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第三章 细胞中能量的转换和利用
第一节 生命活动需要
酶和能源物质
第1课时 生物催化剂——酶
1.概述酶的化学本质及作用实质。2.阐明酶的特性。3.探究酶催化的高效性和专一性。4.设计实验探究pH和温度变化对酶催化生化反应速率的影响。
一、酶的化学本质及作用实质
1.酶的化学本质
(1)酶化学本质的探索历程。
酵母菌
酶
蛋白质
蛋白质
RNA
核酶
(2)酶的化学本质:绝大多数酶是 ,少数酶是 。
2.酶的作用实质
(1)酶促反应:由酶催化的化学反应称为 。
(2)活化能:在一定温度下,分子从 转变为容易发生化学反应的 所需的能量称为活化能。
蛋白质
RNA
酶促反应
基态
过渡态
(3)活化分子。
①概念:处于 的分子称为活化分子。
②规律:在一个化学反应体系中,活化分子越 ,反应速率就越快。
③增多途径。
a. 等方法。
b.使用催化剂降低生化反应所需的活化能。
(4)作用实质: 化学反应的活化能。
过渡态
多
加热或光照
降低
二、酶的特性
1.酶的催化具有高效性
(1)证明酶具有高效性的实验。
编号 加入物质 处理 现象
1 3 mL体积分数为3 %的
溶液 滴入适量的蒸馏水 基本无气泡,木条
2 滴入等量的质量分数为5%的FeCl3溶液 有 气泡,木条复燃
3 滴入等量的新鲜的
(含过氧化氢酶) 有 气泡,木条猛烈燃烧
H2O2
酵母菌液
不复燃
较多
更多
(2)结论:酶具有 作用,且与无机催化剂相比具有 。
2.酶的催化作用具有专一性
(1)含义:一种酶只能催化 生化反应。
(2)专一性机制:酶催化作用的专一性与酶的 和 在空间结构上有特殊的匹配关系相关,当 的活性中心与 结合时,就启动了化学反应。
催化
高效性
一种或一类
活性中心
底物分子
酶
底物分子
(3)证明酶具有专一性的实验。
操作顺序 项目 试管号
1 2
1 可溶性淀粉溶液 2 mL —
2 蔗糖溶液 — 2 mL
3 淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
4 37 ℃下保温5 min
5 加入斐林试剂 2 mL 2 mL
6 水浴加热1 min
实验现象
实验结论
砖红色沉淀
不变色
酶的催化作用具有专一性
3.酶的催化作用通常是在常温、常压下进行的。
三、探究影响酶促反应速率的环境因素
1.酶活性的概念:酶活性是指酶催化生化反应的 ,可以通过酶催化生化反应的 来衡量。
2.影响酶催化生化反应速率的因素
(1)反应体系中的 和 等。
(2)多种环境因素,如 、 等。
能力
速率
酶浓度
底物浓度
温度
pH
3.实验探究pH对酶促反应速率的影响
(1)实验操作。
①将若干同样大小(如1 cm2)的滤纸片浸入酵母菌液,取出后晾干,滤纸片上附着 。
过氧化氢酶
②在四只烧杯中盛入体积分数为2%,pH分别为5、7、9、11的H2O2溶液
(温度相同),将滤纸片分别放入烧杯中。滤纸片接触液面后会下沉,直至烧杯底部。实验装置示意图如下。
一定pH的H2O2溶液
③及时记录滤纸片从液面下沉到浮出液面所用的时间(t)。以1/t为纵坐标
(代表酶促反应速率)、pH为横坐标,绘制曲线图。
(2)实验结果的曲线图。
4.pH对酶活性的影响
(1)酶活性受到环境中pH的影响。酶的适宜pH一般在 之间。
(2)酶活性最大时的pH称为酶的 pH。
(3)在过酸或过碱的条件下,酶活性一般会明显 ,甚至会 。
6~8
最适
降低
变性失活
5.温度对酶活性的影响
(1)在一定的温度范围内,酶活性随着温度的升高而 ,超过一定温度后,酶活性反而 。
(2)酶活性最高时的温度称为酶的 。
(3)不同生物体内酶的最适温度有所不同。例如动物体内酶的最适温度一般为 ,植物体内酶的最适温度一般为45~50 ℃。
(4)适当升高温度,能加快生化反应速率,但温度过高会使酶 ,从而降低生化反应速率。适当降低温度,可以 酶活性,降低生化反应速率,但一般不会使酶失活。
上升
下降
最适温度
35~40 ℃
变性失活
抑制
判断正误
(1)酶的基本组成单位都是氨基酸。( )
【提示】 酶的化学本质是蛋白质或RNA,若为蛋白质,则其基本组成单位为氨基酸;若为RNA,则其基本组成单位是核糖核苷酸。
×
(2)酶能够为化学反应提供能量。( )
×
【提示】 酶能降低化学反应的活化能,不能为化学反应提供能量。
(3)酶活性的发挥离不开其特定的结构。( )
√
(4)由于酶在化学反应前后性质和数量没有改变,所以酶具有高效性。( )
【提示】 与无机催化剂相比,酶降低活化能的效果更显著,因此酶具有高效性。
×
(5)酶的专一性与酶的活性中心和底物分子在空间结构上有特殊的匹配关系相关。( )
(6)探究酶的最适pH,需要在酶的最适温度条件下进行。( )
√
√
(7)高温、低温都会使酶活性降低,二者的作用实质相同。( )
【提示】 低温抑制酶的活性,高温破坏了酶的空间结构使酶失去活性,二者的作用实质不同。
×
任务一 分析酶的化学本质及作用实质
探究1 分析酶的化学本质
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下图所示,请回答下列问题。
(1)甲酶的化学本质是 ,乙酶的化学本质是 。
RNA
蛋白质
(2)乙酶活性改变的机制是什么
【提示】 乙酶在被降解的过程中其分子结构会发生改变,从而丧失活性。
探究2 分析酶的作用实质
下图所示为酶催化反应的机理与过程,图中E1、E2、E3都是活化能,请据图回答下列问题。
(1)请将这三种活化能分别与不使用催化剂、使用无机催化剂、使用酶作催化剂三种条件进行对应。
【提示】 E1为使用无机催化剂,E2为不使用催化剂,E3为使用酶作催化剂。
(2)使用酶作催化剂时,酶所降低的化学反应的活化能应该怎样表示
【提示】 E2-E3。
「核心归纳」
酶的相关分析
化学本质 大多数是蛋白质 少数是RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
合成场所 核糖体 主要在细胞核
来源 一般活细胞均能产生
作用场所 细胞内、外均可起作用
生理功能 具有生物催化作用
「典型例题」
1.(2025·南京期末)下列关于酶的叙述,正确的是( )
[A]酶在细胞代谢中起调节作用
[B]酶只有在细胞内才能起作用
[C]酶能提高化学反应的活化能
[D]所有的酶都含C、H、O、N四种元素
D
【解析】 酶在细胞代谢中起催化作用,而非调节作用;酶在细胞内和细胞外都能起作用,例如消化酶在细胞外的消化道中起作用;酶能降低化学反应的活化能;酶的化学本质是蛋白质或RNA,蛋白质的基本组成元素是C、H、O、N,RNA的组成元素是C、H、O、N、P,所以所有的酶都含C、H、O、N四种元素。
2.下图曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示物质M在无催化剂条件和有酶催化条件下生成物质P所需能量的变化过程。下列叙述正确的是( )
[A]ad段表示无催化剂时,反应所需要的活化能
[B]ac段表示有酶催化时,酶降低的活化能
[C]若换用无机催化剂,b点将向上移动
[D]加热、加压不能使物质M更容易从常态转变为活跃状态
C
【解析】 ac段表示在无催化剂的条件下化学反应需要的活化能;ab段表示有酶催化时,酶降低的活化能;与无机催化剂相比,酶降低化学反应活化能更显著,若将酶催化改为无机催化剂催化该反应,则 b点将向上移动;加热、加压通常能使反应物分子获得足够的能量促使反应的进行。
任务二 分析酶的专一性和高效性
下图表示酶的高效性和专一性的曲线图,请分析回答下列问题。
(1)根据①分析,酶和无机催化剂有什么共同点和不同点
【提示】 共同点:酶和无机催化剂都只能缩短达到化学平衡所需要的时间,不能改变化学反应的平衡点。
不同点:与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。
(2)根据②分析:在反应物A中加入酶A,反应速率较未加酶时明显加快,而加入酶B,反应速率和未加酶时相同,这说明什么
【提示】 酶A能催化反应物A反应,而酶B不能催化反应物A反应,即酶的作用具有专一性。
「核心归纳」
