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江蘇省泰興中學2013-2014學年生物高三一輪復習講義
作者:馮毅  日期/時間:2013/9/25 10:19:00  點擊:6014  我要評論

      

必修一 分子與細胞

第五章  細胞的能量供應和利用

1節 降低化學反應活化能的酶

考試內容標準

等級要求

學習要求

酶在代謝中的作用

b

說出酶的本質和作用,嘗試比較過氧化氫在不同條件下的分解效果

舉例說明酶的特性

概述酶促反應的基本原理

探究影響酶活性的條件,掌握控制實驗變量的科學方法

【設計思路】

新的高考方案對實驗提出了更高的要求,因此在復習本節過程中,重在實驗設計思路的分析。在具體授課中,盡量把驗證結論式的實驗教學改編或改變為探索式的實驗教學,讓學生在探究中做到實驗原理的訓練和實驗設計的訓練相結合。對于實驗習題的講解,重在講解某些較難的實驗步驟,并讓學生適當訓練,再歸納總結,同時注意實驗的拓寬應用,讓學生在生產、生活中學習運用實驗中所學的知識。當然,為了成功應對高考,最重要的還是要讓學生用筆把實驗的技能要求,甚至是實驗設計表達出來。

其他的知識點,如酶的本質,充分利用教材中的資料分析,不僅要讓學生知道結論,還要了解探索歷程;關于影響酶促反應速率的因素,多利用曲線圖的直觀性,并提醒學生注意曲線圖中的幾個關鍵點。

【基礎知識梳理】

一、酶的作用和本質

細胞中每時每刻都進行著許多__________,統稱為細胞代謝。是細胞生命活動的基礎。

1、酶在細胞代謝中的作用

1)通過比較過氧化氫在不同條件下的分解實驗,可以說明酶在細胞代謝中具有______作用,同時還證明了酶與無機催化劑相比,具有___________的特性。

2)分子從__________轉變為容易發生化學反應的                狀態所需要的能量稱為__________。

3)同無機催化劑相比,酶降低活化能的作用更__________,因而催化效率更高。

1下列圖中,①表示有酶催化的反應曲線,②表示沒有酶催化的反應曲線,e表示酶降低的活化能。正確的圖解是(  c  )

2、酶的本質

1)關于酶本質的探索

①巴斯德之前:發酵是純化學反應,與生命活動無關。

②巴斯德(法國)1857年提出:只有活的酵母細胞才能進行發酵

  李比希(德國)認為:酵母細胞死亡裂解后釋放出某些物質,引起發酵

③畢希納(德國):獲得不含酵母的提取液,但未能分離鑒定出酶的化學本質。

④薩姆納(美國)1926年用丙酮提取出了刀豆種子中的           ,并證明了脲酶是          。

⑤切赫和奧特曼(美國)20世紀80年代,發現少數______也具有催化功能。

2)酶是_________產生的具有催化功能的有機物,其中絕大多數酶是________。

二、酶的特性

1、酶具有           :酶的催化效率大約是無機催化劑的1071013倍。

2、酶具有           :一種酶只能催化                              化學反應。

3、酶的作用條件較溫和:酶所催化的化學反應一般是在_________的條件下進行的,過酸、過堿或溫度過高,都會使酶的___________遭到破壞,使酶永久失活;而在低溫下,酶的活性___________,但不會失活。

【思考感悟】低溫、高溫都將影響酶的活性,它們的作用特點相同嗎?

化學本質

絕大多數是  蛋白質 

少數是  rna 

合成原料

   氨基酸  

   核糖核苷酸  

合成場所

   核糖體  

細胞核(真核生物)

來源

一般來說,活細胞都能產生酶

作用場所

細胞內、外或生物體外均可

生理功能

具有生物  催化   作用

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

作用原理

    降低   化學反應的活化能

2下列有關酶的敘述,正確的是(  b  )

a.高溫和低溫均能破壞酶的結構使其失去活性

b.一種酶只能催化一種或一類化合物的化學反應

c.酶是由活細胞產生的,只能在細胞內起作用

d.酶通過為反應物提供活化能提高反應速率

【高考考點透析】

1、酶的本質及生理功能

特別提醒

酶的來源是活細胞產生,不能從外界食物中獲得;

