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新教材高考生物一轮复习第3单元细胞的能量供应和利用第1讲降低化学反应活化能的酶课件
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这是一份新教材高考生物一轮复习第3单元细胞的能量供应和利用第1讲降低化学反应活化能的酶课件，共60页。PPT课件主要包含了课标要求，备考指导，内容索引，5变量分析，知识筛查1酶的特性等内容，欢迎下载使用。
1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质,酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。2.探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的条件。
1.运用归纳与概括、模型构建等方法分析酶促反应的相关曲线,加深对酶的特性的理解。2.通过相关的实验和探究,学会控制自变量、观察和检测因变量,设置对照组和重复组,分析实验结果。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
第三环节 核心素养提升
知识筛查1.酶的本质及生理功能
巧学助记酶的“二、一、一、一”
2.实验:比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验目的①比较过氧化氢在不同条件下的分解速率。②尝试探究过氧化氢酶的作用。(2)实验原理:新鲜肝中含有过氧化氢酶,它和无机催化剂FeCl3都能催化过氧化氢分解为水和氧气。(3)实验材料及用具:新鲜的质量分数为20%的肝研磨液,新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液,质量分数为3.5%的FeCl3溶液;量筒,试管,滴管,试管架,卫生香,火柴,酒精灯,试管夹,大烧杯,三脚架,陶土网,温度计。
(4)实验过程及现象
(6)实验结论:4号试管与1号试管的现象不同,说明酶具有催化作用;4号试管与3号试管的现象不同,说明与无机催化剂FeCl3相比,过氧化氢酶的催化效率更高。
3.科学方法——控制变量和设计对照实验(1)实验中的变量
(2)对照实验①含义:除作为自变量的因素外,其余因素(无关变量)都保持一致,并将结果进行比较的实验。②分组:对照组和实验组。③1号试管在实验中的作用:对照。
4.酶的作用原理下图曲线分别表示在无催化剂的条件下和有酶的条件下某化学反应的能量变化过程。(1)无催化剂的反应曲线是②。(2)有酶催化的反应曲线是①。(3)AC段的含义是在无催化剂的条件下,反应所需要的活化能。(4)AB段的含义是酶降低的活化能。(5)若将酶改为无机催化剂,则B点在纵轴上将向上移动。
5.酶本质的探索历程
易错易混与酶有关的8个易错点
知识落实1.下列有关酶的叙述,正确的是( )①是由具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酶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.①②⑤⑥B.④⑤⑧C.③⑤⑧ D.①③⑤⑦
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;绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA,④错误,⑤正确;酶在代谢中只起催化作用,⑥⑦错误,⑧正确。
2.下图表示过氧化氢(H2O2)在过氧化氢酶和无酶催化条件下分解(生成H2O和O2)过程中的能量变化。下列有关说法正确的是( )A.活化能是指分子从活跃状态变为常态所需要的能量B.曲线①表示有过氧化氢酶催化的反应C.图中E表示过氧化氢酶使活化能降低的数值D.图示可说明酶的催化作用具有高效性
活化能是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,A项错误。曲线①表示无酶催化时的化学反应,B项错误。E表示酶降低化学反应活化能的数值,C项正确。该实验缺少加入无机催化剂的对照组,不能说明酶的催化作用具有高效性,D项错误。
2.酶的专一性——探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用(1)实验原理:淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖。还原糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应,生成砖红色的Cu2O沉淀。(2)目的要求:探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。(3)设计思路
(4)实验步骤①取两支洁净的试管,编上序号,然后按照下表中序号1至序号3的要求操作。
②轻轻振荡这两支试管,使试管内的液体混合均匀,然后将试管的下半部浸到60 ℃左右的热水中,保温5 min。 ③取出试管,各加入2 mL斐林试剂,振荡混匀。④将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中,用酒精灯加热,煮沸1 min。⑤观察两支试管内的溶液颜色变化。
