新高考2024高考生物一轮复习必修部分模块1分子与细胞第3单元细胞的能量供应和利用第1讲酶的本质特性及相关实验探究学案新人教版

PAGE15-第1讲酶的本质、特性及相关试验探究▌考纲研读备考定位▌考纲要求核心素养1.说明酶在代谢中的作用。2.探究酶的高效性、专一性及影响酶活性的因素。1.生命观念——通过分析酶的作用、本质及特性，形成结构与功能观。2.科学思维——通过构建酶作用、特性的模型，学会利用模型说明和解决实际问题的实力。3.科学探究——通过与酶有关的试验设计与分析，培育对试验现象和结果进行说明、分析和处理的实力，及对试验方案的评价实力。4.社会责任——通过分析酶在生产、生活中的应用实例，关注科学、技术和社会发展。考点一酶的本质和作用ZIZHUXUEXITANJIUTISHENG自主学习·探究提升eq\x(基)eq\x(础)eq\x(梳)eq\x(理)1．酶本质的探究历程2．酶在细胞代谢中的作用(1)细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着很多化学反应。是细胞生命活动的基础。(2)活化能：分子从常态转变为简单发生化学反应的活跃状态所须要的能量。3．比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)试验流程(2)变量分析eq\x(思)eq\x(维)eq\x(辨)eq\x(析)易错整合，推断正误。(1)酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物(√)(2)酶分子在催化反应完成后马上被降解成氨基酸(×)(3)酶供应了反应过程所必需的活化能(×)(4)随着温度降低，酶促反应的活化能下降(×)(5)酶是由活细胞产生的，因此酶只能在细胞内发挥作用(×)(6)酶活性的发挥离不开其特定的结构(√)(7)蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶类(√)(8)同一个体各种体细胞酶的种类相同、数量不同，代谢不同(×)eq\x(延)eq\x(伸)eq\x(探)eq\x(究)1．用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可完成氨基酸的脱水缩合反应。由此可推想核糖体中对该反应起催化作用的物质是什么？你的推断依据是什么？[提示]酶的化学本质为蛋白质或RNA，若经蛋白酶处理后仍具活性，则酶应属RNA而不是蛋白质。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图所示，请思索：(1)甲、乙两种酶的化学本质分别是什么？请说出推断依据。(2)乙酶活性变更的机制是什么？其活性能否复原？(2)欲让甲、乙两种酶的变更趋势换位，应加入何类酶？[提示](1)视察曲线图可知，甲酶的活性始终保持不变，表明甲酶能反抗该种蛋白酶的降解，则甲酶的化学本质不是蛋白质而是RNA，乙酶能被蛋白酶破坏，活性降低，则乙酶为蛋白质。(2)乙酶被降解的过程中其分子结构会发生变更，从而使其活性丢失，这种活性的变更不行逆转，故无法复原。(3)RNA水解酶。3．在教材“比较过氧化氢酶不同条件下分解”试验中，若将FeCl3溶液和肝脏研磨液事先经90℃水浴加热处理之后，再按原剂量分别加入3号、4号试管中并接着后续试验，你推想试验结果有何变更？说明推断依据。[提示]3号试管将产生更多气泡，带火星的卫生香燃烧猛烈；而4号试管则不再产生气泡，带火星的卫生香也不再发亮，缘由是过氧化氢酶在高温下将丢失活性，而FeCl3经高温处理作用效果将更明显。KAODIANTUPOPOUXINANDIAN考点突破·剖析难点eq\x(重)eq\x(难)eq\x(精)eq\x(讲)1．酶的本质和作用内容说明产生部位活细胞内产生除哺乳动物成熟红细胞外，其他细胞都能产生酶作用场所可在细胞内、细胞外、生物体外发挥作用可在生物体外发挥作用，但不能来自体外，只能由细胞合成酶的本质大多数酶是蛋白质，少数是RNA合成原料是氨基酸或核糖核苷酸酶的功能生物催化剂酶只起催化功能，且反应前后酶的数量和化学性质不变作用机理降低化学反应的活化能酶不能供应能量酶的特性①高效性②专一性③作用条件较温柔①相对于无机催化剂而言，酶的催化效率特别高②一种酶只能催化一种或一类化学反应③高温、强酸、强碱都会使酶发生变性失活2．