版高考生物一轮复习第1部分分子与细胞第三单元细胞的能量供应和利用精准备课学案.docx
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版高考生物一轮复习第1部分分子与细胞第三单元细胞的能量供应和利用精准备课学案
第三单元细胞的能量供应和利用
第1讲 降低化学反应活化能的酶
[思维导图·成一统]
[基础速练·固根基]
1.判断下列有关酶本质和作用叙述的正误
(1)酶是活细胞产生的并具有催化作用的蛋白质(×)
(2)酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸(×)
(3)酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸(×)
(4)酶提供了反应过程所必需的活化能(×)
(5)随着温度降低,酶促反应的活化能下降(×)
(6)酶是由活细胞产生的,因此酶只能在细胞内发挥作用(×)
(7)酶活性的发挥离不开其特定的结构(√)
2.连线酶本质的探索历程中科学家及其主要贡献
3.判断下列有关酶特性叙述的正误
(1)淀粉酶溶液中加入蛋白酶不会导致淀粉酶活性发生变化(×)
(2)不同酶的最适温度可能相同(√)
(3)高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性(×)
(4)酶活性最高时的温度不适合酶的保存(√)
(5)人体在发热感冒时,常出现厌食恶心现象,这与人体内酶的活性有关,说明酶活性的发挥离不开适宜的温度等(√)
(6)在稀蛋清液中加入蛋白酶后,再加入双缩脲试剂,由于蛋清液中的蛋白质被分解,因此不再发生紫色反应(×)
4.连线酶的特性和原理
[题组练透·过考点]
题组一 考查酶的本质
1.(2014·福建高考)用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质,处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。
由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是( )
A.蛋白酶 B.RNA聚合酶
C.RNAD.逆转录酶
解析:
选C 核糖体由rRNA和蛋白质组成,用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质,处理后的核糖体为rRNA,而催化核糖体内氨基酸脱水缩合反应的物质是酶,由此可推测该酶的化学本质是RNA。
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右图所示。
下列分析错误的是( )
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RNA
C.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:
选B 分析曲线可知,甲酶在蛋白酶的作用下,酶活性不改变,说明甲酶能够抗该种蛋白酶降解,其化学本质不是蛋白质,应是RNA;乙酶在蛋白酶的作用下,酶活性降低,说明该种蛋白酶能改变其分子结构,所以乙酶的化学本质是蛋白质。
3.下列关于酶和激素的叙述,正确的是( )
A.同一种酶不可能存在于分化程度不同的活细胞中,一种激素只有一种靶细胞
B.酶和激素发挥作用时均需要与特定的物质相结合
C.酶可以为合成激素的反应物提供活化能,从而加快激素的合成速率
D.在最适温度和pH条件下,最适合酶的保存
解析:
选B 不同的细胞可以合成相同的酶,如呼吸酶,一种激素可以作用于多种不同的靶细胞,如甲状腺激素;酶和激素发挥作用时均需要与特定物质结合;酶只能降低活化能,不能提供活化能;酶的保存应降低其活性,在低温条件下。
[归纳拓展] 正确理解酶的本质
(1)辨析有关酶的六种说法:
项目
错误说法
正确理解
产生场所
具有分泌功能的细胞才能产生
活细胞(不考虑哺乳动物成熟的红细胞等)
化学本质
蛋白质
有机物(大多为蛋白质,少数为RNA)
作用场所
只在细胞内起催化作用
可在细胞内、细胞外、体外发挥作用
温度影响
低温和高温均使酶变性失活
低温只抑制酶的活性,不会使酶变性失活;高温使酶变性失活
作用
酶具有调节、催化等多种功能
酶只起催化作用
来源
有的可来源于食物等
酶只在生物体内合成
(2)酶与激素的比较:
产生
化学本质
作用机制
激素
内分泌细胞
蛋白质、多肽、固醇、单胺等
作为信号分子作用于相应的靶细胞,并在发挥作用后被灭活