(5)实验结果:1号试管有砖红色沉淀生成,说明产生了还原糖,淀粉被水解; 2号试管不出现砖红色沉淀,说明蔗糖没有被水解。(6)实验结论:淀粉酶只催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解,酶具有专一性。
知识落实1.为了验证酶的高效性及酶发挥作用需要温和的条件,某实验小组设计了如下实验方案,其中FeCl3溶液能催化H2O2分解而释放O2。下列叙述错误的是( )A.新鲜鸡肝研磨液含有过氧化氢酶是实验原理之一B.2号与4号试管在相同的温度条件下进行实验C.2号试管在初期产生气泡最多则实验目的达成D.1、2和3号试管间的比较也可验证酶的专一性
本实验验证的是过氧化氢酶的高效性和酶发挥作用需要温和的条件,而新鲜鸡肝研磨液含有过氧化氢酶,A项正确。加热也可催化过氧化氢分解,在本实验中温度属于无关变量,应相同且适宜,B项正确。2号试管在初期产生气泡最多,可证明酶具有高效性和酶发挥作用需要温和的条件,C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,本实验中只有一种酶和一种底物,不能验证酶的专一性,D项错误。
2.温度会影响酶促反应速率,其作用机理可用右图表示。其中曲线a表示底物分子具有的能量,曲线b表示温度对酶空间结构的影响,曲线c表示酶促反应速率与温度的关系。下列说法正确的是( )A.随着温度的升高,底物分子具有的活化能增加B.曲线c中A、B两点酶分子活性是相同的C.酶促反应速率是底物分子的能量与酶空间结构共同作用的结果D.酶适于低温保存,原因是底物分子的能量低
由题图可知,随着温度的升高,底物分子具有的能量增加,A项错误。曲线c中A、B两点酶促反应速率相等,但B点底物分子具有的能量大于A点,所以A、B两点酶分子活性不相同,B项错误。底物分子的能量与酶空间结构都会影响酶促反应速率,C项正确。由题图可知,酶适于低温保存,原因是低温只是抑制酶活性,不会使酶空间结构改变而变性失活,D项错误。
3.某同学为了验证淀粉酶的专一性,设计了以下三种方案。下列说法错误的是( )A.方案一两组试管中加入的各种物质的量应该相等B.方案一不可行的原因是碘液不能检测蔗糖是否被分解C.方案三中将碘液换成斐林试剂可以证明淀粉酶具有专一性D.方案二可行的原因是斐林试剂既可以证明淀粉是否被分解,也可以证明蔗糖是否被分解
方案一中自变量为反应物的种类,两组试管中加入的各种物质的量为无关变量,应该相等,A项正确。碘液不能检测蔗糖是否被分解,因此方案一不可行,B项正确。方案三中自变量为酶的种类,将碘液换成斐林试剂只说明了淀粉酶能催化淀粉的水解,没有说明不能催化其他底物,因此不能证明淀粉酶具有专一性,C项错误。方案二可行的原因是斐林试剂既可以检测淀粉是否被分解,也可以检测蔗糖是否被分解,D项正确。
知识筛查1.实验原理(1)探究温度对酶活性的影响
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;滴加碘液后,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
②鉴定原理:pH影响酶的活性,从而影响O2的生成量,可用带火星的卫生香的燃烧情况来检验O2产生量的多少。
2.实验步骤和结果(1)探究温度对酶活性的影响取6支试管,分别编号为1与1'、2与2'、3与3',并分别进行以下操作。
易错易混与酶有关的实验中实验试剂或材料的选择(1)若底物选择淀粉和蔗糖,用淀粉酶来验证酶的专一性,检测底物是否被分解的试剂宜选用斐林试剂,不能选用碘液。因为碘液无法检测蔗糖是否被水解。(2)若选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度,检测底物是否被分解的试剂宜选用碘液,不应该选用斐林试剂。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)在探究温度对酶活性的影响的实验中,不宜选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶。因为过氧化氢(H2O2)在常温、常压下就能分解,加热条件下分解会加快,从而影响实验结果。(4)在探究pH对酶活性的影响的实验中,不宜选择淀粉和淀粉酶。因为在酸性条件下淀粉会被水解。
知识落实1.探究温度对酶活性的影响,最合理的实验步骤是( )①取3支试管,编号,各注入2 mL淀粉溶液;另取3支试管,编号,各自注入1 mL新鲜的淀粉酶溶液 ②将淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉溶液试管中,维持各自的温度5 min ③向各试管中滴1滴碘液 ④将6支试管分成3组,每组各有1份淀粉溶液和1份淀粉酶溶液,分别放在60 ℃的热水、沸水和冰水中 ⑤观察实验现象A.①②④③⑤ B.①③②④⑤C.①③④②⑤D.①④②③⑤
探究温度对酶活性影响的实验步骤:分组,编号→酶与底物在各自温度下处理一段时间→酶与底物混合,保温一段时间→检测→观察实验现象。
2.通过实验研究温度对a、b、c 3种酶活性(用相对值表示)的影响,结果如下表所示。下列说法错误的是( )A.a酶和b酶的最适温度均为30 ℃左右B.不论温度为多少,酶的用量都会影响实验结果C.该实验中,自变量有2个,分别为温度和酶的种类D.3种酶中较适应高温环境的是c酶
由题表中信息可知,a酶和b酶在20 ℃和40 ℃时对应的酶活性均比30 ℃时对应的酶活性低,可见这2种酶的最适温度均为30 ℃左右,A项正确。在能使酶失活的高温条件下,酶的用量不会影响实验结果,B项错误。该实验中,温度和酶的种类均为自变量,C项正确。由题表可知,与a、b这2种酶相比,c酶更适应高温环境,D项正确。
