2023-2024学年高一生物人教版2019必修1试题5.1降低化学反应活化能的酶

5.1降低化学反应活化能的酶基础知识梳理一酶的作用和本质1.细胞代谢是指细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，细胞代谢是细胞生命活动的基础。2．比较过氧化氢在不同条件下的分解：（重在理解）(1)实验原理：H2O2溶液在水浴加热、FeCl3溶液中的Fe3＋和肝脏研磨液中过氧化氢酶的作用下加速分解。反应式：2H2O2eq\o(──────────────→,\s\up7(常温、加热、Fe3＋、过氧化氢酶))2H2O＋O2↑(2)实验步骤和实验现象实验图解相同处理向4支试管中分别加入2mL过氧化氢溶液不同处理操作不处理放在90℃左右的水浴中加热滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴肝脏研磨液气泡基本无较少较多大量带火星卫生香无复燃有复燃复燃性较强剧烈燃烧（3）变量分析（自变量、因变量、无关变量）a.自变量：是指在实验中人为改变的量。即实验探究因素。过氧化氢分解实验中的氯化铁溶液和肝脏研磨液。b.因变量：随着自变量的变化而变化的变量。过氧化氢分解实验中的气泡产生速率。c.无关变量：除自变量外，对实验结果可能造成干扰的可变因素。实验中无关变量要求相同且适宜。过氧化氢分解实验中的反应物的浓度、反应时间等。①实验条件常温、加热、氯化铁溶液、肝脏研磨液属于自变量。②H2O2分解速率(指标：气泡产生数量、速度，卫生香燃烧情况)属于因变量。③试管中H2O2溶液的性质、浓度和用量、FeCl3和肝脏的新鲜程度、加入试剂的量等属于无关变量。（4）对照实验①对照实验一般要设置对照组和实验组，对照组起对照作用。本实验对照组是1组，实验组是2、3、4组。②在对照实验中，除了要观察的变量(自变量)外，其他变量(无关变量)都应当始终保持相同。关变量要始终相同且适宜。③实验设计原则：单一变量原则、对照性原则、等量适宜原则、可观测性原则等。（5）实验分析①4组和1组对照，说明酶具有催化作用。②4组和3组对照，自变量是催化剂种类，说明H2O2酶加快H2O2分解的速率更显著，即酶的催化作用具有高效性。（6）加热、Fe3＋、H2O2酶促进H2O2分解的原理①加热能促进H2O2分解是因为提供了能量。②Fe3＋、H2O2酶能促进H2O2分解是因为降低了化学反应的活化能。6.对酶概念的理解化学本质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细胞核来源活细胞(哺乳动物成熟红细胞不能产生)作用场所细胞内、细胞外、体外作用催化作用(特点：反应后不变)作用机理降低化学反应的活化能7.活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需的能量成为活化能。ac段：表示无催化剂时反应进行所需要的活化能。bc段：表示酶催化时反应进行所需要的活化能。ab段：表示酶所降低的活化能。若将酶变为无机催化剂，则b在纵轴上向上移动。与无机催化剂相比，酶能更显著地降低反应的活化能。用加热的方法不能降低活化能，但会提供活化能。酶的特性1.酶的的3个特性：（1）高效性：同无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的效果更显著。实验验证自变量：催化剂种类。①加酶与未加催化剂相比：说明酶具有催化作用。②加酶与加无机催化剂相比：说明酶具有高效性。③催化剂只能改变达到平衡点的时间，不改变平衡点。④平衡点高低取决于底物数量(浓度)。增加反应物，平衡点上移。（2）专一性：一种酶只能催化一种或一类化学反应。实验验证思路：换酶不换底物或换底物不换酶。1图：A为酶，B为反应物(底物)，C、D为产物。2图：只有酶A能催化A反应物发生反应，说明酶具有专一性。（3）作用条件温和：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。过酸、过碱或高温，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。低温抑制酶的活性，但酶的空间结构稳定，在适宜温度下酶的活性可以升高。酶制剂适于在低温(0～4℃下保存。(见左图甲图、乙图),人体内酶的最适温度在37℃左右，胃液的最适pH范围为1.5(酸性环境)。5.影响酶促反应速率的因素：温度、pH、底物浓度、酶浓度。