2019-2020年高三生物二輪復習 新陳代謝與酶教案1 人教版.doc

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2019-2020年高三生物二輪復習 新陳代謝與酶教案1 人教版 【學習目標】1．知道酶的發(fā)現(xiàn)過程。2．理解酶的性質(zhì)(主要是高效性、專一性、酶需要適宜條件的特性)。 3．用實驗探究酶的高效性、酶的專一性。 【學習障礙】 1．理解障礙(1)如何理解酶與新陳代謝的關(guān)系？(2)如何理解酶的高效性、專一性等特性？ (3)如何理解影響酶催化作用的因素？ 2．解題障礙(1)用酶的作用特性去解釋和說明一些生物學現(xiàn)象。(2)解影響酶的催化作用因素的圖表題。 (3)解有關(guān)的實驗設計題。 【學習策略】 1．理解障礙的突破(1)用“結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一”等觀點理解新陳代謝與酶的關(guān)系。生命系統(tǒng)既是一個需要維持穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)，又是一個瞬時就會發(fā)生一系列合成、分解的運動著的系統(tǒng)，這是一個矛盾的統(tǒng)一體。新陳代謝中的各種化學反應是在溫度、酸堿度等相對穩(wěn)定的條件下進行的，這些化學反應不能在高溫、高壓、強酸、強堿等條件下進行，可是又要迅速、高效地進行反應，怎樣實現(xiàn)生命系統(tǒng)的這種功能？因此就必須有一種結(jié)構(gòu)或物質(zhì)存在，來行使其功能。這就是生物催化劑——酶。生物體內(nèi)的物質(zhì)代謝過程是極其復雜的，如人體從外界攝取的營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)過變化成為人體自身的組成物質(zhì)，組成物質(zhì)又經(jīng)過氧化分解成為代謝的最終產(chǎn)物而排出體外，這些過程中包含著許許多多的生物化學反應。據(jù)估計，人體細胞內(nèi)發(fā)生化學反應的頻率約為幾百萬次/min。這么多的化學反應之所以能夠在平常的溫度、壓力下迅速順利地完成，完全是依靠酶的催化作用。正因為這樣，生物體自我更新的速度是很快的。拿人體來說，體內(nèi)血液中的紅細胞更新的速度通常為200萬/s以上，大約60 d左右全部紅細胞要更新一半；肝臟和血漿中的蛋白質(zhì)，大約10 d左右要更新一半；皮膚、肌肉等組織中的蛋白質(zhì)，大約150 d左右要更新一半。人在一生(按60年計算)中與外界環(huán)境交換各種物質(zhì)的數(shù)量，大約水為50000 kg，糖類為10000 kg，脂質(zhì)為1000 kg，蛋白質(zhì)為1600 kg。物質(zhì)交換的總重量大約相當于人體重量的1200倍，而實際上現(xiàn)在人類的壽命已經(jīng)大大超過60歲了。所有這些復雜的代謝活動，只有在酶的參與下才能在常溫、常壓的條件下迅速有序地進行。因此生物體的新陳代謝過程，實際上是由一系列酶所催化的化學反應所組成的反應網(wǎng)絡，這就是功能與結(jié)構(gòu)的和諧統(tǒng)一。 (2)用“遷移法”來幫助理解酶的特性。酶是生物催化劑，因而它既有與一般催化劑相同的性質(zhì)，也有與一般催化劑不同的特點。酶和一般催化劑的共同點是：第一，酶在催化反應加快進行時，在反應前后酶本身沒有數(shù)量和性質(zhì)上的改變，因而很少量的酶就可催化大量的物質(zhì)發(fā)生反應。第二，酶只能催化熱力學上允許進行的反應，而不能使本來不能進行的反應發(fā)生。