中图版高中生物第6讲酶的本质特性及相关实验探究.docx
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中图版高中生物第6讲酶的本质特性及相关实验探究
第6讲 酶的本质、特性及相关实验探究
考纲考情——知考向
核心素养——提考能
最新考纲
1.酶在代谢中的作用(Ⅱ)
2.实验:
探究影响酶活性的因素
生命观念
比较酶、激素等物质的异同,建立辩证统一和普遍联系的观念
科学思维
与酶有关的曲线分析
近三年
考情
2018·全国卷Ⅰ(1、6)、2018·全国卷Ⅲ(30)、
2017·全国卷Ⅱ(3)、2016·全国卷Ⅰ(3)、
2016·全国卷Ⅱ(29)
科学探究
与酶有关的实验设计与分析
社会责任
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
考点一 酶的本质和作用机理
1.酶的本质及作用
■助学巧记
巧记酶概念的“二、一、一、一”
2.比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验流程
(2)变量分析
3.酶的作用机理分析
4.酶本质的探索历程(连一连)
1.(中图版必修1P59“探究活动”拓展)在“比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率”实验中为什么要以新鲜肝脏研磨液为实验材料?
若用煮熟的肝脏研磨液为实验材料能否达到预期的实验效果?
为什么?
提示 新鲜的猪肝含有丰富的过氧化氢酶,能迅速地催化过氧化氢分解,产生大量的氧气,与Fe3+的催化形成鲜明对比。
如果肝脏不新鲜,那么肝脏细胞内的过氧化氢酶会在细菌的作用下分解,影响实验效果。
用煮熟的肝脏研磨液为实验材料不能达到预期的实验效果,是因为高温破坏了酶的结构,使酶丧失了活性。
2.(中图版必修1P59“分析讨论”拓展)酶作为生物催化剂,与无机催化剂相比,在发挥作用过程中有哪些共同特点?
酶除了具有催化功能外,可以调节生命活动吗?
提示 共同点:
①化学反应前后其数量和性质不变;②加快化学反应的速率,缩短达到化学平衡的时间,但不能改变平衡点;③二者都能降低化学反应的活化能。
催化(降低化学反应的活化能)是酶唯一的功能,它不具调节功能,也不作为能源(或组成)物质。
结合酶的化学本质、分布及功能,考查归纳与概括能力
1.(2017·全国卷Ⅱ,3)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
D.唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37℃
解析 DNA的合成主要发生在细胞核中,此外在线粒体和叶绿体中也能合成,因此细胞核、线粒体和叶绿体中都有参与DNA合成的酶,A错误;只要给予适宜的温度、pH等条件,由活细胞产生的酶在生物体外也具有催化活性,B错误;盐析可使蛋白质在水溶液中的溶解度降低,但不影响蛋白质的活性。
而胃蛋白酶的化学本质是蛋白质,因此从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法,C正确;唾液淀粉酶催化反应最适温度是37℃,但是37℃不是保存该酶的最适温度,酶应该在低温条件下保存,D错误。
答案 C
2.(2019·海淀模拟)为使反应物A→产物P,采取了酶催化(最适温度和pH)和无机催化剂催化两种催化方法,其能量变化过程用图甲中两条曲线表示;图乙表示某酶促反应过程的示意图,下列有关分析不合理的是( )
A.距离b可反映无机催化剂催化效率比酶催化效率低的原因
B.适当升高温度,酶催化的曲线Ⅱ对应的距离a将下降
C.图乙中②可代表蔗糖,那么③④可代表葡萄糖和果糖
D.图乙中若①代表胰蛋白酶,当pH稍低于最适值时,③④的生成速率也会下降
解析 曲线Ⅰ可代表无机催化剂催化的反应,曲线Ⅱ可代表酶催化的反应,距离b表示酶催化时降低的活化能(与无机催化剂催化的反应相比),故距离b可反映无机催化剂催化效率比酶催化效率低的原因,A正确;图甲中该酶所处的环境条件为最适条件,故将酶催化的反应温度升高,酶活性下降,导致其降低化学反应活化能的能力下降,a将上升,B错误;蔗糖由一分子果糖和一分子葡萄糖组成,C正确;pH会影响酶活性,pH低于最适值时,酶活性降低,③④的生成速率也会下降,D正确。