1.酶的高效性实验设计思路
项目 实验组 对照组
材料 等量的同一种底物
试剂 与底物相对应的酶溶液 等量的无机催化剂
现象 反应速率很快或
反应用时短 反应速率缓慢
或反应用时长
结论 酶具有高效性
2.酶的专一性实验设计思路
项目 方案一 方案二
对照组 实验组 对照组 实验组
材料 底物相同(等量) 与酶相对
应的底物 另外一种底物
试剂 与底物相对应的酶 另外一种酶 同一种酶(等量)
现象 发生反应 不发生反应 发生反应 不发生反应
结论 酶具有专一性
「典型例题」
3.(2025·盐城期末)将图甲、乙试管放在相同且适宜温度下保温5 min后,向两支试管中分别滴加斐林试剂并水浴加热,观察现象。该实验探究的是( )
[A]酶的专一性
[B]酶的高效性
[C]酶活性是否受pH影响
[D]酶活性是否受温度影响
A
【解析】 两支试管中加入不同底物、同种酶,可验证淀粉酶的专一性。
4.(2025·南通期中)某兴趣小组利用相关装置进行一系列的实验来研究酶的特点,示意图如下。下列说法错误的是( )
[A]本实验探究酶具有高效性的特点
[B]FeCl3溶液和肝脏研磨液作用原理相同
[C]甲、乙锥形瓶中保持溶液的pH相同即可
[D]此实验的因变量可以是O2产生的速率
C
【解析】 在该实验中,通过比较FeCl3溶液(无机催化剂)和肝脏研磨液(含有过氧化氢酶)对H2O2分解的催化作用来探究酶的高效性;FeCl3溶液(无机催化剂)和肝脏研磨液(含有过氧化氢酶)都是通过降低化学反应的活化能来催化H2O2分解,二者作用原理相同;甲、乙锥形瓶中不仅要保持溶液的pH相同且适宜,还需要保持其他无关变量相同且适宜,如温度;可以通过观察O2产生的速率来探究不同催化剂对H2O2分解的影响,O2产生的速率可以作为该实验的因变量。
任务三 分析影响酶促反应速率的环境因素
探究1 设计探究温度对酶促反应速率影响的实验
分析以下实验,回答相关问题。
步骤 项目 试管1 试管2 试管3
1 加入可溶性淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL
2 放置在不同温度环境中 0 ℃ 100 ℃ 37 ℃
3 加入新配制的相应温度下保温的唾液淀粉酶溶液 1 mL 1 mL 1 mL
4 反应时间 5 min 5 min 5 min
5 滴入碘液 2滴 2滴 2滴
6 观察结果 变蓝 变蓝 不变蓝
(1)该实验的自变量是什么 实验是否要保持酶的最适pH条件 pH在该实验中属于什么变量
【提示】 自变量是温度。该实验需要在酶的最适pH条件下进行。pH在该实验中属于无关变量。
(2)分析实验结果,能得出什么结论
【提示】 酶发挥催化作用需要适宜的温度条件,温度偏高或偏低,都会影响酶促反应速率。
(3)能否用H2O2溶液来探究温度对酶促反应速率的影响,为什么
【提示】 不能。探究温度对酶促反应速率的影响时,自变量是温度,而H2O2会随温度升高而分解加快,从而影响实验结果。
(4)在“探究温度对唾液淀粉酶的酶促反应速率的影响”实验中能否用斐林试剂来检测,为什么
【提示】 不能。因为斐林试剂与还原糖只有在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。
(5)淀粉和唾液淀粉酶为什么要预热到同一温度再混合
【提示】 严格控制实验的自变量,以免底物与酶接触时未达到预设温度而影响实验结果,增强实验的说服力。
(6)如何进一步探究唾液淀粉酶的最适温度
【提示】 缩小温度梯度,重复进行题述实验。
探究2 分析酶活性受温度和pH影响的曲线
分析图示,回答相关问题。
(1)分析图1和图2,描述温度和pH是如何影响酶活性的。
【提示】 在最适温度和最适pH条件下,酶的活性最高,温度和pH偏高或偏低,酶活性都会明显降低。
(2)为什么酶制剂适宜在低温下保存
【提示】 温度过高会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活。在低温下,酶活性很低,但酶的空间结构稳定,在适宜的温度下酶活性会升高。因此,酶制剂适宜在低温下保存。
(3)胃蛋白酶进入小肠还能不能发挥催化作用,为什么
【提示】 不能,因为胃蛋白酶的最适pH为2.0左右,胃蛋白酶进入小肠会
失活。
「核心归纳」
1.用梯度法探究酶的最适温度或最适pH
(1)实验设计思路。
(2)实验设计方案。
①探究酶的最适温度。
②探究酶的最适pH。
说明:其他条件相同且适宜;相邻组间的差值越小,测得的最适温度(或pH)就越精确。
2.底物浓度和酶浓度影响酶促反应速率的曲线
(1)底物浓度较低时,酶促反应速率与底物浓度成正比,当底物浓度达到一定值后,受酶的数量限制,再增加底物浓度,酶促反应速率不再增加。
(2)在有足够底物而又不受其他因素影响的情况下,酶促反应速率与酶浓度成正比。
3.影响酶活性因素的相关曲线
(1)温度和pH分别对酶活性的影响。
在一定的温度(pH)范围内,随着温度(pH)升高,酶活性增大;在最适温度(pH)时,酶活性最大;超过最适温度(pH)后,随温度(pH)的升高,酶活性逐渐减小。
(2)温度和pH共同作用对酶活性的影响。
①反应溶液的pH的变化不影响酶作用的最适温度。
②反应溶液的温度的变化不影响酶作用的最适pH。
「典型例题」
5.(2025·连云港期末)下图为某同学探究pH对过氧化氢酶的酶促反应速率的影响的实验装置,反应瓶中装有适宜浓度的H2O2溶液。下列相关叙述错误的是( )
[A]本实验的自变量是不同pH
[B]因变量可用单位时间内量筒中收集到的气体量表示
[C]旋转反应瓶,待H2O2溶液与滤纸片接触后再调节pH
[D]本实验所用的酶和底物不适于探究温度对酶促反应速率的影响
C
【解析】 滤纸片置于小室顶部,旋转反应瓶,可以使滤纸片与不同pH的缓冲液接触,从而控制反应的进行,即旋转反应瓶之前,H2O2溶液就需要用不同pH的缓冲液调节pH;探究温度对酶促反应速率的影响时,不能用过氧化氢和过氧化氢酶,因为过氧化氢本身在不同温度下分解速率不同,会干扰实验结果。
6.(2025·南京期末)右图表示最适温度、最适pH等条件下,淀粉浓度对淀粉酶催化淀粉水解反应速率的影响。下列叙述错误的是( )
[A]AB段限制反应速率的因素是淀粉浓度
[B]若在A点时温度升高10 ℃,曲线将下移
[C]若在B点时加入适量淀粉酶,曲线将上移
[D]BC段反应速率不再增加,说明此时酶被分解消耗完
D
【解析】 B点之前,随着反应物浓度的增加,反应速率加快,说明AB段限制反应速率的因素是淀粉浓度;题图表示的是在最适温度、最适pH等条件下,反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响,在A点适当提高反应温度,反应速率会下降,曲线将下移;在B点限制反应速率的因素主要是酶的浓度,若在B点时加入适量淀粉酶,反应速率加快,曲线位置会上移;酶促反应过程中酶不会被分解。
思维导图
随堂检测
1.(2025·泰州期末)酶对细胞代谢起着非常重要的作用。下列相关叙述正确的是( )
[A]所有酶的化学本质都是蛋白质
[B]酶能为反应物提供能量
[C]酶的催化作用通常是在常温、常压下进行的
[D]酶不能脱离生物体起作用
C
【解析】 绝大部分酶其化学本质是蛋白质,少部分酶是RNA;酶在反应过程中不提供能量,而是降低化学反应的活化能;酶在生物体外也可发挥作用。
2.(2025·常州月考)多酶片常用于治疗消化不良。多酶片为双层结构,外层为糖衣(深色部分),内层为肠溶衣(浅色部分)。糖衣包裹的是胃蛋白酶,如下图所示。药物先进入胃,再进入肠。下列说法正确的是( )
[A]患者服用多酶片时可整片吞服,也可捣碎服用
[B]食物中的蛋白质均在胃中被消化,淀粉均在小肠中被消化
[C]肠溶衣中的化学成分在酸性环境中不易被分解
[D]胃蛋白酶和胰酶的最适pH和温度差异较大
C
【解析】 患者服用多酶片时应整片吞服,捣碎后胰酶在胃酸性环境易变性失活;淀粉的消化始于口腔,蛋白质的消化始于胃,两者最终在小肠被彻底消化;胃液为酸性环境,小肠中消化液接近中性,肠溶衣中的化学成分在酸性环境中不易被分解,要到小肠才被分解;胃蛋白酶和胰酶的最适pH差异较大,最适温度均约为37 ℃。
3.(2024·徐州期末)下列关于研究淀粉酶的催化作用及特性实验的叙述,错误的是( )
