第四章 第2节 酶催化细胞的化学反应(无答案)-高中生物学合格考学案等级考预备（新教材必修 第2版）

· 101 · 第 2 节 酶催化细胞的化学反应 一、酶是生物催化剂 1. 酶概述：活细胞产生的、具有催化作用的一类有机物，化学本质是蛋白质或 RNA，其中绝大多数酶 是蛋白质，极少数酶是 RNA。死细胞不产生酶，凡是活细胞都一定能产生酶。其合成原料是氨基酸或核糖 核苷酸（基本组成单位），可以在细胞内或细胞外起作用，可以催化一种或者一类化学反应。反应前后酶的 数量和性质没有发生变化。酶催化特定特定化学反应的能力称为酶活性，也叫酶活力，可以用单位常以单 位时间内（每分钟）产物形成的量或底物减少的量来表示。习惯上根据酶的底物或催化的反应来命名酶， 例如，胰蛋白酶是胰腺产生催化蛋白质水解的酶，RNA聚合酶是催化 RNA合成的酶。 2. 酶的功能与其分子结构相关 （1）酶活性中心：酶分子上与底物结合并起催化作用的空间区域，活性中心的空间结构对酶的催化 至关重要，酶变性失活实质上就是活性中心的空间结构被破坏。 （2）酶催化的专一性：酶和被催化的底物分子都有特定的空间结构，底物只有与酶的活性中心契合 使才能被催化（专一性原理，锁钥学说）。 每种酶的活性中心不同，结合的底物也不同，因此每一种酶只能催化一种或一类化学反应（必修一， 第 78页，图 4-12）。酶和被催化的底物可以结合形成复合体，催化反应高效进行。酶的专一性保证细胞新 陈代谢的有序性。 （3）酶催化的高效性：酶与一般无机催化剂一样，能显著降低反应的活化能（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），这是酶的高效性原因。 酶能提高反应的速度，缩短达到平衡的时间，但并不改变反应的方向和平衡常数。酶的催化效率无机 催化剂的 10 7 ～10 13 倍，可以保证细胞新陈代谢顺利进行的保证。 例 1 苯丙酮尿症（pku）是人类先天性代谢失调疾病，尿液中会含有大量的苯丙酮酸（苯丙氨酸代谢的 中间产物），而在正常人这种中间产物会分解成无害物质。试推测该遗传病是由于患者体内不能合成何种 物质所致（ ）。 A．酶 B．激素 C．维生素 D．碳水化合物 例 2 催化脂肪酶水解的酶是（ ）。 A. 肽酶 B. 蛋白酶 C. 脂肪酶 D. 淀粉酶 酶 A 未加酶（或加酶 B） 反应速率 0 1 2 3 4 10 5 B C D A D E F C A D A B C 专一性曲线 能量 非催化反应活化能 一般催化剂活化能 酶促反应活化能 产物平均能量 底物平均能量 反应总能量改变 加入酶 加入无机催化剂 平衡点 未加酶也未 加无机催化剂 时间 高效性曲线 反应过程 · 102 · 0 10 20 30 酶·底物复合物浓度（相对值） 反应时间（min） 2 1 例 3 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（ ）。 A. 蛋白酶 B. RNA聚合酶 C. RNA D. 逆转录酶 例 4 酶具有极强的催化功能，其原因是（ ）。 A. 降低了化学反应的活化能 B. 增加了反应物之间的接触面积 C. 提高了反应物分子的活化能 D. 酶提供使反应开始所必需的活化能 例 5 噬菌体裂解酶是噬菌体在感染细菌后期表达的一类细胞壁水解酶，研究者将该酶部分结构 （CBD）人工合成后，发现 CBD可与金黄色葡萄球菌结合从而抑制细菌感染。下列各项中与 CBD的分子结 构相同的是（ ）。 A．噬菌体裂解酶的活性部位 B．噬菌体的衣壳蛋白 C．金黄色葡萄球菌的细胞壁 D．淀粉酶 例 6 为了认识酶作用特性，以 20％过氧化氢溶液为反应底物的一组实验结果如下表所示。