1第一节 降低化学反应活化能的酶-【初高中·衔接直通车】2025年初升高生物衔接直通车

第一节　降低化学反应活化能的酶 1.细胞代谢 (1)场所：细胞中。 (2)实质：许多化学反应的统称。 (3)意义：细胞生命活动的基础。 2.酶在细胞代谢中的作用 (1)实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解 ①实验原理：H2O2在水浴加热、FeCl3溶液中的Fe3＋和肝脏研磨液中的过氧化氢酶的作用下加速分解。 ②实验过程和现象 试管 编号 新配制的体积 分数为3%的 过氧化氢溶液 实验 处理 H2O2分解 速率(气泡 的多少) 点燃的卫 生香检测 1 2 mL 不处理 基本无 气泡产生 — 2 2 mL 90 ℃水浴 加热 很少 — 3 2 mL 滴加质量分数3.5% 的FeCl3溶液2滴 较多 发亮 4 2 mL 滴加质量分数为20% 的肝脏研磨液2滴 较多 复燃 ③实验结论：酶具有催化作用，同无机催化剂相比，其催化效率更高。 (2)实验中变量的控制 变量：实验过程的变化因素。 ①自变量：人为控制的对实验对象进行处理的因素，如上述实验中加热、加FeCl3溶液、加肝脏研磨液。 ②因变量：因自变量改变而变化的变量。如上述实验中H2O2的分解速率。 ③无关变量：实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素，同作无关变量。如上述实验中反应物的浓度、反应时间等。 除作为自变量的因素外，其余因素都保持一致，并将结果进行比较的实验叫作对照实验。对照实验一般要设置对照组和实验组。上述实验的对照组未作任何处理，这样的对照组叫作空白对照。 (3)酶的作用机理 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：酶能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。 ③作用机理图解 解读：图中曲线②是指在无催化剂的条件下反应所需要的活化能，图中曲线①是有酶的条件下反应所需要的活化能，图中ab段的含义是酶降低的活化能。 3.酶的本质 (1)关于酶本质的探索 ①1857年，法国微生物学家巴斯德认为：没有酵母活细胞的参与，糖类是不可能变成酒精的。 ②德国化学家李比希认为引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质。 ③毕希纳把从酵母细胞中提取出的引起发酵的物质称为酿酶。 ④1926年，美国科学家萨姆纳第一个提取出脲酶，并证明了脲酶是蛋白质，其作用是催化尿素分解成CO2和NH3。 ⑤20世纪80年代，美国科学家切赫和奥尔特曼发现少数RNA也具有生物催化功能。 (2)酶的本质 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。 【典题例析】 【例1】　如图是比较过氧化氢在不同条件下的分解实验的4个组别，下列相关的叙述，正确的是(　　) A.与1号相比，2号的现象说明加热可促进过氧化氢分解 B.1号与4号对照，说明酶具有专一性 C.将3号和4号装置置于90 ℃水浴中效果更好 D.3号与4号相比较，图示FeCl3只有2滴，反应现象不明显，因此应该再加大其用量 【解析】　1号试管为对照组，2号试管90 ℃水浴加热过程中反应现象更明显，说明加热可促进过氧化氢分解，A正确；1号与4号的单一变量是有无加催化剂，与1号相比，2号试管中反应现象非常明显，说明酶具有催化作用，B错误；在90 ℃水浴中过氧化氢会分解产生氧气，且该温度会影响过氧化氢酶的活性，故组别3号和4号实验不能置于90 ℃水浴中进行，C错误；3号与4号的单一变量是催化剂的种类，溶液体积(2滴)是无关变量，3号和4号试管都必须保持相同，而不能因为3号试管中的反应现象不明显，而加大FeCl3溶液的用量，D错误。 【答案】　A 【对点练习】 1.