答案 B
结合创新拓展实验,考查科学探究能力
3.(2019·豫西南示范性高中联考)超氧化物歧化酶(SOD)能消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质,具有抗衰老的特殊效果,其含有的金属离子对增强酶的热稳定性有重要影响。
资料报道,当反应温度为88℃,时间为15~30min时对SOD的活性影响不大。
下面是通过光催化反应装置分别在四种条件下检测紫外光对DNA损伤的相关曲线(TiO2表示二氧化钛,是一种光催化剂;UV表示紫外光)。
Ⅰ组:
黑暗处理曲线a(TiO2/DNA体系)、Ⅱ组:
紫外光处理曲线b(UV/DNA体系)、Ⅲ组:
光催化曲线c(UV/TiO2/DNA体系)、Ⅳ组:
光催化引入SOD曲线d(UV/TiO2/SOD/DNA体系)。
据图回答下列问题:
(1)根据SOD的化学性质,我们可以利用________________的方法来除去一部分其他杂质蛋白。
实验中设计黑暗处理作为对照组的目的是__________________。
曲线b说明__________________________________________。
(2)分析曲线c、d可以得出的实验结论是________________________
(3)DNA损伤过程中会伴有H2O2产生,若要验证
(2)中的实验结果,可通过检测H2O2的有无及产生量来判断,写出你的实验思路并预测实验结果(注:
H2O2的检测方法不做要求)。
实验思路:
______________________________________________________
________________________________________________________________。
预测实验结果:
____________________________________________________
__________________________________________________________________。
解析
(1)当反应温度为88℃,时间为15~30min时对SOD的影响不大,而部分其他酶在该条件下已经失活,故可利用这个特性来除去其他杂质蛋白。
黑暗处理组为TiO2/DNA体系,设计黑暗处理对照组的目的是证明TiO2不会损伤DNA。
紫外光处理曲线b(UV/DNA体系)说明没有TiO2(催化剂)的条件下,紫外光对DNA的损伤很小。
(2)光催化曲线c(UV/TiO2/DNA体系)说明紫外光对DNA的损伤非常严重,300min时,DNA几乎全部损伤,而光催化引入SOD曲线d(UV/TiO2/SOD/DNA体系),由于有SOD存在,DNA损伤很缓慢,说明SOD能够明显延缓或抑制DNA的损伤。
(3)要通过H2O2的有无及产生量来验证
(2)中的实验结论,很显然要设置实验检测H2O2的产生量,H2O2的产生量越多,DNA损伤越严重,故本实验思路是按照题干条件,设置同样的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四组实验,测定不同体系DNA损伤过程中H2O2的产生量;预测的实验结果是Ⅰ组、Ⅱ组没有H2O2产生,Ⅲ组和Ⅳ组均有H2O2产生,且Ⅲ组H2O2产生量较Ⅳ组多,时间较早。
答案
(1)高温变性(或88℃环境下处理15~30min) 证明TiO2不会损伤DNA 无TiO2(催化剂)的条件下,紫外光对DNA损伤很小
(2)SOD能够明显延缓或抑制DNA的损伤
(3)实验思路:
按照题干条件,设置同样的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四组实验,测定不同体系DNA损伤过程中H2O2的产生量
预测实验结果:
Ⅰ组、Ⅱ组没有H2O2产生,Ⅲ组和Ⅳ组均有H2O2产生,且Ⅲ组H2O2产生量较Ⅳ组多,时间较早