酶的作用特点(1)酶不能改变更学反应的平衡点，只能变更达到平衡点的时间；(2)酶和无机催化剂一样，在反应前后性质和数量保持不变，但酶并非能终生发挥作用，酶和其他物质一样也须要更新；(3)有的酶存在于细胞外(如消化酶)，有的存在于细胞内(如呼吸酶)。3．典型酶的种类和作用酶的名称酶的作用淀粉酶催化淀粉水解为麦芽糖麦芽糖酶催化麦芽糖水解为葡萄糖蛋白酶催化蛋白质水解为多肽脂肪酶催化脂肪水解为脂肪酸和甘油DNA酶催化DNA水解为脱氧核苷酸DNA聚合酶催化DNA复制产生子代DNARNA聚合酶催化DNA转录产生RNA纤维素酶分解纤维素果胶酶分解果胶逆转录酶催化RNA形成DNA单链DNA连接酶将两个DNA片段的黏性末端或平末端连接起来限制酶识别DNA中特定的核苷酸序列并使磷酸二酯键断裂酪氨酸酶催化酪氨酸合成黑色素解旋酶催化DNA复制过程中DNA碱基间氢键的断裂■酶的作用机理酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能，分析如下：(1)图中ac和bc段分别表示无催化剂和酶催化时反应进行所须要的活化能。(2)若将酶变为无机催化剂，则b在纵轴上向上移动。用加热的方法不能降低活化能，但会供应活化能。eq\x(精)eq\x(准)eq\x(命)eq\x(题)例1(2024·福建厦门双十中学月考)下列关于酶的叙述，正确的是(C)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．酶均是由内分泌细胞合成的，具有高效性、专一性[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，A错误；有的酶是RNA，不在核糖体上合成，B错误；与光合作用光反应有关的酶分布在类囊体薄膜上，与暗反应有关的酶分布在叶绿体基质中，C正确；活细胞都能合成酶(哺乳动物成熟的红细胞除外)，用于自身代谢须要，D错误。〔对应训练〕1．(不定项选择题)(2024·山东省济南市模拟)下列有关酶的叙述正确的是(ABCD)A．吞噬细胞的溶酶体中不含有分解硅尘的酶B．脲酶可与双缩脲试剂反应产生紫色络合物C．溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁，具有抗菌消炎的作用D．基因可通过限制酶的合成来限制代谢过程，进而限制生物体的性状[解析]吞噬细胞中的溶酶体缺乏分解硅尘的酶，而硅尘却能破坏溶酶体膜，使其中的水解酶释放出来，破坏细胞结构，使细胞死亡，最终导致肺功能受损，A正确；脲酶的化学本质是蛋白质，能够与双缩脲试剂反应产生紫色络合物，B正确；细菌细胞壁的成分是肽聚糖，因此溶菌酶能够溶解大多数细菌的细胞壁，具有抗菌消炎的作用，C正确；基因可通过限制酶的合成来限制代谢过程，进而限制生物体的性状，D正确。2．(2024·全国百校联盟联考)细胞代谢是细胞生命活动的基础，酶在细胞代谢中起到了重要的作用，下列有关说法，正确的是(B)A．DNA复制时须要解旋酶和RNA聚合酶的催化B．叶肉细胞中，光反应和暗反应均须要酶C．构成淀粉和纤维素的单体都是葡萄糖，所以水解淀粉和纤维素的酶是同一种酶D．酶的催化效率比无机催化剂高，是因为酶能降低化学反应的活化能[解析]DNA复制时须要解旋酶和DNA聚合酶，转录时须要RNA聚合酶的催化，A错误；光反应和暗反应均须要酶，B正确；催化淀粉和纤维素水解的酶分别是淀粉酶和纤维素酶，C错误；催化剂都能降低化学反应的活化能，只是酶降低的活化能更多，D错误。考点二酶的作用特性、影响因素、曲线分析和试验探究ZIZHUXUEXITANJIUTISHENG自主学习·探究提升eq\x(基)eq\x(础)eq\x(梳)eq\x(理)1．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：每一种酶只能催化某一种或一类化学反应。(3)作用条件较温柔：在最适温度和pH条件下，酶的活性最高；高温、过酸、过碱会使酶的空间结构遭到破坏而失活；低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定。