1、第5章 细胞的能量供应和利用第1节降低化学反应活化能的酶知识点一酶的作用和本质新知导学1细胞代谢(1)场所：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实验(1)实验原理。2H2O2=2H2OO2水浴加热、FeCl3中的Fe3以及肝脏研磨液中的过氧化氢酶均可加速H2O2的分解。(2)实验过程及现象：(3)实验结论：酶具有催化作用，同无机催化剂相比，酶的催化效率更高。(4)实验中变量的控制。自变量：在实验过程中人为改变的变量。如本实验中氯化铁溶液和肝脏研磨液等。因变量：随自变量变化而变化的变量。如本实验中过氧化氢分解速率。无关变量：除自
2、变量外，实验过程中还存在的一些对实验结果造成影响的无关变量，如肝脏的新鲜程度等。(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。3酶的作用原理和本质(1)酶的作用原理活化能：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。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。意义：使细胞代谢能在温和条件下快速进行。(2)酶的本质1酶能否增加化学反应中产物的总量？提示：不能。2现有一种酶，请设计实验探究其成分是蛋白质还是RNA。提示：重难探究1酶的解读2.酶催化反应的机理与过程(1)图中E1、E2、E3这三部分都是活化能，分别代表使用无机催化剂、不使用催化剂、使
3、用酶作催化剂时的活化能。(2)由E2E1E3可以看出，催化剂的作用本质是降低反应的活化能，且酶促反应降低的更多，效率更高。3酶促反应作用的模式图(1)图中甲、乙、丙、丁的含义：甲表示酶，乙表示反应物，丙、丁表示生成物。(2)酶反应前后数量和性质均不发生改变，只是催化反应进行，本身不参与化学反应。酶的本质及作用的三个关键点(1)酶并不都是蛋白质，有的酶是RNA。(2)酶不仅在细胞内发挥作用，在细胞外和体外都可以发挥作用。(3)酶作用的实质是降低了化学反应的活化能，不是提供能量。典题演练1下列有关酶的叙述正确的是(C)A酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率B酶只能在细胞内起作用C一般来
4、说，活细胞均能产生酶D酶都只含C、H、O、N四种元素解析：酶只能通过降低活化能的方式来提高化学反应速率，A错误；酶无论在细胞内还是细胞外都能发挥作用，B错误；除了哺乳动物成熟的红细胞之外，所有活细胞均能产生酶，C正确；绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，RNA中包含C、H、O、N、P五种元素，D错误。2甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如图所示。下列分析错误的是(B)A甲酶能够抗该种蛋白酶降解B甲酶不可能是具有催化功能的RNAC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解析：酶的作用具有专一性，用蛋白酶处理后，蛋白质类酶的活性会因其分子结构改变而逐渐降低，
5、非蛋白质类酶的活性不受影响。酶的化学本质是蛋白质或RNA，因此乙酶的化学本质是蛋白质，甲酶的化学本质是RNA。酶的生理作用都是催化作用。题2中若换用RNA酶，则两种酶的活性如何随时间的变化而变化？提示：RNA酶只催化RNA的水解，而不能催化蛋白质的水解。如下图：知识点二酶的特性新知导学1酶的特性(连线)答案：bca2温度和pH对酶活性的影响3如何利用“淀粉、蔗糖、淀粉酶和斐林试剂”探究酶具有专一性？提示：在淀粉、蔗糖溶液中分别滴加等量淀粉酶和斐林试剂，根据是否生成砖红色沉淀(水浴加热)予以判断。4从蛋白质的结构和特点方面分析，在过酸、过碱或温度过高的条件下，酶为什么会失活？该如何保存酶？提示：
6、过酸、过碱和高温使蛋白质变性失活，应在低温和适宜pH下保存酶。重难探究1酶的作用具有高效性的实验验证“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验分析(1)步骤和结果(2)结论：过氧化氢酶的催化效率高于FeCl3溶液等无机催化剂的催化效率，所以酶的催化作用具有高效性。2酶专一性的实验验证(1)两种思路。(2)实例。实验组：淀粉淀粉酶麦芽糖。对照组：蔗糖淀粉酶不分解，仍为蔗糖。现象：两组中都加入斐林试剂，并水浴加热，只有组中出现砖红色沉淀。3探究酶活性的适宜条件(1)思路。底物分解速率或剩余量(2)实例：探究酶活性适宜条件的实验材料的选择在选择实验材料时要注意排除自变量本身对实验结果的影响，保证自变量只
