2024届人教版高中生物一轮复习酶和ATP学案

这是一份2024届人教版高中生物一轮复习酶和ATP学案，共19页。学案主要包含了酶的作用和本质，酶的特性，探究pH对酶活性的影响等内容，欢迎下载使用。
第2讲　酶和ATP

考点1　酶的本质、作用和特性

一、酶的作用和本质
1．酶在细胞代谢中的作用
(1)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

(2)分析酶的作用原理曲线

①无酶催化的反应曲线是乙，有酶催化的反应曲线是甲。
②ca段的含义是在无催化剂的条件下，反应所需要的活化能；ba段的含义是酶降低的活化能。
③该反应中，若将酶催化改为无机催化剂催化，则b点在纵轴上将向上移动。
④酶的作用原理是降低化学反应的活化能。与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。
2．酶的本质
(1)酶本质的探索历程(连线)

提示：①—f　②—a　③—c　④—d、e　⑤—b
(2)归纳酶的本质
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
二、酶的特性
1．高效性：酶的催化效率是无机催化剂的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。高温、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。

1．如图表示A、B两种酶用同一种蛋白酶处理后酶活性与处理时间的关系，据图分析：(必修1　P80“拓展应用”T3)

(1)A、B两种酶的化学本质是否相同？为什么？
(2)B酶活性改变的原因是什么？
提示：(1)不相同。A酶能抵抗该种蛋白酶的降解，其化学本质不是蛋白质而是RNA；B酶能被蛋白酶破坏，活性降低，化学本质为蛋白质。
(2)B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。
2．已知胃蛋白酶的最适pH为1.5，小肠液的pH为7.6，胃蛋白酶随食糜进入小肠后还能发挥作用吗？为什么？(必修1　P82“背景知识”)
提示：不能。因为没有了适宜的pH，胃蛋白酶的活性大大降低甚至失活。
3．临床上溶菌酶与抗生素混合使用，能增强抗生素的疗效，溶菌酶的作用是什么？(必修1　P85“科学·技术·社会”)
提示：溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁。

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．酶活性的发挥离不开其特定的结构。 (√)
3．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。
4．酶活性最高时的温度适合酶的保存。 (×)
提示：酶适合保存在低温条件下。
5．酶在催化反应完成后立即被分解。 (×)
提示：酶是催化剂，其在催化反应完成后不会被分解。
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．低温与高温、过酸、过碱对酶活性影响的不同之处是
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
提示：低温抑制酶的活性但不破坏酶的结构，高温、过酸、过碱破坏酶的结构
2．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区别是_________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
提示：温度和pH通过影响酶的活性影响酶促反应速率，底物浓度和酶浓度不影响酶的活性，通过影响酶分子与底物的结合影响酶促反应速率


1．酶高效性的曲线分析

(1)与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
(2)酶和无机催化剂一样，只能缩短达到化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的平衡点。
2．酶专一性的曲线分析

(1)加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。
(2)加入酶A的反应速率比无酶条件下的反应速率明显加快，说明酶A对此反应有催化作用。
3．影响酶活性因素的相关曲线分析

甲　　　　　　　　　　乙
(1)甲曲线分析：在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用逐渐增强，超过最适温度(pH)，酶的催化作用逐渐减弱。
(2)乙曲线分析：纵坐标为反应物剩余量(相对量)，反应物剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢；图示pH＝7时，反应物剩余量最少，该pH下的酶活性相对较高；反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
4．底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响曲线分析

甲(在酶量一定的情况下)　乙(在底物足量的情况下)

丙
(1)甲图：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率先随底物浓度增加而加快，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：在底物足量、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
(3)丙图：在其他条件适宜的情况下，酶量增加，酶促反应的底物饱和时对应的曲线上的a点应向右上移(对应b点位置)。


1．如图表示将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。
(2)分析T2后B增加缓慢的原因。
(3)T1时加入酶C后，酶促反应速率变化有什么规律？
提示：(1)题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)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，酶促反应速率先快后慢。

2．小麦种子中含有α、β两种淀粉酶，某学习小组对这两种淀粉酶活性进行探究实验，步骤如下：
①将等量的α­淀粉酶(70 ℃活性不受影响，100 ℃高温下失活)与β­淀粉酶(70 ℃处理15 min即失活)加适量蒸馏水混合，分为甲、乙、丙三组；②甲组25 ℃下处理，乙组70 ℃水浴处理15 min后取出，丙组100 ℃下处理15 min后取出；③甲、乙、丙三组分别在25 ℃条件下加入等量且足量的淀粉溶液；④一段时间后，测得甲、乙、丙三组淀粉剩余量分别为a、b、c。请思考回答：
(1)三组淀粉剩余量最多的是哪一组？原因是什么？
(2)利用上述实验结果，如何大致比较25 ℃条件下α­淀粉酶和β­淀粉酶活性的大小？
提示：(1)丙组；两种淀粉酶在100 ℃条件下均失去活性，且降到25 ℃活性不能恢复。
(2)比较b－a(β­淀粉酶的活性)与c－b(α­淀粉酶的活性)数值的大小。

