第二单元 细胞的能量供应和利用
第8讲 降低化学反应活化能的酶
复习目标 1.通过与酶有关的实验设计与分析，培养对实验现象和结果进行解释、分析和处理的能力，及对实验方案的评价能力； 2.通过分析与酶有关的曲线，培养利用数形结合分析生物学问题的思维习惯； 3.通过分析酶在生产生活中的应用实例，关注科学、技术和社会的发展。
@考点1 酶的本质、作用及特性
A基础知识重点疑难
1.酶的本质及作用
(1)酶本质的探索历程
巴斯德 之前 发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德 糖类变成酒精必须有活酵母菌细胞的参与
李比希 糖类变成酒精必须有酵母菌细胞死亡并释放其中的某些物质
毕希纳 将酵母菌细胞中引起发酵的物质称为酿酶
萨姆纳 从刀豆种子中提取出脲酶(第一个)，证明脲酶的化学本质(蛋白质)和作用(分解尿素)
切赫和奥 尔特曼 少数 RNA 也具有生物催化功能
(2)酶的本质及生理功能
化学本质 绝大多数是 蛋白质 少数是 RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
来源 一般来说， 活细胞 都能产生酶
作用场所 细胞内外或生物体外均可
生理功能 具有生物催化作用
(3)酶的作用机理：酶能够降低化学反应的活化能。
图中各字母代表的含义：
①a、b分别代表无催化剂、使用酶的化学反应过程。
②E1、E2分别代表进行相应化学反应所需的活化能。
③ΔE代表使用酶后降低的活化能。
2.实验——比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验的变量与对照
自变量 因变量 无关变量 对照组 实验组
2号：90 ℃左右水浴加热 用单位时间内 产生气泡的数目多少 表示H2O2分解速率 加入 H2O2 的量；实验室温度；FeCl3溶液和肝脏研磨液的新鲜程度等 1号 试管 2、3、4号试管
3号：滴入2滴质量分数为3.5％的FeCl3溶液
4号：滴入2滴质量分数为20％的肝脏研磨液
笔记：1、2对照，说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率
注：1号试管是未进行任何处理的2 mL过氧化氢溶液。
(2)由该实验可以说明
对照 结论
1、4 号试管对照 酶具有催化作用
1、3、4(或3、4)号试管对照 与无机催化剂相比，酶的催化效率更高
(3)对照实验
①对照组：未经过处理的一组(自然状态下或者已知实验结果的一组)，如上述实验中的1号试管。
笔记：只加过氧化氢溶液的组为空白对照组，空白对照组能对比和衬托出实验组的结果，增强说服力
②实验组： 经过处理 的一组(未知实验结果的一组)，如上述实验中的2、3、4号试管。
③遵循原则： 单一变量 原则，除要研究的变量外，其余变量都应始终保持相同且适宜。
(4)实验注意事项
①实验中使用的肝脏必须是 新鲜 的，因为在新鲜的肝脏中过氧化氢酶才能保持原有的活性；肝脏需要 研磨 ，这样能使过氧化氢与其中的酶充分接触，使酶充分发挥作用。
②滴入FeCl3溶液和肝脏研磨液时，不能用同一根滴管，以免影响实验结果。
③H2O2有轻腐蚀性，使用时要小心，不要接触皮肤，实验后要及时洗手。
3.酶的特性及影响因素
(1)酶的高效性
①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
笔记：酶与无机催化剂的相同点：(1)能缩短达到化学平衡点的时间，但不改变化学平衡点；(2)反应前后其数量和性质不变
②a、b→酶具有高效性；a、c→酶具有催化作用。
(2)酶的专一性
①酶的专一性模型
如图表示酶促反应的过程，图中 A 表示酶， B 表示被催化的反应物，C、D表示生成物。
②体现酶专一性的曲线
笔记：一种酶只能催化一种或一类化学反应
(3)酶的作用条件较温和：酶所催化的化学反应一般在温和的条件下进行。
甲 乙
①图甲中，在一定范围内，酶促反应速率随温度的升高而加快，但当高于最适温度时，酶促反应速率随着温度的升高而下降，甚至停止(酶失活)。
②图乙中，酶活性最强时的pH为酶的最适pH。超过或低于最适pH，酶活性降低，甚至失活。
提醒 (1)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。
(2)酶可以重复多次利用，不会立即被降解。
(3)检验蛋白酶对蛋白质的水解时应选用蛋白块，通过观察其消失情况得出结论，因蛋白酶本身也是蛋白质，所以不能用双缩脲试剂鉴定。
(4)酶既可以作为催化剂，又可以作为另一个化学反应的底物。
(5)高温、过酸、过碱时可能会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活。
4.酶促反应速率的影响曲线分析
(1)酶促反应产物浓度与反应时间的关系曲线(其他条件适宜)
曲线②：在①的基础上，酶浓度增加一倍。
曲线③：在①的基础上，反应物浓度增加一倍。
(2)温度和pH对酶促反应速率的影响
笔记：温度和pH通过影响酶的活性影响酶促反应速率
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。
笔记：酶的最适温度、最适pH是酶的特性，不因外部因素改变而改变
