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1、第第3 3单元 细胞的能量供应和利用单元 细胞的能量供应和利用 第第8 8讲 降低化学反应活化能的酶讲 降低化学反应活化能的酶 1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质,酶的活性受环 境因素的影响。 2.活动:探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素。 考点1 -4- 必备知识梳理关键能力突破 酶的本质和作用 1.酶的本质及生理功能 考点1 -5- 必备知识梳理关键能力突破 2.酶的作用原理 右图曲线表示在无催化剂的条件下和有酶催化的条件下某化学 反应的能量变化过程。 (1)无催化剂的反应曲线是 。 (2)有酶催化的反应曲线是 。 (3)CA段的含义是在无催化剂的条件下,反应所需要的
2、活化能。 (4)BA段的含义是 酶降低的活化能 。 (5)若将酶改为无机催化剂,则B点在纵轴上将向 上 移动。 考点1 -6- 必备知识梳理关键能力突破 3.酶的特性(连线) 考点1 -7- 必备知识梳理关键能力突破 凝练核心素养凝练核心素养 1.生命观念通过分析绝大多数酶是一类能催化生化反应的 蛋白质,建立起结构与功能相适应的观念。 2.科学思维运用归纳与概括的方法,基于酶的发现历程,理解 酶催化的本质。 3.社会责任通过酶发现历程的学习,形成继承、创新、实事 求是和大胆实践的科学精神和科学态度。 考点1 -8- 必备知识梳理关键能力突破 (生命观念)(2017全国高考)下列关于生物体中酶的
3、叙述,正确 的是( ) A.在细胞中,核外没有参与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 答案解析解析 关闭 盐析法主要用于蛋白质的分离、纯化,胃蛋白酶的化学本质是蛋白质,可 用盐析法进行沉淀;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,所以参与DNA合成的酶也可分布于线 粒体和叶绿体中;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;唾液淀粉酶催化反应的最适温度为37 左右,而酶 通常在低温下保存。 答案解析 关闭 C
4、 考点1 -9- 必备知识梳理关键能力突破 考向1 考查酶的本质 1.(2018安徽宿州期中)在生命活动中,酶、激素、神经递质、抗 体、tRNA等都有一定的专一性,下列叙述正确的是 ( ) A.RNA聚合酶能催化转录过程,也能使DNA中的氢键断裂 B.性激素的合成需要mRNA和核糖体的参与 C.淋巴因子、溶菌酶都是免疫活性物质,均在第二道防线中发挥 作用 D.神经递质通过载体进入突触后神经元时发生了“化学信号电 信号”的转变 答案解析解析 关闭 RNA聚合酶能催化转录过程,也能使DNA解旋,解旋过程中氢键断裂,A项正 确;性激素的化学本质是固醇,在内质网中合成,B项错误;淋巴因子、溶 菌酶都是
5、免疫活性物质,溶菌酶在第一、二道防线中发挥作用,淋巴因子 在第三道防线中发挥作用,C项错误;神经递质通过与突触后膜的特异性 受体结合,使突触后神经元发生“化学信号电信号”的转变,D项错误。 答案解析 关闭 A 考点1 -10- 必备知识梳理关键能力突破 着眼于四角度比较“酶”与“激素” 考点1 -11- 必备知识梳理关键能力突破 考向2 考查酶的作用 2.(2018河南郑州嵩阳中学段检)下列关于酶的叙述,正确的是 ( ) A.DNA连接酶是将单个脱氧核苷酸连接在DNA片段上 B.RNA聚合酶能在脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键 C.DNA分子的解旋不一定都需要DNA解旋酶 D.过氧化氢酶催化过氧化
