必修1 第3单元 第1讲 降低活化能的酶（学生讲义）-【新高考方案】2025版高考生物Ⅱ一轮总复习

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　　　　，少数是　　　 合成原料 　　　　　　　　　　　等 合成场所 　　　　、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　　　　　，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　　　　　　　　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　　　　　　　。 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　　　移动。 ④酶的作用原理是　　　　　　　　　　　。与无机催化剂相比，酶　　　　　　　　　　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·合肥模拟)核酶是有催化作用的单链RNA，多进行自体催化，原生动物四膜虫rRNA前体的内含子序列中具有核糖核酸酶等5种酶的活性。它的发现意义重大，不但纠正了人们认为酶都是蛋白质的传统观念，而且对探索生命的起源很有启发意义。下列相关叙述正确的是(　 ) A．核酶的基本组成单位是脱氧核苷酸 B．核酶只能在细胞内起催化作用 C．大多数核酶具有多种酶的功能 D．在生命起源过程中RNA可能先于蛋白质和DNA产生 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 题点(二)　酶的作用原理 3.(2024·大庆模拟)如图表示某化学反应在使用无机催化剂和酶催化条件下的能量变化过程。下列相关分析正确的是(　 ) A．曲线②表明催化化学反应的效率较低 B．上述实验验证了酶的催化具有专一性的特点 C．曲线①表示在酶催化条件下的能量变化 D．a与b的差值说明酶降低活化能的作用更显著 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　　　　　　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　　　　　　化学反应。 (1)物理模型——“锁钥学说” 模型图示 分析 图中A表示　　　，B表示　　　　　　　　，E、F表示　　　　　　　　　　　　　　　，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　　　　 3．酶的作用条件较温和 模型图示 分析 (1)在　　　　　　　条件下，酶的活性最高，温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会　　　。 (2)过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶　　　　　 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　　　　糖。它们在酶的催化作用下都能水解成　　　　，还原糖能与　　　　　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　　　　　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 　　　　　 　　　 (3)实验结论：酶具有　　　　，淀粉酶只能催化　　　水解，而不能催化　　　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 　　　　 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 　　　　 　　　　 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？ 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？ 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？ 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？ 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？ [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 听课随笔： |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 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 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 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 [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．(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 2．(必修1 P82“探究·实践”发展演变)为探究α­淀粉酶的失活温度，兴趣小组开展了下列探究实验，下列叙述正确的是(　 ) 试管编号 1 1′ 2 2′ 3 3′ 4 4′ 5 5′ 淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL α­淀粉酶 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 保温温度 80 ℃ 85 ℃ 90 ℃ 95 ℃ 100 ℃ 保温时间 15 min 15 min 15 min 15 min 15 min 反应时间 将每种温度下的两支试管中的溶液混合均匀，再次在所设定的温度下保温15 min 碘液 往每组试管中滴加2滴碘液 现象 不变蓝 深蓝 深蓝 深蓝 深蓝 A．实验结果的检测试剂不能替换成斐林试剂 B．每支试管内的反应溶液需要设置相同的pH C．实验表明酶的催化作用具有高效性和专一性 D．加热至85 ℃是为酶的作用提供活化能来加快反应速率 (二)科学思维“融会通” 3．(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：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 4．(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：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 |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 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 1 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$