1、第3单元 细胞的能量供应和利用 第8讲 降低化学反应活化能的酶 1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质,酶的活性受环境因素的影响。2.活动:探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素。-4-必备知识梳理 关键能力突破 酶的本质和作用 1.酶的本质及生理功能 -5-必备知识梳理 关键能力突破 2.酶的作用原理 右图曲线表示在无催化剂的条件下和有酶催化的条件下某化学反应的能量变化过程。(1)无催化剂的反应曲线是 。(2)有酶催化的反应曲线是 。(3)CA段的含义是在无催化剂的条件下,反应所需要的活化能。(4)BA段的含义是 酶降低的活化能 。(5)若将酶改为无机催化剂,则B点在纵轴上将向
2、 上 移动。-6-必备知识梳理 关键能力突破 3.酶的特性(连线)-7-必备知识梳理 关键能力突破 凝练核心素养 1.生命观念通过分析绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质,建立起结构与功能相适应的观念。2.科学思维运用归纳与概括的方法,基于酶的发现历程,理解酶催化的本质。3.社会责任通过酶发现历程的学习,形成继承、创新、实事求是和大胆实践的科学精神和科学态度。-8-必备知识梳理 关键能力突破(生命观念)(2017全国高考)下列关于生物体中酶的叙述,正确的是()A.在细胞中,核外没有参与DNA合成的酶 B.由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性 C.从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法
3、D.唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37 答案 解析 解析 关闭盐析法主要用于蛋白质的分离、纯化,胃蛋白酶的化学本质是蛋白质,可用盐析法进行沉淀;真核细胞中DNA主要分布于细胞核中,细胞质中的线粒体和叶绿体中也有少量DNA分布,所以参与DNA合成的酶也可分布于线粒体和叶绿体中;酶作为生物催化剂可以在生物体内发挥作用,也可以在生物体外发挥作用;唾液淀粉酶催化反应的最适温度为37 左右,而酶通常在低温下保存。答案 解析 关闭C-9-必备知识梳理 关键能力突破 考向1 考查酶的本质 1.(2018安徽宿州期中)在生命活动中,酶、激素、神经递质、抗体、tRNA等都有一定的专一性,下列叙述正确的是
4、()A.RNA聚合酶能催化转录过程,也能使DNA中的氢键断裂 B.性激素的合成需要mRNA和核糖体的参与 C.淋巴因子、溶菌酶都是免疫活性物质,均在第二道防线中发挥作用 D.神经递质通过载体进入突触后神经元时发生了“化学信号电信号”的转变 答案 解析 解析 关闭RNA聚合酶能催化转录过程,也能使DNA解旋,解旋过程中氢键断裂,A项正确;性激素的化学本质是固醇,在内质网中合成,B项错误;淋巴因子、溶菌酶都是免疫活性物质,溶菌酶在第一、二道防线中发挥作用,淋巴因子在第三道防线中发挥作用,C项错误;神经递质通过与突触后膜的特异性受体结合,使突触后神经元发生“化学信号电信号”的转变,D项错误。答案 解
5、析 关闭A-10-必备知识梳理 关键能力突破 着眼于四角度比较“酶”与“激素”-11-必备知识梳理 关键能力突破 考向2 考查酶的作用 2.(2018河南郑州嵩阳中学段检)下列关于酶的叙述,正确的是()A.DNA连接酶是将单个脱氧核苷酸连接在DNA片段上 B.RNA聚合酶能在脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键 C.DNA分子的解旋不一定都需要DNA解旋酶 D.过氧化氢酶催化过氧化氢分解产生的氧气量比Fe3+催化时要多 答案 解析 解析 关闭DNA连接酶是连接DNA片段之间的磷酸二酯键,A项错误;RNA聚合酶能在核糖核苷酸之间形成磷酸二酯键,B项错误;DNA分子的解旋不一定都需要DNA解旋酶,如转录过