[A]高温主要通过改变淀粉酶的空间结构,导致酶变性失活
[B]稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力,是因为酶的作用具有高效性
[C]淀粉酶在一定pH范围内起作用,酶的活性随pH升高而不断升高
[D]若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶,会降低淀粉的水解速率
C
【解析】 淀粉酶的化学本质是蛋白质,高温会破坏蛋白质的空间结构,导致蛋白质变性失活;由于酶的作用具有高效性,所以稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力;在一定pH范围内,酶的活性会随着pH的升高而逐渐升高,达到最适pH时,酶的活性最高,之后随着pH继续升高,酶的活性逐渐降低,过酸或过碱会使酶永久失活;淀粉酶的化学本质是蛋白质,若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶,蛋白酶会将淀粉酶水解,从而使淀粉的水解速率变慢。
4.(2025·扬州月考)下图为不同pH对作用于同一底物的两种酶活性的影响。下列有关叙述正确的是( )
[A]在两种不同的pH条件下,酶2活性可能相同
[B]酶1和酶2都能催化同一底物体现了酶的高效性
[C]在任何温度条件下,pH=6时,酶2的活性都高于酶1
[D]将酶1由pH=8转移到pH=3的环境中,酶活性逐渐上升
A
【解析】 由题图可知,在最适pH的两侧,存在两种不同的pH条件,使酶2的活性相同;酶的高效性是指与无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著,酶1和酶2都能催化同一底物不能体现酶的高效性;高温会使酶变性失活,若处于高温环境,在pH=6时,酶1和酶2均失去活性,此时酶1的活性等于酶2的活性;过酸、过碱会导致酶变性失活,在pH=8的环境下,酶1的空间结构被破坏,即使恢复到最适pH(pH=3),酶的活性也不能恢复,所以将酶1由pH=8转移到pH=3的环境中,酶活性不变。
5.(多选)(2025·泰州期末)为探究不同温度条件下两种多酚氧化酶(PPO)活性大小,某同学设计了实验并检测各组的酚剩余量,结果如下图所示。下列相关叙述正确的有( )
[A]该实验的自变量是温度和酶的种类
[B]应将底物与酶溶液常温下混合后再设置温度
[C]图中相同温度条件下酶B的活性更高
[D]应在30~50 ℃进一步探究酶B的最适温度
ACD
【解析】 结合题图可知,该实验的自变量是温度和酶的种类,酚剩余量是因变量;实验过程中应将底物和酶溶液分别放在相应温度下保温适当时间后再混合;由实验结果可知,与酶A相比,相同温度条件下,酶B催化时底物的剩余量更少,说明酶B的活性更高;根据实验结果,为了探究酶B最适温度,应在30~50 ℃设置多个温度梯度进行实验,底物剩余量最少的实验组对应的温度即为酶B的最适温度。
联系实际 迁移应用
果蔬表面残留的微量有机磷农药会在一定程度上危害人体健康和环境安全。科研人员对有机磷降解酶(OPH)的活性进行相关研究,结果如下所示。请回答下列问题。
金属离子对OPH活性的影响
组别 对照组 Cu2+ Ca2+ Zn2+
相对酶活性/% 100 86.50 101.03 151.01
(1)OPH可降解果蔬表面残留的有机磷农药,但不会破坏果蔬的营养成分,原因是什么 据图Ⅰ可知,70 ℃时,OPH失活的原因是什么
【提示】 酶的催化作用具有专一性。高温使OPH空间结构发生改变,酶变性失活。
(2)除温度外,影响酶活性的主要因素还有哪些(答2点) 据表分析,你能得出什么结论
【提示】 pH、重金属离子。Cu2+抑制OPH活性,Ca2+对OPH活性几乎没有影响,Zn2+增强OPH活性。
(3)OPH具有易受环境因素影响、易失活的特点,科学家用纳米胶囊包裹OPH以提高其稳定性。研究发现OPH表面纳米胶囊的致密程度会影响OPH活性,如图Ⅱ所示,过于疏松和紧密均会导致酶促反应速率下降,推测其原因分别是什么 据此,请提出进一步探究的科学问题。
【提示】 过于疏松,使得OPH容易从纳米胶囊中漏出,使酶浓度降低,酶促反应速率下降;过于紧密,使得酶与底物的接触面积降低,酶促反应速率下降。探究OPH表面纳米胶囊的最适致密程度。第一节 生命活动需要酶和能源物质
第1课时 生物催化剂——酶
[学习目标] 1.概述酶的化学本质及作用实质。2.阐明酶的特性。3.探究酶催化的高效性和专一性。4.设计实验探究pH和温度变化对酶催化生化反应速率的影响。
一、酶的化学本质及作用实质
1.酶的化学本质
(1)酶化学本质的探索历程。
(2)酶的化学本质:绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA。
2.酶的作用实质
(1)酶促反应:由酶催化的化学反应称为酶促反应。
(2)活化能:在一定温度下,分子从基态转变为容易发生化学反应的过渡态所需的能量称为活化能。
(3)活化分子。
①概念:处于过渡态的分子称为活化分子。
②规律:在一个化学反应体系中,活化分子越多,反应速率就越快。
③增多途径。
a.加热或光照等方法。
b.使用催化剂降低生化反应所需的活化能。
(4)作用实质:降低化学反应的活化能。
二、酶的特性
1.酶的催化具有高效性
(1)证明酶具有高效性的实验。
编号 加入物质 处理 现象
1 3 mL体积分数为3 %的H2O2溶液 滴入适量的蒸馏水 基本无气泡,木条不复燃
2 滴入等量的质量分数为5%的FeCl3溶液 有较多气泡,木条复燃
3 滴入等量的新鲜的酵母菌液(含过氧化氢酶) 有更多气泡,木条猛烈燃烧
(2)结论:酶具有催化作用,且与无机催化剂相比具有高效性。
2.酶的催化作用具有专一性
(1)含义:一种酶只能催化一种或一类生化反应。
(2)专一性机制:酶催化作用的专一性与酶的活性中心和底物分子在空间结构上有特殊的匹配关系相关,当酶的活性中心与底物分子结合时,就启动了化学反应。
(3)证明酶具有专一性的实验。
操作 顺序 项目 试管号
1 2
1 可溶性淀粉溶液 2 mL —
2 蔗糖溶液 — 2 mL
3 淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
4 37 ℃下保温5 min
5 加入斐林试剂 2 mL 2 mL
6 水浴加热1 min
实验现象 砖红色沉淀 不变色
实验结论 酶的催化作用具有专一性
3.酶的催化作用通常是在常温、常压下进行的。
三、探究影响酶促反应速率的环境因素
1.酶活性的概念:酶活性是指酶催化生化反应的能力,可以通过酶催化生化反应的速率来衡量。
2.影响酶催化生化反应速率的因素
(1)反应体系中的酶浓度和底物浓度等。
(2)多种环境因素,如温度、pH等。
3.实验探究pH对酶促反应速率的影响
(1)实验操作。
①将若干同样大小(如1 cm2)的滤纸片浸入酵母菌液,取出后晾干,滤纸片上附着过氧化氢酶。
②在四只烧杯中盛入体积分数为2%,pH分别为5、7、9、11的H2O2溶液(温度相同),将滤纸片分别放入烧杯中。滤纸片接触液面后会下沉,直至烧杯底部。实验装置示意图如下。
③及时记录滤纸片从液面下沉到浮出液面所用的时间(t)。以1/t为纵坐标(代表酶促反应速率)、pH为横坐标,绘制曲线图。
(2)实验结果的曲线图。
4.pH对酶活性的影响
(1)酶活性受到环境中pH的影响。酶的适宜pH一般在6~8之间。
(2)酶活性最大时的pH称为酶的最适pH。
(3)在过酸或过碱的条件下,酶活性一般会明显降低,甚至会变性失活。
5.温度对酶活性的影响
(1)在一定的温度范围内,酶活性随着温度的升高而上升,超过一定温度后,酶活性反而下降。
(2)酶活性最高时的温度称为酶的最适温度。
(3)不同生物体内酶的最适温度有所不同。例如动物体内酶的最适温度一般为35~40 ℃,植物体内酶的最适温度一般为45~50 ℃。
(4)适当升高温度,能加快生化反应速率,但温度过高会使酶变性失活,从而降低生化反应速率。适当降低温度,可以抑制酶活性,降低生化反应速率,但一般不会使酶失活。
判断正误
(1)酶的基本组成单位都是氨基酸。( )
【答案】 ×
【提示】 酶的化学本质是蛋白质或RNA,若为蛋白质,则其基本组成单位为氨基酸;若为RNA,则其基本组成单位是核糖核苷酸。