(曲线会分析，理解不死记)丙图：一定范围内，反应速率随底物浓度的增加而加快，当底物浓度达到一定值时，受酶浓度的限制，反应速率不再随底物浓度的增加而加快。丁图：底物充足情况下，反应速率与酶浓度呈正比。6.【实验】探究影响酶活性条件的实验注意事项：（1）“梯度法”探究酶的最适温度或最适pHeq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(反应物t1温度或pH1下＋酶t1温度或pH1下,反应物t2温度或pH2下＋酶t2温度或pH2下,⋮⋮,反应物tn温度或pHn下＋酶tn温度或pHn下))eq\o(→,\s\up7(检测))反应物分解量或剩,余量或产物的生成量(2)注意事项：若选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂“宜”选用碘液，“不宜”选用斐林试剂，因为鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度；在探究酶的最适温度的实验中，“不宜”选择过氧化氢和过氧化氢酶作实验材料，因为过氧化氢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；在探究pH对酶活性的影响时，“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后再让反应物与酶接触，“不宜”在未达到预设pH前，让反应物与酶接触。不能以淀粉为材料来探究pH对淀粉酶活性的影响，因为淀粉在酸性条件下会被水解。一酶的作用和本质核心点一比较过氧化氢在不同条件下的分解1．下图是关于酶的有关实验，下列相关叙述不正确的是()A．上述反应中的自变量是催化剂的种类B．该实验能证明酶催化效率高C．该实验如果将肝脏进行研磨，效果会更好D．该实验的因变量是肝脏质量的变化解析：选D。本实验中用的是过氧化氢酶和FeCl3溶液两种不同的催化剂，所以催化剂的种类是本实验的自变量；加入肝脏(含过氧化氢酶)的试管反应更快，说明酶的催化效率更高；如果将肝脏进行研磨，能增大过氧化氢酶与过氧化氢溶液的接触面积，加速分解，效果会更好；因变量是产生氧气的快慢。2．(2022·江苏淮安高一检测)下图中的新鲜土豆片与过氧化氢接触后，产生的现象及推测错误的是()A．若有大量气体产生，可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶B．若增加新鲜土豆片的数量，量筒中产生气体的速率可能会加快C．一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限D．为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量解析：选C。新鲜土豆片中含有的过氧化氢酶能够催化过氧化氢的分解，增加新鲜土豆片的数量，会加快反应速率，使氧气释放速率加快；由于瓶子中的反应物(过氧化氢)是有限的，所以一段时间后气体的量不再增加；为保证实验的严谨性，要保证单一变量，控制好无关变量，因为高温情况下过氧化氢会自动分解。核心点二酶的作用机理及本质1．下列有关酶的叙述，不正确的是()A．所有酶都含有C、H、O、N四种元素，是由单体组成的生物大分子B．有些酶和相应的化学试剂作用呈现紫色反应C．活细胞产生酶的场所都是细胞质中的核糖体D．催化反应前后酶的性质和数量不变解析：选C。酶绝大多数是蛋白质，少数是RNA，都是生物大分子，蛋白质和RNA都含有C、H、O、N四种元素，分别是由氨基酸、核糖核苷酸组成的。蛋白质类的酶和双缩脲试剂作用呈现紫色反应。活细胞产生蛋白质类酶的场所是核糖体，但是RNA类酶主要在细胞核中产生。酶是生物催化剂，其进行催化反应前后酶的性质和数量不变。2．如下图所示，①表示有酶催化的反应曲线，②表示没有酶催化的反应曲线，E表示酶降低的活化能，下列图解正确的是()解析：选C。酶的作用是降低化学反应的活化能，从而使化学反应能够高效快速地进行，但反应过程仍然需要能量，只是有酶时所需能量少，没有酶时所需能量多。二酶的特性核心点一酶特性的曲线及实验设计思路1．下列实验或现象能说明酶的高效性的是()①唾液中有唾液淀粉酶，把唾液稀释10倍后，催化淀粉完全水解的速度仍快于无机催化剂②取两支洁净的试管，分别加入等量的淀粉溶液，然后向其中一支试管中加入适量的淀粉酶溶液，另一支试管中加入等量的蒸馏水，一段时间后，检测淀粉的分解情况③在两支盛有适量且等量过氧化氢溶液的试管中，分别加入等量过氧化氢酶和FeCl3溶液，观察气泡的释放速率A．