7、是影响酶活性而影响实验结果，不能直接影响实验结果。如：(1)探究温度对酶活性的影响：不能选择“过氧化氢酶催化H2O2分解”，因为过氧化氢酶催化的底物H2O2在加热的条件下分解也会加快。不宜选用斐林试剂作为鉴定试剂，因为斐林试剂需加热使用，会影响实验结果。(2)pH对酶活性的影响：不宜选用“淀粉酶催化淀粉水解”，因为强酸也能催化淀粉的水解。典题演练3在“探究影响酶活性的条件”实验中正确的操作是(D)A若探究pH对H2O2酶活性影响，则pH是自变量，H2O2分解速率是无关变量B若探究温度对酶活性的影响，可选择新鲜肝脏研磨液和过氧化氢溶液反应C若探究温度对淀粉酶活性的影响，应将淀粉与淀粉酶两溶液混合
8、后再调控温度D若探究温度对淀粉酶活性的影响，不可选择斐林试剂对实验结果进行检测解析：若探究pH对H2O2酶活性影响，则pH是自变量，H2O2分解速率是因变量；若探究温度对酶活性的影响，不可选择新鲜肝脏研磨液和过氧化氢溶液反应，因为过氧化氢本身的分解就受温度的影响；若探究温度对淀粉酶活性的影响，应先调控温度，再将淀粉与淀粉酶两溶液混合；若探究温度对淀粉酶活性的影响，不可选择斐林试剂对实验结果进行检测，因为斐林试剂使用时要加热，会影响酶的活性。故选D。4若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活力的实验中，下列操作顺序合理的是(C)A加入酶加入底物加入缓冲液保温并计时一段时间后检测产物的量B加入底物加
9、入酶计时加入缓冲液保温一段时间后检测产物的量C加入缓冲液加入底物加入酶保温并计时一段时间后检测产物的量D加入底物计时加入酶加入缓冲液保温一段时间后检测产物的量解析：本题主要考查酶活力的检测方法。在检测酶活力的实验中，除酶本身外，其余条件应保持适宜，即无关变量不能影响酶活力；在该实验中，pH为无关变量，为了排除pH的干扰，应在酶和底物混合之前加入缓冲液，为酶促反应提供稳定的pH环境，故C项正确。(1)题目除酶外的所有试剂已预保温，说明本实验的自变量是温度，保证酶的活力是在特定温度下测得的。(2)在本实验中应该遵循的实验设计原则有单一变量原则、等量原则等。在实验时应保证无关变量相同。知识点三酶有关
10、曲线的分析重难探究1表示酶高效性的曲线解读：(1)催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。(2)酶只能缩短达到化学平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点。(3)酶只能催化已存在的化学反应。2表示酶专一性的曲线(1)加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。(2)加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶具有专一性。3pH和温度对酶促反应速率的影响曲线(1)甲图说明：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。过酸、过碱都会使酶失活。不同的酶最适pH不同。(2)乙图说明：在一定温度范围内，随温度的升高，酶的
11、催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用将减弱最终失活。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。4底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响(1)甲图：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。(2)乙图：在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。(1)酶催化反应时，酶不同，其最适pH不同，最适温度不同。对于同一种酶，改变pH时，不会影响到它的最适温度，同样改变温度时不会影响其最适pH。(2)低温不会使酶变性，过酸、过碱、高温都会
12、使酶变性失活。低温只是抑制酶的活性，酶分子的结构并未被破坏，温度升高后酶的活性可恢复。(3)适量增加酶的浓度会提高反应速率，但不会改变化学平衡点；若适当增加反应物的浓度，提高反应速率的同时改变了化学平衡点。(4)不同因素影响酶促反应速率的本质不同。温度和pH是通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的。底物浓度和酶浓度是通过影响酶与底物的接触而影响酶促反应速率，并不影响酶的活性。典题演练5将A、B两种物质混合，T1时加入酶C。如图为最适温度下A、B浓度的变化曲线。叙述错误的是(C)A酶C降低了A生成B这一反应的活化能B该体系中酶促反应速率先快后慢CT2后B增加缓慢是酶活性降低导致的D适当降低反应温度