第三，酶只能使反應加快達到平衡，而不能改變達到平衡時，反應物和產(chǎn)物的濃度。因此，酶既能加快正反應進行，也能加快逆反應進行。酶促反應究竟朝哪個方向進行，取決于反應物和產(chǎn)物的濃度。酶與一般的催化劑相比又有其特點，最突出的是它的高效性和專一性。 生物化學理論的遷移 A．用“酶的中間產(chǎn)物學說”來理解酶的高效性 酶具有強大的催化能力，酶的催化能力遠遠超過化學催化劑。例如，碳酸酐酶能夠催化下面的反應： 碳酸酐酶是目前已經(jīng)知道的催化反應速度最快的酶之一。每個碳酸酐酶分子催化CO2水合作用形成相同數(shù)量的H2CO3的速度通常為6105個/s。碳酸酐酶催化上述反應的速度比非酶催化的上述反應速度快107倍。如果沒有這種酶，CO2從組織到血液，然后再通過肺泡呼出體外的過程只能以極其緩慢的速度進行，遠遠不能滿足生物體生存的需要。酶具有這樣強大的催化能力，可以用酶的中間產(chǎn)物學說來解釋：酶在催化某一底物(被酶催化的物質(zhì))時，先與底物結(jié)合成一種不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，這種中間產(chǎn)物極為活潑，很容易發(fā)生化學反應而變成反應物，并且放出酶。按照中間產(chǎn)物學說，酶促反應(需酶催化的反應)可以寫成下式： B．用“酶的誘導契合學說”來理解酶的專一性：酶具有高度的專一性，這就是說，一種酶只能作用于一種底物，或一類分子結(jié)構(gòu)相似的底物，促使底物進行一定的化學反應，產(chǎn)生一定的反應產(chǎn)物。酶的這種高度的專一性，可以用“誘導契合學說”來解釋：酶對于它所作用的底物有著嚴格的選擇，酶和底物結(jié)合時，酶并不是事先就以一種與底物互補的形狀存在，而是在受到誘導之后才形成互補的形狀。這種方式如同一只手伸進手套之后才誘導手套的形狀發(fā)生變化一樣。底物一旦結(jié)合上去，就能誘導酶蛋白的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生相應的變化，從而使酶和底物契合而形成酶—底物絡合物，這就是科學家們普遍支持的“誘導契合學說”(見下圖)。 底物的結(jié)構(gòu)和酶的活動中心的結(jié)構(gòu)的這種互補形狀，使酶只能與對應的化合物契合，從而排斥了那些形狀、大小不適合的化合物，這就是酶作用的專一性。 用來說明酶專一性催化作用的基本原理的學說還有“鎖和鑰匙學說”，見本節(jié)教材復習題二圖示，在此不再贅述。 (3)用“內(nèi)外因法”來理解酶的催化作用受溫度、pH影響的機理。唯物辯證法認為外因是變化的條件，內(nèi)因是變化的根據(jù)，外因通過內(nèi)因而起作用。用此方法可以找出事物變化的根本原因。酶起催化作用所需條件雖然不象一般催化劑那樣苛刻，如要求高溫、高壓，但它還是需要一些特定的環(huán)境條件的。這些條件就是影響酶催化作用的外因，主要是溫度與pH；影響酶催化作用的內(nèi)因是由酶本身的性質(zhì)——蛋白質(zhì)所決定的。我們主要研究其外因。①溫度：酶的催化效率又稱酶的活性或活力。酶促反應與普通的化學反應一樣，一般說來，環(huán)境溫度升高，酶的活性隨之提高，但不是無止境的。隨著溫度升高，酶的穩(wěn)定性也越來越低，表現(xiàn)為酶的活性急速喪失。某種酶在某一溫度下能表現(xiàn)出最大的活性，這個溫度稱為該種酶的最適溫度。就大多數(shù)酶來講，最適溫度在40℃左右，溫度繼續(xù)升高，酶的活性會顯著下降，以致完全喪失催化能力。這是因為酶是一種蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)加溫到70℃~90℃就會變性沉淀，如雞蛋清在開水里一煮就凝固成白色固體一樣。