通过分析实 验结果，能够得出相应的结论。从表中得不到实验依据的一项是（ ）。 步骤 方法 观察结果 1 常温下自然分解 氧气泡少而小 2 常温下加铁离子 氧气泡稍多而小 3 常温下加入鲜肝提取液 氧气泡极多而大 4 加入煮沸后冷却的鲜肝提取液 同自然分解一样 A．从催化条件看，酶有温和性 B．从催化活性看，酶变性后就失活 C．从催化反应效率看，酶有高效性 D．从催化底物范围看，酶有专一性 例 7 广泛存在于生物体内的乙醇氧化酶可催化乙醇生成乙醛。依据下图所示的作用机理指出该酶的特 征是（ ）。 ①专一性 ②高效性 ③热稳定性 ④可重复利用性 A. ①② B. ①④ C. ②③ D. ③④ 例 8 下图是酶催化特性的“酶-底复合反应”模型，图中数字表示反应过程，字母表示相关物质。则 下列各选项对此图意的解释中正确的是（ ）。 A．X是酶，过程①表示缩合反应 B．Y可表示酶，过程②体现酶的多样性 C．复合物 Z是酶发挥高效性的关键 D．①、②可以表示葡萄糖水解过程 例 9 酶在催化水解过程中会与底物形成复合物，把底物水解成产 物。如右图，从 5mim到 15min，产物生成量的变化趋势是（ ）。 A. 逐渐下降 B. 逐渐上升 C. 直线上升 D. 直线下降 ＋ 乙醇氧化酶 乙醇 酶-底物复合物 乙醇氧化酶 乙醛 ＋ ① ② X Y Z X F G · 103 · 竞争性抑制 非竞争性抑 酶 底物 产物 酶 竞争性抑制剂 非竞争性抑制剂 酶 结构改变 二、酶活性受环境因素影响 1. 酶活性受温度和 pH 的影响 （1）温度：一般而言，温度越高化学反应越快，但酶是蛋白质，若温度过高会发生变性而失去活 性，因而酶促反应一般是随着温度升高反应加快，直至某一温度活性达到最大，超过这一最适温度，由 于酶的变性，反应速度会迅速降低。 （2）pH：在一定 pH范围内，随着 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。在最适 pH时，酶的催化作用最强，高于或低于最适 pH，酶的催化作用都将减弱。过酸、过碱都 会使酶失活。 温度对酶活性影响的曲线 pH对酶活性影响的曲线 pH 和温度对酶活性综合影响曲线 在极端的酸性或碱性条件下会变性而完全失去活性，大 多数酶的最适 pH值为 4.5～8.0范围内；动物体内的酶最适 宜 pH大多在 6.5～8之间。唾液 pH为 6.2～7.4，胃液的 pH 为 1.5～2.0，小肠液的 pH为 7.6；植物体内的酶最适 pH大 多在 4.5～6.5之间（一些常见的酶最适 pH见右图）。 2. 酶活性受温酶浓度和底物浓度的影响 （1）酶的浓度：在有足够底物而又不受其他因素的影响情况下，则酶促反应速率与酶浓度成正比。 （2）底物浓度：当酶浓度、温度和 pH恒定时，在底物浓度很低的范围内，反应速率与底物浓度成 正比，当底物浓度达到一定限度时，所有的酶与底物结合，反应速率达到最大，再增加底物浓度，反应 速率不再增加。 3. 酶活性受抑制剂的影响 （1）竞争性抑制：产生与底物构型类似的物质占据酶的活性中心，与底物发生竞争关系减缓反应速 度。 （2）非竞争性抑制：产生可以与某种酶结合并改变其空间结构的物质，以改变酶活性部位的空间结 构，使其不能与底物结合。 最适温度 温度 速度 最适 pH pH 速度 pH＝1 pH＝13 pH＝7 反应物剩余量 0 温度 1 0.5 速率 酶浓度 速率 底物浓度 胰 蛋 白 酶 淀 粉 酶 （ 唾 液 ） 淀 粉 酶 （ 植 物 ） 胃 蛋 白 酶 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 pH 反应速度 酶的活性与 pH 的关系 · 104 · 例 10 在高烧时，常常没有食欲，最根本的原因是（ ）。 