考查酶的本质、作用和特性
1．(2022·山东潍坊高三模拟)下列关于酶的叙述正确的是(　　)
①酶具有催化作用，并都能与双缩脲试剂反应呈紫色　②酶通过提供反应所需的活化能提高反应速率　③蛋白酶能催化不同的蛋白质水解，因此酶不具有专一性　④细胞代谢能够有条不紊地进行，主要由酶的高效性决定　⑤酶是由具有分泌功能的细胞产生的　⑥酶既可作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物
A．③⑤⑥　 B．②③⑥
C．③⑥ D．⑥
D　[酶大部分是蛋白质、少量是RNA，蛋白质类的酶能与双缩脲试剂反应呈紫色，RNA类的酶不能，①错误；酶的作用原理是降低化学反应的活化能，②错误；酶的专一性是指酶能催化一种或一类化学反应，③错误；细胞代谢能够有条不紊地进行与酶的专一性有关，④错误；几乎所有活细胞均能产生酶，⑤错误；酶催化相应的化学反应时属于催化剂，酶被分解时作为反应的底物，⑥正确。]
　与酶相关的常见误区明示
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(不考虑哺乳动物成熟的红细胞)
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
氨基酸
合成场所
核糖体或细胞核
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
在生物体内合成
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
考查酶作用和特性的坐标曲线分析
2．(2022·福建龙岩质检)为探究温度对酶活性的影响，研究人员用某种酶做了相关实验，结果如图所示。下列描述正确的是(　　)

不同温度下酶催化形成的产物浓度示意图
A．温度每升高10 ℃，酶活性即提高一倍
B．60 ℃时该酶还能维持自身结构的稳定性
C．70 ℃时反应达到平衡前酶活性已丧失
D．10 ℃和90 ℃时产物量都很低的原因一样
C　[由图可知，温度和产物浓度的关系中，从60 ℃升高到90 ℃时，酶活性降低，A错误；由图可知，60 ℃时产物浓度增长速率变慢，而50 ℃时产物浓度增长速率保持不变，说明50 ℃时的酶活性高于60 ℃时的酶活性，即60 ℃时酶活性受高温的影响，自身结构遭受破坏，B错误；由50 ℃时产物浓度可知，70 ℃时反应未达到平衡，底物充足而产物浓度增长速率变为0，说明70 ℃时反应达到平衡前酶活性已丧失，C正确；10 ℃时产物量低的原因是低温抑制了酶活性，而90 ℃时产物量低的原因是高温破坏了酶的自身结构，导致酶失活，D错误。]
3．(2023·辽宁名校联考)图1是某种淀粉酶的活性与温度的关系曲线，图2是不同pH下，淀粉酶对淀粉作用1 h后淀粉剩余量相对值。下列有关叙述正确的是(　　)
　
图1　　　　　　　　　　　　图2
A．图1中b、c两点通过改变温度条件均可明显提高反应速率
B．pH为3和9的两支试管中的淀粉酶的活性相同
C．图1的实验最好是在pH为7的条件下进行研究
D．应将淀粉酶保存在温度为40 ℃、pH为7的条件下
C　[低温条件下酶的活性暂时受到抑制，温度恢复过程中，活性会恢复，化学反应速率提高，而高温条件下，酶已经变性，失去活性，改变温度化学反应速率也不会提高，A错误；酸性条件也可促进淀粉水解，所以pH为3和9的条件下，淀粉酶的活性不同，B错误；图1为研究温度对淀粉酶活性的影响，pH等条件要保证相同且适宜，C正确；酶应该保存在低温和pH为7的条件下，D错误。]
　“四看法”分析酶促反应曲线
一看两坐标轴的含义：分清自变量与因变量，了解两个变量间的关系。
二看曲线的变化：利用数学模型法观察同一条曲线的升、降或平的变化，掌握变量变化的生物学意义。如在分析影响酶促反应的因素时，一般情况下，曲线未达到平衡时，限制因素是横坐标所表示的因素，当曲线达到平衡状态后限制因素是除横坐标所表示的因素之外的其他因素。
三看特殊点：即曲线的起点、终点、顶点、转折点、交叉点等，理解特殊点的意义。
四看不同曲线的变化：理解曲线之间的内在联系，找出不同曲线的异同及变化的原因。
考查酶的作用和特性的实验设计和分析
4．某兴趣小组利用如图所示装置探究过氧化氢在不同条件下的分解，FeCl3可催化过氧化氢的分解。实验中所用各种溶液的量相同。下列叙述正确的是(　　)