各種酶能忍受高溫的限度不同，絕大多數(shù)酶在60℃～70℃的溶液中即受到很大破壞。酶的活性隨溫度變化的示意圖如下圖。 ② 酸堿度(pH)：酸堿度對酶的催化作用有很大影響，主要體現(xiàn)在兩個方面：一是同一種酶在不同的pH下活性不同，如上圖。二是各種酶的最適pH不同，過酸或過堿都會降低酶的活性。例如胃蛋白酶在酸性(pH1．5)環(huán)境下活性最高，胰蛋白酶在微堿性(pH8)環(huán)境下活性最高，大部分酶在中性環(huán)境下活性最高。 [例1]在酶法生產(chǎn)葡萄糖時，pH先調(diào)到6，后調(diào)到4．5。這是因為最初以一種淀粉酶溶液為原料時，該酶的____________，繼后以糖化酶繼續(xù)作用，該酶的____________之故。 解析：用“內(nèi)外因法”解。各種酶的最適pH不同，據(jù)題意，催化淀粉最終水解成葡萄糖最先需要淀粉酶后需要糖化酶， pH先調(diào)到6，后調(diào)到4．5，可見這分別是兩種酶的最適pH。 答案：最適pH為6 最適pH為4．5 2．解題障礙的突破 (1)用“系統(tǒng)化”和“具體化(對號入座)法”來解有關(guān)酶的特性的問題。 按系統(tǒng)化方法將酶的知識形成知識網(wǎng)絡如下圖。 具體化(對號入座)是把理論知識用于具體、個別場合的思維方法。在生物學學習中，適用具體化的方式主要有兩種：一是用所學知識應用于生活和生產(chǎn)實踐，分析和解釋一些生命現(xiàn)象；二是用一些生活中的具體事例來說明生物學理論知識。 [例2]能夠促使唾液淀粉酶水解的酶是 A．淀粉酶 B．分解酶 C．水解酶 D．蛋白酶 解析：用“系統(tǒng)化”和“具體化(對號入座)法”解。題目告訴我們這主要是考查酶的功能特性，根據(jù)我們已建立的上述知識網(wǎng)絡將問題對號入座，很明顯題目具體是考查酶的專一性的特點，淀粉酶只能使淀粉水解成麥芽糖；分解酶是具有分解作用的所有酶的總稱；水解酶是催化有機物與水作用形成各類分解產(chǎn)物的酶，包括淀粉酶、蛋白酶等；蛋白酶是只能水解蛋白質(zhì)的酶。唾液淀粉酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，由于酶的催化作用具有專一性的特點。因此，促使其水解的酶只有蛋白酶。 答案：D [例3]新采摘的玉米果穗具有甜味，但放一段時間后甜味便降低，如果采摘后放在沸水中浸泡一段時間后再保存，甜味會保留較長一段時間，請回答： (1)放一段時間后甜味降低的原因是___________________________。 (2)沸水浸泡一段時間后再保存，甜味可保留較長時間的原因是_________________。 (3)通過上述實驗可以證明_______________________________________。 解析：用“系統(tǒng)化”和“具體化(對號入座)法”解。玉米的甜味是由某些單糖引起的，放一段時間后甜味便降低，顯然是單糖減少的緣故；如果采摘后放在沸水中浸泡一段時間后再保存，甜味會保留較長一段時間，即單糖減少的速度明顯減慢，單糖這種變化與溫度有關(guān)，綜合分析，不難看出這是酶的作用。 答案：(1)在酶的作用下，單糖分解或轉(zhuǎn)變成淀粉 (2)高溫使酶失活，抑制了單糖的分解或淀粉的合成 (3)酶的催化作用受到溫度的影響，高溫可使酶失活 (2)先用“圖文轉(zhuǎn)換法”，再用“層析綜合法”來解圖表類問題。 在解圖表類問題時，先進行圖文信息轉(zhuǎn)換，再對其分析。具體分析時，用“層析法”來找出變量間的因果關(guān)系。 [例4]下圖表示溫度對酶的催化效率的影響曲線。