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51酶导学案及练习题
基础课时案8 酶的本质及特性
2016备考·最新考纲
1.酶在代谢中的作用(Ⅱ)。
2.探究影响酶活性的因素。
一、酶的本质和作用
1.酶的本质及作用
化学本质
绝大多数是蛋白质
少数是RNA
合成原料
氨基酸
核糖核苷酸
合成场所
核糖体
主要是细胞核
来源
一般来说,活细胞都能产生酶
生理功能
具有催化作用
作用原理
降低化学反应的活化能
2.比较过氧化氢在不同条件下的分解
变量分析:
3.实验成功的3个关键点
(1)实验时必须用新鲜的(刚从活的动物体中取出的)肝脏作实验材料(肝脏如果不新鲜,肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生细菌的作用下分解,使组织中酶分子的数量减少且活性降低)。
(2)实验中使用肝脏的研磨液,可以加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中过氧化氢的接触面积,从而加速过氧化氢的分解。
(3)滴加氯化铁溶液和肝脏研磨液时不能共用一支滴管,(因为酶的催化效率具有高效性,少量酶带入FeCl3溶液中就会影响实验结果的准确性,甚至使人产生错觉,作出错误的判断)。
4.酶本质的探索(连一连)
5.酶的特性
(1)高效性:
催化效率约是无机催化剂的107~1013倍。
(2)专一性:
每一种酶只能催化某一种或一类化学反应。
(3)作用条件较温和:
在最适温度和pH条件下,酶的活性最高。
高温、过酸、过碱会使酶的空间结构遭到破坏而失活;低温条件下酶的活性很低,但空间结构稳定。
深度思考
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,请思考:
(1)甲、乙两种酶的化学本质是否相同?
(2)乙酶活性改变的机制是什么?
提示
(1)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。
二、酶作用相关图像及曲线解读
1.酶高效性曲线解读
(1)如图表示未加催化剂时,生成物浓度随时间的变化曲线,请在图中绘出加酶和加无机催化剂的条件时的变化曲线。
(2)由曲线可知:
酶比无机催化剂的催化效率更高;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。
因此,酶不能(“能”或“不能”)改变最终生成物的量。
(3)酶只能催化已存在的化学反应。
2.表示酶专一性的图像和曲线解读
(1)图像
①图中A表示酶,B表示被催化的底物,E、F表示B被分解后产生的物质,C、D表示不能被酶催化的物质。
②酶和被催化的反应物分子都有特定的结构。
(2)曲线
①在A反应物中加入酶A,反应速率较未加酶时明显加快,说明酶A能催化底物A的反应。
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不能催化底物A的反应。
3.影响酶活性的曲线解读
(1)分析图A、B可知,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。
(2)分析图A、B中曲线的起点和终点可知:
过酸、过碱、高温都会使酶失去活性,而低温只是使酶的活性降低。
前者都会使酶的空间结构遭到破坏,而后者并未破坏酶的分子结构。
深度思考
(1)分析上图C中的曲线,反应溶液中pH的变化是否会影响酶作用的最适温度呢?
(2)若将上图A图中的横坐标改为底物浓度或酶浓度,曲线又该如何绘制?
请在下面的坐标系中绘出。
提示
(1)不会
(2)
考点一 酶的本质及作用
[典例引领]
【典例1】(2014·福建理综,1)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 大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA,核糖体是由蛋白质和rRNA组成的,用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质后,核糖体中只剩下RNA成分,因此,由题中信息“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”可说明催化该反应的物质是RNA,故C正确,A、B、D错误。
答案 C
【典例2】(2011·海南单科,14)关于酶的叙述,正确的是( )
A.酶提供了反应过程所必需的活化能
B.酶活性的变化与酶所处环境的改变无关
C.酶结构的改变可导致其活性部分或全部丧失
D.酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸
解析 酶催化作用的机理是降低了反应的活化能;酶所处环境中温度和pH的改变会影响酶的活性;酶结构的改变可导致其活性部分或全部丧失;酶分子完成催化作用后其数量和化学性质均不发生改变。
故C正确。
答案 C
深度思考
对于酶、激素、神经递质而言,哪些在发挥作用后应立即降解或转移?
