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(共20张PPT)
核心素养测评 第三单元 第9讲　降低化学反应活化能的酶
(20分钟　27分)
选择题:本题共9小题,每小题3分,共27分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1.(2026·佛山联考)生化反应是生命活动的基础,细胞每时每刻都进行着化学反应,这些化学反应往往离不开酶的参与。下列叙述正确的是(　　)
A.酶能为化学反应提供能量,且与无机催化剂相比,酶提供的能量更多
B.氨基酸、脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸都可以作为组成酶的基本单位
C.在细胞中各种化学反应之所以能有序进行,与酶在细胞中的分布有关
D.由活细胞产生的酶在生物体外不能发挥作用
√
【解析】选C。酶的作用机理是降低化学反应的活化能,而非提供能量,A错误;酶的本质是蛋白质或RNA,其基本单位为氨基酸或核糖核苷酸,脱氧核糖核苷酸是DNA的基本单位,与酶无关,B错误;细胞内的酶分布具有区域化特点(如线粒体、叶绿体等含特定酶),这保证了化学反应的有序进行,C正确;酶在体外适宜条件(如适宜温度、pH)下仍可催化反应,例如唾液淀粉酶在体外分解淀粉,D错误。
2.胃蛋白酶原是胃黏膜主细胞合成分泌的胃蛋白酶前体,由H+激活后转变成胃蛋白酶发挥功能。下列说法正确的是(　　)
A.肌肉细胞的内质网比胃黏膜主细胞的更为发达
B.胃蛋白酶原的分泌依赖于细胞膜的选择透过性
C.胃蛋白酶原被激活时空间结构一定会发生改变
D.胃蛋白酶在内环境中发挥作用时需要消耗水分
√
【解析】选C。肌肉细胞合成的蛋白质相对胃黏膜主细胞较少,胃黏膜主细胞的内质网更发达,A错误;胃蛋白酶原的本质是蛋白质,通过胞吐分泌,依赖于细胞膜的流动性,B错误;在盐酸所创造的酸性环境中,胃蛋白酶原发生去折叠,使得其可以以自催化方式对自身进行剪切,从而生成具有活性的胃蛋白酶,胃蛋白酶原被激活时空间结构一定会发生改变,C正确;胃蛋白酶可水解蛋白质,其在消化道中发挥作用时需要消耗水分,消化道与外界相通,不属于内环境,D错误。
3.科学家利用果蝇幼虫某细胞作为研究系统,发现必需氨基酸摄入不足是造成营养不良人群患上脂肪肝的“罪魁祸首”。当必需氨基酸匮乏时,肝细胞中的E3泛素连接酶Ubrl会失活,不能催化脂滴保护蛋白Plin2的泛素化降解(某蛋白连接上泛素后即可被降解),从而造成脂肪肝。下列叙述不正确的是(　　)
A.必需氨基酸不能来自非必需氨基酸的转化,必须从外界环境中获取
B.Ubrl在催化Plin2的泛素化降解过程中为Plin2提供能量
C.Plin2不能降解可能会抑制脂肪的分解,导致肝脏脂肪堆积
D.Ubrl可能是必需氨基酸受体,能与必需氨基酸结合并被激活
√
【解析】选B。必需氨基酸是在细胞内不能合成的氨基酸,只能来自食物的消化和吸收,因此,必需氨基酸不能来自非必需氨基酸的转化,A正确;Ubrl(E3泛素连接酶)在催化Plin2的泛素化降解过程中可降低化学反应的活化能,不能提供能量,B错误;Plin2蛋白只有降解之后其中的脂肪才能利用,如果不能降解就会抑制脂肪的分解,从而造成肝脏脂肪的堆积,C正确;必需氨基酸匮乏,Ubrl会失活,只有结合必需氨基酸才能起作用,故Ubrl可能是必需氨基酸受体,能与必需氨基酸结合并被激活,D正确。
4.为探究蛋清溶菌酶的热稳定性,将酶液加热至不同的温度,分别保温30 min、
60 min、90 min,测定酶的相对活性,结果如图。下列说法正确的是(　　)
A.温度是唯一的自变量,保温时间不影响酶活性
B.与30 ℃相比,酶在60 ℃下的催化活性更低
C.蛋清溶菌酶可以在室温环境中保持较高活性
D.70 ℃时,该酶活性下降的速率先快后慢
√
【解析】选C。由图可知,实验的自变量是温度和时间,保温时间也会影响酶的活性,高温下保温时间越长,酶的活性下降越快,A错误;由图可知,该酶在
30 ℃和60 ℃的温度下,在60 min内的相对活性没有明显差别,几乎重合,说明在一定的保温时间内,这两种温度下酶的活性不相上下,B错误;由图可知,
30 ℃时该酶保持的相对活性较高,蛋清溶菌酶可以在室温环境中保持较高活性,C正确;在70 ℃时,该酶活性下降的速率先慢后快,D错误。
5.PET是一种造成“白色污染”的塑料。自然界中的L酶能破坏PET中的化学键,有利于PET的降解、回收和再利用。研究人员尝试对L酶进行改造,获得了一种催化活性更高的突变酶。如图表示突变酶对PET的降解率随时间变化的曲线。下列相关说法正确的是(　　)
A.随着温度升高,突变酶和L酶对PET的降解率都会不
断上升
B.突变酶和L酶都可以为PET中化学键的破坏提供活化能
C.PET浓度增大,突变酶的活性会增加,导致其对PET的降解率上升
D.反应9小时以内,突变酶的活性和浓度会影响其对PET的降解率
√
【解析】选D。温度太高会使酶变性,导致突变酶和L酶对PET的降解率下降,A错误;酶的作用机理是降低化学反应的活化能,B错误;提高底物浓度不会改变酶的活性,C错误;反应9小时以内,突变酶对PET的降解率逐渐上升,PET的降解受到酶的催化,其降解率受到突变酶的活性和浓度的影响,D正确。
6.A3是一种从海底微生物中分离得到的,在低温下有催化活性的α-淀粉酶。为确定A3的最适pH,研究人员使用了三种组分不同的缓冲系统进行实验,结果如图。下列叙述正确的是(　　)
A.可用斐林试剂检测产物的生成从而测
定A3的酶活性
B.缓冲系统的组分对A3的酶活性有影响
C.先将淀粉加入缓冲系统,再加入A3
D.在不同pH的缓冲系统中,A3的相对酶活性均不相同
√
【解析】选B。斐林试剂检测还原糖需要水浴加热,温度变化会影响酶的活性,可用碘液检测,淀粉遇碘液会变为蓝色,通过检测单位时间淀粉的减少量来表示A3酶的活性,A错误;由曲线可知,在pH相同时,不同缓冲系统条件下所测得的相对酶活性不同,因此缓冲系统的组分对酶活性有影响,B正确;淀粉和A3分别都加入同一缓冲系统,然后一起在不同的pH条件下检测,C错误;由曲线可知,在不同pH的缓冲系统中,A3的相对酶活性有相同的情况,如Tris-HCl缓冲系统和Gly-NaOH缓冲系统,D错误。
7.针对某酶促反应,某同学在酶量和反应时间都相同的情况下进行了甲、乙、丙三组实验并得到相应的三条曲线如图所示。甲是反应速率随反应物浓度变化的曲线,乙是一定量的物质W1存在时反应速率随反应物浓度变化的曲线,丙是一定量的物质W2存在时反应速率随反应物浓度变化的曲线。据图判断,关于该实验结果的叙述,错误的是(　　)
A.若仅提高甲组酶量重新实验,其最大反应速率会增大
B.若在甲组中加入W1重新实验,其最大反应速率会降低
C.可推测在与酶的结合过程中,W2和反应物无竞争关系
D.若要减弱W2对反应速率的影响,可加大反应物的浓度
√
【解析】选C。由曲线分析,若仅提高甲组酶量重新实验,相同的反应物浓度在单位时间内的反应速率会增大,A正确;由曲线分析,加入W1后反应速率下降,随反应物浓度上升反应速率也不能恢复,W1很可能是非竞争性抑制剂,若在甲组中加入W1重新实验,W1会结合酶的非活性中心导致其空间构象发生改变,酶的活性下降,其最大反应速率会降低,B正确;由丙曲线的趋势来看,W2最初抑制了酶促反应速率,但随着反应物浓度升高,这种抑制被解除,可推测W2为竞争性抑制剂,在与酶结合的过程中,W2与底物竞争酶,可加大反应物浓度减弱W2对反应速率的影响,C错误,D正确。
8.(2025·江西高考)芸香糖苷酶能水解芸香糖苷类黄酮化合物生产槲皮素、柚皮素和橙皮素等活性物质,具有重要的应用前景。研究人员比较了芸香糖苷酶Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的酶学性质,部分结果如表。下列叙述正确的是(　　)
芸香糖苷酶 最适温度/℃ 最适pH
Ⅰ 50 4.0
Ⅱ 70 4.0
Ⅲ 40 6.0
A.酶Ⅰ的反应温度升高20℃,其他条件不变,酶Ⅰ与酶Ⅱ活性一致
B.三种酶在最适的温度和pH条件下,催化底物的活性相同
C.三种酶能水解芸香糖苷类黄酮化合物,表明它们具有专一性
D.三种酶的空间结构会因环境温度和pH的改变而发生变化
√
