成才之路 · 生物 人教版 · 必修1 路漫漫其修远兮 吾将上下而求索

第 五 章 细胞的能量供应和利用 1.1.1　集合的概念

汽车的行驶、轮船的开动、飞机的飞行都需要燃料的燃烧提供能量。同样，细胞作为一个基本的生命系统，也需要源源不断地输入能量，用于有机物的合成、肌细胞的收缩、主动运输等多项生命活动。只有保证能量的输入，细胞才能维持生命活动的有序性。那么，外界的能量如何输入细胞，又如何被细胞利用？这就是我们在本章所要探索的问题。

本章我们将重点学习酶的本质和特性，ATP的产生和利用，细胞呼吸和光合作用的场所、过程及影响因素等。由于细胞呼吸和光合作用是高考命题的焦点，学习时应予以充分的重视。 本章有较多的实验和探究活动，在设计和实施时，应善于鉴别自变量和因变量，通过控制自变量，观察和检测因变量的变化，并学会设置对照组和重复实验，这些都是基本的科学方法，在提取、分离、检测一些物质时，既要理解原理，又要掌握基本的操作技能。在理解和掌握本章基础知识的基础上，应做一定量的练习题以达到巩固提高的目的。

第 五 章 第1节　降低化学反应活化能的酶 1.1.1　集合的概念

本节主攻要点 1 学习目标定位 2 思维创新升华 6 课前自主探究 3 方法技巧探究 7 教材问题释疑 4 课堂知识构建 8 课堂合作探究 5 课 时 作 业 9

本节主攻要点

1．酶是生物催化剂，其催化作用的原理是降低化学反应的活化能。 2．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。 3．酶的特性是高效性、专一性和作用条件的温和性。 4．酶具有高效性的原因是：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。 5．过酸、过碱或温度过高，都会使酶因空间结构破坏而失活。 6．在一定低温下，酶的活性低，但空间结构稳定，并未失活，在适宜温度下酶的活性可升高。

学习目标定位

目标导航： 1．掌握控制实验变量的科学方法。 2．描述酶的作用、本质和特性。(重点) 3．设计实验探究“影响酶活性的条件”。(重、难点)

课前自主探究

细胞中 化学反应 细胞生命活动 水浴加热 FeCl3溶液 过氧化氢酶

(2)实验步骤： 2 mL过氧化氢溶液 90℃ 2滴 水浴 肝脏研磨液 气泡数量 燃烧程度

(3)实验结果：_____________________________________。 (4)实验结论： ________在常温常压下，可以高效地完成对化学反应的________。 4号试管产生的气泡最多，卫生香燃烧猛烈 酶 催化

(3)任何细胞内的RNA都可以起催化作用。( ) 二、酶的本质和作用原理 1．判断下列有关酶本质的描述 (1)酶只能在活细胞中合成。(　　) (2)所有的酶都是蛋白质。(　　) (3)任何细胞内的RNA都可以起催化作用。(　　) 2．作用原理 (1)活化能：分子从____________转变为容易发生化学反应的________状态所需要的能量 (2)作用机制：同无机催化剂相比，酶降低________的作用更显著，因而催化效率更高 ↓ 结果：由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下________进行 √ × × 常态 活跃 活化能 快速

无机催化剂 细胞代谢 一种或一类 细胞代谢

①T0表示酶促反应的________，此时酶活性________。 ②温度____________，酶活性降低。 3．温度和pH对酶活性影响及曲线 (1)温度对酶活性的影响及曲线： ①T0表示酶促反应的________，此时酶活性________。 ②温度____________，酶活性降低。 ③温度______，酶会失活。 最高 最适温度 偏高或偏低 过高

①P表示酶促反应的________，此时酶活性________。 ②pH____________，酶活性降低。 最高 偏高或偏低 过高或过低

1．我们吃芹菜时，无论咀嚼多长时间，都感觉不到甜，而吃馒头时，咀嚼时间长了就会有甜味，你知道是什么原因吗？ 2．酶是否只能在活细胞内起作用？举例说明。 3．人体口腔内的唾液淀粉酶进入胃之后还能继续发挥作用吗？为什么？

