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
第1讲降低化学反应活化能的酶
知识点一 酶的本质和作用
1．酶的基本理论
2．酶本质的探索历程
3．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：
（3）实验结论：
①自然条件下，过氧化氢只能缓慢分解，本实验不宜使用放置过久的过氧化氢。
②加热促进过氧化氢的分解，不宜使用过氧化氢来探究温度对酶活性的影响。
③与无机催化剂相比，酶具有高效性。
知识点二 酶的特性
1．巧记酶概念的“二、一、一、一”
2．必记酶的三个特性
（1）专一性：
一种酶只能催化一种或一类化学反应。
（2）高效性：
与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
（3）作用条件较温和：
酶催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
3．辨析影响酶活性的四个条件
（1）低温抑制酶的活性，但不破坏酶的分子结构。
（2）高温、过酸或过碱都会导致酶分子结构被破坏而永久失去活性。
酶的本质和作用原理
[过程体验]
1．判断正误
（1）酶的作用是为化学反应提供能量（×）
（2）与无机催化剂相比，酶催化效率更高的原因是酶降低活化能的作用更显著（√）
（3）酶在细胞内产生，一定要在细胞内发挥作用（×）
（4）酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率（√）
（5）酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸（×）
（6）酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸（×）
2．据酶的作用原理图示填空
图示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。
（1）没有催化剂的反应曲线是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，该化学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，则B点在纵轴上将向上移动。
[系统认知]
1．辨析有关酶的六个易误点
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.动物激素与酶的比较
种类
项目
动物激素
酶
不
同
产生
内分泌细胞
所有的活细胞
化学
本质
蛋白质、多肽、固醇、单胺等
绝大多数为蛋白质，少数为RNA
作用
机制
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
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
微量、高效，具有一定特异性
[题点全练]
1．下列有关酶的叙述正确的是（ ）
①产生酶的细胞都有分泌功能
②部分从食物中获得，部分在体内合成
③酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸
④酶是生物催化剂
⑤生长激素与呼吸酶可来自同一个细胞
A．③④⑤ B．①②③④⑤
C．②③④D．①③④⑤
解析：
选A ①错误，所有的活细胞都会产生酶，但不一定有分泌功能，如肌细胞。
②错误，酶不能从食物中获得，因为食物都是在消化道内降解成小分子物质后被吸收的。
③正确，现在发现的酶的本质是蛋白质或RNA。
④正确，酶是生物体内产生的一种催化剂，能加快化学反应速率。
⑤正确，产生生长激素的细胞也能产生呼吸酶。
2．（2017·安徽六校联考）如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．E1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
解析：
选D 曲线Ⅱ是有酶催化条件下的能量变化，其降低的活化能为E4，反应前后能量的变化应为E3，反应产物的能量值比反应物的高，故该反应为吸能反应。
酶的特性
[过程体验]
1．酶的高效性曲线
（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
（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．温和性——酶的作用需要适宜的温度和pH
（1）原理：
绝大多数酶是蛋白质，高温、过酸或过碱都会导致蛋白质变性失活。
（2）曲线模型：
①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。
②过酸、过碱或高温都会使酶的空间结构被破坏，从而使酶变性失活，（注意：
此时氨基酸的排列顺序没有改变）；低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高后可恢复活性。
[系统认知]
教材中有关具“专一性”物质的归纳
（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：
一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合。
[题点全练]
1．（2017·启东中学质检）下图是在不同条件下酶催化反应的曲线，下列相关叙述正确的是（ ）
A．图①可用来表示酶活性与pH的关系
B．图①可用来表示反应速率与反应物浓度的关系
C．图②中虚线所表示的酶的催化温度比实线高
D．图②中实线、虚线可分别表示Fe3＋、H2O2酶催化H2O2分解的速率
解析：
选D 在一定pH范围内，酶活性随pH的上升而升高，超过一定范围会随pH的上升而下降，并且在过酸或过碱的条件下酶会失活，A错误；在一定范围内，反应速率应随着反应物浓度上升而升高，由于酶的数量是一定的，达到一定范围后，反应速率将不再增加，B错误；从曲线②中只能看出，虚线温度的酶活性高于实线温度的酶活性，但是温度可能比实线低，也可能比实线高，C错误；酶具有高效性，过氧化氢酶催化等量的过氧化氢分解所需的时间比Fe3＋作为催化剂所需时间短，D正确。
