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5.1　降低化学反应活化能的酶 课时练习
第1课时 酶的作用和本质
【基础练习】
1.下表是“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验的相关内容。请回答:
编号 加入材料 处理方法 实验现象
1 2 mL H2O2溶液+2滴清水 室温 基本无气泡
2 2 mL H2O2溶液+2滴清水 90 ℃水浴 少量气泡
3 2 mL H2O2溶液+2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液 室温 较多气泡,带火星的卫生香复燃不明显
4 2 mL H2O2溶液+2滴肝脏研磨液 室温 大量气泡,带火星的卫生香复燃明显
(1)该实验中,对照组是　　　　(填试管编号),实验组是　　　　(填试管编号)。
(2)实验的自变量为　　　　　　　　　。请举出两个无关变量:　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)比较1号和2号试管,你能得出的结论是　　　　　　　　。
(4)比较1号和4号试管,你能得出的结论是　　　　　　　。
(5)比较3号和4号试管,你能得出的结论是　　　　　　　。
(6)某同学按照表中方法做了这个实验,结果试管3和试管4的现象相似,你认为实验失败的原因最可能是　　　　　　　　　。
【酶的作用机理】
2.酶具有极强的催化功能,其原因是 (　　)
A.增加了反应物之间的接触面积 B.降低了化学反应的活化能
C.提高了反应物分子的活化能 D.提供了化学反应的活化能
3.如图表示反应物A在无催化剂和有酶催化条件下生成产物P的能量变化过程,下列叙述正确的是 (　　)
A.酶离开细胞后无催化作用
B.酶在作用时可以为反应提供的能量为ac
C.若将酶换为无机催化剂,则b在纵轴上向上移动
D.由图中反应物和产物所含能量关系可知,这是一个吸能反应
4.下图表示酶的作用机理,相关叙述错误的是 (　　)
A.E1表示酶所降低的化学反应的活化能
B.E2表示酶促反应的活化能
C.若将酶换为无机催化剂,则E2数值将增大
D.利用加热的方法能使E数值减小
5.将2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液分别加入a、b两支试管中,再往a试管中加入2滴新鲜的肝脏研磨液,b试管中加入2滴FeCl3溶液。以下曲线与反应结果相符的是 (　　)
A　B
C　D
【酶的本质】
6.酶的发现经过了许多科学家的研究,以下科学家及其成果不对应的是 (　　)
A.巴斯德提出没有活酵母菌细胞参与,酿酒时糖类就不能转化为酒精
B.李比希证明促使酒精发酵的是酵母菌中的某些物质,而不是细胞本身
C.萨姆纳提取出脲酶结晶,并证明其化学本质是蛋白质
D.切赫与奥尔特曼发现少数RNA也具有生物催化功能
7.下列有关酶的叙述,正确的是 (　　)
A.酶由细胞产生,并且只能在生物体内发挥作用
B.酶都是蛋白质,具有一定的空间结构
C.酶反应前后性质不变
D.酶具有催化作用和调节作用
8.用同一种蛋白酶处理甲、乙两种酶,甲、乙酶催化反应的速率与处理时间的关系如图所示。甲、乙两酶的化学本质分别最可能是 (　　)
A.蛋白质、RNA B.RNA、蛋白质 C.蛋白质、蛋白质 D.RNA、RNA
9.细胞在代谢过程中会产生H2O2,它对细胞有毒害作用,但生物体内的过氧化氢酶能使其分解为无毒物质。据此回答下列问题:
(1)过氧化氢酶能促进过氧化氢分解的作用机理是　 。
(2)“生物体内绝大多数酶是蛋白质,少部分是RNA”。某同学为验证过氧化氢酶的化学本质是蛋白质而不是RNA,根据实验室提供的以下材料进行实验,请帮他补充完整。
实验材料和试剂:新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液,过氧化氢酶溶液,蛋白酶,RNA水解酶;试管,量筒,滴管,试管架,试管夹等。
实验步骤:
①取适量过氧化氢酶溶液均分为两份,一份用适量蛋白酶处理,　　　 　处理,备用。
②取三支试管,分别编号为A、B、C,分别加入　　　　 　　　。
③向A试管中滴加两滴过氧化氢酶溶液,B、C试管的处理是 　　　　　　　　　。
④观察三支试管中气泡产生的速率。
预期实验结果,得出实验结论。
实验结果:　 　　　。
实验结论: 　　　。
第2课时　酶的特性
【基础练习】
1.下图表示的是某类酶作用的模型。有关叙述错误的是 (　　)
A.图中A表示酶,B表示反应底物
B.图中模型可用来解释酶的催化具有专一性
C.图中A使最终的反应产物量增加
D.适当提高温度可能使A、B结合概率增加
2.细胞代谢过程中酶发挥了无法替代的作用。下列关于酶的叙述错误的是 (　　)
A.酶制剂适宜在最适温度和最适pH条件下保存
B.酶的高效性使细胞内化学反应得以快速进行
C.进入胃内的唾液淀粉酶可作为胃蛋白酶的底物
D.细胞生命活动有条不紊地进行与酶的专一性有关
3.美国得克萨斯大学奥斯汀分校的科学家在《自然》杂志上指出,他们研制出了一种新的酶变体FAST-PETase(天然酶的新突变),它能在几小时到几天内分解正常情况下需要数百年才能降解的塑料(主要针对聚对苯二甲酸乙二醇酯PET),有望大大推动塑料的回收利用,真正拉开塑料循环经济的大幕。下列关于这项研究对于酶变体FAST-PETase作用的叙述错误的是 (　　)
A.体现了高效性 B.体现了专一性
C.具有催化作用 D.不需要适宜的温度和pH
4.下列是有关酶的实验设计思路,正确的是 (　　)
A.利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液验证酶的专一性
