第九讲降低化学反应活化能的酶.docx

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第九讲降低化学反应活化能的酶

第九讲降低化学反应活化能的酶

知识体系——定内容

核心素养——定能力

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

理性思维

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

科学探究

通过与酶有关的实验设计与分析，培养对实验现象和结果进行解释、分析和处理的能力，及对实验方案的评价能力

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

[基础知识·系统化]

知识点一　酶的作用和本质

1．酶的本质和作用

2．比较过氧化氢在不同条件下的分解

（1）实验过程：

（2）变量分析：

知识点二　酶的特性（将“”中的内容补充完整）

[基本技能·问题化]

1．下图曲线表示在无催化剂和有酶催化条件下某化学反应的能量变化过程。

据图回答：

（1）没有催化剂参与的反应曲线是②。

（2）有酶催化的反应曲线是①。

（3）AC段的含义是在无催化剂的条件下，反应所需要的活化能。

（4）BC段的含义是酶降低的活化能。

（5）若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则B点在纵轴上将向上移动，即反应需要的活化能要增大。

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，请据图回答：

（1）甲、乙两种酶的化学本质分别是什么？

请说出判断依据。

提示：

观察曲线图可知，甲酶的活性始终保持不变，表明甲酶能抵抗该种蛋白酶的降解，则甲酶的化学本质不是蛋白质而是RNA，乙酶能被蛋白酶破坏，活性降低，则乙酶为蛋白质。

（2）乙酶活性改变的机制是什么？

其活性能否恢复？

提示：

乙酶被降解的过程中其分子结构会发生改变，从而使其活性丧失，这种活性的改变不可逆转，故无法恢复。

（3）欲让甲、乙两种酶的变化趋势换位，应加入何类酶？

提示：

RNA水解酶。

3．酶的特性和原理（连线）

考点一酶的本质、作用和特性

1．巧记酶概念的1个“二”和3个“一”

2．比较法助记酶与动物激素的“一同三不同”

相同：

都具有微量、高效的特点，也具有一定特异性

不同

产生部位

几乎所有活细胞都产生酶；而只有内分泌细胞才能产生激素

化学本质

酶绝大多数是蛋白质，少数为RNA；激素的化学本质则为蛋白质、脂质、氨基酸衍生物等

作用机制

酶是催化剂，在化学反应前后，质量和性质不变；激素作为信号分子在发挥完作用后被灭活

3．联想法记忆具有“专一性（特异性）”的五类物质

（1）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。

（2）载体蛋白：

某些物质通过细胞膜时需要载体蛋白协助，不同物质所需载体不同，载体蛋白的专一性是细胞膜选择透过性的基础。

（3）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。

（4）tRNA：

tRNA有61种，每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。

（5）抗体：

抗体只能与相应的抗原发生特异性结合。

[对点落实]

1．从八个角度判断有关酶说法的正误（正确的打“√”，错误的打“×”）

角度

说法

正误判断

①产生场所

一般来说，活细胞都能产生酶

√

②化学本质

酶是具有催化作用的蛋白质

×

③合成原料

酶的基本单位是氨基酸，因此氨基酸是酶的合成原料

×

④合成场所

酶是在核糖体上合成的

×

⑤来源　　

酶只能在生物体内合成，不能从食物中获得

√

⑥作用　　

酶具有催化、调节等多种功能

×

⑦作用场所

酶只在细胞内发挥作用

×

⑧温度影响

低温和高温均能使酶变性失活

×

2．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℃

[典型图示]　用曲线模型表示酶的三大特性

（1）图1中酶对应曲线A，无机催化剂对应曲线B，未加催化剂对应曲线C，由此说明，与无机催化剂相比，酶的催化作用具有高效性。

（2）图2中加入酶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，而加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶的催化作用具有专一性。

（3）①图3中b点表示最适温度，e点表示最适pH。

②温度在a点时，酶的活性较低，但不会失活；温度大于或等于c点，酶会失活。

pH≤d点、pH≥f点，酶会失活。

③由图3可知，酶的作用条件较温和，在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。

[对点落实]

