生物第3单元 细胞的能量供应和利用 第1讲 降低化学反应活化能的酶 新人教版必修1

第三单元细胞的能量供应和利用第三单元细胞的能量供应和利用第第1讲降低化学反应活化能的酶讲降低化学反应活化能的酶 最新考纲最新考纲 1.酶在代谢中的作用酶在代谢中的作用()2.实验：探究影响酶活性的因素实验：探究影响酶活性的因素1细胞代谢是细胞内每时每刻都进行着的各种化学反应，是细胞生命活动的细胞代谢是细胞内每时每刻都进行着的各种化学反应，是细胞生命活动的基础。基础。2同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。3酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，极酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，极少数酶是少数酶是RNA。4低温抑制酶活性，但不破坏酶的分子结构。低温抑制酶活性，但不破坏酶的分子结构。5高温、过酸、过碱都会导致酶的分子结构遭到破坏而永久失去活性。高温、过酸、过碱都会导致酶的分子结构遭到破坏而永久失去活性。知识点一酶的作用与本质知识点一酶的作用与本质 课前导学课前导学 细胞细胞化学反应化学反应生命活动生命活动2酶的作用机理酶的作用机理(1)活化能：分子从活化能：分子从_转变为容易发生化学反应的转变为容易发生化学反应的_所需要的能所需要的能量。量。(2)酶催化作用的原理是酶催化作用的原理是_。(3)同无机催化剂相比，酶催化效率更高的原因是同无机催化剂相比，酶催化效率更高的原因是_。常态常态活跃状态活跃状态 降低化学反应的活化能降低化学反应的活化能酶降低活化能的作用更显著酶降低活化能的作用更显著 3酶本质的探索酶本质的探索 连一连连一连 思考判断：思考判断：(1)酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸。酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸。()(2)酶提供了反应过程所必需的活化能。酶提供了反应过程所必需的活化能。()(3)随着温度降低，酶促反应的活化能下降。随着温度降低，酶促反应的活化能下降。()(4)酶是由活细胞产生的，因此酶只能在细胞内发挥作用。酶是由活细胞产生的，因此酶只能在细胞内发挥作用。()(5)酶活性的发挥离不开其特定的结构。酶活性的发挥离不开其特定的结构。()【答案【答案】(1)(2)(3)(4)(5) 小题通关小题通关 酶的特性及作用原理酶的特性及作用原理 连一连连一连 知识点二酶的特性知识点二酶的特性 课前导学课前导学 下列关于酶催化特性的叙述，正确的是下列关于酶催化特性的叙述，正确的是()A低温降低分子运动速率，抑制酶的活性低温降低分子运动速率，抑制酶的活性B高温激发酶的活性，提高酶促反应速率高温激发酶的活性，提高酶促反应速率C增大底物的浓度，酶促反应速率可以持续上升增大底物的浓度，酶促反应速率可以持续上升D增加酶的物质量，酶促反应的产物量随之增加增加酶的物质量，酶促反应的产物量随之增加【答案【答案】A【解析【解析】低温降低分子运动速率，从而抑制酶的活性；温度过高使酶失活，低温降低分子运动速率，从而抑制酶的活性；温度过高使酶失活，会降低酶促反应速率；增大底物的浓度，酶促反应速率还受酶浓度等的影响；酶会降低酶促反应速率；增大底物的浓度，酶促反应速率还受酶浓度等的影响；酶只能改变化学反应速率，而不改变化学反应方向和平衡点。只能改变化学反应速率，而不改变化学反应方向和平衡点。 