【解析】选D。酶Ⅰ的最适温度为50℃,升高20℃至70℃时,超过其最适温度,酶活性会因高温变性而下降;而酶Ⅱ的最适温度为70℃,此时活性最高,两者活性可能不一致,A错误。最适条件仅表明此时酶活性最高,但不同酶在最适条件下的催化效率(即酶活性)可能因酶的种类和结构差异而不同,B错误。酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应,三种酶均能水解同一类底物(芸香糖苷类黄酮化合物),体现的是酶的催化作用具有共性,而非专一性(专一性强调对特定底物的催化),C错误。酶的活性受温度和pH的影响,温度和pH的变化会影响酶的空间结构,进而影响酶的活性,当环境温度或pH偏离最适条件时,酶的空间结构可能发生改变,甚至导致酶变性失活,D正确。
9.硝酸甘油是缓解心绞痛的常用药,该物质在人体内转化成一氧化氮,一氧化氮进入心血管平滑肌细胞后与鸟苷酸环化酶的Fe2+结合,导致该酶活性增强,催化产物cGMP增多,最终引起心血管平滑肌细胞舒张,从而达到快速缓解病症的目的。下列说法错误的是(　　)
A.人体长期缺铁会降低硝酸甘油的药效
B.cGMP生成量随一氧化氮浓度升高而持续升高
C.一氧化氮进入心血管平滑肌细胞不消耗ATP
D.一氧化氮与鸟苷酸环化酶的Fe2+结合,可能使该酶的结构发生改变
√
【解析】选B。据题意“硝酸甘油是缓解心绞痛的常用药,该物质在人体内转化成一氧化氮,一氧化氮进入心血管平滑肌细胞后与鸟苷酸环化酶的Fe2+结合,导致该酶活性增强”可知,人体长期缺铁会降低硝酸甘油的药效,A正确;据题意“一氧化氮进入心血管平滑肌细胞后与鸟苷酸环化酶的Fe2+结合,导致该酶活性增强,催化产物cGMP增多,最终引起心血管平滑肌细胞舒张,从而达到快速缓解病症的目的”可知,一定范围内,cGMP生成量随一氧化氮浓度升高而升高,引起心血管平滑肌细胞舒张,之后cGMP生成量会下降,以维持心脏的自动节律,B错误;一氧化氮进入心血管平滑肌细胞的方式为自由扩散,不消耗ATP,C正确;一氧化氮与鸟苷酸环化酶的Fe2+结合,可能使该酶的结构发生改变,反应结束后,酶的构象可以恢复,D正确。(共61张PPT)
第三单元　细胞的能量供应和利用
第9讲　降低化学反应活化能的酶
考点一　酶的作用和本质
考点二　酶的特性及影响酶活性的条件
悟高考·瞻动向
课程标准解读与能力要求 知识网络概览
1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质。 2.说明酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。 3.运用模型与建模的方法分析环境因素对酶活性的影响。 4.基于实验设计加深对实验现象和结果进行解释、分析和处理的能力以及对实验方案的评价能力。
考点一　酶的作用和本质
【要点梳理·夯基固本】
一、酶在细胞代谢中的作用
1.细胞代谢:
(1)概念:细胞中每时每刻都进行着______________,统称为细胞代谢。
(2)主要场所:____________。
许多化学反应
细胞质基质
2.比较过氧化氢在不同条件下的分解(验证酶具有催化作用):
(1)实验条件与结果:
组序 条件 实验结果
① 自然状态 几乎不分解
② 90 ℃高温 有______气泡
③ 加FeCl3溶液 产生________气泡,点燃的卫生香_________
④ 加肝脏研磨液 产生________气泡,点燃的卫生香_________
少量
较多小
燃烧较弱
大量大
燃烧猛烈
(2)结果分析及结论:
对照 ①与② ①与③ ①与④ ③与④
自变量 温度 FeCl3溶液 ___________ 催化剂种类
因变量 底物(H2O2)的分解速率,可用单位时间内______________的多少表示
无关 变量 加入的H2O2量、肝脏研磨液的__________等
结论 加热促进 H2O2水解 无机催化剂促进H2O2水解 酶促进 H2O2水解 与___________
相比,酶的催化
效率更高
肝脏研磨液
产生气泡数目
新鲜程度
无机催化剂
名师点睛　化学反应加快的机理
(1)加热提供化学反应的活化能。
(2)无机催化剂和酶均能降低化学反应的活化能。
3.酶作用模型分析:
(1)数学模型:
(2)模型分析:
①整体分析:无酶催化的反应曲线是____,有酶催化的反应曲线是____。
②分段分析:ca段是在无催化剂的条件下反应所需要的活化能;ba段是
________________。
③应用分析:若将酶催化改为无机催化剂催化,则b点在纵轴上将_____
移动。
(3)酶的催化机理:降低化学反应的________。与无机催化剂相比,________
________的作用更显著,催化效率更高。
(4)意义:使细胞代谢能在______条件下快速有序地进行。
乙
甲
酶降低的活化能
向上
活化能
酶降低
活化能
温和
二、酶的概念解读
项目 内容 解释
产生 部位 ________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________, 少数是_____ 合成原料是____________________,合成
场所是________________(真核生物)
活细胞
蛋白质
RNA
氨基酸或核糖核苷酸
细胞核或核糖体
项目 内容 解释
酶的 功能 催化作用 酶只起______功能,且反应前后酶的______
和__________不变
作用 机理 降低化学反应的 _______ 酶不能提供能量
催化
数量
化学性质
活化能
名师点睛　鉴定酶的两种方法
(1)试剂鉴定法:用双缩脲试剂与酶作用产生紫色反应→酶为蛋白质。
(2)酶解法:蛋白酶处理丧失活性→酶为蛋白质;RNA酶处理丧失活性→酶为RNA。
易错辨析
1.酶是活细胞合成的具有调节作用的有机物。( )
分析:酶的作用是催化作用,不是调节作用。
2.酶在细胞内、内环境和体外都能发挥催化作用。( )
3.酶是在核糖体上合成的生物大分子。( )
分析:少数酶的化学本质是RNA,不在核糖体上合成。
4.酶提供了反应过程中所必需的活化能。( )
分析:酶不提供能量,作用机理是降低化学反应的活化能。
×
√
×
×
5.加热与加入酶都能使反应速率加快,二者作用机制是相同的。( )
分析:加热提供化学反应的活化能,加入酶降低化学反应的活化能。
6.酶分子在催化化学反应完成后立即被降解。( )
分析:短时间内,酶分子在化学反应前后,其数量和化学性质都不变。
×
×
长句表达
(必修1 P80“拓展应用”T3延伸)如图表示A、B两种酶用同一种蛋白酶处
理后酶活性与处理时间的关系,则A酶的化学本质为______ ,B酶活性改变的
原因是_____________________________________________。
RNA
B酶被蛋白酶降解的过程中其分子结构会发生改变
【扣点专练·通法悟道】
1.(2026·湛江模拟)某种RNaseP是由20%的蛋白质和80%的RNA组成的。如果将RNaseP 酶中的蛋白质除去,并提高Mg2+的浓度,留下来的RNA仍然具有与RNaseP酶相同的催化活性,这一结果表明(　　)
A.酶是由蛋白质和 RNA 组成的
B.某些RNA具有生物催化活性
C.酶的化学本质都是蛋白质
D.酶的化学本质都是RNA
√
【解析】选B。酶是由活细胞产生的具有催化活性的有机物,其中大部分是蛋白质、少数是RNA,A、C、D错误;依题意,将RNaseP酶中的蛋白质除去,并提高Mg2+的浓度,留下来的RNA仍然具有与RNaseP酶相同的催化活性,说明RNaseP酶中具有生物催化活性的是其中的RNA部分,B正确。
2.如图为某种酶的作用示意图,其中酶与底物通过碱基互补配对方式结合。据图分析,下列说法最不合理的是(　　)
A.该酶能有效降低图中化学反应的活化能
B.该酶与双缩脲试剂反应会出现紫色反应
C.该酶能断裂底物RNA中的磷酸二酯键
D.该酶通过与底物RNA间碱基互补配对来体现专一性
√
【解析】选B。据图可知,底物RNA在酶的作用下发生断裂,酶能有效降低化学反应的活化能,A正确;据图分析,该酶成分中含有RNA,可能没有蛋白质,则可能不会有紫色反应,B错误;据图分析,该酶能将底物RNA断裂,则可断裂磷酸二酯键,C正确;从图中看出,该酶能与底物单链RNA结合,可知该酶通过与底物RNA间碱基互补配对来体现专一性,D正确。