3.某兴趣小组为了探究温度对酶活性的影响,用打孔器获取新鲜的厚度为5 mm的3片土豆,进行了下表所示的实验。下列有关叙述错误的是( )A.土豆片的厚度是该实验的自变量B.新鲜土豆组织中含有过氧化氢酶C.高温和低温都能影响过氧化氢酶活性D.定性实验无法确定过氧化氢酶的最适温度
土豆片的厚度为无关变量,自变量是温度,A项错误。3组实验对照说明新鲜土豆组织中含有过氧化氢酶,B项正确。该实验说明高温和低温都能使过氧化氢酶活性发生改变,C项正确。定性实验是为了判断某种因素是否存在,无法确定过氧化氢酶的最适温度,D项正确。
4.科研人员研究了pH对丹东对虾蛋白酶活性的影响,结果如下图所示;同时研究了不同浓度金属离子对丹东对虾肌肉中蛋白酶活性(用相对值表示)的影响,结果如下表所示。下列叙述错误的是( )注设未被金属离子处理过的酶活性为100%。A.由图可知,丹东对虾肌肉和消化腺中蛋白酶的最适pH分别为8和9B.由图可知,酸性环境对肌肉中蛋白酶活性的影响比对消化腺中的大C.由表可推断在浓度为5~20 ml/L时,Pb2+、Cu2+、Zn2+对肌肉中蛋白酶的活性具有抑制作用D.由表可知在浓度为20 ml/L时,对蛋白酶抑制作用的大小关系是Pb2+
典型例题下图中曲线a表示在最适温度、最适pH条件下生成物的量与时间的关系;曲线b表示在最适温度、最适pH条件下酶促反应速率与反应物浓度的关系。据图分析,下列说法正确的是( )A.图一曲线a中,A点后,限制生成物的量增加的因素是酶量不足B.分别在图二中取B、C两点的反应速率值,可用图一中的曲线c和d表示C.对于图二中曲线b来说,若酶量减少,其走势可用曲线f表示D.减小pH,重复该实验,图二曲线b可能变为曲线f;增大pH,曲线b可能变为曲线e
根据题干信息分析,图一中横坐标是时间,可确定“时间”是该实验中的自变量,酶量、温度等因素均为无关变量。反应过程中,反应物浓度会随时间推移越来越小,由此推测曲线a中,A点后生成物的量不再随时间的推移而增加,是因反应物已耗尽,限制因素为反应物浓度,A项错误。在图二中,B点、C点对应的反应速率值是一个定值,不能用图一中曲线c和d表示,B项错误。图二曲线中,当反应物浓度一定时,减少酶量,酶促反应速率降低,C项正确。由题干信息可知,图二曲线b表示在最适pH下,反应物浓度与酶促反应速率的关系,因此无论pH是增大还是减小,酶的活性均降低,曲线b都可能变为曲线f,不可能变为曲线e,D项错误。
整合构建1.与酶相关的单一曲线模型解读
(1)温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的。(2)过酸、过碱、高温都会使酶变性失活,而低温只是抑制酶的活性,酶分子结构未被破坏,升高温度可恢复其活性。(3)底物浓度和酶浓度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。
2.与酶相关的复合曲线模型解读
知识延伸“四看法”分析酶促反应曲线
训练突破1.下图是某研究小组利用过氧化氢酶探究H2O2的分解条件时,根据获得的实验数据绘制的曲线。下列相关叙述正确的是( )A.由图1可得出的实验结论是酶具有催化作用和专一性B.图2曲线出现AB段的原因最可能是过氧化氢酶的数量有限C.图3所示实验的自变量为溶液中H2O2的量,因变量是酶的活性D.以H2O2为实验材料探究温度对酶活性的影响,也可得到图3所示的结果
图1中通过比较过氧化氢酶与无机催化剂FeCl3的催化效率,可知酶具有高效性,A项错误。图2中曲线AB段表示随着H2O2浓度的升高,酶促反应速率不再增大,原因最可能是过氧化氢酶的数量有限,B项正确。图3所示实验的自变量是pH,因变量是酶的活性,用溶液中H2O2的量表示,C项错误。H2O2在加热条件下会分解,所以当以H2O2为实验材料来探究温度对酶活性的影响时,不会得到图3所示的结果,D项错误。
2.为了研究温度对某种酶活性的影响,设置3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),结果如下图所示。回答下列问题。(1)3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组酶催化反应的速率会 。 (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2点即可)。
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、专一性解析:(1)产物浓度最先达到最大值的B组对应的酶活性最高。(2)酶活性与温度的关系:在一定温度范围内(低于最适温度),随温度升高,酶活性增强。由题图可知,3组实验中B组(40 ℃)酶活性最高,如果A组温度提高10 ℃,达到30 ℃,那么A组酶催化反应的速率会加快。(3)由题图可知,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)大多数酶的化学本质是蛋白质,少数酶的化学本质是RNA。酶具有高效性和专一性等特性。
高考真题剖析【例题】 (2019江苏卷)为探究玉米籽粒发芽过程中一些有机物含量的变化,研究小组利用下列供选材料用具进行了实验。材料用具:玉米籽粒;斐林试剂,双缩脲试剂,碘液,缓冲液,淀粉,淀粉酶等;研钵,水浴锅,天平,试管,滴管,量筒,容量瓶,显微镜,玻片,酒精灯等。请回答下列问题。(1)为了检测玉米籽粒发芽过程中的蛋白质(肽类)含量变化,在不同发芽阶段玉米提取液中,分别加入 试剂,比较颜色变化。该实验需要选用的器具有 (填序号)。 ①试管 ②滴管 ③量筒 ④酒精灯 ⑤显微镜(2)为了检测玉米籽粒发芽过程中的淀粉含量变化,将不同发芽阶段的玉米籽粒纵切,滴加 ,进行观察。结果显示,胚乳呈蓝色块状,且随着发芽时间的延长,蓝色块状物逐渐变小。由此可得出的结论是 。
