2014届高考生物一轮复习用书（教材诠释+重点突破+课时训练）第三单元 第一课时 降低化学反应活化能的酶课件 新人教版

教材案,第一课时降低化学反应活化能的酶,1.细胞中每时每刻都进行着许多化学反应,统称为细胞代谢,是细胞生命活动的基础。,2.“比较过氧化氢在不同条件下的分解”,(1)实验原理:新鲜的肝脏中有较多的过氧化氢酶,能将过氧化氢及时分解,变成氧和水。,(2)实验过程及现象,(3)实验结论:酶在细胞代谢中具有催化作用,同时证明,与无机催化剂相比,酶具有高效性的特性。,3.活化能是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。与无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著。,4.酶的特性,一、酶的本质和作用,1.对酶的理解,思维误区规避,酶和激素都是活细胞产生的,一般来说,活细胞都能产生酶,但不一定产生激素,只有内分泌腺(或内分泌细胞)才能产生激素,当然一定也能产生酶。故能产生酶的细胞不一定能产生激素,但能产生激素的细胞一定能产生酶。,2.酶的化学本质与催化作用的实验验证,(1)证明某种酶是蛋白质,实验组:待测酶液+双缩脲试剂是否出现紫色反应。,对照组:已知蛋白液+双缩脲试剂出现紫色反应。,(2)证明某种酶是RNA,实验组:待测酶液+吡罗红染液是否呈现红色。,对照组:已知RNA溶液+吡罗红染液出现红色。,(3)利用酶的专一性原理来证明,(4)证明酶具催化作用,实验组:底物+相应酶液底物被分解或分解速率快。,对照组:底物+等量蒸馏水底物不被分解或分解速率慢。,规律精讲精析,1.酶不能改变化学反应的平衡点,只能改变达到平衡点的时间。,2.酶和无机催化剂一样,在反应前后性质和数量保持不变,但酶并非能终生发挥作用,酶和其他物质一样也需要更新。,3.有的酶存在于细胞外(如消化酶),有的存在于细胞内(如呼吸酶)。,典例1(2012年泰安市二模)下图曲线b表示在最适温度、最适pH条件下,反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析正确的是(),A.增大pH,重复该实验,A、B点位置都不变,B.B点后,升高温度,酶活性增加,曲线将呈现c所示变化,C.酶量增加后,图示反应速率可用曲线a表示,D.反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素,【思路剖析】本题考查温度、pH、反应物浓度等因素对酶促反应速率的影响。酶都有适宜的温度和pH,高于或低于最适值都会降低酶的活性,从而降低酶促反应速率。所以增大pH,重复该实验,A、B点位置都要下降,A错误;B点后,升高温度,酶活性降低,反应速率降低,B错误;酶量增加后,酶促反应增强,反应速率增加,可用曲线c表示,C错误;由于曲线b处于最适温度和pH条件,实验的自变量是反应物浓度,所以限制曲线AB段反应速率的主要因素是反应物浓度,D正确。,【答案】D,典例2随着生物技术的发展,酶在社会生产、生活中的应用越来越广泛。下列说法不正确的是(),A.利用酶生产某些化工产品,能显著降低能耗、减少污染、节约成本,B.参与蛋白酶合成、分泌的具膜细胞器有核糖体、内质网、高尔基体和线粒体,C.用于治疗消化不良症的多酶肠溶片含有多种消化酶,但嚼服后会失去疗效,D.要较长时间保持酶活性,酶制剂大都应保存在低温的条件下,【思路剖析】酶具有催化效率高和可降解的特点,利用酶生产某些化工产品,能显著降低能耗、减少污染、节约成本;核糖体没有膜结构;消化酶的本质是蛋白质,嚼服后会失去疗效,制成肠溶片是确保吞服后主要在小肠部位发挥作用;酶大多数是蛋白质,高温易变性失活,应保存在低温条件下。