考点二　酶的特性及影响酶活性的条件
【要点梳理·夯基固本】
一、酶的特性
1.高效性:
(1)含义:酶降低活化能的作用比____________更显著。
(2)数学模型:
①曲线___与___对比说明酶具有高效性。
②曲线___与__对比说明酶具有催化作用。
无机催化剂
a
b
a
c
2.专一性:
(1)含义:每一种酶只能催化____________化学反应。
(2)数学模型:
说明:能够催化底物A水解的是_____,不能催化底物A水解的是_____,说明
酶具有专一性。
一种或一类
酶A
酶B
(3)物理模型:
说明:图中A表示____,B表示被A催化的底物(或反应物),E、F表示B被分解
后产生的物质,C、D表示___________________。
酶
不能被A催化的物质
3.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用:
(1)实验原理:
①淀粉和蔗糖都是________糖,其水解产物葡萄糖、果糖、麦芽糖都是
______糖。
②斐林试剂能检测溶液中有无______糖。
③淀粉酶能催化______水解为还原糖,不能催化______水解。
非还原
还原
还原
淀粉
蔗糖
(2)实验结果分析:
①1号试管有砖红色沉淀生成,说明产生了________,淀粉被水解。
②2号试管不出现砖红色沉淀,说明蔗糖没有被水解。
(3)实验结论:淀粉酶只能催化______水解,不能催化______水解,酶的作用
具有________。
还原糖
淀粉
蔗糖
专一性
4.作用条件较温和:
(1)在__________________条件下,酶的活性最高。
(2)过酸、过碱或温度过高,都会使酶的__________遭到破坏,使酶永久性失活。
(3)低温时,酶的活性显著降低,但是酶的空间结构保持稳定,不会失活。
最适宜的温度、pH
空间结构
(4)图甲为不同pH对酶促反应的影响,说明pH的变化不影响酶的__________;
图乙为不同温度对酶促反应的影响,说明温度的变化不影响酶的________。
最适温度
最适pH
二、影响酶活性的条件
1.探究温度对酶活性的影响:
(1)实验原理:
(2)实验结论:酶发挥催化作用需要______的温度条件,温度____________都
会影响酶活性。
适宜
过高或过低
2.探究pH对酶活性的影响:
(1)实验原理:
①酶促反应原理:
2H2O2 2H2O+O2。
②鉴定原理:pH影响酶的活性,从而影响O2的生成速率,可用_____________
________的情况来检验O2的生成速率。
(2)实验结论:酶发挥催化作用需要适宜的____条件,过酸、过碱都会影响酶
活性。
带火星的卫生
香燃烧
pH
名师点睛　严格控制自变量的两个措施
(1)温度的控制:酶与底物接触前分别控制温度。
(2)pH控制:先用不同pH的溶液处理酶,再加入底物。
3.影响酶促反应的其他因素:
(1)底物浓度:
说明:O~A段限制因素是__________;A~B段限制因素是________________。
底物浓度
酶浓度和酶活性
(2)酶浓度:
说明:
①在底物充足,其他条件适宜的情况下,反应速率与酶浓度成______。
②底物浓度和酶浓度都是通过影响反应物与酶接触的机会来影响酶促反
应速率的,但并不影响酶活性。
正比
易错辨析
1.酶制剂适宜在最适温度和最适pH条件下保存。( )
分析:酶制剂应在低温、最适pH下保存,不能在最适温度下保存。
2.酶的催化效率一定比无机催化剂高。( )
分析:温度、pH不适宜时,酶的催化效率可能低于无机催化剂的催化效率。
3.探究温度对酶活性的影响实验中,可以过氧化氢为底物,肝脏研磨液提供过氧化氢酶。( )
分析:由于过氧化氢的分解受温度的影响,所以探究温度对酶活性的影响实验中,不能以过氧化氢为底物。
×
×
×
4.探究淀粉酶的专一性实验,用淀粉和蔗糖作底物,不用碘液检测。 ( )
5.探究酶的最适pH实验中,进行预实验能确定有效pH范围,减小实验误差。
( )
分析:预实验能检验实验的科学性和可行性,不能减小实验误差。
6.探究pH对酶活性的影响实验,将底物与酶混合后再调节pH。( )
分析:探究pH对酶活性的影响实验,应在预设条件下混合,即应该先调节底
物和酶液的pH,再混合。
√
×
×
7.反应物浓度和酶浓度也能影响酶促反应速率,但并未改变酶活性。 ( )
8.探究酶的高效性实验,实验组加适量酶液,对照组加等量蒸馏水。( )
分析:酶的高效性是指与无机催化剂相比,酶降低化学反应活化能的效果更
显著。探究酶的高效性实验,实验组加适量酶液,对照组加等量无机催化剂。
√
×
长句表达
1.(必修1 P82“探究·实践”拓展)过酸、过碱或温度过高使酶永久失活的原
因是______________________。
2.(必修1 P85“科学·技术·社会”延伸)溶菌酶具有抗菌消炎作用的原因是
____________________________。细菌性溶菌酶不能抵御真菌感染,原因是
__________________________________________。
酶的空间结构遭到破坏
溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁
真菌和细菌细胞壁的成分不同,而酶具有专一性
【扣点专练·通法悟道】
1.(2025·江苏高考)为探究淀粉酶是否具有专一性,有同学设计了实验方案,主要步骤如表。下列相关叙述合理的是(　　)
步骤 甲组 乙组 丙组
① 加入2 mL淀粉溶液 加入2 mL淀粉溶液 加入2 mL蔗糖溶液
② 加入2 mL淀粉酶溶液 加入2 mL蒸馏水
③ 60 ℃水浴加热,然后各加入2 mL斐林试剂,再60 ℃水浴加热
A.丙组步骤②应加入2 mL蔗糖酶溶液
B.两次水浴加热的主要目的都是提高酶活性
C.根据乙组的实验结果可判断淀粉溶液中是否含有还原糖
D.甲、丙组的预期实验结果都出现砖红色沉淀
√
【解析】选C。丙组步骤②应加入2 mL淀粉酶溶液,而非蔗糖酶溶液。验证淀粉酶专一性需保持酶相同而底物不同,若加入蔗糖酶则无法证明淀粉酶的作用特性,A错误。第一次60 ℃水浴加热是为酶提供最适温度以催化反应,第二次水浴加热是斐林试剂与还原糖反应的条件,B错误。乙组(淀粉+蒸馏水)未加酶,若未显色说明淀粉溶液中不含还原糖,若显色则可能底物被污染或分解,因此乙组结果可用于判断淀粉溶液中是否含还原糖,C正确。甲组(淀粉+淀粉酶)水解产物为葡萄糖(还原糖),与斐林试剂在水浴加热条件下产生砖红色沉淀;丙组(蔗糖+淀粉酶)无水解产物,故丙组不出现砖红色沉淀,D错误。
2.某种芽孢酸性环境下不萌发,碱性环境下萌发。为探究其机理,研究不同pH下两种促进芽孢萌发的酶(M和N)的活性和结构变化。发现酸性环境下M的活性和α-螺旋(肽链有规律的盘曲)含量增高,而碱性环境下N的活性和α-螺旋的含量增高,下列叙述错误的是(　　)
A.碱性环境中N不能为芽孢萌发供能来降低其催化反应的活化能
B.酸性环境主要通过改变氨基酸序列影响M的α-螺旋含量
C.碱性环境主要通过调节N活性来影响该种芽孢萌发
D.酸碱环境调节芽孢萌发过程中M、N活性均受到pH影响
√
【解析】选B。酶的作用机理是降低化学反应的活化能,不能为化学反应供能,因此N不能为芽孢萌发供能,A正确;酸性环境会使蛋白质的空间结构改变,不会改变蛋白质中氨基酸序列,因此酸性环境不能通过改变氨基酸序列影响M的α-螺旋含量,B错误;根据题意可知,酸性环境下M的活性和α-螺旋(肽链有规律的盘曲)含量增高,而碱性环境下N的活性和α-螺旋的含量增高,即酸性和碱性条件下α-螺旋的含量都增高,但酸性环境下芽孢不萌发,碱性环境下萌发,因此可推测碱性环境主要通过调节N活性来影响该种芽孢萌发,C正确;pH可影响酶的活性进而影响反应速率,因此酸碱环境调节芽孢萌发过程中M、N活性均受到pH影响,D正确。
从教材走向高考
3.(必修1 P83“进一步探究”延伸)胰脂肪酶是肠道内脂肪水解过程中的关键酶,板栗壳黄酮可调节胰脂肪酶的活性进而影响人体对脂肪的吸收。为研究板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性的影响,科研人员进行了下列实验:在酶量一定且环境适宜的条件下,检测加入板栗壳黄酮对胰脂肪酶酶促反应速率的影响,结果如图1,请回答下列问题。