B.利用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为3、7、11的缓冲液探究pH对酶活性的影响
C.在探究温度对淀粉酶活性的影响实验中,一般不选用斐林试剂检测还原糖的生成
D.在验证酶的高效性实验中,可选用FeCl3和过氧化氢酶分别催化等量H2O2分解,检测产生的气体总量
5.酶的活性中心是指直接将底物转化为产物的部位,它通常包括两个部分:与底物结合的部分称为结合中心;促进底物发生化学变化的部分称为催化中心。下列有关酶的活性中心的叙述,正确的是　(　　)
A.酶的高效性与酶的结合中心有关
B.催化中心为底物提供反应所需能量
C.酶的结合中心能决定酶的专一性
D.温度过高或过低都会破坏这两个中心的结构
【影响酶活性的因素】
6.如图为某种酶催化的化学反应在不同温度条件下,底物浓度随时间变化的曲线图。欲探究该种酶催化的最适温度,需设计多组温度梯度更小的实验,设计时应该以　(　　)
A.25 ℃为中间温度 B.45 ℃为中间温度
C.50 ℃为中间温度 D.65 ℃为中间温度
7.研究发现,一定浓度的NaCl溶液会使酶的溶解度降低,从而使酶促反应速率降低。某实验小组探究了不同浓度的NaCl溶液对淀粉酶催化淀粉水解速率的影响,实验结果如下表,分析错误的是(　　)
NaCl溶液浓度 (mol/L) 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
酶促反应 速率相对值 5.0 5.7 6.2 6.5 6.0 5.4 4.3
A.该实验中的酶促反应速率可以用单位时间内淀粉的消耗量表示
B.低温条件下酶的空间结构较为稳定,因此该实验应在低温条件下进行
C.0.30 mol/L NaCl溶液对淀粉酶催化淀粉水解的反应具有抑制作用
D.NaCl溶液提高淀粉酶催化淀粉水解速率的最适浓度在0.10~0.20 mol/L范围内
8.如图表示某动物体内参与催化同一生化反应的两种酶所催化的反应速率随pH的变化曲线。下列有关叙述不正确的是 (　　)
A.两种酶催化反应的最适pH不同
B.两种酶的催化功能均受到环境pH的影响
C.酶B能有效降低反应的活化能,酶A则不能
D.当环境pH为5时,两种酶催化的反应速率相等
9.表格分别是某兴趣小组探究温度对酶活性影响的实验步骤和探究过氧化氢酶作用的最适pH的实验结果。已知α-淀粉酶作用的最适温度为60 ℃。据此回答下列问题:
实验一　探究温度对酶活性影响的实验
甲组 乙组 丙组
①新鲜α-淀粉酶溶液 1 mL 1 mL 1 mL
②可溶性淀粉溶液 5 mL 5 mL 5 mL
③温度 0 ℃ 60 ℃ 90 ℃
④测定单位时间内淀粉的　　　　　　　　　
实验二　探究过氧化氢酶作用的最适pH的实验
A组 B组 C组 D组 E组
pH 5 6 7 8 9
H2O2完全分解 所需时间(秒) 300 180 90 192 284
(1)pH在实验一中属于　　 　　变量,而在实验二中属于　　 　　变量。
(2)实验一中的对照组为　　 　　组。
(3)实验一的①②③步骤为错误操作,正确的操作应该是　　　　　　　　　　　　　　　。实验一的第④步最好选用　　　 　(填试剂名称)测定单位时间内淀粉的　　　　　　　。
(4)如将实验一的新鲜α-淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液,你认为是否科学 　　　　　 　。为什么 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)分析实验二的结果,可得到的结论是　　　　　　　　　　 　　　　　　,在该预实验的基础上要进一步探究该过氧化氢酶的最适pH,可在pH为　　 　 　之间设置梯度。
【能力提升】
1.生物实验室中有一瓶酶试剂,由于标签破损,无法确定其是淀粉酶还是蔗糖酶,为判断酶的种类并进行其他相关探究实验,生物兴趣小组的同学制定了以下计划,其中合理的是 (　　)
A.取部分酶与少量蔗糖溶液混合,一段时间后,用斐林试剂进行检测来判断酶的种类
B.取部分酶与少量蔗糖和淀粉溶液分别混合,之后用碘液检测来验证酶的专一性
C.若已确定是淀粉酶,可用淀粉溶液作为底物来探究pH对酶活性的影响
D.若已确定是蔗糖酶,可用斐林试剂作为检测试剂来探究温度对酶活性的影响
2.某兴趣小组利用如图装置进行一系列实验来研究酶的特性。下列相关叙述错误的是(　　)
甲 乙
A.量筒中收集到的水的体积代表了O2的产生量
B.可以用装置乙进行“探究温度对酶活性的影响”实验
C.可以用装置甲、乙进行“验证酶的催化具有高效性”实验
D.可以用装置甲、乙进行“验证催化剂种类不影响产物的生成量”实验
3.温度会影响酶促反应速率,其作用机理如图。其中曲线a表示底物分子具有的能量,曲线b表示温度对酶空间结构的影响,曲线c表示酶促反应速率与温度的关系。下列说法正确的是 (　　)
A.随着温度的升高,底物分子具有的活化能增多
B.处于曲线c中1、2两点时,酶分子的活性相同
C.酶适于低温保存的原因是底物分子具有的能量较低
D.酶促反应速率是底物分子具有的能量与酶空间结构共同作用的结果
4.某实验小组使用碱性蛋白酶A和中性蛋白酶P催化水解大豆分离蛋白(SPI),在各自的最适温度和最适pH及底物充足的条件下,探究相同时间内两种酶催化SPI的水解率,结果如图所示。下列叙述正确的是 (　　)
A.若适当升高温度,则图中两条线都会向上移动
B.据结果可知蛋白酶P的催化活性比蛋白酶A的高
C.两种酶用量相同时,酶P能为化学反应提供更多的活化能
D.该实验的自变量是酶用量,因变量是SPI的水解率