酶
所有的活细胞
绝大多数为蛋白质,少数为RNA
作为催化剂降低反应的活化能,在化学反应的前后,其质量与化学性质均不发生改变
相同点
都具有微量、高效的特点,也都具有一定的特异性
题组二 考查酶的作用及原理
4.(2018·湘中名校联考)如图曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示物质M在无催化条件和酶催化条件下生成物质P所需的能量变化过程。
下列相关叙述正确的是( )
A.ad段表示在无催化剂条件下,物质M生成物质P需要的活化能
B.若将酶催化改为无机催化剂催化,则b在纵轴上将向下移动
C.若仅增加反应物M的量,则图中曲线的原有形状均发生改变
D.若曲线Ⅱ为最适酶促条件下的曲线,改变酶促条件后,则b在纵轴上将向上移动
解析:
选D 物质M生成物质P需要的活化能用ac表示。
酶降低活化能比无机催化剂更明显,若将酶催化改为无机催化剂催化,则b在纵轴上将向上移动。
若仅增加反应物M的量,图中曲线的原有形状不会发生改变。
若曲线Ⅱ为最适酶促条件下的曲线,改变酶促条件后,所需活化能增加,b在纵轴上将向上移动。
5.(2018·豫北十二校联考)图示为木瓜蛋白酶和胃蛋白酶对抗体的消化作用,根据图示实验结果,不能得出的结论是( )
A.胃蛋白酶能使抗体失活
B.抗体的化学本质是蛋白质
C.木瓜蛋白酶和胃蛋白酶的化学本质都是蛋白质
D.胃蛋白酶催化抗体分解断裂的肽键数目多于木瓜蛋白酶
解析:
选C 经木瓜蛋白酶或胃蛋白酶处理后,抗体中的部分化学键断裂,进而导致抗体失活,根据酶的专一性可知,抗体的化学本质为蛋白质;本实验不能得出两种酶的化学本质;从图中信息可知,胃蛋白酶催化抗体水解时断裂的肽键数较多。
[归纳拓展] 酶的作用原理分析及具有专一性的物质归纳
(1)酶的作用原理:
酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能,分析如下:
①图中ac和bc段分别表示无催化剂和酶催化时反应进行所需要的活化能
②若将酶变为无机催化剂,则b在纵轴上向上移动。
用加热的方法不能降低活化能,但会提供活化能
(2)具有专一性的五类物质归纳:
酶
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
如限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列,并在特定的切点上切割DNA分子
载体
某些物质通过细胞膜时需要载体协助,不同物质所需载体不同,载体的专一性是细胞膜选择透过性的基础
激素
激素特异性地作用于靶细胞、靶器官,其原因在于它的靶细胞膜或胞内存在与该激素特异性结合的受体
tRNA
tRNA有61种,每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸
抗体
一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合
[师说考点·解疑难]
1.酶的高效性曲线及分析
(1)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的时间,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.酶的专一性曲线及分析
(1)在A反应物中加入酶A,反应速率较未加酶时的变化是明显加快,说明酶A能催化该反应
(2)在A反应物中加入酶B,反应速率和未加酶时相同,说明酶B不能催化该反应
3.温度和pH对酶活性的影响曲线及分析
(1)在最适温度(pH)时,酶的催化作用最强,高于或低于最适温度(pH),酶的催化作用都将减弱
(2)在一定温度(pH)范围内,随温度(pH)的升高,酶的催化作用增强,超过这一范围,酶的催化作用逐渐减弱
(3)过酸、过碱、高温都会使酶变性失活,而低温只是抑制酶的活性,酶分子结构未被破坏,温度升高可恢复活性
(4)从丙图可以看出:
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及分析
(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,受酶数量和酶活性的限制,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
[研透考情·备高考]
考向一 酶的高效性与专一性的曲线分析
1.某生物小组用某种酶进行了三组实验,有关实验的结果如下图所示,下列说法正确的是( )
