2)自变量与因变量具有前因后果关系，实验的目的往往是探究或验证自变量对因变量的影响。

(3)无关变量的判断技巧：一是外界环境，如温度、pH等；二是材料本身，

比如本实验的过氧化氢浓度等。

问题思考加热处理促进反应进行的原理是什么？

提示：加热使过氧化氢分子得到了能量，相当于提供了活化能。

题型一过氧化氢酶催化过氧化氢分解的相关实验考查

[例1]关于下图所示实验的叙述中，错误的是()

A．甲装置是实验组，乙装置是对照组

B．H2O2溶液的浓度属于无关变量

C．乙试管产生气泡的速率比甲试管快

D．清水和肝脏研磨液为自变量，H2O2分解速率为因变量

解题分析用新鲜肝脏研磨液处理的为实验组，加清水的为对照组，其他的变量，如H2O2溶液的浓度等能引起反应速率改变的变量称为无关变量，应遵守等量原则。

答案 A

题型二酶作用原理的考查

[例2]下图表示某物质在酶、无机催化剂、无催化剂时由常态转化为活跃状态时所需的活化能(分别为a、b、c)，此图不能得到的结论是()

A．无机催化剂能降低化学反应的活化能

B．酶能降低化学反应的活化能

C．无机催化剂降低的活化能为b－a

D．酶降低活化能的效果比无机催化剂更显著

解题分析由图可知，酶和无机催化剂均能降低化学反应的活化能，无机催化剂降低的化学反应活化能为c－b，图中酶催化时所需的活化能比无机催化剂所需的活化能低，说明酶降低活化能的效果比无机催化剂更显著。

答案 C

知识点二酶的本质

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，与生命活动无关。

(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□3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□4脲酶，并证明了其化学本质是□5蛋白质。

(6)切赫和奥特曼(美国)：20世纪80年代，发现少数□6RNA也具有催化功能。

2．酶的概念

(1)合成场所：□7活细胞内。

(2)化学本质：具有□8催化作用的□9有机物，绝大多数是□10蛋白质，少数是□11RNA。

延伸拓展酶与无机催化剂的共同点

(1)只改变化学反应速率，不改变化学反应的方向。

(2)不为化学反应提供物质和能量，本身不被消耗。

(3)降低化学反应的活化能，使反应速率加快，缩短达到平衡点的时间。

题型三酶的作用及本质的分析

[例3]20世纪80年代科学家发现了一种RNaseP酶，该酶是由20%的蛋白质和80%的RNA组成。如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2＋的浓度，他们发现留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明() A．RNA具有生物催化作用

B．酶是由RNA和蛋白质组成的

C．酶的化学本质是蛋白质

D．绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA

答案 A

[例4]德国化学家毕希纳将酵母细胞放在石英砂中用力研磨、加水搅拌，再进行加压过滤，得到不含酵母细胞的提取液。在这些汁液中加入葡萄糖，一段时间后冒出气泡，糖液居然变成了酒。根据以上实验，分析得出的结论错误的是()

A．葡萄糖变成酒的过程中发生了化学变化

B．将糖变成酒的物质是汁液中的酿酶

C．研磨有利于酵母细胞内酿酶的释放

D．该实验证明酿酶的化学本质是蛋白质

解题分析葡萄糖变成酒的过程中有气泡生成，发生了化学变化，A正确；催化该化学变化进行的是酵母细胞内产生的酿酶，B正确；研磨有利于酿酶的释放，C正确；毕希纳所做的实验，不能证明酶的化学本质是蛋白质，D错误。

答案 D

知识拓展

酶

1．在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，把新鲜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

答案 B

解析研磨可破坏肝细胞，使细胞内的过氧化氢酶充分释放出来，以增大与反应物的接触面积。

2．酶作为一种生物催化剂，具有下列哪种能量效应()

