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(共61张PPT)
第三单元　细胞的能量供应和利用
第8讲　降低化学反应
活化能的酶
课标
要求 1.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。
2.活动:探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素。
考情
分析 1.酶的作用、本质
2.酶的特性及影响酶促反应速率的因素
3.酶的相关实验探究
考点一
酶的作用、本质
1.细胞代谢
(1)概念:细胞中每时每刻都进行着许多 ,统称为细胞代谢。
(2)主要场所: 。
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
(1)实验原理。
必备知识·梳理
落实概念·夯实基础
化学反应
细胞质
2H2O2 2H2O+O2,可用 的情况来检验O2的生成速率。
点燃但无火焰的卫生香燃烧
(2)实验思路及结果。
对照
少量
促进过氧化氢分解
较多
复燃明显
过氧化氢酶
过氧化氢酶
产生的气泡数目的多少
(3)实验变量分析。
(4)实验结论。
①②对照,说明加热能促进过氧化氢的分解;
①④对照,说明酶具有 ;
③④对照,说明酶具有 。
催化作用
高效性
1.(必修1 P77探究·实践)若将FeCl3溶液和肝脏研磨液事先经90 ℃水浴加热处理并冷却至室温之后,再按原剂量分别加入3号、4号试管中进行实验,你推测最可能的实验结果是什么 说明推断依据。
实验结果:
。
推断依据: 。
细读教材
试管基本相同
3号试管与原先基本相同;4号试管与原先相比明显减弱,和1号
90 ℃高温会使酶失活,对FeCl3没有影响
3.酶的催化作用机理
(1)活化能:分子从常态转变为 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: 。
容易发生化学反应
降低化学反应的活化能
酶降低的
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
条件下快速有序地进行。
提醒　加热不能降低化学反应的活化能,但是可以为反应提供能量。
温和
4.酶本质的探究历程(连线)
【提示】 ①—e,②—a,③—c,④—d,⑤—b。
2.(必修1 P79~80思考·讨论拓展)设计简单的实验验证脲酶是蛋白质,实验思路是
。
向脲酶溶液和蛋白质溶液中分别加入双缩脲试剂,若都出现紫色反应,
细读教材
则说明脲酶是蛋白质
5.归纳酶的本质和作用
活细胞
RNA
活化能
催化
数量
【判断正误】
(1)(2025·河北卷,2)Fe3+催化H2O2的分解涉及酶的催化作用。(　　)
×
【提示】 Fe3+不是酶。
(2)(2025·河北卷,2)植物体细胞杂交前细胞壁的去除涉及酶的催化作用。
(　　)
(3)(2024·江苏卷,1)肝糖原和胃蛋白酶的基本组成单位相同。(　　)
√
×
【提示】 肝糖原的基本组成单位是葡萄糖,胃蛋白酶的基本组成单位是氨基酸。
考向1　围绕酶的本质与作用,考查生命观念
1.(2025·黑吉辽内蒙古卷,1)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
B
核心考向·突破
把握方向·训练到位
【解析】 耐高温的DNA聚合酶的本质是蛋白质,基本单位为氨基酸;耐高温的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;缺少引物和缓冲液时反应无法启动;耐高温的DNA聚合酶虽然能在较高温度下发挥作用,但一般在低温下保存,而不是在70~75 ℃下保存。
2.(2025·浙江嘉兴期末)酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,下图表示某种酶催化作用的图解。下列叙述正确的是(　　)
A.该酶为RNA聚合酶