2．某生物小组用某种酶进行了三组实验，有关实验结果如图所示，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：
选C 图3中，麦芽糖的含量减少，蔗糖的含量保持不变，说明该实验研究的酶是麦芽糖酶。
与无机催化剂相比，酶具有高效性，但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，说明底物被分解得最多，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，pH＝5时，可能使酶变性失去活性。
影响酶促反应速率的曲线模型
[典例导入] （2017·德州模拟）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
[解析] 图1曲线a中，甲点后，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2乙、丙点的速率值是一个定值，无法用曲线c和d表示；图2中曲线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将变成曲线f，或酶变性失活。
[答案] B
[化解难点]
影响酶促反应速率的曲线解读
（1）反应物浓度、酶浓度与酶促反应速率的关系（图1、图2）
①图1：
在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随反应物浓度增加而加快，但当反应物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。
②图2：
在反应物充足、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
①温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的；反应物浓度和酶浓度是通过影响反应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反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度；反应溶液温度的变化也不改变酶作用的最适pH，如图3所示。
（3）反应时间与酶促反应的关系（图4、图5、图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。
③t0～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，生成物不再增加，此时反应速率为0。
[探规寻律] “四看法”分析酶促反应曲线
[练通难点]
1．如图分别表示温度、pH与酶活性的关系，下列叙述错误的是（ ）
A．曲线①上的b点对应的温度表示该酶的最适温度
B．人体内胃蛋白酶的活性与曲线②相似
C．曲线②③说明不同的酶有不同的最适pH
D．酶活性随温度的升高而增强
解析：
选D 当温度达到最适温度前，酶的活性随温度的升高而增强；当温度超过最适温度后，酶的活性随温度的升高而减弱。
2.如图所示为不同条件下的同种酶促反应速率变化曲线，下列有关叙述错误的是（ ）
A．影响ab段反应速率的主要因素是底物浓度
B．影响bc段反应速率的主要限制因子是酶量
C．温度导致了酶促反应Ⅰ和Ⅱ的速率不同
D．曲线Ⅰ显示，该酶促反应的最适温度为37℃
解析：
选D ab段，随着底物浓度的升高，酶促反应速率逐渐加快，说明影响ab段反应速率的主要因素是底物浓度，A正确；bc段，随着底物浓度的升高，酶促反应速率不再改变，说明影响反应速率的主要限制因子是酶量，B正确；酶促反应Ⅰ和Ⅱ的单一变量是温度，所以引起两者反应速率不同的因素是温度，C正确；曲线Ⅰ和Ⅱ只能说明37℃的催化效率高于25℃，不能说明37℃是最适温度，D错误。
[课堂练真题——明考查热点]
1．（2016·全国卷Ⅰ）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
解析：
选C 在测定酶活力的实验中，需要保证pH和温度均相同且适宜，故缓冲液应在加入底物和酶之前加入，只有C项符合要求。
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
解析：
选B 同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中，如催化有氧呼吸的酶，A正确。
低温不会破坏酶的空间结构，低温处理后再升高温度，酶活性可恢复，高温可破坏酶的空间结构，B错误。
酶可以降低化学反应的活化能，从而提高化学反应速度，C正确。
酶可以催化化学反应，也可以作为另一个反应的底物，如唾液淀粉酶可以催化淀粉的分解，又可以被胃蛋白酶水解，D正确。
3．（2011·全国卷）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。
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 酶具有专一性，蛋白酶能催化蛋白质降解。
因在蛋白酶的作用下，甲酶的活性没有变化而乙酶的活性逐渐下降，故甲酶的化学本质不是蛋白质，可能是RNA；而乙酶的化学本质是蛋白质，在蛋白酶的作用下其空间结构被改变。
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℃，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（合理即可）
5．（2013·全国卷Ⅱ）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：
由题意可知，带胚的种子可以在萌发过程中产生α淀粉酶，去胚的种子不能萌发，不能产生α淀粉酶，去胚的种子加GA后可以生成α淀粉酶。