(3)反应物浓度对酶促反应速率的影响
在其他条件适宜且酶量一定的条件下，酶促反应速率随反应物浓度的增大而加快，当反应物浓度达到一定值时，所有的酶与反应物结合，酶促反应速率达到最大，再继续增大反应物浓度，酶促反应速率不再增加。
(4)酶浓度对酶促反应速率的影响
笔记：反应物浓度及酶浓度通过影响底物与酶的接触而影响酶促反应速率，二者并不影响酶活性
在反应物充足且其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度呈正相关。
提醒 (1)酶促反应速率可用单位酶单位时间内底物的减少量或产物的增加量来表示，而酶活性是指酶催化特定化学反应的能力，常用酶促反应速率表示。
(2)其他影响酶促反应速率的因素：激活剂(能提高酶活性的物质，如Cl－是唾液淀粉酶的激活剂)、抑制剂、重金属等。
(3)竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂：一般随底物浓度增加，竞争性抑制剂的抑制作用可消除，而非竞争性抑制剂的抑制作用不可消除。
5.具有“专一性”或“特异性”的物质归纳
酶 每一种酶只能催化一种或一类化学反应，如限制性内切核酸酶能识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点切割DNA分子
转运蛋白 某些物质通过细胞膜时需要转运蛋白协助，不同物质所需转运蛋白不同，转运蛋白的专一性是细胞膜选择透过性的基础
激素 激素特异性地作用于靶细胞、靶器官，其原因在于其靶细胞的细胞膜上或细胞内存在与该激素特异性结合的受体
tRNA 每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸
抗体 一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合
抗原 一种抗原只能与相应的抗体发生特异性结合
DNA分子 每种特定的DNA分子都有其独特的脱氧核苷酸序列
受体 细胞膜上或细胞内激素、神经递质等的受体一般具有特异性
B拆解真题情境推理
[判断正误]
1.(2024·河北卷)作为生物催化剂，酶作用的反应物都是有机物。(×)
2.(2024·河北卷)胃蛋白酶应在酸性、37 ℃条件下保存。(×)
3.(2022·浙江6月选考)若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶，会加快淀粉的水解速率。(×)
4.(2022·浙江6月选考)低温主要通过改变淀粉酶的氨基酸组成，导致酶变性失活。(×)
5.(2022·浙江6月选考)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。(√)
6.(2022·浙江6月选考)淀粉酶在一定pH范围内起作用，酶活性随pH升高而不断升高。(×)
7.(2023·浙江1月选考)磷酸化酶a能为肝糖原水解提供活化能。(×)
8.(2023·河北卷)淀粉酶在0 ℃时空间结构会被破坏。(×)
9.(2023·湖南卷)高温处理可杀死食品中绝大部分微生物，并可破坏食品中的酶类。(√)
10.(2023·广东卷)发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶活性。(×)
11.(2023·广东卷)具催化功能RNA的发现是对酶化学本质认识的补充。(√)
[情境推理]
1.(必修1 P85“科学·技术·社会”)溶菌酶有怎样的作用？ 。
提示：溶菌酶能溶解细菌的细胞壁，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
2.在0 ℃和80 ℃条件下，淀粉酶的活性都极低甚至接近于0，其原理 (填“相同”或“不同”)，判断理由是 。
提示：不同 在0 ℃条件下，淀粉酶的活性极低是因为低温抑制酶的活性，其空间结构并没有发生变化；在80 ℃条件下，淀粉酶的空间结构被破坏，导致淀粉酶的活性极低甚至接近于0
3.(必修1 P80“拓展应用1”)在本节“探究·实践”中(比较过氧化氢在不同条件下的分解)，有同学在原有实验的基础上增加了5号和6号试管，向其中分别加入2 mL过氧化氢溶液后，再向5号试管内加入2滴煮沸过的肝脏研磨液，向6号试管内加入2滴蒸馏水。这样做的目的是 。
提示：5号试管可以与加入新鲜肝脏研磨液的4号试管做对照；6号试管可以作为3号和4号试管的对照组
4.(2023·全国乙卷节选)酶在细胞代谢中发挥重要作用，与无机催化剂相比，酶所具有的特性是 (答出3点即可)；煮沸会使细胞研磨液中的酶失去催化作用，其原因是高温破坏了酶的 。
提示：高效性、专一性、作用条件较温和 空间结构
C升华思维实战演练
酶的本质及作用
1.(2025·八省联考河南卷)大肠杆菌和枯草芽孢杆菌中的复合体A均由RNA和蛋白质组成，具有催化活性。下列实验组合中，能推出“大肠杆菌复合体A中的单独RNA组分有催化活性，但单独蛋白质组分无催化活性”这一结论的是( A )
①大肠杆菌复合体A经核糖核酸酶处理后，丧失催化活性 ②大肠杆菌复合体A经蛋白水解酶处理后，仍有催化活性 ③从大肠杆菌复合体A中分离的蛋白质组分，没有催化活性 ④通过体外转录得到大肠杆菌复合体A中的RNA，具有催化活性 ⑤大肠杆菌复合体A的RNA与枯草芽孢杆菌复合体A的蛋白质组装成的复合体，具有催化活性