考点二 酶的作用特性及影响因素
1.酶的特性
(1)高效性:
与无机催化剂相比,酶降低化学反应活化能的作用更显著,催化效率更高。
①与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。
②a、b→酶的催化具有高效性;a、c→酶具有催化作用。
(2)专一性:
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
物理模型——“锁和钥匙学说”
图中A表示酶,B表示被A催化的底物,E、F表示B被分解后产生的物质,C、D表示不能被A催化的物质。
(3)酶的作用条件“较温和”
①含义:
酶所催化的化学反应一般是在温和的条件进行的。
②在最适宜的温度和pH条件下,酶的活性最高。
温度和pH偏高或偏低,酶活性都会明显降低。
③过酸、过碱或温度过高,会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活。
低温时,酶的活性很低,但酶的空间结构稳定,在适宜的温度下酶的活性可以升高。
2.影响酶促反应速率的因素分析
围绕酶的作用特性,考查科学思维能力
1.(2019·河南天一大联考)图中甲曲线表示在最适温度下α-淀粉酶催化淀粉水解的反应速率与淀粉浓度之间的关系,乙、丙两曲线表示α-淀粉酶催化淀粉水解的反应速率随温度或pH的变化,下列相关分析正确的是( )
A.乙、丙两曲线横轴对应的影响因素分别为温度和pH
B.分析曲线可知,E、G两点所示条件是短期内保存该酶的最适条件
C.D、F两点所示的α-淀粉酶活性一致,该酶的空间结构都遭到破坏
D.若在A点升温或在BC段增加淀粉的浓度,都将使反应速率增大
解析 据图分析可知,丙曲线与横轴有两个交点,交点处反应速率为0,而强酸或强碱都会使酶变性失活,因此丙曲线横轴对应的影响因素为pH,乙曲线横轴对应的影响因素为温度,A正确;保存该酶的最适条件应该是低温和最适pH,对应曲线中的D、H两点,B错误;乙曲线中D、F两点所对应的α-淀粉酶活性一致,D点α-淀粉酶的空间结构未遭到破坏,只是低温导致酶活性降低,C错误;甲曲线表示在最适温度下α-淀粉酶催化淀粉水解的反应速率与淀粉浓度之间的关系,所以在A点升温,反应速率会降低,BC段增加淀粉的浓度,反应速率不变,D错误。
答案 A
2.(2019·襄阳四中调研)下列关于激素、抗体、酶和神经递质的叙述,正确的是( )
A.激素和抗体都具有特异性,只能作用于特定的靶细胞
B.激素和酶都具有高效性,非细胞条件下也能发挥作用
C.激素弥散在全身的体液中,一经靶细胞接受即被灭活
D.乙酰胆碱与特异性受体结合后可在神经元之间传递信息
解析 激素和抗体都具有特异性,但与抗体特异性结合的是抗原,而不是特定的靶细胞,A错误;激素和酶都有高效性,但激素作用对象是靶细胞或靶器官,必须在细胞条件下才能发挥作用,B错误;激素经靶细胞接受并发挥作用后才被灭活,而不是一经靶细胞接受即被灭活,C错误;乙酰胆碱(一种神经递质)与突触后膜上的特异性受体结合后,能将化学信号转变成电信号,从而在神经元之间传递信息,D正确。
答案 D
结合酶的活性影响因素曲线,考查模型与建模的能力
3.(2019·湖北黄冈质检)用某种酶进行有关实验的结果如下图所示,下列有关说法错误的是( )
A.该酶的最适催化温度不确定
B.图2和图4能说明该酶一定不是胃蛋白酶
C.由图4实验结果可知酶具有高效性
D.由图3实验结果可知Cl-是该酶的激活剂
解析 图1显示温度对酶活性的影响,图中结果只能显示30℃比较适宜,但温度梯度太大,不能确定最适催化温度,A正确;图2显示该酶的最适pH为7,而胃蛋白酶的最适pH为1.5,由图4可知该酶为麦芽糖酶,B正确;图3能说明Cl-是该酶的激活剂,Cu2+是该酶的抑制剂,D正确;图4可说明酶具有专一性,C错误。
答案 C
4.(2019·江西金太阳全国大联考)图甲表示人和植物体内的淀粉酶在不同pH条件下的活性,图乙表示a、b、c三种脱氢酶的活性受温度影响的情况。
下列说法正确的是( )
A.人和植物体内的淀粉酶活性相同时,它们所处的pH也可以相同
