降低化学反应活化能的酶.docx
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降低化学反应活化能的酶
1．涵盖范围
本单元包括必修1第五章内容，即与能量供应和利用密切相关的两类重要物质——酶和ATP；两种重要的生理过程——光合作用和细胞呼吸。
2．考情分析
（1）考查力度：
重点必考内容，所占分值比重较大。
（2）考查内容
①酶与ATP
a．通过与无机催化剂相比，理解酶的特性。
结合图文转换，分析影响酶活性的曲线、图表等。
b．掌握ATP的结构，比较不同生物中ATP合成途径的不同。
②光合作用与细胞呼吸
a．运用图文结合法使光合作用与细胞呼吸的场所、物质变化的关系形象化、直观化，便于理解和记忆。
b．以图表、曲线形式表示环境因素对光合作用和细胞呼吸的影响，强化坐标曲线的分析，关注曲线特殊点和线段的意义，掌握分析曲线的规律方法。
c．归纳有关光合作用和细胞呼吸的实验设计的规律方法，注重实验过程中实验变量的确定与控制，以及实验预测、推断及相关结论分析。
（3）考查题型
①选择题考查某些小的考点，如ATP的分子结构、酶的本
质及特性等。
②简答题以图解、曲线、计算的形式考查两大生理过程。
③实验题考查酶活性、光合作用和细胞呼吸的影响因素。
3．复习指导
（1）复习线索
以上述能量的转化过程为线索，系统复习光合作用、细胞呼吸过程并辐射ATP和酶的有关知识。
②CO2＋H2O
O2＋（CH2O）酶,CO2＋H2O＋能量
以物质的合成与分解为主线，将光合作用与细胞呼吸有机联系起来进行复习。
（2）复习方法
①图解法：
光合作用、细胞呼吸过程图
解以及与叶绿体、线粒体结构模式图有机结合。
②比较法：
列表比较光合作用和细胞呼吸、光反应和暗反应、有氧呼吸和无氧呼吸等。
③实践联系：
光合作用、细胞呼吸原理在实践中的应用。
第9讲 降低化学反应活化能的酶
[考纲要求] 1.酶在代谢中的作用（Ⅱ）。
2.实验：
（1）比较过氧化氢在不同条件的分解;
（2）探究影响酶活性的因素。
一、酶的作用与本质
1．酶催化作用的原理：
降低化学反应的活化能。
2．酶的概念
判一判
（1）酶在生物体内有催化和调节作用（ × ）
（2）酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质（ × ）
（3）酶催化作用的实质是提高化学反应的活化能，使化学反应顺利进行（ × ）
（4）细胞质中没有作用于DNA的解旋酶（ × ）
提示 在叶绿体、线粒体中含有，而叶绿体、线粒体都属于细胞质。
（5）细胞质基质中有催化葡萄糖分解的酶（ √ ）
3．酶本质的探索（连一连）
二、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。
[解惑] 酶与无机催化剂的相同之处：
（1）化学反应前后数量和性质不变。
（2）加快化学反应的速度，缩短达到平衡的时间，但不能改变平衡点。
（3）都能降低化学反应的活化能。
[巧记] 酶的来源与特性：
活细胞内来合成，降低化能是本领，高效专一需温和，催化反应属它行。
考点一 聚焦酶的本质、作用和特性
结合教材完善下表内容
项目
内容
解读
化学本质
绝大多数是蛋白质，少数是RNA
合成原料为氨基酸或核糖核苷酸
产生部位
活细胞
（1）由活细胞产生（哺乳动物成熟的红细胞除外）
（2）合成场所：
核糖体或细胞核
（3）作用场所：
细胞内、细胞外或体外
生理功能[来源:
Zxxk.Com]
催化作用
反应前后其本身的量和化学性质不变
作用机理
降低化学反应的活化能
使反应在温和条件下快速进行
酶的特性[来源:
学*科*网Z*X*X*K][来源:
学科网ZXXK][来源:
学科网][来源:
学科网]
高效性
催化效率是无机催化剂的107～1013倍[来源:
学科网][来源:
学+科+网Z+X+X+K]
专一性
每种酶只催化一种或一类化学反应
温和性
（1）强酸、强碱和高温能使酶永久失活，其原因是能破坏蛋白质的空间结构，引起蛋白质变性
（2）低温仅是降低酶的活性，由低温恢复至适宜温度时，酶活性可以恢复