6、氢分解产生的氧气量比Fe3+催化时要 多 答案解析解析 关闭 DNA连接酶是连接DNA片段之间的磷酸二酯键,A项错误;RNA聚合酶能在核 糖核苷酸之间形成磷酸二酯键,B项错误;DNA分子的解旋不一定都需要 DNA解旋酶,如转录过程,C项正确;过氧化氢酶催化过氧化氢分解产生的 氧气量与催化时一样多,只是速度不同,D项错误。 答案解析 关闭 C 考点1 -12- 必备知识梳理关键能力突破 1.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,不会改变化学平衡的位 置。 (4)在反应前后,酶的化学
7、性质和数量将保持不变。 2.高考常考的10种酶及其作用归纳 (1)DNA聚合酶:将单个的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成链。 (2)DNA连接酶:将两个DNA片段连接起来。 (3)RNA聚合酶:将单个的核糖核苷酸连接成链,并能够在转录时打 开DNA碱基对间的氢键。 考点1 -13- 必备知识梳理关键能力突破 (4)解旋酶:在DNA分子复制过程中打开DNA碱基对之间的氢键。 (5)ATP水解酶:能打开远离腺苷的高能磷酸键。 (6)ATP合成酶:能连接远离腺苷的高能磷酸键。 (7)限制性核酸内切酶:识别特定的核苷酸序列,从固定的切点切开 磷酸二酯键。 (8)蛋白酶:将蛋白质的部分肽键切断,得到不同的
8、肽链和氨基酸。 (9)纤维素酶、果胶酶:水解纤维素、果胶,破坏植物细胞壁。 (10)胰蛋白酶:动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶,第一次为用其处 理“剪碎的组织”以使分散成单个细胞,第二次为“用其处理贴于瓶 壁生长的细胞”。 考点1 -14- 必备知识梳理关键能力突破 酶的作用特性及影响因素 1.酶的特性 (1)酶具有高效性 图中曲线a、b、c代表酶的是 a 。 与 无机催化剂 相比,酶的催化效率更高。 酶只能缩短化学反应的 时间 ,不改变化学反应的结果。 考点1 -15- 必备知识梳理关键能力突破 (2)酶具有专一性 写出图中所示的化学反应: B E+F 。 图中C、D表示 不能 (填“能”或“
9、不能”)被该酶催化的物 质。 结论:每一种酶只能催化 一种或一类 化学反应。 考点1 -16- 必备知识梳理关键能力突破 2.影响酶促反应速率的因素分析 考点1 -17- 必备知识梳理关键能力突破 考点1 -18- 必备知识梳理关键能力突破 考点1 -19- 必备知识梳理关键能力突破 凝练核心素养凝练核心素养 1.生命观念通过比较酶与激素等物质的异同,类比具有专一 性的物质,建立起辩证统一和普遍联系的观念。 2.科学思维通过分析与酶有关的曲线,培养学生利用数形结 合分析生物学问题的思维习惯;运用模型与建模的方法构建温度、 pH和物质浓度对酶促反应影响的模型。 3.社会责任通过分析酶在生产、生活
10、中的应用实例,让学生 关注科学、技术和社会发展。 考点1 -20- 必备知识梳理关键能力突破 (科学思维)用曲线模型表示影响酶促反应的因素 考点1 -21- 必备知识梳理关键能力突破 问题设计 1.底物浓度、酶浓度与酶促反应速率的关系(图1、2) (1)图1:在其他条件适宜、酶量一定的情况下,酶促反应速率随底 物浓度增加而加快,但当底物达到一定浓度后,受 限制,酶促反应速率不再增加。 (2)图2:在底物充足、其他条件适宜的情况下,酶促反应速率与酶 浓度呈 。 2.温度和pH与酶促反应速率的关系(图3) (1)图3:温度和pH是通过影响 来影响酶促反应速率 的;底物浓度和酶浓度是通过影响 来 影
11、响酶促反应速率的,并不影响酶的活性。 (2)图3:反应溶液pH的变化 (填“影响”或“不影响”) 酶作用的最适温度;反应溶液温度的变化也 (填“改变” 或“不改变”)酶作用的最适pH。 考点1 -22- 必备知识梳理关键能力突破 3.反应时间与酶促反应的关系(图4、5、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 ,生成物因积累 而增多。 (3)t0t1段,因反应物较充足,所以反应速率较高,反应物消耗较快, 生成物生成速率较快。t1t2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
