降低化学反应活化能的酶-初升高生物学教材衔接

生物学初高教材衔接——降低化学反应活化能的酶初中阶段要求高中阶段要求衔接要点1.理解消化的概念，知道食物的消化过程需要酶的参与2.掌握淀粉、蛋白质、脂肪的消化起始部位与对应消化酶3.建立酶能催化分解大分子有机物的基础认知1.掌握酶的本质、来源与核心作用机理（降低化学反应活化能）2.掌握酶的三大特性：高效性、专一性、作用条件较温和3.理解温度、pH、底物/酶浓度对酶促反应速率的影响规律4.掌握酶相关探究实验的设计思路与实验原理1.认知升级从宏观的消化酶现象认知，升级到微观的酶的本质、作用机理与特性的系统性理解2.思维转变从零散的消化知识点记忆，转向建立结构与功能相适应的核心思维，学会定量分析反应速率的影响因素3.能力构建掌握酶相关探究实验的变量控制与设计逻辑，为高中细胞代谢等核心内容奠定实验与理论基础回顾初中1.消化：食物在消化道内分解成可以被细胞吸收的物质的过程叫作消化2.食物在消化道内的消化过程衔接高中酶的本质的探索过程（1）1716年《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”。“酒母”就是现在所说的酵母（2）巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关（3）争论巴斯德（法国）1857年提出：只有活酵母细胞参与才能进行发酵李比希（德国）认为：酵母细胞死亡裂解后释放出某种物质，引起发酵（4）毕希纳（德国）：获得不含酵母细胞的提取液，他将酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶。但未能分离鉴定出酶（5）萨姆纳（美国）：1926年用丙酮提取出了刀豆种子中的脲酶，并证明了其化学本质是蛋白质（6）切赫和奥特曼（美国）：20世纪80年代，发现少数RNA也具有催化功能一、酶的概念1.来源：活细胞产生的2.作用：具有催化作用3.化学本质：有机物，绝大部分是蛋白质，少部分是RNA二、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.酶的作用机理：通过降低化学反应所需要的活化能而加快反应速率a：无催化剂时反应所需的活化能b：无机催化剂催化时反应所需的活化能c：酶催化时反应所需的活化能a-b：无机催化剂降低的活化能a-c：酶降低的活化能3.意义：使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行三、酶的特性1.酶具有高效性（1）含义：酶的催化效率是无机催化剂的107～1013倍（2）意义：使细胞代谢快速进行（3）曲线：加入酶、无机催化剂和不加催化剂时，化学反应达到平衡点时所需时间不同2.酶具有专一性（1）含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应（2）锁钥模型：图中A表示酶，B表示被酶催化的底物，E和F表示催化后的产物，而C和D则表示不能被该酶催化的物质（3）意义：使细胞代谢能够有条不紊地进行（4）曲线：分别向蔗糖溶液和麦芽糖溶液中加入麦芽糖酶，底物剩余量不同（5）酶的专一性实验设计实验原理①淀粉、蔗糖均为非还原糖，不能与斐林试剂共热产生砖红色沉淀②淀粉酶可以催化淀粉水解为还原糖，但不能催化蔗糖水解实验设计思路步骤1淀粉＋淀粉酶蔗糖＋淀粉酶2等量斐林试剂，水浴加热相同时间现象出现砖红色沉淀无颜色变化结论酶具有专一性实验分析①自变量：反应物的不同②无关变量：溶液的量、温度等③因变量：溶液是否出现砖红色沉淀3.酶的作用条件较温和（1）酶活性：可用在一定条件下酶催化某一化学反应的速率表示（2）酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。过酸、过碱或温度过高，都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。