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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,知识点一酶的作用和本质【自主预习】1.细胞代谢的概念:,细胞内,化学反应,细胞生命活动,2.酶的作用机理:,(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)图中表示无酶催化条件下反应活化能的是_段,表示有酶催化条件下反应活化能的是_段,表示有酶催化条件下降低的反应活化能的是_段。(3)酶的作用机理:_。,常态,活跃,ac,bc,ab,降低化学反应的活化能,3.酶的本质:,活细胞,催化,蛋白质,RNA,【点拨】酶的本质及其作用的四点提醒(1)酶不仅在细胞内发挥作用,在细胞外和体外也能发挥作用。(2)酶作用的机理是降低反应的活化能,但不能为反应提供能量。,(3)酶作为催化剂可改变化学反应的反应速率,但反应前后自身性质和数量不变。(4)合成酶的原料为氨基酸或核糖核苷酸。,【典题通关】1.(2018重庆高一检测)下列关于酶的叙述,正确的是导学号78404072()A.酶通过为反应供能发挥催化作用B.细胞环境是酶发挥作用的必要条件C.细胞内合成酶的场所是内质网和核糖体D.酶是活细胞产生的具有催化作用的生物大分子,【解析】选D。酶不能为反应提供能量,作用机理是降低化学反应的活化能,A错误;在细胞外,如果条件适合,酶也能发挥作用,B错误;酶绝大多数是蛋白质,少数是RNA,细胞内蛋白质合成和加工的场所是核糖体和内质网,但核糖体和内质网不是RNA合成和加工的场所,C错误;酶是活细胞产生的具有催化作用的生物大分子,D正确。,2.(2018阜新高一检测)在常温下H2O2溶液几乎不分解,但加入肝脏研磨液(含H2O2酶)后,会快速分解成H2O和O2。反应过程中能量变化如图所示,其中表示活化能的是()A.E2B.E3C.E3-E2D.E2-E1,【解析】选C。图中E1表示产物中所含能量,E2表示反应物中所含能量,E3表示发生反应时所具有的能量。活化能是分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量,即E3-E2。,【补偿训练】用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体上的蛋白质,处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是()A.蛋白酶B.RNAC.RNA酶D.蛋白质,【解析】选B。核糖体由蛋白质和RNA组成,用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体上的蛋白质后,剩余部分为RNA,处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应,说明核糖体中能催化该反应的物质是RNA。,知识点二酶的特性及实验分析【自主预习】1.比较不同条件下过氧化氢的分解实验:,较少,较多,大量,(1)变量分析:1号试管是_组,2号、3号、4号试管是_组。,对照,实验,FeCl3溶液,催化剂不同,(2)实验结果:不同条件下过氧化氢的分解速率不同。(3)实验结论:_。,酶具有高效性,2.酶的特性(连线):,【核心突破】1.酶高效性的实验设计思路:(1)实验组:底物+生物催化剂(酶)底物分解速率(或产物生成的速率)(2)对照组:底物+无机催化剂底物分解速率(或产物生成的速率),说明:实验组是接受实验变量处理的对象组,对照组也称控制组,对实验假设而言,是不接受实验变量处理的对象组。实验组和对照组不是固定不变的,具体哪个作为实验组,哪个作为对照组,要根据实验目的分析判断。,2.酶专一性的实验分析:(1)思路:,(2)实例:,3.