13、，T2值增大解析：本题考查酶促反应过程中酶的作用。由图示中A、B物质变化曲线知，A、B分别为反应物和生成物，酶C的作用是降低A生成B这一反应的活化能，A正确；随反应物浓度降低，该体系中酶促反应速率先快后慢，B正确；T2后因A浓度降低导致了反应速率下降，从而导致B浓度增加缓慢，C错误；该图为最适温度下的酶促反应曲线，若适当降低反应温度，达到反应平衡的时间会延长，T2值会增大，D正确。6图甲是过氧化氢酶活性(v)受pH影响的曲线，图乙表示在最适温度下，pHb时过氧化氢分解产生的O2量随时间(t)的变化。若该酶促反应过程中改变某一初始条件，以下改变正确的是(B)ApHa时，e点下移，d点左移B适当降
14、低温度，e点不移，d点右移CpHc时，e点为0D过氧化氢量增加，e点不移，d点左移解析：pH由ba时，酶的活性降低，化学反应速率减慢，到达化学反应平衡所需的时间延长，但pH改变不会改变化学反应的平衡点，故e点不移，d点右移，A项错误；图乙是在最适温度下绘制的，若温度降低，则酶活性降低，化学反应速率减慢，到达化学反应平衡所需的时间延长，但温度降低不会改变化学反应的平衡点，故d点右移，e点不移，B项正确；pHc时，过碱条件破坏酶的空间结构使酶失活，不能催化过氧化氢水解，但过氧化氢在常温下也能分解，所以e点不为0，C项错误；过氧化氢量增加时，达到化学反应平衡所需时间延长，且化学反应的平衡点升高，即e
15、点上移，d点右移，D项错误。(1)酶促反应的结果是改变了达到化学反应平衡所需的时间，即改变了反应速率，但不影响反应的平衡点，即不影响生成物的量。(2)最适条件下改变影响酶活性的因素，会导致达到化学反应平衡所需的时间延长，但不影响反应的平衡点。(3)若图乙曲线为pHa条件下绘制，当pHb时，d点和e点如何移动？提示：pH升高，酶活性增强，化学反应速率加快，达到反应平衡的时间缩短，但不改变化学反应的平衡点，故d点左移、e点不移。(4)若增加酶的浓度，图乙曲线中d点和e点如何移动？提示：增加酶的浓度，反应速率加快，但不影响化学反应的平衡点，故d点左移、e点不移。课题调研：单一变量原则典范例题下表为“
16、比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验设计的相关内容，请回答有关问题：(1)该实验中，自变量是_等反应条件，因变量是H2O2的分解速率。对照组是_(填试管编号)，实验组是_(填试管编号)。(2)比较1号和2号试管，你得出的结论是_。(3)比较3号和4号试管，你得出的结论是_。(4)若某同学按照表中方法做了这个实验，结果试管3和试管4的现象刚好相反，他实验失败的原因可能是_。素养升华1.概述单一变量原则是指其他因素(无关变量)不变，只改变其中一个因素(要研究的因素实验变量，即自变量)，然后观察这个实验变量对实验结果的影响。2单一变量的控制确定自变量后，控制其他无关变量相同且适宜。如下表：项目控制内
17、容实验材料处于相同的实验状态，如数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等实验器具及试剂器具的型号、试剂的成分、浓度、体积等相同外界因素处于相同的最适状态，如温度、pH、水分、光照强度等操作程序相同的操作方法、实验步骤、相同的观察时间及梯度、观察标准等一、选择题120世纪80年代科学家发现了一种RNaseP酶，是由20%的蛋白质和80%的RNA组成的，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)ARNA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绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA解析：本题是对酶本质
18、的考查，解答本题思路如下：RNaseP酶的蛋白质部分除去后，提高Mg2浓度，其中的RNA仍具有与这种酶相同的催化活性，只能说明RNA也具有催化作用。材料题的选项可能本身是正确的，但不符合材料所阐述的中心思想，因此不能选择，如D项本身正确，但不符合题意。2下列有关酶的叙述中，错误的是(C)A所有的酶都含有C、H、O、N四种元素B酶不一定只在细胞内起催化作用C酶并非只在体内合成，也可从食物中获得D人体内的酶也在不断地更新解析：绝大多数的酶是蛋白质(元素组成均有C、H、O、N)，少数的酶是RNA(元素组成为C、H、O、N、P)。酶是活细胞产生的，在细胞内外都可发挥作用。酶是生物活性物质，其本质是蛋白