(1)图1曲线可知板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性具有________(填“促进”或“抑制”)作用。
(2)图2中A显示脂肪与胰脂肪酶活性部位结构互补时,胰脂肪酶才能发挥作用,因此酶的作用具有________性。图2中的B和C为板栗壳黄酮对胰脂肪酶作用机理的两种推测的模式图。结合图1曲线分析,板栗壳黄酮的作用机理应为______(填“B”或“C”)。
抑制
专一
B
【解析】(1)图1实验结果显示,加入板栗壳黄酮后酶促反应速率比对照组低,说明板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性具有抑制作用。
(2)图2中A显示脂肪与胰脂肪酶活性部位结构互补时,胰脂肪酶才能发挥作用,这说明酶促反应的发生需要酶与底物发生特异性结合,因此酶的作用具有专一性;图2中的B的作用机理显示板栗壳黄酮与酶结合后导致酶的空间结构发生改变,进而使脂肪无法与脂肪酶发生结合,从而实现了对酶促反应速率的抑制,该抑制作用会导致脂肪的分解终止,此种抑制不可以通过增加底物浓度而缓解,C图显示的作用机理为板栗壳黄酮和脂肪竞争胰脂肪酶上的活性位点,从而减少了脂肪与胰脂肪酶的结合概率,进而是酶促反应速率下降,此种抑制可以通过增加底物浓度而缓解,据图1可知,加入板栗壳黄酮组的酶促反应速率低于对照组,且增加脂肪浓度,反应速率依然比对照组低,因此板栗壳黄酮的作用机理应为B。
(3)为研究不同pH条件下板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性的影响,科研人员进行了相关实验,结果如图3所示。
①本实验的自变量有__________________________________。(需答出两点)
②由图3可知,加入板栗壳黄酮,胰脂肪酶的最适pH变________。
是否加入板栗壳黄酮和不同pH　
大
【解析】(3)①本实验的目的是研究不同pH条件下板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性的影响,根据实验目的可知,本实验的自变量有是否加入板栗壳黄酮和不同pH。
②由图3可知,板栗壳黄酮对胰脂肪酶作用效率最高的pH约为7.4;加入板栗壳黄酮,胰脂肪酶的最适pH由7.4变成了7.7,即变大。
悟高考·瞻动向
体验高考·淬炼考能
1.(2025·黑吉辽内蒙古高考)下列关于耐高温的DNA聚合酶的叙述正确的是(　　)
A.基本单位是脱氧核苷酸
B.在细胞内或细胞外均可发挥作用
C.当模板DNA和脱氧核苷酸存在时即可催化反应
D.为维持较高活性,适宜在70~75 ℃下保存
√
【解析】选B。耐高温的DNA聚合酶的本质是蛋白质,基本单位为氨基酸,A错误;耐高温DNA聚合酶在细胞内的DNA复制和体外的PCR反应中均能发挥作用,B正确;缺少引物和缓冲液时反应无法启动,C错误;高温保存会破坏酶的活性,需低温保存,D错误。
2.(2024·广东高考)现有一种天然多糖降解酶,其肽链由4段序列以Ce5-Ay3-Bi-CB方式连接而成。研究者将各段序列以不同方式构建新肽链,并评价其催化活性,部分结果见表。关于各段序列的生物学功能,下列分析错误的是(　　)
肽链 纤维素类底物 褐藻酸类底物
W1 W2 S1 S2
Ce5-Ay3-Bi-CB + +++ ++ +++
Ce5 + ++ - -
Ay3-Bi-CB - - ++ +++
Ay3 - - +++ ++
Bi - - - -
CB - - - -
注:-表示无活性,+表示有活性,+越多表示活性越强。
A.Ay3与Ce5催化功能不同,但可能存在相互影响
B.Bi无催化活性,但可判断与Ay3的催化专一性有关
C.该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关
D.无法判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关
√
【解析】选B。本题考查酶的结构与功能的关系。由表可知,Ce5具有催化纤维素类底物的活性,Ay3具有催化褐藻酸类底物的活性,Ay3与Ce5催化功能不同,Ay3-Bi-CB与Ce5-Ay3-Bi-CB相比,当缺少Ce5后,就不能催化纤维素类底物,当Ay3与Ce5同时存在时催化纤维素类底物的活性增强,所以Ay3与Ce5可能存在相互影响,A正确;不论是否与Bi结合,Ay3均可以催化S1与S2,说明Bi与Ay3的催化专一性无关,B错误;Ay3-Bi-CB与Ce5-Ay3-Bi-CB相比,去除Ce5后,催化褐藻酸类底物的活性不变,说明该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关,C正确;需要检测Ce5-Ay3-Bi肽链的活性,才能判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关,D正确。
3.(2023·广东高考)中国制茶工艺源远流长。红茶制作包括萎凋、揉捻、发酵、高温干燥等工序,其间多酚氧化酶催化茶多酚生成适量茶黄素是红茶风味形成的关键。下列叙述错误的是(　　)
A.揉捻能破坏细胞结构使多酚氧化酶与茶多酚接触
B.发酵时保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性
C.发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶活性
D.高温灭活多酚氧化酶以防止过度氧化影响茶品质
√
【解析】选C。本题主要考查酶的作用和特性。红茶制作时揉捻的作用是使茶叶成条,同时使茶叶细胞破碎,使其释放的多酚氧化酶与茶多酚接触,A正确;发酵过程的实质就是酶促反应过程,需要将温度设置在酶的最适温度下,使多酚氧化酶保持最大活性,才能获得更多的茶黄素,B正确;发酵时有机酸含量增加会降低多酚氧化酶的活性,C错误;高温条件会使多酚氧化酶的空间结构被破坏而失活,以防止过度氧化影响茶品质,D正确。
瞭望高考·探悟动态
锁定新情境:
蜂蜜的营养价值与淀粉酶值
　　蜂蜜是具有很高营养价值的保健食品,其主要化学成分为糖类、酸类、酶类、维生素、矿物质等。淀粉酶值(1 g蜂蜜在1 h内水解1%淀粉的毫升数)是评定蜂蜜质量的一项重要指标,淀粉酶值越高,蜂蜜营养价值越高。蜂蜜经不同温度处理后,分别测定淀粉酶值,结果如图所示:
基于核心素养的新考向:
1.(物质与能量观)蜜蜂细胞内合成淀粉酶的场所是____________,淀粉酶具有高效性的原因是___________________________________。
2.(分析实验结果)淀粉酶值随温度升高的变化情况是________________。从淀粉酶值的角度分析,蜂蜜的加工储藏及使用温度最好不要超过________℃。
核糖体　
降低化学反应的活化能更显著
逐渐下降
70
【解析】1.淀粉酶的化学本质是蛋白质,合成场所为核糖体(粗面内质网上的核糖体)。酶的作用原理是降低化学反应的活化能,相对于无机催化剂具有高效性的原因是降低化学反应的活化能更显著。
2.由图可知,淀粉酶值随温度升高的变化情况是逐渐降低。淀粉酶值在70 ℃后急剧下降,因此蜂蜜的加工储藏及使用温度最好不要超过70 ℃。
3.(设计实验思路)假蜂蜜是用纯化的葡萄糖、果糖、色素、蜂蜜香精等原料生产的,并且添加了工业淀粉酶,与天然蜂蜜外观极为相似。但是假蜂蜜添加的工业淀粉酶与天然蜂蜜中淀粉酶的性质有很大差异。请根据下面两表检测结果,简述区别假蜂蜜和天然蜂蜜的实验思路: __________________ ____________________________________________________________________________________________________________(要求检测指标最明显)。
检测等量天然蜂蜜和假蜂蜜的淀粉酶值在45 ℃条件下随时间的变化情况,随时间延长淀粉酶值下降最明显的为天然蜂蜜,不明显的为假蜂蜜
天然蜂蜜贮存过程中淀粉酶值变化情况
单位:mL·(g·h)-1