(2024·徐州期末)在如图所示的实验中，属于无关变量的是(　　) A.催化剂的种类 B.过氧化氢分解的速率 C.试管中的过氧化氢溶液的量 D.产生的气泡量 1.具有高效性 (1)含义：酶的催化效率是无机催化剂的107～1013倍。可见，酶的催化作用具有高效性。 (2)意义：可以使生命活动更加高效地进行。 2.酶具有专一性 (1)含义：每一种酶只能催化一种或一类特定的化学反应，这叫作酶的专一性。 (2)意义：使细胞代谢能够有条不紊地进行。 (3)实验：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用。 ①实验原理 a.淀粉和蔗糖都是非还原糖，它们都能水解成还原糖。还原糖能够与斐林试剂发生反应，生成砖红色沉淀。 b.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实验步骤及结果 步骤 试管① 试管② 1 2 mL可溶性淀粉溶液 － 2 － 2 mL蔗糖溶液 3 2 mL新鲜的淀粉酶溶液 2 mL新鲜的淀粉酶溶液 4 振荡，使混合均匀，置于60 ℃水浴中保温5 min 5 取出，各加入2 mL斐林试剂，将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中，用酒精灯加热，煮沸1 min 6 观察两支试管内的溶液颜色变化 结果 出现砖红色沉淀 不出现砖红色沉淀 ③实验结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶具有专一性。 3.酶的作用条件较温和 酶所催化的化学反应一般是在较温和的条件下进行的。 【典题例析】 【例2】　下列关于酶的叙述，正确的是(　　) A.酶只有在生物体内才能起催化作用，起催化作用的本质是提高反应的活化能 B.所有酶都含有C、H、O、N四种化学元素 C.人体内的酶进行催化过程中，酶本身不变，所以酶不会发生自我更新 D.酶都在核糖体上合成 【解析】　酶起催化作用的本质是降低化学反应的活化能，A错误；酶是蛋白质(组成元素为C、H、O、N)和RNA(组成元素为C、H、O、N、P)，因此所有酶都含有C、H、O、N四种化学元素，B正确；酶也会发生自我更新，C错误；酶的化学本质是蛋白质或RNA，其中只有蛋白质是在核糖体上合成的，D错误。 【答案】　B 【对点练习】 2.果酒放久了易产生沉淀，只要加入少量蛋白酶就可使沉淀消失，而加入其他酶则无济于事。这一现象反映了(　　) A.酶的催化作用具有专一性 B.酶的化学本质是蛋白质 C.酶的催化作用具有高效性 D.果酒中的这种沉淀物是酵母菌 1.酶活性 酶催化特定化学反应的能力称为酶活性。酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。 2.影响酶活性的条件的实验 (1)探究酶的最适温度或pH——实验思路 组别编号 1 2 … n 实验材料 等量的同种底物 温度(或pH) T1(a1) T2(a2) … Tn(an) 衡量指标 相同时间内，各组酶促反应中生成物量的多少或底物剩余量的多少 实验结论 生成物量最多的一组，或底物剩余量最少的一组所处温度(或pH)为最适温度(或pH) (2)酶活性实验探究中的“三宜”“四不宜” ①若底物选择淀粉和蔗糖，用淀粉酶来验证酶的专一性时，检测底物是否被分解的试剂“宜”选用斐林试剂，“不宜”选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。 ②若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，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。 ③在探究酶的适宜温度的实验中，“不宜”选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶作实验材料，过氧化氢(H2O2)在常温常压时就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。 ④在探究pH对酶活性的影响时，“宜”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后再让反应物和底物接触，“不宜”在未达到预设pH前，让反应物与酶接触。 3.温度和pH影响酶活力的相关曲线 (1)温度 图甲 ①图甲，在一定条件下，酶活性最大时的温度称为该酶的最适温度(即b点)。 ②过高的温度会破坏蛋白质的空间结构，使酶发生不可逆的活性丧失。 ③低温条件下酶的空间结构稳定，将酶放到适宜的温度下，酶的活性可以恢复。 (2)pH 图乙 图乙，在一定条件下，酶活性最大时的pH称为该酶的最适pH(即e点)。偏离该pH，不论升高还是降低，酶促反应速率都会下降。 【典题例析】 【例3】　(多选)下列关于探究酶特性的实验叙述，错误的是(　　) A.若探究pH对过氧化氢酶活性的影响，实验操作顺序也会影响实验结果 B.若探究温度对淀粉酶活性的影响，可选择斐林试剂对实验结果进行检测 C.若用H2O2和过氧化氢酶来探究酶的高效性，可选择无机催化剂作为对照 D.若用淀粉、蔗糖和淀粉酶来探究酶的专一性，可用碘液对实验结果进行检测 【解析】　若探究pH对过氧化氢酶活性的影响，自变量是pH，因变量是酶活性，若让底物过氧化氢与过氧化氢酶先混合，反应已经开始，则会干扰实验结果，A正确；斐林试剂检测还原糖需要进行水浴加热，会改变反应的温度，因此如果探究温度对淀粉酶活性的影响，应选择碘液检测实验结果，B错误；酶的高效性是和无机催化剂相对而言的，因此如果探究过氧化氢酶的高效性，可选择无机催化剂作为对照，C正确；由于蔗糖无论是否发生水解，都不与碘液反应，因此如果用淀粉、蔗糖和淀粉酶来探究酶的专一性，不能用碘液检测实验结果，D错误。 【答案】　BD 【对点练习】 3.(2024·唐山期末)下列有关酶的实验的叙述正确的是(　　) A.探究温度和pH对酶活性的影响时，分别选用淀粉和H2O2作为底物 B.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用时，可用碘液检测实验结果 C.用H2O2作底物验证酶的高效性时，通过测定气泡或者氧气释放量可达到目的 D.探究淀粉酶的最适温度的实验顺序：淀粉＋淀粉酶→置于相应水浴温度下保温5 min→滴斐林试剂加热→观察溶液颜色变化 1.(2024·湛江期末)如图曲线Ⅰ、Ⅱ 分别表示物质M在无催化剂条件和有酶催化条件下生成物质P所需能量的变化过程。下列叙述正确的是(　　) A.ad段表示无催化剂时，反应所需要的活化能 B.ac段表示有酶催化时，酶降低的活化能 C.若换用无机催化剂，b点将向上移动 D.加热加压不能使物质M更容易从常态转变为活跃状态 2.淀粉酶只能催化淀粉的水解，不能催化纤维素的水解。由此说明(　　) A.酶的活性受多种因素影响 B.酶的催化作用具有专一性 C.酶的催化作用具有高效性 D.酶的化学本质主要是核酸 3.下列关于酶本质探索的叙述，错误的是(　　) A.巴斯德通过显微镜观察，提出酿酒中的发酵是由于存在酵母菌 B.李比希认为发酵的是酵母菌细胞中的某些物质 C.毕希纳证明了酶的化学本质都是蛋白质 D.切赫和奥尔特曼发现少数RNA也具有生物催化功能 4.如图表示在最适温度下，某种酶的催化反应速率与反应物浓度之间的关系。下列有关说法正确的是(　　) A.若在A点时升高反应温度，则反应速率加快 B.若在B点时增加酶的浓度，则反应速率不变 C.若在A点时提高反应物浓度，则反应速率加快 D.若在C点时提高反应物浓度，则产物不再增加 5.(2024·东莞期末)如图表示酶的活性受温度影响的曲线。下列有关分析错误的是(　　) A.图中A点和C点酶的空间结构相同 B.B点表示酶的最大活性 C.B点对应的温度表示该酶的最适温度 D.同一种酶在不同温度下可以具有相同的催化效率 6.(多选)某同学探究温度、pH、底物浓度与酶促反应速率的关系，绘制出如下曲线图。