(2)酶能够为化学反应提供能量。( )
【答案】 ×
【提示】 酶能降低化学反应的活化能,不能为化学反应提供能量。
(3)酶活性的发挥离不开其特定的结构。( )
【答案】 √
(4)由于酶在化学反应前后性质和数量没有改变,所以酶具有高效性。( )
【答案】 ×
【提示】 与无机催化剂相比,酶降低活化能的效果更显著,因此酶具有高效性。
(5)酶的专一性与酶的活性中心和底物分子在空间结构上有特殊的匹配关系相关。( )
【答案】 √
(6)探究酶的最适pH,需要在酶的最适温度条件下进行。( )
【答案】 √
(7)高温、低温都会使酶活性降低,二者的作用实质相同。( )
【答案】 ×
【提示】 低温抑制酶的活性,高温破坏了酶的空间结构使酶失去活性,二者的作用实质不同。
任务一 分析酶的化学本质及作用实质
探究1 分析酶的化学本质
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下图所示,请回答下列问题。
(1)甲酶的化学本质是RNA,乙酶的化学本质是蛋白质。
(2)乙酶活性改变的机制是什么
【提示】 乙酶在被降解的过程中其分子结构会发生改变,从而丧失活性。
探究2 分析酶的作用实质
下图所示为酶催化反应的机理与过程,图中E1、E2、E3都是活化能,请据图回答下列问题。
(1)请将这三种活化能分别与不使用催化剂、使用无机催化剂、使用酶作催化剂三种条件进行对应。
【提示】 E1为使用无机催化剂,E2为不使用催化剂,E3为使用酶作催化剂。
(2)使用酶作催化剂时,酶所降低的化学反应的活化能应该怎样表示
【提示】 E2-E3。
核心归纳
酶的相关分析
化学本质 大多数是蛋白质 少数是RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
合成场所 核糖体 主要在细胞核
来源 一般活细胞均能产生
作用场所 细胞内、外均可起作用
生理功能 具有生物催化作用
典型例题
1.(2025·南京期末)下列关于酶的叙述,正确的是( )
[A]酶在细胞代谢中起调节作用
[B]酶只有在细胞内才能起作用
[C]酶能提高化学反应的活化能
[D]所有的酶都含C、H、O、N四种元素
【答案】 D
【解析】 酶在细胞代谢中起催化作用,而非调节作用;酶在细胞内和细胞外都能起作用,例如消化酶在细胞外的消化道中起作用;酶能降低化学反应的活化能;酶的化学本质是蛋白质或RNA,蛋白质的基本组成元素是C、H、O、N,RNA的组成元素是C、H、O、N、P,所以所有的酶都含C、H、O、N四种元素。
2.下图曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示物质M在无催化剂条件和有酶催化条件下生成物质P所需能量的变化过程。下列叙述正确的是( )
[A]ad段表示无催化剂时,反应所需要的活化能
[B]ac段表示有酶催化时,酶降低的活化能
[C]若换用无机催化剂,b点将向上移动
[D]加热、加压不能使物质M更容易从常态转变为活跃状态
【答案】 C
【解析】 ac段表示在无催化剂的条件下化学反应需要的活化能;ab段表示有酶催化时,酶降低的活化能;与无机催化剂相比,酶降低化学反应活化能更显著,若将酶催化改为无机催化剂催化该反应,则 b点将向上移动;加热、加压通常能使反应物分子获得足够的能量促使反应的进行。
任务二 分析酶的专一性和高效性
下图表示酶的高效性和专一性的曲线图,请分析回答下列问题。
(1)根据①分析,酶和无机催化剂有什么共同点和不同点
【提示】 共同点:酶和无机催化剂都只能缩短达到化学平衡所需要的时间,不能改变化学反应的平衡点。
不同点:与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。
(2)根据②分析:在反应物A中加入酶A,反应速率较未加酶时明显加快,而加入酶B,反应速率和未加酶时相同,这说明什么
【提示】 酶A能催化反应物A反应,而酶B不能催化反应物A反应,即酶的作用具有专一性。
核心归纳
1.酶的高效性实验设计思路
项目 实验组 对照组
材料 等量的同一种底物
试剂 与底物相对应的酶溶液 等量的无机催化剂
现象 反应速率很快或 反应用时短 反应速率缓慢 或反应用时长
结论 酶具有高效性
2.酶的专一性实验设计思路
项目 方案一 方案二
对照组 实验组 对照组 实验组
材料 底物相同(等量) 与酶相对 应的底物 另外一种底物
试剂 与底物相对应的酶 另外一 种酶 同一种酶 (等量)
现象 发生反应 不发生 反应 发生反应 不发生 反应
结论 酶具有专一性
典型例题
3.(2025·盐城期末)将图甲、乙试管放在相同且适宜温度下保温5 min后,向两支试管中分别滴加斐林试剂并水浴加热,观察现象。该实验探究的是( )
[A]酶的专一性
[B]酶的高效性
[C]酶活性是否受pH影响
[D]酶活性是否受温度影响
【答案】 A
【解析】 两支试管中加入不同底物、同种酶,可验证淀粉酶的专一性。
4.(2025·南通期中)某兴趣小组利用相关装置进行一系列的实验来研究酶的特点,示意图如下。下列说法错误的是( )
[A]本实验探究酶具有高效性的特点
[B]FeCl3溶液和肝脏研磨液作用原理相同
[C]甲、乙锥形瓶中保持溶液的pH相同即可
[D]此实验的因变量可以是O2产生的速率
【答案】 C
【解析】 在该实验中,通过比较FeCl3溶液(无机催化剂)和肝脏研磨液(含有过氧化氢酶)对H2O2分解的催化作用来探究酶的高效性;FeCl3溶液(无机催化剂)和肝脏研磨液(含有过氧化氢酶)都是通过降低化学反应的活化能来催化H2O2分解,二者作用原理相同;甲、乙锥形瓶中不仅要保持溶液的pH相同且适宜,还需要保持其他无关变量相同且适宜,如温度;可以通过观察O2产生的速率来探究不同催化剂对H2O2分解的影响,O2产生的速率可以作为该实验的因变量。
任务三 分析影响酶促反应速率的环境因素
探究1 设计探究温度对酶促反应速影响的实验
分析以下实验,回答相关问题。
步骤 项目 试管1 试管2 试管3
1 加入可溶性淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL
2 放置在不同温度环境中 0 ℃ 100 ℃ 37 ℃
3 加入新配制的相应温度下保温的唾液淀粉酶溶液 1 mL 1 mL 1 mL
4 反应时间 5 min 5 min 5 min
5 滴入碘液 2滴 2滴 2滴
6 观察结果 变蓝 变蓝 不变蓝
(1)该实验的自变量是什么 实验是否要保持酶的最适pH条件 pH在该实验中属于什么变量
【提示】 自变量是温度。该实验需要在酶的最适pH条件下进行。pH在该实验中属于无关变量。
(2)分析实验结果,能得出什么结论
【提示】 酶发挥催化作用需要适宜的温度条件,温度偏高或偏低,都会影响酶促反应速。
(3)能否用H2O2溶液来探究温度对酶促反应速的影响,为什么
【提示】 不能。探究温度对酶促反应速的影响时,自变量是温度,而H2O2会随温度升高而分解加快,从而影响实验结果。
(4)在“探究温度对唾液淀粉酶的酶促反应速的影响”实验中能否用斐林试剂来检测,为什么
【提示】 不能。因为斐林试剂与还原糖只有在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。
(5)淀粉和唾液淀粉酶为什么要预热到同一温度再混合
【提示】 严格控制实验的自变量,以免底物与酶接触时未达到预设温度而影响实验结果,增强实验的说服力。
(6)如何进一步探究唾液淀粉酶的最适温度
【提示】 缩小温度梯度,重复进行题述实验。
探究2 分析酶活性受温度和pH影响的曲线
分析图示,回答相关问题。
(1)分析图1和图2,描述温度和pH是如何影响酶活性的。
【提示】 在最适温度和最适pH条件下,酶的活性最高,温度和pH偏高或偏低,酶活性都会明显降低。
(2)为什么酶制剂适宜在低温下保存
【提示】 温度过高会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活。在低温下,酶活性很低,但酶的空间结构稳定,在适宜的温度下酶活性会升高。因此,酶制剂适宜在低温下保存。
(3)胃蛋白酶进入小肠还能不能发挥催化作用,为什么
