高中生物一輪復習：降低化學反應活化能的酶

第1節(jié)降低化學反應活化能的酶高中生物一輪復習：第5章細胞的能量供應和利用第1節(jié)降低化學反應活化能的酶第1課時酶的作用和本質(zhì)內(nèi)容標準要求核心素養(yǎng)對接學業(yè)質(zhì)量水平1.概述酶的作用和本質(zhì)。2.通過對有關酶實驗的分析，學會控制變量和設計對照實驗。1.生命觀念——結(jié)構(gòu)與功能觀：酶的功能是由其獨特的空間結(jié)構(gòu)決定的。水平一2.科學探究——實驗思路及設計：能夠根據(jù)實驗目的，設計比較過氧化氫在不同條件下的分解實驗，分析結(jié)果得出結(jié)論。水平二活細胞酶在代謝中的作用研讀教材·梳理探究———————————————知識梳理———————————————一、酶在細胞代謝中的作用1.剖析細胞代謝的概念(1)場所：________內(nèi)。(2)實質(zhì)：各種化學反應的總稱。

細胞中的能量釋放、儲存和利用，都必須通過化學反應來實現(xiàn)(3)意義：細胞_____________的基礎。生命活動2.比較過氧化氫在不同條件下的分解(1)實驗原理：Fe3＋過氧化氫酶(2)實驗過程和現(xiàn)象：試管編號加入物質(zhì)處理現(xiàn)象12mLH2O2溶液加2滴蒸餾水基本無氣泡產(chǎn)生22mLH2O2溶液加2滴

溶液________________32mLH2O2溶液加2滴肝臟研磨液________________FeCl3每滴溶液中Fe3＋數(shù)大約是每滴肝臟研磨液中過氧化氫酶分子數(shù)的25萬倍。有較多氣泡產(chǎn)生有大量氣泡產(chǎn)生———————————————素養(yǎng)提升———————————————科學探究——比較過氧化氫在不同條件下的分解下圖為比較過氧化氫在不同條件下的分解的實驗，探討下列問題：(1)實驗材料的選擇和處理①實驗中使用的肝臟為什么必須是新鮮的？提示新鮮肝臟細胞中過氧化氫酶活性較高。②實驗中為什么把肝臟制備成肝臟“研磨液”？提示制成肝臟研磨液會增大酶與過氧化氫的接觸面積，加快分解速率。③實驗中滴加FeCl3溶液和肝臟研磨液的滴管能否混用？為什么？提示不能。因為酶具有高效性，少量的酶帶入FeCl3溶液會干擾實驗結(jié)果。(2)實驗過程和結(jié)果分析①實驗中可用哪些方法檢測過氧化氫分解的速率大小？提示a.氣泡目測法：可以通過反應時單位時間內(nèi)產(chǎn)生氣泡的多少來判定H2O2分解速率的大小。b.衛(wèi)生香復燃法：可以通過帶火星的衛(wèi)生香復燃劇烈程度來判定H2O2分解速率的大小。②第一組和第二組對照、第一組和第三組對照，可得出什么結(jié)論？提示

FeCl3及過氧化氫酶都可以促進H2O2的分解，說明FeCl3和過氧化氫酶都具有催化作用。③第二組和第三組對照，可得出什么結(jié)論。提示過氧化氫酶催化H2O2分解的效率高于FeCl3，說明酶具有高效性。(3)實驗變量控制無機催化劑(FeCl3)和過氧化氫酶產(chǎn)生氣泡數(shù)目多少溫度新鮮程度[典例1]

在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗中，對實驗的處理如下表所示。下列有關分析不正確的是(

)試管組別實驗處理加入體積分數(shù)為3%的過氧化氫溶液/mL溫度加入試劑試管12常溫

試管2290__℃

試管32常溫2滴質(zhì)量分數(shù)為3.5%的FeCl3溶液試管42常溫2滴質(zhì)量分數(shù)為20%的肝臟研磨液A.上表實驗處理研究了溫度和催化劑種類兩個自變量對比四支試管處理方式，分析其“不同之處”則為該實驗的“自變量”，而實驗結(jié)果的不同是由該變量引起的B.試管2中沒有加入任何試劑，應為空白對照組