甲　　　　　　　　　　　　　乙
A．甲、乙装置反应结束后，量筒Ⅱ中收集到的气体多于量筒Ⅰ
B．若探究温度对酶活性的影响，可设置一系列温度梯度的装置乙
C．将装置甲中的FeCl3溶液换成淀粉酶溶液可探究酶的专一性
D．将装置甲中的FeCl3溶液换成HCl溶液可探究酶的活性受pH影响
C　[由于过氧化氢的量是一样的，所以最后产生的氧气的量是一样的，A错误；探究温度对酶活性的影响不能选择过氧化氢作为底物，B错误；将装置甲中的FeCl3溶液换成淀粉酶溶液可探究酶的专一性，C正确；探究pH对酶活性的影响需要将HCl和NaOH分别加入过氧化氢酶溶液中处理，D错误。]
5．(2022·广东选择性考试)某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究，结果见下表。下列分析错误的是(　　)
组别
pH
CaCl2
温度(℃)
降解率(%)
①
9
＋
90
38
②
9
＋
70
88
③
9
－
70
0
④
7
＋
70
58
⑤
5
＋
40
30
注：“＋”“－”分别表示“有”“无”添加，反应物为Ⅰ型胶原蛋白。
A．该酶的催化活性依赖于CaCl2
B．结合①②组的相关变量分析，自变量为温度
C．该酶催化反应的最适温度为70 ℃，最适pH为9
D．尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物
C　[分析②③组可知，没有添加CaCl2，降解率为0，说明该酶的催化活性依赖于CaCl2，A正确；分析①②组的变量可知，pH均为9，都添加了CaCl2，温度分别为90 ℃、70 ℃，故自变量为温度，B正确；②组酶的活性最高，此时pH为9，温度为70 ℃，但由于分组较少，不能说明最适温度为70 ℃，最适pH为9，C错误；该实验的反应物为Ⅰ型胶原蛋白，要确定该酶能否水解其他反应物还需补充实验，D正确。]
考点2　(探究·实践)探究酶的专一性和影响酶活性的条件

一、淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
1．实验原理
(1)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。
(2)在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
2．实验步骤
试管编号
1
2
注入可溶性淀粉溶液
2 mL
－
注入蔗糖溶液
－
2 mL
注入新鲜的淀粉酶溶液
2 mL
2 mL
60 ℃水浴保温5 min
新配制的斐林试剂
2 mL
2 mL
沸水浴煮沸1 min
实验现象
有砖红色沉淀
没有砖红色沉淀
3．实验结论及分析
(1)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。结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有专一性。
(2)该实验的自变量是底物的种类；因变量是底物是否被淀粉酶水解。本实验设计思路是探究同一种酶是否能催化不同底物水解。
二、探究温度对酶活性的影响
1．实验原理
(1)反应原理

(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．实验步骤与现象(如表)
试管编号
试管1
试管1′
试管2
试管2′
试管3
试管3′
实验
步骤
一
1 mL淀
粉酶溶液
2 mL淀
粉溶液
1 mL淀
粉酶溶液
2 mL淀
粉溶液
1 mL淀
粉酶溶液
2 mL淀
粉溶液
二
放入0 ℃冰水中约5 min
放入60 ℃热水中约5 min
放入100 ℃热水中约5 min
三
将1与1′试管内的液体混合后继续在0 ℃冰水内放置10 min
将2与2′试管内的液体混合后继续在60 ℃热水内放置10 min
将3与3′试管内的液体混合后继续在100 ℃热水内放置10 min
四
取出试管各加入两滴碘液，振荡
实验
现象
变蓝
不变蓝
变蓝
3．实验结论：在最适温度条件下，酶的活性最高，高温、低温都影响酶的活性。
三、探究pH对酶活性的影响
1．实验原理
(1)反应原理：2H2O22H2O＋O2。
(2)鉴定原理：pH影响酶的活性，从而影响单位时间内氧气的生成量，可用带火星的卫生香燃烧情况来检验O2产生量的多少。
2．实验步骤与现象(如表)
试管编号
试管1
试管2
试管3
实验
步骤
一
2滴过氧化氢酶溶液
二
1 mL
蒸馏水
1 mL物质的量浓度为0.01 mol/L的盐酸溶液
1 mL物质的量浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液
三
2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液
实验
现象
卫生香燃烧猛烈
卫生香燃烧不猛烈
卫生香燃烧不猛烈
3．实验结论：在最适pH条件下，酶的活性最高，过酸、过碱都影响酶的活性。