小题通关小题通关 1酶的本质酶的本质(1)酶的产生部位、本质、功能及分类酶的产生部位、本质、功能及分类酶的本质和特性酶的本质和特性项目项目内容内容解释解释产生部位产生部位一般来说，活细胞一般来说，活细胞都能产生酶都能产生酶活细胞活细胞(哺乳动物成熟红细胞等除外哺乳动物成熟红细胞等除外)一定能产一定能产生，可在细胞内、细胞外生，可在细胞内、细胞外(或体外或体外)发挥作用发挥作用本质本质大多数是蛋白质，大多数是蛋白质，少数是少数是RNA合成原料：氨基酸或核糖核苷酸合成原料：氨基酸或核糖核苷酸项目项目内容内容解释解释功能功能催化催化反应前后酶量和化学性质不变反应前后酶量和化学性质不变种种类类按存在按存在胞内酶：合成后在细胞内起作用，如有氧呼吸酶胞内酶：合成后在细胞内起作用，如有氧呼吸酶部位分部位分胞外酶：合成后分泌到细胞外起作用，如消化酶胞外酶：合成后分泌到细胞外起作用，如消化酶按功按功水解酶：在物质水解时起催化作用水解酶：在物质水解时起催化作用能分能分合成酶：在物质合成时起催化作用合成酶：在物质合成时起催化作用(2)酶化学本质的实验验证酶化学本质的实验验证实验变量：自变量为待测酶液和标准蛋白质样液或实验变量：自变量为待测酶液和标准蛋白质样液或RNA样液，因变量为是否样液，因变量为是否有紫色反应或红色反应。有紫色反应或红色反应。(3)酶的催化作用实验验证酶的催化作用实验验证对照组：反应物清水对照组：反应物清水反应物不被分解。反应物不被分解。实验组：反应物等量的相应酶溶液实验组：反应物等量的相应酶溶液反应物被分解。反应物被分解。实验变量：自变量是相应酶液的有无，因变量是底物是否被分解。实验变量：自变量是相应酶液的有无，因变量是底物是否被分解。2酶的高效性酶的高效性比较过氧化氢在不同条件下的分解比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验过程中的理论分析实验过程中的理论分析(2)酶具有高效性的机理是其能够显著降低化学反应的活化能，缩短反应达到酶具有高效性的机理是其能够显著降低化学反应的活化能，缩短反应达到平衡点的时间，并使细胞代谢在温和的条件下快速进行。平衡点的时间，并使细胞代谢在温和的条件下快速进行。1(2017年黑龙江双鸭山检测年黑龙江双鸭山检测)下列关于酶的叙述中正确的一项是下列关于酶的叙述中正确的一项是()酶是活细胞产生的酶是活细胞产生的酶的本质是蛋白质，蛋白质都是酶酶的本质是蛋白质，蛋白质都是酶酶能降低化酶能降低化学反应的活化能，具有专一性、高效性学反应的活化能，具有专一性、高效性酶促反应与外界条件无关酶促反应与外界条件无关淀粉酶淀粉酶能促进淀粉水解能促进淀粉水解酶只有在生物体内才起催化作用酶只有在生物体内才起催化作用A BC D【答案【答案】D考查酶的本质、作用及特性考查酶的本质、作用及特性【解析【解析】酶是由活细胞产生的，酶是由活细胞产生的，正确；酶是蛋白质或正确；酶是蛋白质或RNA，蛋白质不一定，蛋白质不一定都是酶，如胰岛素是蛋白质，但不是酶，都是酶，如胰岛素是蛋白质，但不是酶，错误；酶具有专一性和高效性，其具错误；酶具有专一性和高效性，其具有高效性的原因是酶能显著降低化学反应所需的活化能，有高效性的原因是酶能显著降低化学反应所需的活化能，正确；酶的作用条件正确；酶的作用条件温和，其活性易受温度和温和，其活性易受温度和pH等外界条件的影响，等外界条件的影响，错误；酶具有专一性，淀粉酶错误；酶具有专一性，淀粉酶能催化淀粉水解，能催化淀粉水解，正确；酶在细胞内和细胞外都能发挥作用，正确；酶在细胞内和细胞外都能发挥作用，错误。错误。2(2017年福建厦门质检年福建厦门质检)为了证明酶的作用具有专一性，某同学设计了如下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实验，分别选择一定的试剂进行检测，合理的实验方案是()A和和对比，用双缩脲试剂检测对比，用双缩脲试剂检测B和和对比，用碘液检测对比，用碘液检测C和和对比，用斐林试剂检测对比，用斐林试剂检测D和和对比，用斐林试剂检测对比，用斐林试剂检测【答案【答案】B考查酶的作用特性的相关实验考查酶的作用特性的相关实验组别组别酶酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶反应物反应物蛋白质蛋白质淀粉淀粉蛋白质蛋白质淀粉淀粉麦芽糖麦芽糖【解析【解析】中的蛋白酶和中的蛋白酶和中的淀粉酶均是蛋白质，不能用双缩脲试剂检中的淀粉酶均是蛋白质，不能用双缩脲试剂检测；蛋白酶不能催化淀粉水解，淀粉酶可以催化淀粉水解，所以测；蛋白酶不能催化淀粉水解，淀粉酶可以催化淀粉水解，所以和和对比，可对比，可用碘液检测；淀粉酶能催化淀粉水解，产生还原糖，淀粉酶虽不能催化麦芽糖水用碘液检测；淀粉酶能催化淀粉水解，产生还原糖，淀粉酶虽不能催化麦芽糖水解，但麦芽糖为还原糖，所以解，但麦芽糖为还原糖，所以和和均能与斐林试剂反应，形成砖红色沉淀；蛋均能与斐林试剂反应，形成砖红色沉淀；蛋白质及其水解产物均不能与斐林试剂反应。白质及其水解产物均不能与斐林试剂反应。1与酶相关的单一曲线模型解读与酶相关的单一曲线模型解读影响酶促反应的曲线分析影响酶促反应的曲线分析(1)温度和温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的。是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的。(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，温度升高可恢复其活性。结构未被破坏，温度升高可恢复其活性。(3)底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触面积来影响酶促反应速率底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触面积来影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。的，并不影响酶的活性。2与酶相关的复合曲线模型解读与酶相关的复合曲线模型解读1(2017年安徽皖江名校联考年安徽皖江名校联考)如图所示曲线反映温度或如图所示曲线反映温度或pH对对a、b、c三种酶三种酶活性的影响。下列相关叙述，正确的是活性的影响。下列相关叙述，正确的是()考查单一因素对酶活性和反应速率的影响考查单一因素对酶活性和反应速率的影响A酶酶a的最适温度应大于酶的最适温度应大于酶b的最适温度的最适温度B图中图中A点和点和C点，酶点，酶a的活性相同，空间结构也相同的活性相同，空间结构也相同C图中图中D点，酶点，酶b和酶和酶c的空间结构都有一定的破坏的空间结构都有一定的破坏D酶酶b和酶和酶c都可能存在于人体的内环境中都可能存在于人体的内环境中【答案【答案】C【解析【解析】从图中只能得出酶从图中只能得出酶a的最适温度，不能比较酶的最适温度，不能比较酶a与酶与酶b最适温度的大最适温度的大小，小，A错误；低温条件下，酶的活性降低，但空间结构不变，而高温、强酸和强碱错误；低温条件下，酶的活性降低，但空间结构不变，而高温、强酸和强碱条件下，酶的空间结构都会发生改变，条件下，酶的空间结构都会发生改变，B错误、错误、C正确；人体内环境的正确；人体内环境的pH范围为范围为7.357.45，而酶，而酶b和酶和酶c的最适的最适pH偏离这个范围较大，不应存在于人体内环境中，偏离这个范围较大，不应存在于人体内环境中，D错误。错误。2(2017年天津和平区期末年天津和平区期末)某生物小组用某种酶进行了三组实验，有关实验某生物小组用某种酶进行了三组实验，有关实验的结果如下图所示，下列说法正确的是的结果如下图所示，下列说法正确的是()考查多个因素对酶活性和反应速率的影响考查多个因素对酶活性和反应速率的影响A本实验研究的酶有麦芽糖酶和蔗糖酶本实验研究的酶有麦芽糖酶和蔗糖酶B三组实验能够证明酶具有专一性、高效性和温和性三组实验能够证明酶具有专一性、高效性和温和性C通过实验可以证明该种酶活性最大时的条件接近通过实验可以证明该种酶活性最大时的条件接近30 、pH7DpH5或温度为或温度为20 条件下酶活性下降的原因相同条件下酶活性下降的原因相同【答案【答案】C【解析【解析】图图3中，麦芽糖的含量减少，蔗糖的含量保持不变，说明该实验研究中，麦芽糖的含量减少，蔗糖的含量保持不变，说明该实验研究的酶是麦芽糖酶。