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【名师导学】2014届新高考第一轮总复习课件:第九课时 第1节 降低化学反应活化能的酶


第5章

细胞的能量供应和利用

第九课时 第 1 节 降低化学反应活化能的酶

1.酶在代谢中的作用 2.探究影响酶活性的条件(实验设计)

考点一

酶的作用和本质

【回扣教材】 1.细胞代谢:细胞中每时每刻都进行着许多 学反应 __________

__,统称为细胞代谢,是细胞生命活动的 基础。 2.酶的作用机理: 常态 (1)活化能:分子从_________转变为容易发生化 活跃状态 学反应的_____________所需要的能量称为活化能。 化学反应速率 (2)催化剂的作用:提高_________________,促 进化学反应的进行。 降低化学反应的活化能 (3)作用机理:________________________。与无 降低活化能 机催化剂相比,酶_________________的作用更显著。

3.酶本质的探索:最初科学家通过大量实验证 蛋白质 明,酶的化学本质是_________;在 20 世纪 80 年代, RNA 又发现少数____________也具有催化作用。 活细胞 4.酶的本质:酶是___________产生的具有催化 有机物 蛋白质 作用的__________,其中绝大多数是___________, RNA 少数是________。 5.酶的作用:通过“比较过氧化氢在不同条件 下 的分解” 实验, 可以说 明酶在 细胞代谢 中具有 催化 __________作用,同时证明,与无机催化剂相比,酶 高效性 具有_________的特性。

【知识拓展】 1.酶的本质及生理功能

2.酶化学本质的实验验证 (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 特别提醒 酶的化学本质还可利用酶的专一性原 理进行证明,其方法是将某一待测酶分别用蛋白酶和 核糖核酸酶进行处理,然后观察该待测酶是否还具有 催化作用。

【典例精析】 【例 1】 (2012 上海)酶在大规模产业化应用中的核 心问题是固定化技术,而酶固定化所依据的基本原理 在于酶具有( D ) A.热稳定性 B.催化高效性 C.催化特异性 D.可反复使用性

【解析】固定化酶指通过物理或化学的方法, 将水溶性酶与非水溶性载体结合,既能与反应 物接触又能与产物分离,与直接使用酶相比, 除催化效率高、特异性强外,还可反复使用; 酶的热稳定性一般都不强。故D正确。

考点二 酶的特性 【回扣教材】

高效性 1 . ______________ : 酶 的 催 化 效 率 大 约 是 无机催化剂 ________________的 107~1013 倍。 一种或一类 2.专一性:每一种酶只能催化______________ 化学反应。 3.作用条件较温和:酶所催化的化学反应一般 过酸、过碱或温度过高 是在比较温和的条件下进行的,_______________, 空间结构 都会使酶的__________________遭到破坏,使酶永久 很低 失活;在低温下,酶的活性_______________,但不 会失活。

【知识拓展】 1.酶的高效性的验证实验分析:对“比较 过氧化氢在不同条件下的分解”实验的分析 (1)实验流程及现象的分析

(2)实验过程的变量及对照分析
自变量 2 号:90℃水浴 加热 3 号:加入 3.5%FeCl3 溶液 2滴 4 号:加入 20% 肝脏研磨液 2 滴 因变量 H2O2 分解速率 用产生气泡的 数目多少或卫 生香燃烧的剧 烈程度表示 无关变量 加入 H2O2 的 量;实验室的温 度;FeCl3 和肝 脏研磨液的新 鲜程度 对照组 实验组

1 号试管

2、3、4 号试管

本实验的自变量是过氧化氢分解的条件(3、4 组 可表述为催化剂的种类),因变量是反应速率,直观 因变量是气泡的多少或卫生香燃烧的剧烈程度。

(3)实验结论的分析 ①由 1、4 组实验可知酶具有催化作用,同无机 催化剂一样都可加快化学反应速率。 ②由 3、4 组实验可知酶具有高效性,与无机催 化剂相比,酶的催化效率更高。