探究温度、pH对酶活性的影响:(1)思路:,(2)实例探究不同温度对酶活性的影响:,【易错提醒】有关酶实验设计的四点提醒(1)在探究温度或pH对酶活性影响的实验中,应先分别控制酶和底物的温度或pH,再将酶与底物混合,而不能颠倒,否则酶会在调节温度或pH的过程中,先将底物分解,导致实验失败。,(2)实验用的淀粉酶最适温度不同,若用-淀粉酶进行实验,则应将37水浴改为65水浴。(3)由于过氧化氢在加热的条件下自身会加快分解,因此在探究温度对酶活性的影响实验中,不能选用过氧化氢酶催化过氧化氢分解。,(4)探究温度对酶活性的影响实验中不能用斐林试剂鉴定,因为使用斐林试剂时要水浴加热,会改变实验的自变量。,【易漏教材知识】P83“学科交叉”(1)无机催化剂与酶的相同点:具有_作用。(2)无机催化剂与酶的不同点:无机催化剂不具有_,其催化化学反应的范围比较广。,催化,专一性,【典题通关】【典例】(2018天水高一检测)下面为某同学进行的有关酶的实验,基本过程如表所示。据此分析,叙述错误的是导学号78404073(),A.4支试管都需要在37恒温水浴中保温B.1号试管与2号对照时自变量是底物,与3号对照时自变量是酶的种类C.出现砖红色沉淀的试管是1号和3号D.若要缩短实验时间,可将唾液或蔗糖酶的量增加到2mL,【解题探究】(1)唾液淀粉酶可将淀粉分解为_,而蔗糖酶可将蔗糖分解为_。(2)自变量为_。,麦芽糖,葡萄糖和果糖,底物和酶的种类,【解析】选C。该实验中温度属于无关变量,因此温度要保持相同且适宜,即均需要在37恒温水浴中保温,A正确;分析表格可知,1号试管与2号对照时自变量是底物,与3号对照时自变量是酶的种类,B正确;根据酶的专一性可知,淀粉酶只能水解淀粉,蔗糖酶只能水解蔗糖,即出现砖红色沉淀的试管是1号和4号,C错误;增加酶的用量,可加快酶促反应速率,D正确。,【互动探究】(1)2号试管与4号试管对照可得出什么结论?提示:酶具有专一性。(2)实验中斐林试剂能否换为碘液?说出理由。提示:不能。碘液可鉴定淀粉是否被水解,但不能鉴定蔗糖是否被分解。,【方法规律】探究或验证性实验设计的一般程序(1)材料准备与前期处理:如果需要提取、配制、处理实验材料,则把提取、配制等步骤作为第一步。,(2)分组、编号:研究对象、器皿等要分组编号,设置实验组和对照组,注意控制无关变量,在语言叙述的措辞上尽可能用“定性”的语言表达,如“一段时间”“适宜的温度”“适量的”“一定的”“等量的”“相同条件下”“适宜条件”等字眼,如果有测量应测量记录初始值。,(3)实验处理:分别对实验组和对照组施加单一变量,实验处理要遵循“单一变量和对照原则”。(4)现象观察、记录:在措辞中体现对无关变量的控制,经常用“相同条件下”等字眼描述,观察记录实验现象或记录测量的实验数据。(5)分析结果,得出结论。,【过关训练】1.现有三支试管A、B、C,先向各试管内加入2mL可溶性淀粉溶液,再按图中所示步骤操作,然后分别用斐林试剂检验。下列说法中不正确的是(),A.A和B试管对照,说明酶具有专一性B.A和C试管对照,说明酶的活性受温度的影响C.实验结果是B、C试管内出现砖红色沉淀D.A和B组实验中,酶的不同种类为自变量,【解析】选C。A试管和B试管对照,自变量是酶的种类,说明酶具有专一性;A试管和C试管对照,自变量是温度,说明酶的活性受温度的影响;实验结果是A试管出现砖红色沉淀。,2.(2018孝感高一检测)为了探究温度、pH对酶活性的影响,下列实验设计合理的是()导学号78404074,A.实验、实验B.实验、实验C.实验、实验D.实验、实验,【解析】选D。探究温度对酶活性的影响时不能用过氧化氢作为实验材料,因为高温会导致过氧化氢的分解,应选淀粉和淀粉酶为实验材料,正确;由于在酸性条件下淀粉易分解,即pH会影响淀粉的分解,故探究pH对酶活性影响时不能选淀粉和淀粉酶作为实验材料,可用蔗糖酶和蔗糖作为实验材料,正确。,【补偿训练】1.如图是验证酶的特性的相关实验操作。下列对于该实验的叙述中,正确的是(),A.该实验有两个自变量B.该实验证明酶的催化具有高效性C.产生的气泡是氧气和氢气D.卫生香用于检测H2O2是否分解,【解析】选B。