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．实验材料和试剂的选择
(1)探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用的实验中不能用碘液代替斐林试剂作为检测试剂，因为碘液只能检测淀粉是否被水解，而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色。
(2)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。
(3)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．实验步骤和结果检测的注意事项
(1)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。
(2)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。
(3)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后再让酶与底物接触，不宜在未达到预设pH前，让底物与酶接触。

1．(2022·广东茂名一模)在探究温度对酶活性影响的实验设计中，下列操作及材料的选取合理的是(　　)
A．选用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液和碘液
B．选用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液和斐林试剂
C．选用过氧化氢溶液和新鲜的肝脏研磨液
D．将酶和底物在室温下混合后置于不同温度下保温
A　[碘液可以使淀粉变蓝色，经淀粉酶处理过的淀粉溶液遇碘液后蓝色变浅，实验结果明显，因此可以用碘液进行检验，A正确。斐林试剂在检验还原糖时需要水浴加热，温度会影响淀粉酶的活性，B错误。温度会影响过氧化氢的分解，影响实验结果，C错误。探究温度对酶活性的影响时，将酶与底物溶液在不同温度下分别保温后再相同温度混合，D错误。]
2．(2022·广东佛山质检)在“探究pH对过氧化氢酶活性的影响”的实验中，有学习小组对实验进行了改进，改进后的装置如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．装置中①为H2O2溶液，②为过氧化氢酶，两者也可以对调
B．待过氧化氢酶与相应pH的磷酸缓冲液接触一段时间后，再注入H2O2溶液
C．探究过氧化氢酶的最适pH，可将磷酸缓冲液pH分别调至2、4、6、7、8、9
D．在水浴条件下，还可以用该装置来探究温度对过氧化氢酶活性的影响
B　[“探究pH对过氧化氢酶活性的影响”实验中，应在加入酶之后先分别加入不同pH的缓冲液，调节酶所处的pH为预设pH，然后再加入底物，A错误，B正确；探究过氧化氢酶的最适pH，应设置一系列等浓度梯度的磷酸缓冲液pH，C错误；“探究温度对过氧化氢酶活性的影响”实验中，不可选择过氧化氢作为实验材料，因为过氧化氢自身的分解就受温度的影响，D错误。]
3．(2022·山东新泰一中检测)酶是细胞代谢正常进行的必要条件之一。某生物兴趣小组进行了以下有关酶的探究实验。请回答相关问题：
实验甲：探究温度对酶活性的影响。
实验乙：探究pH对酶活性的影响。
实验丙的实验流程及现象
A组：淀粉＋蔗糖酶→斐林试剂鉴定→不出现砖红色沉淀
B组：蔗糖＋蔗糖酶→斐林试剂鉴定→出现砖红色沉淀
(1)实验室有过氧化氢酶与唾液淀粉酶，可提供给兴趣小组进行实验甲、乙的探究，实验乙应该选择的酶是________， 与无机催化剂相比，该酶______________________________________________，因而催化效率更高。
(2)实验甲、乙共同的无关变量是______________________________________等(答出两点)。
(3)实验丙的实验目的是__________________________。有同学认为，实验结果检测时，除了上述检测方法之外，也可以选择碘液作为检测试剂，你是否同意该同学的观点，并说明理由：_____________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析]　(1)实验乙的目的是探究pH对酶活性的影响，自变量是pH，由于淀粉在酸性条件下能水解，会对实验结果造成干扰，所以应选择过氧化氢酶，而不是唾液淀粉酶。与无机催化剂相比，过氧化氢酶催化效率更高的原因是酶降低活化能的作用更显著，具有高效性。(2)根据分析可知，实验甲的自变量是温度，实验乙的自变量是pH，两个实验的无关变量包括酶浓度、反应时间、底物浓度等，在实验中，要保证无关变量相同且适宜。(3)根据分析可知，实验丙证明了酶具有专一性，因此实验丙的实验目的是验证酶具有专一性；不同意该同学用碘液作为实验丙检测试剂的观点，因为蔗糖及水解产物均与碘液没有显色反应，因此不能用碘液检测蔗糖是否分解。
[答案]　(1)过氧化氢酶　降低活化能的作用更显著　(2)酶浓度、底物浓度、反应时间等　(3)验证酶具有专一性　不同意；蔗糖及水解产物均与碘液没有显色反应，因此不能用碘液检测蔗糖是否分解(或碘液不能检测蔗糖是否水解)