(3)为了验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶作用的结果,设计了如下实验:在1~4号试管中分别加入相应的提取液和溶液(如下图所示),40 ℃温浴30 min后,分别加入斐林试剂并60 ℃水浴加热,观察试管内颜色变化。请继续以下分析。①设置试管1作为对照,其主要目的是 。 ②试管2中应加入的X是 的提取液。 ③预测试管3中的颜色变化是 。若试管4未出现预期结果(其他试管中结果均符合预期),则最可能的原因是 。
核心素养考查点剖析:本题以常见玉米籽粒发芽过程中一些有机物含量的变化及实验探究为载体,综合考查对实验鉴定的原理、验证实验的分析判断和总结归纳,较好地考查了“科学探究”这一学科素养。答案:(1)双缩脲 ①②③(2)碘液 玉米发芽过程中胚乳中的淀粉逐渐减少(3)①排除用于实验的淀粉溶液中含有还原糖 ②发芽前玉米 ③蓝色→砖红色 淀粉酶已失活
解析:(1)检测蛋白质或多肽应该用双缩脲试剂;该实验需要用量筒量取一定量的蛋白质溶液和双缩脲试剂A液,需要用滴管滴加双缩脲试剂B液,该实验不需要加热,也不需要显微镜观察,故选①②③。(2)检测淀粉应该用碘液。胚乳呈现蓝色块状,说明胚乳中含有大量的淀粉。随着时间的延长,蓝色块状逐渐变小,说明玉米发芽的过程中胚乳中的淀粉在逐渐减少。
(3)①该实验的目的是验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶的作用,在淀粉酶的作用下淀粉水解产生了还原糖,还原糖用斐林试剂检测会出现砖红色沉淀。1号试管中加的是缓冲液和淀粉,作为对照组,可以排除用于实验的淀粉溶液中含有还原糖。②根据单一变量原则,1号试管中加的是缓冲液作为对照,3号、4号实验组分别加了发芽玉米提取液、淀粉酶溶液,则2号试管中加的X溶液应该是发芽前玉米的提取液。③3号试管发芽玉米提取液中含有淀粉酶,催化淀粉水解产生了还原糖,因此其颜色由蓝色变成了砖红色;若4号试管的颜色没有从蓝色变成砖红色,可能是因为淀粉酶已失活,不能催化淀粉水解。
典题训练1.某同学进行了下列有关酶的实验:
下列相关叙述正确的是( )A.丙组的实验结果是“不出现砖红色沉淀”B.三组实验都应该在37 ℃条件下进行C.该同学的实验可验证酶的专一性D.可用碘液代替斐林试剂进行检测
蔗糖被蔗糖酶催化水解生成葡萄糖和果糖,葡萄糖和果糖都有还原性,故丙组中加入斐林试剂,水浴加热出现砖红色沉淀,A项错误。甲组和乙组中的唾液淀粉酶的最适温度为37 ℃左右,故新鲜唾液与淀粉或蔗糖的反应需在37 ℃条件下进行,但是蔗糖酶的最适温度在45~50 ℃,故丙组不在37 ℃条件下进行,且加入斐林试剂检测还原糖必须水浴加热至50~65 ℃,B项错误。甲组和乙组相互对照,说明唾液淀粉酶只能水解淀粉,不能水解蔗糖,故能验证酶的专一性,C项正确。如用碘液代替斐林试剂,碘液无法检测蔗糖是否被水解,D项错误。
2.(2023广东卷)中国制茶工艺源远流长。红茶制作包括萎凋、揉捻、发酵、高温干燥等工序,其间多酚氧化酶催化茶多酚生成适量茶黄素是红茶风味形成的关键。下列叙述错误的是( )A.揉捻能破坏细胞结构使多酚氧化酶与茶多酚接触B.发酵时保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性C.发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶活性D.高温灭活多酚氧化酶以防止过度氧化影响茶品质
揉捻可以破坏细胞结构,从而使多酚氧化酶与茶多酚接触,A项正确。因为酶的活性受温度的影响,所以发酵时要保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性,B项正确。因为酶的活性受pH的影响,所以发酵时有机酸含量增加会通过改变pH而影响多酚氧化酶的活性,C项错误。发酵结束时给予高温,可以灭活多酚氧化酶,防止过度氧化而影响茶的品质,D项正确。
3.(2022全国乙卷)某种酶P由RNA和蛋白质组成,可催化底物转化为相应的产物。为探究该酶不同组分催化反应所需的条件,某同学进行了下列5组实验(表中“+”表示有,“-”表示无)。
根据实验结果可以得出的结论是( )A.酶P必须在高浓度Mg2+条件下才具有催化活性B.蛋白质组分的催化活性随Mg2+浓度升高而升高C.在高浓度Mg2+条件下RNA组分具有催化活性D.在高浓度Mg2+条件下蛋白质组分具有催化活性
根据实验组①在没有高浓度Mg2+条件下仍能获得产物可知,酶P在低浓度Mg2+条件下也具有催化活性,A项错误。③和⑤组实验在低浓度和高浓度Mg2+条件下均未获得产物,说明单独的蛋白质组分没有催化活性,B、D两项错误。②和④组实验对比,④组实验获得了产物,②组实验未获得产物,说明在高浓度Mg2+条件下RNA组分具有催化活性,C项正确。
4.某科研小组将新鲜的萝卜磨碎、过滤制得提取液,以等体积、等浓度的H2O2作为底物,对提取液中过氧化氢酶的活性进行了相关研究,得到如下图所示的实验结果。下列分析错误的是( )A.若将实验一中的萝卜提取液换成等量的新鲜肝研磨液,则O2产生总量明显增多B.实验二是在最适温度下测定的相同时间内H2O2剩余量,引起曲线a、b出现差异的原因最可能是酶的含量不同C.过氧化氢酶制剂的保存,一般应选择低温、pH为7的条件D.由实验一可以看出,与加FeCl3溶液相比,单位时间内加萝卜提取液产生的O2更多,其原因是酶降低化学反应活化能的效果更显著