5.从某植物胚芽中提取的脂肪酶抑制剂可作为一种良好的减肥药物。为探讨该脂肪酶抑制剂的抑制机理,研究者进行了实验探究:将底物乳液、抑制剂和胰脂肪酶按3种顺序加入,反应相同时间后测定和计算对酶促反应的抑制率,结果如图所示。下列说法错误的是 (　　)
(
顺序1
:
底物乳液与胰脂肪酶反应10 min后
,
加入抑制剂
;
顺序2
:
抑制剂与胰脂肪酶混合预热10 min后
,
加入底物乳液进行反应。
)
A.上述反应应该在相同且适宜的条件下进行
B.顺序3应该是底物乳液与抑制剂混合预热10 min后,加入胰脂肪酶进行反应
C.该脂肪酶抑制剂主要通过与酶结合,阻碍底物与酶的结合达到抑制作用
D.该脂肪酶抑制剂通过抑制脂肪酶发挥作用阻止肠道中脂肪的消化,起到减肥作用
6.(多选题)为探究NaCl和CuSO4对唾液淀粉酶活性的影响,某同学进行了实验,实验步骤和结果见表。
实验编号
1 2 3 4
1%NaCl溶液1 mL 1%CuSO4溶液1 mL 1%Na2SO4溶液1 mL 蒸馏水1 mL
各试管均加入pH为6.8的缓冲液1 mL
各试管均加入1%淀粉溶液1 mL
各试管均加入唾液淀粉酶溶液1 mL
各试管37 ℃恒温水浴适宜时间
取出试管,加入0.5 mL斐林试剂并水浴加热
观察结果 深砖红色 无砖红色 浅砖红色 浅砖红色
下列相关叙述合理的是 (　　)
A.加入缓冲液的作用是维持反应液中pH的稳定
B.Cl-升高酶活性,而Cu2+抑制酶活性
C.3号试管作为对照,以排除无关变量对实验的影响
D.除重金属离子外,有机溶剂、酶的激活剂、酶的抑制剂和酶的浓度也会影响酶活性
7.(2022陕西榆林期末)为研究两种山药多糖YP、MYP在最适温度、不同pH条件下对淀粉酶活性的影响,某研究小组做了如表所示实验,结果如图所示。回答下列问题:
步骤 组1 组2 组3
1 淀粉酶溶液2 mL
2 蒸馏水1 mL YP溶液1 mL MYP溶液1 mL
3 处理2 min
4 淀粉溶液5 mL
5 处理2 min,检测淀粉分解情况
(1)该实验的自变量是　　　　　　　　,该实验可说明,YP和MYP两种多糖会　　　　(填“促进”或“抑制”)淀粉酶的活性,且　　　　的作用更强。如图所示三组实验中,添加YP组较添加MYP组的化学反应活化能　　　　(填“高”或“低”)。
(2)淀粉酶的化学本质是　　　　　。除检测淀粉剩余量外,检测淀粉酶活性的方法还有　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)一定时间内,若适当升高反应温度重复实验,则图中A点会向　 　　移动,若要继续探究不同温度对该酶活性的影响,则反应的pH应该控制在　 　　。
5.1　降低化学反应活化能的酶工 课时练习答案
第1课时 酶的作用和本质
【基础练习】
1.答案　(1)1　2、3、4　(2)反应的条件(温度、催化剂种类)　H2O2溶液的浓度、试管的洁净程度等　(3)加热可为过氧化氢分子提供能量,促进过氧化氢分解　(4)酶具有催化作用,可以加快反应速率　(5)过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高　(6)肝脏研磨液不新鲜
解析　(1)(2)该实验的目的是“比较过氧化氢在不同条件下的分解”,自变量为反应的条件,因变量是产生气泡的多少和卫生香复燃情况,H2O2溶液的浓度、试管的洁净程度等都属于无关变量,而实验中的无关变量要求相同且适宜。试管1为空白对照组,试管2、3、4是实验组。(3)(4)(5)分析实验如下表所示:
对照实验 自变量 实验结论
1号和2号 试管 是否加热 加热可促进过氧化氢分解
1号和4号 试管 是否加入酶 酶具有催化作用,可促进过氧化氢分解
3号和4号 试管 催化剂 的种类 过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高
(6)若试管3和试管4的现象相似,可能的原因是肝脏研磨液不新鲜,过氧化氢的分解速率较低。
2.B　酶不能增加反应物之间的接触面积,酶可以使化学反应的速率大幅度提高的原因是酶作为生物催化剂,可以明显降低化学反应的活化能,酶不会为反应物提供能量,B正确。
3.C　酶发挥作用时降低化学反应的活化能,而非提供能量,其降低的活化能为ab,B错误;与无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著,C正确;反应物能量高于产物能量,该反应是放能反应,D错误。
4.D　E表示无酶时反应的活化能,E2表示有酶时反应的活化能,因此E1表示酶所降低的化学反应的活化能,A、B正确;无机催化剂降低活化能的能力小于酶,因此若将酶换为无机催化剂,E1数值将减小,E2数值将增大,C正确;加热不能降低化学反应的活化能,但可为反应物提供能量,因此利用加热的方法不能使E数值减小,D错误。
5.A　a、b试管中都加入了2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液,a试管中再加入2滴新鲜的肝脏研磨液(含过氧化氢酶),b试管中再加入2滴FeCl3溶液(无机催化剂),则a试管中催化效率更高。催化剂可加快反应速率,缩短反应达到平衡的时间,但是不改变反应的方向、平衡点和产物最终的生成量,因此,随着反应时间的进行,两支试管的底物逐渐减少最后为0,但a试管底物先降为0,A符合题意。
6.B　李比希认为促使酒精发酵的是酵母菌中的某些物质,且这些物质只有在酵母菌细胞死亡裂解后才能发挥作用,毕希纳通过实验证明促使酒精发酵的是酵母菌中的物质,而不是细胞本身,B错误。
7.C　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,少数酶为RNA,酶不具有调节作用,B、D错误;条件适宜时,酶在生物体内和体外都能发挥作用,且反应前后性质不变,A错误,C正确。
