2024年高考生物一轮复习专题3.1降低化学反应活化能的酶精讲含解析

PAGEPAGE10第1节降低化学反应活化能的酶1.酶在代谢中的作用(Ⅱ)。2.试验：探究影响酶活性的因素。学问点一酶的本质、作用及特性1．酶的本质与作用(1)酶催化作用的原理：降低化学反应的活化能。(2)酶的概念eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(产生部位：活细胞,作用：催化作用,成分：绝大多数是蛋白质，少数是RNA))(3)探究酶的作用原理酶与无机催化剂降低化学反应活化能的作用比较，如图所示：①无催化剂催化的反应是曲线a。②有无机催化剂催化的反应是曲线b。③有酶催化的反应是曲线c。④从三条曲线上看，发生反应所需的活化能：曲线a>曲线b>曲线c。⑤无论是否有催化剂催化，反应的最终结果是不变的。2．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)作用条件较温柔：在最适温度和pH条件下，酶的活性最高。3．有关酶的曲线(1)酶高效性的曲线①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。②酶和无机催化剂一样，只能缩短达到化学平衡所须要的时间，不能改变更学反应的平衡点。(2)酶专一性的曲线①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。②加入酶A的反应速率比无酶条件下的反应速率明显加快，说明酶A对此反应有催化作用。(3)影响酶活性因素的相关曲线甲曲线分析：①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，酶分子的结构未被破坏，温度上升可复原活性。乙曲线分析：纵坐标为反应物剩余量，剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢；图示pH＝7时，反应物剩余量最少，应为最适pH；反应溶液pH的变更不影响酶作用的最适温度。(4)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响曲线①甲图：在其他条件相宜、酶量肯定的状况下，酶促反应速领先随底物浓度增加而加快，当底物达到肯定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。②乙图：在底物足量、其他条件相宜的状况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。3．酶专一性的理论模型(1)图中A表示酶，B表示被A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)酶和被催化的反应物分子都有特定的、相契合的结构。【易错辨析】关于酶的8个易错点项目正确说法错误说法产生场所活细胞(不考虑哺乳动物成熟的红细胞等)具有分泌功能的细胞才能产生化学本质有机物(绝大多数为蛋白质，少数为RNA)蛋白质作用场所可在细胞内、细胞外、体外发挥作用只在细胞内起催化作用温度影响低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活低温柔高温均使酶变性失活作用酶只起催化作用酶具有调整、催化等多种功能来源生物体内合成有的可来源于食物等合成原料氨基酸、核糖核苷酸只有氨基酸合成场所核糖体、细胞核等只有核糖体学问点二影响酶活性的因素1．试验原理(1)探究温度对酶活性的影响①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，依据是否出现蓝色及蓝色的深浅来推断酶的活性。(2)探究pH对酶活性的影响①反应原理(用反应式表示)：2H2O2eq\o(――――→,\s\up7(过氧化氢酶))2H2O＋O2。②鉴定原理：pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成速率，可用带火星的卫生香燃烧的状况来检验O2的生成速率。2．