【提示】 不能,因为胃蛋白酶的最适pH为2.0左右,胃蛋白酶进入小肠会失活。
核心归纳
1.用梯度法探究酶的最适温度或最适pH
(1)实验设计思路。
(2)实验设计方案。
①探究酶的最适温度。
②探究酶的最适pH。
说明:其他条件相同且适宜;相邻组间的差值越小,测得的最适温度(或pH)就越精确。
2.底物浓度和酶浓度影响酶促反应速率的曲线
(1)底物浓度较低时,酶促反应速率与底物浓度成正比,当底物浓度达到一定值后,受酶的数量限制,再增加底物浓度,酶促反应速率不再增加。
(2)在有足够底物而又不受其他因素影响的情况下,酶促反应速率与酶浓度成正比。
3.影响酶活性因素的相关曲线
(1)温度和pH分别对酶活性的影响。
在一定的温度(pH)范围内,随着温度(pH)升高,酶活性增大;在最适温度(pH)时,酶活性最大;超过最适温度(pH)后,随温度(pH)的升高,酶活性逐渐减小。
(2)温度和pH共同作用对酶活性的影响。
①反应溶液的pH的变化不影响酶作用的最适温度。
②反应溶液的温度的变化不影响酶作用的最适pH。
典型例题
5.(2025·连云港期末)下图为某同学探究pH对过氧化氢酶的酶促反应速率的影响的实验装置,反应瓶中装有适宜浓度的H2O2溶液。下列相关叙述错误的是( )
[A]本实验的自变量是不同pH
[B]因变量可用单位时间内量筒中收集到的气体量表示
[C]旋转反应瓶,待H2O2溶液与滤纸片接触后再调节pH
[D]本实验所用的酶和底物不适于探究温度对酶促反应速率的影响
【答案】 C
【解析】 滤纸片置于小室顶部,旋转反应瓶,可以使滤纸片与不同pH的缓冲液接触,从而控制反应的进行,即旋转反应瓶之前,H2O2溶液就需要用不同pH的缓冲液调节pH;探究温度对酶促反应速率的影响时,不能用过氧化氢和过氧化氢酶,因为过氧化氢本身在不同温度下分解速率不同,会干扰实验结果。
6.(2025·南京期末)右图表示最适温度、最适pH等条件下,淀粉浓度对淀粉酶催化淀粉水解反应速率的影响。下列叙述错误的是( )
[A]AB段限制反应速率的因素是淀粉浓度
[B]若在A点时温度升高10 ℃,曲线将下移
[C]若在B点时加入适量淀粉酶,曲线将上移
[D]BC段反应速率不再增加,说明此时酶被分解消耗完
【答案】 D
【解析】 B点之前,随着反应物浓度的增加,反应速率加快,说明AB段限制反应速率的因素是淀粉浓度;题图表示的是在最适温度、最适pH等条件下,反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响,在A点适当提高反应温度,反应速率会下降,曲线将下移;在B点限制反应速率的因素主要是酶的浓度,若在B点时加入适量淀粉酶,反应速率加快,曲线位置会上移;酶促反应过程中酶不会被分解。
随堂检测
1.(2025·泰州期末)酶对细胞代谢起着非常重要的作用。下列相关叙述正确的是( )
[A]所有酶的化学本质都是蛋白质
[B]酶能为反应物提供能量
[C]酶的催化作用通常是在常温、常压下进行的
[D]酶不能脱离生物体起作用
【答案】 C
【解析】 绝大部分酶其化学本质是蛋白质,少部分酶是RNA;酶在反应过程中不提供能量,而是降低化学反应的活化能;酶在生物体外也可发挥作用。
2.(2025·常州月考)多酶片常用于治疗消化不良。多酶片为双层结构,外层为糖衣(深色部分),内层为肠溶衣(浅色部分)。糖衣包裹的是胃蛋白酶,如下图所示。药物先进入胃,再进入肠。下列说法正确的是( )
[A]患者服用多酶片时可整片吞服,也可捣碎服用
[B]食物中的蛋白质均在胃中被消化,淀粉均在小肠中被消化
[C]肠溶衣中的化学成分在酸性环境中不易被分解
[D]胃蛋白酶和胰酶的最适pH和温度差异较大
【答案】 C
【解析】 患者服用多酶片时应整片吞服,捣碎后胰酶在胃酸性环境易变性失活;淀粉的消化始于口腔,蛋白质的消化始于胃,两者最终在小肠被彻底消化;胃液为酸性环境,小肠中消化液接近中性,肠溶衣中的化学成分在酸性环境中不易被分解,要到小肠才被分解;胃蛋白酶和胰酶的最适pH差异较大,最适温度均约为37 ℃。
3.(2024·徐州期末)下列关于研究淀粉酶的催化作用及特性实验的叙述,错误的是( )
[A]高温主要通过改变淀粉酶的空间结构,导致酶变性失活
[B]稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力,是因为酶的作用具有高效性
[C]淀粉酶在一定pH范围内起作用,酶的活性随pH升高而不断升高
[D]若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶,会降低淀粉的水解速率
【答案】 C
【解析】 淀粉酶的化学本质是蛋白质,高温会破坏蛋白质的空间结构,导致蛋白质变性失活;由于酶的作用具有高效性,所以稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力;在一定pH范围内,酶的活性会随着pH的升高而逐渐升高,达到最适pH时,酶的活性最高,之后随着pH继续升高,酶的活性逐渐降低,过酸或过碱会使酶永久失活;淀粉酶的化学本质是蛋白质,若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶,蛋白酶会将淀粉酶水解,从而使淀粉的水解速率变慢。
4.(2025·扬州月考)下图为不同pH对作用于同一底物的两种酶活性的影响。下列有关叙述正确的是( )
[A]在两种不同的pH条件下,酶2活性可能相同
[B]酶1和酶2都能催化同一底物体现了酶的高效性
[C]在任何温度条件下,pH=6时,酶2的活性都高于酶1
[D]将酶1由pH=8转移到pH=3的环境中,酶活性逐渐上升
【答案】 A
【解析】 由题图可知,在最适pH的两侧,存在两种不同的pH条件,使酶2的活性相同;酶的高效性是指与无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著,酶1和酶2都能催化同一底物不能体现酶的高效性;高温会使酶变性失活,若处于高温环境,在pH=6时,酶1和酶2均失去活性,此时酶1的活性等于酶2的活性;过酸、过碱会导致酶变性失活,在pH=8的环境下,酶1的空间结构被破坏,即使恢复到最适pH(pH=3),酶的活性也不能恢复,所以将酶1由pH=8转移到pH=3的环境中,酶活性不变。
5.(多选)(2025·泰州期末)为探究不同温度条件下两种多酚氧化酶(PPO)活性大小,某同学设计了实验并检测各组的酚剩余量,结果如下图所示。下列相关叙述正确的有( )
[A]该实验的自变量是温度和酶的种类
[B]应将底物与酶溶液常温下混合后再设置温度
[C]图中相同温度条件下酶B的活性更高
[D]应在30~50 ℃进一步探究酶B的最适温度
【答案】 ACD
【解析】 结合题图可知,该实验的自变量是温度和酶的种类,酚剩余量是因变量;实验过程中应将底物和酶溶液分别放在相应温度下保温适当时间后再混合;由实验结果可知,与酶A相比,相同温度条件下,酶B催化时底物的剩余量更少,说明酶B的活性更高;根据实验结果,为了探究酶B最适温度,应在30~50 ℃设置多个温度梯度进行实验,底物剩余量最少的实验组对应的温度即为酶B的最适温度。
果蔬表面残留的微量有机磷农药会在一定程度上危害人体健康和环境安全。科研人员对有机磷降解酶(OPH)的活性进行相关研究,结果如下所示。请回答下列问题。
金属离子对OPH活性的影响
组别 对照组 Cu2+ Ca2+ Zn2+
相对酶活性/% 100 86.50 101.03 151.01
(1)OPH可降解果蔬表面残留的有机磷农药,但不会破坏果蔬的营养成分,原因是什么 据图Ⅰ可知,70 ℃时,OPH失活的原因是什么
【提示】 酶的催化作用具有专一性。高温使OPH空间结构发生改变,酶变性失活。
(2)除温度外,影响酶活性的主要因素还有哪些(答2点) 据表分析,你能得出什么结论
【提示】 pH、重金属离子。Cu2+抑制OPH活性,Ca2+对OPH活性几乎没有影响,Zn2+增强OPH活性。
(3)OPH具有易受环境因素影响、易失活的特点,科学家用纳米胶囊包裹OPH以提高其稳定性。研究发现OPH表面纳米胶囊的致密程度会影响OPH活性,如图Ⅱ所示,过于疏松和紧密均会导致酶促反应速率下降,推测其原因分别是什么 据此,请提出进一步探究的科学问题。