A．降低化学反应活化能B．增加化学反应活化能

C．增加产物的能量水平D．降低反应物的能量水平

答案 A

解析酶具有催化作用，作用原理是降低化学反应的活化能，提高活化分子的数量，加快反应速率，缩短达到平衡的时间，但不改变化学反应的平衡点，本身不被消耗，反应前后量不变，既不能提高也不能降低反应物及生成物的能量。

3．用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是() A．蛋白质B．脂肪酶

C．RNA D．淀粉酶

答案 C

解析核糖体的主要成分是蛋白质和RNA，蛋白酶将核糖体中的蛋白质水解后只剩下RNA，所以发挥催化作用的是RNA。

4．在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，对实验的处理如下表所示。请回答下列问题：

(1)在上表的实验处理中，研究了哪些自变量？______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ____。

(2)若要研究生物催化剂与无机催化剂的差别，可选用的试管组合是____________________。

(3)若试管1和试管2组成对照实验，能说明的问题是______________________________________________________________________ ____________________。

(4)除了上述的对照实验，请再找出一组对照实验，并指出该组对照实验说明的问题。

_________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ _______________。

答案(1)温度、催化剂

(2)试管3和试管4

(3)加热能使H2O2分子得到能量，促进H2O2分解

(4)①试管1和试管3，说明FeCl3能催化H2O2的分解；②试管1和试管4，说明肝脏研磨液中的过氧化氢酶能催化H2O2的分解；③试管1、试管3和试管4，说明FeCl3和肝脏研磨液中的过氧化氢酶都能催化H2O2的分解，且过氧化氢酶的催化效率高于FeCl3(答出任意一条即可)

解析(1)从表格信息可以看出，本实验研究了温度和催化剂对H2O2分解速率的影响。

(2)依据单一变量原则，试管3和试管4实验处理的温度条件相同，仅是催化剂种类不同。

(3)试管1和试管2研究的是不同温度条件下H2O2的分解速率，说明加热使过氧化氢分子得到能量，促使过氧化氢分解。

(4)只要符合单一变量原则即可，故可以选用试管1和试管3、试管1和试管4以及试管1、试管3和试管4等进行分析。

[基础测试]

知识点一酶在细胞代谢中的作用

1.关于“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验，下列叙述正确的是()

A．实验中所用肝脏必须是新鲜的，若放置时间过长肝细胞内的过氧化氢会减少

B．实验中用到的滴管，必须先吸取氯化铁溶液再吸取肝脏研磨液，这样对实验结果影响较小

C．过氧化氢在温度高的环境中分解速度比常温下会加快

D．实验的自变量是试管中产生气泡数目的多少和卫生香的复燃情况

答案 C

解析肝脏放置时间过长，过氧化氢酶会分解失活，A错误；吸取氯化铁溶液和吸取肝脏研磨液的滴管不能混用，B错误；过氧化氢在高温条件下会加快分解速度，C正确；试管中产生气泡数目的多少和卫生香的复燃情况是因变量，D

2．下列关于活化能的叙述，不正确的是()

A．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

B．无机催化剂、水浴加热都可以降低化学反应的活化能

C．酶可以降低化学反应的活化能

D．同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用效果更显著

答案 B

解析酶和无机催化剂均能降低化学反应的活化能，相比之下，酶降低活化能的作用效果更显著，C、D正确；水浴加热通过提供能量从而加快化学反应速度，B错误。

3．关于生物学实验中的变量，下列说法错误的是()

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关系

答案 A

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)则无需设置变量。

4．在如图所示的实验中，属于自变量的是()

A．催化剂

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

答案 A

解析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

5．如图表示“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

C．1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化学反应的活化能

答案 C

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，A错误；温度是自变量，酶的用量是无关变量，B错误；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，C正确；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，D错误。

6．如图，①表示有酶催化的反应曲线，②表示没有酶催化的反应曲线，E 表示酶降低的活化能，正确的图解是()

