高中生物一轮复习：降低化学反应活化能的酶

第1节降低化学反应活化能的酶高中生物一轮复习：第5章细胞的能量供应和利用第1节降低化学反应活化能的酶第1课时酶的作用和本质内容标准要求核心素养对接学业质量水平1.概述酶的作用和本质。2.通过对有关酶实验的分析，学会控制变量和设计对照实验。1.生命观念——结构与功能观：酶的功能是由其独特的空间结构决定的。水平一2.科学探究——实验思路及设计：能够根据实验目的，设计比较过氧化氢在不同条件下的分解实验，分析结果得出结论。水平二活细胞酶在代谢中的作用研读教材·梳理探究———————————————知识梳理———————————————一、酶在细胞代谢中的作用1.剖析细胞代谢的概念(1)场所：________内。(2)实质：各种化学反应的总称。

细胞中的能量释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现(3)意义：细胞_____________的基础。生命活动2.比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验原理：Fe3＋过氧化氢酶(2)实验过程和现象：试管编号加入物质处理现象12mLH2O2溶液加2滴蒸馏水基本无气泡产生22mLH2O2溶液加2滴

溶液________________32mLH2O2溶液加2滴肝脏研磨液________________FeCl3每滴溶液中Fe3＋数大约是每滴肝脏研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。有较多气泡产生有大量气泡产生———————————————素养提升———————————————科学探究——比较过氧化氢在不同条件下的分解下图为比较过氧化氢在不同条件下的分解的实验，探讨下列问题：(1)实验材料的选择和处理①实验中使用的肝脏为什么必须是新鲜的？提示新鲜肝脏细胞中过氧化氢酶活性较高。②实验中为什么把肝脏制备成肝脏“研磨液”？提示制成肝脏研磨液会增大酶与过氧化氢的接触面积，加快分解速率。③实验中滴加FeCl3溶液和肝脏研磨液的滴管能否混用？为什么？提示不能。因为酶具有高效性，少量的酶带入FeCl3溶液会干扰实验结果。(2)实验过程和结果分析①实验中可用哪些方法检测过氧化氢分解的速率大小？提示a.气泡目测法：可以通过反应时单位时间内产生气泡的多少来判定H2O2分解速率的大小。b.卫生香复燃法：可以通过带火星的卫生香复燃剧烈程度来判定H2O2分解速率的大小。②第一组和第二组对照、第一组和第三组对照，可得出什么结论？提示

FeCl3及过氧化氢酶都可以促进H2O2的分解，说明FeCl3和过氧化氢酶都具有催化作用。③第二组和第三组对照，可得出什么结论。提示过氧化氢酶催化H2O2分解的效率高于FeCl3，说明酶具有高效性。(3)实验变量控制无机催化剂(FeCl3)和过氧化氢酶产生气泡数目多少温度新鲜程度[典例1]

在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，对实验的处理如下表所示。下列有关分析不正确的是(

)试管组别实验处理加入体积分数为3%的过氧化氢溶液/mL温度加入试剂试管12常温

试管2290__℃

试管32常温2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液试管42常温2滴质量分数为20%的肝脏研磨液A.上表实验处理研究了温度和催化剂种类两个自变量对比四支试管处理方式，分析其“不同之处”则为该实验的“自变量”，而实验结果的不同是由该变量引起的B.试管2中没有加入任何试剂，应为空白对照组

C.试管4和试管1形成对照，可说明酶具有催化作用

D.若要研究生物催化剂与无机催化剂的差别，可选用实验组合试管3和试管4解析分析表格数据可知，试管1和试管2的变量为温度，试管3和试管4的变量为催化剂种类，即温度和催化剂种类均是自变量；试管2虽没有添加任何试剂，但是温度与试管1不同，因此试管2也是实验组；试管1和试管4的不同点为是否添加了酶，二者对照可以证明酶具有催化作用；试管3和试管4的不同点是催化剂的种类(酶或无机催化剂)。答案

B[变式训练1]

