第3单元 第1讲 降低活化能的酶(Word教师用书)-【新高考方案】2025年高考生物学一轮总复习（江苏专版）

第三单元 细胞的能量供应和利用 第1讲　降低活化能的酶 【学习目标】　1.说明酶在细胞代谢中的作用及酶的本质；　2.阐明酶的高效性、专一性和作用条件的温和性；3.通过酶的特性和影响酶活性因素的相关探究实验，掌握实验设计的基本思路及实验分析方法。 建构知识体系 　 主题研习(一)　酶的本质和作用(基础·自学型)　　 (一) 酶的本质 1.酶的本质和功能 本质 绝大多数是蛋白质，少数是RNA 合成原料 氨基酸或核糖核苷酸等 合成场所 核糖体、细胞核等 来源 一般来说， 活细胞(哺乳动物成熟红细胞等除外)都能产生酶 功能 催化作用是酶的唯一功能 2.酶本质的探索历程(连线) (二) 酶在细胞代谢中的作用 1.细胞代谢和活化能 细胞代谢 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢 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称为活化能 2.酶的作用机理分析 (1)模型图示 (2)模型分析 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。 [微点判断] (1)(2023·广东卷)具催化功能 RNA的发现是对酶化学本质认识的补充。(√) (2)(2021·全国甲卷)酶、抗体、激素都是由氨基酸通过肽键连接而成的。(×) (3)酶在催化反应完成后立即被降解成氨基酸。(×) (4)酶可降低过氧化氢分解反应的活化能，而无机催化剂不能。(×) (5)酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物。(√) (6)产生激素的细胞一定产生酶，但是产生酶的细胞不一定产生激素。(√) 题点(一)　酶的本质 1.(2024·海安中学期初)幽门螺杆菌是引发胃癌的原因之一，其产生脲酶并分泌到细胞外发挥作用，脲酶能催化尿素分解成二氧化碳和氨。下列相关叙述错误的是(　 ) A.科学家萨姆纳从刀豆中提取脲酶结晶并证明脲酶的化学本质是蛋白质 B.幽门螺杆菌产生的脲酶需经过内质网和高尔基体的加工才具有生物活性 C.口服13C标记的尿素后吹气检测，若气体中含有13CO2，可能感染幽门螺杆菌 D.幽门螺杆菌可以分解尿素产生氨中和胃酸，适应胃部的酸性环境 解析：选B　科学家萨姆纳从刀豆种子中提出脲酶结晶，并用多种方法证明脲酶的化学本质是蛋白质，A正确；幽门螺杆菌为原核生物，细胞中不具有内质网和高尔基体，其产生的脲酶不需经过内质网和高尔基体的加工，B错误；口服13C标记的尿素后吹气检测，若气体中含有13CO2，说明尿素在脲酶的催化下分解，而脲酶可能是由幽门螺杆菌产生的，因此能说明测试者可能感染幽门螺杆菌，C正确；幽门螺杆菌在脲酶的作用下分解尿素产生氨，中和胃酸，使其适应胃部的强酸环境，D正确。 2.下列有关生物体内酶和激素的叙述，正确的是(　 ) 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.两者都是细胞结构的组成成分，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：选B　核糖体是合成蛋白质的场所，绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，其中RNA不在核糖体上合成；有些激素也不是蛋白质类，如性激素，也不在核糖体上合成，A错误。激素不直接参与代谢，某些激素可以通过影响酶的活性来调节细胞代谢，B正确。激素不是细胞结构的组成成分，某些酶也不是细胞结构的组成成分，C错误。并不是每一种激素都只作用于一种细胞，如甲状腺激素的靶细胞几乎是全身组织细胞；一种酶可以催化一种或者一类化学反应，D错误。 题点(二)　酶的作用原理 3.(2024·高邮模拟)下图为与酶相关的两种曲线，下列有关叙述错误的是(　 ) A.图甲反映出酶可为反应提供活化能以促进反应进行 B.若将图甲中酶更换为无机催化剂，则曲线峰值大于b C.若图乙中x轴为pH，y轴为酶促反应速率，其他条件不变，则对应的曲线为abc D.