12、成物也不再增加,此时反应速率为 。 答案 1.(1)酶数量和酶活性 (2)正相关 2.(1)酶活性 底物与酶的接触 (2)不影响 不改变 3.(2)减少 (3)0 考点1 -23- 必备知识梳理关键能力突破 考向1 考查有关酶的高效性与专一性 1.(2018安徽合肥六校联考) 如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1分子蔗糖经酶催化后产生2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 答案解析解析 关闭 酶在催化过程中会发生结构的改变但是反应完成后可以恢复,A项正确; 酶具有
13、专一性,一种酶只能催化一种或一类化学反应,B项正确;蔗糖经酶 催化后产生1分子葡萄糖和1分子果糖,C项错误;图示过程体现了酶的专 一性,能够保证酶保持较高的催化活性,D项正确。 答案解析 关闭 C 考点1 -24- 必备知识梳理关键能力突破 考向2 考查有关影响酶活性的因素曲线 2.(2018江西临川月考)下图1曲线a表示在最适温度和pH条件下, 反应时间与生成物量的关系,图2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。据图分析正确的是( ) 考点1 -25- 必备知识梳理关键能力突破 A.图1曲线a中,M点后,限制生成物量不再增加的因素是酶的数量 不足 B.图2曲线,
14、酶减少后,图示反应速率可用曲线f表示 C.分别在图2中取N、P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 答案解析解析 关闭 图1曲线a中,M点后,限制生成物量不再增加的因素为反应物的量;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 N、P点的速率 值是一个定值,无法用曲线c和d表示;图2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,因此无论pH增大还是减小,曲线b都应变 成曲线f。 答案解析 关闭 B 考点1 -26- 必备知识梳理关键能力突破 “四步法”分析酶促反应曲线 (1)识标:“识标明变
15、量”。明确酶促反应曲线坐标图中横坐标(自变量) 和纵坐标(因变量)的含义。 (2)析线:“析线理关系”。分析酶促反应曲线走势,明确因变量怎样随 自变量的变化而变化,“上升”“下降”“先升后降”“先升后稳”“水平”等。 (3)明点(特殊点):“抓点求突破”。明确酶促反应曲线中起点、终点、 顶点、拐点、交叉点、特殊条件下的交点等表示的生物学含义。 (4)判断:“先分后合巧辨析”。对于多条酶促反应曲线图,根据曲线上 不同标示物识别曲线所代表的意义(有的曲线直接标出),首先对每 一条曲线单独分析,然后综合分析,判断曲线间有无联系或找出相互 关系。 考点1 -27- 必备知识梳理关键能力突破 比较过氧化
16、氢在不同条件下的分解 1.实验原理 (1)探究温度对酶活性的影响 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,根据是否出现 蓝色及蓝色的深浅 来判断酶的活性。 (2)探究pH对酶活性的影响 鉴定原理:pH影响酶的活性,从而影响 O2的生成量 ,可 用带火星的卫生香燃烧的情况来检验O2产生量的多少。 考点1 -28- 必备知识梳理关键能力突破 2.实验步骤 (1)探究温度对酶活性的影响 考点1 -29- 必备知识梳理关键能力突破 (2)探究pH对酶活性的影响 考点1 -30- 必备知识梳理关键能力突破 凝练核心素养凝练核心素养 科学探究通过探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活
17、性 因素的实验活动,掌握探究实验设计的一般程序。 考点1 -31- 必备知识梳理关键能力突破 (科学探究)为了探究温度、pH对酶活性的影响,下列实验设计合 理的是( ) A.实验 B.实验 C.实验 D.实验 答案解析解析 关闭 过氧化氢在高温下易分解,因此不能用过氧化氢作为底物来探究温度对 酶活性的影响,A项错误;可以利用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、 碘液来探究温度对酶活性的影响,B项正确;根据酶的专一性,蔗糖酶不能 使淀粉水解,C项错误;淀粉在酸性条件下易分解,因此不能用淀粉作为底 物来探究pH对酶活性的影响,D项错误。 答案解析 关闭 B 考点1 -32- 必备知识梳理关键能力突破
