[高考必杀技]高考生物专项突破：降低化学反应活化能的酶

[高考必杀技]高考生物专项突破：降低化学反应活化能的酶
考纲速递：
考纲展示 考纲解读
1.酶在代谢中的作用 (Ⅱ) 说出酶的化学本质、酶的特性、影响因素及在细胞代谢中的作用
2.ATP在能量代谢中的作用(Ⅱ) 简述ATP的化学组成和特点，阐明ATP和ADP之间的相互转化关系，解释ATP在能量代谢中的作用
3.细胞呼吸 (Ⅱ) 描述线粒体的结构和功能，说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同及细胞呼吸的原理，探讨在生产和生活中的应用
4.光合作用的基本过程(Ⅱ) 说出色素的种类和作用，描述叶绿体的结构和功能，了解人类对光合作用的认识过程，说明光合作用的光反应和暗反应的过程，阐明其中的物质和能量变化，举例说出光合作用原理在农业生产中的应用
考纲展示 考纲解读
1.酶在代谢中的作用 (Ⅱ) 说出酶的化学本质、酶的特性、影响因素及在细胞代谢中的作用
2.ATP在能量代谢中的作用(Ⅱ) 简述ATP的化学组成和特点，阐明ATP和ADP之间的相互转化关系，解释ATP在能量代谢中的作用
3.细胞呼吸 (Ⅱ) 描述线粒体的结构和功能，说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同及细胞呼吸的原理，探讨在生产和生活中的应用
4.光合作用的基本过程(Ⅱ) 说出色素的种类和作用，描述叶绿体的结构和功能，了解人类对光合作用的认识过程，说明光合作用的光反应和暗反应的过程，阐明其中的物质和能量变化，举例说出光合作用原理在农业生产中的应用
方向解读：
1．考查角度：(1)考查酶的化学本质、催化特性等探究实验及相关实验设计、影响酶活性的曲线及图表分析；(2)结合光合作用与细胞呼吸考查ATP与能量代谢的关系；(3)考查光合作用过程、光合作用速率的制约因素及其在生产实践中的应用，光合作用与细胞呼吸过程中的物质转变及相互关系，光合色素的种类、颜色、生理作用及实验；(4)考查细胞呼吸的类型、有氧呼吸过程、细胞呼吸原理在实践中的应用，影响细胞呼吸的因素分析及相关实验设计以及粮食、果蔬贮存的原理与应用。
2．考查题型：以选择题和非选择题的形式出现，其中综合题及联系生产生活实际的非选择题几率会增加。
3．高考预测：(1)以图表形式概括酶的特性和影响酶活性的因素考查获取信息的能力，以酶的实验为背景考查实验探究能力；(2)围绕ATP联系光合作用、细胞呼吸、能量代谢等，考查知识的综合运用及理解能力；(3)将细胞呼吸与光合作用、水分代谢、矿质代谢等代谢过程联系在一起，并与生产实践结合考查粮食、果蔬的贮存问题，以影响细胞呼吸强度的因素为背景考查实验与探究能力；(4)光合作用是生物学科的命题重点，也是高考的热点，试题综合性大、灵活性强、开放度大、命题形式灵活多变，其中主要集中在：①光照强度、温度、二氧化碳浓度等因素对光合作用的影响及对光合作用的产物、中间产物含量的影响；②光合作用的过程(重点是光反应、暗反应中的物质变化和能量变化)；③光合作用和细胞呼吸的相互影响。
学习指导：
1．线索导引，强化联系
(1)以能量来源、储存、释放为主线，辐射酶、ATP、细胞呼吸、光合作用等相关知识；
(2)以物质合成与分解为纽带，系统复习细胞呼吸、光合作用过程及影响因素等内容。
2．归纳、比较，深化理解
(1)通过与无机催化剂对比，理解酶的特性。以曲线形式表示环境因素对酶活性的影响；对比细胞呼吸、光合作用过程中不同阶段物质、能量变化。
(2)归纳有关光合作用和细胞呼吸的实验设计的规律方法，注重实验过程中实验变量的确定与控制，以及实验预测、推断及相关结论分析。
3．图文结合
(1)运用图文结合法使光合作用与细胞呼吸的场所、物质变化的关系形象化、直观化，便于理解和记忆。
(2)以图表、曲线形式表示环境因素对光合作用和细胞呼吸的影响，强化坐标曲线的分析，关注曲线特殊点和线段的意义，掌握分析曲线的规律方法。
4．理论联系实际
通过光合作用和细胞呼吸原理及意义在农业生产中的应用，分析、加深知识的内在联系。
考点分析：
一、酶的本质、作用及实验验证
1．酶的本质及生理功能
2.酶催化作用的特性
(1)高效性：酶的催化能力远远超过无机催化剂。
(2)专一性：一种酶只能作用于一种底物或一类分子结构相似的底物，促使底物进行一定的化学反应，产生一定的反应产物。
(3)受温度、pH等条件的影响：高温、过酸、过碱都可使酶失
活，其原因是引起蛋白质的空间结构发生变化，低温一般不会使酶失活，只是催化活性受到影响。
(4)多样性：酶的多样性是由酶的专一性决定的。
3．酶是蛋白质的验证实验
(1)实验设计思路
(2)实验结果分析：通过对照，实验组若出现紫色，证明待测酶液的化学本质是蛋白质；不出现紫色，则该酶液的化学本质不是蛋白质。
(3)实验变量：自变量是待测酶液和已知蛋白液，因变量是是否有紫色反应。
4．酶的催化作用验证实验
(1)实验设计思路
(2)实验结果分析：根据底物性质利用相应试剂检测底物是否被分解，而对照组底物不被分解则证明酶具有催化作用。
(3)实验变量：自变量是相应酶液的有无，因变量是底物是否被分解。
5．酶的种类
酶种类很多，分类标准非常复杂，仅就经常涉及的几种进行简介：
(2)按功能
二、酶的特性及相关实验分析
1．酶的专一性
(1)实验原理
①淀粉 非还原糖 ――→酶麦芽糖 还原糖 蔗糖 非还原糖 ――→酶葡萄糖 还原糖 ＋果糖
②用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂鉴定，根据是否有砖红色沉淀生成来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探索酶的专一性。
(2)实验操作程序
试管编号分组并进行单一变量处理
