3.1 降低化学反应活化能的酶(Word教参)-【正禾一本通】2025年高考生物高三一轮总复习高效讲义（人教版2019 不定项版）

第1课时　降低化学反应活化能的酶　 【课标要求】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。 考点1　酶的作用和本质 整合必备知识 1.酶的催化作用的实验验证：比较过氧化氢在不同条件下的分解 (1)方法步骤 (2)实验过程的变量及对照分析 (3)实验结论 ①1、2号试管对照，说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。 ②1、4号试管对照，说明酶具有催化作用，同无机催化剂一样都可加快化学反应速率。 ③3、4号试管对照，说明酶具有高效性，同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。 2.酶的催化作用机理 (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称为活化能。 (2)酶催化作用的原理：降低化学反应的活化能。 (3)意义：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。 3.酶本质的探究历程(连线) [深挖教材]　 (必修1 P80“拓展应用”)验证从刀豆种子中提取的脲酶是蛋白质的实验思路：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.酶的本质及作用场所 【易错辨析】　//////////////////////////////// (1)酶是活细胞合成的具有调节作用的有机物。(×) 提示：酶的作用是催化作用，不是调节作用。 (2)酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸。 (×) 提示：酶是有机催化剂，可以重复起作用，且酶不都是蛋白质。 (3)酶提供了反应过程中所必需的活化能。 (×) 提示：酶不提供能量，作用机理是降低化学反应的活化能。 落实素养题组 1.(2024·河北石家庄模拟)为使反应物A→产物P，采取了酶催化(最适温度和pH)和无机催化剂催化两种催化方法，其能量变化过程用图甲中两条曲线表示；图乙表示某酶促反应过程的示意图。下列有关分析错误的是(　　) A.距离b可反映无机催化剂催化效率比酶催化效率低的原因 B.适当升高温度，酶催化的曲线Ⅱ对应的距离a将上升 C.图乙中②可代表蔗糖，那么③④可代表葡萄糖和果糖 D.若图乙中①代表胰蛋白酶，则当pH稍低于最适值时，③④的生成速率不变 解析：选D。曲线Ⅰ可代表无机催化剂催化的反应，曲线Ⅱ可代表酶催化的反应，距离b表示酶催化时降低的活化能(与无机催化剂催化的反应相比)，故距离b可反映无机催化剂催化效率比酶催化效率低的原因，A正确；图甲中该酶所处的环境条件为最适条件，故将酶催化的反应温度升高，酶活性下降，导致酶降低化学反应活化能的能力下降，a将上升，B正确；一分子蔗糖由一分子果糖和一分子葡萄糖组成，C正确；pH会影响酶活性，pH低于最适值时，①代表的胰蛋白酶活性降低，③④的生成速率也会下降，D错误。 2.(多选)已知甲酶属于简单蛋白，乙酶属于结合蛋白。甲酶的催化活性仅取决于酶蛋白本身的结构；乙酶由酶蛋白和辅助因子(锰、铁等离子)或辅酶(有机小分子或金属有机化合物)共同组成。下列有关叙述正确的是(　　) A.血红蛋白属于甲酶 B.辅助因子会影响酶蛋白的空间结构 C.用双缩脲试剂可区分甲酶和乙酶 D.甲酶和乙酶催化作用的部位可能不同 解析：选BD。根据题干信息“甲酶的催化活性仅取决于酶蛋白本身的结构；乙酶由酶蛋白和辅助因子(锰、铁等离子)或辅酶(有机小分子或金属有机化合物)共同组成”，而血红蛋白含有铁，所以血红蛋白不属于甲酶，A错误。乙酶由酶蛋白和辅助因子共同组成，所以辅助因子会影响酶蛋白的空间结构，B正确。甲酶和乙酶都属于蛋白质，二者和双缩脲试剂反应都呈紫色，所以不能用双缩脲试剂进行区分，C错误。甲酶和乙酶的结构不同，其功能也可能不同，因此二者作用的部位可能不同，D正确。 考点2　酶的特性 整合必备知识 1.高效性 (1)含义：酶降低活化能的作用比无机催化剂更显著。 (2)数学模型 说明：曲线a、b对比说明酶具有高效性； 曲线a、c对比只能说明酶具有催化作用。 2.专一性 (1)含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 (2)数学模型 说明：酶A只能催化底物A水解，酶B与“未加酶”对此反应无催化作用，说明酶具有专一性。 (3)物理模型 说明：图中A表示酶，B表示被A催化的底物(或反应物)，E、F表示B被分解后的产生物，C、D表示不能被A催化的物质。 3.作用条件较温和 [深挖教材]　 （必修1 P84“相关信息”）酶的最适 pH:动物体内的酶最适pH大多在6.5～8.0，但也有例外，如胃蛋白酶的最适pH为1.5。 【易错辨析】　//////////////////////////////// (1)比较H2O2在加了新鲜肝脏研磨液和加热时的分解速率，可验证酶具有高效性。 (×) 提示：酶的高效性是指酶的催化效率远远大于无机催化剂。 (2)一种化合物只有一种酶的结合位点是酶专一性的基础。 (×) 提示：一种化合物可以有多种酶的结合位点。 (3)酶催化化学反应时，酶的空间结构不会发生改变。 (×) 提示：酶催化化学反应时，酶的空间结构会发生改变。 (4)酶制剂适宜在低温、pH呈酸性的条件下保存。 (×) 提示：不同酶的最适pH是不一样的。酶制剂应在低温、最适pH下保存。 落实素养题组 1.将一个土豆切成大小和厚薄相同的4片，放入盛有一定体积和浓度的过氧化氢溶液的针筒中(如下图所示)，每隔一定时间收集数据并绘制成曲线1。下列关于该实验的分析，正确的是(　　) A.该实验说明土豆中含有过氧化氢酶，并说明其作用具有专一性 B.2 min后，由于酶逐渐失活，导致曲线1的O2总量不再增加 C.将土豆片增至8片后再重新实验，收集的数据可绘制成曲线2 D.将该装置放在90 ℃的水浴中加热，会出现与曲线1类似的数据 解析：选D。该实验说明土豆中含有过氧化氢酶，但无法验证酶具有专一性，A错误；2 min后，曲线1的O2总量不再增加的原因是H2O2被消耗完了，B错误；将土豆片增至8片后，酶的数量会增加，初始反应速度加快，但生成的O2总量与曲线1相同，C错误；该装置放在90 ℃的水浴中加热，H2O2被快速分解，会出现与曲线1类似的数据，D正确。 2.“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验材料——肝脏研磨液具有不易保存、腥味重等缺点。某学习小组探究不同植物材料中过氧化氢酶活性，及在实验室条件下材料的最佳使用浓度，以获取肝脏研磨液的替代材料，实验结果如图、表所示。下列有关叙述正确的是(　　) 带火星卫生香复燃情况 杏鲍菇上清液质量分数/% 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 第1次 － － ＋ ＋ ★ ★ 第2次 － － ＋ ＋ ★ ★ 第3次 － － ＋ ＋ ★ ★ 注：“－”表示带火星卫生香不复燃，“＋”表示带火星卫生香复燃，“★”表示带火星卫生香复燃并伴随气泡炸裂声。 A.杏鲍菇中过氧化氢酶活性最强，为过氧化氢分解提供的能量最多 B.若以杏鲍菇研磨液为实验材料，则实验室条件下比较适宜的使用浓度为7.5% C.12.5%与15%杏鲍菇上清液组的实验结果说明酶具有高效性 D.实验的自变量是植物材料的种类 解析：选B。据图可知，杏鲍菇中过氧化氢酶活性最强，酶的作用是显著降低化学反应的活化能，不是为反应提供能量，A错误；据表格可知，若以杏鲍菇研磨液为实验材料，则实验室条件下，使用浓度为7.5%是带火星卫生香复燃的最低浓度，因此实验室条件下比较适宜的使用浓度为7.5%，B正确；酶的高效性是指与无机催化剂相比，酶催化效率更高，因此12.5%与15%杏鲍菇上清液组的实验结果不能说明酶具有高效性，C错误；据题意可知，本实验要探究不同植物材料中过氧化氢酶活性，及在实验室条件下材料的最佳使用浓度，自变量为植物材料的种类和材料的使用浓度，D错误。 考点3　探究影响酶活性的条件[探究·实践] 整合必备知识 1.酶活性 (1)定义：酶催化特定化学反应的能力。 (2)表示方法：可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。 2.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 (1)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 (2)实验结果 1号试管有砖红色沉淀生成，说明淀粉被水解，产生了还原糖；2号试管没有出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有被水解。 (3)实验结论：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。 [深化理解] 鉴定试剂的选取：不能用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂，原因是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。 3.探究温度对酶活性的影响 (1)实验原理 (2)实验步骤和结果 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。 试管编号 1 1′ 2 2′ 3 3′ 实验步骤 一 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉 酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉 酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 二 在冰水中水浴5 min 在60 ℃温水中水浴 5 min 在沸水中水浴5 min 三 1与1′试管内液体混合、摇匀 2与2′试管内液体混合、摇匀 3与3′试管内液体混合、摇匀 四 在冰水中水浴数分钟 在60 ℃温水中水浴数分钟 在沸水中水浴数分钟 五 取出试管，分别滴加2滴碘液，摇匀，观察现象 实验现象 呈蓝色 无蓝色出现 呈蓝色 (3)实验结论 酶发挥催化作用需要适宜的温度条件，温度过高或过低都会影响酶活性。 [深化理解] (1)实验材料的选取：用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，不用过氧化氢酶的原因是过氧化氢在高温时会自动分解，影响对实验结果的分析。 (2)操作过程的处理：淀粉和淀粉酶应在各自所控制的温度下处理一段时间后混合。 4.探究pH对酶活性的影响 (1)实验原理 2H2O22H2O＋O2 (2)实验步骤和结果 序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3 1 注入等量的过氧化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴 2 注入等量的不同pH的溶液 1 mL蒸馏水 1 mL 5%的HCl 1 mL 5%的 NaOH溶液 3 注入等量的体积分数为3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL 4 观察实验现象 有大量气泡 产生 无明显气泡 产生 无明显气泡 产生 5 将带火星的卫生香插入试管内(液面的上方) 燃烧剧烈 燃烧较弱 燃烧较弱 (3)鉴定原理：pH影响酶的活性，从而影响O2的生成速率，可用带火星的卫生香燃烧的情况来检验O2的生成速率。 [深化理解] (1)实验材料的选取：用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响，不用淀粉酶的原因是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。 (2)操作过程的处理：添加顺序是先加过氧化氢酶，再加缓冲液，最后添加过氧化氢(或先加缓冲液，再加过氧化氢酶，最后添加过氧化氢)。注意若先加过氧化氢和过氧化氢酶，则不能保证探究结果符合该pH。 5.影响酶促反应的其他因素 (1)底物浓度 说明：O～A段限制因素是底物浓度；A～B段限制因素是酶浓度和酶活性。 (2)酶浓度 说明：①在底物充足，其他条件适宜的情况下，反应速率与酶浓度成正比。 ②底物浓度和酶浓度都是通过影响反应物与酶接触的面积来影响酶促反应速率的，但并不影响酶活性。 【易错辨析】　//////////////////////////////// (1)酶的活性不可以用酶催化化学反应的速率表示。 (×) 提示：酶催化化学反应的速率能体现酶的活性。 (2)低温只是抑制酶的活性，不会破坏酶的空间结构，温度升高后酶可恢复活性。 (√) (3)在“探究pH对过氧化氢酶活性的影响”实验中，应先对酶溶液设置不同pH条件再加入底物。(√) (4)用豆浆、淀粉酶、蛋白酶探究酶的专一性，可选用双缩脲试剂进行检验。 (×) 提示：酶的化学本质是蛋白质，也可以与双缩脲试剂发生颜色反应。 提升关键能力 多酚氧化酶(PPO)催化的酶促反应是储运过程中引起果蔬褐变和品质劣变的主因，果蔬运输过程中加入适量的柠檬酸能延长保鲜时间。抑制剂与酶结合引起酶活性降低或丧失的过程称为失活作用。根据抑制剂与底物的关系可分为竞争性抑制和非竞争性抑制，图甲为两种抑制剂的作用机理模型，图乙为相同酶溶液在无抑制剂、添加不同抑制剂的条件下，酶促反应速率随底物浓度变化的曲线，柠檬酸对PPO活性的影响为曲线c对应情况。 (1)竞争性抑制剂引起酶活性降低的原因是什么？ 提示：竞争性抑制剂的分子结构与底物的分子结构非常相近，竞争性抑制剂可以与底物竞争酶活性部位来影响催化效果。 (2)非竞争性抑制剂引起酶活性降低的原因是什么？ 提示：非竞争性抑制剂与酶结合后，诱导酶的空间结构发生改变，使酶失去活性。 (3)据图乙分析柠檬酸属于哪种酶抑制剂？其与高温等因素对酶的影响是否相似？ 提示：非竞争性抑制剂。相似。 落实素养题组 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分解产物是H2O和O2，其中O2属于气体，且该装置为密闭装置，故H2O2分解生成O2导致压强改变，A正确；甲中溶液与乙中溶液混合时，反应物与催化剂接触，酶的催化反应开始，故应从甲中溶液与乙中溶液混合时开始计时，B正确；三组实验中的H2O2溶液均为2 mL，甲中溶液均为0.2 mL，故甲中溶液与乙中溶液混合后三组实验中底物的量相同，则最终产生的相对压强应相同，据表可知，250 s时Ⅰ组反应已结束，但Ⅱ组和Ⅲ组压强仍未达到Ⅰ组的终止压强10.0 kPa，故250 s 时Ⅱ组和Ⅲ组反应仍在进行，C错误；酶的高效性是指与无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的作用更显著，对比Ⅰ、Ⅱ组可知，在相同时间内Ⅰ组(含过氧化氢酶)相对压强变化更快，说明酶的催化作用具有高效性，D正确。 2.某同学利用α­淀粉酶与淀粉探究温度对酶活性的影响时，反应完成后使用某种方法检测葡萄糖含量，实验结果(部分数据)如下表所示。下列相关叙述正确的是(　　) 组别 1 2 3 4 5 6 温度/℃ 10 25 40 55 70 85 葡萄糖相对含量 0.170 0.849 1.122 1.271 1.383 0.450 A.