2．酶特性相关模型分析(1)酶的高效性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，不能改变更学反应的平衡点。(2)酶的专一性①图像模型解读解读：图中A表示酶，B表示被酶催化的底物，E、F表示B被分解后产生的物质，C、D表示不能被A催化的物质。②曲线模型解读加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶具有专一性。eq\x(思)eq\x(维)eq\x(辨)eq\x(析)易错整合，推断正误。(1)纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁(海南，T4D)(×)(2)唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37℃(2024·全国Ⅱ，T3D)(×)(3)低温能降低酶活性的缘由是其破坏了酶的空间结构(全国Ⅱ，6B)(×)(4)淀粉酶溶液中加入蛋白酶不会导致淀粉酶活性发生变更(海南，T4B)(×)eq\x(延)eq\x(伸)eq\x(探)eq\x(究)1．教材必修1P85文字信息：唾液淀粉酶随食物进入胃内会失活吗？为什么？[提示]唾液淀粉酶随食物进入胃内会失活，是因为唾液淀粉酶的最适pH为6.8，而胃液的pH约为1.5。2．教材必修1P87“科学·技术·社会”：若提高加酶洗衣粉的洗涤效果特殊留意什么？含酶牙膏中应含哪类酶？[提示]前者特殊留意水温，后者应含有溶菌酶。KAODIANTUPOPOUXINANDIAN考点突破·剖析难点eq\x(重)eq\x(难)eq\x(精)eq\x(讲)1．影响酶促反应的因素(1)温度和pH①在肯定温度(pH)范围内，随温度(pH)的上升，酶的催化作用增加，超过这一范围，酶的催化作用渐渐减弱。②过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度上升可复原活性。③从丙图可以看出：反应溶液pH的变更不影响酶作用的最适温度。(2)底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响①甲图：在其他条件相宜、酶量肯定的状况下，酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到肯定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。②乙图：在底物足够、其他条件相宜的状况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。2．对比法——验证酶的高效性和专一性(1)验证酶的高效性①设计思路：验证酶高效性的方法是“对比法”，即通过对不同类型催化剂(主要是与无机催化剂做比较)催化底物反应速率进行比较，得出结论。②设计方案项目试验组比照组材料等量的同一种底物试剂与底物相对应的酶溶液等量的无机催化剂现象反应速率很快；或反应用时短反应速率缓慢；或反应用时长结论酶具有高效性③试验操作(2)验证酶的专一性①设计思路验证酶专一性的方法也是“对比法”，常见的有两种方案：底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最终通过视察酶促反应能否进行得出结论。②设计方案项目方案一方案二试验组比照组试验组比照组材料底物相同(等量)与酶相对应的底物另外一种底物试剂与底物相对应的酶另外一种酶同一种酶(等量)现象发生反应不发生反应发生反应不发生反应结论酶具有专一性酶具有专一性③试验操作3．梯度法——探究酶的最适温度和最适pH(1)设计思路常用“梯度法”来探究酶的最适温度(或pH)，设计试验时需设置一系列不同温度(或pH)的试验组进行相互比照，最终依据试验现象得出结论：酶促反应时间最短的一组所处的温度(或pH)即最适温度(或pH)。相邻组间的差值(即梯度值)越小，测定的最适温度(或pH)就越精确。特殊留意：在设计试验过程中，依据“单一变量原则”，除自变量(如温度或pH等)成等差数列相互比照外，其他全部无关变量都必需相同(包括材料的大小、质量、生长状况等)。