請據(jù)圖回答： (1)曲線中的AB段表明__________________________________________________。 (2)曲線中的B點表示___________________________________________________。 (3)曲線中的BC段表明__________________________________________________。 (4)曲線總體說明_______________________________________________________。 解析：用“圖文轉(zhuǎn)換法”、再用“層析綜合法”來解。本題首先必須看懂曲線圖中兩個變量—溫度與催化效率之間的因果關(guān)系。然后可以將此圖層析為三段：在AB段，曲線向上，說明隨著溫度的上升，催化效率加快，說明酶的活性隨溫度的上升而上升；曲線最高點B，就是酶的最適溫度；BC段，曲線下降，說明酶的活性隨溫度的上升而下降，溫度過高，酶的活性受到抑制。最后，綜合整個圖上的信息，說明酶的催化效率受溫度的影響。 答案：(1)在一定的溫度范圍內(nèi)，酶的催化效率隨溫度的升高而升高 (2)酶作用的最適溫度 (3)如果溫度在達到酶作用的最適溫度后繼續(xù)升高，酶的催化效率就會下降 (4)酶的催化效率受溫度的影響 (3)用“求異思維法”來解實驗及設計實驗的問題。 所謂“求異思維法”(或稱差異思維法)是從兩個場合的差異中尋求原因的方法。為了應用“求異思維法”來找出現(xiàn)象的原因，必須有兩個場合，即所研究的現(xiàn)象出現(xiàn)的正面場合和所研究現(xiàn)象不出現(xiàn)的反面場合。在這兩個場合中，其他情況都相同，只有一個情況在正面場合中出現(xiàn)，而在反面場合中不出現(xiàn)，那么，這個情況就是被研究現(xiàn)象的原因或部分原因。這種思維方法在生物學實驗中的具體體現(xiàn)主要就是單因子變量及對照實驗的原則。 解這類題一定要在實驗操作的基礎上去充分體會實驗的原理及方法，由感性認識上升到理性認識。也可用“求異思維法”來找出變量間的因果關(guān)系，從而掌握實驗及設計實驗的方法。 [例5] 在編號為1～4的4支試管內(nèi)各注入10 mL 3%過氧化氫溶液，1號試管作為對照，在2號試管內(nèi)迅速放入新鮮豬肝1～2小塊，3號試管內(nèi)放入一枚銹鐵釘，4號試管內(nèi)放入煮熟豬肝1～2小塊，根據(jù)實驗現(xiàn)象回答下列問題： (1)立即出現(xiàn)大量氣泡的試管為______________號，這種氣泡是什么氣?_________。產(chǎn)生大量氣泡的原因是______________________________________。 (2)4號試管內(nèi)有什么變化?____________。理由是________________________。 (3)2號和3號試管內(nèi)都能產(chǎn)生氣體，就產(chǎn)生氣體的速度和數(shù)量不同，說明原因。 _________________________________________________________________。 解析：用“求異思維法”解。此題的設計就是本著求異法的邏輯原理將課本中的實驗進行延伸，增設了兩個實驗，1號試管作為對照，只在試管中加入10 mL 3%的過氧化氫溶液，結(jié)果沒有任何現(xiàn)象發(fā)生；2號試管加入10 mL 3%的過氧化氫溶液和新鮮豬肝1～2小塊，結(jié)果產(chǎn)生氣泡(O2)；兩種場合，其他情況都相同，只有一個因素不同，那就是2號試管加了新鮮豬肝，導致產(chǎn)生O2，即產(chǎn)生O2的原因就是豬肝中的過氧化氫酶的作用；這就是從兩個場合的差異中尋求原因的方法。