A.本实验研究的酶有麦芽糖酶和蔗糖酶
B.三组实验能够证明酶具有专一性、高效性和温和性
C.通过实验可以证明该种酶活性最大时的条件接近30℃、pH=7
D.pH=5或温度为20℃条件下酶活性下降的原因相同
解析:
选C 图3中,麦芽糖的含量减少,蔗糖保持不变,说明该实验研究的酶是麦芽糖酶。
酶具有高效性是酶与无机催化剂相比,图示中并没有进行此实验。
图1中温度为30℃时,达到反应平衡点所用的时间最短,说明此温度最接近最适温度。
图2中pH=7时,底物剩余量最少,说明底物被分解的最多,因此,该种酶活性最大时的条件接近30℃、pH=7。
20℃时只是抑制酶的活性,而pH=5时可能使酶变性失去活性。
考向二 影响酶活性的因素曲线分析
2.右图表示在最适温度和pH条件下,某种酶的催化反应速率与反应物浓度之间的关系。
结合影响酶催化反应速率的因素分析,下列有关说法正确的是( )
A.若在a点提高反应温度,反应速率会加快
B.若在b点增加酶的浓度,反应速率不会加快
C.若在c点增加反应物浓度,反应速率将加快
D.反应物浓度是限制曲线ab段反应速率的主要因素
解析:
选D 由于该图是在最适温度下绘制的,因此改变温度会使酶活性降低,反应速率变慢;b点后反应速率不随反应物浓度的增加而加快,说明反应物浓度不是限制因素,可能受酶浓度的限制,因此当在b点及以后提高酶的浓度,反应速率加快,提高反应物浓度,反应速率不会变化;从曲线图可知,a点后b点前,随着反应物浓度的增加,反应速率加快,说明此时的主要限制因素是反应物浓度。
3.(2018·德州模拟)下图1曲线a表示在最适温度和pH条件下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( )
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
解析:
选B 图1曲线a中,M点后,限制因素为反应物的浓度;图2曲线中当反应物浓度一定时,减少酶量,反应速率降低;图2N、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,无论pH增大还是减小,曲线b都应变成曲线f。
4.(2016·全国卷Ⅱ)为了研究温度对某种酶活性的影响,设置三个实验组:
A组(20℃)、B组(40℃)和C组(60℃),测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同),结果如图。
回答下列问题:
(1)三个温度条件下,该酶活性最高的是________组。
(2)在时间t1之前,如果A组温度提高10℃,那么A组酶催化反应的速度会________。
(3)如果在时间t2时,向C组反应体系中增加2倍量的底物,其他条件保持不变,那么在t3时,C组产物总量________,原因是____________________________________________。
(4)生物体内酶的化学本质是____________________________________________,其特性有_________________________________________________________(答出两点即可)。
解析:
(1)在60℃条件下,反应的最终产物浓度比20℃和40℃条件下小很多,说明酶在60℃条件下最终失活。
20℃与40℃条件下相比,40℃时酶促反应到达反应平衡的时间短,说明40℃条件下酶活性较高。
(2)在时间t1前,如果A组温度提高10℃变成30℃,由该酶活性随温度的变化规律可知,30℃条件下的该酶活性大于20℃条件下的,因此A组酶催化反应的速度会加快。
(3)t2时C组的产物浓度已不再增加,但由A和B组t2时的产物浓度可知,t2时C组底物并未全部被分解,C组产物浓度不再增加是由于C组温度过高导致t2时酶已经变性失活。
因此如果在时间t2时,向C组增加2倍量的底物,在其他条件不变的情况下,t3时产物的总量也不会再增加。
(4)生物体内酶的化学本质绝大多数是蛋白质,极少数是RNA。
酶具有高效性、专一性等特性,并且需要适宜的温度和pH等。
答案:
(1)B
(2)加快 (3)不变 60℃条件下,t2时酶已失活,即使增加底物,反应产物总量也不会增加
(4)蛋白质或RNA 高效性和专一性(其他合理答案也可)
[方法规律] “四看法”分析酶促反应曲线
[分点突破·精细研]
题型一 酶催化作用的验证实验
1.研究人员从一种野生植物的贮藏根中提取出一种化学物质,有人认为这是一种能催化葡萄糖分解的酶,有人认为这是一种能催化蔗糖分解的酶。