6、程,C项正确;过氧化氢酶催化过氧化氢分解产生的氧气量与催化时一样多,只是速度不同,D项错误。答案 解析 关闭C-12-必备知识梳理 关键能力突破 1.对酶在细胞代谢中作用的理解(1)酶只能催化热力学上允许进行的反应。(2)酶通过降低活化能加快化学反应速率。(3)酶只提高化学反应速率,缩短反应时间,不会改变化学平衡的位置。(4)在反应前后,酶的化学性质和数量将保持不变。2.高考常考的10种酶及其作用归纳(1)DNA聚合酶:将单个的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成链。(2)DNA连接酶:将两个DNA片段连接起来。(3)RNA聚合酶:将单个的核糖核苷酸连接成链,并能够在转录时打开DNA碱基对间的氢键。
7、-13-必备知识梳理 关键能力突破(4)解旋酶:在DNA分子复制过程中打开DNA碱基对之间的氢键。(5)ATP水解酶:能打开远离腺苷的高能磷酸键。(6)ATP合成酶:能连接远离腺苷的高能磷酸键。(7)限制性核酸内切酶:识别特定的核苷酸序列,从固定的切点切开磷酸二酯键。(8)蛋白酶:将蛋白质的部分肽键切断,得到不同的肽链和氨基酸。(9)纤维素酶、果胶酶:水解纤维素、果胶,破坏植物细胞壁。(10)胰蛋白酶:动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶,第一次为用其处理“剪碎的组织”以使分散成单个细胞,第二次为“用其处理贴于瓶壁生长的细胞”。-14-必备知识梳理 关键能力突破 酶的作用特性及影响因素 1.酶的特性
8、(1)酶具有高效性 图中曲线a、b、c代表酶的是 a。与 无机催化剂 相比,酶的催化效率更高。酶只能缩短化学反应的 时间,不改变化学反应的结果。-15-必备知识梳理 关键能力突破(2)酶具有专一性 写出图中所示的化学反应:B E+F。图中C、D表示 不能(填“能”或“不能”)被该酶催化的物质。结论:每一种酶只能催化 一种或一类 化学反应。-16-必备知识梳理 关键能力突破 2.影响酶促反应速率的因素分析 酶浓度的影响:在有足够底物而又不受其他因素影响的情况下,酶促反应速率与酶浓度 成正比。底物浓度的影响:其他条件一定且适宜,在底物浓度较低时,反应速率随底物浓度的增加而 加快;当底物浓度达到一定
9、程度时,所有的酶都参与催化反应,反应速率达到 最大,此时即使再增加底物浓度,反应速率也不会加快。-17-必备知识梳理 关键能力突破 温度影响:每种酶其作用均有最适温度,此温度下,酶活性 最强。低温会抑制酶活性,酶分子空间结构 不发生(填“发生”或“不发生”)变化,高温 会(填“会”或“不会”)破坏酶分子空间结构。pH 的影响:不同酶,其最适 pH 不同,如胃蛋白酶最适 pH 为 1.51.8,而胰蛋白酶其最适 pH 则接近 8。过酸、过碱均 会(填“会”或“不会”)破坏酶分子空间结构。-18-必备知识梳理 关键能力突破 综合影响:图中显示:不同 pH 条件下,酶最适温度不变;不同温度下,酶 最
10、适 pH也不变 。即反应溶液 pH(温度)的变化 不影响(填“影响”或“不影响”)酶作用的最适温度(pH)。-19-必备知识梳理 关键能力突破 凝练核心素养 1.生命观念通过比较酶与激素等物质的异同,类比具有专一性的物质,建立起辩证统一和普遍联系的观念。2.科学思维通过分析与酶有关的曲线,培养学生利用数形结合分析生物学问题的思维习惯;运用模型与建模的方法构建温度、pH和物质浓度对酶促反应影响的模型。3.社会责任通过分析酶在生产、生活中的应用实例,让学生关注科学、技术和社会发展。-20-必备知识梳理 关键能力突破(科学思维)用曲线模型表示影响酶促反应的因素-21-必备知识梳理 关键能力突破 问题