若图乙中x轴为底物浓度，y轴为酶促反应速率，其他条件不变，则对应的曲线为abd 解析：选A　图甲可反映出酶的作用机理为降低反应活化能，而不是为反应提供活化能，A错误；与无机催化剂相比，酶降低反应活化能的效果更显著，因此无机催化剂的曲线峰值大于b，B正确；若图乙中x轴为pH，y轴为酶促反应速率，强酸、强碱会使酶失活，酶促反应速率为0，且存在最适pH，则对应的曲线为abc，C正确；若图乙x轴为底物浓度，y轴为酶促反应速率，因酶量固定，随底物浓度升高酶促反应速率先升高后稳定，则对应的曲线为abd，D正确。 1.对比分析酶与动物激素的“一同三不同” 一同 都具有微量、高效的特点，也具有一定特异性 三不同 产生部位 几乎所有活细胞都产生酶，而只有内分泌细胞才能产生激素 化学本质 酶绝大多数是蛋白质，少数为RNA；激素的化学本质为多肽和蛋白质、类固醇、氨基酸衍生物等 作用机制 酶是催化剂，在化学反应前后，质量和性质不变；激素作为信号分子，在发挥完作用后被灭活 2.鉴定酶本质的实验原理和方法 (1)试剂鉴定法 实验原理 实验方案 双缩脲试剂与蛋白质作用产生紫色反应 (2)酶解鉴定法 ①实验原理 注意：检验蛋白酶对蛋白质的水解时应选用蛋白块，通过观察其消失情况得出结论，原因是蛋白酶本身也可与双缩脲试剂发生反应 ②实例分析 甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如图所示： 观察曲线图可知，甲酶的活性始终保持不变，表明甲酶能抵抗该种蛋白酶的降解，则甲酶的化学本质不是蛋白质而是RNA，乙酶能被蛋白酶破坏，活性降低，则乙酶的化学本质为蛋白质。 主题研习(二)　酶的特性及影响酶活性的因素(深化·提能型) 1.高效性 模型图示 分析 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.专一性 每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 (1)物理模型——“锁钥学说” 模型图示 分析 图中A表示酶，B表示被A催化的底物，E、F表示B被酶催化分解后产生的物质，C、D表示不能被A催化的物质 (2)曲线模型 模型图示 分析 只有酶A可催化底物A参与的反应，说明酶具有专一性 3.酶的作用条件较温和 模型图示 分析 (1)在最适温度和pH条件下，酶的活性最高，温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会降低。 (2)过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活 1.比较过氧化氢在不同条件下的分解——验证酶的高效性 (1)实验过程 (2)变量分析 2.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用——验证酶的专一性 (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，还原糖能与斐林试剂反应，生成砖红色沉淀。 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 序号 操作步骤 1号试管 2号试管 1 注入质量分数为3%的可溶性淀粉溶液 2 mL — 2 注入质量分数为3%的蔗糖溶液 — 2 mL 3 注入质量分数为2%的新配制的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL 4 轻轻振荡，保温5 min 60 ℃ 60 ℃ 5 加斐林试剂，轻轻振荡 2 mL 2 mL 6 水浴加热 煮沸并保持1 min 7 观察溶液颜色 砖红色沉淀 蓝色 (3)实验结论：酶具有专一性，淀粉酶只能催化淀粉水解，而不能催化蔗糖水解。 [微提醒]　不能用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂，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遇碘液变色。 3.探究温度和pH对酶活性的影响 (1)探究温度对酶活性的影响 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 将试管1与1′内的液体混合后继续在0 ℃冰水内放置10 min 将试管2与2′内的液体混合后继续在60 ℃热水内放置10 min 将试管3与3′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 蓝色 无明显现象 蓝色 实验结论 淀粉酶在60 ℃时催化淀粉水解，在100 ℃和0 ℃时都不能发挥催化作用。