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2027全国版高考生物学一轮复习
课时规范练8 降低化学反应活化能的酶
(选择题每小题3分)
必备知识基础练
考点一 酶的本质和作用
1.(2025·甘肃白银模拟)生物的生命活动离不开酶的作用。下列关于酶的叙述,正确的是( )
A.由于胃蛋白酶的催化效率高,不能用于动物细胞间的分离
B.酶在细胞内既可催化有机物的反应,也可催化无机物的反应
C.无机催化剂催化细胞外的反应,酶催化细胞内的反应
D.酶是蛋白质,高温保存可引起其空间结构改变导致活性降低
2.(2025·河南开封三模)过渡态是指化学反应过程中反应物达到的能量最高状态。根据过渡态理论,没有催化剂作用的化学反应进程示意图如图所示,其中E1、E2代表相应过程所需的能量,下列有关分析正确的是( )
A.酶能降低图中E2代表的活化能
B.加热能降低图中E1代表的活化能
C.pH能影响酶的活性,使反应物转化到过渡态所需的时间不同
D.酶的用量能影响图中E1代表的能量多少
考点二 酶的特性及影响酶促反应的因素分析
3.(2025·河北保定二模)葡萄糖传感器是患者在糖尿病管理中用于实时监测血糖水平的核心设备,其核心原理依赖于葡萄糖氧化酶(GOD)的生物催化作用,反应式如图所示。下列叙述错误的是( )
葡萄糖+O2葡萄糖酸+H2O2
A.该传感器中GOD能够降低葡萄糖氧化反应的活化能
B.该传感器需在适宜的温度条件下使用,高温会破坏酶的空间结构
C.利用葡萄糖传感器监测血糖时,GOD在传感器中能反复利用
D.该传感器的反应速率仅与葡萄糖浓度有关,与酶的含量无关
4.(2026·湖北模拟)下图表示最适pH条件下纤维素酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是( )
A.纤维素酶能破坏细菌细胞壁,具有抗菌消炎的作用
B.温度为T2时最适合纤维素酶的保存
C.改变pH,相应反应的活化能会升高
D.酶的部分空间结构在T1和T3时均发生了可逆性的破坏
5.(2025·河北保定三模)在植物体内,蔗糖合酶可以催化蔗糖与UDP反应生成尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)和果糖,这是蔗糖分解代谢的一条重要途径,同时,在某些条件下,它也能催化UDPG和果糖合成蔗糖,参与蔗糖的合成代谢。下列相关叙述正确的是( )
A.用同位素标记UDP中的磷元素,可在合成的UDPG中检测到放射性
B.低温条件下,蔗糖合酶的空间结构被破坏,催化活性降低
C.细胞中蔗糖合酶基因的表达量增加,细胞内蔗糖的含量一定会上升
D.蔗糖合酶催化蔗糖合成时,反应的活化能由酶提供
6.(2025·辽宁沈阳三模)某兴趣小组利用如下装置探究过氧化氢的分解条件,下列叙述错误的是( )
A.该实验需在相同且适宜的反应时间后比较气球大小
B.可选择①和③来进行酶具有高效性的验证实验
C.④组气球未明显膨胀是因为高温破坏了酶的空间结构
D.该实验不适合用来探究温度对酶活性的影响
7.(2025·甘肃白银三模)过氧化氢酶(CAT)是一种重要的逆境生理酶,在生物体内起防御和保护作用。科学人员测得在不同温度下茶树中CAT的相对活力如图所示,下列叙述正确的是( )
A.CAT是茶树活细胞产生的能直接调节生命活动的物质
B.CAT既能降低化学反应所需的活化能,又能提供能量
C.根据曲线变化可推测,茶树生长的最适温度是36 ℃
D.提高CAT的耐高温能力可能有利于茶树适应夏季高温天气