,【答案】B,1.探究影响酶活性的因素,二、酶的特性与探究影响酶活性的因素,2.实验中相关变量的分析,(1)人为改变的变量是自变量,随着自变量的变化而变化的量是因变量。通常自变量是原因,因变量是结果,二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种因果关系。,(2)除自变量外,其他对实验结果能造成影响的可变因素是无关变量。在对照实验中,除了要观察的自变量外,其他无关变量都应保持相同且适宜,这样就可以避免由于无关变量的差异引起实验结果的差异,能够清晰,地研究自变量与因变量的关系。,3.对照实验中如何保持单一变量、控制无关变量,(1)生物材料要相同。即所用生物材料的数量、质量、体积、来源和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同。,(2)实验器具要相同。即试管、烧杯等器具的大小、洁净度等要完全一样。,(3)实验试剂要相同。即试剂的成分、浓度、体积要相同,尤其要注意体积上等量的问题。,(4)处理方法要相同。保温或冷却、光照或黑暗、搅拌或振荡都要一致。有时尽管某种处理对对照实验来说,看起来似乎是毫无意义的,但还是要做同样的处理。,4.酶高效性的曲线及实验验证,(1)曲线模型,催化剂可加快化学反应速率,与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。,酶只能缩短达到化学平衡所需时间,不改变化学反应的平衡点。,(2)实验验证,对照组:反应物+无机催化剂反应物分解速率;,实验组:反应物+等量酶溶液反应物分解速率。,实验中自变量是无机催化剂和酶,因变量是反应物分解速率。,5.酶专一性的曲线及实验验证,(1)曲线模型,在A反应物中加入酶A,反应速率较未加酶时明显加快,说明酶A催化底物A的反应。,在A反应物中加入酶B,反应速率和未加酶时相同,说,明酶B不催化底物A的反应。,(2)实验验证,还原糖+,斐林试剂,加热,砖红色沉淀,用淀粉酶分别与淀粉和蔗糖混匀一段时间后,再用斐林试剂鉴定,根据是否有砖红色沉淀来判定淀粉酶是否对二者都有催化作用,从而探索酶的专一性。,6.温度对酶活性的影响,(1)原理解读,温度影响酶的活性,从而影响淀粉的水解,滴加碘液,根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。,(2)实验设计思路,检测是否出现蓝色及蓝色深浅,(3)实验设计程序,各自在所控制的温度下处理一段时间,淀粉与相应温度的淀粉酶混合,在各自所控制的温度下保温一段时间,淀粉淀粉酶,滴加碘液,观察颜色变化,O2的产生速率,7.pH对酶活性的影响,(1)原理解读,H2O2H2O+O2,pH影响酶的活性,从而影响O2的生成量,可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验O2生成量的多少。,(2)实验设计思路,(1)在一定温度(pH)范围内,随温度(pH)的升高,酶的催化作用增强,超过这一范围,酶催化作用逐渐减弱。,(2)在最适温度(pH)时,酶的催化作用最强,高于或低于最适温度(pH),酶的催化作用都将减弱。,8.影响酶活性的曲线,(3)过酸、过碱、高温都会使酶失活,而低温只是抑制酶的活性,酶分子结构未被破坏,温度升高可恢复活性。,(4)反应溶液酸碱度的变化不影响酶作用的最适温度。,9.底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响,(1)在其他条件适宜,酶量一定的条件下,酶促反应速率随底物浓度增加而加快,但当底物达到一定浓度后,受酶数量和酶活性限制,酶促反应速率不再增加。