试验步骤和结果(1)探究温度对酶活性的影响序号试验操作内容试管1试管2试管31加入等量的可溶性淀粉溶液2mL2mL2mL2限制不同的温度条件60℃热水(5分钟)沸水(5分钟)冰块(5分钟)3加入等量的簇新淀粉酶溶液1mL(5分钟)1mL(5分钟)1mL(5分钟)4加入等量的碘液1滴1滴1滴5视察试验现象不出现蓝色(呈现碘液颜色)蓝色蓝色(2)探究pH对酶活性的影响序号试验操作内容试管1试管2试管31注入等量的体积分数为3%的H2O2溶液2mL2mL2mL2注入等量的不同pH的溶液1mL蒸馏水1mL5%的HCl1mL5%的NaOH3注入等量的过氧化氢酶溶液2滴2滴2滴4视察试验现象有大量气泡产生无气泡产生无气泡产生5将带火星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【特殊提示】1．试验材料选择时的留意事项(1)在探究温度对酶活性的影响的试验中，不宜选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶作为试验材料，因为过氧化氢(H2O2)在常温常压时就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响试验结果。(2)在探究pH对酶活性的影响试验中，不宜选用淀粉和淀粉酶作为试验材料，因为在酸性条件下淀粉本身分解也会加快，从而影响试验结果。2．试验步骤和结果检测的留意事项(1)在探究温度对酶活性的影响的试验中，底物和酶溶液应先分别在预设的温度中保温一段时间后再混合，保证反应从一起先就是预设的温度。(2)在探究pH对酶活性的影响试验中，宜先保证酶的最适温度(解除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至试验要求的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。(3)若选择淀粉和淀粉酶来探究温度对酶活性的影响，检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不宜选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该试验中需严格限制温度。考点一酶的本质及作用【典例1】（2024天津卷·3）植物受病原菌感染后，特异的蛋白水解酶被激活，从而诱导植物细胞编程性死亡，同时病原菌被歼灭。激活蛋白水解酶有两条途径：①由钙离子进入细胞后启动；②由位于线粒体内膜上参加细胞呼吸的细胞色素c含量增加启动。下列叙述正确的是A．蛋白水解酶能使磷酸二酯键断开B．钙离子通过自由扩散进入植物细胞C．细胞色素c与有氧呼吸第一阶段有关D．细胞编程性死亡避开了病原菌对邻近细胞的进一步感染【答案】D【解析】蛋白水解酶能使蛋白质的肽键断开，生成氨基酸，A错误；钙离子通过主动运输进入植物细胞，B错误；细胞色素c位于线粒体内膜上，参加有氧呼吸第三阶段，促进[H]和O2结合，生成水，C错误；植物受病原菌感染后，特异的蛋白水解酶被激活，从而诱导植物细胞编程性死亡，同时病原菌被歼灭，避开了病原菌对邻近细胞的进一步感染，D正确。因此，本题答案选D。【变式1】(2024·全国Ⅱ，3)下列关于生物体中酶的叙述，正确的是()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℃【答案】C【解析】DNA主要在细胞核中合成，此外在线粒体和叶绿体中也能合成，因此细胞核、线粒体和叶绿体中都有参加DNA合成的酶，A项错误；只要赐予相宜的温度、pH等条件，由活细胞产生的酶在生物体外也具有生物催化活性，B项错误；盐析可使蛋白质在水溶液中的溶解度降低，但不影响蛋白质的活性，胃蛋白酶的化学本质是蛋白质，因此从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法，C项正确；唾液淀粉酶催化反应的最适温度是37℃，但是37℃不是保存该酶的最适温度，酶应当在低温条件下保存，D项错误。考点二酶的相关曲线分析【典例2】(2024·天津，3)将A、B两种物质混合，T1时加入酶C。如图为最适温度下A、B浓度的变更曲线。下列叙述错误的是()A．酶C降低了A生成B这一反应的活化能B．该体系中酶促反应速领先快后慢C．T2后B增加缓慢是酶活性降低导致的D．适当降低反应温度，T2值增大【答案】C【解析】T1时加入酶C后，A浓度渐渐降低，B浓度渐渐上升，说明酶C催化物质A生成了物质B。由于酶能降低化学反应的活化能，因此酶C降低了A生成B这一反应的活化能，A项正确；由图可知，该体系中酶促反应速领先快后慢(减慢的缘由是底物削减)，B项正确；T2后B增加缓慢是反应物A削减导致的，C项错误；图示是在最适温度条件下进行的，若适当降低反应温度，则酶活性降低，酶促反应速率减慢，T2值增大，D项正确。