1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质,酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。2.探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的条件。
1.运用归纳与概括、模型构建等方法分析酶促反应的相关曲线,加深对酶的特性的理解。2.通过相关的实验和探究,学会控制自变量、观察和检测因变量,设置对照组和重复组,分析实验结果。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
第三环节 核心素养提升
知识筛查1.酶的本质及生理功能
巧学助记酶的“二、一、一、一”
2.实验:比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验目的①比较过氧化氢在不同条件下的分解速率。②尝试探究过氧化氢酶的作用。(2)实验原理:新鲜肝中含有过氧化氢酶,它和无机催化剂FeCl3都能催化过氧化氢分解为水和氧气。(3)实验材料及用具:新鲜的质量分数为20%的肝研磨液,新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液,质量分数为3.5%的FeCl3溶液;量筒,试管,滴管,试管架,卫生香,火柴,酒精灯,试管夹,大烧杯,三脚架,陶土网,温度计。
(4)实验过程及现象
(6)实验结论:4号试管与1号试管的现象不同,说明酶具有催化作用;4号试管与3号试管的现象不同,说明与无机催化剂FeCl3相比,过氧化氢酶的催化效率更高。
3.科学方法——控制变量和设计对照实验(1)实验中的变量
(2)对照实验①含义:除作为自变量的因素外,其余因素(无关变量)都保持一致,并将结果进行比较的实验。②分组:对照组和实验组。③1号试管在实验中的作用:对照。
4.酶的作用原理下图曲线分别表示在无催化剂的条件下和有酶的条件下某化学反应的能量变化过程。(1)无催化剂的反应曲线是②。(2)有酶催化的反应曲线是①。(3)AC段的含义是在无催化剂的条件下,反应所需要的活化能。(4)AB段的含义是酶降低的活化能。(5)若将酶改为无机催化剂,则B点在纵轴上将向上移动。
5.酶本质的探索历程
易错易混与酶有关的8个易错点
知识落实1.下列有关酶的叙述,正确的是( )①是由具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酶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.①②⑤⑥B.④⑤⑧C.③⑤⑧ D.①③⑤⑦
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;绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA,④错误,⑤正确;酶在代谢中只起催化作用,⑥⑦错误,⑧正确。
2.下图表示过氧化氢(H2O2)在过氧化氢酶和无酶催化条件下分解(生成H2O和O2)过程中的能量变化。下列有关说法正确的是( )A.活化能是指分子从活跃状态变为常态所需要的能量B.曲线①表示有过氧化氢酶催化的反应C.图中E表示过氧化氢酶使活化能降低的数值D.图示可说明酶的催化作用具有高效性
活化能是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,A项错误。曲线①表示无酶催化时的化学反应,B项错误。E表示酶降低化学反应活化能的数值,C项正确。该实验缺少加入无机催化剂的对照组,不能说明酶的催化作用具有高效性,D项错误。
2.酶的专一性——探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用(1)实验原理:淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖。还原糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应,生成砖红色的Cu2O沉淀。(2)目的要求:探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。(3)设计思路
(4)实验步骤①取两支洁净的试管,编上序号,然后按照下表中序号1至序号3的要求操作。
②轻轻振荡这两支试管,使试管内的液体混合均匀,然后将试管的下半部浸到60 ℃左右的热水中,保温5 min。 ③取出试管,各加入2 mL斐林试剂,振荡混匀。④将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中,用酒精灯加热,煮沸1 min。⑤观察两支试管内的溶液颜色变化。
(5)实验结果:1号试管有砖红色沉淀生成,说明产生了还原糖,淀粉被水解; 2号试管不出现砖红色沉淀,说明蔗糖没有被水解。(6)实验结论:淀粉酶只催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解,酶具有专一性。