酶的催化作用需要适宜的温度，温度过高或过低都会影响酶的活性 (2)探究pH对酶活性的影响 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 有大量气泡产生 无气泡产生 无气泡产生 实验结论 pH会影响酶的活性，酶的活性有适宜的pH范围 4.“梯度法”探究酶的最适温度和pH (1)探究酶的最适温度 (2)探究酶的最适pH [思考探究] 1.同一温度下的淀粉和淀粉酶为什么要预热到同一温度再混合？ 提示：保证反应一开始就达到预设温度，不会因为混合而改变温度。 2.能否用过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响？为什么？ 提示：不能。探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度，而过氧化氢在高温时会自动分解，影响对实验结果的分析。 3.在探究温度对淀粉酶活性的影响的实验中能否用斐林试剂来检测？为什么？ 提示：不能。因为斐林试剂与还原糖只有在水浴加热的条件下才有砖红色沉淀生成，而该实验需严格控制不同温度。 4.在探究pH对酶活性的影响的实验中能否选用淀粉酶和淀粉作为实验材料？为什么？ 提示：不能。因为淀粉在酸性条件下会发生水解反应，影响对实验结果的分析。 5.探究温度(或pH)对酶活性影响的实验设计思路与探究酶的最适温度(或pH)有什么不同？ 提示：二者的实验设计思路基本相同，只是前者无需设置一系列温度(或pH)梯度，设置几组温度(或pH)做自变量即可，其他操作过程基本相同。 [典例]　(2021·海南高考)某种酶的催化反应速率随温度和时间变化的趋势如图所示。据图分析，下列有关叙述错误的是(　 ) A.该酶可耐受一定的高温 B.在t1时，该酶催化反应速率随温度升高而增大 C.不同温度下，该酶达到最大催化反应速率时所需时间不同 D.相同温度下，在不同反应时间该酶的催化反应速率不同 [解析]　据图可知，该酶在70 ℃条件下仍具有一定的活性，故该酶可以耐受一定的高温，A正确；据图可知，在t1时，酶促反应速率随温度升高而增大，B正确；由题图可知，在不同温度下，该酶达到最大催化反应速率(曲线变平缓)时所需时间不同，其中70 ℃时该酶达到最大催化反应速率所需时间最短，C正确；相同温度下，不同反应时间内该酶的催化反应速率可能相同，如达到最大催化反应速率(曲线变平缓)之后不同反应时间的催化反应速率相同，D错误。 [答案]　D |认|知|生|成| 借助模型建构法分析影响酶促反应的因素 (1)反应物浓度、酶浓度与酶促反应速率的关系(图1、图2) ①图1：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随反应物浓度增加而加快，但当反应物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性的限制，酶促反应速率不再增加。 ②图2：在反应物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度呈正相关。 ③反应物浓度和酶浓度是通过影响反应物与酶的接触来影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。 (2)温度和pH与酶促反应速率的关系(图3) ①温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的。 ②反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度；反应溶液温度的变化也不改变酶作用的最适pH。 (3)反应时间与酶促反应速率的关系(图4、图5、图6) ①图4、图5、图6的时间t0、t1和t2是一致的。 ②随着反应的进行，反应物的量因被消耗而减少，生成物的量因积累而增多。 ③t0～t1段，因反应物较充足，所以反应速率较高，反应物消耗较快，生成物生成速率较快。t1～t2段，因反应物含量减少，所以反应速率降低，反应物消耗较慢，生成物生成速率较慢。t2时，反应物被消耗完，生成物不再增加，此时反应速率为0。 题点(一)　与酶高效性和专一性有关的实验分析 1.(2023·浙江6月选考)为探究酶的催化效率，某同学采用如图所示装置进行实验，实验分组、处理及结果如下表所示。 