8.(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
考点三 实验:探究酶的专一性及影响酶活性的条件
9.(2025·贵州贵阳模拟)植物蛋白酶X能使肉类蛋白质部分水解,可用于制作肉类嫩化剂。某实验小组欲测定两种酶在37 ℃、不同pH下的相对活性,下列叙述最不合理的是( )
A.实验时应设置不添加酶X的对照组,以探究底物在不同pH下的水解情况
B.植物蛋白酶能催化植物蛋白水解也能催化动物蛋白水解,不能说明酶不具专一性
C.酶X活性随pH升高而一直升高
D.利用酶X制作的肉类嫩化剂应避免在爆炒时添加
10.(2025·重庆模拟)某兴趣小组以淀粉纸为材料设计了4套实验方案来探究酶的特性,如表所示。下列叙述正确的是( )
方案 底物 催化剂 pH 温度
① 淀粉纸 淀粉酶或蛋白酶 7 37 ℃
② 淀粉纸 淀粉酶+蛋白酶 7 37 ℃
③ 淀粉纸 淀粉酶 3、7、11 37 ℃
④ 淀粉纸 淀粉酶 3 0 ℃、37 ℃、90 ℃
A.方案①可验证酶的专一性,自变量是酶的种类
B.方案②可同时探究两种酶的活性
C.方案③可用于探究pH对酶活性的影响
D.方案④可用于探究温度对酶活性的影响
11.(2025·浙江绍兴模拟)为探究某抑制剂对酶促反应速率的影响是否与底物浓度有关,某实验小组设计了如下实验,实验测定的是反应初期的速率,单位为μmol/min。下列说法错误的是( )
实验组 一 二 三 四 五 六
底物液/mL 1 1 2 2 3 3
蒸馏水/mL 8 a b c d e
酶A溶液/mL 1 1 1 1 1 1
抑制剂/mL 0 0.5 0 0.5 0 0.5
反应速率 8.7 6.0 14.8 12.3 20.2 18.2
A.该实验的自变量为底物浓度与抑制剂的有无
B.根据对照实验的基本原则,表中c值为6.5
C.该实验条件下,在一定范围内,随底物浓度增加,酶活性增强
D.在一定范围内,随底物浓度增加,抑制剂对酶A的抑制作用减弱
12.(2026·辽宁模拟)某生物研究小组利用蛋清煮熟后的蛋白块为材料,探究不同水温对加酶洗衣粉中蛋白酶活性影响,实验流程如下表。
组别 A B C D E
加入酶溶液 等量的一定浓度的加酶洗衣粉溶液
控制水温/ ℃ 0 10 20 30 40
加入底物 1块1 cm3的正方体凝固蛋白块
蛋白块消失的时间/min 60 45 13 8 10
下列有关该实验的分析中,错误的是( )
A.蛋清变成蛋白块后空间结构变得松散,更易被蛋白酶分解
B.0 ℃水温中蛋白酶的空间结构虽有破坏,但是还有一定的活性
C.因变量还可以通过计算相同时间内蛋白块减少的体积来衡量
D.本实验可以通过增加各组加酶洗衣粉浓度来缩减实验时长
关键能力提升练
13.(2025·山西三模)我国科学家自主研发的抗淋巴瘤新药——泽布替尼是酪氨酸激酶(BTK)的抑制剂。研究小组为了验证泽布替尼是不可逆抑制剂(与酶不可逆结合,酶的活性不能恢复),在容器中加入一定量BTK溶液和适量泽布替尼,一段时间后测定BTK的活性。随后将容器中的溶液装入透析袋,在蒸馏水中进行透析处理后,再测定BTK活性。已知泽布替尼可通过透析袋,BTK不能通过。下列分析错误的是( )
A.BTK能降低化学反应的活化能,使化学反应快速有序进行
B.该实验的自变量是透析处理时间,因变量是BTK的活性变化
C.实验过程中要确保BTK在最适温度和pH条件下发挥作用
D.透析前后BTK活性不变,证明泽布替尼是不可逆抑制剂