A.①③ B.①⑤
C.②③ D.②④
解析：①大肠杆菌复合体A经核糖核酸酶处理后，丧失催化活性。这个实验说明RNA是复合体A催化活性所必需的，因为如果RNA被降解，复合体就失去了催化活性，但这并不能直接证明单独的RNA有催化活性，因为可能是RNA和蛋白质共同作用的结果。②大肠杆菌复合体A经蛋白水解酶处理后，仍有催化活性。这个实验表明，即使蛋白质被降解，复合体A仍然保持催化活性。这强烈暗示单独的蛋白质组分可能不是催化活性的来源。③从大肠杆菌复合体A中分离的蛋白质组分，没有催化活性。这个实验直接证明了单独的蛋白质组分没有催化活性。④通过体外转录得到大肠杆菌复合体A中的RNA，具有催化活性。如果这个实验成立，它将直接证明单独的RNA组分具有催化活性。然而，这个选项在给出的答案中并没有直接用于推断，可能是因为在实际实验中，这样的直接证据较难获得。⑤大肠杆菌复合体A的RNA与枯草芽孢杆菌复合体A的蛋白质组装成的复合体，具有催化活性。这个实验表明，即使使用来自不同菌种的蛋白质和RNA，只要它们能够组装成复合体，就仍然具有催化活性。这进一步支持了RNA是催化活性的主要来源的假设，因为即使蛋白质组分被替换，催化活性仍然保留。但需要注意的是，这个实验并不能直接证明单独的RNA有催化活性，因为可能存在RNA和蛋白质的某种相互作用使二者整体具有催化活性的情况。然而，在结合其他实验证据时，它可以作为一个支持性的证据。综上所述，能推出“大肠杆菌复合体A中的单独RNA组分有催化活性，但单独蛋白质组分无催化活性”这一结论的实验组合是①③、③④、③⑤，A正确，BCD错误。故选A。
2.(2025·八省联考云南卷)酶不仅在生命活动中具有重要作用，还在日常生活中有广泛运用。下列说法正确的是( A )
A.植物病原菌可通过分泌果胶酶降解植物细胞的细胞壁
B.能有效去除奶渍的加酶洗衣粉，可用来洗涤蚕丝制品
C.食物中的淀粉和蔗糖在咀嚼过程中会被唾液淀粉酶催化水解
D.参与细胞内DNA复制的酶有解旋酶、DNA聚合酶和T4 DNA连接酶
解析：植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，植物病原菌可通过分泌果胶酶降解植物细胞的细胞壁，A正确；能有效去除奶渍的加酶洗衣粉，其中的酶是蛋白酶，蚕丝制品中的蚕丝主要成分也是蛋白质，该洗衣粉不能用来洗涤蚕丝制品，B错误；唾液淀粉酶只能水解淀粉，不能水解蔗糖，C错误；DNA复制时，解旋酶解开双螺旋，DNA聚合酶催化子链的延伸，DNA连接酶(但不是T4 DNA连接酶)连接不连续合成的子链，T4 DNA连接酶催化两个平末端的链接，一般用于基因工程中，D错误。故选A。
酶促反应速率的影响因素
3.(2024·浙江1月选考)红豆杉细胞内的苯丙氨酸解氨酶(PAL)能催化苯丙氨酸生成桂皮酸，进而促进紫杉醇的合成。低温条件下提取PAL酶液，测定PAL的活性，测定过程如下表。
步骤 处理 试管1 试管2
① 苯丙氨酸 1.0 mL 1.0 mL
② HCl溶液(6 mol/L) — 0.2 mL
③ PAL酶液 1.0 mL 1.0 mL
④ 试管1加0.2 mL H2O，2支试管置30 ℃水浴1小时
⑤ HCl溶液(6 mol/L) 0.2 mL —
⑥ 试管2加0.2 mL H2O，测定2支试管中的产物量
下列叙述错误的是( B )
A.低温提取以避免PAL失活
B.30 ℃水浴1小时使苯丙氨酸完全消耗
C.④加H2O补齐反应体系体积
D.⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应
解析：温度过高，酶失活，因此本实验采用低温提取，以避免PAL失活，A正确；因为试管2在②中加入了HCl，酶已经变性失活，故不会消耗底物苯丙氨酸，B错误；④加H2O，补齐了②试管1没有加入的液体的体积，即补齐反应体系体积，保证无关变量相同，C正确；pH过低或过高酶均会失活，⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应，D正确。
转换视角 找答案：低温下酶的活性 低 ，但空间结构稳定，由以上可以推断A 正确 。
4.(2025·八省联考四川卷)生菜是一种在保存和运输过程中易发生褐变的蔬菜。多酚氧化酶(PPO)在有氧条件下能催化酚类物质形成褐色的醌类物质，导致植物组织褐变。某团队研究生菜多酚氧化酶在不同条件下的特性，结果如图所示。下列叙述正确的是( B )
A.低氧环境可促进褐变发生
B.喷洒柠檬酸可抑制褐变发生
C.保存和运输生菜的最适pH值为6
D.40 ℃时PPO活性最高，适于生菜保存
解析：多酚氧化酶(PPO)在有氧条件下能催化酚类物质形成褐色的醌类物质，因此低氧环境可抑制褐变发生，A错误；图示可知，柠檬酸可以减弱PPO相对活性，从而减少醌类物质的形成，即抑制褐变发生，B正确；结合图示可知，pH值为6、温度为40 ℃时吸光度最大，而吸光度和醌类物质含量成正相关，说明pH值为6时褐变易发生，从而不利于保存和运输生菜，C、D错误。故选B。
5.物质a作为抑制剂与淀粉酶结合时，能降低淀粉酶的活性。在适宜温度、pH等条件下，某小组同学将淀粉酶和物质a的混合液均分为若干份，分别加入等量的不同浓度的淀粉溶液中。检测发现，淀粉的水解速率随淀粉溶液浓度的升高而增大。下列分析与该实验不相符的是( C )