特别提醒　并非具有分泌功能的细胞才能产生酶,活细胞一般都能产生酶。
8.B　用蛋白酶处理甲、乙两种酶后,乙酶催化反应的速率降低,甲酶催化反应的速率不变,说明乙酶能被蛋白酶分解,其化学本质为蛋白质,甲酶不能被蛋白酶水解,其化学本质为RNA,故选B。
9.答案　(1)过氧化氢酶能降低过氧化氢分解时的活化能　(2)另一份用等量RNA水解酶　等量的新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液　B试管加入等量的用蛋白酶处理过的过氧化氢酶溶液,C试管加入等量的用RNA水解酶处理过的过氧化氢酶溶液　A、C试管产生气泡速率快,B试管气泡产生速率慢或无气泡产生　过氧化氢酶的化学本质是蛋白质而不是RNA
解析　(1)酶的作用机理是降低反应的活化能。(2)题述实验验证过氧化氢酶的化学本质是蛋白质而不是RNA,可采用酶解法。实验要遵循对照原则和单一变量原则。
第2课时　酶的特性
【基础练习】
1.C　获取图示信息:A在化学反应前后不发生改变,表示酶;B表示底物,C和D表示反应产物。酶能加快反应速率,但不能增加最终反应产物的量,C错误;适当提高温度可提高分子的运动速率,可能使A、B结合概率增加,加快反应速率,D正确。
2.A　酶起催化作用需要适宜温度和pH,而保存酶制剂需在低温和最适pH条件下,A错误;唾液淀粉酶的化学本质为蛋白质,故其可作为胃蛋白酶的底物,C正确;酶的专一性指每一种酶只能催化一种或者一类化学反应,细胞代谢能够有条不紊地进行,与酶的专一性分不开,D正确。
3.D　酶变体FAST-PETase能在几小时到几天内分解正常情况下需要数百年才能降解的塑料,说明酶具有催化作用,且体现了酶的高效性,A、C正确;酶变体FAST-PETase主要针对聚对苯二甲酸乙二醇酯PET的降解,体现了酶的专一性,B正确;题干信息中没有体现酶变体FAST-PETase发挥作用不需要适宜的温度和pH,D错误。
4.C　淀粉酶能催化淀粉水解为还原糖,而不能催化蔗糖水解,实验结果可用斐林试剂检测,不能用碘液检测,碘液无法检测蔗糖是否水解,A错误;胃蛋白酶的最适pH为1.5,要利用胃蛋白酶探究pH对酶活性的影响,设置的缓冲液pH应该在1.5左右,B错误;在探究温度对淀粉酶活性的影响时,选择淀粉作为实验材料,实验结果不能选用斐林试剂检测,因为用斐林试剂检测还原糖时需要水浴加热,会影响实验,C正确;利用H2O2的分解来验证酶的高效性时,应检测单位时间内气泡的产生量而不是产生的气体总量,在底物相同、催化剂不同的情况下,气体产生总量一致,气体产生速率不一致,D错误。
5.C　催化中心是促进底物发生化学变化的部分,决定了反应速率,与酶的高效性有关,A错误;酶可降低反应的活化能,不为反应提供能量,B错误;结合中心是酶与底物结合的部分,决定了结合的底物类型,与酶的专一性有关,C正确;温度过高会破坏酶的结构,使酶变性失活,低温不破坏酶的结构,D错误。
6.B　由图可知,65 ℃条件下,底物浓度不变,说明该酶已经失去活性,不能催化反应进行。与25 ℃条件下相比,45 ℃条件下底物浓度降为0所需要的时间较短,即45 ℃条件下酶活性较高。欲探究该种酶的最适温度,可以45 ℃为中间温度,设计多组温度梯度更小的实验,B符合题意。
7.B　题述实验中的酶促反应速率可以用单位时间内淀粉的消耗量表示,淀粉消耗得快,说明酶促反应速率快,酶的活性高,A正确。低温条件下,酶的空间结构较为稳定,但活性低;题述实验中,温度是无关变量,应保持相同且适宜,B错误。与NaCl溶液浓度为0时比较可知,0.30 mol/L NaCl溶液对淀粉酶催化淀粉水解的反应具有抑制作用,C正确。表中NaCl溶液浓度为0.15 mol/L时的酶促反应速率最快,故NaCl溶液提高淀粉酶催化淀粉水解速率的最适浓度在0.10~0.20 mol/L范围内,D正确。
8.C　酶的作用机理是降低反应的活化能,酶A和酶B都可以,C错误。
9.答案　(1)无关　自　(2)乙　(3)使新鲜α-淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别达到预设温度后再混合　碘液　剩余量　(4)不科学　因为温度会直接影响H2O2的分解　(5)该过氧化氢酶的最适pH约为7,pH降低或升高酶活性均降低　6~8
解析　(1)(2)(3)实验一探究的是温度对酶活性的影响,自变量是温度,因变量是酶活性(通过测定单位时间内淀粉的剩余量来体现),其他条件属于无关变量;α-淀粉酶作用的最适温度为60 ℃是已知的,则乙组为对照组。该实验应先使酶和底物分别达到预设温度,再将底物和酶混合进行反应,否则会影响实验结果的准确性。该实验检测试剂宜用碘液(淀粉遇碘液变蓝),不能用斐林试剂,因为斐林试剂检测还原糖时需要水浴加热,会影响实验结果。(4)过氧化氢在常温常压下就能分解,加热的条件下分解会加快,会影响实验结果。(5)实验二探究过氧化氢酶作用的最适pH,自变量为pH,因变量是H2O2完全分解所需时间,所用时间越短,说明该pH下过氧化氢酶的催化效果越好。在该预实验的基础上要进一步探究该过氧化氢酶的最适pH,可在pH为6~8之间设置梯度。
【能力提升】
1.A　取部分酶与少量蔗糖溶液混合,一段时间后,用斐林试剂检测有无还原糖产生,从而判断酶的种类,若有还原糖产生,则该酶为蔗糖酶,若没有还原糖产生,则该酶为淀粉酶,A正确;取部分酶分别与少量蔗糖和淀粉溶液混合,一段时间后,用碘液检测只能判断淀粉是否被水解,不能判断蔗糖是否被水解,B错误;淀粉在酸性条件下易水解,不能使用淀粉酶与淀粉溶液来探究pH对酶活性的影响,C错误;使用斐林试剂时需要水浴加热,不能用斐林试剂作为检测试剂来探究温度对酶活性的影响,D错误。