酶的作用是催化作用,不是調節作用。催化反應時,其本身在反應前后沒有量和性質的改變;

酶只能催化熱力學上允許發生的化學反應,而不能催化本來不能進行的反應發生;

酶只能加快化學反應達到平衡的速度,而不能改變達到平衡時反應物的濃度。

3下列關于酶的論述正確的是(  a  )

①底物有嚴格的選擇性      ②酶在體內不能更新     ③溫度越高酶的活性越大

④酶制劑通常在低溫下保存         ⑤酶能降低化學反應的活化能

⑥酶只能在細胞內發揮催化作用     ⑦酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物

a.①④⑤⑦           b.②④⑤⑦         c.②③④⑥             d.①②⑥⑦

2、酶的相關實驗設計思路分析

實驗名稱

實驗組

對照組

實驗組衡量標準

驗證酶是蛋白質

待測酶液+雙縮脲試劑

已知 蛋白液  +雙縮脲試劑

是否出現紫色

驗證酶具有催化作用

底物+相應酶液

底物+等量  蒸餾水 

底物是否被分解

驗證酶具有高效性

底物+相應酶液

底物+  無機催化劑 

底物分解速率

驗證酶具有專一性

底物+相應酶液

另一底物+相同酶液或同一底物+另一酶液

底物是否被分解

探究酶的適宜溫度

溫度梯度下的同一溫度處理后底物和酶混合

底物的分解速率或底物的剩余量

探究酶的最適ph

ph梯度下的同一ph處理后的底物和酶混合

底物的分解速率或底物的剩余量

分析:根據實驗目的和要求,確定三個變量(即自變量、因變量、無關變量)分別是什么?

1)酶化學本質的驗證實驗分析

①證明某種酶是蛋白質

實驗組:待測酶液+雙縮脲試劑 是否出現紫色反應。

對照組:已知蛋白液+雙縮脲試劑 出現紫色反應。

②證明某種酶是rna

實驗組:待測酶液+   吡羅紅   染液 是否呈現      色。

對照組:已知rna溶液+   吡羅紅   染液 出現      色。

2)酶的催化作用和高效性的驗證實驗分析

對照組:h2o2 溶液在常溫下幾乎不分解。

實驗組:h2o2在高溫、過氧化氫酶、fe3不同條件下氣泡產生多少或衛生香燃燒劇烈程度

特別提醒

實驗時必須用新鮮的、剛從活的動物體中取出的肝臟作實驗材料。肝臟如果不新鮮,肝細胞內的過氧化氫酶等有機物就會在腐生細菌的作用下分解,使組織中酶分子的數量減少且活性降低;

實驗中使用肝臟的研磨液,可以加大肝細胞內過氧化氫酶與試管中過氧化氫的接觸面積,從而加速過氧化氫的分解;

滴加氯化鐵溶液和肝臟研磨液時不能共用一支滴管,因為酶的催化效率具有高效性,少量酶帶入fecl3溶液中會影響實驗結果的準確性,甚至使人產生錯覺,作出錯誤的判斷。

 

4如圖表示在適宜條件下,等量的過氧化氫經不同處理后生成物的量與時間的關系曲線(①加入2滴過氧化氫酶,加入2fe3,加入2滴蒸餾水),請分析判斷下列結論正確的是( d )