请回答以下问题:
(1)为了探究此物质是催化葡萄糖分解的酶还是催化蔗糖分解的酶,研究人员设计了下图所示的实验过程,请预测可能的实验结果。
水浴加热后,如果______________________,说明该物质是能催化蔗糖分解的酶;如果______________________,则说明该物质是能催化葡萄糖分解的酶。
(2)若以上实验完成后,已经确定其为催化葡萄糖分解的酶,且化学本质是蛋白质,现需要确定其催化作用的最适温度,设计实验的基本思路是先确定____________________,再参照上图中甲试管的处理方法进行预实验。
实验结束后,再在其中砖红色沉淀最少的两支试管所对应的温度区间内,设置________________________,重复进行实验。
解析:
(1)葡萄糖是还原糖而蔗糖是非还原糖,但蔗糖分解的产物为还原糖,若两支试管都出现砖红色沉淀,则该物质是能催化蔗糖分解的酶;若两支试管都不出现砖红色沉淀,说明蔗糖没有被分解而葡萄糖被分解,故该物质是能催化葡萄糖分解的酶。
(2)设计实验的基本思路:
先确定系列温度梯度,再找出其中砖红色沉淀最少的两支试管,根据它们所对应的温度,在这两个温度值之间设置差值更小的系列温度梯度。
答案:
(1)两支试管均出现砖红色沉淀 两支试管均不出现砖红色沉淀
(2)系列温度梯度 差值较小的系列温度梯度
[归纳拓展] 酶催化作用的验证实验设计
设计思路
实验组:
底物+相应酶液
检测底物被分解
对照组:
底物+等量蒸馏水
底物不被分解
实验变量
自变量是相应酶液的有无,因变量是底物是否被分解
结果分析
根据底物性质利用相应试剂检测,若底物被分解,则证明酶具有催化作用,否则不具有催化作用
题型二 酶本质的验证实验
2.(2018·泰安模拟)下列能够证明某种酶的化学本质是RNA的实验设计组合是( )
组别
实验处理
①
待测酶液+吡罗红染液→是否呈现红色
②
待测酶液+双缩脲试剂→是否出现紫色
③
已知RNA溶液+吡罗红染液→出现红色
④
已知蛋白液+双缩脲试剂→紫色反应
A.①④ B.②③
C.①③D.②④
解析:
选C 对于酶本质的验证,需要设置对照,即①③组,此外检测RNA利用吡罗红染液。
[归纳拓展] 试剂检测法——鉴定酶的本质
(1)设计思路:
从酶的化学本质上来讲,绝大多数的酶是蛋白质,少数的酶是RNA。
在高中教材中常见的一些酶,如淀粉酶、蛋白酶等,其本质都是蛋白质,所以对酶本质的鉴定常常是变相地考查蛋白质或RNA的鉴定方法。
因此,利用双缩脲试剂与蛋白质作用产生紫色反应而RNA与吡罗红染液作用显红色的原理设计鉴定方案即可。
(2)设计方案:
题型三 酶催化特性的探究实验
3.已知2H2O2===2H2O+O2↑,可以通过观察反应过程中O2的生成速率(即气泡从溶液中释放的速率)来判断H2O2分解的速率。
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,预测实验结果并得出结论。
请回答问题:
实验材料与用具:
适宜浓度的H2O2溶液、蒸馏水、质量分数为3.5%的FeCl3溶液、新鲜的质量分数为0.01%的过氧化氢酶溶液、恒温水浴锅、试管若干。
(1)实验步骤:
①________________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
③____________________________________________________________________。
(2)实验结果预测及结论:
整个实验中,不同处理的试管中O2的释放速率从快到慢依次是________________________________________________________________________。
由此可得出的结论是_____________________________________________。
(3)如果仅将实验中的恒温水浴的温度改为80℃,重做上述实验,O2释放的速率最快的是________________________________________________________________________,
原因是___________________________________________________________。
解析:
该实验有两个目的:
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,可通过比较酶与无机催化剂的催化效率来实现。