(2)实验程序
序号 试管 1 1 2 3 4 5 6 7 2 注入可溶性淀粉 注入蔗糖溶液 注入新鲜淀粉酶溶液 50℃温水保温 加斐林试剂 将试管下部放入 60℃热水中 观察实验结果 沉淀 淀粉酶只能催化淀粉水解,不 结论 能催化蔗糖水解 沉淀 2 mL 无 2 mL 振荡 5 min 1 mL 振荡 2 min 有砖红色 无 2 mL 2 mL 振荡 5 min 1 mL 振荡 2 min 无砖红色 项 目

特别提醒 ①证明酶的专一性实验中, 既可以用不同的底物作 自变量,也可以用不同的酶作自变量(底物相同)。即:

②实验所用淀粉酶的来源不同, 则所需控制的温度 也不同。若来源于植物,其最适温度为 40℃~50℃; 若来自人体,则最适温度为 37℃左右。

【典例精析】 【例 2】取 1~5 号五支试管,分别加入 2 mL 0.5 mol/L 的过氧化氢溶液,进行如下实验:
试管 编号 加入 物质 实验 结果 1 2 3 4 5 生土豆块 和 稀盐酸 几乎无气 泡

1 mL 唾 液 几乎无 气泡

锈铁钉

生土豆 块

熟土豆 块 几乎无 气泡

少量气 大量气 泡 泡

根据上述实验,判断下列说法正确的是( C ) ①能说明酶具有专一性的是 1 号和 3 号试管的实 验 ②能说明酶具有高效性的是 3 号和 4 号试管的实 验 ③2 号实验说明氧化铁可将过氧化氢氧化成氧气 ④3 号与 5 号实验说明酶的催化效率受溶液酸碱度的 影响

A.①② B.②③

C.①④

D.②④

【考查类型】 本题通过实验的形式考查酶的特性, 具有较强的综合性和较大的难度。 【解析】1 号加入的唾液含有唾液淀粉酶,没有 过氧化氢酶,由于酶具有专一性,因而几乎无气泡产 生;2 号锈铁钉是无机催化剂,反应速度慢;3 号生土 豆块中有过氧化氢酶,反应速度快,可产生大量的气 泡;4 号因高温使酶变性失活;5 号因过酸使酶变性失 活。由此可见,3 号是对照组,1、2、4、5 均为实验 组。1、3 号对照说明酶的专一性,2、3 号对照说明酶 的高效性,3、4 号对照说明酶受温度的影响,3、5 号对照说明酶受 pH 的影响。 【方法归纳】在草稿纸上画出 5 支试管,标明加 入的物质,然后进行比较,这样可以很直观地得出结 论。

考点三

“影响酶活性的条件”的探究分析

【知识拓展】 1.温度对酶活性的影响 (1)原理解读 ①淀粉淀粉酶麦芽糖 ――→ 碘液F 碘液F 蓝色 无蓝色出现 ②温度通过影响酶的活性, 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。

(4)实验的变量分析 自 变 因变量 无关变量 量 淀粉分解量的多 淀粉和淀粉酶的 温 少(用是否出现蓝 量、溶液的 pH、 度 色及蓝色深浅表 反应时间等 示) 特别提醒 ①本实验不宜选用斐林试剂,因为斐林试剂与还 原糖只有在加热的条件下才有砖红色沉淀生成,而该 实验需严格控制不同的温度。 ②本实验不宜选用过氧化氢酶催化 H2O2 分解,因为 过氧化氢在加热的条件下分解也会加快。

2.pH 对酶活性的影响 (1)原理解读 ①2H2O2过氧化氢酶2H2O+O2↑ ――→ ②pH 通过影响酶的活性,从而影响氧气的生成量, 可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气 生成量的多少。

(2)实验设计程序 取 n 支试管分别加入等量的质量分数为 3%的过 氧化氢溶液→用盐酸或 NaOH 溶液调出不同的 pH(如 5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)→分别滴加等 量的同种新鲜的质量分数为 20%的肝脏研磨液→用 点燃但无火焰的卫生香来检验氧气的生成情况。 特别提醒 ①本实验中也可将过氧化氢酶和 H2O2 分别调至 同一 pH 再混合,以保证反应一开始便达到预设 pH。 ②本实验不宜选用淀粉酶催化淀粉分解,因为淀 粉酶催化的底物淀粉在酸性条件下也会发生水解反 应。

