高考生物北师大版总复习 讲义第三单元 第8讲 生物催化剂酶.docx
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高考生物北师大版总复习讲义第三单元第8讲生物催化剂酶
考点一 酶的本质、特点与作用
1.酶的化学本质
(1)酶本质的探索(连线)
(2)酶的本质:
酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物,绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA或DNA。
2.酶的作用机制
下面是德国化学家费舍尔提出的著名的锁钥学说的示意图。
3.对比法多角度理解酶
项目
错误说法
正确理解
产生场所
具有分泌功能的细胞才能产生
活细胞(不考虑哺乳动物成熟红细胞等)
化学本质
蛋白质
有机物(大多数为蛋白质,少数为RNA或DNA)
作用场所
只在细胞内起催化作用
可在细胞内、细胞外、体外发挥作用
温度影响
低温和高温均使酶变性失活
低温只抑制酶的活性,不会使酶变性失活
作用
酶具有调节、催化等多种功能
酶只具有催化作用
来源
有的可来源于食物等
酶只在生物体内合成
4.酶的特点
(1)高效性:
酶的催化效率大约是无机催化剂的107~1013倍。
(2)专一性:
每一种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。
(3)催化作用易受外界环境影响
酶作为生物催化剂,其催化活性受到很多因素影响,如温度、pH、酶的抑制剂或激活剂等。
5.酶的催化作用的实验验证
[诊断与思考]
1.判断下列说法的正误
(1)酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸( × )
(2)所有酶的合成都包括转录和翻译两个过程( × )
(3)酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率( × )
(4)酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸( × )
(5)产生酶的细胞一定能产生激素( × )
(6)高温、低温都使酶活性降低,二者的作用实质不同( √ )
2.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,请思考:
(1)甲、乙两种酶的化学本质是否相同?
提示 观察曲线图可知,甲酶的活性始终保持不变,表明甲酶能抵抗该种蛋白酶的降解,则甲酶的化学本质不是蛋白质而是RNA或DNA,乙酶能被蛋白酶破坏,活性降低,则乙酶为蛋白质。
(2)乙酶活性改变的机制是什么?
提示 乙酶被降解的过程中其分子结构会发生改变,从而使其活性丧失。
题组一 酶的本质、作用与特点分析
1.关于生物体产生的酶的叙述,错误的是( )
A.酶的化学本质是蛋白质、RNA或DNA
B.脲酶能够将尿素分解成氨和CO2
C.蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶类
D.纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁
答案 D
解析 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,其中绝大多数酶是蛋白质,少数RNA或DNA也具有生物催化功能,A正确;脲酶溶于水后能够催化尿素分解成氨和二氧化碳,B正确;蛋白酶可以催化蛋白质水解,淀粉酶可以催化淀粉水解,它们都属于水解酶,C正确;植物细胞细胞壁主要由纤维素和果胶组成,细菌细胞壁由肽聚糖等物质组成,而酶具有专一性,纤维素酶只能催化水解纤维素,所以D错误。
2.下列关于酶的叙述,正确的是( )
A.酶提供了反应过程所必需的活化能从而提高了化学反应速率
B.活细胞能通过转录、翻译产生酶,或通过转录产生酶
C.人体中酶的活性受温度、pH的影响,并只能在人体的内环境中起作用
D.酶的形成都要经过核糖体的合成、内质网和高尔基体的加工等几个阶段
答案 B
解析 酶的作用机理是降低化学反应所需的活化能,A项错误;酶的化学本质是蛋白质(经转录、翻译合成)或RNA(经转录合成)或DNA,B项正确;酶在细胞内或细胞外均可起作用,C项错误;在细胞内发挥作用的酶一般不需要内质网和高尔基体的加工,少数酶是RNA或DNA,其合成不需要核糖体、内质网和高尔基体参与,D项错误。
题组二 通过图、表及曲线分析酶的特点与影响因素
3.取经过编号的5支试管,分别加入2mL0.5mol/L的过氧化氢溶液进行如下实验。