①②③B．①③C．③D．②③解析：选B。酶相对于无机催化剂来说具有高效性。把唾液稀释后催化淀粉完全水解的速度仍快于无机催化剂，说明酶具有高效性。2.(2022·安徽合肥六校联考)右图为酶与底物结合示意图，下列有关叙述不正确的是()A．酶的形状在催化过程中会发生改变B．底物与酶特定部位的结合具有专一性C．此图可表示一分子蔗糖经酶催化后产生两分子葡萄糖的过程D．图示过程能够保证酶保持较高的催化活性解析：选C。一分子蔗糖经酶催化后产生一分子葡萄糖和一分子果糖，C错误。3.右图表示某种酶在不同处理条件(a、b、c)下催化某反应时反应物的量和反应时间的关系，以下关于此图的解读，正确的是()A．若a、b、c表示温度，则一定是a>b>cB．若a、b、c表示pH，则c>b>aC．若a、b、c表示酶的浓度，则a>b>cD．若a、b、c表示温度，则不可能是c>b>a解析：选C。由题图可知，a条件下反应速度最快，b次之，c最慢，所以若a、b、c表示温度，则不一定是a>b>c，只能说明在这三个温度中，a比b和c更适合，A、D错误；同理若a、b、c表示pH，也不能说明三者的大小关系，只能说明a比b和c更适合，B错误；若a、b、c表示酶的浓度，则说明a>b>c，C正确。核心点二探究影响酶活性的条件1．(2022·安徽巢湖高一期末)某生物兴趣小组欲探究温度对酶活性的影响。假如你是该小组的一员，成员们一致推选你完成设计思路。(要求：实验分5组进行)可供选择的材料与试剂：①猪肝研磨液、唾液、过氧化氢、淀粉；②斐林试剂、碘液。可供选择的温度：12℃、17℃、22℃、27℃、32℃、37℃、42℃、47℃、52℃、57℃。(其他条件均满足要求)(1)选择的一组材料是唾液和淀粉，不选猪肝研磨液和过氧化氢这一组材料的理由是______________________________________________________________________________________________________________________________。(2)温度设置最科学合理的一组是________。A．12℃、17℃、22℃、27℃、37℃B．17℃、27℃、37℃、47℃、57℃C．17℃、22℃、27℃、37℃、47℃D．22℃、27℃、32℃、37℃、42℃(3)该实验过程中，恒温处理与混合反应物的先后顺序是_____________________________。(4)适合用于该实验检测酶活性的试剂是______________________________________。(5)该实验的对照属于________。A．空白对照B．前后对照C．相互对照 D．条件对照答案：(1)过氧化氢在一定温度条件下会分解，干扰实验结果(2)B(3)先恒温处理再混合反应物(4)碘液(5)C2．(2022·山东德州高一期末)为探究pH对蛋白酶活性的影响，某小组进行了相关实验，实验结果如下图所示。请回答下列问题：(1)该实验的自变量是__________________，因变量的检测指标是____________________，主要的无关变量是_________________________________________________。(2)与无机催化剂相比，蛋白酶催化效率更高的原因是______________________________。检验蛋白质是否被蛋白酶完全水解，________(填“能”或“不能”)用双缩脲试剂，原因是______________________________________________________________________________________________。(3)由图可知，该蛋白酶最适pH约是________，若pH由13降到7，蛋白质剩余量________(填“减少”“增多”或“不变”)，理由是____________________________________。答案：(1)pH1h后蛋白质剩余量温度(答蛋白酶的浓度、试管大小等不可)(2)酶降低化学反应活化能的作用更显著不能蛋白酶的化学本质是蛋白质，会与该试剂发生颜色反应(3)7不变在pH为13时，蛋白酶已失去活性1．甲图是某类酶发挥催化作用的模型。酶的抑制剂可以与酶结合并降低其活性，乙、丙两图分别表示两种不同类型抑制剂的作用原理。下列相关叙述不正确的是()A．底物与酶活性部位互补时，酶才能发挥作用，因此酶有专一性B．