【生物】2020届 一轮复习 人教版 降低化学反应活化能的酶 学案

【生物】2020届 一轮复习 人教版 降低化学反应活化能的酶 学案

‎2020届 一轮复习 人教版 降低化学反应活化能的酶 学案 见《自学听讲》P47‎ 学科素养 课程标准 学习指导 ‎1.生命观念:结构与功能相适应,绝大多数酶的化学本质是蛋白质,因此酶的活性易受pH、温度、蛋白质变性剂等的影响。‎ ‎2.科学思维:①归纳与概括,基于酶的发现历程,理解酶的本质。②模型与建模,基于实验结果,建构温度、pH和底物浓度等酶促反应速率影响的曲线。③批判性思维,能对相关实验方案做出评价与修订。‎ ‎3.科学探究:实验设计、方案实施,探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素。‎ ‎4.社会责任:将酶的高效性、专一性应用于生产实际,提高生产效率;指导使用加酶产品,提高产品使用效率;改造酶的结构,提高酶的稳定性等。‎ ‎1.概述酶在细胞代谢中的作用。‎ ‎2.简述酶的发现历程,加深对酶本质的认识。‎ ‎3.进行相关的实验与探究,学会控制自变量和无关变量,观察和检测因变量,掌握设置对照实验的基本方法。‎ ‎1.结合不同条件下过氧化氢的分解实验,理解酶的作用。‎ ‎2.通过阅读酶本质的探索历程,加深对酶本质的认识。‎ ‎3.结合图解理解活化能的概念及酶能降低反应活化能的作用原理;结合影响酶活性的相关实验探究和相关曲线图,掌握温度、pH等对酶活性的影响。‎ ‎4.结合酶作用的模型(教材习题),首先理解酶的专一性、酶参加反应但反应前后性质不变,再进一步理解酶量是如何影响酶促反应速率的。‎ 酶的作用和本质 ‎　　1.细胞代谢:指的是细胞中每时每刻都进行的许多化学反应。细胞代谢是细胞　生命活动　的基础。 ‎ ‎2.比较过氧化氢在不同条件下的分解 ‎(1)实验原理:新鲜的肝脏中有较多的　过氧化氢酶　,能将过氧化氢及时分解,生成氧和水。 ‎ ‎(2)实验过程及现象 ‎ 试管编号 ‎3% H2O2量 控制变量 现象(气泡多少)‎ ‎1‎ ‎2 mL 不做处理 ‎　几乎无气泡　 ‎ ‎2‎ ‎2 mL ‎90 ℃水浴 ‎　较少气泡　 ‎ ‎3‎ ‎2 mL 加2滴FeCl3溶液 ‎　较多气泡　 ‎ ‎4‎ ‎2 mL 加2滴新鲜肝脏研磨液 ‎　大量气泡　 ‎ ‎　　(3)实验结论 ‎①2号与1号相比,说明过氧化氢在高温条件下能缓慢分解。‎ ‎②3号与1号、4号与1号相比,分别说明FeCl3和酶具有　催化作用　。 ‎ ‎③4号与3号相比,说明酶的催化作用具有　高效性　。 ‎ ‎3.酶催化作用的机理:降低酶促反应的　活化能　。 ‎ ‎(1)活化能:指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。‎ ‎(2)与无机催化剂相比:酶　降低活化能　的作用更显著。 ‎ ‎4.酶的本质 ‎(1)酶的概念:酶是　活细胞　产生的具有催化作用的有机物。 ‎ ‎(2)酶的化学本质:绝大多数是　蛋白质　,少数为RNA。 ‎ 酶的特性 特性 实例 ‎　高效性　 ‎ 酶的催化效率大约是无机催化剂的107~1013倍 ‎　专一性　 ‎ 一种酶只能催化一种或一类化学反应 作用条件温和 高温、过酸、过碱会使酶失活,低温会抑制酶活性 ‎　　1.辨析有关酶的几种说法 错误说法 正确理解 产生细胞 具有分泌功能的细胞 活细胞(不考虑哺乳动物成熟红细胞)‎ 合成场所 核糖体 核糖体或细胞核 化学本质 蛋白质 有机物(蛋白质、RNA等)‎ 生理作用 有催化、调节等功能 具有催化作用 作用场所 只在细胞内起作用 可在细胞内、细胞外或体外起作用 温度影响 低温引起酶失活 低温下酶的活性降低,但酶的空间结构没有被破坏,高温使酶变性失活 ‎　　2.“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验注意事项 ‎(1)实验时要选用新鲜的肝脏。如果肝脏不新鲜,肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会被细菌分解,从而影响实验结果。‎ ‎(2)须将肝脏研制成研磨液。