低温只能使酶的活性降低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高四、影响酶促反应速率的因素1.酶浓度影响酶促反应速率曲线要素解读：在有足够底物而又不受其他因素影响的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比2.底物浓度影响酶促反应速率曲线要素解读底物浓度较低时，酶促反应速率与底物浓度成正比，即随底物浓度的增加而增加当底物浓度达到一定值后，再增加底物浓度，酶促反应速率不再增加1.下列关于酶的叙述，全面而准确的是（）A.酶是蛋白质B.酶与无机催化剂没有本质区别C.酶是活细胞产生的有催化作用的有机物D.酶不能脱离生物体起作用2.下列关于酶的叙述，正确的是（）A.酶的化学本质都是蛋白质 B.酶都必须在细胞内才能发挥作用C.酶都具有催化功能 D.酶能提供化学反应所需的活化能3.生态酶制剂是一种无毒、无残留、无污染的微生物制剂，它能提高饲料营养成分的利用率，使质量差的饲料和优质饲料具有同样的饲喂效果，从而提高了饲料行业和养殖行业的经济效益。下列有关叙述错误的是（）A.组成酶的基本单位是氨基酸或核糖核苷酸B.低温条件有利于生态酶的保存C.酶具有高效性是因为其能降低化学反应活化能D.生态酶的使用需要适宜的温度和pH条件4.下列能说明酶具有专一性的一组实例是（）①唾液淀粉酶和胰淀粉酶都能水解淀粉却不能水解纤维素②二肽酶能水解二肽③啤酒等放久后会产生蛋白质沉淀使酒变浑浊，加入少量蛋白酶可以将其分解④人的血液中碳酸酐酶的一个分子，每分钟可以催化分解1900万个碳酸分子A.①② B.①③ C.①②③④ D.①②③5.酶使化学反应能够在常温常压下进行，下列对酶活性的实验设计不合理的是（）实验编号探究课题选用材料与试剂①温度对酶活性的影响过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液②pH对酶活性的影响新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林试剂③酶的高效性H2O2溶液、新鲜的土豆浸出液、FeCl3溶液④酶的专一性蔗糖溶液、淀粉酶溶液、蔗糖酶溶液、碘液A.①②④ B.②③④ C.①④ D.②③6.酶具有极强的催化功能，最根本的原因是（）①增加了反应物之间的接触②降低了化学反应的活化能③提高了化学反应的活化能④本身的数量和性质不变化，可反复利用A.①② B.②③ C.③④ D.②④7.某实验小组研究化合物A对淀粉酶活性的影响，结果如图所示。下列叙述错误的是（）A.化合物A可能与底物结构类似B.化合物A可能破坏了淀粉酶的结构C.化合物A可能影响淀粉酶的最适温度D.化合物A可能影响了淀粉酶的最适pH8.某实验小组从某微生物中提取出一种酶，在不同温度条件下进行相关实验，其他条件相同且适宜，分别在反应1小时末和2小时末测定产物的含量，实验结果如表。下列叙述错误的是（）产物含量相对值15℃25℃35℃45℃1h末0.311.50.12h末0.61.81.80.1A.本实验的自变量为反应温度与反应时间，因变量为产物含量B.实验前需分别处理酶与底物的温度，再混合进行反应C.由实验结果可知，该酶的最适温度在25℃到35℃之间D.25℃实验组与35℃实验组在2小时末反应都已经结束9.细胞代谢的过程需要酶的催化，下列叙述正确的是（）A.酶能提供反应所需的能量，所以能在常温常压下催化化学反应的发生B.同一个体不同种的细胞内酶的种类不完全相同C.酶是由活细胞产生的，因此酶只能在细胞内发挥作用D.细胞内所有的酶都是在核糖体上形成的10.过渡态是指化学反应过程中达到的能量最高状态。过渡态理论认为，酶催化反应的过程为：酶+反应物酶+过渡态反应物酶+产物；无催化剂时。同一反应的过程为反应物过渡态反应物产物。下列叙述错误的是（）A.发生过程①和过程③所需的能量均称为活化能B.