2.B　H2O2分解可产生O2,量筒中收集到的水的体积代表了O2的产生量,A正确;温度会影响过氧化氢的分解,不适宜用装置乙进行“探究温度对酶活性的影响”实验,B错误;验证酶的催化具有高效性,自变量是催化剂的种类,装置甲中的FeCl3溶液为无机催化剂,装置乙中的肝脏研磨液中含有H2O2酶,可以用装置甲、乙进行“验证酶的催化具有高效性”实验,C正确;酶具有催化作用,能改变化学反应的速率,但不改变产物的生成量,量筒中收集到的水的体积代表O2的产生量,可以用装置甲、乙进行“验证催化剂种类不影响产物的生成量”实验,D正确。
3.D　曲线a表示底物分子具有的能量,由图可知,随着温度的升高,底物分子具有的能量增加,活化能是指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,A错误;曲线c中1、2两点对应的酶促反应速率相等,但酶活性不一定相同,B错误;酶适于低温保存,原因是低温只是抑制酶活性,不会使酶变性失活,而非底物分子的能量低,C错误;底物分子的能量与酶空间结构(影响酶活性)都会影响酶促反应速率,酶促反应速率是底物分子具有的能量与酶空间结构共同作用的结果,D正确。
4.B　题述实验是在最适温度下进行的,若适当升高温度,酶活性会下降,会导致SPI的水解率降低,因此图中两条线会向下移动,A错误;酶用量相同时,中性蛋白酶P的SPI水解率都高于碱性蛋白酶A,所以蛋白酶P的催化活性比蛋白酶A的高,B正确;酶的作用机理是降低化学反应的活化能,不能为化学反应提供活化能,C错误;题述该实验的自变量是酶的用量和酶的种类,因变量是SPI水解率,D错误。
5.C　根据题意可知,胰脂肪酶可催化底物乳液水解,分析得到下表:
实验目的 探讨该脂肪酶抑制剂的抑制机理
自变量 试剂的添加顺序 结合顺序1、2可知,顺序3为抑制剂与底物乳液混合预热10 min后,加入胰脂肪酶,B正确
无关变量 反应条件等,应相同且适宜,A正确
实验结果 顺序2为抑制剂先与酶混合,顺序3为抑制剂先与底物乳液混合,由柱形图可知,顺序3的抑制率最高 该脂肪酶抑制剂主要通过与底物结合,进而阻碍底物与酶的结合来达到抑制作用,可阻止肠道中脂肪的消化,起到减肥作用,C错误,D正确
6.AB　题述实验的自变量是加入的试剂(1%NaCl溶液、1%CuSO4溶液、1%Na2SO4溶液和蒸馏水),应保证无关变量适宜且相同,实验中加入缓冲液的作用是维持pH的稳定,A正确;分析实验得到如下表格:
对照实验 实验结果 实验结论
3号、4号 试管对照 淀粉酶催化淀粉水解的结果相同 确定Na+和S对唾液淀粉酶活性无影响
1号、3号 试管对照 1号试管中淀粉水解较3号试管多 说明Cl-可升高唾液淀粉酶活性
2号、3号 试管对照 2号试管中淀粉几乎不水解 说明Cu2+对唾液淀粉酶活性有抑制作用
根据以上分析可知,Cl-升高酶活性,Cu2+对酶活性有抑制作用,对照组是4号试管,1、2、3号试管均为实验组,B正确,C错误;酶浓度和底物浓度会影响酶促反应速率,但不会影响酶活性,D错误。
7.答案　(1)添加山药多糖的种类和pH　抑制　MYP　低　(2)蛋白质　检测单位时间内淀粉水解产物的生成量　(3)上　7.0
解析　题述实验研究的是两种山药多糖YP、MYP在最适温度、不同pH条件下对淀粉酶活性的影响,自变量是添加山药多糖的种类和pH,因变量是淀粉酶活性,结合实验结果分析作答。(1)在pH相同的条件下,添加山药多糖YP、MYP的两组淀粉的剩余量均多于对照组,说明YP和MYP均会抑制淀粉酶的活性,且添加MYP组淀粉剩余量更多,即抑制作用更强,则添加MYP组较添加YP组的化学反应活化能高。(3)题述实验是在最适温度下进行的,适当升高或降低反应温度,会使酶的活性降低,A点会向上移动;若要继续探究不同温度对该酶活性的影响,其他无关变量应该保持相同且适宜,则反应的pH应该控制在7.0。
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生物（人教版）
高中生物 必修一
第五章 第1节
降低化学反应活化能的酶
问题探讨
1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼做了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间后，他把小笼子取出来，发现笼内的肉块消失了。
讨论
斯帕兰扎尼在研究鹰的
消化作用
1.为什么要将肉块放在金属笼内？
便于取出实验材料(肉块)，排除物理消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学消化。
问题探讨
1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼做了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间后，他把小笼子取出来，发现笼内的肉块消失了。
讨论
斯帕兰扎尼在研究鹰的
消化作用
2.是什么物质使肉块消失了？
3.怎样才能证明你的推测？
是胃内的化学物质将肉块分解了。
收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。
一、酶的作用和本质
（一）细胞代谢：
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，
统称为细胞代谢。
细胞代谢离不开酶。
为什么细胞代谢离不开酶？
酶1
酶2
酶3
酶11
酶5
酶6
酶12
酶8
酶9
酶10
酶14
酶7
酶13
酶15
酶16
酶17
酶18
（二）酶在细胞代谢中的作用
1.探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