11、设计 1.底物浓度、酶浓度与酶促反应速率的关系(图1、2)(1)图1: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 限制,酶促反应速率不再增加。(2)图2: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呈 。2.温度和pH与酶促反应速率的关系(图3)(1)图3:温度和pH是通过影响 来影响酶促反应速率的;底物浓度和酶浓度是通过影响 来影响酶促反应速率的,并不影响酶的活性。(2)图3:反应溶液pH的变化 (填“影响”或“不影响”)酶作用的最适温度;反应溶液温度的变化也 (填“改变”或“不改变”)酶作用的最适pH。-22-必备知识梳理 关键
12、能力突破 3.反应时间与酶促反应的关系(图4、5、6)(1)图4、5、6的时间t0、t1和t2是一致的。(2)随着反应的进行,反应物因被消耗而 ,生成物因积累而增多。(3)t0t1段,因反应物较充足,所以反应速率较高,反应物消耗较快,生成物生成速率较快。t1t2段,因反应物含量较少,所以反应速率降低,反应物消耗较慢,生成物生成速率较慢。t2时,反应物被消耗干净,生成物也不再增加,此时反应速率为 。答案 1.(1)酶数量和酶活性(2)正相关 2.(1)酶活性 底物与酶的接触(2)不影响 不改变 3.(2)减少(3)0-23-必备知识梳理 关键能力突破 考向1 考查有关酶的高效性与专一性 1.(2
13、018安徽合肥六校联考)如图为酶与底物结合示意图,下列有关叙述不正确的是()A.酶的形状在催化过程中会发生改变 B.底物与酶特定部位的结合具有专一性 C.此图可表示1分子蔗糖经酶催化后产生2分子葡萄糖的过程 D.图示过程能够保证酶保持较高的催化活性 答案 解析 解析 关闭酶在催化过程中会发生结构的改变但是反应完成后可以恢复,A项正确;酶具有专一性,一种酶只能催化一种或一类化学反应,B项正确;蔗糖经酶催化后产生1分子葡萄糖和1分子果糖,C项错误;图示过程体现了酶的专一性,能够保证酶保持较高的催化活性,D项正确。答案 解析 关闭C-24-必备知识梳理 关键能力突破 考向2 考查有关影响酶活性的因素
14、曲线 2.(2018江西临川月考)下图1曲线a表示在最适温度和pH条件下,反应时间与生成物量的关系,图2曲线b表示在最适温度和pH条件下,反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析正确的是()-25-必备知识梳理 关键能力突破 A.图1曲线a中,M点后,限制生成物量不再增加的因素是酶的数量不足 B.图2曲线,酶减少后,图示反应速率可用曲线f表示 C.分别在图2中取N、P点的速率值,对应图1中的曲线c和d D.减小pH,重复该实验,图2曲线b应变为曲线f;增大pH,应变为曲线e 答案 解析 解析 关闭图1曲线a中,M点后,限制生成物量不再增加的因素为反应物的量;图2曲线中当反应物浓度一定时,减少酶
15、量,反应速率降低;图2 N、P点的速率值是一个定值,无法用曲线c和d表示;图2曲线b是在最适pH下测定的反应物浓度与酶促反应速率的关系,因此无论pH增大还是减小,曲线b都应变成曲线f。答案 解析 关闭B-26-必备知识梳理 关键能力突破“四步法”分析酶促反应曲线(1)识标:“识标明变量”。明确酶促反应曲线坐标图中横坐标(自变量)和纵坐标(因变量)的含义。(2)析线:“析线理关系”。分析酶促反应曲线走势,明确因变量怎样随自变量的变化而变化,“上升”“下降”“先升后降”“先升后稳”“水平”等。(3)明点(特殊点):“抓点求突破”。明确酶促反应曲线中起点、终点、顶点、拐点、交叉点、特殊条件下的交点等