【典例精析】 【例 3】(2012 海南)下列操作中,不可能导致淀 粉酶活性发生变化的是( C ) A.淀粉酶溶液中加入强酸 B.淀粉酶溶液中加入蛋白酶 C.淀粉酶溶液中加入淀粉溶液 D.淀粉酶经高温烘干制成粉剂

【解析】温度、pH 都会影响酶活性,A、D 不 正确;淀粉酶的化学本质为蛋白质,蛋白酶会将其水 解,从而使其活性发生改变,B 不正确;淀粉酶溶液 中加入淀粉溶液后,淀粉被水解,但是淀粉酶在反应 前后结构和活性不变,C 正确;综上,本题选 C。

【例 4】(2012 上海)根据图中的数据,判断该酶 使用的最佳温度范围是( C )

A.40℃~50℃ B.50℃~60℃ C.60℃~70℃ D.70℃~80℃

【解析】在使用该酶时,应保证活性较高、酶的 热稳定性较好的温度范围。由图中数据可知, 60℃~70℃符合要求。

课时练习九 一、选择题(每小题只有一个正确选项) 1. (2012 江苏)下列关于“探究加酶洗衣粉和普通 洗衣粉的洗涤效果”的叙述,合理的是( B )

A.先用热水溶解洗衣粉,再将水温调节到最适 温度 B.实验的观察指标可以是相同洗涤时间内污渍 的残留程度 C.相同 pH 时加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗 衣粉 D.衣物质地和洗衣粉用量不会影响实验结果

【解析】酶的活性受温度的影响,高温使酶失活,A 错;实验的因变量是洗涤效果,其观测指标可以为污 渍残留程度,B 正确;酶的活性受 pH 的影响,只有 最适 pH 时,酶的活性最高,加酶洗衣粉的洗涤效果 才最好,C 错;衣物质地对去污也有重要的影响,而 酶的催化效率与用量有关,D 错.

2.将萝卜磨碎制得提取液,取少量分别加入 几支pH为3~9的盛等量过氧化氢溶液的试管中, 保持30℃的温度,结果每支试管都产生气体。重复 上述实验,只是提取液的添加量加倍。两次实验过 氧化氢含量的变化曲线如右图所示,下列说法不正 确的是( B ) A.萝卜提取液中含有过氧化氢 酶,依图可知其最适pH为7 B.A曲线表示第二次实验,因 为酶量加倍,过氧化氢的分解量 也随之增加 C.当pH为3时,A、B实验中的酶促反应速率 相同 D.若将提取液进行加热处理后进行第三次实 验,无催化反应,是因为高温导致酶的空间结构被 破坏而失活

【解析】依据图示,纵坐标代表的是过氧化氢的 相对值,酶量加倍,则酶促反应速度加快,过氧化氢 的相对值应该更小,故 B 曲线才表示第二次实验。

3.下列有关酶特性的实验设计中,最科学、严谨 的一项是( D )
选项 实验目的 酶催化具 有高效性 主要实验步骤 实验组:2 mL 3% H2O2+1 mL 过氧化氢酶, 保温 5 min 对照组 2 mL 3% H2O2+1 mL 蒸馏水,保温 5 min 实验组:2 mL 3%可溶性淀粉+1 mL 新鲜唾 液,保温 5 mim,碘液检验 对照组:2 mL 3%蔗糖+1 mL 新鲜唾液,保温 5 min,碘液检验 5 mL 3%可溶性淀粉+2 mL 新鲜唾液+碘液 →每隔 5 分钟将溶液温度升高 10℃,观察溶液 蓝色变化 向三支试管中依次各加入 2 mL 3% H2O2、1 mL 不同 pH 缓冲溶液和 1 mL 新鲜肝脏研磨液, 在适宜温度下保持 5 min,碘液检验