酶具有高效性是酶与无机催化剂相比，图示中并没有进行此实的酶是麦芽糖酶。酶具有高效性是酶与无机催化剂相比，图示中并没有进行此实验。图验。图1中温度为中温度为30 时，达到反应平衡点所用的时间最短，说明此温度最接近最时，达到反应平衡点所用的时间最短，说明此温度最接近最适温度。图适温度。图2中中pH7时，底物剩余量最少，说明底物被分解的最多，因此，该种时，底物剩余量最少，说明底物被分解的最多，因此，该种酶活性最大时的条件接近酶活性最大时的条件接近30 、pH7。20 时只是抑制酶的活性，而时只是抑制酶的活性，而pH5时时可能使酶变性失去活性。可能使酶变性失去活性。实验：探究影响酶活性的因素实验：探究影响酶活性的因素 实验理论实验理论 (2)实验步骤实验步骤步骤步骤实验操作内容实验操作内容试管试管1试管试管2试管试管31加等量可溶性淀粉溶液加等量可溶性淀粉溶液2 mL2 mL2 mL2控制不同温度条件控制不同温度条件37 温水温水(5 min)沸水沸水(5 min)冰块冰块(5 min)3加等量新鲜淀粉酶溶液加等量新鲜淀粉酶溶液1 mL1 mL1 mL4加等量碘液加等量碘液1滴滴1滴滴1滴滴5观察实验现象观察实验现象不出现蓝色或呈不出现蓝色或呈现碘液的颜色现碘液的颜色蓝色蓝色蓝色蓝色注意：在上述实验操作中，不能先加入等量淀粉酶再分别控制温度。因为酶注意：在上述实验操作中，不能先加入等量淀粉酶再分别控制温度。因为酶具有高效性，先加入酶后，酶在常温下可以发挥催化作用，影响实验结果。具有高效性，先加入酶后，酶在常温下可以发挥催化作用，影响实验结果。(3)实验结论：温度影响酶的活性。实验结论：温度影响酶的活性。(2)实验步骤实验步骤步骤步骤实验操作内容实验操作内容试管试管1试管试管2试管试管31注入等量过氧化氢酶溶液注入等量过氧化氢酶溶液2滴滴2滴滴2滴滴2注入不同注入不同pH的溶液的溶液1 mL蒸馏水蒸馏水1 mL盐酸盐酸1 mLNaOH3注入等量的注入等量的H2O2溶液溶液2 mL2 mL2 mL4观察现象观察现象卫生香复燃卫生香复燃卫生香不复燃卫生香不复燃卫生香不复燃卫生香不复燃注意：上述实验步骤中，不能把调节注意：上述实验步骤中，不能把调节pH和注入等量的和注入等量的H2O2溶液这两个步骤调溶液这两个步骤调换，因为酶与底物一接触，就会发生催化作用，使换，因为酶与底物一接触，就会发生催化作用，使H2O2分解，影响实验结果。分解，影响实验结果。(3)实验结论：实验结论：pH能影响酶的活性。能影响酶的活性。1用用“试剂检测法试剂检测法”鉴定酶的本质鉴定酶的本质实验原理和方法：实验原理和方法：方法透析方法透析2用用“对比实验法对比实验法”探究或验证酶的高效性、专一性及影响酶活性的因素探究或验证酶的高效性、专一性及影响酶活性的因素(1)验证酶的高效性验证酶的高效性设计思路：验证酶高效性的方法是设计思路：验证酶高效性的方法是“对比法对比法”，实验变量为不同类型的催，实验变量为不同类型的催化剂，因变量为底物的反应速率，进行比较。化剂，因变量为底物的反应速率，进行比较。设计方案设计方案项目项目实验组实验组对照组对照组材料材料等量的同一种底物等量的同一种底物试剂试剂与底物相对应的酶溶液与底物相对应的酶溶液(如生物材料研磨液如生物材料研磨液)等量的无机催化剂等量的无机催化剂现象现象反应速率很快，或反应用时短反应速率很快，或反应用时短反应速率缓慢，或反应反应速率缓慢，或反应用时长用时长结论结论酶具有高效性酶具有高效性(2)酶的专一性的实验探究方法酶的专一性的实验探究方法对比法对比法设计思路：常见的方案有两种，即底物相同但酶不同或底物不同但酶相设计思路：常见的方案有两种，即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。