3．为了研究温度对某种酶活性的影响，设置甲、乙、丙三组实验，各组温度条件均不同，其他条件相同且适宜。

测定各组在不同反应时间内的产物浓度，结果如图。

以下分析正确的是（　　）

A．在t时刻之后，甲组曲线不再上升，是由于受到酶数量的限制

B．在t时刻降低丙组温度，将使丙组酶的活性提高，曲线上升

C．若甲组温度低于乙组温度，则酶的最适温度不可能高于乙组温度

D．若甲组温度高于乙组温度，则酶的最适温度不可能高于甲组温度

4．如图所示为影响酶促反应的温度、pH和底物浓度与反应速率关系的曲线图，下列相关叙述，错误的是（　　）

A．影响乙曲线的因素是温度，影响丙曲线的因素是pH

B．甲曲线中，A点与B点限制酶促反应速率的因素不同

C．乙曲线中，D点与F点酶的空间结构都被破坏且不能恢复

D．丙曲线中，G点时对应因素升高，酶的活性不能到达H点

酶在人们的日常生活和生产中都有广泛的应用，以此为素材，设置新情境考查酶的应用也是常见的命题形式。

[对点落实]

5．把分解酒精的酶（化学本质不是RNA）装进纳米级小笼子做成的“防护服”中，酶就不怕被消化液分解，可安心分解酒精分子。

下列推测合理的是（　　）

A．用于分解酒精的酶可能是脂质

B．该酶进入人体后能分解人体内无氧呼吸的产物

C．“防护服”的主要功能是阻碍消化道内蛋白酶的作用

D．该成果中用于分解酒精的酶应放在最适温度下储藏

6．科学研究发现，某些免疫球蛋白具有催化功能，称之为抗体酶。

下图表示某新型抗体酶的结构，据图判断下列叙述错误的是（　　）

A．抗体酶能与双缩脲试剂发生紫色反应

B．抗体酶能与各种抗原结合

C．抗体酶与底物结合后，能降低反应的活化能

D．利用抗体酶特异性识别抗原和催化无活性药物前体的转化反应，可靶向治疗癌症

[归纳拓展]　关注常考的五类酶及其作用

（1）DNA聚合酶：

催化单个脱氧核苷酸聚合到DNA片段上形成脱氧核苷酸链，作用部位是磷酸二酯键。

（2）RNA聚合酶：

催化单个核糖核苷酸聚合到RNA片段上形成核糖核苷酸链，作用部位是磷酸二酯键。

（3）解旋酶：

用于DNA复制时双链间氢键打开。

（5）各种消化酶：

可对应催化相关大分子的水解，如淀粉酶催化淀粉水解、蛋白酶催化蛋白质水解等。

考点二影响酶活性的因素与相关实验探究

巧用三种方法破解酶实验难题

1．鉴定酶的本质——试剂检测法

2．验证酶的高效性和专一性——对比法

（1）验证酶的高效性：

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

[操作示例]

（2）验证酶的专一性：

[设计方案]

项目

方案一

方案二

实验组

对照组

实验组

对照组

材料

底物相同（等量）

与酶相对应的底物

另外一种底物

试剂

与底物相对应的酶

另外一种酶

同一种酶（等量）

现象

发生反应

不发生反应

发生反应

不发生反应

结论

酶具有专一性

[操作示例]

＋

3．探究酶的最适温度或pH——梯度法

[设计方案]

组别编号

1

2

…

n

实验材料

等量的同种底物

温度（pH）

T1（a1）

T2（a2）

…

Tn（an）

衡量指标

相同时间内，各组酶促反应中生成物量的多少，或底物剩余量的多少

实验结论

生成物量最多的一组，或底物剩余量最少的一组所处温度（或pH）为最适温度（或pH）

[操作示例]

（1）探究酶的最适温度：

（2）探究酶的最适pH：

O2的产生速率

命题点

（一）　考查实验材料和实验试剂的选取

1．（2018·淄博模拟）为了探究温度、pH对酶活性的影响，下列实验设计最合理的是（　　）

实验编号

探究课题

选用材料与试剂

A

温度对酶活性的影响

过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液

B

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

C

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

D

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

[归纳拓展]　酶活性实验探究中的“三宜”“四不宜”

（1）若底物选择淀粉和蔗糖，用淀粉酶来验证酶的专一性时，检测底物是否被分解的试剂“宜”选用斐林试剂，“不宜”选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。

（2）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。

（3）在探究酶的适宜温度的实验中，“不宜”选择过氧化氢（H2O2）和过氧化氢酶作实验材料，因为过氧化氢（H2O2）在常温常压时就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。