A．所吃食物未被消化 B．胃没有排空 C．体温超过 37℃，消化酶活性受到影响 D．体内食物残渣没有排出 例 11 嫩肉粉是以蛋白酶为主要成分的食品添加剂，对酶的影响因素而言，下列使用方法中最佳的是 （ ）。 A．炒肉的过程中加入 B．肉炒熟后起锅前加入 C．先用沸水溶解后与肉片混匀，炒熟 D．室温下与肉片混匀，放置一段时间，炒熟 例 12 下列实例中，不能说明“酶的作用条件较温和”的是（ ）。 A．平原地区的人进入高原地区后发生“高原反应” B．人发高烧后食欲下降 C．唾液淀粉酶进入胃后不再催化食物中的淀粉水解 D．用沸水浸泡的加酶洗衣粉洗涤效果不佳 例 13 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（ ）。 A. 甲、乙两图中 B对应的温度和 pH分别是酶的最适温度和最适 pH B. 甲、乙两图中 A点对应的温度或 pH对酶活性的影响不相同 C. 甲、乙两图中 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 第 13题图 第 14题图 第 15题图 例 14 题图表示温度与某种酶活性的关系，据图分析下列叙述错误的是（ ）。 A．在 0～30℃之间，酶的催化效率逐渐增强，超过 30℃，酶的催化效率逐渐减弱 B．同一种酶在不同温度下可以具有相同的催化效率 C．b点区域温度为酶的最适温度 D．图中 a和 c点酶的结构相同，c点该温度抑制酶的活性 例 15 题图表示在最适温度下，反应物浓度对酶催化的反应速率的影响，下列有关说法中错误的是（ ）。 A. 在 A 点升高温度，反应速率将下降 B. 在 B 点增加反应物浓度，反应速率将加快 C. 在 C 点再加入等量的酶，反应速率将加快 D. 影响酶催化反应的因素主要是 pH、温度、反应物浓度等 0 20 40 60 反应速度 a c b 温度 反应物浓度 反应速度 B A C · 105 · 例 16 某同学在研究化合物 P 对淀粉酶活性的影响时，得到如右图所示的实验结果。下列有关叙述中不 正确的是（ ）。 A．在一定范围内，底物浓度影响着酶促反应速率 B．曲线①作为实验对照 C．P对该酶的活性有抑制作用 D．若反应温度不断升高，则 A点持续上移 例 17 利用麦芽酿造啤酒时，麦芽中多酚氧化酶（PPO）的作用会降低啤酒质量。右图为不同 pH和温度 对 PPO活性影响的曲线，下列有关叙述中错误的是（ ）。 A．PPO催化多酚类物质的生化反应 B．相同温度时，pH 7.8的酶促反应产物比 pH 8.4的少 C．在制备麦芽过程中应将反应条件控制在温度 80℃、pH 8.4 D．高于 90℃，若 PPO发生热变性，一定温度范围内温度越高变性越快 第 17题图 第 18题图 例 18 题图示为谷氨酸脱羧酶催化谷氨酸分解的过程中，有关物质浓度随时间的变化曲线（1mol谷氨 酸分解为 1mol氨基丁酸和 1molCO2）。下列有关描述中不合理的是（ ）。 A．曲线 1表示的肯定是谷氨酸的浓度变化 B．曲线 2表明，在该条件下谷氨酸在大约 20分钟时完全分解 C．如果曲线 2、3、4表示不同温度下酶促反应曲线，则曲线 2代表的温度高于曲线 3和曲线 4代表 的温度 D．如果曲线 2、3、4代表不同酶浓度下的酶促反应，则曲线 2代表的酶浓度高于曲线 3和曲线 4 例 19 下图中的曲线是同一反应的酶促反应和非酶促反应曲线，下列相关叙述中正确的是（ ）。 A．E1是酶促反应的活化能，A和 C曲线是酶促反应曲线 B．E2是酶促反应的活化能，B和 D曲线是酶促反应曲线 C．E3是酶促反应的活化能，B和 C曲线是酶促反应曲线 D．