(2)设计方案组别编号12…n试验材料等量的同种底物pHa1a2…an温度T1T2…Tn衡量指标相同时间内，各组酶促反应中生成物量的多少，或底物剩余的多少试验结论生成物量最多的一组，或底物剩余最少的一组所处温度(或pH)为最适温度(或pH)(3)①温度对酶活性的影响操作②pH对酶活性的影响序号试验操作内容试管1试管2试管31注入等量的过氧化氢酶溶液2滴2滴2滴2注入等量的不同pH的溶液1mL蒸馏水1mL5%的HCl1mL5%的NaOH3注入等量的3%的过氧化氢溶液2mL2mL2mL4视察试验现象有大量气泡产生无气泡产生无气泡产生5将点燃的卫生香插入试管内液面的上方燃烧猛烈燃烧较弱燃烧较弱eq\x(精)eq\x(准)eq\x(命)eq\x(题)考向一酶的特点与影响因素例2下列关于酶的叙述，正确的是(B)A．发烧时，食欲减退是因为唾液淀粉酶失去了活性B．口服多酶片中的胰蛋白酶可在小肠中发挥作用C．用果胶酶澄清果汁时，温度越低澄清速度越快D．洗衣时，加少许白醋能增加加酶洗衣粉中酶的活性[解析]发烧时，消化酶的活性降低，使人的消化功能减退，从而导致食欲减退，A错误；胰蛋白酶可在小肠中发挥作用，B正确；果胶酶在其最适温度时活性最强，澄清速度最快，C错误；由于加酶洗衣粉中的酶属于碱性酶，因此洗衣时加入白醋，会使pH下降，导致加酶洗衣粉中酶的活性降低，D错误。〔对应训练〕3．(不定项选择题)下列有关酶的叙述，正确的是(BC)A．每一种酶只能催化一种化学反应B．酶的专一性与其空间结构有干脆关系C．酶和无机催化剂的催化机理相同D．酶不行能通过核孔进入细胞核[解析]酶具有专一性，每一种酶只能催化一种或一类化学反应，A项正确；酶的专一性与其空间结构有干脆关系，当酶的空间结构变更时，酶作用的底物也可能发生变更，B项正确；酶和无机催化剂的催化机理一样，都是降低化学反应的活化能，C项正确；DNA聚合酶、RNA聚合酶等能通过核孔进入细胞核，分别参加DNA复制和转录过程，D项错误。考向二与酶相关的曲线例3(2024·江苏省泰州中学高三生物)如图表示不同pH及温度对某反应产物生成量的影响，下列相关叙述正确的是(C)A．随着pH的上升，酶的活性先降低后增大B．该酶的最适温度是35C．酶的最适pH相对稳定，一般不随温度变更D．随着温度的上升，酶的活性渐渐降低[解析]据图分析可知，在肯定范围内，随着pH的上升，酶的活性先增大后降低，A错误；该图表示反应物剩余量随pH及温度的变更状况，剩余量越少，表示反应越快，但该图没有温度高于35℃的试验，所以不能得出该酶的最适温度是35技巧点拨“三看法”分析酶促反应曲线〔对应训练〕4．(2024·河北衡水高三生物)某科研小组将簇新的萝卜磨碎，过滤制得提取液，对提取液中过氧化氢酶的活性进行了相关探讨，得到如图所示的试验结果。下列分析错误的是(B)A．图甲中两支试管内加入的H2O2的浓度和量都属于无关变量B．若将图甲中的萝卜提取液换成等量簇新肝脏研磨液，则O2产生总量明显增多C．图乙中引起A、B曲线出现差异的缘由可能是温度不同D．过氧化氢酶可保存在低温、pH为7的环境中[解析]图甲中两支试管内加入的H2O2的浓度和量都属于无关变量，A正确；若将图甲中的萝卜提取液换成等量簇新肝脏研磨液，则反应速率会加快，但O2产生总量不变，B错误；图乙中引起A、B曲线出现差异的缘由可能是温度不同，C正确；过氧化氢酶可保存在低温、pH为7的环境中，D正确。考向三与酶相关的试验探究例4(2024·河北衡水高三生物)下列有关酶的试验设计思路，正确的是(C)A．利用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响B．利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液验证酶的专一性C．利用过氧化氢、簇新的猪肝研磨液和氯化铁溶液探讨酶的高效性D．