C.試管4和試管1形成對照，可說明酶具有催化作用

D.若要研究生物催化劑與無機催化劑的差別，可選用實驗組合試管3和試管4解析分析表格數(shù)據(jù)可知，試管1和試管2的變量為溫度，試管3和試管4的變量為催化劑種類，即溫度和催化劑種類均是自變量；試管2雖沒有添加任何試劑，但是溫度與試管1不同，因此試管2也是實驗組；試管1和試管4的不同點為是否添加了酶，二者對照可以證明酶具有催化作用；試管3和試管4的不同點是催化劑的種類(酶或無機催化劑)。答案

B[變式訓練1]

在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗中，把新鮮肝臟制成研磨液的目的是(

) A.保護過氧化氫酶 B.有利于過氧化氫酶與反應物的接觸 C.提高過氧化氫酶的活性 D.有利于對實驗結(jié)果的觀察

解析

研磨可破壞肝細胞，使細胞內(nèi)的H2O2酶充分釋放出來，以增大與反應物的接觸面積。

答案

B聯(lián)想質(zhì)疑★畢希納將酵母細胞研磨后，過濾得不含酵母細胞的提取液：在這些提取液中加入葡萄糖，一段時間后，發(fā)現(xiàn)糖液發(fā)酵變成了酒?！飳嶒炞C明酶的高效性。界定對照組與實驗組對照組：未施加實驗變量的組(如本題第一組)；實驗組：施加了變量處理的組(如本題第二、第三組)；進行對照實驗時必須保持實驗組與對照組間單一變量(欲探究的變量)，其他因素均適宜且相同。90℃高溫可為H2O2分子輔助提供能量，“如同汽車加了油門”。1.訓練1中，過氧化氫酶在反應前后有變化嗎？提示：酶在化學反應前后的數(shù)量和性質(zhì)均不改變。2.如果增加過氧化氫酶的數(shù)量，最終產(chǎn)生的氣體總量會怎樣？提示：不變常態(tài)酶的作用原理和本質(zhì)———————————————知識梳理———————————————1.酶的作用原理 (1)活化能：分子從_______轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的_______狀態(tài)所需要的能量。 (2)原理：同無機催化劑相比，酶_____________的作用更顯著，因而催化效率更高。 (3)意義：使細胞代謝能在_______條件下快速進行。2.酶的本質(zhì) (1)合成場所：

________中。 (2)化學本質(zhì)：絕大多數(shù)是________，極少數(shù)是_______?；钴S降低活化能溫和活細胞蛋白質(zhì)RNA———————————————素養(yǎng)提升———————————————科學探究——酶的作用原理和本質(zhì)下圖兩條曲線分別代表某化學反應在有酶催化和無催化劑的反應曲線，結(jié)合曲線探究以下問題：對酶在細胞代謝中作用的理解(1)酶只能催化熱力學上允許進行的反應。(2)酶通過降低活化能加快化學反應速率。(3)酶只提高化學反應速率，縮短反應時間，不會改變化學平衡位置。(4)在反應前后，酶的化學性質(zhì)和數(shù)量將保持不變。(1)描述下列線段代表的含義：AC：_____________________________________。BC：

_____________________________________。AB：

________________________________。(2)若將酶變?yōu)闊o機催化劑，則B在縱軸上向____移動。用加熱的方法不能降低活化能，但會提供反應所需的_______。無催化劑時化學反應需要的活化能有酶催化時化學反應需要的活化能酶催化所降低的活化能上能量[典例2]

下列關于酶的敘述中正確的一項是(

)①酶是活細胞產(chǎn)生的②酶都有消化功能③酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)都是酶④酶能夠降低化學反應的活化能⑤淀粉酶能促進淀粉水解⑥酶只有在生物體內(nèi)才起催化作用A.①②③

B.①②④

C.①②④⑤

D.①④⑤解析

②有些酶可以促進物質(zhì)的合成，不具有消化功能，②錯誤；③酶是蛋白質(zhì)或RNA，蛋白質(zhì)不一定是酶，③錯誤；⑥只要條件適宜，酶在生物體外也可催化相應的化學反應，⑥錯誤。答案