B.该酶是在核糖体上合成的
C.该酶可在RNA酶的催化作用下水解
D.该酶可为上述反应提供活化能
C
【解析】 根据题意可知该酶的作用是将底物水解,所以该酶不是RNA聚合酶(RNA聚合酶能合成RNA);该酶能与底物RNA间发生碱基互补配对,该酶的本质是RNA,是通过转录过程形成的,不是在核糖体上合成的;该酶的本质是RNA,可在RNA酶的催化作用下水解;酶的作用机理是降低化学反应所需要的活化能,而不是提供活化能。
考点二
酶的特性及影响酶促反应
速率的因素
1.酶的特性
(1)酶具有高效性。
与无机催化剂相比,酶降低化学反应 的作用更显著,催化效率更高。
(2)酶具有专一性。
每一种酶只能催化 化学反应。
必备知识·梳理
落实概念·夯实基础
活化能
一种或一类
①物理模型——“锁钥学说”。
图中A表示 ,B表示 ,E、F表示 ,
C、D表示不能被A催化的物质。
被A催化的反应物
酶
B被分解后的产物
②曲线分析。
只有酶A能催化反应物A参与的反应,说明酶具有专一性。
1.(必修1P85科学·技术·社会)溶菌酶为什么具有抗菌消炎的作用
。
溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁,起到抗菌消炎的作用
细读教材
①在 条件下,酶的活性最高;温度和pH偏高或偏低,酶的活性都会明显 。
②过酸、过碱或温度过高,会使酶的 遭到破坏,使酶永久失活。
(3)酶的作用条件较温和。
最适宜的温度和pH
降低
空间结构
2.(必修1P84与社会的联系)20世纪60年代以前,医院里用的葡萄糖是用盐酸催化淀粉水解的方法来生产的,60年代后改用酶法生产。用酶来水解淀粉生产葡萄糖的优越性表现在
(至少写出两点)。
生产效率高、生产的葡萄糖纯度高,生产过程中
的反应条件较温和
细读教材
据图可知,不同pH条件下,酶的最适温度 ;不同温度条件下,酶的最适pH ,即反应溶液pH(温度)的变化不影响酶作用的最适温度(pH)。
2.影响酶促反应速率的因素
(1)温度和pH对酶促反应速率的影响。
不变
也不变
(2)酶浓度对酶促反应速率的影响。
①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呈 。
②ab段限制因素是 ;bc段限制因素是 。
正相关
酶浓度
底物浓度
(3)底物浓度(酶浓度一定)对酶促反应速率的影响。
①ab段:在一定底物浓度范围内,随底物浓度的增加,反应速率 (酶没有完全与底物结合)。
②bc段:当底物浓度增大到某一值(M)时,反应速率达到 ,不再
(酶完全与底物结合)。
③ab段限制因素是 ;bc段限制因素是 。
增加
最大值
增加
底物浓度
酶浓度
【判断正误】
(1)(2025·安徽卷,4)蔗糖溶液与淀粉酶混合后温水浴,加入斐林试剂可反应生成砖红色沉淀。(　　)
×
【提示】 蔗糖为非还原性糖,且酶具有专一性,淀粉酶不能催化蔗糖水解,加入斐林试剂不会发生反应生成砖红色沉淀。
(2)(2024·江苏卷,1)胃蛋白酶能将脂肪水解为甘油和脂肪酸。(　　)
×
【提示】 酶具有专一性,胃蛋白酶只能水解蛋白质,不能水解脂肪。
(3)(2024·江西卷,1)从溶酶体外溢后,大多数酶的活性会降低。(　　)
(4)(2023·河北卷,1)淀粉酶在0 ℃时,空间结构会被破坏。(　　)
√
【提示】 低温不会使蛋白质空间结构改变,淀粉酶的本质为蛋白质,在0 ℃时空间结构不会被破坏。
(5)(2022·浙江6月选考,10)稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力,是因为酶的作用具高效性。(　　)
×
√
考向2　结合酶的特性,考查生命观念
3.(2025·北京卷,3)某种加酶洗衣粉包装袋上注有下列信息:本品含有蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶;洗涤前先浸泡15~20 min,特别脏的衣物可减少浸泡用水量;请勿使用60 ℃以上热水。下列叙述错误的是(　　)