研磨碎的肝脏能与试管中的过氧化氢充分接触,使其中的酶正常发挥催化特性,从而加速过氧化氢的分解。‎ ‎(3)滴入肝脏研磨液和FeCl3溶液时,不能共用一个吸管,否则会影响实验结果的准确性。‎ ‎　　3.探究酶活性实验中的“宜”与“不宜”‎ ‎(1)若底物选择的是淀粉和蔗糖,用淀粉酶来验证酶的专一性,则检测底物是否被分解时“宜”选用斐林试剂,“不宜”选用碘液,因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。‎ ‎(2)若选用淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度,则检测底物是否被分解时“宜”选用碘液,“不宜”选用斐林试剂,因为用斐林试剂检测时需水浴加热,而该实验中需严格控制温度。‎ ‎(3)在探究酶的最适温度的实验中,“不宜”选用过氧化氢和过氧化氢酶作材料,因为加热会使过氧化氢分解加快,从而影响实验效果。‎ ‎(4)在探究酶的最适pH的实验中,“不宜”选用淀粉和淀粉酶作材料,因为酸性条件下,淀粉分解加快,从而影响实验效果;保证在最适温度下(排除温度干扰),且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与底物接触,“不宜”在未达到预设pH前,让反应物与酶接触。‎ ‎4.有关酶的特性和影响酶促反应的因素的注意事项 ‎(1)高温、强酸、强碱、低温都会影响酶的活性,但影响原理不同。高温、强酸和强碱是通过破坏酶的空间结构,使酶发生不可逆转的变性失活;而低温只是降低酶的活性,并未破坏酶的空间结构,所以当温度逐渐升高到最适温度时,酶的活性逐渐恢复到最大。‎ ‎(2)温度、pH、激活剂和抑制剂都是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的。‎ ‎(3)底物浓度和酶的量是通过影响底物与酶的接触面积来影响酶促反应速率的,‎ 并不影响酶的活性。‎ 见《自学听讲》P48‎ 酶的本质和作用 ‎　　1.对酶的理解 化学本质 绝大多数是蛋白质 合成原料 氨基酸、核糖核苷酸 合成场所 核糖体、细胞核(真核生物)‎ 来源 一般来说,活细胞都能产生酶 生理功能 生物催化作用 作用原理 降低化学反应的活化能 作用场所 细胞内、细胞外、体外 ‎　　2.酶的化学本质与催化作用的实验验证 ‎(1)证明某种酶是蛋白质 ‎①实验组:待测酶液+双缩脲试剂→是否出现紫色反应 ‎②对照组:已知蛋白液+双缩脲试剂→出现紫色反应 ‎(2)证明某种酶是RNA ‎①实验组:待测酶液+吡罗红染液→是否呈现红色 ‎②对照组:已知RNA溶液+吡罗红染液→出现红色 ‎(3)利用酶的专一性原理来证明 ‎(4)证明酶具有催化作用 ‎①实验组:底物+相应酶液→底物被分解或分解速率快 ‎②对照组:底物+等量蒸馏水→底物不被分解或分解速率慢 ‎1.酶不能改变化学反应的平衡点,只能改变达到平衡点的时间。‎ ‎2.酶和无机催化剂一样,在反应前后性质和数量保持不变,能反复使用,但细胞内的酶并非能终生发挥作用,酶和其他物质一样也需要更新。‎ ‎3.有的酶作用于细胞外(如消化酶),有的作用于细胞内(如呼吸酶)。‎ ‎4.酶和激素都是活细胞产生的。一般来说,活细胞都能产生酶,但不一定能产生激素,只有内分泌腺(或内分泌细胞)才能产生激素。故能产生酶的细胞不一定能产生激素,但能产生激素的细胞一定能产生酶。‎ 例1　(2018年莱芜期中)下图中曲线a、b表示酶参与和无机催化剂参与时,‎ 某反应前后物质所含能量的变化,有关分析正确的是(　　)。‎ A.曲线a表示有酶参与 B.酶所降低的活化能为E2‎ C.曲线b中,酶反应前后化学本质不变 D.a、b的差异说明酶具有专一性 解析　曲线a、b中,曲线b反应所需的活化能较低,故推测曲线b表示有酶参与;E2表示有酶催化时反应所需的活化能;曲线b中有酶参与,酶的化学本质在化学反应前后不变;a、b的差异说明酶具有高效性。综上所述,本题选C项。‎ 答案　C 例2　下列有关酶的叙述正确的是(　　)。‎ ‎①是由有分泌功能的细胞产生的　②有的从食物中获得,有的在体内转化而来　③凡是活细胞,一般都能产生酶　④酶都是蛋白质　⑤有的酶不是蛋白质　⑥酶在代谢中有多种功能　⑦在新陈代谢和生长发育中起调控作用　⑧酶只起催化作用 A.