在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，把新鲜肝脏制成研磨液的目的是(

) A.保护过氧化氢酶 B.有利于过氧化氢酶与反应物的接触 C.提高过氧化氢酶的活性 D.有利于对实验结果的观察

解析

研磨可破坏肝细胞，使细胞内的H2O2酶充分释放出来，以增大与反应物的接触面积。

答案

B联想质疑★毕希纳将酵母细胞研磨后，过滤得不含酵母细胞的提取液：在这些提取液中加入葡萄糖，一段时间后，发现糖液发酵变成了酒。★实验证明酶的高效性。界定对照组与实验组对照组：未施加实验变量的组(如本题第一组)；实验组：施加了变量处理的组(如本题第二、第三组)；进行对照实验时必须保持实验组与对照组间单一变量(欲探究的变量)，其他因素均适宜且相同。90℃高温可为H2O2分子辅助提供能量，“如同汽车加了油门”。1.训练1中，过氧化氢酶在反应前后有变化吗？提示：酶在化学反应前后的数量和性质均不改变。2.如果增加过氧化氢酶的数量，最终产生的气体总量会怎样？提示：不变常态酶的作用原理和本质———————————————知识梳理———————————————1.酶的作用原理 (1)活化能：分子从_______转变为容易发生化学反应的_______状态所需要的能量。 (2)原理：同无机催化剂相比，酶_____________的作用更显著，因而催化效率更高。 (3)意义：使细胞代谢能在_______条件下快速进行。2.酶的本质 (1)合成场所：

________中。 (2)化学本质：绝大多数是________，极少数是_______。活跃降低活化能温和活细胞蛋白质RNA———————————————素养提升———————————————科学探究——酶的作用原理和本质下图两条曲线分别代表某化学反应在有酶催化和无催化剂的反应曲线，结合曲线探究以下问题：对酶在细胞代谢中作用的理解(1)酶只能催化热力学上允许进行的反应。(2)酶通过降低活化能加快化学反应速率。(3)酶只提高化学反应速率，缩短反应时间，不会改变化学平衡位置。(4)在反应前后，酶的化学性质和数量将保持不变。(1)描述下列线段代表的含义：AC：_____________________________________。BC：

_____________________________________。AB：

________________________________。(2)若将酶变为无机催化剂，则B在纵轴上向____移动。用加热的方法不能降低活化能，但会提供反应所需的_______。无催化剂时化学反应需要的活化能有酶催化时化学反应需要的活化能酶催化所降低的活化能上能量[典例2]

下列关于酶的叙述中正确的一项是(

)①酶是活细胞产生的②酶都有消化功能③酶的本质是蛋白质，蛋白质都是酶④酶能够降低化学反应的活化能⑤淀粉酶能促进淀粉水解⑥酶只有在生物体内才起催化作用A.①②③

B.①②④

C.①②④⑤

D.①④⑤解析

②有些酶可以促进物质的合成，不具有消化功能，②错误；③酶是蛋白质或RNA，蛋白质不一定是酶，③错误；⑥只要条件适宜，酶在生物体外也可催化相应的化学反应，⑥错误。答案

D[变式训练2]

当某种RNA存在时，生物体内的某种化学反应能正常进行，当这种RNA被有关的酶水解后，此种化学反应的速率便慢了下来。由此可以说明(

) A.RNA是核酸的一种B.RNA也可起生物催化剂的作用 C.RNA主要存在于细胞质中D.RNA是该种生物的遗传物质

解析

根据题意分析可知，RNA能催化化学反应，是一种生物催化剂。

答案

B【归纳概括】酶的本质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细胞核(主要)来源一般活细胞中均能产生生理功能具有生物催化功能联想质疑★大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。★酶的作用机理：犹如汽车走隧道其耗能减少。巧记酶概念的“二、一、一、一”1.活细胞是否都产生酶？提示：不是，比如哺乳动物成熟的红细胞。2.酶能否在细胞外起作用？提示：能，如消化酶。课堂小结催化活化能第2课时酶的特性和影响酶活性的条件内容标准要求核心素养对接学业质量水平1.分析酶的高效性和专一性。2.探究影响酶活性的条件。3.分析影响酶促反应的条件。1.生命观念——建立模型：通过建立温度、pH对酶活性的影响等数学模型，理解影响的规律和实质。水平二2.科学探究——实验思路及设计：合理设计探究温度、pH对酶活性影响的实验步骤，规范实施实验，探究影响的规律。水平三酶的特性研读教材·梳理探究———————————————知识梳理———————————————酶的特性(连线)答案