根据实验内容,判断下列说法正确的是( )
试管编号
1
2
3
4
5
加入物质
适量唾液
锈铁钉
生土豆块
熟土豆块
生土豆块
和稀盐酸
实验结果
几乎无气泡
少量气泡
大量气泡
几乎无气泡
几乎无气泡
A.说明酶具有高效性的是3号和4号试管
B.1号和3号对照不能说明酶有专一性
C.各组实验都不能体现酶的活性与温度之间的关系
D.3号和5号对照可以说明酶的活性受pH影响
答案 D
解析 酶具有高效性是通过与无机催化剂相比较(即2号与3号实验)得出的;1号和3号实验是两种酶催化一种底物,能说明酶具有专一性;3号和4号实验对比能说明高温会降低酶的活性;3号和5号实验的自变量是pH,说明pH会影响酶的活性。
4.下图表示改变某一因素前后,淀粉溶液在唾液淀粉酶的作用下分解产生还原糖的结果,请据此分析,改变下列哪种因素才能获得改变后的结果( )
A.温度B.pH
C.淀粉溶液量D.唾液量
答案 C
解析 由图中信息可知,反应进行到12min后,还原糖的生成量不再增加,两组反应都不再进行,改变某一条件后生成物总量降低,反应物淀粉溶液量减少会导致此结果。
而改变温度、pH和唾液量均会改变反应完成所需要的时间。
5.图甲中A、B、C分别表示正常酶的作用、竞争性抑制剂对酶的作用和非竞争性抑制剂对酶的作用,图乙表示相应的反应速率。
下列有关叙述错误的是( )
A.曲线a表示没有酶抑制剂存在时的作用效果
B.非竞争性抑制剂通过改变酶的空间结构,从而影响酶的活性
C.曲线c表示在非竞争性抑制剂作用下酶的活性降低
D.通过增加底物浓度能够削弱非竞争性抑制剂的作用
答案 D
解析 从图甲可以看出,A所示是正常情况下酶与底物的结合状态,符合曲线a;B所示是因为竞争性抑制剂与该酶催化的底物结构相似,所以当竞争性抑制剂存在时,会影响酶与底物的结合,使反应速率有所降低,符合曲线b;而C所示是非竞争性抑制剂的作用,它与酶结合后,改变了酶的空间结构,使酶不能与底物结合,影响反应速率,符合曲线c。
通过上述分析可知,增加底物浓度并不能削弱非竞争性抑制剂的作用,D项错误。
1.酶的本质、作用及特点
2.验证酶的专一性和高效性的实验设计方案
(1)验证酶的专一性方案设计
①设计思路:
常见的方案有两种,即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同,最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。
②设计方案
项目
方案一
方案二
实验组
对照组
实验组
对照组
材料
同种底物(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
酶具有专一性
(2)验证酶的高效性方案设计
①设计思路:
通过将不同类型催化剂(主要是酶与无机催化剂)催化底物的反应速率进行比较,得出结论。
②设计方案
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
反应速度很快,或反应用时短
反应速度缓慢,或反应用时长
结论
酶具有高效性
考点二 聚焦与酶有关的曲线分析
1.酶的高效性曲线
(1)如图表示未加催化剂时,生成物浓度随时间的变化曲线,请在图中绘出加酶和加无机催化剂的条件时的变化曲线。
答案
(2)由曲线可知:
酶比无机催化剂的催化效率更高;酶只能缩短达到化学平衡所需的时间,不改变化学反应的平衡点。
因此,酶不能(“能”或“不能”)改变最终生成物的量。
2.酶的专一性曲线
(1)在A反应物中加入酶A,反应速率较未加酶时的变化是明显加快,说明酶A能催化该反应。
(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不能催化该反应。
3.影响酶活性的曲线
(1)分析图A、B可知,在最适宜的温度和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)分析图A、B中曲线的起点和终点的特点,思考下面的问题:
过酸、过碱、高温都会使酶失去活性,而低温只是使酶的活性降低。
前者都会使酶的空间结构遭到破坏,而后者并未破坏酶的分子结构和空间结构。
(3)分析图C中的曲线,反应溶液中pH的变化是否会影响酶作用的最适温度呢?
不会(“会”或“不会”)。
(4)若将A图中的横坐标改为底物浓度或酶浓度,曲线又该如何画呢?
请在下面的坐标系中绘出。
答案
[诊断与思考]
1.判断下列说法的正误
(1)低温可引起酶变性失活( × )
(2)酶的催化作用受活化剂或抑制剂的影响( √ )
(3)与无机催化剂相比,酶的催化效率更高( √ )
2.影响酶的活性和酶促反应速率的因素一样吗?