14.(2025·安徽模拟)木瓜蛋白酶具有较宽的底物特异性,它能够作用于蛋白质中L-精氨酸、L-赖氨酸、甘氨酸和L-瓜氨酸残基的羧基参与形成的肽键。科研人员为了探究不同无机盐对木瓜蛋白酶活性的影响,进行了相关实验,实验结果如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A.木瓜蛋白酶催化蛋白质水解,所得产物是氨基酸
B.乙组与其余两组遵循单一变量原则,可构成对照实验
C.实验结果表明,CaCl2对木瓜蛋白酶活性的影响最小
D.木瓜蛋白酶的活性越高,为水解反应提供的活化能越多
15.(2026·黑龙江模拟)针对某酶促反应,李华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,如图一所示: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。图二中的模型A和模型B代表两类酶抑制剂。根据题中信息判断,下列相关叙述正确的是( )
图一
图二
A.若提高甲组酶量重新实验,其最大反应速率会增大
B.物质W1和W2分别属于模型A、模型B代表的酶抑制剂
C.若加大反应物浓度,可以减弱W1对反应速率的影响
D.过酸、过碱、温度过高对酶活性的影响与W2的作用相似
16.(2025·黑龙江齐齐哈尔三模)辣椒红素是辣椒品质鉴定的重要指标之一。研究者探究在最适温度45 ℃,不同初始pH条件下酶解液对辣椒红素产量的影响,得到以下部分数据。下列关于该实验研究的叙述,错误的是( )
酶解液初始pH 4.5 5 5.5 6
辣椒红素产量/(mg·g-1) 6.5 6.7 7.9 7
A.该实验的自变量是酶解液的初始pH
B.当pH为5.5时,该反应的活化能最高
C.低温、pH为5.5有利于酶解液的保存
D.适当提高温度不利于提高酶解液的活性
17.(14分)(2025·江西景德镇三模)浮梁红茶(又称“浮红”)因其形美、色艳、香郁、味醇的特点享誉海内外。发酵是浮红制作的关键工序,将揉捻后的茶叶置于特定环境,茶叶中的多酚氧化酶(PPO)能催化无色的多酚类物质氧化为褐色醌类物质。科研人员探究了pH、高温等因素对PPO活性的影响,结果如图所示。回答下列问题。
甲
乙
(1)PPO催化无色物质生成褐色物质的机理是 。制作绿茶时,在揉捻之前需经过焙火杀青,其目的是将茶叶经 处理,防止酶促褐变。
(2)据图可知,温度越高,PPO维持活性的时间越 。PPO粗提取液应在低温下临时保存的原因是 。
(3)结合图甲中信息,拟设计实验进一步探究浮红茶叶中PPO的最适pH(注:PPO的最适温度约为35 ℃)。在制备PPO粗提取液时一般会加入少量二氧化硅,目的是 。现有充足的PPO粗提取液、茶多酚、仪器设备(如分光光度计,可定量测量有色物质的吸光度值,进而反映有色物质的含量)、pH不同的缓冲液(请自主设置pH范围)和玻璃器皿,简要描述实验过程:
①取5支洁净的试管,编号为A、B、C、D、E,分别加入等量的PPO粗提取液。
② 。
③在每支试管中加入等量(且足量)的等浓度的茶多酚溶液。
④ 。
(4)桃、苹果、香蕉、荔枝等果实中也含有较多的PPO,褐变会导致果实品质下降,甚至腐败。为降低去皮后的果实和果汁褐变的速度,以利于保存。综合上述信息,请你提出两点合理的建议 (答出2点即可)。
参考答案
必备知识基础练
1.B 解析 胃蛋白酶不能用于动物细胞间的分离,原因是在动物细胞培养的pH条件下胃蛋白酶会变性失活,A项错误。酶是生物催化剂,既可催化有机物的反应(如淀粉酶催化淀粉水解),也可催化无机物的反应(如过氧化氢酶催化过氧化氢分解为水和氧气),B项正确。酶不仅能催化细胞内的反应(如细胞呼吸中的酶),也能催化细胞外的反应(如消化酶在消化道中催化食物分解),C项错误。酶的本质是蛋白质或RNA,D项错误。