這其中就體現(xiàn)了單因子變量及對照實驗的原理。同理，3號試管內(nèi)放入10 mL 3%的過氧化氫溶液和一枚銹鐵釘，銹鐵釘是為了提供Fe3＋，F(xiàn)e3＋作為催化劑也是將過氧化氫分解成水和O2原因；4號試管內(nèi)放入10 mL 3%的過氧化氫溶液和煮熟的豬肝1～2小塊，煮熟的豬肝中的過氧化氫酶受高溫的影響，酶的結(jié)構(gòu)被破壞從而失去活性，這樣過氧化氫不被分解，沒有任何現(xiàn)象發(fā)生。2號試管與3號試管相比，產(chǎn)生O2的速度不同，2號試管含有過氧化氫酶，能將過氧化氫迅速分解產(chǎn)生大量的O2，而3號試管內(nèi)的Fe3＋是一般的無機催化劑，雖然能分解過氧化氫，但反應速度很慢，2號和3號試管相比說明酶的催化作用具有高效性。 答案：(1)2 O2 新鮮豬肝內(nèi)的過氧化氫酶迅速催化過氧化氫，將其分解，產(chǎn)生大量O2 (2)沒有 煮熟豬肝細胞內(nèi)的過氧化氫酶被破壞，失去活性 (3)酶(或過氧化氫酶)的作用具有高效性。點評：此實驗將銹鐵釘代替氯化鐵，體現(xiàn)了實驗材料選擇的多樣性，并且銹鐵釘方便易得，所以這也是實驗中可取方法，實驗中我們可以根據(jù)具體情況選擇一些經(jīng)濟、方便的實驗材料，當然這應以不影響實驗結(jié)果為原則。另一方面，本題的實驗變量還可以擴展，但總體上應該注意單因子變量和對照。 【同步達綱練習】 1．在不損傷植物細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，下列哪種物質(zhì)適用于去除細胞壁 A．蛋白酶與脂酶 B．纖維素酶與果膠酶 C．鹽酸 D．淀粉酶 2．在唾液淀粉酶催化淀粉水解的實驗中，將唾液稀釋十倍與唾液原汁催化效果基本相同，這說明了什么?_____________________________________________。 3．下圖分別表示胃蛋白酶、唾液淀粉酶、胰蛋白酶在酶濃度一定時，溫度、pH對酶反應速度的影響，請根據(jù)圖回答下列問題： (1)圖A中，a點所對應的溫度稱____________，a點到b點曲線急劇下降，其原因是______________________________。 (2)將裝有唾液淀粉酶與淀粉糊的甲、乙兩試管分別放入10℃和75℃水浴鍋中，20 min后取出轉(zhuǎn)入37℃的水浴鍋中保溫，兩試管內(nèi)反應分別應為：甲__________________，乙____________。 (3)圖B中，c點表示_______________________________________。 (4)在丙試管中裝入胰蛋白酶與淀粉糊，且將溶液的pH調(diào)整至9，而后放入37℃的水浴鍋中保溫20 min，試管內(nèi)的反應為_________________，說明________________________。 4．為了驗證pH對唾液淀粉酶活性的影響，做如下實驗。 操作步驟： ①在1～5號試管中分別加入0．5%淀粉液2 mL。 ②加完淀粉液后，向各試管中加入相應的緩沖液3.00 mL使各試管中反應液的pH穩(wěn)定在5.00、6.20、6.80、7.40、8.00。 ③分別向1～5號試管中加入0.5%唾液1 mL，然后放入37℃恒溫水浴中。 ④反應過程中，每隔1 min從第3號試管中取出一滴反應液，滴在比色板上，加1 滴碘液顯色，待呈橙黃色時，立即取出5支試管，加碘液顯色并比色，記錄結(jié)果。結(jié)果見下表： 表中“＋”表示藍色程度。 1號 2號 3號 4號 5號 pH 5．00 6．20 6．80 7．40 8．00 結(jié)果(顏色) ＋＋ ＋ 橙黃色 ＋ ＋ 請回答： (1)實驗過程中為什么要選擇37℃恒溫?