答案 C

解析酶的作用是降低化学反应的活化能，从而使化学反应能够高效快速进行，但反应过程仍然需要能量，只是有酶时所需能量少，没有酶时所需能量多。

知识点二酶的本质

7.关于“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，开始实验时4支试管(1号试管对照；2号试管加热；3号试管滴入FeCl3溶液；4号试管滴入肝脏研磨液)内的过氧化氢分子的能量状态如图所示，图中阴影部分表示分子正处于容易发生化学反应的活跃状态。表示4号试管的是()

答案 C

解析分析题干信息可知，1号试管对照，反应速率最低；2号试管加热，加热可以为分子从常态转变为活跃状态提供能量，与1号试管相比，反应速率增大；3号试管加入无机催化剂，催化剂可以降低化学反应的活化能，使反应速率加快；4号试管滴入肝脏研磨液(内含过氧化氢酶)，与无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的效果更显著，因此酶的催化作用具有高效性，反应速率最大。分析题图可知，A、B、C、D四个选项的图中，C选项容易发生化学反应的活跃状态的分子最多，反应速率最快，应该表示4号试管。

8．酶的发现经过了许多科学家的研究，以下科学家及其成果不对应的是()

A．斯帕兰札尼发现胃中存在化学性消化

B．毕希纳发现促使酒精发酵的是酵母菌中的某种物质，而不是细胞本身C．李比希认为酒精发酵是酵母菌代谢活动的结果

D．萨姆纳提取脲酶结晶

答案 C

解析认为酒精发酵是酵母菌代谢活动的结果的是巴斯德，李比希认为引起发酵的是酵母细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。

9．下列关于酶的叙述中，正确的是()

A．酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸

B．酶只能由内分泌细胞合成

C．酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率

D．人体内的酶进行催化过程中，酶本身不变，所以酶不会发生更新

答案 A

解析酶的化学本质是蛋白质或RNA，基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸，A正确；能进行正常代谢的细胞都能合成酶，B错误；酶是通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率的，C错误；反应前后，酶本身不变，但在人体内的酶仍会不断更新，D错误。

10．下列有关酶的叙述，正确的是()

①酶是具有分泌功能的细胞产生的②酶是活细胞产生的③绝大多数酶的化学本质是蛋白质④有的酶是蛋白质，有的是固醇⑤酶在代谢中有多种功能⑥酶在新陈代谢和生长发育中起调控作用⑦酶只能起催化作用⑧酶在化学反应前后种类不变，数量改变⑨酶只在生物体内起作用

A．①③⑤⑧B．①④⑥

C．②③⑥⑨D．②③⑦

答案 D

解析酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物；绝大多数酶是蛋白质，少数酶为RNA；酶只有催化功能，在个体发育中起调控作用的是激素；酶在化学反应前后种类和数量都不改变；在适宜条件下，酶在生物体外也可以发挥作用。

[能力提升]

11．(2019·淮安高一检测)如图中的新鲜土豆片与H2O2接触后，产生的现象及推测错误的是()

A．若有气体大量产生，可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶

B．若增加新鲜土豆片的数量，量筒中产生气体的速率可能会加快

C．一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限

D．为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量

答案 C

解析土豆片中含有过氧化氢酶，能够催化过氧化氢的分解，产生氧气，增加土豆片的数量，会加快反应速率使氧气释放速率加快，A、B正确；由于瓶子中的反应物(H2O2)是有限的，所以一段时间后气体的量不再增加，C错误；为保证实验的严谨性，要保证单一变量，控制好无关变量，因为高温情况下过氧化氢会自动分解，D正确。

12.用同一种蛋白酶处理甲、乙两种酶，甲、乙两种酶的活性与处理时间的关系如图所示。下列分析错误的是()

A．甲酶能够抗该种蛋白酶降解

B．甲酶是不可能具有催化功能的RNA

C．乙酶的化学本质为蛋白质

D．乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变

答案 B

解析绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶是RNA，用蛋白酶处理后，乙酶活性降低，说明乙酶是蛋白质，其被蛋白酶处理后分解，而甲酶活性不变，则说明甲酶能够抗该种蛋白酶降解，可能是RNA，A、C正确，B错误；乙酶的本质是蛋白质，分子结构改变，蛋白质活性改变，D正确。