【变式2】(2024·湖南雅礼中学模拟)用某种酶进行有关试验的结果如下图所示，下列有关说法错误的是()A．该酶的最适催化温度不确定B．图2和图4能说明该酶肯定不是胃蛋白酶C．由图4试验结果可知酶具有高效性D．由图3试验结果可知Cl－是该酶的激活剂【答案】C【解析】图1显示温度对酶活性的影响，图中结果只能显示30℃比较相宜，但温度梯度太大，不能确定该酶的最适催化温度，A项正确；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可知该酶为麦芽糖酶，B项正确；图3能说明Cl－是该酶的激活剂，Cu2＋是该酶的抑制剂，D项正确；图4可说明酶具有专一性，C项错误。考点三影响酶活性的因素的基础试验分析【典例3】(2024·吉林省试验中学模拟)探究温度对酶活性影响最合理的试验步骤是()①取3支试管，编号，各注入2mL淀粉溶液；另取3支试管，编号，各自注入1mL簇新的淀粉酶溶液②将淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉溶液试管中，维持各自的温度5min③向各试管中滴一滴碘液④将6支试管分成三组，每组各有一份淀粉溶液和一份淀粉酶溶液，分别放在60℃的热水、沸水和冰水中⑤视察试验现象A．①②④③⑤ B．①③②④⑤C．①③④②⑤ D．①④②③⑤【答案】D【解析】探究温度对酶活性影响的试验步骤为：分组→酶与底物在各自温度下处理一段时间→酶与底物混合，保温一段时间→检测→视察试验现象。【变式3】(2024·安徽省安庆一中模拟)下列关于探究酶活性试验的设计思路，最相宜的是()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．利用过氧化氢和过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响C．利用淀粉、淀粉酶和斐林试剂探究温度对酶活性的影响D．利用淀粉、淀粉酶和斐林试剂探究pH对酶活性的影响【答案】B【解析】温度影响过氧化氢的分解，从而对过氧化氢酶活性测定造成干扰，A项错误；利用过氧化氢和过氧化氢酶可探究pH对酶活性的影响，B项正确；斐林试剂运用时须要水浴加热，温度会对试验结果造成干扰，C项错误；酸性条件下淀粉会水解，会对试验结果造成干扰，D项错误。考点四酶的特性【典例4】（2024浙江4月选考·10）为探讨酶的特性，进行了试验，基本过程如下表所示：据此分析，下列叙述错误的是A．试验的可变因素是催化剂的种类B．可用产生气泡的速率作检测指标C．该试验能说明酶的作用具有高效性D．不能用鸡肝匀浆代替马铃薯匀浆进行试验【答案】D【解析】试验中的可变更的自变量为催化剂的种类，A选项正确；过氧化氢分解产生水和氧气，故可以通过产生气泡的速率作为推断反应速率的指标，B选项正确；该试验通过比较酶的催化速率和二氧化锰的催化速率来验证酶的高效性，C选项正确；鸡肝匀浆和马铃薯匀浆中均含有过氧化氢酶，均可用作过氧化氢酶的性质的探究试验，D选项错误。故错误的选项选择D。【变式4】(2024·山西康杰中学模拟)如图为某一酶促反应过程示意图，下列反应中能用该图表示的是()A．乙醇发酵B．麦芽糖的水解C．ATP的水解D．在光下将水分解成H＋和O2【答案】C【解析】图中反应前后均不变的物质是R，说明R表示酶，S和水为反应物，P和Q为生成物，该反应为S的水解反应。乙醇发酵反应物没有水，A项错误；麦芽糖水解只生成葡萄糖，B项错误；ATP水解生成ADP和Pi，C项正确；水的光解是将水干脆分解，没有其他反应物参加，D项错误。考点五影响酶活性的因素分析【典例5】(2024·江西省金溪一中质检)某生物爱好小组探讨甲、乙、丙三种微生物体内同一种酶的活性与温度的关系时，依据试验结果绘制如下曲线图。下列相关叙述正确的是()A．降低化学反应活化能效率最高的是微生物甲中的酶B．在30℃条件下竞争实力最强的肯定是微生物丙C．对温度适应范围最广的最可能是微生物乙中的酶D．若将温度改为pH，则所得试验结果曲线与图示结果相同【答案】C【解析】由图看，甲、乙、丙三种微生物的酶催化效率最高时对应的温度分别为25℃、30℃、42℃，A项错误；在30℃条件下竞争实力最强的微生物应当是乙，B项错误；对温度适应范围最广的最可能是微生物乙中的酶，C项正确；低温时酶的活性被抑制，强酸、强碱与高温时酶的活性丢失，若将温度改为pH，则所得试验结果曲线与图示结果不完全相同，D项错误。【变式5】(2024·广东省惠州一中模拟)下列有关叙述不正确的是()A．在p