该实验只有1个自变量,即催化剂的种类,A错误;加酶比加无机催化剂更能加快反应的速率,该实验证明酶的催化具有高效性,B正确;H2O2分解产生的气泡是氧气,C错误;卫生香用于检测H2O2分解的速率,D错误。,2.(2018资阳高一检测)为了验证温度对酶活性的影响,某同学设计了如下实验方案和步骤:取三支大小相同的试管,编号为甲、乙、丙,分别向三支试管中加入3mL糨糊,再各加入2mL新鲜的-淀粉酶溶液,振荡后,将甲、乙、丙三支试管分别置于0、35、100,下约5min,取出试管,各加入2mL斐林试剂(边加边振荡),用热水浴检验,观察试管内物质颜色的变化。下列对实验的评价正确的是(),实验步骤不正确温度设置不合理不能用斐林试剂检验A.有一项对B.有两项对C.三项均对D.三项均错,【解析】选C。为了控制单一变量,需要在糨糊和-淀粉酶混合前,分别将糨糊和-淀粉酶保温,保温一段时间后才能混合,混合后再置于相应的温度下保温,可见题述实验中步骤不正确;-淀粉酶的最适温度为65左右,应将三个温度中的35改为65,温度设置不合理;这个实验中不能用斐林试剂检验,斐林试剂检验时需要水浴加热,会干扰实验温度。,知识点三酶相关曲线分析【自主预习】,1.温度对酶活性的影响(如图1):(1)ab段表示随温度升高,酶活性逐渐_;b点时,酶活性_,此点所对应的温度为_;bc段表示随温度升高,酶活性逐渐_。(2)a点时酶活性_,但酶的空间结构_。(3)c点时酶活性_,其原因是_。,增强,最高,最适温度,减弱,较低,稳定,丧失,高温使酶的空间结,构遭到破坏,使酶永久失活,2.pH对酶活性的影响(如图2):(1)de段表示随pH升高,酶活性逐渐_;e点时,酶活性_,此点所对应的pH为_;ef段表示随pH升高,酶活性逐渐_。(2)d点和f点时酶活性_,其原因是_。,增强,最高,最适pH,减弱,丧失,过酸、过碱使,酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活,【核心突破】1.酶高效性的曲线分析:,解读:(1)催化剂可加快化学反应速率,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时间,不改变化学反应的平衡点。,2.酶专一性的曲线分析:,解读:(1)加入酶A的反应速率随反应物浓度增大明显加快。(2)加入酶B的反应速率与未加酶的空白对照条件下的反应速率相同。,3.底物浓度影响酶活性曲线的分析:,解读:(1)底物浓度较低时,酶促反应速率与底物浓度成正比,即随底物浓度的增加而增加。(2)当所有的酶与底物都结合后,再增加底物浓度,酶促反应速率不再增加。,4.酶浓度影响酶活性曲线的分析:解读:在有足够底物而又不受其他因素影响的情况下,酶促反应速率与酶浓度成正比。,5.温度和pH共同作用对酶活性的影响:,解读:(1)反应溶液中pH的变化不影响酶作用的最适温度。(2)反应溶液中温度的变化不影响酶作用的最适pH。,【易错提醒】影响酶促反应速率因素的三点提醒(1)酶催化反应时,最适温度和最适pH不会相互影响。(2)酶量的增加会提高酶促反应的速率,但不会改变化学反应的平衡点;适当增加反应物浓度,既改变了反应速率,也改变了反应的进程。,(3)不同因素影响酶促反应的速率的本质不同。温度和pH是通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的。底物浓度和酶浓度是通过影响酶与底物的接触而影响酶促反应速率,并不影响酶的活性。,【典题通关】【典例】(2017天津高考)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浓度的变化曲线。叙述错误的是导学号78404075(),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率先快后慢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,【解题探究】(1)题干信息:最适温度下A、B浓度的变化曲线,适当降低温度,酶的活性会_。