2.C 解析 酶和无机催化剂均能降低题图中E1代表的活化能,A项错误。加热能够为反应提供能量,不是降低题图中E1代表的活化能,B项错误。pH能影响酶的活性,酶的活性不同,反应物转化到过渡态所需的时间不同,C项正确。酶的用量不能影响题图中E1代表的能量多少,只影响反应完成所需的时间,D项错误。
3.D 解析 酶的作用机理是降低化学反应所需的活化能,因此葡萄糖氧化酶(GOD)能够降低葡萄糖氧化反应的活化能,A项正确。温度会影响酶的活性,因此该传感器需在适宜的温度条件下使用,高温会破坏酶的空间结构,使酶的活性降低甚至丧失活性,B项正确。酶在催化反应前后结构不变,因此可以反复利用,即利用葡萄糖传感器监测血糖时,GOD在传感器中能反复利用,C项正确。底物的浓度、酶的含量等均会影响反应速率,因此该传感器的反应速率不仅与葡萄糖浓度有关,也与酶的含量有关,D项错误。
4.C 解析 细菌细胞壁的成分为肽聚糖,纤维素酶不能破坏细菌细胞壁,不具有抗菌消炎的作用,A项错误。T2是纤维素酶活性的最适温度,低温适合酶的保存,因此T1更适合纤维素酶的保存,B项错误。题图表示最适pH条件下纤维素酶活性与温度的关系,改变pH,酶的活性会降低,相应反应的活化能会升高,C项正确。T1温度较低,酶的活性降低,空间结构没有破坏,T3温度较高,酶的部分空间结构发生了不可逆性的破坏,D项错误。
5.A 解析 UDP含有两个磷酸基团,若其磷元素被同位素标记,在反应生成UDPG时,UDP作为底物直接参与反应,其磷酸基团会保留在产物中,因此在UDPG中可检测到放射性,A项正确。低温仅抑制酶的活性,不会破坏酶的空间结构,B项错误。蔗糖合酶既可催化蔗糖分解,也可催化其合成。蔗糖合酶基因表达量增加说明酶含量增多,但蔗糖含量的变化取决于具体代谢方向(如分解或合成),C项错误。酶的作用是降低反应的活化能,而非提供活化能,D项错误。
6.B 解析 该实验的因变量是单位时间氧气的产生量,需在相同且适宜的反应时间后比较气球大小,A项正确。选择①和③可验证酶具有催化作用,要验证酶具有高效性应选择②和③,B项错误。④组气球未明显膨胀说明过氧化氢未分解,是因为高温破坏了酶的空间结构,C项正确。要探究温度对酶活性的影响,实验的自变量是不同的温度,但H2O2溶液在常温下就能分解,加热条件下其分解会加快,从而影响实验结果,因此不能用来探究温度对酶活性的影响,D项正确。
7.D 解析 CAT是活细胞产生的具有催化作用的有机物,不具有调节作用,A项错误。CAT是一种有机催化剂,能降低过氧化氢分解反应的活化能,从而加速反应,但不能提供能量,B项错误。由曲线可知,在36 ℃时,CAT的相对活力最高,而CAT是一种逆境生理酶,可推测36 ℃最可能属于“逆境”条件,不能根据“逆境”条件下过氧化氢酶的最适温度来确定植物生长的最适温度,C项错误。提高CAT的耐高温能力,可加强CAT的防御和保护作用,有利于提高茶树的抗逆性,从而使茶树更好地适应夏季高温天气,D项正确。
8.A 解析 由题图可知,在相同ATP浓度下,酶A催化ATP水解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,因此在相同ATP浓度下,酶A、酶B和酶C催化产生的最终ADP和Pi量相同,A项错误。由题图可知,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浓度都是10,B项正确。由题图可知,ATP浓度相同时,酶促反应速率大小为酶A>酶B>酶C,C项正确。当反应速率相对值达到400时,酶A、酶B和酶C的所需要的ATP浓度相对值依次增加,即酶A所需要的ATP浓度最低,D项正确。
