2021高考生物一轮复习第三单元第8讲酶与ATP教案新人教版

2021高考生物一轮复习第三单元第8讲酶与ATP教案新人教版

- 1 - 第 8 讲 酶与 ATP 考点一 酶的作用、本质和特性 1.酶的本质及作用 (1)酶的本质的探索历程 科学家 主要观点或成就 ①巴斯德 a.引起发酵的是酵母细胞中的某些物质,细胞死亡并裂解后才能起作用 ②李比希 b.少数 RNA 也具有生物催化功能 ③毕希纳 c.把从酵母细胞中提取出的能引起发酵的物质叫酿酶 ④萨姆纳 d.从刀豆种子中提取出脲酶(第一个),证明脲酶的化学本质(蛋白质)和作 用(分解尿素) ⑤切赫和 e.糖类变成酒精必须有酵母活细胞的参与 奥特曼 提示:①—e ②—a ③—c ④—d ⑤—b (2)本质与作用 化学本质 绝大多数是 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 主要是细胞核 (真核细胞) 来源 一般来说,活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生酶 作用场所 细胞内、外或生物体外均可 生理功能 催化作用 - 2 - (3)作用机理 ①活化能: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作用机理:降低化学反应的活化能。 ③如图曲线表示在无酶催化条件和有酶催化条件下某化学反应的能量变化过程。 Ⅰ.无酶催化与有酶催化的反应曲线分别是②、①。 Ⅱ.ca 段与 ba 段的含义分别是无催化剂的条件下反应所需要的活化能、酶降低的活化能。 Ⅲ.若将酶催化改为无机催化剂催化该反应,则 b 点在纵轴上将向上移动。 2.比较过氧化氢在不同条件下的分解 (1)实验过程 (2)变量分析 3.酶的特性 (1)高效性: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学反应。 (3)作用条件较温和:在最适宜的温度和 pH 条件下,酶的活性最高。温度过高、过酸、过碱会 使酶的空间结构遭到破坏而失活;低温条件下酶的活性很低,但空间结构稳定。 [纠误诊断] - 3 - (1)酶提供了反应过程所必需的活化能。( × ) 提示:酶的作用是降低活化能。 (2)酶在催化反应完成后立即被降解。( × ) 提示:酶是催化剂,反应前后不发生改变。 (3)酶活性的发挥离不开其特定的结构。( √ ) (4)高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。( × ) 提示:低温不破坏酶的结构。 (5)酶活性最高时的温度适合酶的保存。( × ) 提示:低温下酶的活性很低,但酶的空间结构稳定,适合保存。 (6)酶只能在细胞内发挥作用。( × ) 提示:酶在细胞内和细胞外都能发挥作用。 1.结合图示理解酶的特性 (1)高效性 ①曲线分析:酶对应曲线 A,无机催化剂对应曲线 B,未加催化剂对应曲线 C。(填字母) ②结论:与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。 (2)专一性 ①图形分析 a.写出图中所示的化学反应:B E+F。 b.图中 C、D 表示不能(填“能”或“不能”)被该酶催化的物质。 ②结论:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 (3)作用条件温和 ①曲线分析:如图为温度、pH 对酶活性的影响。 - 4 - Ⅰ.甲、乙两图横坐标分别表示温度、pH,b 点表示最适温度,e 点表示最适 pH。 Ⅱ.甲图中,温度由 a 变为 b 时,酶活性升高;由 c 变为 b 时,酶活性不变,原因是高温时酶的空 间结构被破坏,且不可恢复。 Ⅲ.乙图中,pH 由 d 变为 e 或由 f变为 e 时,酶活性均不变,原因是过酸、过碱都会导致酶空间 结构被破坏,且不可恢复。 ②结论:在适宜的温度、pH 条件下,酶的活性最高。 2.理解底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响 (1)甲图:在其他条件适宜、酶量一定的情况下,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,受酶数量的限制,酶促反应速率不再增加。 (2)乙图: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。 [深度思考] 温度和 pH 对酶促反应速率的影响与底物浓度和酶浓度对酶促反应速率影响的本质有什么不 同? 提示:温度和 pH 影响酶促反应速率的原因是影响了酶的活性;底物浓度和酶浓度影响酶促反应 速率的原因是影响了酶分子和底物分子的结合,酶的活性并没有改变。 3.下图表示将 A、B两种物质混合,T1时加入酶 C,在最适温度下这两种物质浓度的变化。 (1)适当降低反应温度,分析 T2值如何变化? 提示:该图为最适温度下的物质变化,适当降低反应温度,达到反应平衡的时间会延长,T2值会 增大。 (2)分析 T2后 B 增加缓慢的原因。 - 5 - 提示:T2后 B 增加缓慢的原因是 A浓度降低导致反应速率下降。 (3)T1时加入酶 C 后,酶促反应速率的变化有什么规律? 提示:T1时加入酶 C后,酶促反应速率先快后慢。 题型一 酶的本质、作用和特性 1.(2017·全国Ⅱ卷)下列关于生物体中酶的叙述,正确的是( C ) 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:线粒体和叶绿体含有少量DNA,也能进行复制,因此细胞质中含有参与DNA合成的酶;酶可 在细胞内、细胞外和生物体外发挥作用,因此酶在生物体外可以有催化活性;盐析的方法会让 胃蛋白酶析出,且不会破坏该酶的结构;唾液淀粉酶催化反应的最适温度为 37 ℃,但保存酶一 般在 0～4 ℃的低温条件下。 2.(2014·福建卷)用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质,处理后的核糖体仍可催化氨基酸 的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是( C ) A.蛋白酶 B.RNA 聚合酶 C.RNA D.逆转录酶 解析:核糖体由 rRNA 和蛋白质组成,用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质,处理后的核糖体 只剩 rRNA,而催化氨基酸脱水缩合反应的物质是酶,由此可推测该酶的化学本质是 RNA。 3.(2019·云南曲靖模拟)下列有关生物体内酶和激素的叙述,正确的是( B ) A.酶和激素都是在特定细胞的核糖体中合成的 B.某些激素的调节作用是通过影响酶的活性实现的 C.两者都是细胞的结构组成成分,都不能提供能量 D.一种酶只催化一种物质的反应,一种激素只作用于一种细胞 解析:部分酶和激素不是蛋白质,不是在核糖体上合成的;激素能够使靶细胞原有的生理活性 发生变化,某些激素可通过影响酶的活性调节细胞的生理活动;酶和激素都不是细胞的结构组 成成分;一种酶只催化一种或一类物质的反应,一种激素可作用于多种细胞。 - 6 - 与酶相关的常见误区 项目 正确说法 错误说法 化学本 质 绝大多数是蛋白质,少数是 RNA 酶的本质是蛋白质 产生 部位 一般来说,凡是活细胞都能产生酶(不考虑哺乳动物的 成熟红细胞) 具有分泌功能的细胞才能 产生酶 合成原 料 氨基酸或核糖核苷酸 只有氨基酸 合成场 所 核糖体或细胞核 只有核糖体 生理功 能 生物催化剂,只起催化作用 酶具有调节、催化等多种功 能 来源 生物体内合成 有的来源于食物 作用 场所 既可在细胞内,也可在细胞外、体外发挥作用 只在细胞内起催化作用 温度影 响 低温影响酶的活性,不破坏酶的结构,但高温易使酶失 活 低温和高温都会引起酶变 性失活 作用前 后 催化反应前后的数量和性质没有变化 发生催化作用后被分解 题型二 影响酶促反应的坐标曲线分析 4.(2019·广东汕头模拟)甲、乙两图是温度、pH 对酶活性影响的数学模型。下列有关说法错 误的是( D ) A.两图中 B 代表的含义分别是酶的最适温度和最适 pH 下的反应速率 B.两图中 A 点对应的值对酶活性的影响不相同 C.两图中 C 点对应的温度或 pH 对酶活性的影响相同 D.