同，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。设计方案设计方案项目项目方案一方案一方案二方案二实验组实验组对照组对照组实验组实验组对照组对照组材料材料同种底物同种底物(等量等量)与酶相对应的与酶相对应的底物底物另外一种底物另外一种底物试剂试剂与底物相对应的酶与底物相对应的酶另外一种酶另外一种酶同一种酶同一种酶(等量等量)现象现象发生反应发生反应不发生反应不发生反应发生反应发生反应不发生不发生反应结论反应结论酶具有专一性酶具有专一性酶具有专一性酶具有专一性3.用用“梯度法梯度法”探究影响酶活性的因素探究影响酶活性的因素(温度或温度或pH)(1)设计思路：设计实验时需设置一系列不同温度设计思路：设计实验时需设置一系列不同温度(或或pH)的实验组进行相互对的实验组进行相互对照，最后根据实验现象得出结论。酶促反应所需时间最短的一组所对应的温度照，最后根据实验现象得出结论。酶促反应所需时间最短的一组所对应的温度(或或pH)最接近最适温度最接近最适温度(或或pH)。相邻组间的差值。相邻组间的差值(即梯度值即梯度值)越小，测定的最适温度越小，测定的最适温度(或或pH)就越精确。就越精确。(2)设计方案设计方案组别编号组别编号12n实验材料实验材料等量的同种底物和酶等量的同种底物和酶温度温度(或或pH)t1(或或a1)t2(或或a2)tn(或或an)衡量指标衡量指标相同时间内，各组酶促反应中生成物量的多少，或底物剩相同时间内，各组酶促反应中生成物量的多少，或底物剩余量的多少余量的多少实验结论实验结论生成物量最多的一组，或底物剩余量最少的一组对应的温生成物量最多的一组，或底物剩余量最少的一组对应的温度度(或或pH)最接近最适温度最接近最适温度(或或pH)1(2017年山东泰安模拟年山东泰安模拟)下列能够证明某种酶的化学本质是下列能够证明某种酶的化学本质是RNA的实验设计的实验设计组合是组合是() 诊断小练诊断小练 组别组别实验处理实验处理待测酶液吡罗红染液待测酶液吡罗红染液是否呈现红色是否呈现红色待测酶液双缩脲试剂待测酶液双缩脲试剂是否出现紫色是否出现紫色已知已知RNA溶液吡罗红染液溶液吡罗红染液出现红色出现红色已知蛋白液双缩脲试剂已知蛋白液双缩脲试剂紫色反应紫色反应ABCD【答案【答案】C【解析【解析】对于酶本质的验证，需要设置对照，即对于酶本质的验证，需要设置对照，即组，此外检测组，此外检测RNA利用利用吡罗红染液。吡罗红染液。2为探究为探究“影响酶活性的因素影响酶活性的因素”，某同学设计了一个实验方案，见下表：，某同学设计了一个实验方案，见下表：试管试管底物和试剂底物和试剂实验条件实验条件11 mL体积分数为体积分数为10%的鸡蛋清溶液的鸡蛋清溶液37 水浴水浴21 mL体积分数为体积分数为10%的鸡蛋清溶液的鸡蛋清溶液1 mL胰胰蛋白酶蛋白酶37 水浴；水浴；pH531 mL体积分数为体积分数为10%的鸡蛋清溶液的鸡蛋清溶液1 mL胰胰蛋白酶蛋白酶？41 mL体积分数为体积分数为10%的鸡蛋清溶液的鸡蛋清溶液1 mL胰胰蛋白酶蛋白酶5 水浴；水浴；pH89下面相关分析合理的是下面相关分析合理的是()A实验目的是探究温度对酶活性的影响实验目的是探究温度对酶活性的影响B1号试管设置正确合理，为空白对照组号试管设置正确合理，为空白对照组C3号试管的实验条件是号试管的实验条件是37 水浴；水浴；pH89D蛋清液和酶液应在混合均匀后再进行水浴蛋清液和酶液应在混合均匀后再进行水浴【答案【答案】C【解析【解析】实验目的是探究温度和实验目的是探究温度和pH对酶活性的影响，对酶活性的影响，A错误；若错误；若1号试管为空号试管为空白对照，则试剂应加白对照，则试剂应加1 mL蒸馏水，实验条件还应满足适宜蒸馏水，实验条件还应满足适宜pH，B错误；蛋清液和错误；蛋清液和酶液应先分别调节到预设的温度和酶液应先分别调节到预设的温度和pH后再混合均匀，后再混合均匀，D错误。错误。