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+FeCl3溶液。
由于该实验属于验证性实验,所以实验结果是确定的,即加酶的一组中O2释放速率最快,加FeCl3溶液的一组次之,加蒸馏水的一组最慢。
高温使过氧化氢酶变性失活,故经80℃处理后,加有FeCl3溶液的试管中O2释放速率最快。
答案:
(1)①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 ②分别向上述3支试管中加入等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液 ③观察各试管中释放气泡的快慢
(2)加酶溶液的试管、加FeCl3溶液的试管、加蒸馏水的试管 酶具有催化作用和高效性 (3)加FeCl3溶液的试管 在此温度下,过氧化氢酶已变性失活
[归纳拓展] 对比法——验证酶的高效性
(1)设计思路:
验证酶高效性的方法是“对比法”,即通过对不同类型催化剂(主要是与无机催化剂作比较)催化底物反应速率进行比较,得出结论。
(2)设计方案:
项目
实验组
对照组
材料
等量的同一种底物
试剂
与底物相对应的酶溶液
等量的无机催化剂
现象
反应速率很快;或反应用时短
反应速率缓慢;或反应用时长
结论
酶具有高效性
(3)实验操作:
4.请用所给的实验材料和用具,设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性,要求完成实验设计,补充实验步骤,预测实验结果,得出结论,并回答问题:
实验材料与用具:
适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4种溶液,斐林试剂,试管,37℃恒温水浴锅,沸水浴锅。
(1)若“+”代表加入适量的溶液,“-”代表不加溶液,甲、乙等代表试管标号,请用这些符号完成下表实验设计。
溶液
试管
蔗糖溶液
淀粉溶液
蔗糖酶溶液
唾液淀粉酶溶液
甲
+
-
+
-
(2)实验步骤:
①按照上表中的设计,取试管、加溶液。
②________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
④____________________________________________________________________。
(3)结果预测:
____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)结论:
_________________________________________________________。
(5)在上述实验中,如果仅将37℃恒温水浴锅的温度调到20℃,而在其他条件不变的情况下重做上述实验,出现砖红色沉淀的试管中的颜色会比37℃时的浅,其原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
(1)对照试管甲,易知试管乙中要添加的是淀粉溶液和唾液淀粉酶溶液;试管丙和试管丁就应该分别是试管甲和试管乙的对照实验。
(2)根据步骤①的提示和题干所给的材料及用具,可以推出接下来要做的是“恒温反应”,并利用斐林试剂检测实验结果,观察实验现象和记录实验结果。
(3)(4)根据实验设计,试管甲和试管乙中的反应能够进行,会出现砖红色沉淀;其他试管中的反应不能进行,不会出现砖红色沉淀,因此,可得出“酶的催化作用具有专一性”这一结论。
(5)因为酶的活性受温度影响,20℃低于酶的最适温度,酶的活性较低,产生的还原糖较少,因此,产生砖红色沉淀的试管中的颜色比37℃时的浅。
答案:
(1)如下表:
溶液
试管
蔗糖溶液
淀粉溶液
蔗糖酶溶液
唾液淀粉酶溶液
甲
+
-
+
-
乙
-
+
-
+
丙
+
-
-
+
丁
-
+
+
-
(2)②将各试管中溶液放在37℃恒温水浴锅中一段时间后再按上表分别混匀,放入37℃恒温水浴锅中保温一段时间
③取出试管,分别加入适量的斐林试剂,混匀,在热水浴中处理一段时间 ④观察实验现象并记录实验结果 (3)含有蔗糖和蔗糖酶溶液的试管,以及含淀粉和淀粉酶溶液的试管中出现砖红色沉淀,其他试管中不出现砖红色沉淀 (4)酶的催化作用具有专一性 (5)20℃低于酶的最适温度,酶活性低,产生的还原糖少
[归纳拓展] 对比法
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- 高考 生物 一轮 复习 部分 分子 细胞 第三 单元 能量 供应 利用 精准 备课