B.若淀粉酶所处的环境由中性变成酸性,人体内的淀粉酶的活性逐渐升高
C.图乙中a、b曲线对应的两种酶活性相同时,温度对酶的影响相同
D.c曲线对应的酶的最适温度应是40℃
解析 人和植物体内的淀粉酶活性相同时(如图甲中两曲线的交点处),它们所处的pH也可相同,A正确;由图甲可知,若淀粉酶所处的环境由中性变成酸性,人体内的淀粉酶的活性逐渐降低,B错误;图乙中a、b曲线对应的两种酶活性相同时,温度对酶的影响不一定相同,如图乙中a、b曲线有两个交点,其中右侧交点对应的温度对两种酶的影响不相同,对a曲线对应的酶来说,该温度为较低温度,对该酶结构没有破坏作用,对b曲线对应的酶而言,该温度为较高温度,该酶结构已经被轻度破坏,C错误;图乙中c曲线在研究范围内单调递增,无法判断其对应的酶的最适温度,D错误。
答案 A
解答坐标曲线题的“三步曲”
考点三 与酶相关的实验探究——“三法”探究酶本质及特性
方法1 用“试剂检测法”鉴定酶的本质
可采用“试剂检测法”或“蛋白酶水解法”确认酶的化学本质。
方法2 用“对比实验法”探究或验证酶的高效性、专一性及影响酶活性的因素
(1)验证酶的高效性
实验中自变量是无机催化剂和酶,因变量是反应速率。
(2)探究酶的专一性
自变量可以是不同反应物,也可以是不同酶溶液,因变量是反应物是否被分解。
①设计思路一:
换反应物不换酶
②设计思路二:
换酶不换反应物
方法3 用“梯度法”探究影响酶活性的因素(温度或pH)
(1)设计思路:
设计实验时需设置一系列不同温度(或pH)的实验组进行相互对照,最后根据实验现象得出结论。
酶促反应所需时间最短的一组对应的温度(或pH)最接近最适温度(或pH)。
(2)设计方案
结合教材拓展实验考查科学探究能力
1.(2016·全国卷Ⅰ,3)若除酶外所有试剂已预保温,则在测定酶活力的试验中,下列操作顺序合理的是( )
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 测定酶活力影响因素时,在改变被探究因素之前,务必防止酶与底物混合,故只有C选项所述操作顺序正确。
答案 C
2.(2019·河南百校联盟联考)为研究影响酶活性的因素,进行了以下实验:
实验材料:
两支20mL的注射器(除去针头),一段长约5cm的硅胶管,镊子,培养皿,打孔器,滤纸,3%H2O2溶液,pH分别为5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的缓冲液,新鲜猪肝,H2O2酶滤纸小圆片(将1g新鲜猪肝剪碎,置于研磨过滤器中充分研磨,加入10mL蒸馏水制成鲜肝液;用打孔器制作直径为1.5cm的滤纸小圆片,用鲜肝液浸泡1min后待用)。
实验步骤:
①拉出A注射器的活塞,用镊子将1片H2O2酶滤纸小圆片贴到活塞的顶端,将活塞推至注射器筒的底端。
②用A注射器吸取2mLpH为5.0的缓冲液。
③用B注射器吸取3%H2O2溶液。
④用硅胶管连接A注射器与B注射器,连接方式如图所示。
⑤将B注射器中的3%H2O2溶液迅速推入A注射器。
⑥平放装置,观察注射器中活塞的变化。
⑦利用该装置重复上述实验,测量缓冲液pH为6.0、7.0、8.0、9.0时的情况。
(1)本实验的自变量为________,因变量为________,因变量可通过________计算得出。
(2)若上述步骤③改为“用A注射器吸取3%H2O2溶液,然后堵上注射器头部”,那么通过刻度读出反应产生的气体量,与实际值相比,结果________(填“增大”或“减小”),因为________________________________________________。
(3)若利用上述装置研究酶浓度对实验的影响,实验的改进之处是___________________________________________________________________。
(4)若利用上述装置研究温度对酶活性的影响,应在pH为________的条件下设置合理温度梯度。
该设计的不合理之处是________________,实验误差会随温度上升而________。
解析