提示 不一样。
温度和pH是通过影响酶的活性来影响酶促反应速率的,而底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触来影响酶促反应速率的,并不影响酶的活性。
题组一 影响酶促反应速率的曲线分析
1.如图表示人体内某种酶促反应的反应速率受温度和pH的影响情况,下列解释不正确的是( )
A.在a点时,将酶的浓度增大一倍,反应速率可能增大
B.在b点时,将酶的浓度增大一倍,反应速率不可能增大
C.在c点时,将酶的浓度增大一倍,反应速率可能增大
D.该图不能反映唾液淀粉酶催化能力的变化特征
答案 B
解析 题图可以反映温度和pH对酶促反应速率的影响,但是影响酶促反应速率的因素不仅包括温度和pH,还有酶浓度等。
在反应底物充足的条件下,增大酶浓度,可以提高反应速率,所以A、C项正确,B项错误。
题图显示,该酶的最适pH为2左右,因此这种酶可能是胃蛋白酶,而不会是唾液淀粉酶,D项正确。
2.如图所示,曲线b表示在最适温度、最适pH条件下,反应物浓度与酶促反应速率的关系。
据图分析正确的是( )
A.酶量是限制曲线AB段反应速率的主要因素
B.酶量减少后,图示反应速率可用曲线a表示
C.升高温度后,图示反应速率可用曲线c表示
D.减小pH,重复该实验,A、B点位置都不变
答案 B
解析 AB段随着反应物浓度升高,反应速率加快,限制因素是反应物浓度,A项错误;酶量减少,在反应物浓度一定的条件下,反应速率下降,可用曲线a表示,B项正确;图中曲线b是在最适温度、最适pH下的曲线图,因此,升高温度,减小pH,酶活性下降,反应速率下降,应为曲线a,C、D项错误。
3.下图是某研究小组利用过氧化氢酶探究H2O2分解条件而获得的实验结果。
相关叙述错误的是( )
A.图一可以得出酶具有高效性
B.图一bc段产生的原因可能是底物数量(浓度)有限
C.图二bc段产生的原因可能是过氧化氢酶数量(浓度)有限
D.图三可以得出pH越小或越大酶活性越高
答案 D
解析 图一表示过氧化氢酶比Fe3+催化H2O2分解的效率高;图一bc段产生的原因是H2O2全部分解,随时间延长,O2产生量不再增加;图二bc段O2产生速率不再增加,是因为反应液中酶的数量有限;图三中纵坐标表示的是溶液中的H2O2量,在最适pH条件下,酶的活性最高,pH偏高或偏低,酶的活性都会降低。
题组二 与酶有关的实验设计
4.下列有关酶的实验设计思路,正确的是( )
A.利用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响
B.利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液验证酶的专一性
C.利用过氧化氢、新鲜的猪肝研磨液和氯化铁溶液研究酶的高效性
D.利用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为3、7、11的缓冲液验证pH对酶活性的影响
答案 C
解析 因为过氧化氢不稳定,在高温下会自行分解成水和氧气,从而不能正确表现酶活性;利用淀粉、蔗糖、淀粉酶验证酶的专一性,只能用斐林试剂鉴定,根据是否有砖红色沉淀来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用,从而探究酶的专一性,不能用碘液,因为碘液无法检测蔗糖是否被分解;胃蛋白酶的最适pH为1.5,验证pH对酶活性的影响应设置在最适pH左右。
5.如图所示的新鲜土豆片与H2O2接触后,产生的现象及推测错误的是( )
A.若有气体大量产生,可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶
B.若增加新鲜土豆片的数量,量筒中产生气体的速率加快
C.一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限
D.为保证实验的严谨性,需要控制温度等无关变量
答案 C
解析 新鲜土豆片中含有过氧化氢酶,能催化过氧化氢分解产生氧气(气泡)。
增加土豆片的数量即增加酶的含量,可使反应速率加快。
一段时间后,因底物过氧化氢全部被消耗分解掉,产生的氧气(气体)量不再增加。
1.“四步法”分析酶促反应曲线
(1)识标:
“识标明变量”。
明确酶促反应曲线坐标图中横坐标(自变量)和纵坐标(因变量)的含义。