a.據圖分析可知,反應速率從慢到快依次是

b相比,得出的結論是酶具有催化作用

c相比,得出的結論是酶具有高效性

d.酶和無機催化劑只能縮短達到平衡的時間,不改變化學反應的平衡點

3)酶的專一性驗證實驗分析

①方案一:用同一種酶催化兩種不同物質

    用淀粉酶分別作用于淀粉和蔗糖后,再用      斐林試劑     鑒定,根據是否

   磚紅色沉淀生成   來判斷淀粉酶是否對二者都有催化作用,從而探索酶的專一性。

②方案二:用兩種不同酶催化同一種物質

用淀粉酶和蔗糖酶分別作用于淀粉,再用   斐林試劑  鑒定,從而探究酶的專一性。

【特別提醒】

 本實驗不能選用碘液作檢測試劑,因為碘液無法檢測蔗糖是否發生了水解。

4)探究溫度對酶活性的影響,進一步探究酶的適宜溫度

 淀粉                    

各自在控制的溫度梯度下處理一段時間    淀粉與相應溫度的淀粉酶混合

淀粉酶

在各自所控制的溫度下保溫一段時間    滴加碘液,觀察顏色變化     根據顏色變化的深淺,大致確定酶的適宜溫度     可進一步確定最適溫度   

特別提醒

本實驗不宜選用過氧化氫酶催化h2o2分解,因為過氧化氫酶催化的底物過氧化氫在加熱的條件下分解也會加快。

本實驗不宜選用斐林試劑鑒定,溫度是干擾條件。

本實驗步驟一定不能顛倒順序,否則會使實驗失敗,即先控制條件再混合。淀粉和淀粉酶必須在相應溫度下處理一段時間后再混合,而不能先混合,再控制溫度。

5)探究ph對酶活性的影響,進一步探究酶的適宜ph

 

過氧化氫                    

各自在調節的ph梯度下處理一段時間      淀粉與相應ph的淀粉

過氧化氫酶

酶混合       在適宜且相同的溫度下保溫一段時間      觀察氣泡產生的速率     根據氣泡產生的快慢,大致確定酶的適宜ph      可進一步確定最適ph   

3、酶的相關曲線解讀

1)表示酶高效性的曲線

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①催化劑可加快化學反應速率,與無機催化劑相比,酶的催化效率更高。

②酶只能縮短達到化學平衡所需時間,不改變化學反應的平衡點。

③酶只能催化已存在的化學反應。

學科網(www.zxxk.com)--教育資源門戶,提供試卷、教案、課件、論文、素材及各類教學資源下載,還有大量而豐富的教學相關資訊!2)表示酶專一性的曲線

①在a反應物中加入酶a,反應速度較未加酶時明顯加快,說明酶a催化底物參與反應。

②在a反應物中加入酶b,反應速度和未加酶時相同,說明酶b不催化底物參與反應。

3)表示影響酶活性的曲線

甲、乙曲線表明:

①在一定溫度(ph)范圍內,隨溫度(ph)的升高,酶的催化作用增強;超過這一范圍,酶催化作用逐漸減弱。

②過酸、過堿、高溫都會使酶失活,而低溫只是抑制酶的活性,酶分子結構未被破壞,溫度升高可恢復活性。

從丙圖可以看出:反應溶液ph的變化不影響酶作用的最適溫度。

6某同學畫了一坐標曲線圖,但是沒有寫出縱橫坐標的意義,下列關于此曲線的描述正確的是( a )

a.橫坐標表示溫度,縱坐標表示酶促反應的速率,曲線可表示酶促反應的速率隨著溫度的升高而變化的趨勢

b.橫坐標表示溫度,縱坐標表示生成物的積累量,曲線可表示生成物的積累量隨著溫度的升高而變化的趨勢

c.橫坐標表示ph,縱坐標表示酶的活性,曲線可表示酶活性隨著ph的升高而變化的趨勢

d.橫坐標表示ph,縱坐標表示酶的活性,曲線可表示ph10逐漸降低到1過程中酶的活性變化的趨勢

4)表示底物濃度和酶濃度對酶促反應的影響的曲線

①在其他條件適宜、酶量一定的條件下,酶促反應速率隨底物濃度增加而加快,但當底物達到一定濃度后,受酶數量和酶活性限制,酶促反應速率不再增加。

②在底物充足,其他條件適宜的條件下,酶促反應速率與酶濃度成正比。

特別提醒

溫度和ph是通過影響酶的活性而影響酶促反應速率。

底物濃度和酶濃度是通過影響酶與底物接觸而影響酶促反應速率,并不影響酶活性。

此外,某些化合物也會影響酶的活性:有些化合物可引起酶失活,如酒精、有機磷農藥、有機氯農藥等有機小分子物質及重金屬離子等;有些離子或簡單的有機化合物,能夠增強酶的活性,這些物質叫做酶的激活劑;有些物質能夠抑制酶的活性,這類物質叫做酶的抑制劑。

