2024年高考生物一轮复习(新人教版) 第3单元 第1课时 降低化学反应活化能的酶.docx
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1、第1课时降低化学反应活化能的酶课标要求说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质,酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。考点一酶的作用和本质1细胞代谢(1)细胞代谢概念:细胞中每时每刻都进行着许多化学反应,统称为细胞代谢。(2)主要场所:细胞质基质。2酶的催化作用的实验验证:比较过氧化氢在不同条件下的分解(见教材P77)(1)方法步骤(2)实验过程的变量及对照分析(3)实验结论3酶的催化作用机理(1)活化能: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称为活化能。(2)酶催化作用的原理:降低化学反应的活化能。(3)意义:与无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著,使细胞代谢能在
2、温和条件下快速有序地进行。4酶本质的探究历程(连线)5酶的本质和作用项目内容解释产生部位活细胞内产生除哺乳动物成熟红细胞等部分细胞外,其他活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,合成场所是细胞核或核糖体(真核生物)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提供能量源于必修1 P80“拓展应用”:设计简单的实验验证从大豆种子中提取的脲酶是蛋白质,请说明实验思路。提示向脲酶溶液和蛋白质溶液中分别加入双缩
3、脲试剂,若都出现紫色反应,则说明脲酶是蛋白质。1.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,请思考回答下列问题:(1)甲、乙两种酶的化学本质是否相同?说出理由。提示不相同。观察曲线图可知,甲酶的活性始终保持不变,表明甲酶能抵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)乙酶活性改变的机理是什么?其活性能否恢复?提示乙酶被降解的过程中其分子结构会发生改变,从而使其活性丧失,这种活性的改变不可逆转,故无法恢复。2分析酶的作用原理曲线(1)表示无酶催化时反应进行所需要的活化能是AC段。(2)表示有酶催化时反应进行所
4、需要的活化能是BC段。(3)表示酶降低的活化能是AB段。1(2023江苏盐城高三模拟)某课外兴趣小组用图示实验装置验证酶的高效性。下列有关叙述不正确的是()A两个装置中的过氧化氢溶液要等量且不宜过多B需同时挤捏两支滴管的胶头,让肝脏液和FeCl3溶液同时注入试管中C肝脏液中的过氧化氢酶、FeCl3都可以降低该反应的活化能D左边移液管内红色液体上升的速度比右边慢,最终液面比右边低答案D解析由于过氧化氢酶的催化效率高于FeCl3,所以左边移液管内红色液体上升的速度比右边快,由于过氧化氢的量相等,产生的氧气一样多,最终两侧移液管中的液面等高,D错误。2酶是生物催化剂,下列有关酶的叙述正确的是()A酶
5、脱离生物体以后无法起作用B在酶的最适温度下储存酶C酶通过提供化学反应活化能加快反应速率D蛋白酶可以水解唾液淀粉酶答案D解析只要条件适宜,生物体中的酶可以在体外发挥作用,A错误;酶需要在低温下储存,B错误;酶通过降低反应的活化能加快反应速率,C错误;唾液淀粉酶化学本质是蛋白质,可以被蛋白酶水解,D正确。归纳总结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
6、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碱基间氢键的断裂考点二酶的高效性和专一性1酶具有高效性(1)定义:与无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著,催化效率更高。(2)意义:使细胞代谢快速进行。(3)曲线分析曲线分析:酶对应曲线A,无机催化剂对应曲线B,未加催化剂对应曲线C(填字母)。结论:与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。2酶具有专一性(1)定义:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。(2)探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用实验步骤及结
7、果试管编号12注入可溶性淀粉溶液2 mL注入蔗糖溶液2 mL注入新鲜的淀粉酶溶液2 mL2 mL60 水浴保温5 min新配制的斐林试剂2 mL2 mL沸水浴煮沸1 min实验现象有砖红色沉淀没有砖红色沉淀实验结论:淀粉酶只能催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解,酶的作用具有专一性。(3)意义:使细胞代谢有条不紊地进行。(1)源于必修1 P84“相关信息”:已知胃蛋白酶的最适pH为1.5,小肠液的pH约为7.6,胃蛋白酶随食糜进入小肠后还能发挥作用吗?为什么?提示不能。因为没有了适宜的pH,胃蛋白酶活性大大下降甚至失活,不再发挥作用。(2)源于必修1 P85“科学技术社会”:溶菌酶能够溶解细菌的细胞