(2)析线:
“析线理关系”。
分析酶促反应曲线走势,明确因变量怎样随自变量的变化而变化。
“上升”“下降”“先升后降”“先升后稳”“水平”等。
(3)明点(特殊点):
“抓点求突破”。
明确酶促反应曲线中起点、终点、顶点、拐点、交叉点、特殊条件下的交点等表示的生物学含义。
(4)判断:
“先分后合巧辨析”。
对于多条酶促反应曲线图,根据曲线上不同标示物识别曲线所代表的意义(有的曲线直接标出),首先对每一条曲线单独分析,进行比较,判断曲线间有无联系或找出相互关系,然后综合分析。
2.与酶相关实验的解题技巧
(1)认真审题,准确找出变量,围绕变量设置对照。
如:
①探究酶作用的专一性时,应围绕底物或酶制剂设置变量。
②探究酶作用的高效性时,应围绕无机催化剂和酶制剂这一单一变量设置对照。
③探究温度(pH)对酶活性的影响时,应设置不同温度(pH)处理进行对照,并确保变量控制的有效性,即应在底物与酶混合之前,先进行同温处理(或先用pH缓冲液调节酶和底物的pH),后混合酶和底物。
(2)设置实验步骤时,应注意:
①根据试题要求,确定单一变量,依据实验变量进行合理分组。
②根据实验材料,结合实验原理,确定实验现象的观测手段。
③除单一变量外,确保其他实验条件相同且适宜。
④合理确定操作程序,确保程序合理、表达准确。
(3)环境因素对酶活性影响的实验设计案例
①设计思路:
采取对比的手段,将待探究的环境因素施加到实验组上,将其与对照组比较,观察酶促反应速率的变化,就可确定该环境因素对酶活性的影响。
②设计方案:
项目
实验组
对照组
材料
等量的同一种底物和等量的同种酶
试剂
待测的自变量
蒸馏水或其他无关变量
现象
反应速率快或慢
正常的反应速率
结论
反应速率快→对酶活性有促进作用;反应速率慢→对酶活性有抑制作用;反应速率没有变化→无影响
考点三(实验) 探究影响酶活性的因素
1.实验原理
(1)探究温度对酶活性的影响
①反应原理:
淀粉
麦芽糖
蓝色 无蓝色出现
②鉴定原理:
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)探究pH对酶活性的影响
①反应原理(用反应式表示):
2H2O2过氧化氢酶,2H2O+O2。
②鉴定原理:
pH影响酶的活性,从而影响氧气的生成量,可用带火星的卫生香燃烧的情况来检验O2产生量的多少。
2.实验步骤
(1)温度对酶活性的影响
步骤
实验操作内容
试管1
试管2
试管3
试管4
试管5
试管6
1
加入等量可溶性淀粉溶液
2mL
2mL
2mL
-
-
-
加入等量新鲜唾液
-
-
-
1mL
1mL
1mL
2
控制不同温度条件
37℃左右的温水(10min)
沸水(10min)
冰块(10min)
37℃左右的温水(10min)
沸水(10min)
冰块(10min)
3
分别将4号、5号、6号试管中的唾液倒入1号、2号、3号试管中,继续将1号、2号、3号试管放在原设定的温度下保持10min
4
加等量碘液
1滴
1滴
1滴
-
-
-
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
(2)pH对酶活性的影响
步骤
实验操作内容
试管1
试管2
试管3
1
注入等量过氧化氢溶液
2mL
2mL
2mL
2
注入不同pH的溶液
1mL5%的HCl
1_mL_5%的NaOH
1mL蒸馏水
3
注入等量新鲜的鸡肝研磨液
2滴
2滴
2滴
4
观察现象
卫生香不燃烧
卫生香不燃烧
卫生香燃烧
结论
pH能影响酶的活性
[深度思考]
(1)为什么不用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响?
提示 过氧化氢酶催化的底物是H2O2,H2O2在高温时分解,这样实验中就存在两个变量,使实验结果受到干扰。
(2)在探究温度对酶活性的影响实验中,能否用斐林试剂来检测实验产物?
提示 不能。
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的温度。
(3)探究温度、pH对酶活性的影响实验中,自变量和因变量分别是什么?
提示 探究温度对酶活性的影响实验中,自变量是温度,因变量是淀粉水解程度。
探究pH对酶活性的影响实验中,自变量是pH,因变量是过氧化氢的分解速率。
(4)整个实验过程中,除温度或pH之外,其余的变量为什么相等或相同?