提示：1.芹菜中含大量纤维素，馒头中主要成分为淀粉，人的唾液中含淀粉酶而不含纤维素酶，而酶具有专一性，淀粉酶可将淀粉分解为具有甜味的麦芽糖，却不能将纤维素分解 。 2．不是，酶既可以在细胞内起作用，也可以在细胞外起作用，如消化酶等。 3．不能。因为胃内pH很低，导致唾液淀粉酶失活。

教材问题释疑

(一)问题探讨 1．这个实验要解决的问题是：鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化？ 2．是胃内的化学物质将肉块分解了。 3．提示：收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。

(二)实验 1．2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。 2．不能。 3．说明FeCl3中的Fe3＋和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。 4．4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。

(三)资料分析 1．巴斯德认为发酵与活细胞有关是合理的，但是认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用是不正确的；李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质是合理的，但是认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用是不正确的。 2．提示：巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。

3．毕希纳的实验说明，酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。 4．萨姆纳历时9年用正确的科学方法，坚持不懈、百折不挠的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。 (四)旁栏思考题 绝大多数酶是蛋白质，强酸、强碱、高温等剧烈条件都会影响到蛋白质的结构，所以酶比较“娇气”。

课堂合作探究

酶的作用和本质 1．酶的概念和作用机理 (1)酶的概念理解： 化学本质 绝大多数是蛋白质 少数是RNA 合成原料 氨基酸 核糖核苷酸 合成场所 核糖体 细胞核(主要) 来源 一般活细胞中均能产生 生理功能 具有生物催化功能 具有特性 专一性、高效性、需要适宜的pH、温度等

(2)酶的作用机理： 分析可知： ①E1这一部分的活化能是指酶所降低的能量； ②E2这一部分的能量是指酶促反应过程中所需能量； ③E1＋E2＝E这一部分的能量是反应所需总能量，是指无酶催化的时候，分子从常态转变成活跃状态所需的能量，即反应活化能。

实验 原理 质量分数为3.5%的FeCl3溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3＋数，大约是每滴肝脏研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。H2O2在加热或催化剂的作用下，将产生水和氧气。氧气可以用带余烬的卫生香插入反应试管内，观察是否复燃来检验 设计 思路 通过H2O2在不同条件下分解速率的比较，了解H2O2酶的作用及意义，进而了解生物体内酶的催化作用 2.“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验分析

讨论 (1)与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？ 2号试管有大量气泡产生；说明加热能促进过氧化氢的分解。 (2)在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？不能。 (3)3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？ 过氧化氢(H2O2)在一定催化剂和较温和的条件下，就可以被分解。

(4)3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？ 4号试管的反应速率比3号试管快。说明过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求。

结论 从以上实验中可以看出，4号试管最先产生气泡，并且产生的气泡多。由于放出的气泡是过氧化氢分解产生的氧气，所以4号试管中的卫生香燃烧得更猛烈，由此可以证明，与无机催化剂Fe3＋相比，过氧化氢酶的催化效率要高得多。也就是说，酶的催化作用具有高效性的特点。事实上，酶的催化效率是无机催化剂的107倍～1013倍。 知识贴士 在做有关酶的实验时，必须根据实验目的确定自变量，平衡无关变量。遵循对照原则和单一变量原则。然后才能观察到科学有效的实验现象，比较因变量，得出正确的结论。

某同学设计了如下实验，下列叙述正确的是(　　) 加入物质 试管号 1 2 H2O2(mL) 质量分数20%的肝脏研磨液 — 质量分数3.5%的FeCl3溶液 恒温处理15min(℃) 37 带火星的卫生香检测 略