与酶结合后反应物会更难转变为过渡态反应物C.加热与加酶使该反应变快的作用机理是不同的D.pH的变化可能影响过程①中反应物到达过渡态11.下列与酶活性探究实验有关的叙述，正确的是（）A.用淀粉、蔗糖、淀粉酶验证酶的专一性时，宜选用碘液检测底物是否被分解B.用淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度时，宜选用斐林试剂检测底物是否被分解C.由于过氧化氢受热易分解，因此其不适合作为探究酶的最适温度实验的材料D.淀粉在酸性条件下易水解，导致在酸性条件下测得的淀粉酶活性低于实际值12.为探究淀粉酶是否具有专一性，设计的实验方案主要步骤如下表。下列叙述合理的是（）步骤甲组乙组丙组①加入2mL淀粉溶液加入2mL淀粉溶液加入2mL蔗糖溶液②加入2mL淀粉酶溶液加入2mL蒸馏水？③60℃水浴加热，然后各加入2mL斐林试剂，再60℃水浴加热A.丙组步骤②应加入2mL蔗糖酶溶液B.两次水浴加热的主要目的都是提高酶活性C.根据乙组的实验结果可判断淀粉溶液中是否含有还原糖D.若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶，会加快淀粉的水解速率13.下图为酶催化反应的过程示意图，图中编号分别表示反应物、酶、生成物等。其中表示酶的编号是（）A.a B.b C.c D.d14.生物兴趣小组的同学通过实验研究了不同底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响，实验结果如图，有关说法错误的是（）A.实验甲、乙的自变量分别是底物浓度和酶浓度，因变量均为酶促反应速率B.酶促反应速率可通过检测单位时间内产物的生成量或底物的消耗量来表示C.实验甲和乙中温度、pH均为可影响实验结果的无关变量，需保持相同且适宜D.实验甲需保持不同底物浓度下酶量充足，实验乙需保持不同酶浓度下底物充足15.解读下面与酶有关的曲线，回答下列问题：（1）酶降低的活化能可以用甲图中__________段来表示。如果将酶催化改为用无机催化剂催化该反应，则B在纵轴上将________________（填“上移”或“下移”）。（2）乙图中160min时，生成物的量不再增加的原因是___________________________________。（3）联系所学内容，分析丙图曲线：①对于曲线ABC，若x轴表示pH，则曲线上B点的生物学意义是__________________________。②对于曲线ABD，若x轴表示反应物浓度，则y轴可表示___________________。制约曲线BD增加的原因是__________________________________。（4）若该酶是胃蛋白酶，酶浓度和其他条件不变，反应液pH由10逐渐降低到2，则酶催化反应的速率将______________，原因是________________________________________。答案及解析1.答案：C解析：酶是活细胞产生的有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA,A错误，C正确；酶与无机催化剂相比，具有高效性，B错误；在适宜条件下，酶在细胞内或细胞外都能起作用，D错误。2.答案：C解析：A、酶的化学本质是蛋白质或RNA，A错误；B、只要条件适宜，酶在细胞内、细胞外都可以发挥作用，如消化酶在消化道发挥作用，B错误；C、根据酶的定义可知：酶都具有催化功能，C正确；D、酶能降低化学反应所需的活化能，D错误。故选C。3.答案：C解析：A、酶的本质是蛋白质或RNA，因此酶的基本组成单位可能是氨基酸或核糖核苷酸，A正确；B、低温不会使酶变性失活，只能抑制酶的活性，有利于酶的保存，B正确；C、与无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的作用更显著，具有高效性，C错误；D、酶的作用需要适宜的条件，所以生态酶的使用需要适宜的温度和pH条件，D正确。