E2是酶促反应的活化能，A和 C曲线是酶促反应曲线 A ①（仅有酶） 0 底物浓度 ②（酶＋P） 酶促反应速度 · 106 · 例 20 某人通过实验研究化合物 X 对淀粉酶活性的影响，结果如图。曲线Ⅰ为只在底物中加入淀粉 酶，曲线Ⅱ为在底物中加入淀粉酶和化合物 X。下列分析不正确的是（ ）。 A. 化合物 X未影响淀粉酶活性的最适温度 B. 曲线Ⅰ作为实验对照 C. 化合物 X对淀粉酶的活性有抑制作用，但未使酶完全失活 D. 若底物溶液的 pH升高，则曲线Ⅱ的顶点上移 例 21 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 1h和 2h，其产物麦芽糖的相对 含量如右图所示。相关分析正确的是（ ）。 A．第 1h内，酶的最适温度在 45～50℃之间 B．第 1h到第 2h，45℃条件下淀粉酶活性提高 C．第 1h到第 2h，50℃条件下酶的催化作用明显 D．若只生产 1h，45℃左右时麦芽糖产量相对较高 例 22 用植物纤维纺织衣物时，需除去织物纤维上的淀粉浆（称为退浆）。传统工艺是用烧碱进行退 浆，但是对环境造成的污染很严重。现在常用的淀粉酶是从细菌体内提取的，在使用过程中常加入 NaCl 作为酶的激活剂。随自变量的变化，酶的活性没有发生变化的是（ ）。 A．酶浓度对退浆效果的影响 B．温度对退浆效果的影响 C．pH对退浆效果的影响 D．NaCl浓度对退浆效果的影响 三、常见酶促反应图形转换 1. 反应条件不同的不同曲线：观察左下图，若①为标准状态的反应曲线，②③④各是哪些条件变化 引起的？并完成各条件下图像的转换。 问题：图中引起①、②、③、④曲线不同的原因是什么？ 2. 温度与产物之间转换 时间 底物浓度 速度 底物 时间 转换 ①②③ 产物 ③ ① ② ④ 转换 ①②③ ② ③ ③ ① ② ① 转换 温度 速度 A B C 温度 产物 B C A · 107 · A B C D 产物量 反应速度 反应速度 反应速度 酶量 2X 酶量 X 0 温度 0 pH 值 0 时间 0 底物量 例 23 如图表示某种酶在不同处理条件（a、b、c）下催化某反应时，反应物的量和反应时间的关系， 解读此图可获得的信息是（ ）。 A. a、b、c表示温度，则一定是 a＞b＞c B. a、b、c表示酶的浓度，则 a＞b＞c C. a、b、c表示底物的浓度，则 a＞b＞c D. a、b、c表示平 pH，则一定是 a＞b＞c 第 23题图 第 24题图 第 25题图 例 24 在温度和 pH 均最适宜情况下，测得酶促反应速度与底物浓度关系如图所示。则当底物浓度大于 m 时，提高反应速率的方法是（ ）。 A．增加酶的数量 B．增加底物浓度 C．降低 pH D．增加温度 例 25 图示为研究某酶促反应的实验结果，拐点的横纵坐标分别为 a和 b。下列判断中正确的是（ ）。 A．增加酶量，a值将变大 B．延长时间，a值将变大 C．升高温度，b值将变大 D．升高 pH，b值将变大 例 26 右图曲线表示的是在其他条件都适宜的情况下，淀粉酶浓度对退浆（除去淀粉类浆料）效果（用 失重率表示）的影响。下列相关说法中，不正确的是（ ）。 A. AB段表示随着酶浓度的升高退浆效果变好 B. BC段表示继续提高酶的浓度，对退浆的效果影响不大 C. BC段退浆效果无显著变化，说明底物几乎耗尽 D. BC段表示底物与酶充分结合，失重率最大 例 27 对蛋白质成分的酶而言，下列符合其催化反应变化规律的曲线应是（ ）。 例 28 图中实线表示水解酶催化的反应速率与酶浓度的关系，虚线表示在其他条件不变的情况下，底物 浓度增加一倍，在一定时间内，反应速度与酶浓度的关系，能正确表示两者关系的是（ ）。 