18、 典例为了探究温度、pH对酶活性的影响,下列实验设计合理的是( ) A.实验 B.实验 C.实验 D.实验 答案解析解析 关闭 从图得知,本实验中,自变量是温度,因变量是反应物浓度,酶量属于无关 变量,A项正确;在相同时间内,B组曲线下降得最快,说明该组温度下酶促 反应速率最快,即30 的条件下酶降低活化能的效率最高,B项错误;若 在t1之前将A组的温度提高10 ,酶活性会升高,反应速率会加快,C项正 确;t1t3时间段,B组的反应物较少,是限制其速率的主要原因,D项正确。 答案解析 关闭 B 考点1 -33- 必备知识梳理关键能力突破 强化训练强化训练(2018湖南邵阳一中月考)在研究温度对
19、某种酶活性的影 响实验中,不同温度下反应物浓度随反应时间的变化如图所示。下列 说法错误的是( ) A.本实验中,温度属于自变量,酶的用量属于无关变量 B.在三组实验中,50 条件下酶降低活化能的效率最高 C.若在t1之前将A组的温度提高10 ,其反应速度会加快 D.在t1t3时间段,反应物浓度的降低限制了B组反应的速率 答案解析解析 关闭 从图得知,本实验中,自变量是温度,因变量是反应物浓度,酶量属于无关 变量,A项正确;在相同时间内,B组曲线下降得最快,说明该组温度下酶促 反应速率最快,即30 的条件下酶降低活化能的效率最高,B项错误;若 在t1之前将A组的温度提高10 ,酶活性会升高,反应
20、速率会加快,C项正 确;t1t3时间段,B组的反应物较少,是限制其速率的主要原因,D项正确。 答案解析 关闭 B 考点1 -34- 必备知识梳理关键能力突破 (1)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度,检测底物被分解的试剂 宜选用碘液,不宜选用斐林试剂,因为用斐林试剂鉴定时需水浴加 热,而该实验中需严格控制温度。 (2)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,加热条件下分 解会加快,从而影响实验结果。 (3)在探究pH对酶活性的影响时,需要保证酶的最适温度(排除温度 干扰),且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与底物接 触
21、,不宜在未达到预设pH前,让反应物与酶接触。 考点1 -35- 1 2 3 4 5 1.下列关于酶的说法正确的是( ) A.酶的合成一定需要核糖体,但不一定需要高尔基体 B.pH较低时一定会降低酶的活性,但温度较低时则不一定会降低酶 的活性 C.在任何条件下,酶降低活化能的效果一定比无机催化剂显著 D.所有活细胞都具有与细胞呼吸有关的酶,但不一定都分布在线粒 体中 答案解析解析 关闭 绝大多数酶的本质是蛋白质,在核糖体上合成,少数酶是RNA,主要在细胞 核中合成;温度较低时酶的活性会降低,但不会使酶失去活性;酶的催化 作用需要适宜的条件,故并非所有条件下,酶降低活化能的效果都比无机 催化剂显著
22、;真核细胞的呼吸酶分布在细胞质基质和线粒体中,原核细胞 的呼吸酶分布于细胞质和细胞膜上。 答案解析 关闭 D 考点1 -36- 1 2 3 4 5 2.下列关于酶特性实验设计的叙述,正确的是( ) A.验证酶的高效性时,自变量只是酶的种类 B.探究温度对酶活性影响实验中,可选用过氧化氢酶为研究对象 C.探究影响淀粉酶活性的因素时,温度、pH都是自变量 D.用淀粉、蔗糖酶和淀粉酶探究酶的专一性时,可用碘液进行鉴定 答案解析解析 关闭 验证酶的高效性时,自变量是催化剂的种类;由于温度升高,可加快过氧 化氢的分解,因此探究温度对酶活性的影响时,不宜选用过氧化氢酶为研 究对象;用淀粉、蔗糖酶和淀粉酶探