①②⑤　　　　　　　　B.④⑤⑧‎ C.③⑤⑧　　　　　　 D.①③⑤‎ 解析　凡是活细胞,一般都能产生酶,①错误、③正确;酶只能在细胞内合成,②错误;酶的本质绝大部分是蛋白质,少数是RNA,④错误、⑤正确;酶在代谢中只起催化作用,⑥⑦错误、⑧正确。‎ 答案　C 酶的特性与探究影响酶活性的因素 ‎　　1.探究影响酶活性的因素 课题名称 用淀粉酶探究温度对酶活性的影响 用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响 实验材料 淀粉液、唾液淀粉酶 过氧化氢溶液、肝脏研磨液 变量设 置方法 分别用沸水、37 ℃水、冰水处理 分别用蒸馏水、盐酸溶液、NaOH溶液处理 自变量 温度 pH 因变量 酶的活性 酶的活性 因变量观 察指标 加碘液后溶液颜色的变化 气泡产生的速度(或带火星木条复燃程度)‎ 无关变量 底物浓度、试剂量、酶浓度、pH等 底物浓度、试剂量、酶浓度、温度等 ‎　　2.实验中相关变量的分析 ‎(1)人为改变的变量是自变量,随着自变量的变化而变化的量是因变量。通常自变量是原因,因变量是结果,二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种因果关系。‎ ‎(2)除自变量外,其他对实验结果能造成影响的可变因素是无关变量。在对照实验中,除了要观察的自变量外,其他无关变量都应保持相同且适宜,这样就可以避免由无关变量的差异引起实验结果的差异,能够清晰地研究自变量与因变量的关系。‎ ‎　　3.酶高效性的曲线及实验验证 ‎(1)曲线模型 ‎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的时间,不能改变化学反应的平衡点。‎ ‎(2)实验验证 对照组:反应物+无机催化剂→反应物分解速率 实验组:反应物+等量酶溶液→反应物分解速率 实验中自变量是催化剂的种类,因变量是反应物的分解速率。‎ ‎　　4.酶专一性的曲线及实验验证 ‎(1)曲线模型 ‎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能催化底物A的反应。‎ ‎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不能催化反应物A的反应。‎ ‎　　(2)实验验证 用淀粉酶分别与淀粉和蔗糖混匀一段时间后,再用斐林试剂鉴定,根据是否有砖红色沉淀来判定淀粉酶是否对二者都有催化作用,从而探索酶的专一性。‎ ‎　　5.温度对酶活性的影响 ‎(1)原理解读 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)实验设计程序 ‎→检测反应物的分解速率或反应物的剩余量(或生成物的生成速率或生成量)‎ ‎　　6.pH对酶活性的影响 ‎(1)原理解读:H2O2H2O+O2‎ ‎(2)pH影响酶的活性,从而影响O2的生成量,可用点燃但无火焰的卫生香的燃烧情况来检验O2生成量的多少。‎ ‎(3)实验设计 O2的产生速率 ‎　　7.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,酶的催化作用逐渐减弱。‎ ‎(2)在最适温度(pH)时,酶的催化作用最强,高于或低于最适温度(pH),酶的催化作用都将减弱甚至失活。‎ ‎ (3)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,温度升高酶活性可恢复。‎ ‎(4)反应溶液酸碱度的变化不影响酶作用的最适温度。‎ ‎　　8.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的增加而加快,但当底物达到一定浓度后,受酶数量和酶活性的限制,酶促反应速率不再增加。(如下图甲)‎ ‎(2)在底物充足,其他条件适宜的条件下,酶促反应速率与酶浓度成正比。(如下图乙)‎ 例3　下图为影响酶促反应的温度、pH和底物浓度与反应速率关系的曲线图,下列相关叙述错误的是(　　)。