故选C。4.答案：D解析：①②③都能证明酶具有专一性，故①②③正确；④人的血液中碳酸酐酶的一个分子，每分钟可催化分解1900万个碳酸分子，说明酶具有高效性，故④错误，D正确。5.答案：A解析：过氧化氢加热易分解，不适合作为反应物探究温度对酶活性的影响，①不合理；可溶性淀粉溶液可以直接被无机催化剂H+水解，不适合作为反应物探究pH对酶活性的影响，②不合理；新鲜的土豆浸出液含过氧化氢酶，可以与无机催化剂FeCl3对比来探究酶的高效性，③合理；碘液既不与蔗糖溶液反应，也不与蔗糖的水解产物反应，不适合作为该实验的检测试剂，④不合理。故选A.6.答案：D解析：酶之所以具有极强的催化功能，关键是酶能降低化学反应的活化能，并且酶与无机催化剂一样，化学反应前后本身数量和性质不改变﹐可反复利用，②④符合题意。故选D。7.答案：C解析：信息提取：化合物A可能与底物结构类似，会与底物竞争淀粉酶的活性位点，从而使淀粉酶催化底物的效率降低，A正确；化合物A可能破坏了淀粉酶的结构，导致淀粉酶的活性下降，B正确；图中仅展示了温度对淀粉酶活性的影响，没有涉及pH，所以不能确定Ⅰ、Ⅱ曲线的pH，化合物A可能影响了淀粉酶的最适pH，导致酶促反应速率下降，D正确。8.答案：C解析：9.答案：B解析：酶能降低化学反应的活化能，不能为反应提供能量，A错误；同一个体的不同种类细胞是细胞分化的结果，基因的选择性表达使细胞内酶的种类不完全相同，B正确；酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物，在一定条件下，酶在细胞内、细胞外、体外都可以发挥作用，C错误；绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA，蛋白质在核糖体上合成，RNA不在核糖体上合成，D错误。10.答案：B解析：A、过程①和③都是反应物转变为过渡态，所需能量为活化能，A正确；B、酶能降低活化能，与酶结合后反应物更容易转变为过渡态，B错误；C、加热是提供能量，加酶是降低活化能，作用机理不同，C正确；D、pH影响酶空间结构，可能影响反应物到达过渡态，D正确。故选B。11.答案：C解析：碘液无法检测到蔗糖是否被分解，因此用淀粉、蔗糖、淀粉酶验证酶的专一性时，不能将碘液作为底物是否分解的检测试剂，A错误；用斐林试剂检测底物是否被分解时，需要水浴加热，若将其作为探究酶的最适温度实验的检测试剂，可能会因为水浴加热而改变实验条件，导致实验结果不准确，B错误；过氧化氢受热易分解，因此其不宜作为探究酶的适宜温度实验的材料，C正确；淀粉在酸性条件下易水解，导致在酸性条件下测得的淀粉酶活性高于实际值，D错误。12.答案：C解析：A.丙组步骤②应加入2mL淀粉酶溶液，而非蔗糖酶溶液。验证淀粉酶专一性需保持酶相同而底物不同，若加入蔗糖酶则无法证明淀粉酶的作用特性，A错误；B.第一次水浴加热（60℃）是为酶促反应提供适宜温度，第二次水浴加热是斐林试剂检测还原糖的必要条件（产生砖红色沉淀），与酶活性无关，B错误；C.乙组（淀粉+蒸馏水）未加酶，若未显色说明淀粉本身不含还原糖，若显色则可能底物被污染或分解，因此乙组结果可用于判断淀粉是否含还原糖，C正确；D.蛋白酶会水解淀粉酶（蛋白质），导致淀粉酶失活，反而降低淀粉水解速率，D错误。故选C。13.答案：A解析：酶起催化作用，其催化作用的原理是降低化学反应的活化能，酶在反应前后，其数量和性质不会发生改变，所以在示意图中，表示酶的是a，b是底物，酶与底物结合后，将底物分解为c、d产物，A正确。故选A。14.答案：D解析：实验甲研究底物浓度对酶促反应速率的影响，自变量是底物浓度，实验乙研究酶浓度对酶促反应速率的影响，自变量是酶浓度，两个实验的因变量都是酶促反应速率，A正确；酶促反应指的是在酶的催化作用下底物转变为产物的过程，因此酶促反应