(如下图甲),(2)在底物充足,其他条件适宜的条件下,酶促反应速率与酶浓度呈正比。(如下图乙),典例3(2013年江苏盐城一调)某人通过实验研究化合物X对淀粉酶活性的影响,结果如右图。曲线为只在底物中加入淀粉酶,曲线为在底物中加入淀粉酶和化合物X。下列分析不正确的是(),A.化合物X未影响淀粉酶活性的最适温度,B.曲线作为实验对照,C.化合物X对淀粉酶的活性有抑制作用,但未使酶完全失活,D.若底物溶液的pH升高,则曲线的顶点上移,【思路剖析】由题分析可知,曲线为对照组,曲线为实验组,同一温度下,曲线(加入淀粉酶和化合物X)比曲线(只在底物中加入淀粉酶)酶促反应速率低,表明化合物X对淀粉酶的活性有抑制作用,但未使酶完全失活;两曲线酶促反应的最适温度没有改变,表明化合物X未影响淀粉酶活性的最适温度;但无法推知底物溶液的pH改变对曲线的顶点的影响,若是在最适pH的基础上升高底物溶液的pH,则曲线的顶点反而会下移。,【答案】D,典例4(2011年全国大纲理综)某同学从温度为5565的泉水中筛选出能合成脂肪酶的细菌,并从该细菌中提取了脂肪酶。回答问题:,(1)测定脂肪酶活性时,应选择作为该酶作用的物质,反应液中应加入溶液以维持其酸碱度稳定。,(2)要鉴定该酶的化学本质,可将该酶液与双缩脲试剂混合,若反应液呈紫色,则该酶的化学本质为。,(3)根据该细菌的生活环境,简要写出测定该酶催化作用最适温度的实验思路。,【思路剖析】本题考查酶的本质、特性与影响酶活性的因素,意在考查学生的分析理解与实验设计能力。解答本题的关键是能从酶的专一性出发选用脂肪作为脂肪酶的作用底物,并要考虑排除温度、pH等无关因素对实验结果的影响。简写实验设计思路时能紧扣题中“根据该细菌的生活环境”温度为5565的泉水,在此范围内设置不同梯度的温度作为自变量进行实验。(1)测定脂肪酶活性应选择脂肪作为该酶作用的反应物质,反应液中应加入缓冲溶液以维持其酸碱度稳定,排除pH对酶活性的影响。(2)能与双,缩脲试剂反应呈紫色,说明该酶的化学本质为蛋白质。(3)仔细审题,明确要求写出的是“实验思路”而不是实验步骤。,【答案】(1)脂肪缓冲(2)蛋白质(3)在一定温度范围(5565)内设置温度梯度,分别测定酶的活性,若所测得的数据出现峰值,则峰值所对应的温度即为该酶催化作用的最适温度,否则,扩大温度范围,继续实验,直到出现峰值。,1.(2013年衡水中学一调)关于酶的叙述,正确的是(),A.酶提供了反应过程所必需的活化能,B.酶活性的变化与酶所处的环境的改变无关,C.酶结构的改变可导致其活性部分或全部丧失,D.酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸,【答案】C,2.(2012年临沂一模)右图是在最适温度下,麦芽糖酶的催化速率与麦芽糖量的关系。有关叙述正确的是(),A.如果温度上升5,b点向左下方移动,B.a点时,麦芽糖酶全部参与催化,C.若是农田中的作物,处于该光照强度下不能正常生长,D.叶肉细胞光合作用过程中从密闭钟罩内吸收了一部分CO2,【思路剖析】植物在某一光照强度下,密闭容器内CO2变化量为零(不考虑微生物的呼吸),说明呼吸作用产生的CO2量=光合作用消耗的CO2量(绿色部分和非绿色部分的呼吸作用强度等于绿色部分的光合作用强度);农田中的作物,晚上要进行呼吸作用,消耗有机物,处于该光照强度下不能正常生长;不同叶肉细胞的衰老程度不同,呼吸作用强度与光合作用强度不一定相同,故B错误。,【答案】B,3.(2011年江西南昌十六中月考)请你解读与酶有关的图示、曲线,回答下列问题:,(1)图1和图2是与酶的特性相关的图示。图1和图2分别表示了酶具有性和作用。