‎ A.影响乙曲线的因素是温度,影响丙曲线的因素是pH B.甲曲线中,A点与B点限制酶促反应速率的因素不同 C.乙曲线中,D点与F点酶的空间结构都被破坏且不能恢复 D.丙曲线中,G点时对应影响因素升高,酶的活性不能到达H点 解析　低温时酶的活性很低,但是酶并未失活,高温使酶的空间结构发生改变,酶失活,过酸和过碱都会使酶的空间结构发生改变,酶失活,从图中来看,影响乙曲线的因素是温度,影响丙曲线的因素是pH,A项正确;甲曲线表示底物浓度与反应速率的关系,A点与B点限制酶促反应速率的因素不同,A点的限制因素是底物浓度,B点时曲线到达饱和,限制酶促反应速率的因素是酶活性或酶数量,B项正确;乙曲线是温度 对酶活性的影响,D点是低温条件,酶的活性很低,但是酶的空间结构并没有被破坏,温度升高到适宜温度,酶的活性随即恢复,F点是高温条件,高温使酶的空间结构发生改变,即使温度降低到适宜温度,酶的空间结构也不能恢复,C项错误;丙曲线是pH对酶活性的影响,G点对应的影响因素是pH过低,此条件下酶的空间结构被破坏,即使pH升高,酶的活性也不能到达H点,D项正确。‎ 答案　C 例4　在三支试管中加入等量的质量分数为5%的过氧化氢溶液,再分别加入适量的二氧化锰、新鲜猪肝研磨液、唾液,一段时间后测得底物含量变化如图所示。下列叙述错误的是(　　)。‎ A.曲线乙表示二氧化锰的催化作用,曲线甲与曲线乙对照反映了无机催化剂具有专一性 B.曲线丙表示猪肝中过氧化氢酶的催化作用,曲线甲与曲线丙对照能反映酶具有专一性 C.曲线丙与曲线乙对照可以说明酶具有高效性 D.曲线甲不下降的原因是唾液淀粉酶与该底物不能形成酶—底物复合物 解析　酶的高效性是指同无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著,因而催化效率更高,由图分析,催化效率丙>乙>甲,则三条曲线对应的条件是:甲为唾液,乙为二氧化锰,丙为新鲜猪肝研磨液。专一性是指每一种酶只能催化一种或者一类化学反应,曲线甲、乙对照不能得出无机催化剂具有专一性,A项错误;曲线甲表示唾液淀粉酶不能催化过氧化氢的分解,曲线丙表示过氧化氢酶能催化过氧化氢的分解,二者对照可以说明酶具有专一性,B项正确;和乙相比,丙催化的时间短,效率高,因此可以说明酶具有高效性,C项正确;曲线甲不下降的原因是酶具有专一性,唾液淀粉酶不能催化过氧化氢的分解,D项正确。‎ 答案　A ‎1.(2017年全国Ⅱ高考)下列关于生物体中酶的叙述,正确的是(　　)。‎ A.在细胞中,核外没有参与DNA合成的酶 B.由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性 C.从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法 D.唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37 ℃‎ 解析　线粒体和叶绿体中含有少量DNA,这些DNA复制时需要DNA合成酶参与,A项错误;只要给予适宜的温度和pH等条件,活细胞产生的酶可以在生物体外发挥催化活性,B项错误;向蛋白质溶液中加入某些无机盐溶液后,可以降低蛋白质的溶解度,使蛋白质凝聚析出,析出的蛋白质结构没有改变,这种方法叫盐析,盐析可用于提取蛋白质,C项正确;酶适于在低温条件下保存,D项错误。‎ 答案　C ‎2.(2017年江苏高考)为了探究一种新型碱性纤维素酶的去污效能,研究性学习小组进行了相关实验,结果如下图。由图中实验结果能直接得出的结论是(　　)。‎ A.碱性纤维素酶对污布类型2的去污力最强 B.不同类型洗衣粉影响碱性纤维素酶的去污力 C.碱性纤维素酶对污布类型2、3的去污力不同 D.加大酶用量可以显著提高洗衣粉的去污力 解析　20 U/L的碱性纤维素酶处理污布类型1,去污力为60%;30 U/L的碱性纤维素酶处理污布类型2,去污力约为80%,则单位碱性纤维素酶对污布类型1的去污力最强,A项错误。由于污布类型不同,不能探究不同类型的洗衣粉对碱性蛋白酶的去污力的影响,B项错误。对污布类型2、3而言,都是Y型洗衣粉,30%的酶用量,但去污力不同,说明碱性纤维素酶对污布类型2、3 的去污力不同,C项正确。