组别 甲中溶液 (0.2 mL) 乙中溶液 (2 mL) 不同时间测定的相对压强/kPa 0 s 50 s 100 s 150 s 200 s 250 s Ⅰ 肝脏提取液 H2O2溶液 0 9.0 9.6 9.8 10.0 10.0 Ⅱ FeCl3 H2O2溶液 0 0 0.1 0.3 0.5 0.9 Ⅲ 蒸馏水 H2O2溶液 0 0 0 0 0.1 0.1 下列叙述错误的是(　 ) A.H2O2分解生成O2导致压强改变 B.从甲中溶液与乙中溶液混合时开始计时 C.250 s时 Ⅰ 组和Ⅲ组反应已结束而 Ⅱ 组仍在进行 D.实验结果说明酶的催化作用具有高效性 解析：选C　H2O2分解生成O2导致Y型试管内压强增加，A正确；从甲中溶液与乙中溶液混合时开始计时，B正确；250 s时Ⅲ组反应没有结束，只是Ⅲ组没有催化剂参与，反应非常慢，导致200 s～250 s压强才没有变化，C错误；组别Ⅰ和组别Ⅱ的比较说明了酶的催化作用具有高效性，D正确。 2.(2024·广州二模)下表为某兴趣小组设计的实验及实验结果，该实验结果可以证明(　 ) 试管 淀粉溶液 2 mL 蒸馏水 2 mL 淀粉酶 蛋白酶 碘液 双缩脲 试剂 结果 1 √ √ √ 变蓝 2 √ √ √ 不变蓝 3 √ √ √ 变紫色 4 √ √ √ 变紫色 A.酶具有高效性 B.酶发挥催化作用需要温和的条件 C.酶具有专一性 D.多数酶是蛋白质，少数酶是RNA 解析：选C　本实验没有设置无机催化剂组别，不能证明酶具有高效性，A不符合题意；本实验没有设置其他实验条件(不同温度或不同pH等)作对比，不能证明酶发挥催化作用需要温和的条件，B不符合题意；根据1、2号试管实验结果可知，淀粉能被淀粉酶水解，不能被蛋白酶水解，说明酶具有专一性，C符合题意；蛋白质能与双缩脲试剂反应产生紫色，故可推测3、4号试管中的酶是蛋白质，但不能得出多数酶是蛋白质，少数酶是RNA的结论，D不符合题意。 题点(二)　探究影响酶活性的因素相关实验分析 3.(2022·重庆高考)植物蛋白酶M和L能使肉类蛋白质部分水解，可用于制作肉类嫩化剂。某实验小组测定并计算了两种酶在37 ℃、不同pH下的相对活性，结果见表。下列叙述最合理的是(　 ) A.在37 ℃时，两种酶的最适pH均为3 B.在37 ℃长时间放置后，两种酶的活性不变 C.从37 ℃上升至95 ℃，两种酶在pH为5时仍有较高活性 D.在37 ℃、pH为3～11时，M更适于制作肉类嫩化剂 解析：选D　在37 ℃时，M的最适pH为5～9，L的最适pH为5左右，A不合理。酶一般在低温条件下保存，在37 ℃长时间放置后，两种酶的活性会发生改变，B不合理。在95 ℃时酶可能变性失活，因此从37 ℃上升至95 ℃，两种酶可能都已经失活，C不合理。在37 ℃、pH为3～11时，M的相对活性一般比L高(pH为5时，两种酶的活性相同)，因此该条件下M更适于制作肉类嫩化剂，D合理。 题点(三)　影响酶促反应因素的曲线分析 4.酶抑制剂能降低酶的活性，主要有竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂两大类。竞争性抑制剂与底物结构相似，可与底物竞争性结合酶的活性部位；非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合，从而使酶的活性部位功能丧失。图1表示在不同的底物浓度下，两种酶抑制剂对某种消化酶的反应速率的影响；图2为最适温度下酶促反应曲线，Km表示最大反应速率(vmax)一半时的底物浓度。下列分析错误的是(　 ) A.图1中抑制剂Ⅰ为竞争性抑制剂，抑制剂Ⅱ为非竞争性抑制剂 B.底物浓度不变时，增大酶浓度会影响酶抑制剂Ⅰ的抑制作用 C.加入非竞争性抑制剂会使vmax降低，加入竞争性抑制剂会使Km值升高 D.Km值越大，酶与底物亲和力越低，Km值越小，酶与底物亲和力越高 解析：选A　非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合，从而使酶的活性部位功能丧失，导致最大酶促反应速率减小，所以图1中抑制剂Ⅰ为非竞争性抑制剂，抑制剂Ⅱ为竞争性抑制剂，A错误。底物浓度不变时，增大酶浓度会影响酶抑制剂Ⅰ(非竞争性抑制剂)的抑制作用，B正确。非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合，从而使酶的活性部位功能丧失，反应物不能与活性部位结合，故加入非竞争性抑制剂会使vmax降低；竞争性抑制剂与底物结构相似，可与底物竞争性结合酶的活性部位，从而降低底物与酶结合的机会，使反应速率降低，故加入竞争性抑制剂会使Km值升高，C正确。