【提示】 过于疏松,使得OPH容易从纳米胶囊中漏出,使酶浓度降低,酶促反应速率下降;过于紧密,使得酶与底物的接触面积降低,酶促反应速率下降。探究OPH表面纳米胶囊的最适致密程度。
课时作业
(时间:30分钟 分值:44分)
第1~8题每题3分,第9~10题每题6分,共计36分。
基础对点练
知识点1 酶的化学本质及作用实质
1.(2025·无锡月考)酶是一类生物催化剂,下列叙述正确的是( )
[A]酶是具有生物催化作用的蛋白质
[B]酶是活细胞产生的
[C]酶为化学反应提供能量,从而提高反应速率
[D]酶在催化底物时,结构不会发生变化,否则将失活
【答案】 B
【解析】 酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物,绝大多数酶的化学本质是蛋白质,少数是RNA;酶是活细胞产生的;酶的作用机理是降低化学反应的活化能,从而提高反应速率;酶作为催化剂,在催化底物时,需要和底物结合,因而其空间结构会发生变化,但酶在反应前后理化性质不会发生改变。
2.下图表示反应物(初态)在不同条件下发生化学反应后成为产物(终态)的过程中能量的变化曲线。分析1、2、3曲线和a、b、c、d、e 5个点的能量值,错误的是( )
[A]d分别与a、b、c的差值是3种不同条件下发生的化学反应所需要的不同的活化能
[B]最可能是酶促反应的是曲线1,因为酶能够加强化学反应的活化能
[C]d、b差值大于d、c差值,说明前者反应过程需要的能量较后者多
[D]d、e差值是反应物生成产物过程中释放的能量
【答案】 B
【解析】 d是3种条件下的初始状态,其分别与a、b、c的差值是3种不同条件下发生的化学反应所需要的不同的活化能;酶能够降低化学反应的活化能,结合以上分析可知,最可能代表酶促反应的是曲线3;d、b差值大于d、c差值,说明前者反应过程需要的能量较后者多;d表示反应物的能量,e代表产物的能量,则d、e差值是反应物生成产物过程中释放的能量。
知识点2 酶的特性
3.(2025·扬州月考)在三支试管中加入等量的体积分数为3%的H2O2溶液,再分别加入等量的蒸馏水、FeCl3溶液、新鲜猪肝研磨液,生物化学反应速率曲线如下图所示,图中曲线①、②、③依次代表的是( )
[A]加入蒸馏水、FeCl3溶液、新鲜猪肝研磨液
[B]加入新鲜猪肝研磨液、FeCl3溶液、蒸馏水
[C]加入FeCl3溶液、新鲜猪肝研磨液、蒸馏水
[D]加入新鲜猪肝研磨液、蒸馏水、FeCl3溶液
【答案】 B
【解析】 与无机催化剂相比,过氧化氢酶降低生化反应活化能的效果更显著,曲线①为加入新鲜猪肝研磨液,曲线②为加入FeCl3溶液,曲线③为加入蒸馏水。
4.某同学进行了如下有关酶的实验。
甲组:淀粉溶液+新鲜唾液→加入斐林试剂→水浴加热→出现砖红色沉淀
乙组:蔗糖溶液+新鲜唾液→加入斐林试剂→水浴加热→不出现砖红色沉淀
丙组:蔗糖溶液+蔗糖酶溶液→加入斐林试剂→水浴加热→
下列叙述正确的是( )
[A]丙组的实验结果是“不出现砖红色沉淀”
[B]三组实验中,底物的用量属于自变量
[C]该同学的实验目的是验证酶的专一性
[D]可用碘液代替斐林试剂进行检测
【答案】 C
【解析】 蔗糖酶能催化蔗糖水解为果糖和葡萄糖,果糖和葡萄糖都是还原糖,加入斐林试剂水浴加热会出现砖红色沉淀;底物的用量在三组实验中属于无关变量,应保持相同且适宜;从实验所用的底物(淀粉溶液、蔗糖溶液)和酶(唾液淀粉酶、蔗糖酶)的种类分析可知,该实验的目的是验证酶的专一性;碘液使淀粉呈现蓝色,不能使还原糖和蔗糖呈现蓝色,使用碘液无法检测乙、丙的反应,无法得出结论。
5.(2025·常州期末)切开的苹果容易出现褐变现象,这与过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)在有氧条件下催化酚类物质经一系列反应转化为多聚色素有关。细胞中的酚类物质可被聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)去除。下列叙述正确的是( )
[A]POD和PPO参与代谢反应会消耗活化能
[B]POD和PPO催化不同的反应体现了酶的高效性
[C]PVPP应用于水果保鲜的机理与低温冷藏的不同
[D]将苹果高温煮熟,切开后仍然会出现“褐变”现象
【答案】 C
【解析】 酶作为生物催化剂,其主要作用是降低化学反应的活化能,使反应更容易进行,但酶本身并不消耗活化能;POD和PPO催化不同的反应体现了酶的专一性;聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)能够去除细胞中的酚类物质,从而阻断了酚类物质被酶催化转化为多聚色素的途径,达到保鲜的目的,而低温冷藏则是通过降低酶的活性来减缓反应速率,从而保鲜,两者保鲜的机理并不相同;鲜切水果的褐变现象与过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)的活性有关,将苹果高温煮熟会使酶失活,切开后不会出现“褐变”现象。
知识点3 影响酶促反应速率的因素
6.(2025·南京月考)某同学将新鲜的肝脏小块置于图1装置的过氧化氢溶液中,获得产气量与时间的关系如图2所示。下列操作中可提高t时产气量的是( )
[A]改变①的pH [B]将②切得更碎
[C]提高①的浓度 [D]增加②的数量
【答案】 C
【解析】 改变①的pH,会改变过氧化氢酶的活性,反应速率发生改变,但并不能改变化学反应平衡点,即气体量不变;将②切得更碎,有利于过氧化氢与过氧化氢酶的接触,反应速率加快,即t时间变短,但是气体的量不变;①表示过氧化氢溶液,增加过氧化氢的量,反应完成后,t时刻产气量增加;增加②的数量,过氧化氢酶的量增多,反应速率加快,即t时间变短,但是气体的量不变。
7.(2025·扬州期中)下图为某酶促反应中,不同温度条件下底物浓度随时间变化的曲线图。下列相关叙述正确的是( )
[A]该酶最适温度在25~45 ℃,60 ℃时已失活
[B]增加底物浓度会使酶的活性升高,t2、t3两点将左移
[C]若该酶不与双缩脲试剂反应,则其含有碱基U
[D]0~t1时间段,25 ℃条件下的平均反应速率比45 ℃条件下的快
【答案】 C
【解析】 据题图分析可知,在45 ℃时酶的活性最高,其次是25 ℃时,60 ℃条件下,由于温度过高,酶已失活,但由于题图中涉及的温度很少,因此该酶最适温度不一定在 25~45 ℃;酶的活性只与温度、pH等因素有关,与底物浓度无关,增加底物浓度不会使酶的活性升高;若该酶不与双缩脲试剂反应,则其化学本质为RNA,其含有碱基U;反应速率可以用单位时间内底物浓度的变化量来表示。在0~t1时间段,45 ℃条件下底物浓度下降得更快,所以45 ℃条件下的平均反应速率比25 ℃条件下的快。
8.(2025·常州期末)真菌分泌的植酸酶作为畜禽饲料添加剂,可提高饲料利用率。科研人员对真菌产生的两种植酸酶在不同pH条件下活性的差异进行研究,结果如下图所示。下列相关叙述错误的是( )
[A]植酸酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物
[B]当pH由8调为最适pH时,植酸酶B活性不变
[C]若两种酶能催化同一底物分解,则说明酶不具专一性
[D]两种酶相比,植酸酶A更适合添加在家畜饲料中
【答案】 C
【解析】 植酸酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物,可在细胞内或细胞外发挥作用;植酸酶B在pH为8的条件下空间结构发生了改变,这种改变是不可逆的,因此当pH由8调为最适pH时,植酸酶B活性不变;两种酶能催化同一底物分解,但是它们作用的位点等可能不同,不能说明酶不具专一性,酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类生化反应;因为胃液的pH较低,在此条件下植酸酶A的相对活性较高,故更适合添加在家畜饲料中。
综合提升练
9.(多选)(2025·南京月考)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失活。此外,加热也能使碱性蛋白酶失活,如下图所示。下列叙述正确的有( )