有关叙述错误的是(　　) A.图甲中，A点时酶活性很低，因此酶促反应速率也很低 B.图乙中，D点与F点酶的空间结构都被破坏，因此酶活性较低 C.图丙中，将相关因素从G点调至H点，酶促反应速率不会升高 D.图甲、乙、丙中相关因素依次是底物浓度、pH、温度 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第一节　降低化学反应活化能的酶 新课知识学习 对点练习 1.C　分析实验装置可知，催化剂的种类属于实验的自变量，A错误；过氧化氢分解的速率属于实验的因变量，B错误；试管中的过氧化氢溶液的量属于实验的无关变量，C正确；产生的气泡量属于实验的因变量，D错误。 2.A　由题干“只要加入少量蛋白酶就可使沉淀消失，而加入其他酶则无济于事”可知，沉淀物的成分为蛋白质，此题中的自变量是酶的种类(蛋白酶和其他酶)，蛋白酶可以催化蛋白质的分解，而其他酶不能催化蛋白质的分解，这说明酶的催化作用具有专一性，A符合题意。 3.A　探究温度对酶活性的影响时可以用淀粉，探究pH对酶活性的影响时可以用H2O2，A正确；探究淀粉酶对淀粉和蔗糖作用时，不能用碘液检测实验结果，因为碘液对蔗糖或蔗糖水解的产物都没有颜色反应，B错误；用H2O2作底物验证酶的高效性时，应设置无机催化剂组和酶实验组才能达到目的，C错误；探究淀粉酶的最适温度的实验应先将淀粉、淀粉酶分别置于相应温度下保温，然后再混合继续保温，且本实验不宜选用斐林试剂鉴定，D错误。 课时达标演练 1.B　ab段表示有酶催化时，酶降低的活化能，B错误。 2.B　酶的活性是指酶的催化能力强弱，影响酶活性的因素有温度、pH和某些化合物(激活剂或抑制剂)等，这与题干信息不符，A错误；酶的专一性是指一种酶只能催化一种底物或少数几种相似底物的反应，淀粉酶只能催化淀粉的水解，不能催化纤维素的水解，说明酶的催化作用具有专一性，B正确；酶的催化作用具有高效性，是指酶(有机催化剂)与无机催化剂相比，在酶的作用下化学反应速率更快，与题干信息不符，C错误；酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质，少量的酶是RNA，故酶的化学本质是蛋白质或RNA，D错误。 3.C　法国微生物学家巴斯德通过显微镜观察，提出酿酒中的发酵是由于存在酵母菌细胞，没有活细胞的参与，糖类是不可能变成酒精的，A正确；德国化学家李比希认为发酵的是酵母菌细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母菌细胞死亡并裂解后才能发挥作用，B正确；德国化学家毕希纳没有证明酶的化学本质，C错误；美国科学家切赫和奥尔特曼发现少数RNA也具有生物催化功能，D正确。 4.C　图示表示为最适温度下，某种酶的催化反应速率与反应物浓度之间的关系。根据在最适宜的温度下酶的活性最高，温度偏高或偏低，酶的活性都会明显降低，在A点适当提高反应温度，反应速率降低，A错误；在B点增加酶的浓度，反应速率加快，B错误；从图示看出在A点提高反应物浓度，反应速率将加快，C正确；从图示看出在C点提高反应物浓度，反应速率不再加快，但产物的量将增加，D错误。 5.A　低温能抑制酶的活性，但不会使酶的空间结构发生改变，高温能改变酶的空间结构甚至使其变性失活，故A、C点酶的空间结构不同，A错误。 6.ABD　题图甲中，自变量是底物浓度，底物浓度不影响酶活性，A点时反应速率低是因为底物浓度低，A错误；图乙中，D点为低温，不破坏酶的空间结构，F点为高温，酶的空间结构被破坏，B错误；图丙中，G点酶变性失活，调至H点，酶促反应速率不会升高，C正确；过酸、过碱、温度过高都会使酶变性失活，而低温只是降低了酶的活性，酶的空间结构没有发生改变，D点表示低温，F点表示温度过高，而G点和J点分别表示过酸和过碱，因此图甲、乙、丙中相关因素依次是底物浓度、温度、pH，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$