8、壁,具有抗菌消炎的作用。在临床上与抗生素混合使用,能增强抗生素的疗效。1同种酶有时会催化不同的反应,是不是就说明酶不具有专一性?提示酶的专一性指的是酶可以催化一种或一类化学反应,不同的化学反应可能是同类的化学反应,故仍说明酶具有专一性。2.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用的实验中能否用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂?为什么?验证酶的专一性的另一思路是什么?提示不能;碘液只能检测淀粉是否被水解,而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色。可以用同一种底物、不同的酶进行实验验证,如用淀粉酶、蔗糖酶水解淀粉。3(2023天津和平区高三期中)“投弹手甲虫”遇到危险时,会瞬间从尾部喷出温度近100 的气体攻
9、击和吓唬靠近它的捕食者,如图所示。该行为主要体现了酶()A具有专一性 B具有可调节性C具有高效性 D易受外界环境影响答案C4细胞代谢中某种酶与其底物、产物的关系如下图所示,下列有关叙述不正确的是()A酶1与产物b结合后失活,说明酶的功能由其空间结构决定B酶1的变构位点和活性位点的结构取决于特定的氨基酸序列C酶1有两种底物且能与产物b结合,因此酶1不具有专一性D酶1与产物b的相互作用可以防止细胞生产过多的产物a答案C解析同一种酶,氨基酸种类和数目相同,故酶1的变构位点和活性位点的结构不同是因为氨基酸的序列不同,B正确;从图中可知,酶1只催化两种底物合成产物a的反应,具有专一性,C错误;酶1与产物
10、b结合使酶1无活性,合成产物a的反应会中断,这样可以防止细胞生产过多的产物a,D正确。考点三探究影响酶活性的条件1酶促反应一般是在比较温和的条件下进行的。2酶活性(1)定义:酶催化特定化学反应的能力。(2)表示方法:可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。3探究温度和pH对酶活性的影响(1)探究温度对酶活性的影响反应原理蓝色麦芽糖无蓝色出现鉴定原理: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对酶活性的影响反应原理:2H2O22H2OO2。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情况来检验
11、O2的生成速率。(3)实验步骤和结果探究温度对酶活性的影响取6支试管,分别编号为1与1、2与2、3与3,并分别进行以下操作。试管编号试管1试管1试管2试管2试管3试管3实验步骤一2 mL淀粉酶溶液2 mL淀粉溶液2 mL淀粉酶溶液2 mL淀粉溶液2 mL淀粉酶溶液2 mL淀粉溶液二放入0 冰水中水浴5 min放入60 温水中水浴5 min放入100 热水中水浴5 min三将1与1试管内的液体混合后继续在0 冰水内放置10 min将2与2试管内的液体混合后继续在60 温水内放置10 min将3与3试管内的液体混合后继续在100 热水内放置10 min四取出试管各加入两滴碘液,振荡实验现象呈蓝色无
12、蓝色出现呈蓝色实验结论淀粉酶在60 时催化淀粉水解,在100 和0 时都不能发挥催化作用。酶的催化作用需要适宜的温度,温度过高或过低都会影响酶的活性探究pH对酶活性的影响试管编号试管1试管2试管3实验步骤一2滴过氧化氢酶溶液二1 mL蒸馏水1 mL物质的量浓度为0.01 mol/L的盐酸1 mL物质的量浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液三2 mL质量分数为3%的过氧化氢溶液实验现象有大量气泡产生无明显气泡产生无明显气泡产生将带火星的卫生香插入试管内(液面的上方)燃烧剧烈燃烧较弱燃烧较弱实验结论pH会影响酶的活性,酶的活性有适宜的pH范围4.影响酶促反应速率的因素的曲线分析(1)温度和pH
13、对酶促反应速率的影响在最适宜的温度(B)和pH(E)条件下,酶的活性最高。温度和pH偏高(BC和EF)或偏低(AB和DE),酶活性都会明显降低。过酸(D)、过碱(F)或温度过高(C),都会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活;而在低温(A)下,酶的活性明显降低,但酶的空间结构稳定,在适宜的温度下酶的活性可以升高。因此,酶可以在低温下保存。据图可知,不同pH条件下,酶最适温度不变;不同温度条件下,酶最适pH也不变,即反应溶液pH(温度)的变化不影响酶作用的最适温度(pH)。(2)底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响图甲,在其他条件适宜、酶量一定的条件下,酶促反应速率随底物浓度增加而加快,但当底物