D[變式訓練2]

當某種RNA存在時，生物體內(nèi)的某種化學反應能正常進行，當這種RNA被有關的酶水解后，此種化學反應的速率便慢了下來。由此可以說明(

) A.RNA是核酸的一種B.RNA也可起生物催化劑的作用 C.RNA主要存在于細胞質(zhì)中D.RNA是該種生物的遺傳物質(zhì)

解析

根據(jù)題意分析可知，RNA能催化化學反應，是一種生物催化劑。

答案

B【歸納概括】酶的本質(zhì)化學本質(zhì)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)少數(shù)是RNA合成原料氨基酸核糖核苷酸合成場所核糖體細胞核(主要)來源一般活細胞中均能產(chǎn)生生理功能具有生物催化功能聯(lián)想質(zhì)疑★大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA?！锩傅淖饔脵C理：猶如汽車走隧道其耗能減少。巧記酶概念的“二、一、一、一”1.活細胞是否都產(chǎn)生酶？提示：不是，比如哺乳動物成熟的紅細胞。2.酶能否在細胞外起作用？提示：能，如消化酶。課堂小結(jié)催化活化能第2課時酶的特性和影響酶活性的條件內(nèi)容標準要求核心素養(yǎng)對接學業(yè)質(zhì)量水平1.分析酶的高效性和專一性。2.探究影響酶活性的條件。3.分析影響酶促反應的條件。1.生命觀念——建立模型：通過建立溫度、pH對酶活性的影響等數(shù)學模型，理解影響的規(guī)律和實質(zhì)。水平二2.科學探究——實驗思路及設計：合理設計探究溫度、pH對酶活性影響的實驗步驟，規(guī)范實施實驗，探究影響的規(guī)律。水平三酶的特性研讀教材·梳理探究———————————————知識梳理———————————————酶的特性(連線)答案

①—b

②—c

③—a———————————————素養(yǎng)提升———————————————科學探究1——酶的高效性和專一性有比較才有鑒別，所謂“高效”必須與無機催化劑相比。1.下圖分別表示酶高效性和專一性的曲線，請分析(1)根據(jù)圖1，酶和無機催化劑相比，有什么共同點和不同點？提示酶和無機催化劑都只能縮短達到化學平衡所需要的時間，不能改變化學反應的平衡點。與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。(2)根據(jù)圖2分析：在A反應物中加入酶A，反應速率較未加酶時明顯加快，而加入酶B，反應速率和未加酶時相同，這說明什么？提示酶A能催化反應物A反應，酶B不能催化反應物A反應，酶的作用具有專一性。2.酶的專一性特點模式圖(1)蔗糖酶只能水解蔗糖的原因是什么？提示原因是蔗糖酶的活性部位只能與蔗糖分子的空間結(jié)構(gòu)相匹配。(2)酶能否增加產(chǎn)物的產(chǎn)生量？提示不能，酶只能加快反應速率，不能改變化學反應平衡點。3.為了驗證酶的專一性，某同學設計了下表，請補充完整步驟1淀粉＋淀粉酶蔗糖＋淀粉酶2加入等量____________，并水浴加熱相同時間現(xiàn)象出現(xiàn)磚紅色沉淀_______________________結(jié)論酶具有專一性斐林試劑沒有出現(xiàn)磚紅色沉淀[典例1]

為了證明酶的作用具有專一性，某同學設計了如下5組實驗，分別選擇一定的試劑進行檢測，合理的實驗方案是(

)組別①②③④⑤酶蛋白酶蛋白酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶反應物蛋白質(zhì)淀粉蛋白質(zhì)淀粉麥芽糖A.①和③對比，用雙縮脲試劑檢測