文本框: 酶促反應速率學科網(www.zxxk.com)--教育資源門戶,提供試卷、教案、課件、論文、素材及各類教學資源下載,還有大量而豐富的教學相關資訊!7某同學在研究化合物p對淀粉酶活性的影響時,得到如下圖所示的實驗結果。下列有關敘述不正確的是( d )

a.在一定范圍內,底物濃度影響著酶促反應速率

b.曲線①作為實驗對照

cp對該酶的活性有抑制作用

d.若反應溫度不斷升高,則a點持續上移

【高考真題重現】

1.2013海南卷·3)關于溫度對酶活性影響的敘述,錯誤的是     b  

a.不同酶的最適溫度可能相同      b.隨著溫度降低,酶促反應得活化能下降

c.酶活性最高時的溫度不適合該酶的保存

d.高溫下酶失活是酶空間結構破壞的結果

2.2013四川卷·4)下列所采取的措施,不涉及“降低化學反應活化能”原理的是:

a.利用果膠酶提高水果的出汁率                          (   d   )

b.滴加肝臟研磨液促使過氧化氫的分解

c.滴加fecl3 溶液提高過氧化氫的分解速率

d.利用水浴加熱提高胡蘿卜素的萃取效率

3.2013新課標全國ⅱ卷·6)關于酶的敘述,錯誤的是   (    b   )

a.同一種酶可存在于分化程度不同的活細胞中

b.低溫能降低酶活性的原因是破壞了酶的空間結構

c.酶通過降低化學反應的活化能來提高化學反應速度

d.酶既可以作為催化劑,也可以作為另一個反應的底物

4. 2013江蘇卷·23)(多選)為了探究溫度、ph 對酶活性的影響,下列實驗設計不合理的是   (   acd    )

試驗編號

探究課題

選用材料與試劑

溫度對酶活性的影響

過氧化氫溶液 新鮮的肝臟研磨液

溫度對酶活性的影響

新制的淀粉酶溶液 可溶性淀粉溶液 碘液

ph 對酶活性的影響

新制的蔗糖溶液  可溶性淀粉溶液 碘液

ph 對酶活性的影響

新制的淀粉酶溶液 可溶性淀粉溶液 斐林試劑

 a.實驗①     b.實驗②      c.實驗③      d.實驗④

【經典試題訓練】

1.水稻細胞內合成的某物質,能夠在常溫下高效分解淀粉,該物質( d )

a. 4條件下易變性           b.只含有c、h

c.也能催化淀粉合成             d.含有羧基

2.下面為蔗糖酶作用機理示意圖,下列說法正確的是( d )

a.蔗糖酶的化學本質是rna       b.該示意圖說明酶具有高效性

c.一分子蔗糖可以水解出2分子葡萄糖

d.蔗糖酶不能催化麥芽糖水解是因為它們不能結合形成酶底物復合物

3將牛奶和姜汁混合,待牛奶凝固便成為一種富有廣東特色的甜品——姜撞奶。為了掌握牛奶凝固所需的條件,某同學將不同溫度的等量牛奶中混入一些新鮮姜汁,觀察混合物15 min,看其是否會凝固,結果如下表所示:

溫度(℃)

20

40

60

80

100

結果

15 min后仍未有凝固跡象

14 min內完全凝固

1 min內完全凝固

1 min內完全凝固

15 min后仍未有凝固跡象

 注:用曾煮沸的姜汁重復這項實驗,牛奶在任何溫度下均不能凝固。

根據以上姜汁使牛奶凝固的結果,下列表述不正確的是( b )