保存酶制品最好选择两图中 B 点对应的温度和 pH - 7 - 解析:甲、乙两图中,在 B 点对应的温度和 pH 下,酶促反应速率最大,酶的活性最高,分别表示 酶的最适温度和最适 pH;甲图中 A点对应的温度较低,酶的活性很低,但酶的空间结构稳定,乙 图中 A 点对应的 pH 过低,使酶永久失活,酶的空间结构遭到破坏,因此,甲、乙两图中 A 点对应 的值对酶活性的影响不相同;甲、乙两图中 C 点对应的温度或 pH 均过高,酶的空间结构遭到破 坏,使酶永久失活;低温条件下,酶的活性很低,但酶的空间结构稳定,在适宜的温度下酶的活 性又可以升高,因此,保存酶制品最好在低温条件下保存。 5.(2019·湖南长郡中学测试)某生物兴趣小组为了研究 pH 对某种酶活性的影响,设置 a、b、c 三组实验,各组 pH 条件均不同,其他条件相同且适宜。测定各组在不同反应时间内的产物量, 结果如图所示。下列相关分析不正确的是( C ) A.a 组的 pH 可能高于 b组的 pH B.a 组 pH 条件下,该酶降低化学反应的活化能可能最多 C.在 c 组 pH 条件下比较适宜保存酶 D.实验要求“其他条件相同且适宜”的目的是减小实验误差 解析:依题意并分析图示可知,a组酶的活性高于 b组酶的活性,因此 a组的 pH可能高于 b组的 pH;与 b、c 组相比,a 组酶的活性最高,说明 a 组 pH 条件下,该酶降低化学反应的活化能可能最 多;c 组产物的最大生成量明显低于 a、b 组,说明在 c 组 pH 条件下,酶已经变性失活,不适宜保 存酶;实验中的“其他条件”为无关变量,实验要求“其他条件相同且适宜”的目的是减小实 验误差。 “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。 - 8 - (4)判断:“先分后合巧辨析”。对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。 考点二 实验:探究影响酶活性的条件 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 不出现蓝色 ②鉴定原理:温度影响酶的活性,从而影响淀粉水解,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:2H2O2 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情况来检验 O2产生量的多少。 2.实验方案设计与预期结果 比较项 目 探究温度对酶活性的影响 探究 pH 对酶活性的影响 实验材 料 淀粉溶液、 淀粉酶溶液 H2O2溶液、 H2O2酶溶液 无 关 变 量 反应物与酶的量、溶液 pH 等应适宜且相同 反应物与酶的量、温度等应适宜且相同 自 变 先将反应物溶液与酶溶液在各梯度温度下 分别保温,然后混合 先将反应物溶液与酶溶液分别调至各 梯度 pH,然后混合 - 9 - 量 因变量 检测 滴加碘液,观察溶液颜色变化 观察气泡产生的快慢 预期 结果 酶活性较低时,溶液变为蓝色 酶活性较低时,气泡产生较慢 1.实验变量控制的三个原则 实验 变量 控制原则 实例 自变 量 单一变 量原则 探究温度对酶活性的影响实验中只有温度一个自变量 无关 变量 等量适 宜原则 探究温度对酶活性的影响实验中 pH 为无关变量,不但相同,还要适宜 因变 量 可观测 性原则 探究温度对酶活性的影响实验中,根据淀粉遇碘变蓝的颜色反应将不 可观测的反应直观地显现出来,便于实验结果的观测 2.酶相关实验探究的“宜”与“不宜” (1)探究温度影响酶活性的实验不宜选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶做实验材料,因为过氧 化氢(H2O2)在常温常压时就能分解,加热条件下分解会加快,从而影响实验结果。 (2)探究 pH 影响酶活性的实验不宜选择淀粉和淀粉酶做实验材料,因为强酸能催化淀粉水解, 从而影响实验结果。 (3)若选择淀粉和淀粉酶探究温度影响酶的活性,检测底物被分解的试剂宜选用碘液,不宜选 用斐林试剂,因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热,而该实验中需严格控制温度。 (4)在探究温度影响酶活性的实验中应将淀粉溶液和淀粉酶溶液在设定的温度下先保温一段 时间后再混合,而不能先混合再保温,因为酶具有高效性,酶和底物混合后,就发挥催化作用, 这样反应不是在设定的温度下完成,自变量控制不严格。 (5)在探究 pH 对酶活性的影响时,需要保证酶的最适温度(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。 - 10 - 题型一 实验设计 1.(2016·全国Ⅰ卷)若除酶外所有试剂已预保温,则在测定酶活力的实验中,下列操作顺序合 理的是( C ) A.加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量 B.加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量 C.加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量 D.加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量 解析:测定酶活力时,在除酶外所有试剂均已预保温的情况下,应先加入缓冲液,其可以为酶提 供一个相对稳定的环境,再依次加入底物和酶,保温并计时,一段时间后检测产物的量。相同时 间内产物的量越多,酶活力越强。 2.(2019·河北衡水金卷)下表是某小组为探究“过氧化氢酶的活性是否受 pH 的影响”而设计 的实验操作步骤(猪肝中含有过氧化氢酶)。请回答下列问题: 操作步骤 操作方法 试管甲 试管乙 1 加体积分数为 3%的 H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 加质量分数为 5%的盐酸溶液 1 mL / 3 加质量分数为 5%的氢氧化钠溶液 / 1 mL 4 加质量分数为 20%的猪肝研磨液 2滴 2 滴 5 观察相同时间内试管中产生的气泡数量 (1)上述操作步骤中存在明显的缺陷,请写出改进方案:① ,② 。 (2)在完成改进方案后,若实验结果为 , 则说明过氧化氢酶的活性受 pH 的影响。 (3)如果本实验用出现一定气泡数量所需要的时间来表示酶的活性,那么所需的时间越长,酶 的活性越 。 (4)如果将本实验的自变量换成温度来探究“过氧化氢酶的活性是否受温度的影响”,你认为 是否合适? ,原因是 。 解析:(1)本实验应该有蒸馏水对照、过酸、过碱这三组,并且应该是自变量处理在前。 (2)在完成改进方案后,若甲、乙两试管中产生的气泡数量少,丙试管中产生大量的气泡,则说 明过氧化氢酶的活性受 pH 的影响;若甲、乙、丙 3 支试管中产生的气泡的情况基本一样,则说 明过氧化氢酶的活性不受 pH 的影响。 - 11 - (3)如果本实验用出现一定气泡数量所需要的时间来表示酶的活性,那么所需的时间越长,酶 的活性越低。 (4)过氧化氢会随温度升高分解加快,从而对实验结果造成干扰,故不能用过氧化氢酶来探究 温度对酶活性的影响。 答案:(1)①操作步骤 1、4 互换 ②增加丙试管,在加入盐酸或氢氧化钠的步骤中换为加入 1 mL 蒸馏水,其他步骤与修正后的步 骤相同 (2)甲、乙两试管中产生的气泡数量少,丙试管中产生大量的气泡 (3)低 (4)否 过氧化氢会随温度升高分解加快,从而对实验结果造成干扰 题型二 酶的相关实验分析 3.(2019·广东深圳模拟)由青霉菌中提取的淀粉酶在不同温度条件下分别催化淀粉反应 1 h 和 2 h,其产物麦芽糖的相对含量如图所示。相关分析正确的是( D ) A.第 1 h 内,酶的最适温度在 45～50 ℃ B.从第 1 h 到第 2 h,45 ℃条件下淀粉酶活性提高 C.从第 1 h 到第 2 h,50 ℃条件下酶的催化作用明显 D.若只反应 1 h,45 ℃左右时麦芽糖产量相对较高 解析:由图分析可知,第 1 h 内,酶的最适温度在 40～50 ℃;从第 1 h 到第 2 h,40 ℃条件下产 物相对含量增加最多,淀粉酶活性提高;从第1 h到第2 h,50 ℃条件下产物相对含量没有增加, 酶的催化作用不明显。 4.(2019·五省创优联考)某实验小组在 Ta和 Tb两个温度条件下,测定了淀粉酶在不同的 pH 条 件下催化淀粉完全水解所需的时间,结果如图所示(Ta

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