易错警示 酶与激素的比较
项目
酶
激素
来源及
作用场所
活细胞产生；细胞内或细胞外
专门的内分泌腺或特定部位细胞产生；细胞外发挥作用
化学本质
绝大多数是蛋白质，少数是RNA
固醇类、多肽、蛋白质、氨基酸衍生物、脂质等
生物功能
催化作用
调节作用
共性
在生物体内均属高效能物质，即含量少、作用大、生物代谢不可缺少
1．（2011·新课标全国卷，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．甲酶能够抵抗该种蛋白酶降解
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
答案 B
解析 观察曲线图可知，甲酶的活性始终保持不变，说明甲酶能抵抗该种蛋白酶的降解；从酶的化学成分上来看，绝大多数是蛋白质，极少数是RNA，甲酶有可能是具有生物催化作用的RNA；乙酶的活性不断降低，说明能被该种蛋白酶降解，其本质为蛋白质；乙酶被降解的过程中其分子结构会发生改变。
2．下列关于酶的叙述中，正确的是（ ）
A．人体中酶的活性受温度、pH的影响，并只能在人体的内环境中起作用
B．酶的形成都要经过核糖体的合成、内质网和高尔基体的加工等几个阶段
C．与光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中
D．酶均是由腺细胞合成的，具有高效性、专一性
答案 C
解析 酶的活性受温度、pH的影响，消化酶在消化道内起催化作用，消化道不属于内环
境；有的酶是RNA，不在核糖体上合成；活细胞能合成酶（哺乳动物成熟的红细胞除外），
用于自身代谢需要，因此A、B、D所述错误。
光合作用光反应的酶分布在类囊体薄膜
上，暗反应的酶分布在叶绿体基质中，C正确。
考点二 聚焦分析与酶有关的图像与曲线
1．酶高效性的曲线
（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。
答案
（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。
2．酶专一性的曲线
（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．影响酶活性的曲线
（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有何特点？
思考原因是什么？
答案 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。
（3）分析图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？
不会。
（4）若将A图中的横坐标改为底物浓度或酶浓度，曲线又该如何画呢？
请在下面的坐标系中绘出。
答案
文字说明：
酶量一定的条件下，在一定范围内随着底物浓度的增加，反应速率也增加，但达到一定浓度后不再增加，
原因是受到酶数量和酶活性限制；在底物量充足、其他条件适宜且固定的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
易错警示 温度、pH和底物浓度、酶浓度影响酶促反应速率的机理
温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的，而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。
3．用某种酶进行有关实验的结果如图所示，下列有关说法错误的是（ ）
A．该酶的最适催化温度为30℃左右
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．由实验结果可知酶具有专一性
答案 C
解析 图1显示温度对酶活性的影响，从图中能得到的结论是该酶的最适催化温度为30℃左右。
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可见该酶为麦芽糖酶。