例 29 根据下图所示，下列关于酶的叙述中符合右图含义的是（ ）。 A．随 pH值从 5升高到 7，酶的活性逐渐降低 B．随 pH值从 5升高到 7，酶的活性逐渐升高 c b a 0 反应时间 反应物的量 m 底物浓度 反应速率 0 底物浓度（mol·L -1 ） 反应速率（mol·L -1 ·s -1 ） b a 酶浓度 反应速率 酶浓度 反应速率 酶浓度 反应速率 酶浓度 反应速率 A B C D · 108 · C．温度从 0～A变化过程中，酶的活性逐渐降低 D．该酶的最适 pH值为 7 第 29题图 第 30题图 例 30 图示为单位时间内某反应物剩余量随 pH及温度的变化情况，下列叙述中正确的是（ ）。 A. 在一定范围内，随着 pH的升高，酶的活性先降低、后升高 B．酶的最适 pH是一定的，不随温度升高而升高 C．该酶的最适温度是 37℃ D. 随着温度的升高，酶的活性逐渐降低 例 31 图示为不同温度下酵母菌发酵时气体产生量与反应时间的关系。由图可知（ ）。 ①有多种酶参与 ②最适合 pH是 7 ③最适温度是 40℃ ④50℃时酶逐渐失活 ⑤0℃时酶逐渐失活 A．①③ B．②⑤ C．③④ D．④⑤ 例 32 下左图表示某种有机物加入酶后，置于 O℃至 80℃环境中，有机物的分解总量与温度的关系图。 根据该图判断，如果把这些物质置于 80℃至 O℃的环境中处理，符合其关系的是（ ）。 四、生物体内的化学反应 1. 生物体内的化学反应类型 （1）合成反应：小分子形成大分子，包括脱水缩合反应（氨基酸脱水缩合、核苷酸脱水缩合、甘油和 脂肪酸脱水缩合、单糖脱水缩合等）、光合作用和生物体内合成脂类等反应。 （2）分解反应：大分子分解成小分子，合成反应的逆过程和各种氧化分解反应。 在生物的反应中，合成反应一般是要耗能的（ATP被消耗而暂时减少），而分解反应一般是释放能量 的（ATP生成而暂时增多）。 2. 新陈代谢的场所 反应剩余量（相对值） 1.0 0.5 0 A 温度 pH＝5 pH＝7 pH＝6 30℃ 0 4 8 pH 反 应 物 剩 余 35℃ 33℃ 37℃ 分解物质的量 0 20 40 60 80 温度 80 0 温度 80 0 温度 80 0 温度 80 0 温度 A B C D · 109 · （1）细胞外：抗体抗原反应、消化作用中所有反应等。 （2）细胞核：DNA复制、转录等。 （3）细胞器：蛋白质合成、光合作用、呼吸作用二三阶段、溶酶体分解物质等。 （4）细胞质：糖酵解、无氧呼吸等。 例 33 下列反应中属于合成反应的是（ ）。 A．葡萄糖→丙酮酸＋H ＋ B．脂肪→甘油＋脂肪酸 C．氨基酸→多肽＋水 D．麦芽糖＋水→葡萄糖 例 34 下图为细胞中常见的生化反应，则下列相关下列叙述中正确的是（ ）。 A．属于缩合反应 B．属于水解反应 C．图中虚线框内为氢键 D. 化合物甲含三个游离羧基 例 35 植物细胞中的下列生理过程一定在细胞器中完成的是（ ）。 A．ATP合成 B．淀粉酶的合成 C．mRNA合成 D．CO2的生成 例 36 酶在酶促反应中能催化特定的底物反应，与酶的活性中心有关。酶的活性中心往往与底物分子在 空间结构上具有特殊的匹配关系，当酶与底物结合时，启动化学反应的发生。下列各项中与图示反应类型 相符的生理过程是（ ）。 A. 核糖体上多肽链的合成 B. 叶绿体内二氧化碳的固定 C. 线粒体内[H]的氧化 D. 肝细胞内过氧化氢的分解 酶 CH3 CH2COOH CH3 CH2COOH H2O ＋ H2N C CO NH C COOH H2N C COOH ＋ H2N C COOH 甲 乙 丙 H H H H 活性部位 产物 底物 酶