[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]碱性蛋白酶完全解折叠后不能与双缩脲试剂发生紫色反应
【答案】 AC
【解析】 由题“部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解失活”可知,碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活;由题图可知,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,只有进一步加热才导致不可逆改变;碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象,而且加热也能使碱性蛋白酶失活,会降低碱性蛋白酶的洗涤剂去污效果,添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果;碱性蛋白酶完全解折叠后,其肽键仍然存在,仍可与双缩脲试剂发生紫色反应。
10.(多选)(2025·常州月考)科研人员从某种微生物细胞中分离得到了一种酶Q,为了探究该酶的最适温度,进行了相关实验。实验结果如图甲所示;图乙为酶Q在40 ℃下催化一定量的底物时,生成物的量随时间变化的曲线。下列分析正确的有( )
[A]由图甲可知,该种微生物适合在较高的温度环境中生存
[B]酶Q的化学本质是蛋白质或DNA
[C]图乙实验中若升高温度,酶Q的活性不一定升高
[D]图乙中,在t2时增加底物的量,酶Q的活性不变
【答案】 ACD
【解析】 由图甲可知,温度较高时,底物的剩余量减少,故酶活性较高,说明该种微生物适合在较高的温度环境中生存;大多数酶是蛋白质少数是RNA,所以酶Q的化学本质是蛋白质或RNA;由于不知道酶Q的最适温度,所以图乙实验中若升高温度,酶Q的活性不一定升高;酶活性受温度和pH的影响,与底物的量无关,故图乙中,在t2时增加底物的量,酶Q的活性不变。
11.(8分)(2025·无锡期末)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,检测了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)由图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)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2所示。
①本实验的自变量是 (答出一个)。温度是 变量。
②由图2可知,加入板栗壳黄酮,胰脂肪酶的最适pH变 。
③若要探究pH为7.4条件下,不同浓度的板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性的影响,实验的基本思路是在pH为7.4条件下设置一系列板栗壳黄酮浓度梯度,分别测定 与
的酶活性,并计算其差值。
【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)抑制
(2)①是否加入板栗壳黄酮和不同pH(2分) 无关 ②大 ③对照组 加入板栗壳黄酮组(2分)
【解析】 (1)据图1实验结果可知,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)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,本实验的自变量为是否加入板栗壳黄酮和不同pH,温度是无关变量。
②由图2可知,加入板栗壳黄酮,胰脂肪酶的最适pH变大。
③若要探究pH为7.4条件下,不同浓度的板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性的影响,则实验的自变量为板栗壳黄酮浓度,因变量为酶活性,因此实验的基本思路是在pH为 7.4条件下,设置一系列板栗壳黄酮浓度梯度,分别测定对照组与加入板栗壳黄酮组的酶活性,并计算其差值。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第一节 生命活动需要酶和能源物质
第1课时 生物催化剂——酶
课时作业
(时间:30分钟 分值:44分)
第1~8题每题3分,第9~10题每题6分,共计36分。
基础对点练
知识点1 酶的化学本质及作用实质
1.(2025·无锡月考)酶是一类生物催化剂,下列叙述正确的是( )
[A]酶是具有生物催化作用的蛋白质
[B]酶是活细胞产生的
[C]酶为化学反应提供能量,从而提高反应速率
[D]酶在催化底物时,结构不会发生变化,否则将失活
【答案】 B
【解析】 酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物,绝大多数酶的化学本质是蛋白质,少数是RNA;酶是活细胞产生的;酶的作用机理是降低化学反应的活化能,从而提高反应速率;酶作为催化剂,在催化底物时,需要和底物结合,因而其空间结构会发生变化,但酶在反应前后理化性质不会发生改变。
2.下图表示反应物(初态)在不同条件下发生化学反应后成为产物(终态)的过程中能量的变化曲线。分析1、2、3曲线和a、b、c、d、e 5个点的能量值,错误的是( )
[A]d分别与a、b、c的差值是3种不同条件下发生的化学反应所需要的不同的活化能
[B]最可能是酶促反应的是曲线1,因为酶能够加强化学反应的活化能
[C]d、b差值大于d、c差值,说明前者反应过程需要的能量较后者多
[D]d、e差值是反应物生成产物过程中释放的能量
【答案】 B
【解析】 d是3种条件下的初始状态,其分别与a、b、c的差值是3种不同条件下发生的化学反应所需要的不同的活化能;酶能够降低化学反应的活化能,结合以上分析可知,最可能代表酶促反应的是曲线3;d、b差值大于d、c差值,说明前者反应过程需要的能量较后者多;d表示反应物的能量,e代表产物的能量,则d、e差值是反应物生成产物过程中释放的能量。
知识点2 酶的特性
3.(2025·扬州月考)在三支试管中加入等量的体积分数为3%的H2O2溶液,再分别加入等量的蒸馏水、FeCl3溶液、新鲜猪肝研磨液,生物化学反应速率曲线如下图所示,图中曲线①、②、③依次代表的是( )
[A]加入蒸馏水、FeCl3溶液、新鲜猪肝研磨液
[B]加入新鲜猪肝研磨液、FeCl3溶液、蒸馏水
[C]加入FeCl3溶液、新鲜猪肝研磨液、蒸馏水
[D]加入新鲜猪肝研磨液、蒸馏水、FeCl3溶液
【答案】 B
【解析】 与无机催化剂相比,过氧化氢酶降低生化反应活化能的效果更显著,曲线①为加入新鲜猪肝研磨液,曲线②为加入FeCl3溶液,曲线③为加入蒸馏水。
4.某同学进行了如下有关酶的实验。
甲组:淀粉溶液+新鲜唾液→加入斐林试剂→水浴加热→出现砖红色沉淀
乙组:蔗糖溶液+新鲜唾液→加入斐林试剂→水浴加热→不出现砖红色沉淀
丙组:蔗糖溶液+蔗糖酶溶液→加入斐林试剂→水浴加热→
下列叙述正确的是( )
[A]丙组的实验结果是“不出现砖红色沉淀”
[B]三组实验中,底物的用量属于自变量
[C]该同学的实验目的是验证酶的专一性
[D]可用碘液代替斐林试剂进行检测
【答案】 C
【解析】 蔗糖酶能催化蔗糖水解为果糖和葡萄糖,果糖和葡萄糖都是还原糖,加入斐林试剂水浴加热会出现砖红色沉淀;底物的用量在三组实验中属于无关变量,应保持相同且适宜;从实验所用的底物(淀粉溶液、蔗糖溶液)和酶(唾液淀粉酶、蔗糖酶)的种类分析可知,该实验的目的是验证酶的专一性;碘液使淀粉呈现蓝色,不能使还原糖和蔗糖呈现蓝色,使用碘液无法检测乙、丙的反应,无法得出结论。
5.(2025·常州期末)切开的苹果容易出现褐变现象,这与过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)在有氧条件下催化酚类物质经一系列反应转化为多聚色素有关。细胞中的酚类物质可被聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)去除。下列叙述正确的是( )
[A]POD和PPO参与代谢反应会消耗活化能
[B]POD和PPO催化不同的反应体现了酶的高效性
[C]PVPP应用于水果保鲜的机理与低温冷藏的不同