图3能说明Cl－是酶的激活剂、Cu2＋是酶的抑制剂。
图4说明酶具有专一性。
4．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。
下列有关叙述中，不正确的是（ ）
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
答案 C
解析 在图①中作垂直于横轴的一条直线来帮助理解，在底物浓度充足时，酶量增加一倍，反应速率则增加一倍；其他条件不变时，增加酶浓度，可明显缩短反应时间；当反应物的量很少时，图③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；过氧化氢酶的催化效率具有高效性，因此可用图②中的虚线表示。
技法提炼
“四看法”分析酶促反应曲线
1．一看两坐标轴的含义：
分清自变量与因变量，了解两个变量的关系。
2．二看曲线的变化：
利用数学模型法观察同一条曲线的升、降或平的变化，掌握变量变化的生物学意义。
如在分析影响酶促反应的因素时，一般情况下，生成物的量未达到饱和时，限制因素是横坐标所表示的因素，当达到饱和后，限制因素是除横坐标所表示的因素之外的其他因素。
3．三看特殊点：
即曲线的起点、终点、顶点、转折点、交叉点等五点，理解特殊点的意义。
4．四看不同曲线的变化：
理解曲线之间的内在联系，找出不同曲线的异同及变化的原因。
实验七 与酶相关的实验探究
1．验证酶的本质
（1）验证酶是蛋白质
实验组：
待测酶溶液＋双缩脲试剂→是否出现紫色反应；对照组：
标准蛋白质溶液＋双缩脲试剂→紫色反应。
变量分析：
自变量为待测酶溶液和标准蛋白质溶液；因变量为是否有紫色反应。
（2）验证酶是RNA
实验组：
待测酶溶液＋吡罗红试剂→是否出现红色；对照组：
标准RNA溶液＋吡罗红试剂→出现红色。
变量分析：
自变量为待测酶溶液和标准RNA溶液；因变量为是否出现红色。
2．验证酶的催化作用
实验组：
底物＋相应的酶液→底物
是否被分解；对照组：
底物＋等量蒸馏水→底物不被分解。
变量分析：
自变量为相应的酶液的有无；因变量为底物是否被分解。
3．验证酶的专一性
（1）方案一：
用同种酶催化两种不同物质
实验组：
反应物＋相应酶溶液→反应物被分解；对照组：
另一反应物＋等量相同酶溶液→反应物不被分解。
（2）方案二：
用两种不同酶催化同一物质
实验组：
反应物＋相应酶溶液→反应物被分解；对照组：
相同反应物＋等量另一种酶溶液→反应物不被分解。
变量分析：
方案一中的自变量为反应物的不同，方案二的自变量为酶溶液的不同，因变量均为反应物是否被分解。
4．验证酶的高效性（案例——比较过氧化氢在不同条件下的分解）
变量分析：
5．探究温度对酶活性的影响
（1）原理
①完善下面的反应原理
②鉴定原理：
温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。
（2）步骤
步骤
项目
试管1
试管2
试管3
1
加入可溶性淀粉溶液
2mL
2mL
2mL
2
放置在不同温度环境
0℃
100℃
60℃
3
加入新配制的α淀粉酶溶液
1mL
1mL
1mL
4
完成反应
5min
5min
5min
5
滴入碘液
2滴
2滴
2滴
6
观察结果
变蓝
变蓝
不变蓝
变量分析：
（3）若要探究某种酶的最适温度，实验又该如何设计（请写出思路）?
答案
6．探究pH对酶活性的影响
（1）原理
①反应原理：
H2O2
H2O＋O2。
②鉴定原理：
pH影响酶的活性，从而影响O2的生成量，可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验O2生成量的多少。
（2）步骤
步骤
实验操作内容
试管1
试管2
试管3
1
注入等量过氧化氢酶溶液
2滴
2滴
2滴
2
注入不同pH的溶液
1mL蒸馏水
1mL盐酸
1mLNaOH溶液
3
注入等量的H2O2溶液
2mL
2mL
2mL
4
观察现象
有大量气泡产生
无气泡产生
无气泡产生
（3）若要探究该酶的最适pH，实验又该如何设计（请写出思路）?