A.物质a与淀粉酶的结合使酶降低反应活化能的能力减弱
B.物质a与淀粉酶的结合能影响酶的高效性
C.淀粉酶与物质a的结合部位可能有别于与淀粉的结合部位
D.物质a对酶活性的影响可通过提高反应物浓度来缓解
解析：由题意可知，物质a与淀粉酶结合后，使淀粉酶的空间结构发生变化，淀粉酶的活性降低，即淀粉酶降低反应活化能的能力减弱，故A项不符合题意。酶具有高效性，物质a与淀粉酶的结合能影响酶的高效性，故B项不符合题意。根据“淀粉的水解速率随淀粉溶液浓度的升高而增大”可知，物质a是竞争性抑制剂，所以淀粉酶与物质a的结合部位和淀粉酶与淀粉的结合部位是同一部位，故C项符合题意。竞争性抑制剂的特点是增加底物浓度能提高反应速率，故D项不符合题意。
解题方法
酶的抑制剂
种类 竞争性抑制剂 非竞争性抑制剂
作用原理 通常与底物结构相似,能与底物竞争酶上的结合位点，从而抑制底物与酶的结合 与酶结合后会改变酶的空间结构,从而抑制底物与酶的结合
特点 增加底物浓度能提高反应速率 增加底物浓度不能提高反应速率
图示
@考点2 酶的相关实验
A基础知识重点疑难
1.酶的本质的实验探究方法——试剂检测法
(1)设计思路：从酶的化学本质上来讲，绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。在高中教材中常见的一些酶，如淀粉酶、蛋白酶等，其本质都是蛋白质，所以，对酶本质的验证常常是变相地考查蛋白质的鉴定方法。因此，使用 双缩脲试剂 进行鉴定即可。
(2)设计方案
项目 实验组 对照组
材料 待测酶溶液 已知蛋白液(等量)
试剂 分别加入等量的双缩脲试剂
现象 是否呈现紫色 呈现紫色
结论 呈现紫色说明该酶的化学本质为蛋白质；否则该酶的化学本质不是蛋白质
2.验证酶的作用及特性的实验设计与分析
实验目的 实验组 对照组 实验组衡量标准 自变量
验证酶具有催化作用 底物＋相应酶液 底物＋等量蒸馏水(或缓冲液) 底物是否被分解 酶溶液 的有无
验证酶的专一性 底物＋相应酶液 另一底物＋等量同种酶液 底物是否被分解 不同 底物
底物＋相应酶液 相同 底物＋等量另一种酶液 不同 酶溶液
验证酶具有高效性 底物＋相应酶液 底物＋等量无机催化剂 底物 分解速率或 产物 生成速率 无机催化剂和酶溶液
3.探究影响酶活性的条件(pH或温度)
(1)探究影响酶活性的因素
实验 探究温度对酶活性的影响 探究pH对酶活性的影响
实验材料 淀粉酶、可溶性淀粉溶液、蒸馏水、碘液等 H2O2溶液、过氧化氢酶、卫生香等
实验原理 ① ②温度影响酶活性，从而影响 淀粉的水解 ，滴加碘液后，根据是否出现蓝色及蓝色深浅来判断酶的活性 ①2H2O22H2O＋O2↑ ②pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成量，可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验生成氧气的多少
实验分析
笔记：检测试剂的选择：(1)探究温度对酶活性的影响时，如淀粉酶催化淀粉水解，不能选用斐林试剂，因为斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验需严格控制温度；(2)若物质反应前后均能与试剂发生反应，如麦芽糖和水解后形成的葡萄糖均与斐林试剂反应，则此类试剂不能选用；(3)若物质反应前后均不能与试剂发生反应，例如蔗糖和水解后形成的单糖均不能与碘液发生反应，此类试剂也不能选用
(2)“梯度法”探究酶的最适温度或最适pH
最适温度 最适pH
笔记：注意：应先在设定温度下将酶和底物分别保温，再将相应温度的淀粉溶液和淀粉酶溶液混匀，这样才能保证酶在相应温度下发挥作用；几组相互对照，相互对照较好地平衡和抵消了无关变量的影响，使实验结果更有说服力
提醒 (1)探究酶的高效性时，对照组应用无机催化剂对照。
(2)用不同底物、同种酶来探究酶的专一性时，若是用淀粉酶和淀粉、蔗糖(两种底物)，则应用斐林试剂作为检测试剂，不能选用碘液作为检测试剂，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。
(3)在探究酶的最适温度实验中，应按一定的温度梯度设置多个实验组，通过对比实验结果找出酶的最适温度。材料不能用H2O2溶液，因为高温下H2O2分解加快。若选取淀粉和淀粉酶，则不宜选用斐林试剂作为鉴定试剂，因为斐林试剂需加热，而温度是自变量。
(4)在酶的最适pH探究实验中，操作时必须先将酶置于不同pH条件下(如加清水、加氢氧化钠、加盐酸)，然后再加入反应物。不能把酶加入反应物中后再加入盐酸或氢氧化钠。
(5)在探究pH对酶活性的影响实验中，不宜选用淀粉和淀粉酶作实验材料，因为调节pH时所营造的酸性环境会干扰斐林试剂(碱性)对淀粉水解的检测，且酸性环境下，淀粉还会水解，碱性环境会干扰碘液与淀粉的蓝色反应。
B升华思维实战演练
酶的相关实验分析
1.(2025·山东烟台期中)为检测黑曲霉蛋白酶的热稳定性，科研人员在不同温度下分别处理酶液10、60及90 min，测定酶活力，结果如图。下列说法正确的是( A )
A.处理温度于55～60 ℃范围内，酶活力随处理时间的延长降低
B.该酶在70 ℃下处理10 min后，下调温度至60 ℃可使酶活力增大