14、达到一定浓度后,受酶数量限制,酶促反应速率不再增加。图乙,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成正比。(3)酶促反应产物浓度与反应时间的关系曲线多酚氧化酶(PPO)催化的酶促反应是储运过程中引起果蔬褐变和品质劣变的主因,果蔬运输过程中加入适量的柠檬酸能延长保鲜时间。抑制剂与酶结合引起酶活性降低或丧失的过程称为失活作用。根据抑制剂与底物的关系可分为竞争性抑制和非竞争性抑制,图甲为两种抑制剂的作用机理模型,图乙为相同酶溶液在无抑制剂、添加不同抑制剂的条件下,酶促反应速率随底物浓度变化的曲线,柠檬酸对PPO活性的影响为曲线c对应情况。(1)竞争性抑制剂引起酶活性降低的原因是什么?提
15、示竞争性抑制剂的分子结构与底物的非常相近,可以与底物竞争酶活性部位来影响催化效果。(2)非竞争性抑制剂引起酶活性降低的原因是什么?提示非竞争性抑制剂与酶结合后,诱导酶的空间结构发生改变,使酶失去活性。(3)据图乙分析柠檬酸属于哪种酶抑制剂?其与高温等因素对酶的影响是否相似?提示非竞争性抑制剂;相似。5如图曲线反映了温度或pH对A、B、C三种酶活性的影响。下列相关叙述正确的是()A酶B和酶C的最适温度相似,但最适pH一定不同B图甲中a点和c点,酶A的活性相同,空间结构也相同C图乙中d点,酶B和酶C的空间结构都有一定程度的破坏D酶A、酶B和酶C都可能存在于人体的内环境中答案C解析从图中只能得出酶A
16、的最适温度,不能得出酶B和酶C的最适温度,故不能比较酶B与酶C最适温度的大小,A错误;低温时酶的活性降低,但空间结构不变,高温时酶的空间结构被破坏,图甲中a点和c点,酶A的空间结构不相同,B错误;人体温度为37 左右,pH范围为7.357.45,而酶A的最适温度大于40 ,酶B和酶C的最适pH偏离人体内pH范围较大,故三种酶不会存在于人体内环境中,D错误。6为了研究温度对某种酶活性的影响,设置三个实验组:A组(20 )、B组(40 )和C组(60 ),测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同),结果如图。下列分析正确的是()A实验结果表明该酶的最适温度是40 B实验过程中pH的变化不会
17、对该实验产生影响C20 条件下,t3时温度提高10 ,产物浓度会增加D60 条件下,t2时增加底物的量不会改变产物浓度答案D解析实验结果表明在三组设定的温度中40 时酶活性最高,但不能说明酶的最适温度是40 ,A错误;实验过程中pH是无关变量,必须保持相同,如果pH变化会对实验产生影响,B错误;20 条件下,t3时温度提高10 ,产物浓度不再增加,因为此时反应物已经消耗完,C错误;60 条件下,t2前酶已经失活,所以t2时增加底物的量不会改变产物浓度,D正确。归纳总结酶活性实验探究中的“三宜”“五不宜”1(2022广东13)某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究,结果见下表。下列分析错
18、误的是()组别pHCaCl2温度()降解率(%)990389708897007705854030注:/分别表示有/无添加,反应物为型胶原蛋白。A该酶的催化活性依赖于CaCl2B结合组的相关变量分析,自变量为温度C该酶催化反应的最适温度为70 ,最适pH为9D尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物答案C解析分析组可知,没有添加CaCl2,降解率为0,说明该酶的催化活性依赖于CaCl2,A正确;分析组变量可知,pH均为9,都添加了CaCl2,温度分别为90 、70 ,故自变量为温度,B正确;组酶的活性最高,此时pH为9,温度为70 ,但由于分组较少,不能说明其最适温度为70 ,最适pH为9,
19、C错误;该实验的反应物为型胶原蛋白,要确定该酶能否水解其他反应物还需补充实验,D正确。2(2022湖南,3)洗涤剂中的碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象,部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活。此外,加热也能使碱性蛋白酶失活,如图所示。下列叙述错误的是()A碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活B加热导致碱性蛋白酶构象改变是不可逆的C添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果D添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量,减少环境污染答案B解析由图可知,加热导致碱性蛋白酶由天然状态变为部分解折叠,部分解折叠的碱性蛋白酶降温后可恢复到天然状态,因此加热导致碱性蛋白酶构象改变是可逆的
20、,B错误。3(2017江苏,17)为了探究一种新型碱性纤维素酶的去污效能,研究性学习小组进行了相关实验,结果如图。由图中实验结果能直接得出的结论是()A碱性纤维素酶对污布类型2的去污力最强B不同类型洗衣粉影响碱性纤维素酶的去污力C碱性纤维素酶对污布类型2、3的去污力不同D加大酶用量可以显著提高洗衣粉的去污力答案C解析由实验结果可知,由于没有设置对照,不能说明碱性纤维素酶对污布类型2的去污力最强,A错误;由于存在多个变量,不能说明不同类型洗衣粉影响碱性纤维素酶的去污力,B错误;通过实验数据比较可知,碱性纤维素酶对污布类型2、3的去污力不同,C正确;通过实验结果不能得出加大酶用量可以显著提高洗衣粉
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