a.可證明新鮮姜汁中含有一種酶,該酶能將可溶狀態的牛奶蛋白質轉化成不溶狀態

b20℃100℃時酶的活性低,是因為酶的分子結構遭到了破壞

c.將等量姜汁在不同溫度下保溫后再與對應溫度的牛奶混合,能夠提高實驗的準確度

d60℃80℃不一定是酶的最適溫度,縮小溫度范圍,增加溫度梯度才可得到最適溫度

4.下圖分別表示溫度、ph與酶活性的關系,其中敘述不正確的是( d )

a.曲線a上的b點所對應的溫度表示該酶的最適溫度

b.人體內胃蛋白酶的活性與曲線b相似

c.曲線b、c說明不同的酶有不同的最適ph

d.酶活性隨溫度的升高而增強

5.如圖曲線表示物質a生成物質p的化學反應,在無催化條件和有酶催化條件下的能量變化過程。下列相關敘述正確的是( d )

aab段表示在有酶催化條件下,使物質a生成物質p反應發生需要的活化能

bab段表示在無催化劑催化條件下,使物質a生成物質p反應發生需要的活化能

c.若將酶催化改為無機催化劑催化該反應,則b在縱軸上將向下移動

d.若只改變反應的溫度或ph條件,則圖中的曲線原有形狀可發生改變

6.在生物化學反應中,當底物與酶的活性位點形成互補結構時,可催化底物發生變化,如下圖所示。競爭性抑制劑與底物競爭酶的活性位點,非競爭性抑制劑和酶活性位點以外的其他位點結合,從而抑制酶的活性,如下圖、所示。癌癥化療時應用的烷化劑(如二氯二乙胺)能夠阻止參與dna復制的酶與dna相互作用。下列圖示與此機制相符的是( c )

 

 

 

 

 

a       b                c                d、、

7某同學從溫度為5565"c的泉水中篩選出能合成脂肪酶的細菌,并從該細菌中提取了脂肪酶;卮饐栴}:

1)測定脂肪酶活性時,應選擇                 作為該酶作用的物質,反應液中應加入                 溶液以維持其酸堿度穩定。

2)要鑒定該酶的化學本質,可將該酶液與雙縮脲試劑混合,若反應液呈紫色,則該酶的化學本質為                 。

3)根據該細菌的生活環境,簡要寫出測定該酶催化作用最適溫度的實驗思路。

答案:(1)脂肪   緩沖   2)蛋白質  3)在一定溫度范圍內(包括55~65)內設置溫度梯度,包括測定酶的活性。如所測得的數據出現峰值,則峰值所對應的溫度即為該酶催化作用的最適溫度,否則,擴大溫度范圍,繼續實驗,直到出現峰值。

8從豬唾液、胰液和新鮮肝臟細胞中分別提取到酶e1、 e2 、e3,它們與三種物質混合后情況如表一,且s3 e3混合后產生較多氣泡,產生的氣體能使帶火星的衛生香復燃。表二為有關的顏色反應實驗。據表回答(表中+表示有反應,-表示無反應):

       表一                 表二      

物質

e1

e2

e3

s1

s2

s3

試管

物質

碘液

斐林試劑

雙縮脲試劑

1

s1

2

s2

3

s3

4

s1+ e1

5

s2 + e2

6

s3 + e3

 

1)依據表中的信息,可以說明酶具有的特性是          ,e2          酶。

2)在酶e1、 e2 、e3中,不能用于探究溫度對酶活性影響的是               ,理由是                                                                         。

3)表二試管4、5、6中液體均能與雙縮脲試劑反應的原因是                    。

答案:(1)專一性(特異性)    蛋白酶(或胰蛋白酶)  2)酶e3  溫度會影響過氧化氫的分解,不能分清過氧化氫分解速率的變化是由溫度變化引起的,還是由酶的作用引起的(或溫度也會影響過氧化氫的分解,對實驗結果產生干擾)  3)酶e1、 e2 、e3均為蛋白質 

9探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的作用實驗中,一位同學的實驗操作過程如下:

學科網(www.zxxk.com)--教育資源門戶,提供試卷、教案、課件、論文、素材及各類教學資源下載,還有大量而豐富的教學相關資訊!第一步:取1支潔凈的試管,注入2ml可溶性淀粉溶液;