①—b

②—c

③—a———————————————素养提升———————————————科学探究1——酶的高效性和专一性有比较才有鉴别，所谓“高效”必须与无机催化剂相比。1.下图分别表示酶高效性和专一性的曲线，请分析(1)根据图1，酶和无机催化剂相比，有什么共同点和不同点？提示酶和无机催化剂都只能缩短达到化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的平衡点。与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。(2)根据图2分析：在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，而加入酶B，反应速率和未加酶时相同，这说明什么？提示酶A能催化反应物A反应，酶B不能催化反应物A反应，酶的作用具有专一性。2.酶的专一性特点模式图(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与蔗糖分子的空间结构相匹配。(2)酶能否增加产物的产生量？提示不能，酶只能加快反应速率，不能改变化学反应平衡点。3.为了验证酶的专一性，某同学设计了下表，请补充完整步骤1淀粉＋淀粉酶蔗糖＋淀粉酶2加入等量____________，并水浴加热相同时间现象出现砖红色沉淀_______________________结论酶具有专一性斐林试剂没有出现砖红色沉淀[典例1]

为了证明酶的作用具有专一性，某同学设计了如下5组实验，分别选择一定的试剂进行检测，合理的实验方案是(

)组别①②③④⑤酶蛋白酶蛋白酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶反应物蛋白质淀粉蛋白质淀粉麦芽糖A.①和③对比，用双缩脲试剂检测

用碘液检测

用斐林试剂检测B.②和④对比，C.④和⑤对比，双缩脲试剂检验蛋白质或多肽，碘液检测淀粉，斐林试剂检测还原性糖。D.③和④对比，用斐林试剂检测解析蛋白酶和淀粉酶的化学本质是蛋白质，①和③对比，加入双缩脲试剂都会变紫色，A错误；②和④对比，自变量是酶的种类，可用碘液检测，B正确；麦芽糖和其水解产物葡萄糖都属于还原性糖，故不能用斐林试剂检测麦芽糖是否发生了水解反应，C错误；斐林试剂不能检测蛋白质是否水解，D错误。答案

B[典例2]

我国科学家研制出了能成功检测SARS病毒的酶联免疫试剂，专用于“非典”的快速诊断。此试剂具有准确、灵敏、快速、方便和经济等优点，一个测试板可同时检测96个样品，1小时左右获得检测结果。它应用的是(

)“准确、灵敏、快速”是该题

的“题眼”A.酶的高效性和专一性原理B.酶的专一性原理C.酶的识别原理D.酶的高效性解析该测试板专门用于“非典”的快速诊断，说明酶具有专一性；一个测试板可同时检测96个样品，1小时左右获得检测结果，说明酶具有高效性。答案

A科学探究2——温度对酶活性的影响探究温度对酶活性的影响：某同学设计了探究温度对酶活性的影响实验，有0℃、60℃、100℃三组，下图只显示了部分装置，请回答问题：(1)该实验的自变量是什么？实验需要不需要保持酶的最适pH条件？pH在该实验中属于什么变量？当研究温度对酶活性的影响时，温度是自变量，pH等能够影响酶活性的其他因素属于无关变量，在实验时一定要遵循无关变量保持相同且适宜。提示该实验的自变量是温度。该实验需要在酶的最适pH条件下进行，pH在该实验中属于无关变量。(2)该实验为什么要将底物和酶溶液的温度控制到预设的温度后再混合？在探究温度和pH对酶活性的影响实验时，不能先将酶和反应物混合后再分别放置在不同条件下处理，原因是酶具有高效性，把酶和反应物混合后就会立即发生催化反应。提示使每一组实验严格在预设的温度下进行，如果先将底物和酶混合后再控制温度，每一组实验的温度是变化的，降低了实验的说服力。(3)预期结果和结论：①结果预测：0℃：________，60℃：________，100℃：________②实验结论：_________________________________________________________。提示

①变蓝无明显变化变蓝②酶的催化需要适宜的温度，高于或低于最适温度酶的活性都会降低，甚至失活[变式训练]