A.本实验的自变量是催化剂的有无 B．本实验的原理是酶能降低化学反应的活化能 C．最终试管1中溶液颜色较深 D．若肝脏研磨液不新鲜，可导致两组试管卫生香的复燃程度相同 [解析]　本实验探究的是酶的高效性，自变量是催化剂的种类而不是有无，比较的是过氧化氢酶与无机盐的催化效率，A错误；本实验的原理是催化能力越强，过氧化氢分解产生的氧气越多，带火星的卫星香检测，燃烧程度可以判断出氧气产生的多少，B错误；本实验不涉及颜色比较，如果选用的肝脏不新鲜，有可能导致过氧化氢酶失去作用，从而使两组试管卫生香的复燃程度相同，D正确。 [答案]　D

为了认识酶作用的特性，以20%过氧化氢溶液为底物进行了一组实验，结果如下表所示。从表中不能得到的结论是(　　) 方法 观察结果 1 常温下自然分解 氧气泡少而小 2 常温下加入Fe3＋ 氧气泡稍多而小 3 常温下加入鲜肝提取液 氧气泡极多而大 4 加入煮沸后冷却的鲜肝提取液

A.从催化反应条件看，酶有温和性 B．从催化活性看，高温使酶失活 C．从催化底物范围看，酶有专一性 D．从催化反应效率看，酶有高效性 [答案]　C [解析]　从实验3和实验4对照，可以得出结论，酶发挥作用需要适宜的温度，高温能够使酶失去活性，故A、B正确；从实验1、2和3进行对照可以得出结论，酶具有高效性，故D正确；由于本实验不能证明酶的专一性，故C错误。

酶的特性及实验验证 1．酶的特性 (1)高效性：催化效率很高，使得反应速率很快。 (2)专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 (3)反应条件的温和性：酶促反应在常温、常压、适宜pH条件下进行，过酸、过碱或高温都能使酶变性失去活性。

知识贴士 (1)由于酶具有专一性，而细胞内的化学反应极其繁多，不同的反应需要不同的酶来催化，这说明酶具有多样性。 (2)实验中温度和pH的控制 在设计酶需要适宜的温度和pH的实验中，每一组实验都必须事先将底物、酶液分别处理到各自所需要控制的温度和pH，使反应一开始便达到预设温度和pH，减小实验误差。若先将底物与酶液混合后再控制温度和pH，则会由于酶的高效性，导致酶促反应在达到所控温度和pH条件前发生。

一份淀粉酶能使一百万份淀粉水解成麦芽糖，而对麦芽糖的水解却不起作用。这种现象说明酶具有(　　) A．高效性和多样性　　 B．高效性和专一性 C．专一性和多样性 D．稳定性和多样性 [解析]　淀粉酶与淀粉的比例为11000000，这足以体现其高效性；而对麦芽糖不起作用，又体现了它的专一性。 [答案]　B

为了探究口腔的分泌液中是否有蛋白酶，某学生设计了两组实验，如下图所示。在37℃水浴中保温一段时间后，1、2中加入适量双缩脲试剂，3、4中不加任何试剂，下列实验能达到目的的是(　　) A．实验② B．实验① C．实验①、实验②都能 D．实验①、实验②都不能 [答案]　A

[解析]　双缩脲试剂检测的是蛋白质，蛋白酶也是蛋白质，故本题无法从化学特性上达到目的，只有考虑物理特性，如蛋白块的变小或消失。

思维创新升华

与酶相关的曲线分析 1．酶对化学反应的影响 (1)甲图中说明：在底物充足，其他条件适宜的情况下，酶浓度与酶促反应速率成正比。 (2)乙图说明：酶A会促进A反应物的酶促反应，酶B则不会，所以酶具有专一性。

(3)丙图说明： ①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 ②酶只会缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。 2．pH和温度对酶活性的影响