Km表示反应速率为1/2vmax时的底物浓度，酶与底物亲和力越高，酶促反应速率越大，则Km越小，反之Km值越大，酶与底物的亲和力越低，D正确。 [反思·收获]　“四看法”分析酶促反应曲线 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1.(人教版必修1 P82“探究·实践”发展演变)已知酸或碱能水解多糖和蛋白质，碘液在碱性条件下会发生歧化反应，请判断下列利用相关材料、试剂开展的实验，实验目的能够达成的是(　 ) A.利用淀粉、淀粉酶、斐林试剂探究pH对酶活性的影响 B.利用蔗糖、麦芽糖、蔗糖酶和斐林试剂探究酶的专一性 C.利用淀粉、淀粉酶、碘液探究温度对酶活性的影响 D.利用蛋清液、蛋白酶、双缩脲试剂探究pH对酶活性的影响 解析：选C　根据题意可知，酸或碱能水解多糖，所以在一定的酸碱度下，没有淀粉酶，淀粉也会水解，从而影响实验结果，A错误；蔗糖酶可以催化蔗糖水解产生葡萄糖和果糖，麦芽糖是由2分子葡萄糖组成的，而葡萄糖、果糖和麦芽糖都是还原糖，与斐林试剂在水浴加热的条件下反应呈现砖红色沉淀，因此不能判断麦芽糖是否发生水解，故而不能利用蔗糖、麦芽糖、蔗糖酶和斐林试剂探究酶的专一性，B错误；淀粉酶可以催化淀粉的水解，而淀粉遇碘液变蓝，可以检测淀粉是否被淀粉酶催化水解，可以利用淀粉、淀粉酶、碘液探究温度对酶活性的影响，C正确；根据题意可知，酸或碱能水解蛋白质，所以在一定的酸碱度下，没有蛋白酶，蛋白质也会水解，从而影响实验结果，D错误。 2.(苏教版必修1 P73“积极思维”素材分析)下图是多酶片的使用说明书，下列相关分析错误的是(　 ) A.患者服用多酶片时应整片吞服，不宜捣碎或嚼碎后服用 B.蛋白质在胃中被彻底消化，淀粉在小肠中被彻底消化 C.肠溶衣在胰酶的外侧，肠溶衣在酸性环境中不易被分解 D.胃蛋白酶和胰酶的最适pH差异较大，但两者的最适温度相似 解析：选B　患者服用多酶片时应整片吞服，不宜捣碎或嚼碎后服用，避免嚼碎后释放的胰酶在胃中变性失活，A正确；淀粉的消化从口腔开始，蛋白质的消化是从胃开始的，且两者都最终会在小肠被消化，B错误；肠溶衣包裹着胰酶，糖衣包裹着胃蛋白酶，肠溶衣在酸性环境中不易被分解，可防止胰酶在胃中的酸性环境下变性失活，C正确；胃蛋白酶的最适pH为2.0左右，胰酶的最适pH为7.0左右，两者最适pH差异较大，但两者的最适温度相似，均在37 ℃左右，D正确。 (二)科学思维“融会通” 3.(人教版必修1 P79“思考·讨论”类材拓展)设计简单的实验验证从大豆种子中提取的脲酶是蛋白质，请说明实验思路：向脲酶溶液和蛋白质溶液中分别加入等量的双缩脲试剂，若都出现紫色反应，则说明脲酶是蛋白质。 4.(人教版必修1 P84“正文内容”关键提炼)举例说明细胞中的各类化学反应有序进行，与酶在细胞中的分布有关：在植物叶肉细胞中，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内，与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内，这样，光合作用与呼吸作用可以在细胞内不同的区室同时进行，互不干扰。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1.(2024·宜昌模拟)物质M能被酶N催化分解，Pb2＋能与酶N牢固结合而使酶失活。某研究小组做了如下两组物质M的分解实验： 实验一：在最适pH和温度条件下探究一定范围内酶N的浓度对酶促反应速率的影响； 实验二：各组均加入等量微量Pb2＋，其他条件与实验一相同，测定酶促反应速率。 下列有关说法错误的是(　 ) A.实验一和实验二中的物质M都应保持过量的状态 B.Pb2＋是通过与物质M竞争相同结合位点使酶失活 C.若略微升高实验一的反应温度，酶促反应速率会接近实验二反应速率 D.实验一和实验二的自变量和因变量都相同 解析：选B　实验一和实验二都是测定一定条件下酶的浓度对酶促反应速率的影响，为观察不同酶促反应速率，两组实验中的物质M都应保持过量的状态，A正确；Pb2＋能与酶N牢固结合而使酶失活，无法推知Pb2＋与N的结合位点是否与M和N的结合位点相同，也可能是通过与其他位点结合导致酶空间结构变化而失活，B错误；实验二的酶促反应速率低于实验一，实验一是在最适温度下进行的，若略微升高实验一的反应温度，酶活性降低，则酶促反应速率会接近实验二反应速率，C正确；实验一和实验二的自变量都是酶N的浓度，因变量都是酶促反应速率，D正确。 2.[多选]1894年，科学家提出了“锁钥”学说，认为酶具有与底物相结合的互补结构。