实验组1和6的葡萄糖相对含量较低，原因是酶的空间结构发生改变 B.整个实验有对照，但表中各组均为实验组 C.根据表中数据分析，该α­淀粉酶的最适温度在55～70 ℃ D.利用麦芽糖、淀粉和α­淀粉酶的充分反应验证酶的专一性，可用斐林试剂检测 解析：选B。α­淀粉酶的化学本质是蛋白质，实验组1的低温不会使酶的空间结构发生改变，A错误。该实验不同组别之间形成对照，都是实验组，属于相互对照(对比实验)，B正确。酶在最适温度时活性最高，低于或高于最适温度其活性都降低。结合表格可知，在实验温度范围内，70 ℃时葡萄糖的相对含量最高，故该α­淀粉酶的最适温度在55～85 ℃，C错误。麦芽糖水解后产物是葡萄糖，淀粉水解的产物是麦芽糖和葡萄糖，由于麦芽糖和葡萄糖都是还原糖，因此不能用斐林试剂检测，D错误。 　　　　　　　　　　　　　　　　[高考真题·感悟试做]　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.(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) 实验组 ① ② ③ ④ ⑤ 底物 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ RNA组分 ＋ ＋ － ＋ － 蛋白质组分 ＋ － ＋ － ＋ 低浓度Mg2＋ ＋ ＋ ＋ － － 高浓度Mg2＋ － － － ＋ ＋ 产物 ＋ － － ＋ － 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 解析：选C。实验组①中，酶P在低浓度Mg2＋条件下，有产物生成，说明酶P在该条件下具有催化活性，A不符合题意；实验组③和实验组⑤只有酶P的蛋白质组分，自变量是Mg2＋浓度，无论是高浓度Mg2＋条件下还是低浓度Mg2＋条件下，两组均没有产物生成，说明蛋白质组分无催化活性，B、D不符合题意；实验组②和实验组④只有酶P的RNA组分，自变量是Mg2＋浓度，实验组④在高浓度Mg2＋条件下有产物生成，实验组②在低浓度Mg2＋条件下，没有产物生成，说明在高浓度Mg2＋条件下RNA组分具有催化活性，C符合题意。 2.(2022·广东高考)某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究，结果见表。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 解析：选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组相关变量可知，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。 3.(2022·湖南高考)洗涤剂中的碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活。此外，加热也能使碱性蛋白酶失活，如图所示。下列叙述错误的是(　　) A.碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活 B.加热导致碱性蛋白酶构象改变是不可逆的 C.添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果 D.添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染 解析：选B。 由题“部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活”可知，碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活，A 正确；由图可知，加热导致碱性蛋白酶由天然状态变为部分解折叠，部分解折叠的碱性蛋白酶降温后可恢复到天然状态，因此加热导致碱性蛋白酶构象改变是可逆的，B错误；由题意可知，添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果，C正确；碱性蛋白酶能使衣物上附着的血渍、奶渍等污物中的蛋白质水解成可溶于水的多肽和氨基酸，起到去污的效果，因此添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少对环境的污染，D 正确。 4.(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：选D。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，即反应速率与温度的关系为40 ℃<50 ℃<60 ℃<70 ℃，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 ℃达到该温度下的最大反应速率时间最短，C正确；相同温度下，不同反应时间内该酶的反应速率可能相同，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$