(1)甲图说明：①在最适pH时，酶的催化作用最强，高于或低于最适pH，酶的催化作用将减弱。 ②过酸过碱都会使酶失活。 ③不同的酶最适pH不同。 (2)乙图说明：①在一定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围酶催化作用将减弱。 ②低温只会抑制酶的活性，而高温会使酶失活。 (3)丙图说明：反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。

方法技巧探究

探究点　评价性实验的解题思路 ——探究影响酶活性的因素 [案例]　某班同学进行了探究影响酶活性的因素的实验。 (1)某同学设计了如下实验方案和步骤：取3支大小相同的试管，编号为甲、乙、丙，分别向3支试管中加入3 mL糨糊，再各加入2 mL新鲜的唾液淀粉酶溶液，振荡后，将甲、乙、丙3支试管分别置于0℃、35℃、100℃下约5 min，取出试管，各加入2 mL斐林试剂(边加边振荡)，50℃～65℃水浴条件下观察试管内颜色的变化。同一小组的同学对此实验设计进行了简要评价，其中正确的是________。

①实验步骤不正确 ②温度设置不合理 ③不能用斐林试剂检验 (2)某小组同学对过氧化氢酶的活性是否受pH影响的问题很感兴趣，并设计了实验操作步骤： ①向甲、乙试管内各加入2 mL新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液； ②向甲试管内加入1 mL质量分数为5%的盐酸，向乙试管内加入1 mL质量分数为5%的氢氧化钠溶液； ③向甲、乙试管内各加入2滴新鲜的质量分数为20%的猪肝研磨液；

④观察试管中发生的变化。 a．小组讨论1：______________________________ 是本实验的因变量，可观测到的指标是____________； b．小组讨论2：操作步骤中存在缺陷，应该_________； c．小组讨论3：若按改进后的方案进行实验，可能出现的实验结果和结论是___________________________________ _____________________________________________ ______________________________________________。

[标准答案]　(1)①和③ (2)a.过氧化氢分解速率　试管中产生的气泡数量 b．增加丙试管，在第②步中加入1 mL蒸馏水，其他操作与甲、乙试管相同 c．甲、乙两试管中产生的气泡数量少，丙试管中产生的气泡数量多，则过氧化氢酶的活性受pH影响；甲、乙、丙3支试管中产生气泡的情况基本一样，则过氧化氢酶的活性不受pH影响

[方法警示]　1.得分要点： (1)答案唯一，只能是“①和③”。 (2)a.因变量必须体现能表示过氧化氢分解速率的内容，如“过氧化氢分解速率”或“O2产生速率”，观察指标与气泡产生的速率和多少有关。 b．不能是指出缺陷，必须是改正，即“增设加蒸馏水的对照组”。 2．错因案例： (1)只答为“①”。 (2)b.答为“设置对照组”。

[技法提炼]　(1)评价性实验题的解题技巧： 一看有无设置对照实验。对照组一般不做特殊处理，实验(2)中甲、乙两试管分别加入盐酸和氢氧化钠，缺少空白对照，应再设置一组不加酸或碱液，只加蒸馏水的对照组。 二看步骤顺序是否合理。实验(1)是探究温度对酶活性的影响，而在进行不同温度处理之前已将淀粉和淀粉酶混合，应先对淀粉和淀粉酶做同温处理后再混合。 三看试剂材料选择是否恰当。 实验(1)中不能选用斐林试剂检验，因为斐林试剂检验还原糖需要加热，改变了实验的自变量。 四看实验条件是否满足。实验的温度、光照等条件是否合理，是否需要搅拌、加热等。

(2)实验变量的确定与控制： ①自变量是实验中由实验者操纵的因素或条件，如实验(1)中的温度和实验(2)中的pH；因变量是自变量所引起的结果或结论，如实验(1)中淀粉水解程度，实验(2)中过氧化氢的分解速率，无关变量是除实验变量以外的影响实验结果与现象的因素或条件。 ②实验中应操纵自变量，控制无关变量，检测因变量。

课堂知识构建

课 时 作 业 （点此链接）