16、表示的生物学含义。(4)判断:“先分后合巧辨析”。对于多条酶促反应曲线图,根据曲线上不同标示物识别曲线所代表的意义(有的曲线直接标出),首先对每一条曲线单独分析,然后综合分析,判断曲线间有无联系或找出相互关系。-27-必备知识梳理 关键能力突破 比较过氧化氢在不同条件下的分解 1.实验原理(1)探究温度对酶活性的影响 鉴定原理:温度影响酶的活性,从而影响 淀粉的水解,滴加碘液,根据是否出现 蓝色及蓝色的深浅 来判断酶的活性。反应原理:淀粉麦芽糖 蓝色 无蓝色出现(2)探究pH对酶活性的影响 鉴定原理:pH影响酶的活性,从而影响 O2的生成量 ,可用带火星的卫生香燃烧的情况来检验O2产生量的多少
17、。反应原理:2H2O22H2O+O2。-28-必备知识梳理 关键能力突破 2.实验步骤(1)探究温度对酶活性的影响 实验操作内容 试管 1 试管 2 试管 3 底物控制 2 mL 质量分数为 3%的可溶性淀粉溶液 温度控制 60 热水 沸水 冰块 酶控制 1 mL 相同温度的体积分数为 2%的新鲜淀粉酶溶液 试剂控制 等量的 碘液 观察指标 检测 是否出现蓝色及蓝色的深浅 -29-必备知识梳理 关键能力突破(2)探究pH对酶活性的影响 实验操作内容 试管 1 试管 2 试管 3 底物控制 2 mL 体积分数为 3%的过氧化氢溶液 pH 控制 1 mL 蒸馏水 1 mL 质量分数为 5%的盐酸
18、1 mL 质量分数为 5%的NaOH 溶液 酶控制 2 滴 过氧化氢酶 溶液 观察指标 气泡的产生量 -30-必备知识梳理 关键能力突破 凝练核心素养 科学探究通过探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性因素的实验活动,掌握探究实验设计的一般程序。-31-必备知识梳理 关键能力突破(科学探究)为了探究温度、pH对酶活性的影响,下列实验设计合理的是()实验编号 探究课题选用材料与试剂温度对酶活性的影响 过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液温度对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液pH 对酶活性的影响新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液pH 对酶活性的影响新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液
19、、斐林试剂 A.实验 B.实验 C.实验 D.实验 答案 解析 解析 关闭过氧化氢在高温下易分解,因此不能用过氧化氢作为底物来探究温度对酶活性的影响,A项错误;可以利用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液来探究温度对酶活性的影响,B项正确;根据酶的专一性,蔗糖酶不能使淀粉水解,C项错误;淀粉在酸性条件下易分解,因此不能用淀粉作为底物来探究pH对酶活性的影响,D项错误。答案 解析 关闭B-32-必备知识梳理 关键能力突破 典例为了探究温度、pH对酶活性的影响,下列实验设计合理的是()A.实验 B.实验 C.实验 D.实验 实验编号 探究课题 选用材料与试剂 温度对酶活性的影响 过氧化氢溶液、新