贮存时间/ d 淀粉酶值 (10 ℃) 淀粉酶值 (37 ℃) 淀粉酶值
(45 ℃)
0 7.16 7.16 7.16
10 7.16 6.37 4.60
20 7.16 5.54 3.59
30 7.15 4.87 2.71
假蜂蜜贮存过程中工业淀粉酶值变化情况
单位:mL·(g·h)-1
贮存时间/ d 淀粉酶值 (10 ℃) 淀粉酶值 (37 ℃) 淀粉酶值
(45 ℃)
0 8.65 8.65 8.65
10 8.65 8.55 8.61
20 8.47 8.33 8.33
30 8.30 8.20 8.13
【解析】3.对比表中数据可知,天然蜂蜜贮存过程中淀粉酶值随时间推移而下降,其中45 ℃下降速度最快;但假蜂蜜贮存过程中工业淀粉酶值几乎不变。因此可以检测等量天然蜂蜜和假蜂蜜的淀粉酶值在45 ℃条件下随时间的变化情况,随时间延长淀粉酶值下降较明显的为天然蜂蜜,不明显的为假蜂蜜。核心素养测评 第三单元 第9讲　降低化学反应活化能的酶
(20分钟　27分)
选择题:本题共9小题,每小题3分,共27分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1.(2026·佛山联考)生化反应是生命活动的基础,细胞每时每刻都进行着化学反应,这些化学反应往往离不开酶的参与。下列叙述正确的是(　　)
A.酶能为化学反应提供能量,且与无机催化剂相比,酶提供的能量更多
B.氨基酸、脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸都可以作为组成酶的基本单位
C.在细胞中各种化学反应之所以能有序进行,与酶在细胞中的分布有关
D.由活细胞产生的酶在生物体外不能发挥作用
【解析】选C。酶的作用机理是降低化学反应的活化能,而非提供能量,A错误;酶的本质是蛋白质或RNA,其基本单位为氨基酸或核糖核苷酸,脱氧核糖核苷酸是DNA的基本单位,与酶无关,B错误;细胞内的酶分布具有区域化特点(如线粒体、叶绿体等含特定酶),这保证了化学反应的有序进行,C正确;酶在体外适宜条件(如适宜温度、pH)下仍可催化反应,例如唾液淀粉酶在体外分解淀粉,D错误。
2.胃蛋白酶原是胃黏膜主细胞合成分泌的胃蛋白酶前体,由H+激活后转变成胃蛋白酶发挥功能。下列说法正确的是(　　)
A.肌肉细胞的内质网比胃黏膜主细胞的更为发达
B.胃蛋白酶原的分泌依赖于细胞膜的选择透过性
C.胃蛋白酶原被激活时空间结构一定会发生改变
D.胃蛋白酶在内环境中发挥作用时需要消耗水分
【解析】选C。肌肉细胞合成的蛋白质相对胃黏膜主细胞较少,胃黏膜主细胞的内质网更发达,A错误;胃蛋白酶原的本质是蛋白质,通过胞吐分泌,依赖于细胞膜的流动性,B错误;在盐酸所创造的酸性环境中,胃蛋白酶原发生去折叠,使得其可以以自催化方式对自身进行剪切,从而生成具有活性的胃蛋白酶,胃蛋白酶原被激活时空间结构一定会发生改变,C正确;胃蛋白酶可水解蛋白质,其在消化道中发挥作用时需要消耗水分,消化道与外界相通,不属于内环境,D错误。
3.科学家利用果蝇幼虫某细胞作为研究系统,发现必需氨基酸摄入不足是造成营养不良人群患上脂肪肝的“罪魁祸首”。当必需氨基酸匮乏时,肝细胞中的E3泛素连接酶Ubrl会失活,不能催化脂滴保护蛋白Plin2的泛素化降解(某蛋白连接上泛素后即可被降解),从而造成脂肪肝。下列叙述不正确的是(　　)
A.必需氨基酸不能来自非必需氨基酸的转化,必须从外界环境中获取
B.Ubrl在催化Plin2的泛素化降解过程中为Plin2提供能量
C.Plin2不能降解可能会抑制脂肪的分解,导致肝脏脂肪堆积
D.Ubrl可能是必需氨基酸受体,能与必需氨基酸结合并被激活
【解析】选B。必需氨基酸是在细胞内不能合成的氨基酸,只能来自食物的消化和吸收,因此,必需氨基酸不能来自非必需氨基酸的转化,A正确;Ubrl(E3泛素连接酶)在催化Plin2的泛素化降解过程中可降低化学反应的活化能,不能提供能量,B错误;Plin2蛋白只有降解之后其中的脂肪才能利用,如果不能降解就会抑制脂肪的分解,从而造成肝脏脂肪的堆积,C正确;必需氨基酸匮乏,Ubrl会失活,只有结合必需氨基酸才能起作用,故Ubrl可能是必需氨基酸受体,能与必需氨基酸结合并被激活,D正确。
4.为探究蛋清溶菌酶的热稳定性,将酶液加热至不同的温度,分别保温30 min、
60 min、90 min,测定酶的相对活性,结果如图。下列说法正确的是(　　)
A.温度是唯一的自变量,保温时间不影响酶活性
B.与30 ℃相比,酶在60 ℃下的催化活性更低
C.蛋清溶菌酶可以在室温环境中保持较高活性
D.70 ℃时,该酶活性下降的速率先快后慢
【解析】选C。由图可知,实验的自变量是温度和时间,保温时间也会影响酶的活性,高温下保温时间越长,酶的活性下降越快,A错误;由图可知,该酶在30 ℃和60 ℃的温度下,在60 min内的相对活性没有明显差别,几乎重合,说明在一定的保温时间内,这两种温度下酶的活性不相上下,B错误;由图可知,30 ℃时该酶保持的相对活性较高,蛋清溶菌酶可以在室温环境中保持较高活性,C正确;在70 ℃时,该酶活性下降的速率先慢后快,D错误。
5.PET是一种造成“白色污染”的塑料。自然界中的L酶能破坏PET中的化学键,有利于PET的降解、回收和再利用。研究人员尝试对L酶进行改造,获得了一种催化活性更高的突变酶。如图表示突变酶对PET的降解率随时间变化的曲线。下列相关说法正确的是(　　)
A.随着温度升高,突变酶和L酶对PET的降解率都会不断上升
B.突变酶和L酶都可以为PET中化学键的破坏提供活化能
C.PET浓度增大,突变酶的活性会增加,导致其对PET的降解率上升
D.反应9小时以内,突变酶的活性和浓度会影响其对PET的降解率
【解析】选D。温度太高会使酶变性,导致突变酶和L酶对PET的降解率下降,A错误;酶的作用机理是降低化学反应的活化能,B错误;提高底物浓度不会改变酶的活性,C错误;反应9小时以内,突变酶对PET的降解率逐渐上升,PET的降解受到酶的催化,其降解率受到突变酶的活性和浓度的影响,D正确。
6.A3是一种从海底微生物中分离得到的,在低温下有催化活性的α-淀粉酶。为确定A3的最适pH,研究人员使用了三种组分不同的缓冲系统进行实验,结果如图。下列叙述正确的是(　　)
A.可用斐林试剂检测产物的生成从而测定A3的酶活性
B.缓冲系统的组分对A3的酶活性有影响
C.先将淀粉加入缓冲系统,再加入A3
D.在不同pH的缓冲系统中,A3的相对酶活性均不相同
【解析】选B。斐林试剂检测还原糖需要水浴加热,温度变化会影响酶的活性,可用碘液检测,淀粉遇碘液会变为蓝色,通过检测单位时间淀粉的减少量来表示A3酶的活性,A错误;由曲线可知,在pH相同时,不同缓冲系统条件下所测得的相对酶活性不同,因此缓冲系统的组分对酶活性有影响,B正确;淀粉和A3分别都加入同一缓冲系统,然后一起在不同的pH条件下检测,C错误;由曲线可知,在不同pH的缓冲系统中,A3的相对酶活性有相同的情况,如Tris-HCl缓冲系统和Gly-NaOH缓冲系统,D错误。
7.针对某酶促反应,某同学在酶量和反应时间都相同的情况下进行了甲、乙、丙三组实验并得到相应的三条曲线如图所示。甲是反应速率随反应物浓度变化的曲线,乙是一定量的物质W1存在时反应速率随反应物浓度变化的曲线,丙是一定量的物质W2存在时反应速率随反应物浓度变化的曲线。据图判断,关于该实验结果的叙述,错误的是(　　)
A.若仅提高甲组酶量重新实验,其最大反应速率会增大
B.若在甲组中加入W1重新实验,其最大反应速率会降低
C.可推测在与酶的结合过程中,W2和反应物无竞争关系
D.若要减弱W2对反应速率的影响,可加大反应物的浓度
【解析】选C。由曲线分析,若仅提高甲组酶量重新实验,相同的反应物浓度在单位时间内的反应速率会增大,A正确;由曲线分析,加入W1后反应速率下降,随反应物浓度上升反应速率也不能恢复,W1很可能是非竞争性抑制剂,若在甲组中加入W1重新实验,W1会结合酶的非活性中心导致其空间构象发生改变,酶的活性下降,其最大反应速率会降低,B正确;由丙曲线的趋势来看,W2最初抑制了酶促反应速率,但随着反应物浓度升高,这种抑制被解除,可推测W2为竞争性抑制剂,在与酶结合的过程中,W2与底物竞争酶,可加大反应物浓度减弱W2对反应速率的影响,C错误,D正确。