提示 激素和神经递质发挥作用后应立即降解(神经递质也可被转移至突触前膜内重新利用),酶在反应前后数量及性质不变。
1.明确酶的正确理解与错误说法
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红细胞等)
化学本质
蛋白质
有机物(大多数为蛋白质,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
酶只具有催化作用
来源
有的可来源于食物等
酶只在生物体内合成
2.酶的作用机理
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。
3.比较酶与激素
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
共性
①均具有微量、高效性②均具一定的特异性
[跟进题组]
1.下列有关酶的叙述正确的是( )
A.酶的基本组成单位是氨基酸或脱氧核苷酸
B.酶提供了反应过程中所必需的活化能,从而提高化学反应速率
C.酶结构的改变可导致其活性部分或全部丧失
D.线粒体中有催化葡萄糖分解的酶
解析 酶的化学本质为蛋白质或RNA,其基本组成单位为氨基酸或核糖核苷酸;酶对酶促反应的作用机制是降低反应的活化能,而不是提供活化能;酶的功能是由酶的结构决定的,其结构改变可导致其活性部分或全部丧失;线粒体内没有催化葡萄糖分解的酶。
答案 C
2.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值条件下,最适合酶的保存
解析 不同的细胞可以合成相同的酶,例如呼吸酶,一种激素可以作用于多种不同的靶细胞,例如甲状腺激素,A错;酶和激素发挥作用时均需要与特定物质结合,B正确;酶只能降低活化能,不能提供活化能,C错;酶的保存应降低其活性,在低温条件下,D错。
答案 B
考点二 酶的作用特性及相关曲线分析
[典例引领]
【典例1】如图是某种酶催化某二糖的水解过程示意图。
据图分析下列说法正确的是( )
A.该过程可以表示麦芽糖的水解
B.反应前后酶的化学性质没有发生改变
C.该酶也可以催化其他二糖的水解
D.该反应过程中的酶只能利用一次
解析 由图可知,该二糖由两种不同的单糖构成,可能是蔗糖或乳糖。
反应前后酶的化学性质没有发生改变,可以重复利用。
酶具有专一性,该酶一般不能催化其他二糖的水解。
答案 B
【典例2】下列描述酶的特性和作用机理的曲线,正确的是( )
解析 纵坐标为反应速率,而非酶活性,所以A项曲线左侧与X轴不应有交点,A错误;反应速率与酶浓度应成正比(底物足量),B错误;当底物为零时,反应速率也应为零,C错误;酶能降低化学反应的活化能,D正确。
答案 D
“四看法”分析酶促反应曲线
[跟进题组]
1.如图1为温度对酶促反应速率的影响示意图,图2的实线表示在温度为a的条件下生成物量与时间的关系。
则图2中可表示当温度提高一倍时生成物量与时间的关系的曲线是( )
A.曲线1B.曲线2
C.曲线3D.曲线4
解析 从图1可以看出,当温度由a变为2a时,酶促反应速率提高,所以能在更短的时间内达到反应的平衡点。
答案 B
2.某生物小组用某种酶进行了三组实验,有关实验的结果如图所示,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 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。
答案 C
题组一 全国课标卷高考集锦
1.(2013·新课标全国高考Ⅱ,6)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
解析 低温抑制酶的活性,在一定范围内,当温度回升后,酶的活性可以恢复,但酶的空间结构一旦被破坏,其活性将无法恢复,低温没有破坏酶的空间结构。
答案 B
2.(2013·课标全国理综Ⅱ,29)已知大麦在萌发过程中可以产生α淀粉酶,用GA(赤霉素)溶液处理大麦可使其不用发芽就产生α淀粉酶。
为验证这一结论,某同学做了如下实验。
试管号
GA溶液
缓冲液
水
半粒种子10个
实验步骤
实验结果
步骤1
步骤2
1
0
1
1
带胚
25℃保温24h后去除种子,在各试管中分别加入1mL淀粉液
25℃保温10min后各试管中分别加入1mL碘液,混匀后观察溶液颜色深浅
++
2
0
1
1
去胚
++++
3
0.2
1
0.8
去胚
++
4
0.4
1
0.6
去胚
+
5
0.4
1
0.6
不加种子
++++
注:
实验结果中“+”越多表示颜色越深,表中液体量的单位均为mL。
回答下列问题。
(1)α淀粉酶催化______________水解可生成二糖,该二糖是__________________。
(2)综合分析试管1和2的实验结果,可以判断反应后试管1溶液中的淀粉量比试管2中的________,这两支试管中淀粉量不同的原因是________。