20、鲜的肝脏研磨液 温度对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液 pH 对酶活性的影响 新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液 pH 对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林试剂 答案 解析 解析 关闭从图得知,本实验中,自变量是温度,因变量是反应物浓度,酶量属于无关变量,A项正确;在相同时间内,B组曲线下降得最快,说明该组温度下酶促反应速率最快,即30 的条件下酶降低活化能的效率最高,B项错误;若在t1之前将A组的温度提高10,酶活性会升高,反应速率会加快,C项正确;t1t3时间段,B组的反应物较少,是限制其速率的主要原因,D项正确。答案 解析 关闭B-33-必备知识
21、梳理 关键能力突破 强化训练(2018湖南邵阳一中月考)在研究温度对某种酶活性的影响实验中,不同温度下反应物浓度随反应时间的变化如图所示。下列说法错误的是()A.本实验中,温度属于自变量,酶的用量属于无关变量 B.在三组实验中,50 条件下酶降低活化能的效率最高 C.若在t1之前将A组的温度提高10,其反应速度会加快 D.在t1t3时间段,反应物浓度的降低限制了B组反应的速率 答案 解析 解析 关闭从图得知,本实验中,自变量是温度,因变量是反应物浓度,酶量属于无关变量,A项正确;在相同时间内,B组曲线下降得最快,说明该组温度下酶促反应速率最快,即30 的条件下酶降低活化能的效率最高,B项错误;
22、若在t1之前将A组的温度提高10,酶活性会升高,反应速率会加快,C项正确;t1t3时间段,B组的反应物较少,是限制其速率的主要原因,D项正确。答案 解析 关闭B-34-必备知识梳理 关键能力突破(1)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度,检测底物被分解的试剂宜选用碘液,不宜选用斐林试剂,因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热,而该实验中需严格控制温度。(2)在探究酶的最适温度的实验中,不宜选择过氧化氢和过氧化氢酶作实验材料,因为过氧化氢在常温常压时就能分解,加热条件下分解会加快,从而影响实验结果。(3)在探究pH对酶活性的影响时,需要保证酶的最适温度(排除温度干扰),且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后
23、再让反应物与底物接触,不宜在未达到预设pH前,让反应物与酶接触。-35-1 2 3 4 51.下列关于酶的说法正确的是()A.酶的合成一定需要核糖体,但不一定需要高尔基体 B.pH较低时一定会降低酶的活性,但温度较低时则不一定会降低酶的活性 C.在任何条件下,酶降低活化能的效果一定比无机催化剂显著 D.所有活细胞都具有与细胞呼吸有关的酶,但不一定都分布在线粒体中 答案 解析 解析 关闭绝大多数酶的本质是蛋白质,在核糖体上合成,少数酶是RNA,主要在细胞核中合成;温度较低时酶的活性会降低,但不会使酶失去活性;酶的催化作用需要适宜的条件,故并非所有条件下,酶降低活化能的效果都比无机催化剂显著;真核
24、细胞的呼吸酶分布在细胞质基质和线粒体中,原核细胞的呼吸酶分布于细胞质和细胞膜上。答案 解析 关闭D-36-1 2 3 4 52.下列关于酶特性实验设计的叙述,正确的是()A.验证酶的高效性时,自变量只是酶的种类 B.探究温度对酶活性影响实验中,可选用过氧化氢酶为研究对象 C.探究影响淀粉酶活性的因素时,温度、pH都是自变量 D.用淀粉、蔗糖酶和淀粉酶探究酶的专一性时,可用碘液进行鉴定 答案 解析 解析 关闭验证酶的高效性时,自变量是催化剂的种类;由于温度升高,可加快过氧化氢的分解,因此探究温度对酶活性的影响时,不宜选用过氧化氢酶为研究对象;用淀粉、蔗糖酶和淀粉酶探究酶的专一性时,应该用斐林试剂