知识落实1.为了验证酶的高效性及酶发挥作用需要温和的条件,某实验小组设计了如下实验方案,其中FeCl3溶液能催化H2O2分解而释放O2。下列叙述错误的是( )A.新鲜鸡肝研磨液含有过氧化氢酶是实验原理之一B.2号与4号试管在相同的温度条件下进行实验C.2号试管在初期产生气泡最多则实验目的达成D.1、2和3号试管间的比较也可验证酶的专一性
本实验验证的是过氧化氢酶的高效性和酶发挥作用需要温和的条件,而新鲜鸡肝研磨液含有过氧化氢酶,A项正确。加热也可催化过氧化氢分解,在本实验中温度属于无关变量,应相同且适宜,B项正确。2号试管在初期产生气泡最多,可证明酶具有高效性和酶发挥作用需要温和的条件,C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,本实验中只有一种酶和一种底物,不能验证酶的专一性,D项错误。
2.温度会影响酶促反应速率,其作用机理可用右图表示。其中曲线a表示底物分子具有的能量,曲线b表示温度对酶空间结构的影响,曲线c表示酶促反应速率与温度的关系。下列说法正确的是( )A.随着温度的升高,底物分子具有的活化能增加B.曲线c中A、B两点酶分子活性是相同的C.酶促反应速率是底物分子的能量与酶空间结构共同作用的结果D.酶适于低温保存,原因是底物分子的能量低
由题图可知,随着温度的升高,底物分子具有的能量增加,A项错误。曲线c中A、B两点酶促反应速率相等,但B点底物分子具有的能量大于A点,所以A、B两点酶分子活性不相同,B项错误。底物分子的能量与酶空间结构都会影响酶促反应速率,C项正确。由题图可知,酶适于低温保存,原因是低温只是抑制酶活性,不会使酶空间结构改变而变性失活,D项错误。
3.某同学为了验证淀粉酶的专一性,设计了以下三种方案。下列说法错误的是( )A.方案一两组试管中加入的各种物质的量应该相等B.方案一不可行的原因是碘液不能检测蔗糖是否被分解C.方案三中将碘液换成斐林试剂可以证明淀粉酶具有专一性D.方案二可行的原因是斐林试剂既可以证明淀粉是否被分解,也可以证明蔗糖是否被分解
方案一中自变量为反应物的种类,两组试管中加入的各种物质的量为无关变量,应该相等,A项正确。碘液不能检测蔗糖是否被分解,因此方案一不可行,B项正确。方案三中自变量为酶的种类,将碘液换成斐林试剂只说明了淀粉酶能催化淀粉的水解,没有说明不能催化其他底物,因此不能证明淀粉酶具有专一性,C项错误。方案二可行的原因是斐林试剂既可以检测淀粉是否被分解,也可以检测蔗糖是否被分解,D项正确。
知识筛查1.实验原理(1)探究温度对酶活性的影响
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;滴加碘液后,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
②鉴定原理:pH影响酶的活性,从而影响O2的生成量,可用带火星的卫生香的燃烧情况来检验O2产生量的多少。
2.实验步骤和结果(1)探究温度对酶活性的影响取6支试管,分别编号为1与1'、2与2'、3与3',并分别进行以下操作。
易错易混与酶有关的实验中实验试剂或材料的选择(1)若底物选择淀粉和蔗糖,用淀粉酶来验证酶的专一性,检测底物是否被分解的试剂宜选用斐林试剂,不能选用碘液。因为碘液无法检测蔗糖是否被水解。(2)若选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度,检测底物是否被分解的试剂宜选用碘液,不应该选用斐林试剂。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)在探究温度对酶活性的影响的实验中,不宜选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶。因为过氧化氢(H2O2)在常温、常压下就能分解,加热条件下分解会加快,从而影响实验结果。(4)在探究pH对酶活性的影响的实验中,不宜选择淀粉和淀粉酶。因为在酸性条件下淀粉会被水解。
知识落实1.探究温度对酶活性的影响,最合理的实验步骤是( )①取3支试管,编号,各注入2 mL淀粉溶液;另取3支试管,编号,各自注入1 mL新鲜的淀粉酶溶液 ②将淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉溶液试管中,维持各自的温度5 min ③向各试管中滴1滴碘液 ④将6支试管分成3组,每组各有1份淀粉溶液和1份淀粉酶溶液,分别放在60 ℃的热水、沸水和冰水中 ⑤观察实验现象A.①②④③⑤ B.①③②④⑤C.①③④②⑤D.①④②③⑤
探究温度对酶活性影响的实验步骤:分组,编号→酶与底物在各自温度下处理一段时间→酶与底物混合,保温一段时间→检测→观察实验现象。
2.通过实验研究温度对a、b、c 3种酶活性(用相对值表示)的影响,结果如下表所示。下列说法错误的是( )A.a酶和b酶的最适温度均为30 ℃左右B.不论温度为多少,酶的用量都会影响实验结果C.该实验中,自变量有2个,分别为温度和酶的种类D.3种酶中较适应高温环境的是c酶
由题表中信息可知,a酶和b酶在20 ℃和40 ℃时对应的酶活性均比30 ℃时对应的酶活性低,可见这2种酶的最适温度均为30 ℃左右,A项正确。在能使酶失活的高温条件下,酶的用量不会影响实验结果,B项错误。该实验中,温度和酶的种类均为自变量,C项正确。由题表可知,与a、b这2种酶相比,c酶更适应高温环境,D项正确。
3.某兴趣小组为了探究温度对酶活性的影响,用打孔器获取新鲜的厚度为5 mm的3片土豆,进行了下表所示的实验。下列有关叙述错误的是( )A.土豆片的厚度是该实验的自变量B.新鲜土豆组织中含有过氧化氢酶C.高温和低温都能影响过氧化氢酶活性D.定性实验无法确定过氧化氢酶的最适温度