提示 实验设计遵循单一变量原则,这样可以排除无关变量对实验结果造成影响。
(5)在探究温度或pH对酶活性影响的实验中,控制条件的步骤和酶量控制的步骤为什么一定不能颠倒顺序?
提示 若控制条件的步骤和酶量控制的步骤颠倒顺序,会在调节温度或pH的过程中,酶先将底物分解,导致实验失败。
题组一 探究温度、pH对酶活性的影响
1.下列有关探究温度、pH对酶活性影响的实验设计合理的是( )
试验编号
探究课题
选用材料与试剂
①
温度对酶活性的影响
过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液
②
温度对酶活性的影响
新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
③
pH对酶活性的影响
新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
④
pH对酶活性的影响
新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林试剂
A.实验①B.实验②C.实验③D.实验④
答案 B
解析 过氧化氢受热会加快分解,不宜用于探究温度对酶活性的影响;溶液的pH会影响淀粉的水解,并且碘液可与碱反应,斐林试剂可与酸反应,不宜用淀粉酶探究pH对酶活性的影响;因此一般用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响,用淀粉酶探究温度对酶活性的影响。
2.某同学从温度为55~65℃的泉水中筛选出能合成脂肪酶的细菌,并从该细菌中提取了脂肪酶。
请回答下列问题:
(1)测定脂肪酶活性时,应选择________作为该酶作用的物质,反应液中应加入________溶液以维持其酸碱度稳定。
(2)要鉴定该酶的化学本质,可将该酶液与双缩脲试剂混合,若反应液呈紫色,则该酶的化学本质为______________________________________________。
(3)根据该细菌的生活环境,简要写出测定该酶催化作用最适温度的实验思路。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)脂肪 缓冲
(2)蛋白质 (3)在一定温度范围(包括55~65℃)内设置温度梯度,分别测定酶活性。
若所测得的数据出现峰值,则峰值所对应的温度即为该酶催化作用的最适温度。
否则,扩大温度范围,继续实验,直到出现峰值
解析
(1)脂肪酶的活性以其单位时间内分解脂肪量为指标,因酶需要适宜的pH,故反应液中应加入缓冲溶液。
(2)该酶遇双缩脲试剂呈紫色,说明该酶的化学本质是蛋白质。
(3)要测定该酶催化作用的最适温度,一般采用预实验,需在一定温度范围内设置温度梯度,对比不同温度下测得的酶活性,若不能测出峰值,则需扩大温度范围,继续实验。
3.下面的表格分别是某兴趣小组探究温度对酶活性影响的实验步骤和探究某种过氧化氢酶的最适pH的实验结果。
据此回答下列问题:
探究温度对酶活性影响的实验(实验一)
实验步骤
分组
甲组
乙组
丙组
①淀粉酶溶液
1mL
1mL
1mL
②可溶性淀粉溶液
5mL
5mL
5mL
③控制温度
0℃
60℃
90℃
④将新鲜淀粉酶溶液与可溶性淀粉溶液混合后分别恒温
⑤测定单位时间内淀粉的________
探究某种过氧化氢酶的最适pH的实验(实验二)
组别
A组
B组
C组
D组
E组
pH
5
6
7
8
9
H2O2完全分解所需时间(秒)
300
180
90
192
284
(1)在实验一中,pH属于________变量。
(2)实验一的①②③步骤为错误操作,正确的操作应该是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)实验一的第⑤步最好选用________(试剂)测定单位时间内淀粉的____________。
(4)如将实验一的新鲜淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液,你认为是否科学?
________,为什么?
__________________________________________。
(5)分析实验二的结果,可得到的结论是__________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
在该项实验的基础上要进一步探究该过氧化氢酶的最适pH,可在pH为____________之间设置梯度进行研究。
答案
(1)无关
(2)将新鲜淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别恒温后再混合(其他合理答案也可) (3)碘液 剩余量 (4)不科学 因为温度会直接影响H2O2的分解 (5)该过氧化氢酶的最适pH约为7,pH降低或升高酶的活性均降低(或在pH为5~7的范围内随pH的升高该过氧化氢酶的活性升高,在pH为7~9的范围内随pH的升高该过氧化氢酶的活性降低) 6~8
解析
(1)实验一探究的是温度对酶活性的影响,因此自变量是温度,因变量是酶活性,pH属于无关变量。
(2)探究温度对酶活性的影响实
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