A.该洗衣粉含多种酶,不适合洗涤纯棉衣物
B.洗涤前浸泡有利于酶与污渍结合催化其分解
C.减少浸泡衣物的用水量可提高酶的浓度
D.水温过高导致酶活性下降
核心考向·突破
把握方向·训练到位
A
【解析】 酶具有专一性,纯棉衣物的主要成分是纤维素,而该洗衣粉含有的酶为蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶,均无法分解纤维素,故不会损坏纯棉衣物;洗涤前浸泡可延长酶与污渍的接触时间,有利于酶与污渍结合催化其分解;一定范围内,减少用水量会提高酶的浓度,从而加快反应速率;酶活性的发挥需要适宜温度,高温会破坏其空间结构导致酶活性下降,故勿使用60 ℃以上热水。
4.(2025·吉林长春模拟)大多数酶是球蛋白,表面有一个或多个袋状的活性部位。底物分子与活性部位精确契合,催化反应才能发生。酶与底物结合后,常常会挤压或扭曲底物的化学键。下列说法错误的是(　　)
A.酶的专一性与酶的活性部位有关
B.酶挤压或扭曲底物的某个化学键有利于降低反应的活化能
C.降低反应的活化能体现了酶的高效性
D.酶的催化过程既可以发生在细胞内也可以发生在细胞外
C
【解析】 酶的活性部位与底物分子精确契合,一种酶只能催化一种或一类化学反应,所以酶的专一性与酶的活性部位有关;酶与底物结合后挤压或扭曲底物的化学键,能使底物更容易发生反应,有利于降低反应的活化能;酶的高效性是与无机催化剂相比,酶能更显著地降低反应的活化能,仅仅说降低反应的活化能,并不能体现酶的高效性;酶的催化过程既可以发生在细胞内也可以发生在细胞外。
考向3　结合酶促反应速率曲线,考查模型构建与分析能力
5.(2025·天津二模)酶A、酶B与酶C是科学家分别从三种生物中纯化出的ATP水解酶。研究人员分别测量其对不同浓度的ATP的水解反应速率,实验
结果如下图。下列叙述错误的是(　　)
A.在相同ATP浓度下,酶A催化产生的最终ADP和Pi量最多
B.各曲线达到最大反应速率一半时,三种酶所需要的ATP浓度相同
C.ATP浓度相同时,酶促反应速率大小为酶A>酶B>酶C
D.当反应速率相对值达到400时,酶A所需要的ATP浓度最低
A
【解析】 据图可知,在相同ATP浓度下,酶A催化的反应速率相对值最高,但ADP和Pi的生成量与底物ATP的量有关,在相同ATP浓度下,三者产生的最终ADP和Pi量相同;据图可知,酶A、酶B和酶C的最大反应速率分别是1 200、800和400,各曲线达到最大反应速率一半时,三种酶需要的ATP浓度均为10;据图可知,ATP浓度相同时,酶促反应速率大小为酶A>酶B>酶C;当反应速率相对值达到400时,酶A、酶B和酶C所需要的ATP浓度依次增加,即酶A所需要的ATP浓度最低。
考点三
酶的相关实验探究
实
验
步
骤 一 取两支试管,编号1、2
二 1号试管中加入2 mL可溶性淀粉溶液 2号试管中加入2 mL 蔗糖溶液
三 加入淀粉酶溶液2 mL,振荡,试管下半部浸到60 ℃左右的热水中,保温5 min
四 加入斐林试剂→振荡→沸水浴煮沸1 min
实验现象 无变化
实验结论 淀粉酶只能催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解
1.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
必备知识·梳理
落实概念·夯实基础
砖红色沉淀
提醒　探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用中,检测试剂不能用碘液,因为碘液只能检测淀粉是否被水解,而蔗糖无论是否被水解都不会使碘液变色。
2.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。
实
验
步
骤 一 六支试管分三组分别进行编号 1 1′ 2 2′ 3 3′
二 可溶性淀粉溶液 2 mL — 2 mL — 2 mL —
三 淀粉酶溶液 — 1 mL — 1 mL — 1 mL