A

B

酶催化具 有专一性 探究酶作用 的适宜温度 pH 影响酶 的催化活性

C

D

【解析】A 项中对照组应将蒸馏水换成无机催化 剂验证高效性;B 项中应用斐林试剂检验酶的专一性 更严谨;C 项中应同时设置多组实验,相互对照。

4.某同学为了探究“植物体内有关过氧化氢 酶催化过氧化氢分解的问题”设计了如下实 验,将四种植物器官各称取3 g,切成小薄片, 放入试管中,编号后进行实验。(备注:“+” 表示有,“/”表示无。)

以下分析不正确的是( C ) A.试管 1 在本实验中起空白对照的作用 B.不同植物组织器官中过氧化氢酶的活性或含 量可能不同 C.表中材料胡萝卜直根中过氧化氢酶的催化活 性最高 D.若用以上 3 g 各器官研磨液,实验组的反应 速率都将加快

【解析】表中材料马铃薯块茎的反应速率最快,产 生气泡最多,因此过氧化氢酶的催化活性最高,C 错。

5.多酚氧化酶是引起果蔬酶促反应的主要酶类, 其催化的最适温度为 35℃、 最适 pH 为 5.7。 下列各图 表示在其他条件适宜并保持不变的情况下的有关变 化,则( D )

A.图甲可以表示温度 从100℃降低为35℃时, 反应速率与反应物浓度 的变化关系 B.图乙可以表示pH从 5.7升高为7时,反应速 率与反应物浓度的变化 关系 C.图丙可以表示反应 物浓度增加1/5时,生成物的量与时间的变化关系 D.图丁可以表示多酚氧化酶浓度降低

【解析】图甲中温度为 100℃时,多酚氧化酶已 变性失活,失去了催化能力,A 错;图乙中因该酶的 最适 pH 为 5.7, 升高到 7 时酶的活性降低, 反应速率 下降,虚线应位于实线下方,B 错;图丙中反应物浓 度增加,生成物的量也要相应增加,虚线的水平位置 要高于实线,C 错;图丁中酶浓度降低后,反应速率 下降,消耗完所有反应物的时间延长,D 正确。

6. 下图表示在不同条件下, 酶催化反应的速率(或 生成物)变化,有关叙述错误的是( D )

A.图①虚线表示酶量增加一倍时,底物浓度和 反应速率的关系 B.图②虚线表示增加酶浓度,其他条件不变时, 生成物量与时间的关系 C.若图②中的实线表示 Fe3+的催化效率,则虚 线表示过氧化氢酶的催化效率 D. 图③表示当溶液的 pH 由 10 降到 2 的过程中, 胃蛋白酶的活性变化曲线

7.下列关于酶的叙述中,正确的是( B ) A.酶均是由腺细胞合成的,具有高效性、专一 性 B.与光合作用有关的酶分布在类囊体的薄膜上 和叶绿体基质中 C.酶的形成都要经过核糖体的合成、内质网和 高尔基体的加工等几个阶段 D.人体中酶的活性受温度、pH 的影响,并只能 在人体的内环境中起作用

【解析】所有的活细胞都能合成酶,A 错;只有 分泌到细胞外的酶的合成需要经历 C 中所有阶段,C 错;人体中的酶有胞内酶和胞外酶,可以在人体细胞 内、内环境与体外适宜条件下发挥作用,D 错。

8.下列对实验的相关叙述,正确的是( B ) A.探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的专一性作用时, 可用碘液替代斐林试剂进行鉴定 B.纸层析法分离叶绿体色素的实验结果表明, 叶绿素 b 在层析液中溶解度最低 C.若探究温度对酶活性的影响,可选择过氧化 氢溶液作为底物 D.检测试管中的梨汁是否有葡萄糖,可加入适 量斐林试剂后,摇匀并观察颜色变化

【解析】碘液只能检验淀粉,不能用来检验蔗糖和还 原性糖,A 错;过氧化氢本身不稳定,在高温下易分 解,故不能用来探究温度对酶活性的影响,C 错;用 斐林试剂检验还原糖时需要水浴加热,D 错