C.60 ℃处理10 min，该酶为反应提供的活化能最多
D.40 ℃为该酶的最适储存温度
解析：从图中可以看出，在温度于55～60 ℃范围内，随着处理时间从10 min延长到60 min再到90 min，酶活力是逐渐降低的，A正确；该酶在70 ℃下处理10 min后，酶的空间结构已经改变，下调温度至60 ℃，酶的空间结构不会恢复，即不会使酶活力增大，B错误；酶的作用是降低反应的活化能，而不是提供活化能，C错误；若长期保存酶制剂，应在低温、适宜pH条件下保存，D错误。
溯源教材 找答案：酶催化的机理为 降低了化学反应的活化能 ，而不是提供能量，由以上可以推断C 错误 。
2.(2025·山东菏泽二模)促黑激素(α－MSH)能够促进黑色素合成，使皮肤及毛发颜色加深；烟酰胺和茶多酚是化妆品中常见的成分，具有美白等作用。科研人员研究了α－MSH、烟酰胺以及茶多酚对酪氨酸酶活性的影响，相关实验结果如图所示。下列说法正确的是( D )
A.人体中酪氨酸酶积累过多会引起雀斑以及少白头等问题
B.茶多酚和烟酰胺通过抑制α－MSH的作用使酪氨酸酶活性降低
C.实验结果表明烟酰胺在低浓度时能提高酪氨酸酶活性，高浓度时降低其活性
D.实验结果表明烟酰胺和茶多酚均能在一定程度上降低酪氨酸酶的活性
解析：人体中酪氨酸酶积累过多会引起雀斑和黑色素沉积等皮肤病，而头发变白是因为酪氨酸酶的活性降低，A错误；分析实验结果可知，与对照组相比，添加α－MSH后酪氨酸酶活性升高，而与M组相比，添加烟酰胺或茶多酚后酪氨酸酶活性有所降低，结果表明烟酰胺和茶多酚均能在一定程度上降低酪氨酸酶的活性，但其与α－MSH的作用机制无法得知，B错误，D正确；据图可知，烟酰胺浓度与酪氨酸酶活性之间无明显的相关性，如在不添加茶多酚的条件下，2 g/L的烟酰胺降低酪氨酸酶活性的效果低于5 g/L时，C错误。
溯源教材 找答案：酪氨酸酶能催化合成黑色素，少白头的出现是酪氨酸酶活性 低 所致，由以上可以推断A 错误 。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共46张PPT)
第二单元 细胞的能量供应和利用
第8讲 降低化学反应活化能的酶
复习目标 1.通过与酶有关的实验设计与分析，培养对实验现象和结果进行解释、分 析和处理的能力，及对实验方案的评价能力； 2.通过分析与酶有关的曲线，培养利用 数形结合分析生物学问题的思维习惯； 3.通过分析酶在生产生活中的应用实例，关注 科学、技术和社会的发展。
考点1 酶的本质、作用及特性
A基础知识重点疑难
1. 酶的本质及作用
(1)酶本质的探索历程
巴斯德之前 发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德 糖类变成酒精必须有活酵母菌细胞的参与
李比希 糖类变成酒精必须有酵母菌细胞死亡并释放其中的某些物质
毕希纳 将酵母菌细胞中引起发酵的物质称为酿酶
萨姆纳 从刀豆种子中提取出脲酶(第一个)，证明脲酶的化学本质(蛋白质)和作用(分解尿素)
切赫和奥尔特曼 少数 RNA 也具有生物催化功能
RNA
(2)酶的本质及生理功能
化学本质 绝大多数是 蛋白质 少数是 RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
来源 一般来说， 活细胞 都能产生酶
作用场所 细胞内外或生物体外均可
生理功能 具有生物催化作用
蛋白质
RNA
活细胞
(3)酶的作用机理：酶能够降低化学反应的活化能。
图中各字母代表的含义：
①a、b分别代表无催化剂、使用酶的化学反应过程。
②E1、E2分别代表进行相应化学反应所需的活化能。
③ΔE代表使用酶后降低的活化能。
2. 实验——比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验的变量与对照
自变量 因变量 无关变量 对照组 实验组
2号：90 ℃左右水浴加 热 用单位时间 内 产生气泡的 数目多少 表示 H2O2分解速率 加入 H2O2 的量；实 验室温度；FeCl3溶液 和肝脏研磨液的新鲜程 度等 1号
试管 2、3、 4号试 管
3号：滴入2滴质量分数 为3.5％的FeCl3溶液
4号：滴入2滴质量分数 为20％的肝脏研磨液
笔记：1、2对照，说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率
注：1号试管是未进行任何处理的2 mL过氧化氢溶液。
产生气泡的
数目多少
H2O2
(2)由该实验可以说明
对照 结论
1、4 号试管对照 酶具有催化作用
1、3、4(或3、4)号试管对照 与无机催化剂相比，酶的催化效率更高
1、4
(3)对照实验
①对照组：未经过处理的一组(自然状态下或者已知实验结果的一组)，如上述实验中 的1号试管。
笔记：只加过氧化氢溶液的组为空白对照组，空白对照组能对比和衬托出实验组的结 果，增强说服力
经过处理
单一变量
(4)实验注意事项
②滴入FeCl3溶液和肝脏研磨液时，不能用同一根滴管，以免影响实验结果。
③H2O2有轻腐蚀性，使用时要小心，不要接触皮肤，实验后要及时洗手。
新鲜
研磨
3. 酶的特性及影响因素
(1)酶的高效性
①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