1958年，又有科学家提出“诱导契合”学说，认为在与底物结合之前，酶的空间结构不完全与底物互补，在底物的作用下，可诱导酶出现与底物相结合的互补空间结构，继而完成酶促反应。为验证上述两种学说，科研人员利用枯草杆菌蛋白酶(S酶)进行研究。该酶可催化两种结构不同的底物CTH和CU，且与两者结合的催化中心位置相同。进行的四组实验的结果如图所示，图中SCTH表示催化CTH反应后的S酶，SCU表示催化CU反应后的S酶。下列说法错误的有(　 ) A.S酶既可催化CTH反应，又可催化CU反应，说明S酶没有专一性 B.S酶的活性可以用反应产物的相对含量来表示 C.该实验结果更加支持“诱导契合”学说 D.为进一步探究SCTH不能催化CU水解的原因是SCTH失去活性，还是出现空间结构的固化，可以用SCTH催化CTH反应 解析：选AB　由图知S酶之所以既可以催化CTH又可以催化CU发生反应，是因为S酶的空间结构可以在不同底物的诱导下发生相应改变，并不能说明S酶没有专一性，A错误。酶活性可以用单位时间单位体积反应物的消耗量或产物的生成量来表示，根据曲线④的变化趋势可推知，S酶的活性不能用某些反应产物的相对含量表示，B错误。由实验可知，S酶可催化两种结构不同的底物CTH和CU，说明S酶的空间结构可以在不同底物的诱导下发生相应改变，适应与不同底物的结合，该实验结果更加支持“诱导契合”学说，C正确。实验组④中SCTH不能催化CU水解，原因可能是SCTH失去活性，或者出现空间结构固化。用SCTH催化CTH反应检测反应产物的生成量，如果SCTH能催化CTH水解，那么酶没有失活，即出现空间结构的固化；如果SCTH不能催化CTH水解，则SCTH失活，D正确。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1.(2024年1月·江西高考适应性演练)细胞代谢离不开酶的催化。下列关于酶的叙述，错误的是(　 ) A.低温和高温抑制酶活性的原因不同，高温可能导致酶变性 B.一般情况下，酶在反应前后的化学性质和含量不变 C.酶在催化反应的过程中不改变化学反应的活化能 D.pH会影响酶的空间结构，进而影响酶的活性 解析：选C　低温和高温抑制酶活性的原因不同，低温抑制酶的活性，而高温使酶发生空间结构的改变，可能导致酶变性，A正确；酶是生物催化剂，不参与化学反应，只是起催化作用，在反应前后的化学性质和含量不变，B正确；酶作用的原理是降低化学反应的活化能，C错误；pH过高或过低都会改变酶的空间结构，进而降低酶的活性，D正确。 2.豚鼠胰腺腺泡细胞可合成并分泌胰蛋白酶等多种消化酶，下列相关叙述正确的是(　 ) A.胰蛋白酶能为化学反应提供能量 B.胰腺腺泡细胞中有较多的胰岛素mRNA C.直接研磨胰腺容易提取到胰岛素 D.核糖体和内质网参与胰蛋白酶的合成 解析：选D　酶为催化剂，可降低反应所需的活化能，A错误；胰腺腺泡细胞属于外分泌腺细胞，胰岛素基因在其中不能表达，B错误；直接研磨胰腺会导致释放的胰蛋白酶催化胰岛素降解，而不容易提取到胰岛素，C错误。 3.(2024·江苏四市联考)某兴趣小组利用如图装置进行一系列的实验来研究酶的特点。下列相关叙述错误的是(　 ) A.本实验中的酶在动物肝脏细胞中也存在 B.可以用装置乙进行“探究温度对酶活性的影响”实验 C.可以用装置甲、乙进行“验证酶的催化具有高效性”实验 D.可以用装置甲、乙进行“验证催化剂种类不影响产物的生成量”实验 解析：选B　温度影响过氧化氢的分解，不适宜用装置乙进行“探究温度对酶活性的影响”实验，B错误。 4.科学家提取到的第一份纯酶结晶是脲酶，与没有催化剂相比，适宜条件下，脲酶可以将尿素分解的速率提高1014倍。幽门螺杆菌是一种与胃部疾病密切相关的细菌，常寄生于胃黏膜组织中，通过分泌脲酶水解尿素产生氨。下列相关叙述错误的是(　 ) A.脲酶只能够催化尿素分解，说明脲酶具有专一性 B.幽门螺杆菌核糖体合成脲酶所需ATP来自细胞质 C.与没有催化剂相比，脲酶可以将尿素分解的速率提高1014倍，说明脲酶具有高效性 D.幽门螺杆菌产生的氨可以抵抗胃酸的杀灭作用，同时也会导致人“口气”重 解析：选C　脲酶只能够催化尿素分解，说明脲酶具有专一性，A正确；幽门螺杆菌是原核生物，只有核糖体一种细胞器，没有线粒体，故其呼吸作用发生在细胞质基质，即ATP直接来自细胞质基质，B正确；与没有催化剂相比，适宜条件下，脲酶可以将尿素分解的速率提高1014倍，说明脲酶具有催化功能，若要证明脲酶具有高效性，需与无机催化剂相比，C错误；幽门螺杆菌产生的氨可以中和胃酸而抵抗胃酸的杀灭作用，同时也会从口腔挥发出氨气的味道，导致人“口气”重，D正确。 