四 分别在不同条件下放置5 min 0 ℃保温 60 ℃保温 100 ℃
保温
五 混合 在各自的温度下反应约5 min
六 加碘液 分别滴加2滴碘液,摇匀,观察现象
实验现象 变蓝
实验结论
不变蓝
变蓝
温度对酶的活性有影响,温度偏低或偏高都会降低酶的活性
提醒　(1)探究温度对酶活性的影响时,一定要让淀粉和淀粉酶预热到同一温度再混合。
(2)在探究温度对淀粉酶活性的影响的实验中,检测试剂不能用斐林试剂,因为斐林试剂与还原糖只有在水浴加热的条件下才有砖红色沉淀生成,而该实验需严格控制不同温度。
(2)探究pH对酶活性的影响。
实
验
步
骤 一 1号试管 2号试管 3号试管
二 各加入新鲜肝脏研磨液2滴
三 1 mL蒸馏水 1 mLHCl溶液 1 mLNaOH溶液
四 各加入2 mL H2O2溶液
五 反应约5 min,记录气泡产生情况
实验现象 较多气泡 几乎无气泡
实验结论
几乎无气泡
过酸、过碱会影响酶的活性,适宜pH下酶的催化效率最高
提醒　在探究pH对酶活性的影响时,实验材料不能选淀粉和淀粉酶,因为酸性条件下淀粉会分解。
【情境·思维·深析】
1.在pH为7的条件下,取四支盛有等量过氧化氢溶液的试管,分别保温在0 ℃、30 ℃、60 ℃、90 ℃的恒温水浴锅中,再滴加2滴肝脏研磨液,以探究温度对过氧化氢酶活性的影响。该实验能得出正确结论吗 原因是什么
【提示】 不能。高温下过氧化氢会大量分解。
2.在温度为37 ℃的条件下,取等量肝脏研磨液分别加到四支盛有等量过氧化氢溶液的试管中,再滴加盐酸或氢氧化钠使各试管pH分别为3、5、7、9,以探究pH对过氧化氢酶活性的影响。该实验能得出正确结论吗 原因是什么
【提示】 不能。调节各试管的pH之前过氧化氢已在酶的催化下分解。
考向4　结合与酶有关的实验,考查科学探究
6.(2025·浙江1月选考,10)取鸡蛋清,加入蒸馏水,混匀并加热一段时间后,过滤得到浑浊的滤液。以该滤液为反应物,探究不同温度对某种蛋白酶活性的影响,实验结果如表所示。
核心考向·突破
把握方向·训练到位
组别 1 2 3 4 5
温度(℃) 27 37 47 57 67
滤液变澄清
时间(min) 16 9 4 6 50 min
未澄清
据表分析,下列叙述正确的是(　　)
A.滤液变澄清的时间与该蛋白酶活性呈正相关
B.组3滤液变澄清时间最短,酶促反应速率最快
C.若实验温度为52 ℃,则滤液变澄清时间为4~6 min
D.若实验后再将组5放置在57 ℃,则滤液变澄清时间为6 min
B
【解析】 滤液变澄清的时间越短,酶促反应速率越快,说明该蛋白酶活性越高,滤液变澄清的时间与该蛋白酶活性呈负相关;若实验温度为52 ℃,则滤液变澄清的时间可能低于4 min;组5的酶已经高温失活,无法恢复活性。
7.(2025·浙江嘉兴模拟)麦角生物碱是脑细胞代谢改善药,EasC酶能催化药物前体物质合成麦角生物碱。EasC酶具有底物结合区域和催化区域,该酶通过催化区域生成超氧阴离子,随后借助EasC酶的内部通道将超氧阴离子传递至酶表面的底物结合区域,驱动已结合的药物前体物质完成转化过程。为探究EasC酶的催化特性,科学家设计实验并得到如下数据表。
组别 处理方式 麦角生物碱生成速率
1 对照 15.2
2 添加辅酶NADPH 15.0
3 添加超氧阴离子清除剂 2.8
4 高温处理(80 ℃) 0.5
注:1~3组温度为37 ℃,其他条件均适宜。
下列叙述错误的是(　　)
A.超氧阴离子清除剂通过抑制底物结合降低酶活性
B.辅酶NADPH对EasC酶的催化作用无显著影响
C.高温处理组EasC酶空间结构改变导致其活性降低
D.EasC酶通过其双区域协同作用实现了药物前体转化
A
【解析】 根据题干信息,EasC酶通过催化区域生成超氧阴离子,然后借助内部通道将超氧阴离子传递至底物结合区域驱动药物前体物质转化。对比1、3两组数据可知添加超氧阴离子清除剂后麦角生物碱生成速率大幅降低,原因是超氧阴离子被清除,无法驱动已结合的药物前体物质转化,而不是抑制底物结合;对比1、2两组数据可知辅酶NADPH对EasC酶的催化作用无显著影响;对比1、4两组数据可知,高温会破坏EasC酶的空间结构导致其失去活性;EasC酶的催化区域生成超氧阴离子,而超氧阴离子又到达其底物结合区域驱动完成催化过程,故EasC酶通过其双区域协同作用实现了药物前体转化。