9.某同学在研究化合物P对淀粉酶活性的影 响时,得到如右图所示的实验结果。下列有关叙 述不正确的是 ( D )

A.在一定范围内,底物浓度影响着酶促反 应速率 B.曲线①作为实验对照 C.P对该酶的活性有抑制作用 D.若反应温度不断升高,则A点持续上移

【解析】在一定范围内,底物浓度越大,酶促反 应速率越快,A 对;与①对照,②中反应速率降低, 说明 P 对该酶的活性有抑制作用,C 对;酶的活性受 温度等外界因素影响,超过一定限度,酶变性失活, 故 A 点不会持续上移,D 错。

10.下列关于酶的叙述中正确的是( B ) A.酶提供了反应过程所必需的活化能 B.底物充足条件下酶促反应速度与酶浓 度成正比 C.酶活性的变化与酶所处环境的改变无 关 D.不同环境中酶的分子结构稳定不变 【解析】酶的作用是降低化学反应的活 化能,A错;绝大多数酶的化学本质为 蛋白质,蛋白质的活性与结构受温度、 pH等外界条件的影响,故C、D所述错 误。

二、非选择题 11.(2012 全国)某同学为了研究 pH 对人唾液淀 粉酶活性的影响,设计了如下实验步骤: ①在 A、 C、 E 5 支试管中分别加入 pH 5.0、 B、 D、 6.0、7.0、8.0、9.0 的适宜浓度缓冲液 5 mL。再分别 加入质量分数为 1%的淀粉液 1 mL。 ②各试管中分别加入适当浓度的唾液稀释液 1 mL,摇匀。 ③将 5 支试管放入 70℃恒温水浴中, 保温时间相 同且合适。 ④取出各试管,分别加入斐林试剂 2 mL,摇匀。 ⑤观察各试管溶液的颜色,通过颜色深浅判断唾 液淀粉酶作用的最适 pH。

上述实验步骤中有 2 处错误,请更正并说明更正 理由(不考虑试剂的浓度和加入量、pH 梯度以及实验 重复次数),以便实验能得到正确的预期结果。 ③中70℃应改为37℃。因为人唾液淀 (1)___________________________________________ 粉酶作用的最适温度为37℃ _____________________________________。 (2)___________________________________________ 在观察各试管中溶液的颜色之前应将各试管放 在盛有50~65℃温水的大烧杯中加热约2_min, _____________________________________________ 因为在高温条件下斐林试剂与还原糖才会反应显色 ____________________________________________。

【解析】解答本题时应全面考虑酶的最适条件以 及斐林试剂的作用条件。 (1)唾液淀粉酶的最适温度是 37℃左右,70℃时酶会变性失活。(2)斐林试剂与还原 糖反应,需要水浴加热才能看到砖红色沉淀。

12.(2012 广东)食品种类多,酸碱度范围广。生 物兴趣小组拟探究在食品生产应用范围较广的蛋白 酶,查阅相关文献,得知: (1)pH 对不同蛋白酶的活力影响有差异。据图可 知 ,木瓜蛋白酶 更 适 宜 作 为 食 品 添 加 剂 , 理 由 是 __________ _____________________________________________ 由图可以看出,木瓜蛋白酶的活性不随pH的 __________ 。 蛋 白 酶 的 活 力 可 用 变化而变化 单位时间内底物消耗(产物产生) ______________________________的量来表示。

【解析】(1)审题结合图形和文字,在题目中已经 提供了信息“食品种类多,酸碱度范围广”,所以选 择的食品添加剂应该有广的酸碱度适应范围。从图形 中,我们可以看出木瓜蛋白酶的适应范围最广,所以 可选作食品添加剂。酶的活力,我们一般用酶催化的 底物消耗量或者底物生成量来表示。 (2)实验设计,我们应该明确实验目的,这里的实 验目的是为了探究酶保护剂的最适浓度和提取液的 最适 pH,所以我们可以将酶保护剂的浓度和提取液 的 pH 作为自变量,因变量为单位时间内底物的消耗 量。


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