(1)从实验步骤可以看出,该实验探究pH对酶活性的影响,所以自变量为pH,因变量为酶的活性(在滤纸小圆片上的H2O2酶催化下H2O2分解所释放的O2量),其可以通过A、B注射器活塞移动空间的大小之和计算得出。
(2)若用A注射器吸取3%H2O2溶液,由于A注射器的活塞上贴有H2O2酶滤纸小圆片,而酶具有高效性,H2O2溶液与酶接触的瞬间会快速反应,故在堵上注射器头部前,已溢出大量气体,所以通过刻度读出反应产生的气体量,与实际值相比会减小。
(3)若利用该实验装置研究酶浓度对实验的影响,自变量变为酶的浓度,可通过改变A注射器中H2O2酶滤纸小圆片的数量来实现。
(4)若利用该实验装置研究温度对酶活性的影响,自变量变为温度,pH是无关变量,故设置合理温度梯度时应在最适pH的条件下进行。
由于除了酶的活性可以影响H2O2分解外,温度也会影响,高温会促进H2O2分解,所以该设计不合理,实验误差会随着温度的上升而增大。
答案
(1)pH 酶的活性(O2的释放量) A、B注射器活塞移动空间的大小之和
(2)减小 酶具有高效性,H2O2溶液与酶接触的瞬间会快速反应,溢出大量气体
(3)改变A注射器中H2O2酶滤纸小圆片的数量,其余条件相同且适宜
(4)最适 高温会促进H2O2分解 增大
酶活性实验探究中的“三宜”“五不宜”
澄清易错易混·强化科学思维
[易错易混]
易错点1 高温和低温对酶活性的影响不同
点拨 高温(过酸、过碱)使酶的空间结构破坏而失活,低温并没有破坏其空间结构而只是降低酶活性。
因此酶在高温下失活后,即使移到适温环境中也不会恢复活性,但从低温到适温环境活性可升高。
易错点2 对酶的本质与性质分辨不清
点拨
(1)酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。
(2)酶只能催化热力学上允许进行的反应。
(3)酶通过降低活化能加快化学反应速率。
(4)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。
(5)在反应前后,酶的化学性质和数量将保持不变。
(6)用加热的方法不能降低活化能,但会提供活化能。
易错点3 酶只有催化功能,没有调节生命活动及提供能量等功能
点拨 着眼于四角度比较“酶”与“激素”
[深度纠错]
1.下列关于酶的论述,正确的是( )
①对底物有严格的选择性 ②酶既可在体内合成又可来自食物
③温度越高酶的活性越大 ④酶制剂通常在低温下保存 ⑤酶不仅能降低化学反应的活化能,还具有调节生命活动等许多重要功能 ⑥酶可以在细胞内或细胞外发挥催化作用 ⑦酶是活细胞产生的具有催化作用的物质其多数为有机物,少数为无机物
A.①③④⑦B.①②⑤⑦
C.①④⑥⑦D.①④⑥
解析 酶只能由活细胞合成,不能来自食物,②错误;温度过高会使酶失活,③错误;酶只具催化作用,不具调节等其他作用,⑤错误;酶都是有机物,⑦错误。
答案 D
2.细胞代谢能在常温常压下迅速有序地进行,离不开酶的作用。
下列叙述错误的是( )
A.酶是所有活细胞都含有的具有催化作用的有机物
B.有些酶需通过内质网和高尔基体进行加工、运输
C.酶是在核糖体上合成的,分布在不同的细胞器中
D.酶空间结构的改变可导致其活性部分或全部丧失
解析 酶若不是蛋白质,则其合成场所并非核糖体,C不正确。
答案 C
3.(2018·4月浙江选考)酶是生物催化剂,其作用受pH等因素的影响。
下列叙述错误的是( )
A.酶分子有一定的形状,其形状与底物的结合无关
B.绝大多数酶是蛋白质,其作用的强弱可用酶活性表示
C.麦芽糖酶能催化麦芽糖的水解,不能催化蔗糖的水解
D.将胃蛋白酶加入到pH10的溶液中,其空间结构会改变
解析 酶之所以能在室温下催化底物分子发生反应,是因为酶分子具有一定的形状,恰好能和底物分子结合,A错误;绝大多数酶是蛋白质,少数是RNA,其作用的强弱可用酶活性表示,B正确;酶具有专一性,因此麦芽糖酶能催化麦芽糖水解,却不能催化蔗糖水解,C正确;过酸过碱会导致酶分子因空间结构的改变而失活,D正确。
答案 A
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