洗衣粉中加有的A之所以能够耐酸碱、忍受表面活性剂和较高温度,因为其是通过精心设计改造生产出,来的;控制其合成的直接模板主要分布在细胞的中。,(2)图3是与酶活性影响因素相关的曲线,当pH从5上升到7,酶活性的变化过程是;从图示曲线我们还可以得出的结论是。,因素主要是。从图5可以得出的结论是:在底物足量条件下,。,(3)图4和图5是底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响曲线。图4中A点后酶促反应的速率不再增加,其限制性,【思路剖析】本题以坐标曲线为信息载体,综合考查酶的特性与本质等知识。(1)图1表示酶具有高效性,图2表示酶具有催化作用;洗衣粉中加入的酶是通过基因工程(或蛋白质工程改造)生产出来的。(2)由图中底物剩余量可以判断出在pH为6时,酶的活性最大,所以pH从5上升到7,酶活性先上升后下降。(3)分析图4,可以发现在A点之前,限制酶促反应的因素是底物浓度,而A点以后则是酶的数量。图5可见在酶量充足的情况下,酶促反应速率与酶的浓度呈正相关。,【答案】(1)高效催化蛋白质工程(基因工程)细胞质,(2)先上升后下降随着pH的变化,酶的最适温度不变;温度影响酶的活性(3)酶的浓度(数量)和活性酶促反应速率与酶浓度呈正相关,一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分),1.(基础再现)同一细胞内许多化学反应可以同时进行而互不干扰,这一情形与下列哪几项有关(),反应的温度不同反应的快慢不同反应的空间不同反应所需的酶不同,A.B.C.D.,【思路剖析】细胞内的生物膜将细胞分隔成各个区室,使各种化学反应高效有序地、互不干扰地进行;又由于酶具有专一性,各种化学反应所需酶的种类不同,也避免了化学反应之间的相互干扰。,【答案】D,2.(基础再现)下列不适合用于探究温度对酶活性影响的一组实验材料是(),A.H2O2、过氧化氢酶B.淀粉、淀粉酶,C.蛋白质、蛋白酶D.麦芽糖、麦芽糖酶,【思路剖析】不能用过氧化氢酶催化过氧化氢分解来探究温度对酶活性的影响,因为高温也能加速过氧化氢的分解。,【答案】A,3.(基础再现)右图表示木瓜蛋白酶和胃蛋白酶对抗体的消化作用,根据图示实验结果,不能得出的结论是(),A.蛋白酶能使抗体失活,B.抗体的化学本质是蛋白质,C.木瓜蛋白酶和胃蛋白酶的化学本质均是蛋白质,D.胃蛋白酶使抗体分解断裂的肽键数目多于木瓜蛋白酶,【思路剖析】木瓜蛋白酶和胃蛋白酶对抗体有消化作用,使抗体失活,说明抗体的化学本质是蛋白质。由题图看出胃蛋白酶能使抗体水解为多个片段,断裂的肽键数目较多。题干没有表明木瓜蛋白酶和胃蛋白酶的化学本质是蛋白质。,【答案】C,4.(基础再现)碳纤维是一种新型的织物纤维,具有抗菌、防紫外线等功能,穿着凉爽、透气。在碳纤维织物工艺流程中需要除去淀粉类浆料,目前常用耐热性强的枯草杆菌淀粉酶“退浆”。如图曲线表示的是在其他条件都适宜的情况下,淀粉酶浓度对退浆效果的影响。有关说法不正确的是(),A.ab表示随着酶浓度的升高退浆效果越来越好,B.bc表示继续提高酶的浓度几乎不影响退浆效果,C.bc退浆效果无显著变化,说明底物几乎耗尽,D.bc表示底物与酶充分结合,退浆率最大,【思路剖析】本题借助碳纤维的“退浆”问题考查酶浓度与反应速度的关系。ab段随着酶浓度的增加,退浆效果呈线性增长,说明该浓度范围内,退浆效果与酶浓度成呈正相关,选项A正确;bc段的退浆效果没有显著变化,说明底物与酶充分结合,反应达到最大速率,退浆效果达到最大,但是底物并没有耗尽,如果耗尽的话,退浆效果为0,选项C错误,D正确;bc段酶浓度对退浆效果的影响已不明显,不再是主要影响因素,选项B正确。,【答案】C,5.