利用碘液来检测溶液中淀粉的分解情况，种子生成的α淀粉酶越多，溶液中剩余的淀粉越少，加碘液后溶液颜色越浅。
（1）淀粉经α淀粉酶催化水解生成的二糖是麦芽糖。
（2）试管2中的种子无胚，种子不能发芽，不能生成α淀粉酶，溶液中淀粉量不减少；而试管1中的种子带胚，在适宜的温度下，种子萌发后可以产生α淀粉酶，经酶的催化反应后溶液中的淀粉量减少，故反应后试管1溶液中的淀粉量比试管2中的少。
（3）根据题干信息，综合分析试管2、3和5的实验结果可知GA可以诱导种子在不用发芽的情况下生成α淀粉酶。
（4）试管2、3、4中进行的实验的自变量是GA溶液的浓度，随GA溶液浓度的升高，反应后试管中的淀粉剩余量越少，由此说明GA浓度高对α淀粉酶的诱导效果好。
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浓度高对α淀粉酶的诱导效果好
[课下练模拟——验备考能力]
一、选择题
1．（2015·海南高考）关于生物体产生的酶的叙述，错误的是（ ）
A．酶的化学本质是蛋白质或RNA
B．脲酶能够将尿素分解成氨和CO2
C．蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶类
D．纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁
解析：
选D 纤维素酶能够降解植物细胞壁，细菌细胞壁的成分是肽聚糖，需用肽聚糖酶降解。
2．（2017·马鞍山模拟）有酶催化的化学反应称为酶促反应，要求在一定的pH、温度等温和条件下进行，强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐、高温、紫外线、剧烈振荡等任何使蛋白质变性的理化因素都可能使大多数酶变性而失去催化活性。
下列关于酶的叙述，错误的是（ ）
A．酶的合成一般都涉及转录过程
B．底物浓度影响酶的活性，从而影响酶促反应速率
C．酶自身也可能是其他酶的底物
D．酶可以通过影响代谢过程，从而影响生物体的性状表现
解析：
选B 酶的本质是蛋白质或RNA，故其合成一般都涉及转录过程，A正确；底物浓度不影响酶的活性，B错误；酶自身也可能是其他酶的底物，如唾液淀粉酶可被蛋白酶分解，C正确；酶可以通过影响代谢过程，从而影响生物体的性状表现，D正确。
3．通过实验研究温度对a、b、c三种酶活性的影响，结果如表所示。
下列说法错误的是（ ）
温度
酶种类
40℃
30℃
20℃
10℃
a酶的相对活性（%）
75
95
65
40
b酶的相对活性（%）
25
97
60
15
c酶的相对活性（%）
90
50
25
10
A．a酶和b酶的最适温度为30℃左右
B．不论温度多少，酶的用量一定会影响实验结果
C．该实验中，自变量有两个，分别为温度和酶的种类
D．三种酶中较适宜高温环境的是c酶
解析：
选B 从表中信息可知，a酶和b酶在20℃和40℃时对应的酶活性均比30℃时对应的酶活性低，可见这两种酶的最适温度为30℃左右，A正确；在一个能使酶失活的高温条件下，酶的用量不会影响实验结果，B错误；该实验中温度和酶的种类均为自变量，C正确；由表可知，c酶与a、b两种酶相比，较适宜高温环境，D正确。
4．（2017·淮安模拟）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
解析：
选C 本实验用同种酶催化两种不同的底物来研究酶的专一性，自变量是底物种类，A错误；酶可以选择新鲜的淀粉酶或蔗糖酶，B错误；若选用新鲜的淀粉酶，试管Ⅰ中的淀粉被水解成还原糖，所以现象A是产生砖红色沉淀，现象B是无砖红色沉淀，C正确；蔗糖及蔗糖水解产物都不能与碘液发生颜色反应，故用碘液无法判断蔗糖是否被水解，D错误。
5．（2017·郑州模拟）在甲、乙、丙三支试管中加入下列物质并保温一段时间后，有关分析错误的是（ ）
编号
甲
乙
丙
步骤1
2mL可溶
性淀粉溶液
2mL可溶
性淀粉溶液
2mL可溶性淀粉溶液
步骤2
1mL淀粉
酶溶液
1mL麦芽
糖酶制剂
0.5mL淀粉酶溶液
0．5mL麦芽糖酶制剂
步骤3
适宜温度下保温至反应完成
A.温度、pH在本实验中均属于无关变量
B．加入碘液后，溶液变蓝的只有乙试管
C．加入斐林试剂后水浴加热，溶液呈现砖红色的是甲试管和丙试管
D．加入双缩脲试剂后，三支试管中的溶液均变蓝色
解析：
选D 甲、乙试管的自变量是酶的种类，可验证酶的专一性，温度、pH在本实验中均属于无关变量；甲试管淀粉在淀粉酶的作用下水解产生还原糖，故加入斐林试剂水浴加热会出现砖红色沉淀，乙试管麦芽糖酶不能水解淀粉，加入斐林试剂水浴加热不能产生砖红色沉淀，丙发生和甲一样的过程；加入双缩脲试剂后，三支试管中的溶液均出现紫色现象。
6．关于人体内激素和酶的叙述，错误的是（ ）
A．激素的化学本质都是蛋白质
B．高效性是酶的重要特性之一
C．酶可以降低化学反应的活化能
D．激素与靶细胞结合可影响细胞的代谢
解析：
选A 激素的化学本质是蛋白质、固醇等；酶具有高效性、专一性的特点；酶通过降低化学反应的活化能提高反应速率；激素通过与靶细胞结合传递信息，影响靶细胞的代谢活动。
7．（2017·泰安质检）细胞代谢中某种酶与其底物、产物的关系如图所示，下列有关叙述错误的是（ ）
A．酶1与产物b结合后失活，说明酶的功能由其空间结构决定
B．酶1的变构位点和活性位点的结构取决于特定的氨基酸序列
C．酶1有两种底物且能与产物b结合，因此酶1不具有专一性
D．酶1与产物b的相互作用可以防止细胞生产过多的产物a
解析：
选C 由题图可知，两种不同形态的底物在酶1的作用下形成产物a，产物a与第三种底物在酶2的催化下形成了产物b，当产物b浓度高时，可以与酶1在其变构位点上结合，导致酶1的空间结构发生改变，酶1失活，不能与前两种底物结合，不再形成产物a。
当产物b浓度低时，产物b从酶1变构位点上脱离，酶1恢复活性，这样可以保持细胞内产物a含量的相对稳
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