(3)综合分析试管2、3和5的实验结果,说明在该实验中GA的作用是__________________________________。
(4)综合分析试管2、3和4的实验结果,说明____________________。
解析
(1)酶具有专一性,α-淀粉酶催化淀粉水解成麦芽糖。
(2)淀粉与碘反应变成蓝色,颜色越浅,说明淀粉越少,1号和2号试管中淀粉量不同是因为1号试管中的种子带胚,能产生GA,使大麦种子产生α-淀粉酶。
(3)2号试管不加GA,去胚,淀粉不水解,3号试管加入GA,去胚,淀粉水解,5号试管加GA,无种子,淀粉不水解,三者比较说明GA溶液处理大麦种子能产生α-淀粉酶,促使淀粉水解。
(4)2号、3号和4号试管的实验结果比较,颜色逐渐变浅,说明GA浓度越高,大麦种子产生的α-淀粉酶越多。
答案
(1)淀粉 麦芽糖
(2)少 带胚的种子保温后能够产生α-淀粉酶,使淀粉水解 (3)诱导种子生成α-淀粉酶 (4)GA溶液浓度高对α-淀粉酶的诱导效果好
题组二 其他各省市高考选萃
3.(2014·重庆理综,5)下图为乙醇在人体内主要的代谢过程。
下列相关叙述,正确的是( )
A.乙醇转化为乙酸发生的氧化反应,均由同一种氧化酶催化
B.体内乙醇浓度越高,与乙醇分解相关的酶促反应速率越快
C.乙醇经代谢产生的[H]可与氧结合生成水,同时释放能量
D.正常生理情况下,人体分解乙醇的速率与环境温度呈正相关
解析 本题考查酶促反应的特点和细胞代谢。
酶具有专一性,乙醇转化为乙醛、乙醛转化为乙酸是由不同的氧化酶催化的,A项错误;人体内催化乙醇分解的酶不是无限多的,所以该酶促反应的速率不会随底物(乙醇)浓度的增高而一直加快,B项错误;乙醇经代谢产生的[H]可与氧结合生成水,同时释放能量,C项正确;正常生理情况下,人体体温相对稳定,人体内分解乙醇的酶促反应速率相对稳定,不会与环境温度呈正相关,D项错误。
答案 C
4.(2013·安徽理综,2)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
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
解析 激素通过作用于靶细胞内外的受体,从而使细胞的基因表达以及生理状态发生变化,起到调控的作用,A项错误。
同一个体不同的体细胞中,酶的种类、数量可能不同,进而导致代谢不同,如胰岛B细胞中含有催化胰岛素合成的酶,而胰岛A细胞中含有催化胰高血糖素合成的酶,C项错误。
对于一个细胞来说,不同时期细胞内酶的种类和数量也会发生变化,如哺乳动物未成熟的红细胞有线粒体,含有与有氧呼吸有关的酶;成熟后线粒体消失,与有氧呼吸有关的酶也随之消失,D项错误。
答案 B
5.(2012·福建理综,26)大菱鲆是我国重要的海水经济鱼类。
研究性学习小组尝试对大菱鲆消化道中蛋白酶的活性进行研究。
图1
(1)查询资料得知,18℃时,在不同pH条件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶活性如图1。
由图可知,在各自最适pH下,三种蛋白酶催化效率最高的是________。
(2)资料表明大菱鲆人工养殖温度常年在15~18℃之间。
学习小组假设:
大菱鲆蛋白酶的最适温度在15~18℃间。
他们设置15℃、16℃、17℃、18℃的实验温度,探究三种酶的最适温度。
①探究实验中以干酪素为底物。
干酪素的化学本质是________,可用________试剂鉴定。
②胃蛋白酶实验组和幽门盲囊蛋白酶实验组的pH应分
别控制在________。
③为了控制实验温度,装有酶和底物的试管应置于________中以保持恒温。
单位时间内________可以表示蛋白酶催化效率的高低。
④实验结果如图2,据此能否确认该假设成立?
________。
理由是:
_______________________________。
图2
(3)研究还发现大菱鲆消化道淀粉酶和脂肪酶含量少、活性低,所以人工养殖投放的饲料成分中要注意降低________的比例,以减少对海洋的污染。
解析
(1)分析图可知,在各自最适pH下,幽门盲囊蛋白酶活性最高,故其催化效率最高。
(2)酶具有专一性,蛋白酶的作用底物只能是蛋白质。
由图1可知胃蛋白酶最适pH为2,幽门盲囊蛋白酶最适pH为8。
实验中为了控制温度常用水浴保持恒温。
酶催化效率的高低常用单位时间内底物消耗量或产物生成量来表示。
图2显示随着温度的提高,酶的活性逐渐升高,酶活性峰值并未出现,故学习小组作出的“大菱鲆蛋白酶的最适温度在15~18℃间”的假设不成立。
(3)大菱鲆消化道中淀粉酶和脂肪酶含量少,活性低,故应减少饲料中淀粉和脂肪的比例。
答案
(1)幽门盲囊蛋白酶
(2)①蛋白质 双缩脲 ②2和8 ③水浴 底物消耗量(或产物生成量) ④不能 据图可知随着温度提高酶活性逐步升高,酶活性峰值未出现
(3)淀粉、脂肪
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