答案
易错警示 有关四类探究实验的注意事项
（1）在验证酶的专一性实验中的注意事项
①选择好检测反应物的试剂，如反应物选择淀粉和蔗糖，酶溶液为淀粉酶，则适宜选用斐林试剂检测反应物是否被分解，不能选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。
②保证蔗糖的纯度和新鲜程度是做好实验的关键。
（2）在验证酶的高效性实验中的注意事项
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。
④H2O2分解过程有气泡冒出，若反应一段时间，不再有气泡冒出，说明反应结束；若在不增加H2O2量的前提下，使气泡（O2）的生成量增加，可采取的措施是提高H2O2浓度。
（3）在探究温度对酶活性的影响实验中的注意事项
①实验室使用的α淀粉酶最适温度为60℃。
②由于H2O2不稳定，因此探究温度对酶活性影响时，不选择H2O2作反应物。
③本实验不宜选用斐林试剂鉴定，温度是干扰条件。
④本实验中步骤2、步骤3一定不能颠倒顺序，否则会使实验失败，即先控制条件再混合。
（4）在探究pH对酶活性的影响实验中的注意事项
①实验程序中2、3步一定不能颠倒，否则实验失败。
②本实验中也可将过氧化氢酶和H2O2分别调至同一pH，再混合，以保证反应一开始便达到预设pH。
③本实验不宜选用淀粉酶催化淀粉水解，因为淀粉酶催化的底物淀粉在酸性条件下也会发生水解反应。
5．某班同学进行了探究影响酶活性的因素的实验。
（1）某同学设计了如下实验方案和步骤：
取3支大小相同的试管，编号为甲、乙、丙，分别向3支试管中加入3mL糨糊，再各加入2mL新鲜的唾液淀粉酶溶液，振荡后，将甲、乙、丙3支试管分别置于0℃、35℃、100℃下约5min，取出试管，各加入2mL斐林试剂（边加边振荡），50～65℃水浴条件下观察试管内颜色的变化。
同一小组的同学对此实验设计进行了简要评价，其中正确的是________。
①实验步骤不正确 ②温度设置不合理 ③不能用斐林试剂检验
（2）某小组同学对过氧化氢酶的活性是否受pH影响的问题很感兴趣，并设计了实验操作步骤：
①向甲、乙试管内各加入2mL新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液；②向甲试管内加入1mL质量分数为5%的盐酸，向乙试管内加入1mL质量分数为5%的氢氧化钠溶液；③向甲、乙试管内各加入2滴新鲜的质量分数为20%的猪肝研磨液；④观察试管中发生的变化。
小组讨论1：
____________________是本实验的因变量，可观测的指标是______________
__________________________________________________________________________________________________________________________________；
小组讨论2：
操作步骤中存在缺陷，应该__________________________________________
______________________________________________________________________________________________________；
小组讨论3：
若按改进后的方案进行实验，可能出现的实验结果和结论是______________
__________________________________________________________。
答案
（1）①和③
（2）小组讨论1：
过氧化氢分解速率 试管中产生的气泡数量 小组讨论2：
增加丙试管，在第二步中加入1mL蒸馏水，其他操作与甲、乙试管相同 小组讨论3：
甲、乙两试管中产生的气泡数量少，丙试管中
产生的气泡数量多，则过氧化氢酶的活性受pH影响；甲、乙、丙3支试管中产生气泡的情况基本一样，则过氧化氢酶的活性不受pH影响（答案合理即可）
解析
（1）①实验步骤不正确，应先对底物和酶做同温处理再混
合；②温度设置合理，包括了低温、唾液淀粉酶的较适宜温度和高温；③不能用斐林试剂检验，斐林试剂检验还原糖的实验需要加热，改变了本实验的自变量。
因此，本小题的3种说法中，①和③正确。
（2）小组讨论1：
随着自变量的变化而变化的变量称为因变量，本实验中随着pH的变化，过氧化氢分解速率改变，所以过氧化氢分解速率
是因变量；过氧化氢分解速率可以通过底物被催化的速率、产物产生的速率得以表现，其中氧气的产生量即气泡的产生情况的观察更容易操作，所以可以将试管中产生的气泡数量作为观测指标。
小组讨论2：
本实验的自变量为pH，自变量具体值的设置要有代表性，需要增加中性环境下的实验。