25、进行鉴定。答案 解析 关闭C-37-1 2 3 4 53.现有三支试管甲、乙、丙,先向试管内加入2 mL可溶性淀粉溶液,再按下图中所示步骤操作,然后分别用斐林试剂检验。下列分析错误的是()A.甲试管和乙试管对照,说明酶具有专一性 B.甲试管和丙试管对照,说明酶的活性受温度的影响 C.实验结果是甲试管内出现砖红色沉淀 D.实验结果是乙试管和丙试管内出现砖红色沉淀 答案 解析 解析 关闭本题是验证性实验,应遵循对照原则、单一变量原则、等量原则。比较甲试管和乙试管,自变量是酶的种类,验证酶具有专一性。甲试管和丙试管只有温度不同,说明酶的活性受温度的影响。甲试管中唾液淀粉酶能把淀粉水解为还原糖。乙试管
26、、丙试管不能产生还原糖,以斐林试剂检验,结果无砖红色沉淀。答案 解析 关闭D-38-1 2 3 4 54.某科研小组将新鲜的萝卜磨碎,过滤制得提取液,对提取液中过氧化氢酶的活性进行了相关研究,得到如图所示的实验结果。下列分析错误的是()A.图甲中两支试管内加入的H2O2的浓度和量都属于无关变量 B.若将图甲中的萝卜提取液换成等量新鲜肝脏研磨液,则O2产生总量明显增多 C.图乙中引起a、b曲线出现差异的原因可能是温度不同 D.过氧化氢酶可保存在低温、pH为7的环境中 答案 解析 解析 关闭图甲中催化剂的种类是自变量,H2O2的浓度和量属于无关变量;O2产生总量取决于底物H2O2的量,与酶无关;在
27、pH相同时,温度不同,酶的活性可能不同,从而可引起a、b曲线出现差异;过酸、过碱、高温都会使酶变性失活,过氧化氢酶可保存在低温和pH为7的环境中。答案 解析 关闭B-39-1 2 3 4 55.酶是具有生物催化功能的高分子物质。在酶的催化反应体系中,反应物分子被称为底物,底物通过酶的催化转化为其他分子。几乎所有的细胞活动进程都需要酶的参与,以提高效率。请回答下列问题。(1)酚氧化酶与酚类底物在细胞中能实现分类存放,是因为细胞内具有 系统,组成该系统的结构具有的功能特性是 。茶叶细胞中也存在众多种类的酚类物质与酚氧化酶。绿茶制取过程中必须先进行热锅高温炒制,这一过程的目的是 。(2)茶树的Rub
28、icon酶在CO2浓度较高时催化C2与CO2反应,Rubicon酶的存在场所为 ;该酶具有“两面性”,在O2浓度较高时催化C2与O2反应,产物经一系列变化后到线粒体中会产生CO2,其“两面性”与酶的 (特性)相矛盾。-40-1 2 3 4 5(3)如图中曲线表示将酶在不同温度下保温足够长时间,再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性,由图可得出:。为了验证这一结论,请以耐高温的纤维素分解酶为实验材料,比较在低温和最适温度下储存对酶活性的影响,写出实验设计思路:。-41-1 2 3 4 5答案(1)生物膜 选择透过性 高温使酚氧化酶失活(2)叶绿体基质 专一性(3)酶在较低温度下储存活性受影响小,在
29、较高温度下储存活性受影响大 将耐高温的纤维素分解酶分别在低温和最适温度下储存足够长时间后,再在最适温度下测量其活性-42-1 2 3 4 5解析(1)酚氧化酶与酚类底物在细胞中能实现分类存放,是因为细胞内具有生物膜系统,生物膜的功能特性是选择透过性。绿茶制取过程中必须先进行热锅高温炒制,这一过程的目的是高温使酚氧化酶失活。(2)茶树的Rubicon酶在CO2浓度较高时催化C2与CO2反应,该反应属于暗反应中的物质变化,因此Rubicon酶的存在场所为叶绿体基质;该酶具有“两面性”,在O2浓度较高时,该酶催化C2与O2反应,产物经一系列变化后到线粒体中会产生CO2,其“两面性”与酶的专一性相矛盾。(3)图中曲线表示将酶在不同温度下保温足够长时间,再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性,由图可得出酶在较低温度下储存活性受影响小,在较高温度下储存活性受影响大。为了验证这一结论,可以将耐高温的纤维素分解酶分别在低温和最适温度下储存足够长时间后,再在最适温度下测量其活性。