(视角拓展)猪笼草是一种食虫植物,为了验证猪笼草分泌液中有蛋白酶,某学生设计了两组实验,如下图所示。在35水浴中保温一段时间后,甲、乙试管中加入适量的双缩脲试剂,丙、丁试管中加入等量的蒸馏水,下列能够达到实验目的的是(),A.实验,B.实验,C.实验和实验,D.实验、实验均不能,【思路剖析】实验中用双缩脲试剂检测时,加分泌液的甲试管中的蛋白质即使被分泌液中蛋白酶催化分解,也会因分泌液本身含蛋白酶(本质为蛋白质)而出现紫色反应,不能依据颜色反应区分,应依据蛋白块是否消失来判断。,【答案】B,6.(视角拓展)下列有关酶的特性实验设计中最科学、严谨的是(),【思路剖析】A组中的对照实验不合理,不能用蒸馏水,应用等量的含Fe3+的溶液;B组中检验的试剂应是斐林试剂,且需要加热,因为若用碘液的话,蔗糖的那支试管不管是否发生反应,遇碘都没有颜色变化;C组实验应该是用多组淀粉溶液在不同的温度条件下进行操作,而不是只用一组间隔升高温度加热。,【答案】D,7.(视角拓展)探究“影响酶活性的条件”时,以下操作中正确的是(),A.淀粉酶易于取材,且唾液淀粉酶和市售淀粉酶反应条件完全相同,B.实验中要先将淀粉溶液和酶液达到自变量的条件下,再混匀,C.实验中应将淀粉溶液和酶液混合后,再分别置于相应自变量下反应,D.温度过高或过低,反应都不能进行,说明温度过高或,过低时使酶失活,【思路剖析】A项错误:唾液淀粉酶和市售淀粉酶反应条件不完全相同,比如唾液淀粉酶的最适温度37左右,而市售-淀粉酶的最适温度是60左右。B项正确、C项错误:探究温度或pH对淀粉酶活性影响时,实验中都要先调节到自变量的条件下,再让淀粉溶液与酶液接触,防止在还未达到预设条件时,淀粉酶已催化淀粉水解,影响实验结果的准确性。D项错误:温度过高是使酶变性失活,而温度过低只是抑制了酶的活,性,并未使其变性失活,在逐渐升高温度恢复至适宜温度的情况下,酶的活性也逐渐升高。,【答案】B,8.(视角拓展)下面的三个图是某研究小组利用过氧化氢酶探究H2O2分解条件而获得的实验结果。有关叙述错误的是(),A.图一、二、三所代表的实验中,自变量依次为催化剂种类、H2O2浓度、pH,B.图一可以得出酶具有高效性,C.图二bc段产生的原因可能是过氧化氢酶数量(浓度),有限,D.图三可以得出pH越小或越大酶活性越高,【答案】D,二、非选择题(本题共4小题,共52分),9.(基础再现,12分)某小组在探究“影响酶活性的条件”的实验时,提出“过氧化氢酶的活性是否受pH影响”的问题,并设计实验,操作步骤如下:,向甲、乙试管内各加入2mL新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液。,向甲试管内加入1mL质量分数为5%的盐酸,向乙试管内加入1ml质量分数为5%的氢氧化钠溶液。,向甲、乙试管内加入2滴新鲜的质量分数为20%的猪肝研磨液。,观察试管中发生的变化。,请依据该小组设计的实验操作步骤,回答下列问题:,(1)该实验的自变量是,过氧化氢分解速率是本实验的,可观测的指标是。,(2)上述操作步骤中存在明显的缺陷,请指出:。,(3)将制备好的猪肝研磨液分别进行高温和冷藏处理,经高温处理后,实验效果不明显,冷藏处理不影响实验,效果,原因是。,(4)在与其他小组进行交流时,有同学建议进行定量实验,以不同pH下出现同一结果所需要的时间来表示酶的活性,并根据实验数据绘制不同条件下酶活性的曲线图。该建议中,所需的时间越长,酶的活性越。,率即过氧化氢酶的活性,由操作步骤分析可知,可通过观察试管中产生的气泡数量(或速率)来作为观测的指标。(2)该探究实验至少需要三个实验组,操作中缺少蒸馏水作为空白对照的一组实验。(3)高温和低温对过氧化氢酶处理后的结果不同,高温下过氧化氢酶变性失活不能恢复,而低温下过氧化氢酶活性受到抑制,适宜温度下可以恢复。