5.某小组为研究温度对酶A活性的影响进行了相关实验，处理相同时间后所得结果如图所示。下列相关分析错误的是(　 ) A.该实验中，温度为自变量 B.20 ℃时反应速率慢的原因是酶的空间结构被破坏 C.该实验不能选择过氧化氢为底物 D.若增设70 ℃组，其底物剩余量可能高于60 ℃组的 解析：选B　本实验是研究温度对酶A活性的影响，自变量为温度，A正确；低温条件下酶的空间结构不被破坏，20 ℃时反应速率慢的原因是酶的活性较低，B错误；由于不同温度下过氧化氢自身分解速率不同，会影响实验结果，因此该实验不能选择过氧化氢为底物，C正确；该系列实验中，酶的最适温度不能确定，70 ℃时酶的活性可能低于60 ℃时，因此若增设70 ℃组，其底物剩余量可能高于60 ℃组的，D正确。 6.下列有关酶的实验探究方案中设置最合理的是(　 ) 选项 探究内容 实验方案 A pH对酶活性的影响 用H2O2酶在不同pH(酸性、中性、碱性)下催化H2O2分解，先分别调好底物和酶的pH再混匀，计时，比较单位时间内气泡产生量 B 温度对酶活性的影响 用H2O2酶在不同温度(冰水、常温、开水)下催化H2O2分解，先分别调好酶和底物的温度再混匀，计时，比较单位时间内气泡产生量 C 酶的高效性 用FeCl3和肝脏研磨液分别催化等量的H2O2分解，待H2O2完全分解后，检测产生的气体总量 D 酶的专一性 用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖水解，产物用碘液检测 解析：选A　可用H2O2和H2O2酶作为实验材料研究pH对酶活性的影响，实验设置酸性、中性和碱性三组，先分别调好底物和酶的pH再混匀，计时，比较单位时间内气泡产生量，A正确；H2O2不稳定，受热易分解，故不能用H2O2探究温度对酶的影响，B错误；用FeCl3和肝脏研磨液分别催化等量H2O2分解，待H2O2完全分解后，产生的气体总量是相等的，因此该实验方案不能用来探究酶的高效性，C错误；由于蔗糖及蔗糖的水解产物都不会与碘液反应，因此用碘液检测无法验证淀粉酶的专一性，D错误。 7.[多选]下图1为酶的作用机理及两种抑制剂影响酶活性的示意图。多酚氧化酶(PPO) 催化酚形成黑色素是储存和运输过程中引起果蔬褐变的主要原因。为探究不同温度条件下两种 PPO活性的大小，某同学设计了实验并对各组酚的剩余量进行检测，结果如图2所示。下列说法正确的是(　 ) A.由图1模型推测，可通过增加底物浓度来降低非竞争性抑制剂对酶活性的抑制 B.非竞争性抑制剂降低酶活性与高温抑制酶活性的机理相同，都与酶的空间结构改变有关 C.图2实验的自变量是温度，而 PPO 的初始量、pH 等属于无关变量 D.探究酶B 的最适温度时，应在30～50 ℃范围内设置多个温度梯度进行实验 解析：选BD　非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合，从而使酶的活性部位功能丧失，其机理与高温对酶活性抑制的机理相似，都与酶的空间结构改变有关，故不可通过增加底物浓度来降低非竞争性抑制剂对酶活性的抑制，A错误，B正确；该实验的自变量是温度、酶的种类，而PPO的初始量、pH等属于无关变量，C错误；根据图2结果可知，40 ℃最接近酶B的最适温度，故若要探究酶B的最适温度时，应在30～50 ℃间设置多个温度梯度进行实验，D正确。 8.[多选]温度是影响酶促反应速率的重要因素。图中曲线a表示反应物分子具有的能量与温度的关系，曲线b表示温度与酶空间结构稳定性的关系。将这两个作用叠加在一起，使得酶促反应速率与温度关系呈曲线c。下列相关叙述错误的是(　 ) A.随着温度升高，底物分子具有的活化能逐渐升高 B.酶分子降低的活化能在t1条件下与t2条件下相同 C.t1～t2条件下酶活性相对较高，但该条件不适合保存酶制剂 D.酶促反应速率是反应物分子能量和酶空间结构共同作用的结果 解析：选AB　由图可知，随着温度的升高，底物分子具有的能量增加，A错误；处于曲线c中t1、t2位点酶促反应速率相等，但酶的空间结构稳定性和反应物分子具有的能量不同，因此酶分子降低的活化能不同，B错误；酶制剂是在低温下保存的，故t1～t2条件下不适合保存酶制剂，C正确；酶促反应速率是反应物分子能量和酶空间结构共同作用的结果，D正确。 二、非选择题 9.(2024·苏州中学一模)涤纶是一种常用作包装材料和纺织用品的高分子化合物。