利用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为3、7、11的缓冲液验证pH对酶活性的影响[解析]过氧化氢的分解受温度影响，所以不能用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响，A错误；淀粉酶能催化淀粉的分解，但不能催化蔗糖的分解，若利用淀粉、蔗糖、淀粉酶来验证酶的专一性，加碘液无法验证蔗糖是否被水解，利用淀粉、蔗糖、淀粉酶来验证酶的专一性时，不行采纳碘液检测，应当选用斐林试剂，B错误；酶的高效性是指酶和无机催化剂相比具有较高的催化效率，簇新的猪肝研磨液含过氧化氢酶，属于生物催化剂，氯化铁溶液中的铁离子是无机催化剂，二者都可使过氧化氢分解，故可利用过氧化氢、簇新的猪肝研磨液和氯化铁溶液探讨酶的高效性，C正确；胃蛋白酶的相宜pH是1.5～2.0，在pH为7和11的环境中变性失活，所以利用胃蛋白酶、蛋清来验证pH对酶活性的影响时，pH不能设置成3、7、11，D错误。技巧点拨酶活性试验探究中的“三宜”“五不宜”〔对应训练〕5．(2024·四川成都诊断)酶的抑制剂能降低酶的活性，不同的抑制剂对酶活性的影响不同。某科研小组通过试验探讨了两种抑制剂对某消化酶酶促反应速率的影响，对试验的结果进行分析并绘图如下，请回答：(1)该试验的自变量是抑制剂种类和底物浓度，试验中对无关变量应进行限制，该试验的无关变量有温度、pH、酶浓度、抑制剂的运用量等(合理即可)。(答出两项即可)(2)据图分析，随着底物浓度的上升，抑制剂Ⅰ的作用渐渐减小甚至消逝。从活化能的角度分析，推想抑制剂能降低酶促反应速率的缘由在抑制剂的作用下，酶的活性(催化效率)降低。其降低化学反应活化能的实力下降(合理即可)。(3)某同学认为该试验小组的试验过程应是：a．将某消化酶溶液等分为①②③三组，将每组等分为若干份；b．在肯定条件下将三组消化酶溶液均与等量的不同浓度的底物混合；c．在①中加入肯定量的蒸馏水、2中加入等量的抑制剂Ⅰ、③中加入等量的抑制剂Ⅱ；d．定时取样检测各反应中底物的量或产物的量，记录试验结果并绘图。你认为该试验操作是否正确？不正确，假如不正确，请进行改正。[答案](3)步骤c应与步骤b互换，即先对酶溶液进行处理再加入底物(合理即可)。[解析](1)由图可知，该试验的自变量有两个，分别是抑制剂种类和底物浓度。该试验的无关变量有温度、pH、酶浓度、抑制剂的运用量、反应时间等。(2)由图可知，随着底物浓度的上升，曲线②的酶促反应速率渐渐与曲线①无抑制剂时相同，即抑制剂I的作用渐渐减小甚至消逝。抑制剂能降低酶活性，酶能降低化学反应的活化能。(3)若对酶处理前先将酶与底物混台，则酶会先与底物发生反应，故应先对酶进行不同的处理，然后再将处理后的酶与底物混合。课末总结1．〔思维导图〕2．〔简答题常考长句分析〕下图为不同条件下，某酶促反应生成物随时间的变更曲线，请分析：(1)若表示的是不同催化剂条件下的反应，③是不加催化剂，②是加无机催化剂，①是加酶，这体现了酶的高效性，酶具有该特性的原理是同无机催化剂相比，酶能显著降低化学反应的活化能。(2)若表示不同温度条件下的反应，能否确定三种温度的凹凸，为什么？不能，因为在最适温度下，酶的活性最高，但是温度偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。(3)生物体内酶的化学本质绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。其特性有高效性、专一性、酶的作用条件较温柔(答出两点即可)。(4)过酸、过碱或温度过高使酶永久失活的缘由：酶的空间结构遭到破坏。3．〔探究高考·明确考向〕1．(2024·全国卷Ⅱ，3)下列关于生物体中酶的叙述，正确的是(C)A．在细胞中，核外没有参加DNA合成的酶B．由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性C．从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法D．唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37[解析]盐析法主要用于蛋白质的分别、纯化，胃蛋白酶的化学本质是蛋白质，因而可用盐析法进行沉淀，C项正确。真核细胞中DNA主要分布于细胞核中，细胞质中的线粒体和叶绿体中也有少量DNA分布，所以参加DNA合成的酶也可分布于线粒体和叶绿体中，A项错误。酶作为生物催化剂可以在生物体内发挥作用，也可以在生物体外发挥作用，B项错误。唾液淀粉酶催化反应的最适温度为37℃2．(全国卷Ⅰ，3)若除