(4)出现同一结果所需的时间越长,则说明酶的活性越低。,【思路剖析】(1)本课题的目的是探究pH对过氧化氢酶活性的影响,自变量为pH,因变量为过氧化氢分解速,速率),(2)缺少加蒸馏水的对照(3)过氧化氢酶是蛋白质,在高温处理时蛋白质变性,而冷藏时蛋白质没有变性(4)低(或弱),【答案】(1)pH因变量试管中产生的气泡数量(或,10.(视角拓展,14分)目前全球能源危机,各国政府积极开发新能源。利用植物淀粉解决能源问题的关键是高性能酸性淀粉酶的获取。请完善实验方案,并回答相关问题。,【实验目的】比较甲、乙、丙三种生物所产生的淀粉酶的活性。,【实验原理】1.。,2.淀粉与碘液反应呈蓝色。,【实验材料】三种微生物的淀粉酶提取液(酶浓度相同),淀粉溶液等。,【实验步骤】,(1)取四支试管,分别编号。,(2)在下表各列的字母位置,填写相应试剂的体积量,并按表内要求完成相关操作。,(3)将上述四支试管放入37的水浴中,保温1h。,(4)四支试管冷却后滴入碘液。,(5)观察比较试管内溶液的颜色变化。,【实验结果】,分析讨论并回答以下问题:,(1)填写表中的数值A、B、C、D的颜色深浅程度(用“+”或“”表示)。,(2)该实验的自变量是。,(3)上述结果表明:在最适pH和最适温度条件下,浓度相同的不同来源的淀粉酶,催化效率不同,其根本原因是。,(4)你认为甲、乙、丙三种生物中,最具有开发价值的是。,【思路剖析】欲比较不同生物产生的淀粉酶的活性,依据的原理是淀粉酶能催化淀粉分解,可通过碘液检验淀粉被分解的情况。完成表格中试剂体积量时,总体要考虑相应总量相等,排除试剂量的不同对结果造成的影响。因碘液检验的结果是试管1中两个正号,而试管4中没有酶溶液,故结果显示的正号应为三个或三个以上。因本实验试管1、2、3中的自变量是不,同来源的淀粉酶,故其结果的差异引起的直接原因是酶的来源,而根本原因是控制酶合成的基因的不同。甲、乙、丙三种生物产生的淀粉酶中活性最高的(碘液染色结果颜色最浅)是乙生物产生的淀粉酶,故其最具有开发价值。,【答案】实验原理:淀粉在淀粉酶的作用下分解(1)0.503.5+(3个及3个以上正号均对)(2)酶的来源(3)控制酶合成的基因不同(控制酶合成的基因中脱氧核苷酸的排列顺序不同)(4)乙,11.(高度提升,16分)生物体内的化学反应一般都需要酶的参与。下图1示酶的抑制剂作用原理:竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性位点,从而抑制酶活性;非竞争性抑制剂和酶活性位点以外的其他位点结合,从而抑制酶的活性。图2示谷氨酸脱羧酶的催化反应速度。请据图回答下列问题:,(1)图示酶的化学本质很可能是,如果需要鉴定其化学本质,常用的试剂是,颜色呈现为。,(2)随着底物浓度升高,抑制效力变得越来越小的是(填“竞争性”或“非竞争性”)抑制剂,原因是。,(3)动物脑组织中含有丰富的谷氨酸脱羧酶,能专一催化1mol谷氨酸分解为1mol-氨基丁酸和1molCO2。某科研小组从小鼠的脑中得到该酶后,在谷氨酸起始浓度为10mmol/L、最适温度、最适pH值的条件下,对该酶的催化反应过程进行研究,结果如图2。,若图2表示产物CO2浓度随时间变化的曲线,则实验,中要保持不变。,在图2中画出反应过程中氨基酸浓度随时间变化的曲线。,【思路剖析】(1)大多数酶是蛋白质,蛋白质遇双缩脲试剂生成紫色络合物。(2)竞争性抑制剂与酶的结合位点和底物与酶的结合位点相同,若增大底物浓度,则底物与酶活性位点结合机会增大,竞争性抑制剂与酶活性位点结合机会减小,从而降低竞争性抑制剂的抑制作用。(3)由图2分析可知,自变量为时间,因变量,是产物CO2的浓度,温度、酸碱