13．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。如图为酶的作用模型。请据图回答问题：

(1)从图中可以看出，没有酶催化时，发生化学反应需要的活化能________，有酶催化时，发生化学反应需要的活化能________，a指____________。因此，

酶催化作用的机理是__________________。

(2)酶的化学本质是____________，酶起作用的部位是______________。

答案(1)高低酶所降低的活化能降低化学反应的活化能

(2)蛋白质或RNA细胞内或细胞外

解析酶能降低化学反应的活化能，从而提高了反应速率。绝大多数酶是蛋白质，少数酶属于RNA。

14．现提供双缩脲试剂A液、B液、鸡蛋清水溶液(含蛋白质)、唾液淀粉酶溶液、蒸馏水、试管和必需的实验用品，请设计一个实验以证明“唾液淀粉酶是蛋白质”。

实验原理：______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。

实验步骤：①取三支试管，分别编上1、2、3号，贴上标签；

②_______________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ___________；

③_______________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ _____________。

预期结果：盛有鸡蛋清水溶液和唾液淀粉酶溶液的两支试管中液体均出现紫色，盛有清水的试管中不出现紫色。

实验结论：___________________________________________________________________。

答案实验原理：蛋白质能与双缩脲试剂发生紫色反应，若实验中唾液淀粉酶溶液能与双缩脲试剂发生紫色反应，即可证明唾液淀粉酶是蛋白质实验步骤：②向三支试管中分别加入2 mL鸡蛋清水溶液、2 mL唾液淀粉酶溶液、2 mL蒸馏水

③分别向三支试管中加入1 mL双缩脲试剂A液，振荡，再分别滴加4滴双缩脲试剂B液，振荡，观察并记录颜色变化

实验结论：唾液淀粉酶是蛋白质

解析证明某种酶是蛋白质的实验设计：实验组是待测酶液＋双缩脲试剂→观察是否出现紫色反应；对照组是已知鸡蛋清水溶液(含蛋白质)＋双缩脲试剂→

出现紫色反应，蒸馏水＋双缩脲试剂→不出现紫色反应。

15．某同学完成了以下关于酶特性的实验操作：取两支试管并编号1、2，各注入2 mL 3% H2O2溶液；向1号试管内滴入2滴FeCl3溶液，2号试管内滴入2滴肝脏研磨液；堵住试管口，轻轻振荡两试管，观察并用带火星的木条检验，记录结果。

(1)该实验的目的之一是探索________________________的高低。滴加FeCl3的1号试管起到________作用。

(2)该实验的两项观察指标是________、________。若现象不明显，可能的原因是_______________________________________________________________ ______________________________________________________________________ _________。

(3)为什么试管2氧气生成速率比试管1快：______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ____。

答案(1)过氧化氢酶和Fe3＋催化效率'对照

(2)气泡产生量' 木条燃烧的程度' H2O2溶液放置时间过长(或肝脏不够新鲜)

(3)肝脏研磨液含有过氧化氢酶，降低化学反应活化能的作用更显著

解析(1)分析1号试管和2号试管的处理方法可知，实验的自变量是催化剂的种类，1号试管的催化剂是FeCl3溶液，2号试管的催化剂是肝脏研磨液(其中含有过氧化氢酶)，因此实验的目的是探究过氧化氢酶和Fe3＋催化效率的高低；滴加FeCl3的1号试管起到对照作用。

(2)该实验的因变量是H2O2的分解速率，由于H2O2分解产生氧气，因此可以用气泡产生量或木条燃烧的程度代表H2O2的分解速率的高低；如果现象不明显，说明氧气的产生量少，可能的原因是H2O2溶液放置的时间过长，H2O2已经分解，或肝脏不新鲜，过氧化氢酶数量少。