第3单元 第1讲 降低化学反应活化能的酶（学生讲义）-【新高考方案】2026年高考生物Ⅰ一轮总复习

第三单元|细胞的能量供应和利用 第1讲　降低化学反应活化能的酶 明确 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 (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。  自我诊断 1.概念理解(判断正误) (1)作为生物催化剂,酶作用的反应物都是有机物。 (　　) (2)酶、抗体、激素都是由氨基酸通过肽键连接而成的。 (　　) (3)胰蛋白酶和胰岛素发挥作用后都立即被灭活。 (　　) (4)脲酶能将尿素分解为氨和二氧化碳,萨姆纳从刀豆种子中提取到了脲酶,并证明脲酶是蛋白质。 (　　) (5)活化能是分子在活跃状态所具有的能量。 (　　) 2.事理分析 (1)(人教版教材必修1 P79“思考·讨论”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:　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)(人教版教材必修1 P80“拓展应用”分析)萨姆纳很难鉴定酶本质的原因是　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  题点(一)　酶的本质 1.(2025·九江一模)1982年切赫领导的团队首先发现四膜虫核糖体RNA具有自我催化功能,之后奥尔特曼实验室也进一步证明了RNA的催化功能。1994年某些科学家利用SELEX技术合成了一种以单链DNA为基础成分的核酶,它能在Pb2+的辅助下水解RNA特定位置的磷酸二酯键。结合上述信息,下列有关叙述正确的是 (　　) A.酶都是在细胞内发挥作用 B.酶的功能是催化物质的分解 C.酶的化学本质是蛋白质或RNA D.DNA核酶是通过人工合成的 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 　　[归纳拓展]　对比分析酶与动物激素的异同 (1)一同:都具有微量、高效的特点,也都具有一定特异性。 (2)三不同 ①产生部位不同: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。 ②化学本质不同: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。 ③作用机制不同: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。 题点(二)　酶的作用及应用 3.(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 4.在一个固定温度下,反应体系中不同能量底物分子的数量呈正态分布,其分布规律如图中实线所示。分子能量达到活化能的底物分子可以发生反应。下列相关叙述错误的是 (　　) A.若反应体系原本没有酶,加入酶之后的活化能可以用①表示 B.若反应体系原本没有酶,加热之后不同能量底物分子的数量分布可以用③表示 C.若反应体系原本有酶,加入酶的抑制剂后,活化能可以用②表示 D.若反应体系原本有酶且处于最适温度,加热之后的活化能可以用①表示 　　[解题指导] 　　酶的作用机理曲线分析应用 解答第4题的关键:一是准确理解酶催化作用的原理——降低反应的活化能;二是正确解读图中曲线的含义:加酶使反应的活化能降低,活化能左移;加热使反应物分子能量升高;加酶的抑制剂,活化能升高右移;加热使酶的活性降低,活化能右移。 主题研习(二)　酶的特性及影响酶活性的因素 (一)酶具有高效性 ——比较过氧化氢在不同条件下的分解 1.实验原理 2H2O22H2O+O2↑,可用　　　　　　　　　　　的情况来检验O2的生成速率。  2.实验设计与现象分析 3.实验变量 4.实验结论 ①②对照,说明加热能促进过氧化氢的分解,提高反应速率; ①④对照,说明酶具有　　　　;  ③④对照,说明酶具有　　　　。  (二)酶的专一性 1.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 (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,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。  　　[微点拨]　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。 2.酶的专一性两种模型解读 (1)物理模型——“锁钥学说” 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 只有酶A可催化底物A参与的反应,说明酶具有　　  (三)酶的作用条件较温和 1.探究影响酶活性的条件 (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 　　　 　　  　　  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 2.温度和pH对酶活性影响的曲线分析 曲线解读:在最适宜的温度和pH条件下,酶的活性最高;　　　　　　　　等条件会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活;　　　条件下酶的活性很低,但空间结构稳定。  自我诊断 1.概念理解(判断正误) (1)胃蛋白酶应在酸性、37 ℃条件下保存。 (　　) (2)淀粉酶在一定pH范围内起作用,酶活性随pH升高而不断升高。 (　　) (3)“探究温度对酶活性的影响”实验中,室温下将淀粉溶液与淀粉酶溶液混合后,在设定温度下保温。 (　　) (4)麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度低。 (　　) 2.事理分析 (1)(人教版必修1 P84“相关信息”发掘)已知胃蛋白酶的最适pH为1.5,小肠液的pH为7.6,胃蛋白酶随食糜进入小肠后不能发挥作用的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　。  (2)(人教版必修1 P81“探究·实践”思考)在探究酶专一性实验中,淀粉和淀粉酶要预热到同一温度再混合的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)(人教版必修1 P82“探究·实践”思考)在探究温度对淀粉酶活性的影响的实验中　　　　(填“能”或“不能”)用斐林试剂来检测,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　(填“能”或“不能”)用过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)(人教版必修1 P82“探究·实践”思考)在探究pH对酶活性的影响的实验中不能选用淀粉酶和淀粉作为实验材料,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  重难点(一)　归纳探究酶特性的实验方法 1.“对照实验法”验证酶的高效性和专一性 (1)验证酶的高效性 项目 实验组 对照组 材料 等量的同一种反应物 与反应物相对应的酶溶液 等量的无机催化剂 现象 反应速率很快,或反应用时短 反应速率缓慢,或反应用时长 结论 酶具有高效性 (2)验证酶的专一性 项目 实验组 对照组 材料 与酶相对应的反应物 另外一种反应物 同一种酶(等量) 现象 发生反应 不发生反应 结论 酶具有专一性 2.“梯度法”探究酶的最适温度或pH (1)探究酶的最适温度 (2)探究酶的最适pH 　　[例1]　(2024·浙江1月选考)红豆杉细胞内的苯丙氨酸解氨酶(PAL)能催化苯丙氨酸生成桂皮酸,进而促进紫杉醇的合成。低温条件下提取PAL酶液,测定PAL的活性,测定过程如表。 步骤 处理 试管1 试管2 ① 苯丙氨酸 1.0 mL 1.0 mL ② HCl溶液(6 mol/L) — 0.2 mL ③ PAL酶液 1.0 mL 1.0 mL ④ 试管1加0.2 mL H2O,2支试管置于30 ℃水浴1小时 ⑤ HCl溶液(6 mol/L) 0.2 mL — ⑥ 试管2加0.2 mL H2O,测定2支试管中的产物量 下列叙述错误的是 (　　) A.低温提取以避免PAL失活 B.30 ℃水浴1小时使苯丙氨酸完全消耗 C.④加H2O补齐反应体系体积 D.⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应 听课随笔: 重难点(二)　借助模型分析影响酶促反应的因素 1.模型构建 2.模型分析 (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。 　　[例2]　(2025·遵义一模)图中三条曲线分别表示酶促反应速率与温度、pH、反应物浓度的关系,其他条件适宜。下列相关分析正确的是 (　　) A.在AB段增加酶的浓度,反应速率将加快 B.D点时因酶分子的空间结构被破坏导致其活性降低 C.人体内胰蛋白酶和胃蛋白酶的E点基本相同,H点不同 D.为绘制丙曲线,宜选用淀粉酶和淀粉作为实验材料 听课随笔: 题点(一)　与酶高效性和专一性有关的实验分析 1.(2025·龙岩一模)某兴趣小组对“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验装置进行改造,如下图。下列相关叙述错误的是 (　　) A.注射器同时向试管内注入等量液体,可对比不同催化剂的催化效率 B.由于酶降低活化能更显著,所以一开始时1号试管产生的气泡多 C.过氧化氢的浓度及所加剂量均为该实验的无关变量 D.反应结束后,U形管两侧液面高度为甲侧低于乙侧 2.(2025·广州一模)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.(2025·哈尔滨质检)为探究“pH对酶活性的影响”,某同学对实验装置进行了改进,如图所示。只松开分止水夹H2O2溶液不会注入各试管中。下列叙述不正确的是 (　　) A.水槽中滴几滴黑墨水的作用是便于观察量筒内的氧气体积读数 B.先打开总止水夹,再打开分止水夹可保证各组实验同时开始 C.各个试管中除了缓冲液的pH不同外,其他条件应相同且适宜 D.该实验装置也可用来验证酶具有高效性 4.(2025·许昌模拟)某实验小组为探究影响胶原蛋白酶的酶活性的因素设计如下实验。下列相关叙述错误的是 (　　) 试管1 试管2 试管3 试管4 底物 5 cm3 的蛋白块 5 cm3 的蛋白块 5 cm3 的蛋白块 5 cm3的 蛋白块 试剂 4 mL 蒸馏水 ① 4 mL胶原 蛋白酶 溶液 4 mL胶原 蛋白酶 溶液 温度 37 ℃ 水浴 37 ℃ 水浴 37 ℃ 水浴 0 ℃ 水浴 pH pH=7 pH=7 pH=2 ② 实验 现象 蛋白块 无明显 变化 蛋白块 明显 减小 蛋白块 无明显 变化 蛋白块 无明显 变化 A.选择蛋白块为底物的原因是蛋白块较容易观察 B.表中①②分别为4 mL胶原蛋白酶溶液、pH=7 C.单位时间蛋白块体积的变化可反映胶原蛋白酶活性大小 D.试管3实验一段时间后,将其pH上调至7,继续反应一段时间后发现蛋白块会明显减小 题点(三)　影响酶促反应因素的曲线分析 5.(2025·重庆一模)中间产物学说认为:酶(E)的活性中心部位首先与底物(S)结合,生成不稳定的中间产物(ES),然后再产生产物(P),同时释放出酶(E)。根据这一学说,在酶浓度、pH、温度一定的条件下,可以用米氏方程v=表示底物浓度[S]与速率v之间的关系,其坐标曲线如图1,其中“vmax”表示该条件下最大反应速率,“Km”表示在该条件下达到1/2vmax时的底物浓度。图2表示竞争性抑制剂会与底物竞争结合酶的活性中心。下列叙述正确的是 (　　) A.如果底物浓度足够大,反应速率可以达到vmax,由此可判断加入竞争性抑制剂后,Km值将变小 B.酶的活性可以用在一定条件下酶所催化的化学反应速率表示,即可以用P的产生速率,也可用E的消耗速率表示 C.通过竞争抑制(如图2)的事实,可以否定酶具有专一性的特性 D.如果要把反应速率控制在1/3vmax,则应该把底物浓度控制在1/2Km 6. (2025·江西模拟)酸性磷酸酯酶(ACPase)对生物体内的磷脂代谢有重要作用。白玉菇生长环境中的某些金属离子可导致ACPase的酶活性发生变化,影响白玉菇的生长发育。某兴趣小组探究了pH、温度和4种金属离子对ACPase酶活性的影响,实验结果如图(图中OD420是指在波长420 nm时被检测物吸收的光密度,通常OD值越大,酶活性越高)。下列相关叙述错误的是 (　　) A.酸性磷酸酯酶的作用机理是降低化学反应的活化能 B.据图分析,pH约为4.5时,ACPase酶的催化能力最高 C.Pb2+、Cd2+可能使酶的空间结构发生改变,导致酶活性降低 D.对白玉菇进行温室栽培时,室内温度应控制在50 ℃ 　　[思维建模]　“四看法”分析酶促反应曲线 　　课下请完成课时跟踪检测(八) 学科网（北京）股份有限公司 $$