8.(2025·江西高考)芸香糖苷酶能水解芸香糖苷类黄酮化合物生产槲皮素、柚皮素和橙皮素等活性物质,具有重要的应用前景。研究人员比较了芸香糖苷酶Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的酶学性质,部分结果如表。下列叙述正确的是(　　)
芸香糖苷酶 最适温度/℃ 最适pH
Ⅰ 50 4.0
Ⅱ 70 4.0
Ⅲ 40 6.0
A.酶Ⅰ的反应温度升高20℃,其他条件不变,酶Ⅰ与酶Ⅱ活性一致
B.三种酶在最适的温度和pH条件下,催化底物的活性相同
C.三种酶能水解芸香糖苷类黄酮化合物,表明它们具有专一性
D.三种酶的空间结构会因环境温度和pH的改变而发生变化
【解析】选D。酶Ⅰ的最适温度为50℃,升高20℃至70℃时,超过其最适温度,酶活性会因高温变性而下降;而酶Ⅱ的最适温度为70℃,此时活性最高,两者活性可能不一致,A错误。最适条件仅表明此时酶活性最高,但不同酶在最适条件下的催化效率(即酶活性)可能因酶的种类和结构差异而不同,B错误。酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应,三种酶均能水解同一类底物(芸香糖苷类黄酮化合物),体现的是酶的催化作用具有共性,而非专一性(专一性强调对特定底物的催化),C错误。酶的活性受温度和pH的影响,温度和pH的变化会影响酶的空间结构,进而影响酶的活性,当环境温度或pH偏离最适条件时,酶的空间结构可能发生改变,甚至导致酶变性失活,D正确。
9.硝酸甘油是缓解心绞痛的常用药,该物质在人体内转化成一氧化氮,一氧化氮进入心血管平滑肌细胞后与鸟苷酸环化酶的Fe2+结合,导致该酶活性增强,催化产物cGMP增多,最终引起心血管平滑肌细胞舒张,从而达到快速缓解病症的目的。下列说法错误的是(　　)
A.人体长期缺铁会降低硝酸甘油的药效
B.cGMP生成量随一氧化氮浓度升高而持续升高
C.一氧化氮进入心血管平滑肌细胞不消耗ATP
D.一氧化氮与鸟苷酸环化酶的Fe2+结合,可能使该酶的结构发生改变
【解析】选B。据题意“硝酸甘油是缓解心绞痛的常用药,该物质在人体内转化成一氧化氮,一氧化氮进入心血管平滑肌细胞后与鸟苷酸环化酶的Fe2+结合,导致该酶活性增强”可知,人体长期缺铁会降低硝酸甘油的药效,A正确;据题意“一氧化氮进入心血管平滑肌细胞后与鸟苷酸环化酶的Fe2+结合,导致该酶活性增强,催化产物cGMP增多,最终引起心血管平滑肌细胞舒张,从而达到快速缓解病症的目的”可知,一定范围内,cGMP生成量随一氧化氮浓度升高而升高,引起心血管平滑肌细胞舒张,之后cGMP生成量会下降,以维持心脏的自动节律,B错误;一氧化氮进入心血管平滑肌细胞的方式为自由扩散,不消耗ATP,C正确;一氧化氮与鸟苷酸环化酶的Fe2+结合,可能使该酶的结构发生改变,反应结束后,酶的构象可以恢复,D正确。
- 7 -第三单元　细胞的能量供应和利用
第9讲　降低化学反应活化能的酶
课程标准解读与能力要求 知识网络概览
1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质。 2.说明酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。 3.运用模型与建模的方法分析环境因素对酶活性的影响。 4.基于实验设计加深对实验现象和结果进行解释、分析和处理的能力以及对实验方案的评价能力。
考点一　酶的作用和本质
【要点梳理·夯基固本】
一、酶在细胞代谢中的作用
1.细胞代谢:
(1)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.比较过氧化氢在不同条件下的分解(验证酶具有催化作用):
(1)实验条件与结果:
组序 条件 实验结果
① 自然状态 几乎不分解
② 90 ℃高温 有少量气泡
③ 加FeCl3溶液 产生较多小气泡,点燃的卫生香燃烧较弱
④ 加肝脏研磨液 产生大量大气泡,点燃的卫生香燃烧猛烈
(2)结果分析及结论:
对照 ①与② ①与③ ①与④ ③与④
自变量 温度 FeCl3溶液 肝脏研磨液 催化剂种类
因变量 底物(H2O2)的分解速率,可用单位时间内产生气泡数目的多少表示
无关 变量 加入的H2O2量、肝脏研磨液的新鲜程度等
结论 加热促进 H2O2水解 无机催化剂促进H2O2水解 酶促进 H2O2水解 与无机催化剂相比,酶的催化效率更高
名师点睛　化学反应加快的机理
(1)加热提供化学反应的活化能。
(2)无机催化剂和酶均能降低化学反应的活化能。
3.酶作用模型分析:
(1)数学模型:
(2)模型分析:
①整体分析:无酶催化的反应曲线是乙,有酶催化的反应曲线是甲。
②分段分析:ca段是在无催化剂的条件下反应所需要的活化能;ba段是酶降低的活化能。
③应用分析:若将酶催化改为无机催化剂催化,则b点在纵轴上将向上移动。
(3)酶的催化机理:降低化学反应的活化能。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。
(4)意义:使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。
二、酶的概念解读
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 催化作用 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
名师点睛　鉴定酶的两种方法
(1)试剂鉴定法:用双缩脲试剂与酶作用产生紫色反应→酶为蛋白质。
(2)酶解法:蛋白酶处理丧失活性→酶为蛋白质;RNA酶处理丧失活性→酶为RNA。
易错辨析
1.酶是活细胞合成的具有调节作用的有机物。(×)
分析:酶的作用是催化作用,不是调节作用。
2.酶在细胞内、内环境和体外都能发挥催化作用。(√)
3.酶是在核糖体上合成的生物大分子。(×)
分析:少数酶的化学本质是RNA,不在核糖体上合成。
4.酶提供了反应过程中所必需的活化能。(×)
分析:酶不提供能量,作用机理是降低化学反应的活化能。
5.加热与加入酶都能使反应速率加快,二者作用机制是相同的。(×)
分析:加热提供化学反应的活化能,加入酶降低化学反应的活化能。
6.酶分子在催化化学反应完成后立即被降解。(×)
分析:短时间内,酶分子在化学反应前后,其数量和化学性质都不变。
长句表达
(必修1 P80“拓展应用”T3延伸)如图表示A、B两种酶用同一种蛋白酶处理后酶活性与处理时间的关系,则A酶的化学本质为RNA,B酶活性改变的原因是B酶被蛋白酶降解的过程中其分子结构会发生改变。
【扣点专练·通法悟道】
1.(2026·湛江模拟)某种RNaseP是由20%的蛋白质和80%的RNA组成的。如果将RNaseP 酶中的蛋白质除去,并提高Mg2+的浓度,留下来的RNA仍然具有与RNaseP酶相同的催化活性,这一结果表明(　　)
A.酶是由蛋白质和 RNA 组成的
B.某些RNA具有生物催化活性
C.酶的化学本质都是蛋白质
D.酶的化学本质都是RNA
【解析】选B。酶是由活细胞产生的具有催化活性的有机物,其中大部分是蛋白质、少数是RNA,A、C、D错误;依题意,将RNaseP酶中的蛋白质除去,并提高Mg2+的浓度,留下来的RNA仍然具有与RNaseP酶相同的催化活性,说明RNaseP酶中具有生物催化活性的是其中的RNA部分,B正确。
2.如图为某种酶的作用示意图,其中酶与底物通过碱基互补配对方式结合。据图分析,下列说法最不合理的是(　　)
A.该酶能有效降低图中化学反应的活化能
B.该酶与双缩脲试剂反应会出现紫色反应
C.该酶能断裂底物RNA中的磷酸二酯键
D.该酶通过与底物RNA间碱基互补配对来体现专一性
【解析】选B。据图可知,底物RNA在酶的作用下发生断裂,酶能有效降低化学反应的活化能,A正确;据图分析,该酶成分中含有RNA,可能没有蛋白质,则可能不会有紫色反应,B错误;据图分析,该酶能将底物RNA断裂,则可断裂磷酸二酯键,C正确;从图中看出,该酶能与底物单链RNA结合,可知该酶通过与底物RNA间碱基互补配对来体现专一性,D正确。
考点二　酶的特性及影响酶活性的条件
【要点梳理·夯基固本】
一、酶的特性
1.高效性:
(1)含义:酶降低活化能的作用比无机催化剂更显著。
(2)数学模型:
①曲线a与b对比说明酶具有高效性。
②曲线a与c对比说明酶具有催化作用。
2.专一性:
(1)含义:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
(2)数学模型:
说明:能够催化底物A水解的是酶A,不能催化底物A水解的是酶B,说明酶具有专一性。
(3)物理模型:
说明:图中A表示酶,B表示被A催化的底物(或反应物),E、F表示B被分解后产生的物质,C、D表示不能被A催化的物质。
3.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用:
(1)实验原理:
①淀粉和蔗糖都是非还原糖,其水解产物葡萄糖、果糖、麦芽糖都是还原糖。
②斐林试剂能检测溶液中有无还原糖。
③淀粉酶能催化淀粉水解为还原糖,不能催化蔗糖水解。
(2)实验结果分析:
①1号试管有砖红色沉淀生成,说明产生了还原糖,淀粉被水解。
②2号试管不出现砖红色沉淀,说明蔗糖没有被水解。
(3)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。
4.作用条件较温和:
(1)在最适宜的温度、pH条件下,酶的活性最高。
(2)过酸、过碱或温度过高,都会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久性失活。
(3)低温时,酶的活性显著降低,但是酶的空间结构保持稳定,不会失活。
(4)图甲为不同pH对酶促反应的影响,说明pH的变化不影响酶的最适温度;图乙为不同温度对酶促反应的影响,说明温度的变化不影响酶的最适pH。
二、影响酶活性的条件
1.探究温度对酶活性的影响:
(1)实验原理:
(2)实验结论:酶发挥催化作用需要适宜的温度条件,温度过高或过低都会影响酶活性。
2.探究pH对酶活性的影响:
(1)实验原理:
①酶促反应原理:
2H2O22H2O+O2。
②鉴定原理:pH影响酶的活性,从而影响O2的生成速率,可用带火星的卫生香燃烧的情况来检验O2的生成速率。
(2)实验结论:酶发挥催化作用需要适宜的pH条件,过酸、过碱都会影响酶活性。
名师点睛　严格控制自变量的两个措施
(1)温度的控制:酶与底物接触前分别控制温度。
(2)pH控制:先用不同pH的溶液处理酶,再加入底物。
3.影响酶促反应的其他因素:
(1)底物浓度:
说明:O~A段限制因素是底物浓度;A~B段限制因素是酶浓度和酶活性。
(2)酶浓度:
说明:
①在底物充足,其他条件适宜的情况下,反应速率与酶浓度成正比。
②底物浓度和酶浓度都是通过影响反应物与酶接触的机会来影响酶促反应速率的,但并不影响酶活性。
易错辨析
1.酶制剂适宜在最适温度和最适pH条件下保存。(×)
分析:酶制剂应在低温、最适pH下保存,不能在最适温度下保存。
2.酶的催化效率一定比无机催化剂高。(×)
分析:温度、pH不适宜时,酶的催化效率可能低于无机催化剂的催化效率。
3.探究温度对酶活性的影响实验中,可以过氧化氢为底物,肝脏研磨液提供过氧化氢酶。(×)
分析:由于过氧化氢的分解受温度的影响,所以探究温度对酶活性的影响实验中,不能以过氧化氢为底物。
4.探究淀粉酶的专一性实验,用淀粉和蔗糖作底物,不用碘液检测。 (√)
5.探究酶的最适pH实验中,进行预实验能确定有效pH范围,减小实验误差。(×)
分析:预实验能检验实验的科学性和可行性,不能减小实验误差。
6.探究pH对酶活性的影响实验,将底物与酶混合后再调节pH。(×)
分析:探究pH对酶活性的影响实验,应在预设条件下混合,即应该先调节底物和酶液的pH,再混合。
7.反应物浓度和酶浓度也能影响酶促反应速率,但并未改变酶活性。 (√)
8.探究酶的高效性实验,实验组加适量酶液,对照组加等量蒸馏水。(×)
分析:酶的高效性是指与无机催化剂相比,酶降低化学反应活化能的效果更显著。探究酶的高效性实验,实验组加适量酶液,对照组加等量无机催化剂。
长句表达
1.(必修1 P82“探究·实践”拓展)过酸、过碱或温度过高使酶永久失活的原因是酶的空间结构遭到破坏。
2.(必修1 P85“科学·技术·社会”延伸)溶菌酶具有抗菌消炎作用的原因是溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁。细菌性溶菌酶不能抵御真菌感染,原因是真菌和细菌细胞壁的成分不同,而酶具有专一性。
【扣点专练·通法悟道】
1.(2025·江苏高考)为探究淀粉酶是否具有专一性,有同学设计了实验方案,主要步骤如表。下列相关叙述合理的是(　　)
步骤 甲组 乙组 丙组
① 加入2 mL淀粉溶液 加入2 mL淀粉溶液 加入2 mL蔗糖溶液
② 加入2 mL淀粉酶溶液 加入2 mL蒸馏水
③ 60 ℃水浴加热,然后各加入2 mL斐林试剂,再60 ℃水浴加热
A.丙组步骤②应加入2 mL蔗糖酶溶液
B.两次水浴加热的主要目的都是提高酶活性
C.根据乙组的实验结果可判断淀粉溶液中是否含有还原糖
D.甲、丙组的预期实验结果都出现砖红色沉淀
【解析】选C。丙组步骤②应加入2 mL淀粉酶溶液,而非蔗糖酶溶液。验证淀粉酶专一性需保持酶相同而底物不同,若加入蔗糖酶则无法证明淀粉酶的作用特性,A错误。第一次60 ℃水浴加热是为酶提供最适温度以催化反应,第二次水浴加热是斐林试剂与还原糖反应的条件,B错误。乙组(淀粉+蒸馏水)未加酶,若未显色说明淀粉溶液中不含还原糖,若显色则可能底物被污染或分解,因此乙组结果可用于判断淀粉溶液中是否含还原糖,C正确。甲组(淀粉+淀粉酶)水解产物为葡萄糖(还原糖),与斐林试剂在水浴加热条件下产生砖红色沉淀;丙组(蔗糖+淀粉酶)无水解产物,故丙组不出现砖红色沉淀,D错误。
2.某种芽孢酸性环境下不萌发,碱性环境下萌发。为探究其机理,研究不同pH下两种促进芽孢萌发的酶(M和N)的活性和结构变化。发现酸性环境下M的活性和α-螺旋(肽链有规律的盘曲)含量增高,而碱性环境下N的活性和α-螺旋的含量增高,下列叙述错误的是(　　)
A.碱性环境中N不能为芽孢萌发供能来降低其催化反应的活化能
B.酸性环境主要通过改变氨基酸序列影响M的α-螺旋含量
C.碱性环境主要通过调节N活性来影响该种芽孢萌发
D.酸碱环境调节芽孢萌发过程中M、N活性均受到pH影响
【解析】选B。酶的作用机理是降低化学反应的活化能,不能为化学反应供能,因此N不能为芽孢萌发供能,A正确;酸性环境会使蛋白质的空间结构改变,不会改变蛋白质中氨基酸序列,因此酸性环境不能通过改变氨基酸序列影响M的α-螺旋含量,B错误;根据题意可知,酸性环境下M的活性和α-螺旋(肽链有规律的盘曲)含量增高,而碱性环境下N的活性和α-螺旋的含量增高,即酸性和碱性条件下α-螺旋的含量都增高,但酸性环境下芽孢不萌发,碱性环境下萌发,因此可推测碱性环境主要通过调节N活性来影响该种芽孢萌发,C正确;pH可影响酶的活性进而影响反应速率,因此酸碱环境调节芽孢萌发过程中M、N活性均受到pH影响,D正确。
从教材走向高考
3.(必修1 P83“进一步探究”延伸)胰脂肪酶是肠道内脂肪水解过程中的关键酶,板栗壳黄酮可调节胰脂肪酶的活性进而影响人体对脂肪的吸收。为研究板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性的影响,科研人员进行了下列实验:在酶量一定且环境适宜的条件下,检测加入板栗壳黄酮对胰脂肪酶酶促反应速率的影响,结果如图1,请回答下列问题。
(1)图1曲线可知板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性具有________(填“促进”或“抑制”)作用。
(2)图2中A显示脂肪与胰脂肪酶活性部位结构互补时,胰脂肪酶才能发挥作用,因此酶的作用具有________性。图2中的B和C为板栗壳黄酮对胰脂肪酶作用机理的两种推测的模式图。结合图1曲线分析,板栗壳黄酮的作用机理应为______(填“B”或“C”)。
(3)为研究不同pH条件下板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性的影响,科研人员进行了相关实验,结果如图3所示。
①本实验的自变量有__________________________________________________ __________________________。(需答出两点)