(2)图示信息:T1时加入酶C后,A物质浓度_、B物质浓度_,T2后两曲线趋于平缓,则A物质为_,B物质为_。,降低,降低,增加,反应物,生成物,【解析】选C。题图中加入酶C后,A浓度下降,B浓度上升,推测A经过反应生成了B,酶C降低了A生成B这一反应的活化能,A项正确;该体系中在T1T2段曲线变化幅度较大,T2以后曲线趋于平缓,反映出酶促反应速率先快后慢,B项正确;T2后B增加缓慢是作为反应物的A过少造成的,酶的活性变化不明显,C项错误;图示为最适温度下A、B浓度的变化曲线,适当降低反应温度,反应速率减慢,T2值增大,D项正确。,【互动探究】(1)如果适当升高反应温度,题图中T2值会如何变化?为什么?提示:增大。在最适温度条件下,适当升高反应温度,酶的活性降低,酶促反应速率降低,反应时间会延长。,(2)如果题图为最适pH下A、B浓度的变化曲线,且A、B均不影响pH变化,T1时加入酶C,描述两曲线变化的趋势。提示:在T1T2段A曲线下降,B曲线上升,且变化幅度较大;T2后两曲线保持稳定。,【方法规律】“四步法”分析酶促反应曲线(1)识标: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: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,如“上升”“下降”“先升后降”“先升后稳”“水平”等。,(3)明点(特殊点):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:对于多条酶促反应曲线图,先对每一条曲线单独分析,进行比较,判断曲线间有无联系或找出相互关系,然后综合分析。,【过关训练】1.如图表示pH对植物淀粉酶和人唾液淀粉酶活性的影响,下列叙述正确的是()导学号78404076,A.pH为7时,植物淀粉酶的活性最高B.pH由低到高时,淀粉酶活性逐渐升高C.不同物种淀粉酶的最适pH有差异D.人唾液淀粉酶活性比植物淀粉酶活性高,【解析】选C。由图中曲线变化可知,pH为6时植物淀粉酶的活性最高,A错误;低于最适pH时,pH逐渐升高时淀粉酶活性逐渐升高,高于最适pH时,pH逐渐升高时淀粉酶活性逐渐降低,B错误;由图可知,植物和人唾液淀粉酶的最适pH有差别,可见不同物种淀粉酶的最适pH有差异,C正确;pH在24时,人唾液淀粉酶活性比植物淀粉酶活性低,D错误。,2.如图表示在最适温度下,反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。据图分析,错误的是(),A.如果A点时温度升高10,会使反应速率下降B.在B点时,反应物浓度限制了反应速率的提高C.如果在C点时加入少量的酶,会使反应速率加快D.AB段,随着反应物浓度的增加,反应速率加快,【解析】选B。图中曲线处于最适温度条件下,故A点时温度升高10,反应速率下降;在B点时,反应速率不再随着反应物浓度的上升而上升,反应物浓度不是限制反应速率提高的因素;C点可能是酶量限制了反应速率的提高,若加入少量的酶,反应速率会加快;由图可知,影响AB段反应速率的因素是反应物浓度,随着反应物浓度的增加,反应速率加快。,【补偿训练】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。下列分析错误的是(),A.甲酶不可能是具有催化功能的RNAB.甲酶能够抗该种蛋白酶降解C.乙酶的化学本质为蛋白质D.乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变,【解析】选A。由图可知,甲酶用蛋白酶处理后,酶活性不变,说明甲酶可能是具有催化功能的RNA;乙酶用蛋白酶处理后,酶活性降低,说明乙酶的本质是蛋白质。蛋白酶使乙酶分子结构改变,导致其酶活性降低。,
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