抑制剂①与底物空间结构相似，竞争酶的活性部位C．抑制剂②会通过改变酶的结构进而影响酶促反应速率D．两种抑制剂对酶促反应的影响均可通过提高底物浓度来缓解解析：选D。据甲图可知，底物与酶活性部位互补，体现了酶的专一性，A项正确；抑制剂①与底物空间结构相似，二者共同竞争酶的活性部位，导致酶活性降低，B项正确；抑制剂②与酶的非活性部位结合，导致酶结构改变，进而影响酶促反应速率，C项正确；当底物浓度较高时，可以减弱抑制剂①的作用，但不能减弱抑制剂②的作用，D项错误。2．下图曲线表示在不同条件下某化学反应的能量变化过程，下列分析不正确的是()A．1、2、3反应所需要的活化能分别是D－A、C－A、B－AB．若条件为是否加催化剂及催化剂的种类，则1、2、3分别是不加催化剂、加无机催化剂、加酶的反应C．若反应条件为酶促反应所处的pH不同，1、2、3反应条件一定是pH1＞pH2＞pH3D．若条件为酶促反应所处温度(T)不同，1、2、3反应条件不一定是T1＞T3＞T2解析：选C。1、2、3反应的活化能分别是D－A、C－A、B－A，A正确；若条件为是否加催化剂及催化剂的种类，则1、2、3分别是不加催化剂、加无机催化剂、加酶的反应，B正确；若反应条件为酶促反应所处的pH不同，1、2、3反应的条件不一定是pH1＞pH2＞pH3，C错误；若条件为酶促反应所处温度(T)不同，1、2、3反应的条件不一定是T1＞T3＞T2，D正确。3．某同学查阅资料得知，α­淀粉酶的最适温度是55℃。下表是他为此进行的验证实验，但因各组结果相同而不能达到实验目的。以下改进措施中合理的是()试管实验温度3%淀粉溶液2%α­淀粉酶溶液1min后碘液检测145℃2mL1mL溶液呈棕黄色255℃2mL1mL溶液呈棕黄色365℃2mL1mL溶液呈棕黄色注：溶液呈棕黄色即表示没有检测出淀粉。A．适当增加3%淀粉溶液的体积B．适当提高α­淀粉酶溶液的浓度C．将实验温度改为0℃、55℃、100℃D．将检测试剂碘液改为斐林试剂解析：选A。试管1、2、3没能成功，是因为所用淀粉量过少或酶量较多，酶具有高效性，故在45℃、55℃、65℃条件下都没有淀粉剩余，可以增加淀粉量或减少酶量，重新设置实验，A合理，B不合理；验证α­淀粉酶的最适温度是55℃，将实验温度设置为0℃、55℃、100℃时，因为温度梯度过大，实验结果不能说明酶的最适温度就是55℃，C不合理；斐林试剂检测还原糖需要水浴加热，会破坏设置的温度条件，D不合理。4．下图表示酶X的活性与温度的关系示意图，下列有关分析错误的是()A．在实际生产中，酶X制剂在大部分的季节都能使用B．测定酶X的活性时，实验对pH、底物量和酶量没有要求C．酶X的化学本质是有机物，具有高效性和专一性D．在20～40℃范围内设置更小的温度梯度，可进一步探究酶X的最适温度解析：选B。测定酶X的活性时，实验对pH、底物量和酶量有要求，无关变量要严格保持一致且适宜。5.(2022·山东日照月考)右图abc与abd为不同类型的酶促反应实验曲线，有关曲线的判断不正确的是()A．若曲线abc为温度影响酶活性的曲线，c点时酶空间结构发生改变，所含有的肽键数比b点时少B．若曲线abc为pH影响酶活性的曲线，则b点时酶的最适温度和a点时酶的最适温度相同C．曲线abd，若x为底物浓度，y可表示反应速率，bd段不再增加可能是酶浓度的限制D．若曲线abd为某一化学反应产物的产量随时间的变化，bd段不再增加可能是底物已消耗完解析：选A。若曲线abc为温度影响酶活性的曲线，c点时酶空间结构发生改变，是因为高温破坏了酶的空间结构，但是高温不会破坏肽键，A错误；pH不影响酶的最适温度，若曲线abc为pH影响酶活性的曲线，则b点时酶的最适温度和a点时酶的最适温度相同，B正确；曲线abd，若x为底物浓度，y可表示反应速率，bd段不再增加可能是受酶浓度的限制，C正确；若曲线abd为某一化学反应产物的产量随时间的变化，bd段产物不再增加，可能是底物已消耗完，D正确。6．现有两种淀粉酶A与B，某生物兴趣小组为探究不同温度条件下这两种淀粉酶的活性，设计如下探究实验：12345678Ⅰ.设置水浴缸温度/℃2030405020304050Ⅱ.取8支试管各加入淀粉溶液10mL，分别保温5minⅢ.另取8支试管各加入等量淀粉酶溶液，分别保温5min酶A酶A酶A酶A酶B酶B酶B酶BⅣ.将同组两个试管中的淀粉溶液与淀粉酶溶液混合摇匀，保温5min实验结果：对各组淀粉剩余量进行检测，结果如下图所示。分析并回答下列问题：(1)该实验的自变量是______