9.C 解析 有的物质会在特定pH环境下发生水解,所以在实验时应设置不添加酶X的空白对照组,以探究底物在不同pH下水解情况,A项正确。酶的专一性是指每一种酶只能催化一种或一类化学反应。植物蛋白酶能催化植物蛋白水解也能催化动物蛋白水解,不能说明酶不具专一性,B项正确。在一定pH范围内,随着pH升高,酶活性升高,超过最适pH后,随pH升高,酶活性会降低甚至失活,C项错误。酶在高温条件下会失活,爆炒时温度过高可能会导致肉类嫩化剂失活,D项正确。
10.A 解析 方案①的变量是酶的种类,目的是验证酶的专一性,此时的无关变量pH和温度均应保持相同且适宜,A项正确。淀粉酶与蛋白酶混合后,蛋白酶会分解淀粉酶,导致淀粉酶失活,且蛋白酶无法催化淀粉水解,故该实验无法验证淀粉酶的活性,即方案②的设计存在干扰因素,B项错误。淀粉在酸性条件下会被分解,因此选择淀粉和淀粉酶来探究pH对酶活性的影响并不适宜,C项错误。方案④用于探究温度对酶活性的影响,无关变量应该相同且适宜,因此设置pH=7较为合适,而pH为3时,淀粉酶已失活,D项错误。
11.C 解析 本实验的目的是探究某抑制剂对酶促反应速率的影响是否与底物浓度有关。由表格可知,不同实验组的底物液体积不同(1 mL、2 mL、3 mL),说明底物浓度不同;同时有的组添加抑制剂(0.5 mL),有的组不加抑制剂(0 mL),所以该实验的自变量为底物浓度与抑制剂的有无,A项正确。为保证无关变量相同且适宜,每组实验的总体积应相同。第一组总体积为1(底物液)+8(蒸馏水)+1(酶A溶液)+0(抑制剂)=10(mL)。第四组底物液2 mL,酶A溶液1 mL,抑制剂0.5 mL,所以蒸馏水体积c=10-2-1-0.5=6.5(mL),B项正确。酶活性是酶本身的一种特性,在一定条件下是相对稳定的,一般不会随底物浓度的变化而变化。该实验中底物浓度影响的是酶促反应速率,而不是酶活性,C项错误。对比有抑制剂的二、四、六组,随着底物浓度从1 mL到2 mL再到3 mL,反应速率由6.0 μmol/min升高到12.3 μmol/min再升高到18.2 μmol/min,反应速率逐渐增大,说明在一定范围内,随底物浓度增加,抑制剂对酶A的抑制作用减弱,D项正确。
12.B 解析 高温使蛋清中的蛋白质变性,空间结构变得松散,更易被蛋白酶分解,A项正确。低温(0 ℃)不会破坏酶的空间结构,仅抑制其活性,恢复至适宜温度后活性可恢复,B项错误。因变量是蛋白酶的活性,除了可以通过蛋白块消失的时间来衡量,还可以通过计算相同时间内蛋白块减少的体积来衡量,C项正确。增加加酶洗衣粉的浓度,即增加酶的浓度,会加快反应速率,从而缩减实验时长,且各组酶浓度保持一致,不影响对温度影响酶活性的探究,D项正确。
关键能力提升练
13.B 解析 BTK是一种酪氨酸激酶,酶能降低化学反应的活化能,从而使化学反应快速有序进行,A项正确。该实验的自变量是有无泽布替尼,而不是透析处理时间,因变量是BTK的活性变化,B项错误。实验过程中要确保BTK在最适温度和pH条件下发挥作用,这样能排除无关变量的干扰,C项正确。已知泽布替尼可通过透析袋,BTK不能通过。若泽布替尼是不可逆抑制剂,即使经过透析处理,也无法将之去除而恢复酶活性。因此,透析前后BTK活性不变,证明泽布替尼是不可逆抑制剂,D项正确。