小组讨论3：
该小组同学在进行实验前，并不明确实验结果，但结合所学知识，至少可以预测两种情况：
甲、乙两试管中产生的气泡数量少，丙试管中产生的气泡数量多，则过氧化氢酶的活性受pH影响；甲、乙、丙3支试管中产生气泡的情况基本一样，则过氧化氢酶的活性不受pH影响。
序号
错因分析
正确答案
序号
错因分析
正确答案
①
不理解因变量属于反应变量
过氧化氢分解速率
②
不理解因变量应如何观测
试管中产生的气泡数量
③
没有审清题目要求
再增加丙试管，第二步换为1mL蒸馏水，第三步不做处理，其他步骤不变
④
没有审清该实验属于探究类，结果要与结论对应
甲、乙、丙三支试管中产生的气泡量不同，则过氧化氢酶的活性受pH影响
⑤
没有审清该实验属于探究类，结果要与结论对应
甲、乙、丙三支试管中产生气泡的情况基本一样，则过氧化氢酶的活性不受pH影响
⑥
答题不规范
冷藏
题组一 酶的相关知识
1．判断正误
（1）酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸（2011·天津，1A）（ ）
（2）酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率（2011·天津，1B）（ ）
（3）酶和激素都是蛋白质（2010·上海，17A）（ ）
（4）酶和激素都要释放到血液中才能发挥作用（2010·上海，17D）（ ）
（5）蛋白酶可以作为药品治疗某些疾病（2008·广东，6B）（ ）
（6）蛋白酶可以水解所有的肽键（2008·广东，6C）（ ）
答案
（1）×
（2）× （3）× （4）× （5）√ （6）×
2．（2009·重庆卷，1）下列有关酶的叙述，正确的是（ ）
A
．高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性
B．酶是活细胞产生并具有催化作用的蛋白质
C．细胞质基质中有催化葡萄糖分解的酶
D．细胞质中没有作用于DNA的解旋酶
答案 C
解析 低温能够抑制酶的活性，但并不破坏其结构；酶是具有催化作用的有机物，绝大多数为蛋白质，少数为RNA；细胞质基质中能进行无氧呼吸和有氧呼吸的第一阶段，有催化葡萄糖分解的酶；细胞质中的线粒体和叶绿体中也含有少量的DNA，能够进行自我复制及转录，在此过程中需要解旋酶将DNA双链打开。
题组二 与酶相关的曲线题
3．（2011·海南卷，5）某一不可逆化学反应（S→P＋W）在无酶和有酶
催化时均可以进行。
当该反应在无酶条件下进行到时间t时，
向反应液中加入催化该反应的酶。
右图中能正确表示加酶后反
应物浓度随反应时间变化趋势的曲线是（ ）
A．甲B．乙C．丙D．丁
答案 D
解析 酶能降低化学反应的活化能，提高反应速率，缩短反应时间，但不改变反应结果。
甲曲线反应速率减慢，不正确；乙曲线同样未能体现酶的高效性，不正确；丙曲线反应物浓度不可能迅速下降后又上升，不正确；丁曲线反应物浓度迅速下降且达到一定浓度后保持平衡状态，正确。
4．（2009·宁夏卷，2）右图表示酶活性与温度的关系。
下列叙述正确的是（ ）
A．当反应温度由t2调到最适温度时，酶活性下降
B．当反应温度由t1调到最适温度时，酶活性上升
C．酶活性在t2时比t1高，故t2时更适合酶的保存
D．酶活性在t1时比t2低，表明t1时酶的空间结构破坏更严重
答案 B
解析 酶活性受温度的影响，在低温时酶活性低，随着温度的升高，酶活性逐渐增强，到达最适宜温度后，再升高温度，酶活性下降，当温度过高时，酶的空间结构被破坏，酶变性失活，因此B项正确。
温度由t2下降到最适温度时，酶活性升高；酶在低温时活性降低，但空间结构不会被破坏，温度升高，酶活性恢复，因此常在低温下保存酶。
题组三 与酶有关的实验设计
5．（2012·大纲全国卷，33）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支试管加入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）________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）③中70℃应改为37℃。
因为人唾液淀粉酶作用的最适温度为37℃左右
（2）在观察各试管中溶液的颜色之前应将各试管放在沸水浴中一段时间。
因为在高温条件下斐林试剂才能与还原糖反应显色
解析 解答本题时应全面考虑酶的最适条件以及斐林试剂的作用条件。
（1）唾液淀粉酶的最适温度是37℃左右，70℃时酶会变性失活。
（2）加入斐林试剂后，需要沸水浴加热才能看到砖红色
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