土豆片的厚度为无关变量,自变量是温度,A项错误。3组实验对照说明新鲜土豆组织中含有过氧化氢酶,B项正确。该实验说明高温和低温都能使过氧化氢酶活性发生改变,C项正确。定性实验是为了判断某种因素是否存在,无法确定过氧化氢酶的最适温度,D项正确。
4.科研人员研究了pH对丹东对虾蛋白酶活性的影响,结果如下图所示;同时研究了不同浓度金属离子对丹东对虾肌肉中蛋白酶活性(用相对值表示)的影响,结果如下表所示。下列叙述错误的是( )注设未被金属离子处理过的酶活性为100%。A.由图可知,丹东对虾肌肉和消化腺中蛋白酶的最适pH分别为8和9B.由图可知,酸性环境对肌肉中蛋白酶活性的影响比对消化腺中的大C.由表可推断在浓度为5~20 ml/L时,Pb2+、Cu2+、Zn2+对肌肉中蛋白酶的活性具有抑制作用D.由表可知在浓度为20 ml/L时,对蛋白酶抑制作用的大小关系是Pb2+
典型例题下图中曲线a表示在最适温度、最适pH条件下生成物的量与时间的关系;曲线b表示在最适温度、最适pH条件下酶促反应速率与反应物浓度的关系。据图分析,下列说法正确的是( )A.图一曲线a中,A点后,限制生成物的量增加的因素是酶量不足B.分别在图二中取B、C两点的反应速率值,可用图一中的曲线c和d表示C.对于图二中曲线b来说,若酶量减少,其走势可用曲线f表示D.减小pH,重复该实验,图二曲线b可能变为曲线f;增大pH,曲线b可能变为曲线e
根据题干信息分析,图一中横坐标是时间,可确定“时间”是该实验中的自变量,酶量、温度等因素均为无关变量。反应过程中,反应物浓度会随时间推移越来越小,由此推测曲线a中,A点后生成物的量不再随时间的推移而增加,是因反应物已耗尽,限制因素为反应物浓度,A项错误。在图二中,B点、C点对应的反应速率值是一个定值,不能用图一中曲线c和d表示,B项错误。图二曲线中,当反应物浓度一定时,减少酶量,酶促反应速率降低,C项正确。由题干信息可知,图二曲线b表示在最适pH下,反应物浓度与酶促反应速率的关系,因此无论pH是增大还是减小,酶的活性均降低,曲线b都可能变为曲线f,不可能变为曲线e,D项错误。
整合构建1.与酶相关的单一曲线模型解读
(1)温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的。(2)过酸、过碱、高温都会使酶变性失活,而低温只是抑制酶的活性,酶分子结构未被破坏,升高温度可恢复其活性。(3)底物浓度和酶浓度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。
2.与酶相关的复合曲线模型解读
知识延伸“四看法”分析酶促反应曲线
训练突破1.下图是某研究小组利用过氧化氢酶探究H2O2的分解条件时,根据获得的实验数据绘制的曲线。下列相关叙述正确的是( )A.由图1可得出的实验结论是酶具有催化作用和专一性B.图2曲线出现AB段的原因最可能是过氧化氢酶的数量有限C.图3所示实验的自变量为溶液中H2O2的量,因变量是酶的活性D.以H2O2为实验材料探究温度对酶活性的影响,也可得到图3所示的结果
图1中通过比较过氧化氢酶与无机催化剂FeCl3的催化效率,可知酶具有高效性,A项错误。图2中曲线AB段表示随着H2O2浓度的升高,酶促反应速率不再增大,原因最可能是过氧化氢酶的数量有限,B项正确。图3所示实验的自变量是pH,因变量是酶的活性,用溶液中H2O2的量表示,C项错误。H2O2在加热条件下会分解,所以当以H2O2为实验材料来探究温度对酶活性的影响时,不会得到图3所示的结果,D项错误。
2.为了研究温度对某种酶活性的影响,设置3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),结果如下图所示。回答下列问题。(1)3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组酶催化反应的速率会 。 (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2点即可)。
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、专一性解析:(1)产物浓度最先达到最大值的B组对应的酶活性最高。(2)酶活性与温度的关系:在一定温度范围内(低于最适温度),随温度升高,酶活性增强。由题图可知,3组实验中B组(40 ℃)酶活性最高,如果A组温度提高10 ℃,达到30 ℃,那么A组酶催化反应的速率会加快。(3)由题图可知,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)大多数酶的化学本质是蛋白质,少数酶的化学本质是RNA。酶具有高效性和专一性等特性。
高考真题剖析【例题】 (2019江苏卷)为探究玉米籽粒发芽过程中一些有机物含量的变化,研究小组利用下列供选材料用具进行了实验。材料用具:玉米籽粒;斐林试剂,双缩脲试剂,碘液,缓冲液,淀粉,淀粉酶等;研钵,水浴锅,天平,试管,滴管,量筒,容量瓶,显微镜,玻片,酒精灯等。请回答下列问题。(1)为了检测玉米籽粒发芽过程中的蛋白质(肽类)含量变化,在不同发芽阶段玉米提取液中,分别加入 试剂,比较颜色变化。该实验需要选用的器具有 (填序号)。 ①试管 ②滴管 ③量筒 ④酒精灯 ⑤显微镜(2)为了检测玉米籽粒发芽过程中的淀粉含量变化,将不同发芽阶段的玉米籽粒纵切,滴加 ,进行观察。结果显示,胚乳呈蓝色块状,且随着发芽时间的延长,蓝色块状物逐渐变小。由此可得出的结论是 。