演练真题·感悟高考
1.(2025·江苏卷,8)为探究淀粉酶是否具有专一性,有同学设计了实验方案,主要步骤如下表。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
C
【解析】 根据题表可知,验证淀粉酶专一性需保持酶相同而底物不同,因此丙组步骤②应加入2 mL淀粉酶溶液;第一次60 ℃水浴加热是为了提供酶催化反应的适宜温度,第二次水浴加热是斐林试剂与还原糖反应的条件;乙组
(淀粉溶液+蒸馏水)未加酶,若未显色说明淀粉溶液中不含还原糖,若显色则底物可能被污染或被水解,因此乙组结果可用于判断淀粉溶液中是否含有还原糖;甲组(淀粉溶液+淀粉酶)水解产物为葡萄糖(还原糖),与斐林试剂在水浴条件下呈砖红色,丙组(蔗糖溶液+淀粉酶)无水解产物,故丙组为蓝色。
2.(2024·广西卷,5)我国科研工作者利用病毒衣壳蛋白VP16作为纳米骨架,包裹大肠杆菌碱性磷酸酶,构建了高效、易调控的蛋白类纳米酶。下列关于该纳米酶的说法,错误的是(　　)
A.催化效率受pH、温度影响
B.可在细胞内发挥作用
C.显著降低反应的活化能
D.可催化肽键的断裂
D
【解析】 酶对化学反应的催化效率,受温度、pH等影响,需要温和的作用条件;适宜条件下酶在细胞内和细胞外都能发挥作用;纳米酶是利用病毒衣壳蛋白VP16作为纳米骨架,包裹大肠杆菌碱性磷酸酶,因此会显著降低反应的活化能;纳米酶是利用病毒衣壳蛋白VP16作为纳米骨架,包裹大肠杆菌碱性磷酸酶,因此不能催化肽键的断裂。
3.(2024·河北卷,2)下列关于酶的叙述,正确的是(　　)
A.作为生物催化剂,酶作用的反应物都是有机物
B.胃蛋白酶应在酸性、37 ℃条件下保存
C.醋酸菌中与发酵产酸相关的酶,分布于其线粒体内膜上
D.从成年牛、羊等草食类动物的肠道内容物中可获得纤维素酶
D
【解析】 一般来说,酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,但其作用的反应物不一定是有机物,如过氧化氢酶作用的反应物过氧化氢就是无机物;胃蛋白酶应在酸性、低温下保存;醋酸菌是细菌,属于原核生物,不具有线粒体结构;成年牛、羊等草食类动物肠道中有可以分解纤维素的微生物,所以从其肠道内容物中可以获得纤维素酶。
4.(2024·广东卷,15)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。
注:“-”表示无活性,“+”表示有活性,“+”越多表示活性越强。
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 - - - -
关于各段序列的生物学功能,下列分析错误的是(　　)
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
B
【解析】 由题表可知,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,当Ay3与Ce5同时存在(Ce5-Ay3-Bi-CB)时,酶对于两类底物均有催化活性,且催化纤维素类底物W2的活性增强,所以Ay3与Ce5可能存在相互影响;由题表可知,不论是否与Bi结合,Ay3均可以催化褐藻酸类底物S1与S2,说明Bi与Ay3的催化专一性无关;由题表可知,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;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。

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