笔记：酶与无机催化剂的相同点：(1)能缩短达到化学平衡点的时间，但不改变化学平 衡点；(2)反应前后其数量和性质不变
②a、b→酶具有高效性；a、c→酶具有催化作用。
(2)酶的专一性
①酶的专一性模型
A
B
②体现酶专一性的曲线
笔记：一种酶只能催化一种或一类化学反应
(3)酶的作用条件较温和：酶所催化的化学反应一般在温和的条件下进行。
甲 乙
①图甲中，在一定范围内，酶促反应速率随温度的升高而加快，但当高于最适温度 时，酶促反应速率随着温度的升高而下降，甚至停止(酶失活)。
②图乙中，酶活性最强时的pH为酶的最适pH。超过或低于最适pH，酶活性降低，甚 至失活。
提醒 (1)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。
(2)酶可以重复多次利用，不会立即被降解。
(3)检验蛋白酶对蛋白质的水解时应选用蛋白块，通过观察其消失情况得出结论，因蛋 白酶本身也是蛋白质，所以不能用双缩脲试剂鉴定。
(4)酶既可以作为催化剂，又可以作为另一个化学反应的底物。
(5)高温、过酸、过碱时可能会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活。
4. 酶促反应速率的影响曲线分析
(1)酶促反应产物浓度与反应时间的关系曲线(其他条件适宜)
曲线②：在①的基础上，酶浓度增加一倍。
曲线③：在①的基础上，反应物浓度增加一倍。
(2)温度和pH对酶促反应速率的影响
笔记：温度和pH通过影响酶的活性影响酶促反应速率
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。
笔记：酶的最适温度、最适pH是酶的特性，不因外部因素改变而改变
(3)反应物浓度对酶促反应速率的影响
在其他条件适宜且酶量一定的条件下，酶促反应速率随反应物浓度的增大而加快，当 反应物浓度达到一定值时，所有的酶与反应物结合，酶促反应速率达到最大，再继续 增大反应物浓度，酶促反应速率不再增加。
(4)酶浓度对酶促反应速率的影响
笔记：反应物浓度及酶浓度通过影响底物与酶的接触而影响酶促反应速率，二者并不 影响酶活性
在反应物充足且其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度呈正相关。
提醒 (1)酶促反应速率可用单位酶单位时间内底物的减少量或产物的增加量来表示， 而酶活性是指酶催化特定化学反应的能力，常用酶促反应速率表示。
(2)其他影响酶促反应速率的因素：激活剂(能提高酶活性的物质，如Cl－是唾液淀粉酶 的激活剂)、抑制剂、重金属等。
(3)竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂：一般随底物浓度增加，竞争性抑制剂的抑制作用 可消除，而非竞争性抑制剂的抑制作用不可消除。
5. 具有“专一性”或“特异性”的物质归纳
酶 每一种酶只能催化一种或一类化学反应，如限制性内切核酸酶能识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点切割DNA分子
转运蛋白 某些物质通过细胞膜时需要转运蛋白协助，不同物质所需转运蛋白不同，转运蛋白的专一性是细胞膜选择透过性的基础
激素 激素特异性地作用于靶细胞、靶器官，其原因在于其靶细胞的细胞膜上或细胞内存在与该激素特异性结合的受体
tRNA 每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸
抗体 一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合
抗原 一种抗原只能与相应的抗体发生特异性结合
DNA分子 每种特定的DNA分子都有其独特的脱氧核苷酸序列
受体 细胞膜上或细胞内激素、神经递质等的受体一般具有特异性
B拆解真题情境推理
[判断正误]
×
×
×
×
√
×
×
×
√
×
√
[情境推理]
1. (必修1 P85“科学·技术·社会”)溶菌酶有怎样的作用？ 。
提示：溶菌酶能溶解细菌的细胞壁，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
2. 在0 ℃和80 ℃条件下，淀粉酶的活性都极低甚至接近于0，其原理 (填“相同” 或“不同”)，判断理由是 。
提示：不同 在0 ℃条件下，淀粉酶的活性极低是因为低温抑制酶的活性，其空间结 构并没有发生变化；在80 ℃条件下，淀粉酶的空间结构被破坏，导致淀粉酶的活性极 低甚至接近于0
3. (必修1 P80“拓展应用1”)在本节“探究·实践”中(比较过氧化氢在不同条件下的分 解)，有同学在原有实验的基础上增加了5号和6号试管，向其中分别加入2 mL过氧化氢 溶液后，再向5号试管内加入2滴煮沸过的肝脏研磨液，向6号试管内加入2滴蒸馏水。 这样做的目的是 。
提示：5号试管可以与加入新鲜肝脏研磨液的4号试管做对照；6号试管可以作为3号和4 号试管的对照组
4. (2023·全国乙卷节选)酶在细胞代谢中发挥重要作用，与无机催化剂相比，酶所具有 的特性是 (答出3点即可)；煮沸会使细胞研磨液中的酶失去催化作用，其原因是高 温破坏了酶的 。
提示：高效性、专一性、作用条件较温和 空间结构