用碘液檢測

用斐林試劑檢測B.②和④對比，C.④和⑤對比，雙縮脲試劑檢驗蛋白質(zhì)或多肽，碘液檢測淀粉，斐林試劑檢測還原性糖。D.③和④對比，用斐林試劑檢測解析蛋白酶和淀粉酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，①和③對比，加入雙縮脲試劑都會變紫色，A錯誤；②和④對比，自變量是酶的種類，可用碘液檢測，B正確；麥芽糖和其水解產(chǎn)物葡萄糖都屬于還原性糖，故不能用斐林試劑檢測麥芽糖是否發(fā)生了水解反應，C錯誤；斐林試劑不能檢測蛋白質(zhì)是否水解，D錯誤。答案

B[典例2]

我國科學家研制出了能成功檢測SARS病毒的酶聯(lián)免疫試劑，專用于“非典”的快速診斷。此試劑具有準確、靈敏、快速、方便和經(jīng)濟等優(yōu)點，一個測試板可同時檢測96個樣品，1小時左右獲得檢測結(jié)果。它應用的是(

)“準確、靈敏、快速”是該題

的“題眼”A.酶的高效性和專一性原理B.酶的專一性原理C.酶的識別原理D.酶的高效性解析該測試板專門用于“非典”的快速診斷，說明酶具有專一性；一個測試板可同時檢測96個樣品，1小時左右獲得檢測結(jié)果，說明酶具有高效性。答案

A科學探究2——溫度對酶活性的影響探究溫度對酶活性的影響：某同學設計了探究溫度對酶活性的影響實驗，有0℃、60℃、100℃三組，下圖只顯示了部分裝置，請回答問題：(1)該實驗的自變量是什么？實驗需要不需要保持酶的最適pH條件？pH在該實驗中屬于什么變量？當研究溫度對酶活性的影響時，溫度是自變量，pH等能夠影響酶活性的其他因素屬于無關變量，在實驗時一定要遵循無關變量保持相同且適宜。提示該實驗的自變量是溫度。該實驗需要在酶的最適pH條件下進行，pH在該實驗中屬于無關變量。(2)該實驗為什么要將底物和酶溶液的溫度控制到預設的溫度后再混合？在探究溫度和pH對酶活性的影響實驗時，不能先將酶和反應物混合后再分別放置在不同條件下處理，原因是酶具有高效性，把酶和反應物混合后就會立即發(fā)生催化反應。提示使每一組實驗嚴格在預設的溫度下進行，如果先將底物和酶混合后再控制溫度，每一組實驗的溫度是變化的，降低了實驗的說服力。(3)預期結(jié)果和結(jié)論：①結(jié)果預測：0℃：________，60℃：________，100℃：________②實驗結(jié)論：_________________________________________________________。提示

①變藍無明顯變化變藍②酶的催化需要適宜的溫度，高于或低于最適溫度酶的活性都會降低，甚至失活[變式訓練]

下表為某探究實驗的步驟，請分析并回答下列問題：序號加入試劑或處理方法試管ABCabc1可溶性淀粉溶液2mL2mL2mL///新鮮唾液淀粉酶溶液///1mL1mL1mL2保溫5min37℃80℃0℃37℃80℃0℃3將a液加入到A試管中，b液加入到B試管中，c液加入到C試管中，搖勻4保溫5min37℃80℃0℃

5滴入碘液，搖勻2滴2滴2滴6觀察現(xiàn)象并記錄

(1)此探究實驗的課題名稱是________。(2)在此實驗中，因變量是用________檢測的。A、B、C三支試管中，________試管中酶的活性最高。(3)實驗結(jié)束后，將B試管所處溫度降到唾液淀粉酶的適宜溫度，現(xiàn)象是______________________________________________________________________________。(4)有人建議用淀粉酶探究溫度對酶活性的影響，用過氧化氫酶探究pH對酶活性的影響，而不能將實驗所用酶互換，試說明提出此建議的理由：______________________________________________________________________________________。解析(1)從表中信息可知，溫度是自變量，所以本實驗探究的是溫度對酶活性的影響。(2)可溶性淀粉在唾液淀粉酶的作用下可被分解為還原糖。淀粉遇碘變藍，還原糖遇碘顏色不發(fā)生變化，所以可用碘液來檢測因變量。唾液淀粉酶的最適溫度是37℃，所以A試管中酶的活性最高。(3)實驗時，B試管所處的溫度為80℃，此時酶已失活，實驗結(jié)束后，將B試管所處溫度降到唾液淀粉酶的適宜溫度，酶的活性不會恢復，故B試管中的現(xiàn)象是沒有發(fā)生變化。答案(1)探究溫度對酶活性的影響(2)碘液A