(3)为了验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶作用的结果,设计了如下实验:在1~4号试管中分别加入相应的提取液和溶液(如下图所示),40 ℃温浴30 min后,分别加入斐林试剂并60 ℃水浴加热,观察试管内颜色变化。请继续以下分析。①设置试管1作为对照,其主要目的是 。 ②试管2中应加入的X是 的提取液。 ③预测试管3中的颜色变化是 。若试管4未出现预期结果(其他试管中结果均符合预期),则最可能的原因是 。
核心素养考查点剖析:本题以常见玉米籽粒发芽过程中一些有机物含量的变化及实验探究为载体,综合考查对实验鉴定的原理、验证实验的分析判断和总结归纳,较好地考查了“科学探究”这一学科素养。答案:(1)双缩脲 ①②③(2)碘液 玉米发芽过程中胚乳中的淀粉逐渐减少(3)①排除用于实验的淀粉溶液中含有还原糖 ②发芽前玉米 ③蓝色→砖红色 淀粉酶已失活
解析:(1)检测蛋白质或多肽应该用双缩脲试剂;该实验需要用量筒量取一定量的蛋白质溶液和双缩脲试剂A液,需要用滴管滴加双缩脲试剂B液,该实验不需要加热,也不需要显微镜观察,故选①②③。(2)检测淀粉应该用碘液。胚乳呈现蓝色块状,说明胚乳中含有大量的淀粉。随着时间的延长,蓝色块状逐渐变小,说明玉米发芽的过程中胚乳中的淀粉在逐渐减少。
(3)①该实验的目的是验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶的作用,在淀粉酶的作用下淀粉水解产生了还原糖,还原糖用斐林试剂检测会出现砖红色沉淀。1号试管中加的是缓冲液和淀粉,作为对照组,可以排除用于实验的淀粉溶液中含有还原糖。②根据单一变量原则,1号试管中加的是缓冲液作为对照,3号、4号实验组分别加了发芽玉米提取液、淀粉酶溶液,则2号试管中加的X溶液应该是发芽前玉米的提取液。③3号试管发芽玉米提取液中含有淀粉酶,催化淀粉水解产生了还原糖,因此其颜色由蓝色变成了砖红色;若4号试管的颜色没有从蓝色变成砖红色,可能是因为淀粉酶已失活,不能催化淀粉水解。
典题训练1.某同学进行了下列有关酶的实验:
下列相关叙述正确的是( )A.丙组的实验结果是“不出现砖红色沉淀”B.三组实验都应该在37 ℃条件下进行C.该同学的实验可验证酶的专一性D.可用碘液代替斐林试剂进行检测
蔗糖被蔗糖酶催化水解生成葡萄糖和果糖,葡萄糖和果糖都有还原性,故丙组中加入斐林试剂,水浴加热出现砖红色沉淀,A项错误。甲组和乙组中的唾液淀粉酶的最适温度为37 ℃左右,故新鲜唾液与淀粉或蔗糖的反应需在37 ℃条件下进行,但是蔗糖酶的最适温度在45~50 ℃,故丙组不在37 ℃条件下进行,且加入斐林试剂检测还原糖必须水浴加热至50~65 ℃,B项错误。甲组和乙组相互对照,说明唾液淀粉酶只能水解淀粉,不能水解蔗糖,故能验证酶的专一性,C项正确。如用碘液代替斐林试剂,碘液无法检测蔗糖是否被水解,D项错误。
2.(2023广东卷)中国制茶工艺源远流长。红茶制作包括萎凋、揉捻、发酵、高温干燥等工序,其间多酚氧化酶催化茶多酚生成适量茶黄素是红茶风味形成的关键。下列叙述错误的是( )A.揉捻能破坏细胞结构使多酚氧化酶与茶多酚接触B.发酵时保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性C.发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶活性D.高温灭活多酚氧化酶以防止过度氧化影响茶品质
揉捻可以破坏细胞结构,从而使多酚氧化酶与茶多酚接触,A项正确。因为酶的活性受温度的影响,所以发酵时要保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性,B项正确。因为酶的活性受pH的影响,所以发酵时有机酸含量增加会通过改变pH而影响多酚氧化酶的活性,C项错误。发酵结束时给予高温,可以灭活多酚氧化酶,防止过度氧化而影响茶的品质,D项正确。
3.(2022全国乙卷)某种酶P由RNA和蛋白质组成,可催化底物转化为相应的产物。为探究该酶不同组分催化反应所需的条件,某同学进行了下列5组实验(表中“+”表示有,“-”表示无)。
根据实验结果可以得出的结论是( )A.酶P必须在高浓度Mg2+条件下才具有催化活性B.蛋白质组分的催化活性随Mg2+浓度升高而升高C.在高浓度Mg2+条件下RNA组分具有催化活性D.在高浓度Mg2+条件下蛋白质组分具有催化活性
根据实验组①在没有高浓度Mg2+条件下仍能获得产物可知,酶P在低浓度Mg2+条件下也具有催化活性,A项错误。③和⑤组实验在低浓度和高浓度Mg2+条件下均未获得产物,说明单独的蛋白质组分没有催化活性,B、D两项错误。②和④组实验对比,④组实验获得了产物,②组实验未获得产物,说明在高浓度Mg2+条件下RNA组分具有催化活性,C项正确。
4.某科研小组将新鲜的萝卜磨碎、过滤制得提取液,以等体积、等浓度的H2O2作为底物,对提取液中过氧化氢酶的活性进行了相关研究,得到如下图所示的实验结果。下列分析错误的是( )A.若将实验一中的萝卜提取液换成等量的新鲜肝研磨液,则O2产生总量明显增多B.实验二是在最适温度下测定的相同时间内H2O2剩余量,引起曲线a、b出现差异的原因最可能是酶的含量不同C.过氧化氢酶制剂的保存,一般应选择低温、pH为7的条件D.由实验一可以看出,与加FeCl3溶液相比,单位时间内加萝卜提取液产生的O2更多,其原因是酶降低化学反应活化能的效果更显著
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