①实验原理
细胞代谢是细胞生命活动的基础，但细胞代谢中也会产生代谢废物，甚至会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢，细胞中有过氧化氢酶，能将过氧化氢及时分解为氧气和水。新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。
2H2O2
2H2O + O2 ↑
不同条件
②实验目的
通过比较过氧化氢在不同条件下的分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。
1.常温 2.加热
3.加FeCl3
4.加过氧化氢酶.
探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
③材料用具
新鲜的质量分数为20%的肝脏(如猪肝、鸡肝)研磨液
质量分数为3.5%的FeCl3溶液
新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液
a.材料：
b.用具：
量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、酒精灯
试管夹、大烧杯、三脚架、石棉网、温度计
组别 对照组 实验组 1 2 3 4
过氧化氢 浓度 3% 3% 3% 3%
剂量 2mL 2mL 2mL 2mL
反应条件 常温 90℃ FeCl3 2滴 肝脏研磨液2滴
结果 产生气泡
卫生香燃烧情况
④实验过程及结果
无气泡
复燃
不复燃
不复燃
变亮
少量
较多
大量
1.与1号试管相比，2号试管出现了什么不同的现象？这一现象说明什么？

讨论
2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
2.在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？
不能。
⑤实验分析
3. 3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？

讨论
说明FeCl3中的Fe3+和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
4. 3号试管与4号试管相比，哪支试管中反应速率快？这说明什么？为什么说酶对细胞内化学反应的顺利进行至关重要？

讨论
4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。
⑥实验结论
酶和无机催化剂一样，都能催化化学反应，并且酶的催化效率远高于无机催化的催化效率。
科学方法
控制变量和设计对照实验
实验过程中遵循的原则：
单一变量原则、对照原则、等量原则
1.单一变量原则
①变量:实验过程中变化的因素称为变量。
②自变量:实验过程中，人为控制的对实验对象进行处理的因素叫做自变量。
③因变量:因自变量改变而变化的变量叫做因变量。
④无关变量:实验中除因变量外的一些对因变量造成影响的可变因素，叫做无关变量。
⑤ 单一变量:实验过程中除自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致。
组别 对照组 实验组 变量
1 2 3 4 过氧化氢 浓度 3% 3% 3% 3%
剂量 2mL 2mL 2mL 2mL
反应条件 常温 90℃ FeCl3 2滴 肝脏研磨液2滴
结果 产生气泡 无气泡 少量 较多 大量
卫生香燃烧 情况 不复燃 不复燃 变亮 复燃
无关变量
无关变量
自变量
因变量
因变量
分析本实验的变量
2.对照原则
①对照实验：除作为自变量的因素外，无关变量都保持一致，并将结果进行比较的实验。
②对照的类型：
空白对照、自身对照、条件对照、相互对照(对比)
空白对照 不给对照组做任何实验处理，这里的”空白”绝不是什么影响因素都不给予，而是针对实验组所要研究的实验因素给与空白。
1号试管即为空白对照
相互对照 不另设对照组，而是几个实验组之间相互对照，其中的每一组既是实验组也是其他组的对照组。
2、3、4为
相互对照。
自身对照 对照组和实验组都在同一研究对象上进行。不另设对照组。(不同处理的前后对照)
紫色洋葱鳞片叶外表皮
滴加3%的蔗糖溶液，低倍镜观察
滴加清水后，低倍镜观察
→
→
制成装片，
低倍镜观察。
→
条件对照 虽给对照组施以某种实验因素的处理。但这种处理是作为对照因素的，不是所要研究的实验因素。这种处理不包括实验研究给定的的自变量。目的是更有效的比较实验组和对照组的结果。
空白对照：幼小蝌蚪不处理
实验组：幼小蝌蚪饲喂甲状腺激素
条件对照组：幼小蝌蚪饲喂甲状腺抑制剂
条件对照就是实验组的基础上施加一定条件的组。目的是与实验组形成对照。
3.对照实验设计的一般步骤
对照实验的目的是排除无关变量的干扰，从而确定自变量与因变量的关系。
自变量
因变量
无关变量
(适宜且相等)
(控制)
(检测)
一般步骤：
第一步：分组编号
第二步：分组施加自变量（要控制好无关变量）
第三步：一段时间后，检测因变量（观察记录实验现象）
根据实验目的和器材，分析实验的自变量，找出主要的无关变量，明确因变量的检测方法。
第四步：分析实验现象，得出实验结论。
1. 活化能：
分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃态所需要的能量。
条件 活化能（kJ/mol）
没有催化剂催化 75
用Fe3+催化 43
用过氧化氢酶催化 29
表：20℃下测得H2O2分解的活化能
2. 酶的作用机理：降低化学反应的活化能。
与无机催化剂相比，酶降低化学反应的活化能更显著。