下表为某探究实验的步骤，请分析并回答下列问题：序号加入试剂或处理方法试管ABCabc1可溶性淀粉溶液2mL2mL2mL///新鲜唾液淀粉酶溶液///1mL1mL1mL2保温5min37℃80℃0℃37℃80℃0℃3将a液加入到A试管中，b液加入到B试管中，c液加入到C试管中，摇匀4保温5min37℃80℃0℃

5滴入碘液，摇匀2滴2滴2滴6观察现象并记录

(1)此探究实验的课题名称是________。(2)在此实验中，因变量是用________检测的。A、B、C三支试管中，________试管中酶的活性最高。(3)实验结束后，将B试管所处温度降到唾液淀粉酶的适宜温度，现象是______________________________________________________________________________。(4)有人建议用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响，而不能将实验所用酶互换，试说明提出此建议的理由：______________________________________________________________________________________。解析(1)从表中信息可知，温度是自变量，所以本实验探究的是温度对酶活性的影响。(2)可溶性淀粉在唾液淀粉酶的作用下可被分解为还原糖。淀粉遇碘变蓝，还原糖遇碘颜色不发生变化，所以可用碘液来检测因变量。唾液淀粉酶的最适温度是37℃，所以A试管中酶的活性最高。(3)实验时，B试管所处的温度为80℃，此时酶已失活，实验结束后，将B试管所处温度降到唾液淀粉酶的适宜温度，酶的活性不会恢复，故B试管中的现象是没有发生变化。答案(1)探究温度对酶活性的影响(2)碘液A

(3)没有变化(4)酸能催化淀粉水解，过氧化氢随温度升高分解加快，这些因素都会对实验结果造成干扰联想质疑酶的活性部位必须与底物分子的空间结构相匹配，才能催化该反应——此即酶的专一性，这犹如一把钥匙开一把锁探究酶的高效性的实验设计思路实验组：底物＋生物催化剂(酶)→底物分解速率(或产物形成的速率)对照组：底物＋无机催化剂→底物分解速率(或产物形成的速率)★唾液淀粉酶具有高效性探究酶专一性的实验设计思路在探究影响酶活性的条件时，酶活性大小通常以单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。催化效率酶活性及其影响条件———————————————知识梳理———————————————1.酶活性在酶促反应中，酶的___________。2.影响酶活性的条件(1)温度酶促反应速率最高时的温度称为酶促反应的___________，低于或高于这一温度都会使反应速率降低。最适温度(2)pH酶表现出______________时的pH称为酶的最适pH。pH对酶活性的影响是通过改变酶的活性中心等发挥作用的(3)酶失活的原因①外因：_________________；②内因：

________________。最高反应速率高温、过酸、过碱空间结构被破坏———————————————素养提升———————————————科学思维——分析影响酶促反应速率的因素1.温度和pH对酶活性的影响甲、乙两图分别是温度和pH对酶活性影响的数学模型，分析比较甲、乙两图。(1)分析两曲线的起点。甲图起点酶活性不为0的原因是______________________________________________________________________________________________________________；乙图起点酶活性为0的原因是_______________________________________________________________________________________________________________。

(2)分析甲图曲线不同区段随温度的变化酶活性是如何变化的。A～B段：______________；

B～C段：______________。(3)乙图曲线中，若酶起始条件的pH为1.5，则将pH调至其最适pH下，该酶活性如何变化？_______________________________________________________。提示(1)低温仅仅降低酶的活性但不会使酶失活pH过低(或强酸)会使酶失活(2)逐渐提高逐渐降低(3)不发生改变，因为在pH为1.5时酶已经失活。2.底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响(1)甲图中在其他条件适宜、酶浓度一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度的改变怎样变化？

(2)分析甲图曲线不同区段限制酶促反应速率的因素。

A～B段限制因素：________；B点以后稳定阶段限制因素：________。(3)乙图中在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率随酶浓度如何变化？提示(1)一定范围内，随着底物浓度的增大酶促反应速率逐渐加快，当达到一定底物浓度时，反应速率不再增加。(2)底物浓度酶浓度(酶数量)(3)反应速率随酶浓度的增加而增加。[典例3]

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_______