　
分别加入等量唾液淀粉酶溶液，并37 ℃保温5 min
　
分别加入斐林试剂并在60 ℃热水中保温2 min
观察现象：1号试管有砖红色沉淀生成，2号试管无砖红色沉淀生成
结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解
2．温度能影响酶的活性
(1)实验原理
①
　淀粉麦芽糖
　,碘液 　　　,碘液
蓝色　　 无蓝色出现
②温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。
(2)实验流程
序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
1 加等量可溶性淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL
2 控制不同温度条件 60 ℃热水(5分钟) 沸水(5分钟) 冰块(5分钟)
3 加等量新鲜淀粉酶溶液 1 mL(5分钟) 1 mL(5分钟) 1 mL(5分钟)
4 加等量碘液 1滴 1滴 1滴
序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
5 观察实验现象 不出现蓝色(呈现碘液颜色) 蓝色 蓝色
结论 温度能影响酶的活性
3.pH对酶活性的影响
(1)实验原理
①H2O2H2O＋O2↑
②pH可影响酶活性，从而影响O2的产生量，据O2产生量的多少可判断pH对酶活性的影响。
(2)实验程序
序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
1 注入等量过氧化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴
2 注入等量不同pH的溶液 1 mL蒸馏水 1 mL盐酸 1 mLNaOH溶液
3 注入等量的H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL
4 观察现象 有大量气泡产生 无气泡产生 无气泡产生
三、影响酶促反应的曲线
1．表示酶高效性的曲线
(1)催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
(2)酶只能缩短达到化学平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点。
2．表示酶专一性的曲线
(1)在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化底物A参加反应。
(2)在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不催化底物A参加反应。
3．影响酶活性的曲线
(1)在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围酶催化作用逐渐减弱。
(2)过酸、过碱、高温都会使酶失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性。
(3)反应溶液酸碱度的变化不影响酶作用的最适温度。
4．底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响
(1)在其他条件适宜、酶量一定的条件下，酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。如图甲。
(2)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成正比。
典例解析：
【例1】关于酶的性质，下列叙述中错误的是(　　)
A．酶是活细胞产生的一类特殊的有机物，大多数为蛋白质，少数为RNA
B．淀粉酶不能催化麦芽糖分解成葡萄糖
C．酶的催化效率很高，但受温度和酸碱度的影响
D．一旦离开活细胞，酶就失去催化能力
解析：根据酶的定义可知A正确，根据酶的专一性可知B正确，根据酶的作用条件较温和可知C正确，而酶离开活细胞后，只要外界条件适宜，仍然发挥催化作用，如唾液淀粉酶，故D项错误。
答案：D。
【例2】下表是某同学为验证酶的专一性而设计的实验方案，a～d代表试管，①～⑦代表实验步骤。对该实验方案的有关评价，错误的是(　　)
A.淀粉酶的用量属于自变量
B．②和④会影响酶的活性
C．②、④和⑥的温度设置有一处错误
D．④和⑤的顺序有误
解析：整个实验中唯一的自变量是底物不同(淀粉和蔗糖)，因此A错。B正确，因为酶的活性受到温度的影响。C正确，该实验中②、④的温度应是37 ℃，⑥要求在沸水浴中进行。D正确，检测还原糖时要求先加入斐林试剂，后加热。
答案：A。
【例3】如图表示在不同条件下，酶催化反应的速率(或生成物量)变化情况。以下有关叙述正确的是(　　)
①图1能用来表示反应物浓度与反应时间的关系
②图2虚线表示增大酶浓度后，其他条件不变时，生成物量与反应时间关系的变化情况
③若图2中的实线表示过氧化氢酶对H2O2分解的催化效率，则虚线表示Fe3＋的催化效率
④图2也可以用来表示不同温度下，反应速率与时间的关系
A．①② B．②③ C．②④ D．①④
解析：本题考查影响酶促反应的曲线分析。在酶促反应中，反应物浓度随反应的进行而逐渐降低，因此图1可表示反应物浓度与反应时间的关系。增大酶浓度，只能加快化学反应速率，而不会改变生成物的量，因此图2可表示增大酶浓度后，生成物的量与反应时间的关系。过氧化氢酶催化效率比Fe3＋高，图2中若实线表示Fe3＋的催化效率，虚线可表示过氧化氢酶的催化效率。在超过最适温度后，随温度升高，酶催化活性下降，因此图2不能表示不同温度下，反应速率与时间的关系。
答案：A。