提高涤纶的生物降解效率，回收水解产物对苯二甲酸(PTA)，能有效减少涤纶对环境的污染。科研工作者以能降解涤纶的ICCG(一种角质酶)为研究对象开展相关实验。在一定数量的三角瓶中加入适量的涤纶和磷酸缓冲液、一定浓度的ICCG溶液，设置6个温度组别，在适宜条件下反应8 h，根据PTA的浓度来判断ICCG的活性大小，结果如图。回答下列问题。 (1)ICCG能催化涤纶水解却不能催化橡胶水解，这体现了酶具有 ________性。 (2)为探究ICCG水解涤纶的适宜温度，科研工作者先在40～90 ℃进行 ________，再选取60～80 ℃进行实验。反应体系中加入磷酸缓冲液的目的是 ___________________。 (3)附着在涤纶表面的重金属污染物可降低ICCG活性，原因是 ____________________________。 (4)为进一步研究不同浓度的铜离子对ICCG活性的影响，完善以下实验步骤。实验试剂：一定浓度的ICCG溶液、三种不同浓度的铜离子溶液、涤纶、磷酸缓冲液等。 步骤一：向等量的三种浓度的铜离子溶液中分别滴加 ______________________________，随后在 ______ ℃下处理30 min获得孵育液。 步骤二：各组在三角瓶中加入适量的涤纶、磷酸缓冲液，再分别加入等量的上述三组孵育液，在适宜条件下反应8 h，检测并比较 __________。 答案：(1)专一　(2)预实验　维持反应体系中pH的相对稳定　(3)ICCG本质是蛋白质，重金属可使蛋白质变性　(4)等量一定浓度的ICCG溶液　72　PTA的浓度 10.生物体内的生化反应几乎都离不开酶的催化作用，酶在提高反应速率的同时需要温和的作用条件。 (1)酶促反应中，酶的催化效率可用 ______________________________表示。 (2)设置若干酶促反应实验组，每组设置特定温度。当酶浓度及其他实验条件一定时，该蛋白酶的催化效率(酶促反应速率)与温度的关系如图所示，则t1上升到t3、t5下降至t3这两个温度变化过程中，该蛋白酶活性的变化________(填“一样”或“不一样”)，原因是 ______________________________________________________________________。 (3)可逆型抑制剂通过和酶形成复合物降低酶活性，但这种复合物可通过透析或超过滤等方法分离开来，分离后的酶活性不变，仍然可以催化反应。不可逆型抑制剂通常以比较牢固的共价键与酶蛋白中的基团结合，使酶活性降低，且酶活性降低后不能恢复。不可逆型抑制剂与酶结合后不分离，因此不能通过透析或超过滤等物理方法除去抑制剂。物质P会对酶A的活性产生抑制作用，为了探究物质P的抑制剂类型，某实验小组进行了相关实验，请将实验补充完整并讨论实验结果。 ①实验设置：试管一中加入酶A和底物；试管二中加入酶A和物质P，放置一段时间后加入底物；试管三中加入酶A和物质P，______________________________；分别检测三支试管中酶A的活性。 ②实验结果：若 ____________________________________________，则物质P为不可逆型抑制剂。 解析：(1)酶促反应中，酶对化学反应的催化效率可用单位时间内反应底物的消耗量或产物的生成量表示。(2)低温状态下，酶的活性被抑制，但空间结构未被破坏，当温度上升，酶的活性可升高；在高温状态下，酶因空间结构被破坏而失活，温度下降，酶的活性不能恢复，因此t1(低温)上升到t3和t5(高温)下降到t3这两个温度变化过程中，该蛋白酶活性的变化不一样。(3)若物质P为不可逆型抑制剂，则酶A和物质P不可分离，若物质P为可逆型抑制剂，则酶A和物质P可通过透析或超过滤等物理方法分离，因此试管三的实验设置为加入酶A和物质P，放置与试管二相同时间后进行透析或超过滤，再加入底物。试管一为对照组，若酶A和物质P可分离，则酶A的活性为试管一＝试管三>试管二；若酶A和物质P不可分离，则酶A的活性为试管一＞试管三＝试管二。 答案：(1)单位时间内反应底物的消耗量或产物的生成量　(2)不一样　t1时该蛋白酶活性受到抑制，但空间结构未被破坏，当温度由t1上升到t3时，酶的活性会上升；t5时该蛋白酶的空间结构被破坏，活性丧失，当温度由t5下降至t3时，酶的活性不能恢复　(3)①放置与试管二相同时间后进行透析或超过滤，再加入底物　②试管二中酶A的活性与试管三中的相同，且两者的酶活性均低于试管一中的 21 / 21 学科网（北京）股份有限公司 $$