(3)沒有變化(4)酸能催化淀粉水解，過氧化氫隨溫度升高分解加快，這些因素都會對實驗結(jié)果造成干擾聯(lián)想質(zhì)疑酶的活性部位必須與底物分子的空間結(jié)構(gòu)相匹配，才能催化該反應——此即酶的專一性，這猶如一把鑰匙開一把鎖探究酶的高效性的實驗設計思路實驗組：底物＋生物催化劑(酶)→底物分解速率(或產(chǎn)物形成的速率)對照組：底物＋無機催化劑→底物分解速率(或產(chǎn)物形成的速率)★唾液淀粉酶具有高效性探究酶專一性的實驗設計思路在探究影響酶活性的條件時，酶活性大小通常以單位時間內(nèi)底物的消耗量或產(chǎn)物的生成量來表示。催化效率酶活性及其影響條件———————————————知識梳理———————————————1.酶活性在酶促反應中，酶的___________。2.影響酶活性的條件(1)溫度酶促反應速率最高時的溫度稱為酶促反應的___________，低于或高于這一溫度都會使反應速率降低。最適溫度(2)pH酶表現(xiàn)出______________時的pH稱為酶的最適pH。pH對酶活性的影響是通過改變酶的活性中心等發(fā)揮作用的(3)酶失活的原因①外因：_________________；②內(nèi)因：

________________。最高反應速率高溫、過酸、過堿空間結(jié)構(gòu)被破壞———————————————素養(yǎng)提升———————————————科學思維——分析影響酶促反應速率的因素1.溫度和pH對酶活性的影響甲、乙兩圖分別是溫度和pH對酶活性影響的數(shù)學模型，分析比較甲、乙兩圖。(1)分析兩曲線的起點。甲圖起點酶活性不為0的原因是______________________________________________________________________________________________________________；乙圖起點酶活性為0的原因是_______________________________________________________________________________________________________________。

(2)分析甲圖曲線不同區(qū)段隨溫度的變化酶活性是如何變化的。A～B段：______________；

B～C段：______________。(3)乙圖曲線中，若酶起始條件的pH為1.5，則將pH調(diào)至其最適pH下，該酶活性如何變化？_______________________________________________________。提示(1)低溫僅僅降低酶的活性但不會使酶失活pH過低(或強酸)會使酶失活(2)逐漸提高逐漸降低(3)不發(fā)生改變，因為在pH為1.5時酶已經(jīng)失活。2.底物濃度和酶濃度對酶促反應的影響(1)甲圖中在其他條件適宜、酶濃度一定的情況下，酶促反應速率隨底物濃度的改變怎樣變化？

(2)分析甲圖曲線不同區(qū)段限制酶促反應速率的因素。

A～B段限制因素：________；B點以后穩(wěn)定階段限制因素：________。(3)乙圖中在底物充足、其他條件適宜的情況下，酶促反應速率隨酶濃度如何變化？提示(1)一定范圍內(nèi)，隨著底物濃度的增大酶促反應速率逐漸加快，當達到一定底物濃度時，反應速率不再增加。(2)底物濃度酶濃度(酶數(shù)量)(3)反應速率隨酶濃度的增加而增加。[典例3]

為了研究溫度對某種酶活性的影響，設置三個實驗組：A組(20℃)、B組(40℃)和C組(60℃)，測定各組在不同反應時間內(nèi)的產(chǎn)物濃度(其他條件相同)，結(jié)果如圖?；卮鹣铝袉栴}：(1)三個溫度條件下，該酶活性最高的是________組。(2)在時間t1之前，如果A組溫度提高10℃，那么A組酶催化反應的速度會________。(3)如果在時間t2時，向C組反應體系中增加2倍量的底物，其他條件保持不變，那么在t3時，C組產(chǎn)物總量________，原因是_______