2.酶催化的机理
图中①表示：
图中②表示：
图中④表示：
无催化剂时化学反应所需的活化能。
无机催化剂催化时化学反应所需的活化能。
酶催化时化学反应所需的活化能。
图中③表示：
无机催化剂降低的活化能
图中⑤表示：
酶降低的活化能
（三）、酶的本质
探索历程
巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。
发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某种物质其作用
引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用
酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起到催化作用，就像在活酵母细胞中一样。
巴斯德
李比希
毕希纳
①对酵母菌发酵的探索
发现了起催化作用的物质——酶
探索历程
②对酶本质的探索
萨姆纳：从刀豆中提纯脲酶，并证明其化学本质是蛋白质
发现少数RNA具有催化功能
萨姆纳之后
科学家们获得胃蛋白酶，胰蛋白酶等许多酶的结晶，并证明这些酶的化学本质是蛋白质。
切赫、奥尔特曼
发现了绝大多数酶是蛋白质，少数RNA。
1.巴斯德和李比希的观点各有什么积极的意义？各有什么局限性？

讨论
巴斯德认为发酵与活细胞有关，是合理的；认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用，是不正确的。
毕希纳认为引起发酵的是细胞中的某些物质，是合理的；认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解才能发挥作用，是不正确的。

讨论
2.在科学发展过程中出现争论是正常的。巴斯德和李比希之间出现争论的原因是什么？这一争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用？
巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。

讨论
3.萨姆纳历时9年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他取得成功靠的是什么样的精神品质？
4.请给酶下一个比较完整的定义。
萨姆纳历时9年，用正确的科学方法，坚持不懈、百折不饶的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。
酶的定义：
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物（绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA）
②酶只有一个作用：催化作用，不具有传递信息、调节的作用。
①有些酶在细胞内发挥作用，有些酶在细胞外发挥作用(如：消化酶)。
酶也可以在体外发挥作用(如：加酶洗衣粉中的酶)
③酶的基本单位是氨基酸或核糖核苷酸。
（酶的来源）
（酶的作用）
（酶的本质）
（作用机理：降低活化能）
二、酶的特性
1.高效性
与无机催化剂相比，酶的催化效率高，是无机催化剂的107~1013倍
保证了细胞内化学反应的顺利进行，
保证了细胞内能量供应稳定。
与无机催化剂相比，酶能显著降低化学反应的活化能。
①内容
②原因
③意义
酶与无机催化剂都不改变反应的平衡点，也就是说，不改变生成物的量，只是缩短了到达平衡点的时间。
2.专一性
实验验证
原理
淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化下都能水解呈还原糖。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应了。
材料用具
质量分数为2%的新配置的淀粉酶溶液
质量分数为3%的可溶性淀粉溶液
质量分数为3%的蔗糖溶液
斐林试剂
二、酶的特性
步骤 项目 试管1 试管2
1 注入可溶性淀粉溶液
2 注入蔗糖溶液
3 注入新鲜的淀粉酶溶液
4 保温 5 加斐林试剂 6 水浴加热 7 观察颜色变化
2mL
—
—
2mL
2mL
2mL
60℃保温5min
各加入2mL
沸水浴1min
砖红色
无砖红色
2.专一性
实验验证
思考：能否用碘液对实验结果进行检测？
不能，因为碘液无法检测蔗糖是否发生水解
二、酶的特性
2.专一性
一种酶只能催化一种或一类反应。
保证了细胞内化学反应有序进行。
a.锁钥学说
①内容
②意义
③原因
酶有一定的空间结构，酶在反应中与底物的关系就像钥匙和锁的关系，它们的空间结构必须相互结合形成复合物才能发生反应。
2.专一性
b.诱导契合学说
③原因
酶活性部位不是刚性不变的，其形状可在结合底物时有所改变，即底物与酶活性部位结合，会诱导酶发生构象变化，使酶的活性中心变得与底物的结构互补，两者相互契合，从而发挥催化功能。反应后又变回原样。
2.专一性
曲线表示
实验设计思路(探究温度对酶活性的影响)
3.条件温和
实验过程与结果(探究温度对酶活性的影响)
操作 1试管 2试管 3试管 4试管 5试管 6试管
0℃ 0℃ 37℃ 37℃ 100℃ 100℃
加淀粉 2mL — 2mL — 2mL —
加淀粉酶 — 2mL — 2mL — 2mL
保温 在各自温度下保温5min 混合 将2加入1中 将4加入3中 将6加入5中 保温 在各自温度下保温5min 加碘液 2滴 2滴 2滴 观察颜色 实验结论
温度过低或过高酶的活性都较低。
变蓝
不变蓝
变蓝
3.条件温和
思考·讨论
1.如何进一步探究淀粉酶的最适温度？
缩小温度梯度，重复进行上述实验。
2.为什么不能用过氧化氢酶和过氧化氢来探究温度对酶活性的影响？