19、质或RNA，食物中的酶会被消化。3当某种RNA存在时，生物体内的某种化学反应能正常进行。当这种RNA被有关的酶水解后，此种化学反应立即减慢。由此可说明 (D)ARNA是核酸的一种BRNA有时也可成为遗传物质CRNA主要存在于细胞质中DRNA也可起生物催化剂的作用解析：由题中提供信息可知这种RNA被水解后，某种化学反应立即减慢，说明这种RNA能够加快某种化学反应速率，由此可说明RNA也具有生物催化的作用。4如图是pH对酶活性的影响情况，由图不能得出的结论是(D)A不同酶的活性有着不同的pH范围B不同的酶有着不同的最适pHC低于或高于最适pH都会使酶的活性降低甚至丧失DpH越高酶的活性越高解析：酸
20、碱度低于最适pH时，在酶不失活的情况下，pH越高，酶的活性越高；但当酶已经失活时，则其活性不会随着pH的升高而恢复；另外，当酸碱度高于最适pH时，酶的活性会随着pH的升高而降低，甚至丧失。5下列关于活化能的叙述不正确的是(B)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、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。加热虽然能加快化学反应速度，但并没有降低化学反应的活化能。二、非选择题6已知2H2O22H2OO2，可以通过观察
21、反应过程中O2的生成速度(即气泡从溶液中释放的速度)来判断H2O2分解反应的速度。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%过氧化氢酶溶液，恒温水浴锅，试管。(1)实验步骤：取3支试管，各加入等量且适量的H2O2溶液，放入37_恒温水浴锅中保温适当时间；分别向上述3支试管加入等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液；观察各管中释放气泡的快慢。(2)实验结果预测及结论：整个实验中，不同处理的试管中O2的释放速度从
22、快到慢依次是：加酶溶液的试管、加FeCl3溶液的试管、加蒸馏水的试管。由此可得出的结论是酶具有催化作用和高效性。(3)如果仅将实验中的恒温水浴改为80 ，重做上述实验，O2释放的速度最快的是加FeCl3溶液的试管，原因是在此温度下，FeCl3催化作用加快，而过氧化氢酶因高温变性而失去了活性。解析：本题以教材实验为载体，考查考生实验设计能力和实验分析能力。该实验期望达到两个目的：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，结合实验材料，可通过酶与化学催化剂的比较来实现。因此，本实验需要设置3组：H2O2溶液蒸馏水、H2O2溶液过氧化氢酶溶液、H2O2溶液
23、FeCl3溶液。由于该实验属于验证性实验，实验结果是确定的，即加酶的一组中O2释放速度最快。高温使酶变性失活，故经80 处理后，加有FeCl3溶液的试管中O2释放速度最快。7将某种玉米子粒浸种发芽后研磨匀浆、过滤，得到提取液。取6支试管分别加入等量的淀粉溶液后，分为3组并分别调整到不同温度，如图所示，然后在每支试管中均加入等量的玉米子粒提取液，保持各组温度30分钟后，继续进行实验(提取液中还原性物质忽略不计)：(1)若向A、C、E三支试管中分别加入适量的班氏试剂或斐林试剂，沸水浴一段时间，观察这三支试管，其中液体颜色呈砖红色的试管是A和C；砖红色较深的试管是C，颜色较深的原因是淀粉酶在40_时
24、活性相对较高，淀粉酶催化淀粉水解产生的还原糖多；不变色的试管是E，不变色的原因是酶失活。(2)若向B、D、F三支试管中分别加入等量的碘液，观察三支试管，发现液体的颜色是蓝色，产生该颜色的原因是剩余的淀粉遇碘变蓝。(3)以上实验的三种处理温度不一定是玉米子粒提取液促使淀粉分解的最适温度。你认为怎样设计实验才能确定最适温度？(只要求写出设计思路)答案：在20 和100 之间每隔一定温度设置一个实验组，其他实验条件保持一致。以反应液和上述试剂(或答碘液或答班氏试剂或答斐林试剂)发生颜色反应的程度为指标确定最适温度。解析：由题目获取的信息是：甲、乙、丙三组实验的自变量是温度；玉米子粒提取液中含有淀粉酶
25、，在适宜条件下可将淀粉分解成麦芽糖；斐林试剂可检测还原糖，碘液可用于检测淀粉。解答本题的关键是根据各试管中颜色的变化来推测酶的活性高低。(1)发芽的玉米子粒中有淀粉酶，在不同温度下，淀粉酶活性不同，对淀粉的催化程度也不相同。40 情况下酶的活性比20 情况下高，催化分解淀粉的速度快，产生的麦芽糖多，因此加入班氏试剂或斐林试剂后加热颜色较深，100 情况下，酶因高温失活，因此试管中无反应。(2)遇碘变蓝是淀粉的特性，三支试管都变蓝色说明三支试管中都有剩余淀粉存在。(3)要确定酶的最适温度，要增加试管数量，并设置温度梯度，重复上述实验。酶的最适温度应位于砖红色最深的两个温度之间，或者就是砖红色最深的试管所对应的温度。