②由图3可知,加入板栗壳黄酮,胰脂肪酶的最适pH变____________________。
【解析】(1)图1实验结果显示,加入板栗壳黄酮后酶促反应速率比对照组低,说明板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性具有抑制作用。
(2)图2中A显示脂肪与胰脂肪酶活性部位结构互补时,胰脂肪酶才能发挥作用,这说明酶促反应的发生需要酶与底物发生特异性结合,因此酶的作用具有专一性;图2中的B的作用机理显示板栗壳黄酮与酶结合后导致酶的空间结构发生改变,进而使脂肪无法与脂肪酶发生结合,从而实现了对酶促反应速率的抑制,该抑制作用会导致脂肪的分解终止,此种抑制不可以通过增加底物浓度而缓解,C图显示的作用机理为板栗壳黄酮和脂肪竞争胰脂肪酶上的活性位点,从而减少了脂肪与胰脂肪酶的结合概率,进而是酶促反应速率下降,此种抑制可以通过增加底物浓度而缓解,据图1可知,加入板栗壳黄酮组的酶促反应速率低于对照组,且增加脂肪浓度,反应速率依然比对照组低,因此板栗壳黄酮的作用机理应为B。
(3)①本实验的目的是研究不同pH条件下板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性的影响,根据实验目的可知,本实验的自变量有是否加入板栗壳黄酮和不同pH。
②由图3可知,板栗壳黄酮对胰脂肪酶作用效率最高的pH约为7.4;加入板栗壳黄酮,胰脂肪酶的最适pH由7.4变成了7.7,即变大。
答案:(1)抑制　(2)专一　B　(3)是否加入板栗壳黄酮和不同pH　大
悟高考·瞻动向
体验高考·淬炼考能
1.(2025·黑吉辽内蒙古高考)下列关于耐高温的DNA聚合酶的叙述正确的是(　　)
A.基本单位是脱氧核苷酸
B.在细胞内或细胞外均可发挥作用
C.当模板DNA和脱氧核苷酸存在时即可催化反应
D.为维持较高活性,适宜在70~75 ℃下保存
【解析】选B。耐高温的DNA聚合酶的本质是蛋白质,基本单位为氨基酸,A错误;耐高温DNA聚合酶在细胞内的DNA复制和体外的PCR反应中均能发挥作用,B正确;缺少引物和缓冲液时反应无法启动,C错误;高温保存会破坏酶的活性,需低温保存,D错误。
2.(2024·广东高考)现有一种天然多糖降解酶,其肽链由4段序列以Ce5-Ay3-Bi-CB方式连接而成。研究者将各段序列以不同方式构建新肽链,并评价其催化活性,部分结果见表。关于各段序列的生物学功能,下列分析错误的是(　　)
肽链 纤维素类底物 褐藻酸类底物
W1 W2 S1 S2
Ce5-Ay3-Bi-CB + +++ ++ +++
Ce5 + ++ - -
Ay3-Bi-CB - - ++ +++
Ay3 - - +++ ++
Bi - - - -
CB - - - -
注:-表示无活性,+表示有活性,+越多表示活性越强。
A.Ay3与Ce5催化功能不同,但可能存在相互影响
B.Bi无催化活性,但可判断与Ay3的催化专一性有关
C.该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关
D.无法判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关
【解析】选B。本题考查酶的结构与功能的关系。由表可知,Ce5具有催化纤维素类底物的活性,Ay3具有催化褐藻酸类底物的活性,Ay3与Ce5催化功能不同,Ay3-Bi-CB与Ce5-Ay3-Bi-CB相比,当缺少Ce5后,就不能催化纤维素类底物,当Ay3与Ce5同时存在时催化纤维素类底物的活性增强,所以Ay3与Ce5可能存在相互影响,A正确;不论是否与Bi结合,Ay3均可以催化S1与S2,说明Bi与Ay3的催化专一性无关,B错误;Ay3-Bi-CB与Ce5-Ay3-Bi-CB相比,去除Ce5后,催化褐藻酸类底物的活性不变,说明该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关,C正确;需要检测Ce5-Ay3-Bi肽链的活性,才能判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关,D正确。
3.(2023·广东高考)中国制茶工艺源远流长。红茶制作包括萎凋、揉捻、发酵、高温干燥等工序,其间多酚氧化酶催化茶多酚生成适量茶黄素是红茶风味形成的关键。下列叙述错误的是(　　)
A.揉捻能破坏细胞结构使多酚氧化酶与茶多酚接触
B.发酵时保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性
C.发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶活性
D.高温灭活多酚氧化酶以防止过度氧化影响茶品质
【解析】选C。本题主要考查酶的作用和特性。红茶制作时揉捻的作用是使茶叶成条,同时使茶叶细胞破碎,使其释放的多酚氧化酶与茶多酚接触,A正确;发酵过程的实质就是酶促反应过程,需要将温度设置在酶的最适温度下,使多酚氧化酶保持最大活性,才能获得更多的茶黄素,B正确;发酵时有机酸含量增加会降低多酚氧化酶的活性,C错误;高温条件会使多酚氧化酶的空间结构被破坏而失活,以防止过度氧化影响茶品质,D正确。
瞭望高考·探悟动态
锁定新情境:
蜂蜜的营养价值与淀粉酶值
　　蜂蜜是具有很高营养价值的保健食品,其主要化学成分为糖类、酸类、酶类、维生素、矿物质等。淀粉酶值(1 g蜂蜜在1 h内水解1%淀粉的毫升数)是评定蜂蜜质量的一项重要指标,淀粉酶值越高,蜂蜜营养价值越高。蜂蜜经不同温度处理后,分别测定淀粉酶值,结果如图所示:
基于核心素养的新考向:
1.(物质与能量观)蜜蜂细胞内合成淀粉酶的场所是____________________,淀粉酶具有高效性的原因是_______________________________________________。
2.(分析实验结果)淀粉酶值随温度升高的变化情况是________________。从淀粉酶值的角度分析,蜂蜜的加工储藏及使用温度最好不要超过________℃。
3.(设计实验思路)假蜂蜜是用纯化的葡萄糖、果糖、色素、蜂蜜香精等原料生产的,并且添加了工业淀粉酶,与天然蜂蜜外观极为相似。但是假蜂蜜添加的工业淀粉酶与天然蜂蜜中淀粉酶的性质有很大差异。请根据下面两表检测结果,简述区别假蜂蜜和天然蜂蜜的实验思路: ______________________________(要求检测指标最明显)。
天然蜂蜜贮存过程中淀粉酶值变化情况
单位:mL·(g·h)-1
贮存时间/ d 淀粉酶值 (10 ℃) 淀粉酶值 (37 ℃) 淀粉酶值 (45 ℃)
0 7.16 7.16 7.16
10 7.16 6.37 4.60
20 7.16 5.54 3.59
30 7.15 4.87 2.71
假蜂蜜贮存过程中工业淀粉酶值变化情况
单位:mL·(g·h)-1
贮存时间/ d 淀粉酶值 (10 ℃) 淀粉酶值 (37 ℃) 淀粉酶值 (45 ℃)
0 8.65 8.65 8.65
10 8.65 8.55 8.61
20 8.47 8.33 8.33
30 8.30 8.20 8.13
【解析】1.淀粉酶的化学本质是蛋白质,合成场所为核糖体(粗面内质网上的核糖体)。酶的作用原理是降低化学反应的活化能,相对于无机催化剂具有高效性的原因是降低化学反应的活化能更显著。
2.由图可知,淀粉酶值随温度升高的变化情况是逐渐降低。淀粉酶值在70 ℃后急剧下降,因此蜂蜜的加工储藏及使用温度最好不要超过70 ℃。
3.对比表中数据可知,天然蜂蜜贮存过程中淀粉酶值随时间推移而下降,其中45 ℃下降速度最快;但假蜂蜜贮存过程中工业淀粉酶值几乎不变。因此可以检测等量天然蜂蜜和假蜂蜜的淀粉酶值在45 ℃条件下随时间的变化情况,随时间延长淀粉酶值下降较明显的为天然蜂蜜,不明显的为假蜂蜜。
答案:1.核糖体　降低化学反应的活化能更显著
2.逐渐下降　70
3.检测等量天然蜂蜜和假蜂蜜的淀粉酶值在45 ℃条件下随时间的变化情况,随时间延长淀粉酶值下降最明显的为天然蜂蜜,不明显的为假蜂蜜
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