A. ①③ B. ①⑤
C. ②③ D. ②④
A
解析：①大肠杆菌复合体A经核糖核酸酶处理后，丧失催化活性。这个实验说明RNA 是复合体A催化活性所必需的，因为如果RNA被降解，复合体就失去了催化活性，但 这并不能直接证明单独的RNA有催化活性，因为可能是RNA和蛋白质共同作用的结 果。②大肠杆菌复合体A经蛋白水解酶处理后，仍有催化活性。这个实验表明，即使 蛋白质被降解，复合体A仍然保持催化活性。这强烈暗示单独的蛋白质组分可能不是 催化活性的来源。③从大肠杆菌复合体A中分离的蛋白质组分，没有催化活性。这个 实验直接证明了单独的蛋白质组分没有催化活性。④通过体外转录得到大肠杆菌复合 体A中的RNA，具有催化活性。如果这个实验成立，它将直接证明单独的RNA组分具 有催化活性。然而，这个选项在给出的答案中并没有直接用于推断，可能是因为在实 际实验中，这样的直接证据较难获得。⑤大肠杆菌复合体A的RNA与枯草芽孢杆菌复 合体A的蛋白质组装成的复合体，具有催化活性。这个实验表明，即使使用来自不同 菌种的蛋白质和RNA，只要它们能够组装成复合体，就仍然具有催化活性。
这进一步支持了RNA是催化活性的主要来源的假设，因为即使蛋白质组分被替换，催 化活性仍然保留。但需要注意的是，这个实验并不能直接证明单独的RNA有催化活性， 因为可能存在RNA和蛋白质的某种相互作用使二者整体具有催化活性的情况。然而， 在结合其他实验证据时，它可以作为一个支持性的证据。综上所述，能推出“大肠杆 菌复合体A中的单独RNA组分有催化活性，但单独蛋白质组分无催化活性”这一结论 的实验组合是①③、③④、③⑤，A正确，BCD错误。故选A。
A. 植物病原菌可通过分泌果胶酶降解植物细胞的细胞壁
B. 能有效去除奶渍的加酶洗衣粉，可用来洗涤蚕丝制品
C. 食物中的淀粉和蔗糖在咀嚼过程中会被唾液淀粉酶催化水解
D. 参与细胞内DNA复制的酶有解旋酶、DNA聚合酶和T4 DNA连接酶
解析：植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，植物病原菌可通过分泌果胶酶降解植 物细胞的细胞壁，A正确；能有效去除奶渍的加酶洗衣粉，其中的酶是蛋白酶，蚕丝 制品中的蚕丝主要成分也是蛋白质，该洗衣粉不能用来洗涤蚕丝制品，B错误；唾液 淀粉酶只能水解淀粉，不能水解蔗糖，C错误；DNA复制时，解旋酶解开双螺旋， DNA聚合酶催化子链的延伸，DNA连接酶(但不是T4 DNA连接酶)连接不连续合成的子 链，T4 DNA连接酶催化两个平末端的链接，一般用于基因工程中，D错误。故选A。
A
酶促反应速率的影响因素
3. (2024·浙江1月选考)红豆杉细胞内的苯丙氨酸解氨酶(PAL)能催化苯丙氨酸生成桂皮 酸，进而促进紫杉醇的合成。低温条件下提取PAL酶液，测定PAL的活性，测定过程 如下表。
步骤 处理 试管1 试管2
① 苯丙氨酸 1.0 mL 1.0 mL
② HCl溶液(6 mol/L) — 0.2 mL
③ PAL酶液 1.0 mL 1.0 mL
④ 试管1加0.2 mL H2O，2支试管置30 ℃水浴1小时
⑤ HCl溶液(6 mol/L) 0.2 mL —
⑥ 试管2加0.2 mL H2O，测定2支试管中的产物量
A. 低温提取以避免PAL失活
B. 30 ℃水浴1小时使苯丙氨酸完全消耗
C. ④加H2O补齐反应体系体积
D. ⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应
解析：温度过高，酶失活，因此本实验采用低温提取，以避免PAL失活，A正 确；因为试管2在②中加入了HCl，酶已经变性失活，故不会消耗底物苯丙氨酸， B错误；④加H2O，补齐了②试管1没有加入的液体的体积，即补齐反应体系体 积，保证无关变量相同，C正确；pH过低或过高酶均会失活，⑤加入HCl溶液是 为了终止酶促反应，D正确。
B
低
正确
A. 低氧环境可促进褐变发生
B. 喷洒柠檬酸可抑制褐变发生
C. 保存和运输生菜的最适pH值为6
D. 40 ℃时PPO活性最高，适于生菜保存
B
解析：多酚氧化酶(PPO)在有氧条件下能催化酚类物质形成褐色的醌类物质，因此低 氧环境可抑制褐变发生，A错误；图示可知，柠檬酸可以减弱PPO相对活性，从而减 少醌类物质的形成，即抑制褐变发生，B正确；结合图示可知，pH值为6、温度为40 ℃时吸光度最大，而吸光度和醌类物质含量成正相关，说明pH值为6时褐变易发生， 从而不利于保存和运输生菜，C、D错误。故选B。
A. 物质a与淀粉酶的结合使酶降低反应活化能的能力减弱
B. 物质a与淀粉酶的结合能影响酶的高效性
C. 淀粉酶与物质a的结合部位可能有别于与淀粉的结合部位
D. 物质a对酶活性的影响可通过提高反应物浓度来缓解
C
解析：由题意可知，物质a与淀粉酶结合后，使淀粉酶的空间结构发生变化，淀粉酶的 活性降低，即淀粉酶降低反应活化能的能力减弱，故A项不符合题意。酶具有高效 性，物质a与淀粉酶的结合能影响酶的高效性，故B项不符合题意。根据“淀粉的水解 速率随淀粉溶液浓度的升高而增大”可知，物质a是竞争性抑制剂，所以淀粉酶与物质 a的结合部位和淀粉酶与淀粉的结合部位是同一部位，故C项符合题意。竞争性抑制剂 的特点是增加底物浓度能提高反应速率，故D项不符合题意。
解题方法
酶的抑制剂