因为过氧化氢本身受热易分解，会对实验结果造成干扰。
曲线
在一定条件下，酶活性最大时的温度称为该酶的最适温度。
在一定温度范围内，酶促反应速率随温度的升高而加快；但当温度升高到一定限度后，酶促反应速率随着温度的升高而下降。
低温酶活性降低，高温会使酶空间结构遭到破坏，使酶永久失活。
曲线解读
抑制
失活
实验设计思路(探究pH对酶活性的影响)
3.条件温和
探究pH对酶活性影响的实验方案
步骤 项目 试管1 试管2 试管3
1 加H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL
2 加不同pH的溶液 1 mL 蒸馏水 1 mL 盐酸 1 mL
NaOH溶液
3 滴加肝脏研磨液 2滴 2滴 2滴
4 适温 37℃水浴加热 5分钟 4 观察现象
有大量气泡
产生
无气泡产生
无气泡产生
实验结论：
过氧化氢酶在强酸和强碱环境中不起作用，在中性环境中，能催化过氧化氢快速分解。
3.条件温和
2. 该实验不宜选用淀粉酶催化淀粉的水解做实验,为什么
因为淀粉酶催化的底物——淀粉在酸性条件下也会发生水解反应,无法排除无关变量的干扰。
不能。若调换2、3步骤,在调节pH之前,试管中已经发生了反应,从而影响实验结果。
思考：
1. 该实验中,能否将步骤2、3调换 为什么
3. 如何进一步探究淀粉酶的最适PH？
缩小PH梯度，重复进行上述实验。
曲线
曲线解读：
在一定条件下，酶活性最大时的pH称为该酶的最适pH。
pH偏高或偏低，酶促反应速率都会下降。
过酸过碱，会使酶空间结构遭到破坏，使酶永久失活。
(2)、pH对酶促反应的影响
失活
失活
3.条件温和
①含义
酶通常在一定pH范围和一定温度范围内才能起作用，而且在某一pH、某一温度下作用最强。
②意义
保证细胞代谢能够在温和条件下高效进行。
③原因
过酸、过碱、高温，会使酶的空间结构遭到破坏，甚至使酶永久失活，
低温使酶的活性抑制，空间结构稳定，在适宜温度下酶的活性会升高。
因此，酶制剂需要在低温和适宜的pH下保存。
甲
乙
丙
丁
①图甲中，温度从a降低或升高，酶促反速率均下降，但是下降的原因不同。
温度、pH、底物浓度、酶浓度
②图乙中，pH从b降低或升高，酶促反速率均下降，但是下降的原因相同。
③图丙中，底物浓度为c时，酶促反应速率达到最大，因为，酶数量有限。
习题
酶的作用条件较温和:
(1)温度对酶活性的影响(如图1):
①ab段表示随温度升高,酶活性_________;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_________。
②a点时酶活性_____,但酶的空间结构_____。
③c点时酶活性丧失,其原因是___________________
______________________。
逐渐增强
最高
最适温度
逐渐减弱
较低
高温使酶的空间结构
遭到破坏,使酶永久失活
稳定
酶的作用条件较温和:
(2)pH对酶活性的影响(如图2):
①de段表示随pH升高,酶活性_________;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_________。
②d点和f点时酶活性丧失,其原因是_______________
________________________________。
逐渐增强
最高
最适pH
逐渐减弱
过酸、过碱使酶
的空间结构遭到破坏,使酶永久失活中小学教育资源及组卷应用平台
必修1 分子与细胞
第五章 细胞的能量供应和利用
第一节 降低反应活化能的酶
细胞代谢与酶
1、细胞代谢的概念：细胞内每时每刻进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。（细胞代谢离不开酶）
2、酶的概念：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，（本质）绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
3、酶的特性：专一性，高效性，作用条件较温和（最适温度，最适pH）
4、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。
5、酶的作用机理：降低活化能。 酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。
实验
比较过氧化氢酶在不同条件下的分解
【实验过程及结果】
【实验结论】：酶具有催化作用，并且酶的催化效率要比无机催化剂Fe3+高得多。
控制单一变量：变量（变化的因素）、自变量（人为改变的量）、因变量（现象结果/现象检测）、无关变量（统一）
对照实验：除一个因素外，其余因素都保持不变的实验。
原则：对照原则、无关变量统一原则、单一变量的原则。
酶的特性
1、高效性：
与无机催化剂相比，酶的催化效率高，是无机催化剂的107~1013倍。保证了细胞内化学反应的顺利进行。
2.专一性：
一种酶只能催化一种或一类反应。保证了细胞内化学反应有序进行。
3.条件温和
在一定条件下，酶活性最大时的温度（PH）称为该酶的最适温度（PH）。
过酸、过碱、高温，会使酶的空间结构遭到破坏，甚至使酶永久失活；
低温使酶的活性抑制，空间结构稳定，在适宜温度下酶的活性会升高。
因此，酶制剂需要在低温和适宜的pH下保存。
影响酶促反应的因素
1、底物浓度。 2、酶浓度。 3、PH值：过酸、过碱使酶失活
4、温度：高温使酶失活。低温降低酶的活性，在适宜温度下酶活性可以恢复。
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