第二步:再向試管內注入2ml新鮮的唾液淀粉酶溶液;

第三步:接著注入2ml新配制的斐林試劑(邊加入,邊振蕩);

第四步:將試管下部放入盛有開水的大燒杯中,用酒精燈加熱煮沸2min。

實驗現象:試管內液體仍呈藍色。

回答下列問題:

1)該實驗現象說明淀粉                    。

2)要使實驗第四步出現試管中的液體由藍色變成磚紅色的實驗現象,你認為應如何改進該實驗步驟                                         。

3)上述(1)和(2學科網(www.zxxk.com)--教育資源門戶,提供試卷、教案、課件、論文、素材及各類教學資源下載,還有大量而豐富的教學相關資訊!兩小題,可學科網(www.zxxk.com)--教育資源門戶,提供試卷、教案、課件、論文、素材及各類教學資源下載,還有大量而豐富的教學相關資訊!以說明淀粉酶具有的特性是                 。

4)該同學根據第(2)小題作了改進,看到了預期的實驗現象,于是得出結論:淀粉酶能催化淀粉水解成麥芽糖,具有專一性。但其他同學認為這兩點結論均不妥,理由是:     

a.該實驗并不能證明淀粉分解的產物就是麥芽糖,只能證明淀粉分解的產物是____。

b.實驗步驟中沒有設置____,無法證明該酶具有專一性。

答案:((1)沒有被水解成還原糖   2)在第二步后,將試管下部浸入37℃熱水中保溫5min,然后再做第三、四步    3)酶的活性受溫度影響(或酶需要適宜的條件)

4a.還原糖      b.對照實驗

10. 某小組在探究“影響酶活性的條件”的實驗時,提出“過氧化氫酶的活性是否受ph影響”的問題,并設計實驗的操作步驟如下:

①向甲、乙試管內各加入2 ml新配制的體積分數為3%的過氧化氫溶液;

②向甲、乙試管內各加入2滴新鮮的質量分數為20%的豬肝研磨液;

③向甲試管內加入1 ml質量分數為5%的鹽酸,向乙試管內加入1 ml質量分數為5%的氫氧化鈉溶液;

④觀察試管中發生的變化。

請依據該小組設計的實驗操作步驟,回答下列問題:

1)過氧化氫分解速率是本實驗的因變量,可觀測的指標是         。

2)上述操作步驟中存在缺陷,請寫出改進方案。

                                        

                                      。在完成改進方案后,預期實驗結果及結論

                                        

                                     

3)在與其他小組進行交流時,有同學建議進行定量實驗,以不同ph下出現同一結果所需要的時間來表示酶的活性,并根據實驗數據繪制不同條件下酶活性的曲線圖。該建議中,所需的時間越長,酶的活性越              。

4) 能否用過氧化氫酶探究溫度對酶活性的影響           。如能,請寫出實驗思路,如不能,請寫出理由                       。

答案:(1)試管中產生的氣泡數量   2) ①實驗步驟②③互換;②再增加丙試管,在第二步中加入1 ml蒸餾水,其他步驟與修正后的上述步驟同   ①甲乙兩試管中產生的氣泡數量少,丙試管中產生大量的氣泡,則過氧化氫酶的活性受ph影響  ②甲乙丙三只試管中產生的氣泡的情況基學科網(www.zxxk.com)--教育資源門戶,提供試卷、教案、課件、論文、素材及各類教學資源下載,還有大量而豐富的教學相關資訊!本一樣,則過氧化氫酶的活性不受ph影響

3)低(或弱)      4不能  溫度能影響過氧化氫的分解速度。

 

【教學反思】

    這節課在基礎知識的梳理、高考考點的透析方面總結得非常詳細、全面,能很好的達到一輪復習夯實基礎的目的。但是,在探究影響酶活性的條件實驗教學中,個人覺得教師參與的太多。教師僅作必要的方法指導,而實驗方案的制定、程序安排、過程操作等應該由學生自主完成。這樣開展實驗教學,才有助于培養學生的分析能力和邏輯推理能力,才能讓學生更自如地應對萬變的高考。

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