14.B 解析 木瓜蛋白酶只能作用于蛋白质中L-精氨酸、L-赖氨酸、甘氨酸和L-瓜氨酸残基的羧基参与形成的肽键,不能将蛋白质彻底水解,因此所得产物中还有短肽,A项错误。该实验的自变量是无机盐的种类和无机盐的浓度,乙组与其余两组遵循单一变量原则,可构成对照实验,B项正确。由题图可知,丙组酶活性变化最小,说明KCl对木瓜蛋白酶活性的影响最小,C项错误。酶只能降低化学反应的活化能,不能为反应提供活化能,D项错误。
15.A 解析 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项正确。图二中的模型A、模型B代表的酶抑制剂分别是竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂,前者可以通过增大反应物(底物)浓度,减弱竞争性抑制剂对反应速率的影响,图一乙组中加入W1,反应速率不能随反应物浓度提高而提高,W1属于模型B代表的非竞争性抑制剂,丙组中加入W2,反应速率随反应物浓度提高而提高,W2属于模型A代表的竞争性抑制剂,B、C两项错误。W1属于模型B代表的非竞争性抑制剂,与酶结合,引起酶与底物的结合位点构象改变,与过酸、过碱和温度过高对酶的影响相似,D项错误。
16.B 解析 本实验探究不同初始pH条件下酶解液对辣椒红素产量的影响,故该实验的自变量是酶解液的初始pH,A项正确。活化能是反应物由常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。pH为5.5时,辣椒红素产量最高,说明酶解液的活性较高,反应速率较快,因此该反应的活化能最低,B项错误。酶解液在低温条件下空间结构稳定,在pH为5.5时活性较高,因此低温、pH为5.5利于保存酶解液,C项正确。研究者在最适温度45 ℃进行本实验,若适当提高温度,酶解液的活性会降低,酶促反应速率也会减慢,D项正确。
17.答案 (1)降低化学反应(多酚类物质氧化)的活化能 高温
(2)短 低温下PPO(酶)的空间结构稳定,PPO(酶)活性较低,且在适宜温度下PPO(酶)的活性可恢复
(3)使研磨得更加充分 ②在pH为7~8范围内,设置一系列pH梯度缓冲液,将上述等量缓冲液分别加入不同的试管中,置于35 ℃保温 ④一段时间后用分光光度计测定各组混合液的吸光度值,并记录
(4)低温保存、糖水处理、淡盐水处理
解析 (1)PPO是多酚氧化酶,酶的作用机理是降低化学反应的活化能。制作绿茶时,在揉捻之前需经过焙火杀青,其目的是将茶叶经高温处理,防止酶促褐变。
(2)分析图乙可知,在80 ℃下,PPO能维持70 s活性,在90 ℃下,PPO能维持50 s活性,温度越高,PPO维持活性的时间越短。低温下PPO(酶)的空间结构稳定,PPO(酶)活性较低,且在适宜温度下PPO(酶)的活性可恢复,因此PPO粗提取液应在低温下临时保存。
(3)在制备PPO粗提取液时一般会加入少量二氧化硅,有助于研磨充分。分析图甲可知,在pH为7~8时,PPO的相对活性最高,为探究浮红茶叶中PPO的最适pH,可设计如下实验:①取5支洁净的试管,编号为A、B、C、D、E,分别加入等量的PPO粗提取液。②在pH为7~8范围内,设置一系列pH梯度缓冲液,将上述等量缓冲液分别加入不同的试管中,置于35 ℃保温。③在每支试管中加入等量(且足量)的等浓度的茶多酚溶液。④一段时间后用分光光度计测定各组混合液的吸光度值,并记录。
(4)桃、苹果、香蕉、荔枝等果实中也含有较多的PPO,褐变会导致果实品质下降,甚至腐败。为降低去皮后的果实和果汁褐变的速度,可对果实进行低温保存、糖水处理、淡盐水处理,以利于保存。
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