23、究酶的专一性时,应该用斐林试剂进 行鉴定。 答案解析 关闭 C 考点1 -37- 1 2 3 4 5 3.现有三支试管甲、乙、丙,先向试管内加入2 mL可溶性淀粉溶液, 再按下图中所示步骤操作,然后分别用斐林试剂检验。下列分析错 误的是( ) A.甲试管和乙试管对照,说明酶具有专一性 B.甲试管和丙试管对照,说明酶的活性受温度的影响 C.实验结果是甲试管内出现砖红色沉淀 D.实验结果是乙试管和丙试管内出现砖红色沉淀 答案解析解析 关闭 本题是验证性实验,应遵循对照原则、单一变量原则、等量原则。比较 甲试管和乙试管,自变量是酶的种类,验证酶具有专一性。甲试管和丙试 管只有温度不同,说明酶的活性受
24、温度的影响。甲试管中唾液淀粉酶能 把淀粉水解为还原糖。乙试管、丙试管不能产生还原糖,以斐林试剂检 验,结果无砖红色沉淀。 答案解析 关闭 D 考点1 -38- 1 2 3 4 5 4.某科研小组将新鲜的萝卜磨碎,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研究,得到如图所示的实验结果。下列分 析错误的是( ) 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新鲜肝脏研磨液,则O2产生总 量明显增多 C.图乙中引起a、b曲线出现差异的原因可能是温度不同 D.过氧化氢酶可保存在低温、pH为7的环境中 答案解析解析 关闭 图甲中催化剂的种类是自
25、变量,H2O2的浓度和量属于无关变量;O2产生总 量取决于底物H2O2的量,与酶无关;在pH相同时,温度不同,酶的活性可能 不同,从而可引起a、b曲线出现差异;过酸、过碱、高温都会使酶变性失 活,过氧化氢酶可保存在低温和pH为7的环境中。 答案解析 关闭 B 考点1 -39- 1 2 3 4 5 5.酶是具有生物催化功能的高分子物质。在酶的催化反应体系中, 反应物分子被称为底物,底物通过酶的催化转化为其他分子。几乎 所有的细胞活动进程都需要酶的参与,以提高效率。请回答下列问 题。 (1)酚氧化酶与酚类底物在细胞中能实现分类存放,是因为细胞内具 有 系统,组成该系统的结构具有的功能特性是 。 茶
26、叶细胞中也存在众多种类的酚类物质与酚氧化酶。绿茶制取过 程中必须先进行热锅高温炒制,这一过程的目的是 。 (2)茶树的Rubicon酶在CO2浓度较高时催化C2与CO2反应,Rubicon 酶的存在场所为 ;该酶具有“两面性”,在O2 浓度较高时催化C2与O2反应,产物经一系列变化后到线粒体中会产 生CO2,其“两面性”与酶的 (特性)相矛盾。 考点1 -40- 1 2 3 4 5 (3)如图中曲线表示将酶在不同温度下保温足够长时间,再在酶活性 最高的温度下测其残余酶活性,由图可得出: 。 为了验证这一结论,请以耐高温的纤维素分解酶为实验材料,比较 在低温和最适温度下储存对酶活性的影响,写出实
27、验设计思路: 。 考点1 -41- 1 2 3 4 5 答案 (1)生物膜 选择透过性 高温使酚氧化酶失活 (2)叶绿体基质 专一性 (3)酶在较低温度下储存活性受影响小,在较高温度下储存活性受影 响大 将耐高温的纤维素分解酶分别在低温和最适温度下储存足 够长时间后,再在最适温度下测量其活性 考点1 -42- 1 2 3 4 5 解析 (1)酚氧化酶与酚类底物在细胞中能实现分类存放,是因为细 胞内具有生物膜系统,生物膜的功能特性是选择透过性。绿茶制取 过程中必须先进行热锅高温炒制,这一过程的目的是高温使酚氧化 酶失活。(2)茶树的Rubicon酶在CO2浓度较高时催化C2与CO2反应, 该反应属于暗反应中的物质变化,因此Rubicon酶的存在场所为叶 绿体基质;该酶具有“两面性”,在O2浓度较高时,该酶催化C2与O2反 应,产物经一系列变化后到线粒体中会产生CO2,其“两面性”与酶的 专一性相矛盾。(3)图中曲线表示将酶在不同温度下保温足够长时 间,再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性,由图可得出酶在较 低温度下储存活性受影响小,在较高温度下储存活性受影响大。为 了验证这一结论,可以将耐高温的纤维素分解酶分别在低温和最适 温度下储存足够长时间后,再在最适温度下测量其活性。