2021高考生物人教版一轮教师用书第三单元第8讲　酶与ATP

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

(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]

(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:BE+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。

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。

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。

与酶相关的常见误区

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

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。

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:2H2O22H2O+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

1.实验变量控制的三个原则

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。

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:

(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。

(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<Tb,且Ta和Tb均低于淀粉酶的最适温度)。下列叙述错误的是(　C　)

A.曲线①表示在Ta温度下测定的结果

B.在这两个温度条件下,淀粉酶的最适pH相同

C.pH=1与pH=13时,淀粉酶的空间结构是相同的

D.其他条件需要保持一致,以排除无关变量的干扰

解析:曲线①表示在Ta温度下测定的结果;在这两个温度条件下,淀粉酶的最适pH都是7;pH=1与pH=13时,淀粉酶的空间结构已经被破坏导致变性失活,空间结构不一定相同;实验过程中无关变量都要保持一致,以排除干扰。