（4）在探究pH对酶活性影响时，“宜”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。

命题点

（二）　考查实验操作过程及评价

2．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（　　）

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

3．（2012·大纲卷）某同学为了探究pH对人唾液淀粉酶活性的影响，设计了如下实验步骤：

①在A、B、C、D、E5支试管中分别加入pH5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的适宜浓度缓冲液5mL，再分别加入质量分数为1%的淀粉液1mL。

②各试管中分别加入适当浓度的唾液稀释液1mL，摇匀。

③将5支试管放入70℃恒温水浴中，保温时间相同且合适。

④取出各试管，分别加入斐林试剂2mL，摇匀。

⑤观察各试管溶液的颜色，通过颜色深浅判断唾液淀粉酶作用的最适pH。

上述实验步骤中有2处错误，请更正并说明更正的理由（不考虑试剂的浓度和加入量、pH梯度以及实验重复次数），以便实验能得到正确的预期结果。

（1）________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

[类题通法]　解答实验方案评价试题的一般思路

[典型图示]　用曲线模型表示影响酶促反应的因素

[问题设计]

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，受酶数量和酶活性限制，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正相关。

2．温度和pH与酶促反应速率的关系（图3）

（1）图3：

温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的；底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触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的变化不影响（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不改变（填“改变”或“不改变”）酶作用的最适pH。

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，反应物因被消耗而减少，生成物因积累而增多。

（3）t0～t1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。

t1～t2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0。

[对点落实]

4．图1中曲线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中曲线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。

下列分析正确的是（　　）

A．图1曲线a，甲点后，限制生成物的量不再增加的因素是酶的数量

B．图2中，酶减少后，图示酶促反应速率可用曲线f表示

C．分别在图2中取乙、丙点的速率值，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

5.（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）。

[类题通法]　“四看法”分析酶促反应曲线

[真题集训——验能力]

1．（2017·天津高考）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（　　）

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

C．T2后B增加缓慢是酶活性降低导致的

D．适当降低反应温度，T2值增大

2．（2013·全国卷Ⅱ）关于酶的叙述，错误的是（　　）

A．同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中

B．低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构

C．酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速度

D．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物

3．（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

4．（2013·安徽高考）细胞代谢受酶的调节和控制。

下列叙述正确的是（　　）

A．激素都是通过影响靶细胞内酶活性来调节细胞代谢的

B．代谢的终产物可反馈调节相关酶活性，进而调节代谢速率

C．同一个体各种体细胞酶的种类相同、数量不同，代谢不同

D．对于一个细胞来说，酶的种类和数量不会发生变化

5．（2016·江苏高考）过氧化物酶能分解H2O2，氧化焦性没食子酸呈橙红色。

为探究白菜梗中是否存在过氧化物酶，设计实验如下表。

下列相关叙述正确的是（　　）

管号

1%焦性没食子酸（mL）

2%H2O2

（mL）

缓冲液（mL）

过氧化物酶溶液（mL）

白菜梗提取液（mL）

煮沸冷却后的白菜梗提取液（mL）

1

2

2

2

－

－

－

2

2

2

－

2

－

－

3

2

2

－

－

2

－

4

2

2

－

－

－

2

A.1号管为对照组，其余不都是实验组

B．2号管为对照组，其余都为实验组

C．若3号管显橙红色，无须对照就能证明白菜梗中存在过氧化物酶

D．若4号管不显橙红色，可证明白菜梗中无过氧化物酶

6．（2015·重庆高考）小麦的穗发芽影响其产量和品质。

某地引种的红粒小麦的穗发芽率明显低于当地白粒小麦。

为探究淀粉酶活性与穗发芽率的关系，进行了如下实验。

（1）取穗发芽时间相同、质量相等的红、白粒小麦种子，分别加蒸馏水研磨、制成提取液（去淀粉），并在适宜条件下进行实验。

实验分组、步骤及结果如下：

　　　分组

步骤　　　

红粒管

白粒管

对照管

①

加样

0.5mL提取液

0.5mL提取液

C

②

加缓冲液（mL）

1

1

1

③

加淀粉溶液（mL）

1

1

1

④

37℃保温适当时间，终止酶促反应，冷却至常温，加适量碘液显色

显色结果

＋＋＋

＋

＋＋＋

＋＋

注：

“＋”数目越多表示蓝色越深

步骤①中加入的C是________，步骤②中加缓冲液的目的是________。

显色结果表明：

淀粉酶活性较低的品种是______；据此推测：

淀粉酶活性越低，穗发芽率越________。

若步骤③中的淀粉溶液浓度适当减小，为保持显色结果不变，则保温时间应________。

（2）小麦淀粉酶包括α淀粉酶和β淀粉酶，为进一步探究其活性在穗发芽率差异中的作用，设计了如下实验方案：

X处理的作用是使________。

若Ⅰ中两管显色结果无明显差异，且Ⅱ中的显色结果为红粒管颜色显著________白粒管（填“深于”或“浅于”），则表明α淀粉酶活性是引起这两种小麦穗发芽率差异的主要原因。