该实验没有针对同一类型的洗衣粉加大酶用量的探究,不能判断加大酶用量是否可提高洗衣粉的去污力,D项错误。‎ 答案　C ‎3.(2017年天津高考)将A、B两种物质混合,T1时加入酶C。下图为最适温度下A、B浓度的变化曲线。下列叙述错误的是(　　)。‎ A.酶C降低了A生成B这一反应的活化能 B.该体系中酶促反应速率先快后慢 C.T2后B增加缓慢是酶活性降低导致的 D.适当降低反应温度,T2值增大 解析　T1时加入酶C,A物质减少,B物质增加,可推测酶C催化A物质生成B物质,酶通过降低化学反应的活化能加快反应速率,A项正确;由曲线可知,T1~T2间,酶促反应速率加快,T2之后,酶促反应速率减慢,B项正确;T2后B增加缓慢是底物A含量过少所致,C项错误;曲线是在最适温度下绘制的,若降低反应温度,则反应速率减慢,T2值增大,D项正确。‎ 答案　C ‎4.(2016年全国Ⅱ高考)为了研究温度对某种酶活性的影响,设置三个实验组:A组(20 ℃)、B组(40 ℃)和C组(60 ℃),测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同),结果如图。回答下列问题:‎ ‎(1)三个温度条件下,该酶活性最高的是　　　　组。 ‎ ‎(2)在时间t1之前,如果A组温度提高10 ℃,那么A组酶催化反应的速度会　　　　。 ‎ ‎(3)如果在时间t2时,向C组反应体系中增加2倍量的底物,其他条件保持不变,那么在t3时,C组产物总量　　　,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(4)生物体内酶的化学本质是　　　　　　　　　　,其特性有　　　　　　　(答出两点即可)。 ‎ 解析　(1)曲线图显示:在反应开始的一段时间内,40 ℃时产物浓度增加最快,说明40 ℃时酶的活性最高。(2)A组的温度是20 ℃。在时间t1之前,如果A组温度提高10 ℃,因酶的活性增强,则A组酶催化反应速度会加快。(3)对比分析图示中的3条曲线可推知,在时间t2时,C组的酶在60 ℃条件下已经失活,所以如果在时间t2时,向C组反应体系中增加2倍量的底物,其他条件保持不变,在t3时,C组产物的总量不变。(4)绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA。酶具有高效性、专一性等特性,且酶的作用条件较温和。‎ 答案　(1)B　(2)加快　(3)不变　60 ℃条件下,t2时酶已失活,即使增加底物,反应产物总量也不会增加　(4)蛋白质或RNA　高效性、专一性、作用条件较温和 见《高效训练》P21‎ ‎1.将底物M分别在无催化剂条件和有酶催化条件(为酶的最适条件)下生成物质N时所需能量的变化过程绘制成如图所示曲线。下列相关叙述正确的是(　　)。 ‎ A.该图能体现酶的催化具有高效性 B.该反应过程中有能量的释放 C.若改变酶促条件,则b在纵轴上将向下移动 D.若仅增加底物M的量,则图中曲线的原有形状均发生改变 解析　该图能体现酶具有催化功能,A项错误;由于生成物的能量低于底物的能量,该反应过程中有能量的释放,B项正确;因为图中曲线为酶的最适条件若改变酶促条件,则反应所需的活化能增加,b在纵轴上将向上移动,C项错误;若仅增加底物M的量,‎ 则图中曲线的原有形状不会发生改变,D项错误。‎ 答案　B ‎2.(2018年池州质检)下列能够证明某种酶的化学本质是RNA的实验设计组合是(　　)。‎ 组别 实验处理 ‎①‎ 待测酶液+吡罗红染液→是否出现红色 ‎②‎ 待测酶液+双缩脲试剂→是否出现紫色 ‎③‎ 已知RNA溶液+吡罗红染液→出现红色 ‎④‎ 已知蛋白液+双缩脲试剂→紫色反应 A.①④　　　B.②③　　　C.①③　　　D.②④‎ 解析　检测RNA用吡罗红染液,③组与①组形成对照;检测蛋白质用双缩脲试剂,④组与②组形成对照,因此选C项。‎ 答案　C ‎3.(2019年桐城月考)为研究温度对某种酶活性的影响,预实验时在a和b两种不同温度(a

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