_______________________________。 (2)3號試管加碘液后出現(xiàn)橙黃色，說明什么?___________________________。 (3)如果反應速度過快，應當對唾液做怎樣的調(diào)整? ____________________________。 (4)該實驗得出的結(jié)論是什么?__________________________。 5．下圖是小麥淀粉酶在不同溫度下的催化效率變化曲線，試根據(jù)圖回答： (1)在35℃時，小麥淀粉酶的催化效率____________。 (2)在_________℃和_________℃時，催化效率都降為0，但在再回復到35℃時，僅_________的催化效率恢復，表明__________________________________。 【同步達綱練習】參考答案 1．解析：用“系統(tǒng)化和具體化(對號入座)法”來解。細胞壁的化學成分主要是纖維素和果膠。答案：B 2．解析：用“系統(tǒng)化和具體化(對號入座)法”來解。題目中的唾液稀釋液和唾液都含有淀粉酶，都能催化淀粉水解成葡萄糖和麥芽糖。區(qū)別在于，稀釋后的效果仍和唾液原汁的效果基本相同。由于唾液中的淀粉酶具有高效性的催化作用，稀釋只是使酶的濃度有所下降，但只要酶存在，它就具有高效的催化作用，所以，它們催化效果基本相同，應答酶具有高效性。答案：酶具有高效性 3．解析：先用“圖文轉(zhuǎn)換法”、再用“層析綜合法”來解。本題首先必須看懂曲線圖中幾個變量之間的關(guān)系。曲線的升降與反應速度的快慢有關(guān)。酶活性的強弱，與所催化的反應速度密切相關(guān)，酶活性越強所催化的反應速度就越快。因此通過本題，可以幫助我們加深對酶的特性的理解。A圖，三種酶所催化的反應與溫度的變化相關(guān)，在0℃至30℃之間，曲線向上，說明隨著溫度的上升，反應速度加快，說明酶的活性隨溫度的上升而上升；約在30℃至38℃之間是酶的活性最強的時候，其中曲線最高點a，就是酶的最適溫度；以后，曲線下降，說明酶的活性隨溫度的上升而下降，溫度過高，酶的活性受到抑制。因此甲、乙兩試管分別放入10℃和75℃水浴鍋中，20 min后取出轉(zhuǎn)入37℃的水浴鍋中保溫，兩試管內(nèi)反應分別應為：甲試管反應速度加快，而乙試管無催化反應。B圖，三種酶的曲線分布有所不同，表明三種酶的最適pH是不同的。胃蛋白酶的最適pH為2左右，唾液淀粉酶的最適pH為7左右，胰蛋白酶的最適pH為9左右。所以，c點表示胃蛋白酶的最適pH為2左右。雖然丙試管中胰蛋白酶所處的pH、溫度都是最適值，但它不能催化淀粉的分解，這說明酶具有專一性。 答案：(1)酶的最適溫度 溫度過高，酶的活性受到抑制 (2)試管反應速度加快 試管無催化反應 (3)胃蛋白酶的最適pH為2 (4)無催化反應 酶具有專一性 4．解析：用“求異思維法”來解。求異思維在實驗中主要體現(xiàn)在單因子變量的原則上，pH是實驗變量，酶的活性是反應變量，要排除其他變量的干擾，設法找出變量間的因果關(guān)系，從而得出正確答案。 答案：(1)37℃是唾液淀粉酶起催化作用的最適溫度，只有在恒溫的條件下，才能排除溫度因素對結(jié)果的干擾 (2)淀粉已完全水解 (3)提高唾液的稀釋倍數(shù) (4)唾液淀粉酶的最適pH在6.8左右，高于或低于此pH時，酶活性逐漸降低，酶的活性受pH的影響 5．解析：先用“圖文轉(zhuǎn)換法”，再用“層析綜合法”來解。 答案：(1)最高 (2)0 100 A 低溫不會破壞酶的結(jié)構(gòu)，當溫度恢復時，酶的活性能夠恢復；高溫破壞了酶的結(jié)構(gòu)而使其失活，不能再恢復