[课下检测——查缺漏]

一、选择题

1．（2018·赣州一模）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

2．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

3．核酶是一类具有催化功能的单链RNA分子，可降解特定的mRNA序列。

下列关于核酶的叙述，正确的是（　　）

A．核酶能将所有RNA单链降解，与脂肪酶有3种元素相同

B．核酶和脂肪酶都能与双缩脲试剂在常温下发生紫色反应

C．因核酶为单链RNA分子，所以核酶分子中一定不存在氢键

D．核酶在温度过高或过低条件下降低活化能的效果可能不同

4．下图表示某反应进行时，有酶参与和无酶参与的能量变化，则下列叙述正确的是（　　）

A．此反应为放能反应

B．曲线Ⅰ表示有酶参与

C．E2为反应前后能量的变化

D．酶参与反应时，所降低的活化能为E4

5．（2018·山西名校联考）现有三支试管甲、乙、丙，先向试管内加入2mL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

6．下图是某种酶催化底物发生反应的过程示意图，下列叙述错误的是（　　）

A．图示反应过程还有水的产生

B．该图能体现酶催化作用的专一性

C．底物与酶能否结合与酶的结构有关

D．酶在催化过程中的形状改变是不可逆的

7．（2017·南昌二模）某同学为了验证酶的相关特性及其作用底物情况进行了三组实验：

实验一，某大分子物质甲与酶1混合，可得到中间产物乙；实验二，某大分子物质甲与酶1和酶2混合，可得到小分子物质a；实验三，某大分子物质甲与酶2混合，不能得到中间产物乙及小分子物质a。

下列相关推理，错误的是（　　）

A．小分子物质a可能是大分子物质甲的基本组成单位

B．酶2的作用底物很可能是中间产物乙

C．由实验一和实验三可得出酶1具有专一性

D．由实验一、实验二和实验三不能得出酶具有高效性和温和性

8．下表是关于酶专一性的实验设计，下列相关叙述正确的是（　　）

步骤

1

2

3

4

5

注入淀

粉溶液

注入蔗

糖溶液

注入某种

酶溶液

注入斐林

试剂并水

浴加热

观察

现象

试管Ⅰ

2mL

－

2mL

2mL

A

试管Ⅱ

－

2mL

2mL

2mL

B

A．该实验的自变量是酶的种类，无关变量是底物的用量、反应温度等

B．步骤3只能选用新鲜的淀粉酶

C．若步骤3选用新鲜的淀粉酶，则现象A是产生砖红色沉淀，现象B是无砖红色沉淀

D．该实验还可以选用碘液作为检测试剂

9．如图表示在不同条件下，酶催化反应速率（或生成物量）的变化。

下列有关叙述错误的是（　　）

A．图①虚线可表示酶量增加一倍时，底物浓度和反应速率的关系

B．图②虚线可表示增加酶浓度而其他条件不变时，生成物量与反应时间的关系

C．图③不能表示在反应开始后的一段时间内，反应速率与时间的关系

D．若图②中的实线表示Fe3＋的催化效率，则虚线可表示过氧化氢酶的催化效率

10．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

11．（2018·湖南十三校联考）某同学欲通过如图所示的装置进行探究影响酶促反应速率因素的实验，下列分析正确的是（　　）

A．不同滤纸上分别附有等量过氧化氢酶、Fe3＋，可用于探究酶的专一性

B．酶促反应速率可用滤纸片从烧杯底部到浮出液面的时间（即t3－t2）来表示

C．可通过设置不同温度的过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响

D．为了提高实验的准确性，每个烧杯中需放置多个滤纸片

12．在三支试管中加入等量的质量分数为5%的过氧化氢溶液，再分别加入适量的二氧化锰、新鲜猪肝研磨液、唾液，一段时间后测得底物含量变化如图所示。

则下列叙述错误的是（　　）

A．曲线乙表示二氧化锰的催化作用，曲