种类 竞争性抑制剂 非竞争性抑制剂
作用原理 通常与底物结构相似,能与底物竞争酶上的结合位点，从而抑制底物与酶的结合 与酶结合后会改变酶的空间结构,从而抑制底物与酶的结合
特点 增加底物浓度能提高反应速率 增加底物浓度不能提高反应速率
图示
考点2 酶的相关实验
双缩脲试剂
(2)设计方案
项目 实验组 对照组
材料 待测酶溶液 已知蛋白液(等量)
试剂 分别加入等量的双缩脲试剂
现象 是否呈现紫色 呈现紫色
结论 呈现紫色说明该酶的化学本质为蛋白质；否则该酶的化学本质不是蛋白质
2. 验证酶的作用及特性的实验设计与分析
实验目的 实验组 对照组 实验组衡量标准 自变量
验证酶具有催 化作用 底物＋相应酶 液 底物＋等量蒸馏 水(或缓冲液) 底物是否被分解 酶溶液 的有 无
验证酶的专一 性 底物＋相应酶 液 另一底物＋等量 同种酶液 底物是否被分解 不同 底物
底物＋相应酶 液 相同 底物＋ 等量另一种酶液 不同 酶溶液
验证酶具有高 效性 底物＋相应酶 液 底物＋等量无机 催化剂 底物 分解速 率或 产物 生 成速率 无机催化剂和酶 溶液
酶溶液
底物
相同
酶溶液
底物
产物
3. 探究影响酶活性的条件(pH或温度)
(1)探究影响酶活性的因素
实验 探究温度对酶活性的影响 探究pH对酶活性的影响
实验材 料 淀粉酶、可溶性淀粉溶液、蒸馏 水、碘液等 H2O2溶液、过氧化氢酶、卫生香等
实验原 理 ①
②温度影响酶活性，从而影 响 淀粉的水解 ，滴加碘液 后，根据是否出现蓝色及蓝色深 浅来判断酶的活性 ①2H2O2 2H2O＋O2↑
②pH影响酶的活性，从而影响氧气的 生成量，可用点燃但无火焰的卫生香燃 烧的情况来检验生成氧气的多少
淀粉的水解
实验分 析
笔记：检测试剂的选择：(1)探究温度对酶活性的影响时，如淀粉酶催化淀粉水解，不 能选用斐林试剂，因为斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验需严格控制温度；(2)若 物质反应前后均能与试剂发生反应，如麦芽糖和水解后形成的葡萄糖均与斐林试剂反 应，则此类试剂不能选用；(3)若物质反应前后均不能与试剂发生反应，例如蔗糖和水 解后形成的单糖均不能与碘液发生反应，此类试剂也不能选用
(2)“梯度法”探究酶的最适温度或最适pH
最适温度 最适pH
笔记：注意：应先在设定温度下将酶和底物分别保温，再将相应温度的淀粉溶液和淀 粉酶溶液混匀，这样才能保证酶在相应温度下发挥作用；几组相互对照，相互对照较 好地平衡和抵消了无关变量的影响，使实验结果更有说服力
提醒 (1)探究酶的高效性时，对照组应用无机催化剂对照。
(2)用不同底物、同种酶来探究酶的专一性时，若是用淀粉酶和淀粉、蔗糖(两种底 物)，则应用斐林试剂作为检测试剂，不能选用碘液作为检测试剂，因为碘液无法检测 蔗糖是否被分解。
(3)在探究酶的最适温度实验中，应按一定的温度梯度设置多个实验组，通过对比实验 结果找出酶的最适温度。材料不能用H2O2溶液，因为高温下H2O2分解加快。若选取淀 粉和淀粉酶，则不宜选用斐林试剂作为鉴定试剂，因为斐林试剂需加热，而温度是自 变量。
(4)在酶的最适pH探究实验中，操作时必须先将酶置于不同pH条件下(如加清水、 加氢氧化钠、加盐酸)，然后再加入反应物。不能把酶加入反应物中后再加入盐酸 或氢氧化钠。
(5)在探究pH对酶活性的影响实验中，不宜选用淀粉和淀粉酶作实验材料，因为调节 pH时所营造的酸性环境会干扰斐林试剂(碱性)对淀粉水解的检测，且酸性环境下，淀 粉还会水解，碱性环境会干扰碘液与淀粉的蓝色反应。
B升华思维实战演练
酶的相关实验分析
A. 处理温度于55～60 ℃范围内，酶活力随处理时间的延长降低
B. 该酶在70 ℃下处理10 min后，下调温度至60 ℃可使酶活力增大
C. 60 ℃处理10 min，该酶为反应提供的活化能最多
D. 40 ℃为该酶的最适储存温度
A
解析：从图中可以看出，在温度于55～60 ℃范围内，随着处理时间从10 min延长到60 min再到90 min，酶活力是逐渐降低的，A正确；该酶在70 ℃下处理10 min后，酶的空 间结构已经改变，下调温度至60 ℃，酶的空间结构不会恢复，即不会使酶活力增大， B错误；酶的作用是降低反应的活化能，而不是提供活化能，C错误；若长期保存酶制 剂，应在低温、适宜pH条件下保存，D错误。
降低了化学反应的活化能
错误
A. 人体中酪氨酸酶积累过多会引起雀斑以及少白头等问题
B. 茶多酚和烟酰胺通过抑制α－MSH的作用使酪氨酸酶活性降低
C. 实验结果表明烟酰胺在低浓度时能提高酪氨酸酶活性，高浓度时降低其活性
D. 实验结果表明烟酰胺和茶多酚均能在一定程度上降低酪氨酸酶的活性
D
解析：人体中酪氨酸酶积累过多会引起雀斑和黑色素沉积等皮肤病，而头发变白是因 为酪氨酸酶的活性降低，A错误；分析实验结果可知，与对照组相比，添加α－MSH后 酪氨酸酶活性升高，而与M组相比，添加烟酰胺或茶多酚后酪氨酸酶活性有所降低， 结果表明烟酰胺和茶多酚均能在一定程度上降低酪氨酸酶的活性，但其与α－MSH的 作用机制无法得知，B错误，D正确；据图可知，烟酰胺浓度与酪氨酸酶活性之间无明 显的相关性，如在不添加茶多酚的条件下，2 g/L的烟酰胺降低酪氨酸酶活性的效果低 于5 g/L时，C错误。
低
错误