[D]将苹果高温煮熟,切开后仍然会出现“褐变”现象
【答案】 C
【解析】 酶作为生物催化剂,其主要作用是降低化学反应的活化能,使反应更容易进行,但酶本身并不消耗活化能;POD和PPO催化不同的反应体现了酶的专一性;聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)能够去除细胞中的酚类物质,从而阻断了酚类物质被酶催化转化为多聚色素的途径,达到保鲜的目的,而低温冷藏则是通过降低酶的活性来减缓反应速率,从而保鲜,两者保鲜的机理并不相同;鲜切水果的褐变现象与过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)的活性有关,将苹果高温煮熟会使酶失活,切开后不会出现“褐变”现象。
知识点3 影响酶促反应速率的因素
6.(2025·南京月考)某同学将新鲜的肝脏小块置于图1装置的过氧化氢溶液中,获得产气量与时间的关系如图2所示。下列操作中可提高t时产气量的是( )
[A]改变①的pH [B]将②切得更碎
[C]提高①的浓度 [D]增加②的数量
【答案】 C
【解析】 改变①的pH,会改变过氧化氢酶的活性,反应速率发生改变,但并不能改变化学反应平衡点,即气体量不变;将②切得更碎,有利于过氧化氢与过氧化氢酶的接触,反应速率加快,即t时间变短,但是气体的量不变;①表示过氧化氢溶液,增加过氧化氢的量,反应完成后,t时刻产气量增加;增加②的数量,过氧化氢酶的量增多,反应速率加快,即t时间变短,但是气体的量不变。
7.(2025·扬州期中)下图为某酶促反应中,不同温度条件下底物浓度随时间变化的曲线图。下列相关叙述正确的是( )
[A]该酶最适温度在25~45 ℃,60 ℃时已失活
[B]增加底物浓度会使酶的活性升高,t2、t3两点将左移
[C]若该酶不与双缩脲试剂反应,则其含有碱基U
[D]0~t1时间段,25 ℃条件下的平均反应速率比45 ℃条件下的快
【答案】 C
【解析】 据题图分析可知,在45 ℃时酶的活性最高,其次是25 ℃时,60 ℃条件下,由于温度过高,酶已失活,但由于题图中涉及的温度很少,因此该酶最适温度不一定在 25~45 ℃;酶的活性只与温度、pH等因素有关,与底物浓度无关,增加底物浓度不会使酶的活性升高;若该酶不与双缩脲试剂反应,则其化学本质为RNA,其含有碱基U;反应速率可以用单位时间内底物浓度的变化量来表示。在0~t1时间段,45 ℃条件下底物浓度下降得更快,所以45 ℃条件下的平均反应速率比25 ℃条件下的快。
8.(2025·常州期末)真菌分泌的植酸酶作为畜禽饲料添加剂,可提高饲料利用率。科研人员对真菌产生的两种植酸酶在不同pH条件下活性的差异进行研究,结果如下图所示。下列相关叙述错误的是( )
[A]植酸酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物
[B]当pH由8调为最适pH时,植酸酶B活性不变
[C]若两种酶能催化同一底物分解,则说明酶不具专一性
[D]两种酶相比,植酸酶A更适合添加在家畜饲料中
【答案】 C
【解析】 植酸酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物,可在细胞内或细胞外发挥作用;植酸酶B在pH为8的条件下空间结构发生了改变,这种改变是不可逆的,因此当pH由8调为最适pH时,植酸酶B活性不变;两种酶能催化同一底物分解,但是它们作用的位点等可能不同,不能说明酶不具专一性,酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类生化反应;因为胃液的pH较低,在此条件下植酸酶A的相对活性较高,故更适合添加在家畜饲料中。
综合提升练
9.(多选)(2025·南京月考)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失活。此外,加热也能使碱性蛋白酶失活,如下图所示。下列叙述正确的有( )
[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]碱性蛋白酶完全解折叠后不能与双缩脲试剂发生紫色反应
【答案】 AC
【解析】 由题“部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解失活”可知,碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活;由题图可知,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,只有进一步加热才导致不可逆改变;碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象,而且加热也能使碱性蛋白酶失活,会降低碱性蛋白酶的洗涤剂去污效果,添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果;碱性蛋白酶完全解折叠后,其肽键仍然存在,仍可与双缩脲试剂发生紫色反应。
10.(多选)(2025·常州月考)科研人员从某种微生物细胞中分离得到了一种酶Q,为了探究该酶的最适温度,进行了相关实验。实验结果如图甲所示;图乙为酶Q在40 ℃下催化一定量的底物时,生成物的量随时间变化的曲线。下列分析正确的有( )
[A]由图甲可知,该种微生物适合在较高的温度环境中生存
[B]酶Q的化学本质是蛋白质或DNA
[C]图乙实验中若升高温度,酶Q的活性不一定升高
[D]图乙中,在t2时增加底物的量,酶Q的活性不变
【答案】 ACD
【解析】 由图甲可知,温度较高时,底物的剩余量减少,故酶活性较高,说明该种微生物适合在较高的温度环境中生存;大多数酶是蛋白质少数是RNA,所以酶Q的化学本质是蛋白质或RNA;由于不知道酶Q的最适温度,所以图乙实验中若升高温度,酶Q的活性不一定升高;酶活性受温度和pH的影响,与底物的量无关,故图乙中,在t2时增加底物的量,酶Q的活性不变。
11.(8分)(2025·无锡期末)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,检测了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)由图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)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2所示。
①本实验的自变量是 (答出一个)。温度是 变量。
②由图2可知,加入板栗壳黄酮,胰脂肪酶的最适pH变 。
③若要探究pH为7.4条件下,不同浓度的板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性的影响,实验的基本思路是在pH为7.4条件下设置一系列板栗壳黄酮浓度梯度,分别测定 与
的酶活性,并计算其差值。
【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)抑制
(2)①是否加入板栗壳黄酮和不同pH(2分) 无关 ②大 ③对照组 加入板栗壳黄酮组(2分)
【解析】 (1)据图1实验结果可知,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)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,本实验的自变量为是否加入板栗壳黄酮和不同pH,温度是无关变量。
②由图2可知,加入板栗壳黄酮,胰脂肪酶的最适pH变大。
③若要探究pH为7.4条件下,不同浓度的板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性的影响,则实验的自变量为板栗壳黄酮浓度,因变量为酶活性,因此实验的基本思路是在pH为 7.4条件下,设置一系列板栗壳黄酮浓度梯度,分别测定对照组与加入板栗壳黄酮组的酶活性,并计算其差值。
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