降低化学反应活化能的酶.docx

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降低化学反应活化能的酶

知识点一　酶的作用和本质

知识点二　酶的特性

　议一议：

加酶洗衣粉为何用温水浸泡？

这种洗衣粉能否用于毛料、丝织品的洗涤？

知识点三　ATP的结构、功能、利用和转化

看一看：

ATP中的高能磷酸键有何特点？

诱导契合模型

酶与反应物的契合关系在某种程度上像锁与钥匙的关系，酶改变形状，使反应物与酶的活性部位相契合（称为诱导契合），这种结合使反应更快地进行。

实验变量分析与对照组设置

1．自变量：

是指人为改变的变量，如氯化铁和肝脏研磨液。

2．因变量：

是指随着自变量的变化而变化的变量，如H2O2的分解速率或酶活性。

3．无关变量：

是指除自变量外，其他对实验结果能造成影响的可能因素，如H2O2浓度、肝脏研磨液新鲜程度等。

4．对照实验：

除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。

它一般要设置对照组和实验组。

自我校对：

①细胞代谢　②生命活动　③常态　④活跃状态　⑤降低化学反应的活化能　⑥催化　⑦高效性　⑧温和　⑨酵母活细胞　⑩酵母细胞死亡　⑪酿酶　⑫脲酶　⑬蛋白质　⑭尿素　⑮RNA　⑯活细胞　⑰蛋白质　⑱高效性　⑲专一性　⑳较温和　

最适宜　

明显降低　

A—P～P～P　

高能磷酸键　

磷酸基团　

提供能量　

细胞的主动运输　

肌肉收缩　

远离腺苷　

一个游离的磷酸（Pi）　

细胞呼吸

细胞呼吸和光合作用　

共性

议一议：

温水为酶发挥洗涤作用提供最适温度（冷水抑制酶活性，热水则使酶丧失活性）。

不能。

看一看：

ATP中末端的高能磷酸键易断裂和再生成，断裂时释放出大量的自由能，是一般化学键放出能量的2倍以上。

例如：

每摩尔的高能磷酸键放出的能量约是30.54kJ，而一般的P～O键只放出能量8.37～20.92kJ。

酶的本质、生理功能及其实验验证

1．酶的本质及生理功能

来源及

化学本质

活细胞产生的具有生物催化作用的有机物

绝大多数酶是蛋白质

少数酶是RNA

合成场所

核糖体

细胞核（真核生物）

生理功能

催化作用（生物催化剂）

作用原理

降低化学反应的活化能

2.酶是蛋白质的验证实验（利用双缩脲试剂）

实验结果分析：

通过对照，实验组若出现紫色，证明待测酶的化学本质是蛋白质；不出现紫色，则该酶液的化学本质不是蛋白质。

3．酶具有催化作用的实验设计思路及结果分析

实验结果分析：

根据底物性质利用相应试剂检测，若底物被分解，则证明酶具有催化作用，否则不具有催化作用。

4．酶的高效性——比较过氧化氢在不同条件下的分解

（1）实验过程中的理论分析：

（2）酶具有高效性的机理是其能够显著降低反应活化能，缩短反应达到平衡点的时间，并使细胞代谢在温和条件下快速进行。

【典例1】►（2011·天津理综卷）下列有关酶的叙述正确的是（　　）。

A．酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸

B．酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率

C．在动物细胞培养中，胰蛋白酶可将组织分散成单个细胞

D．DNA连接酶可连接DNA双链的氢键，使双链延伸

答案　C

【训练1】►（原创题）下图为酶作用的模式图。

据图所示，下列叙述错误的是（　　）。

A．甲多为蛋白质B．此反应为分解反应

C．此反应中甲、乙为反应物，丙、丁为产物D．甲与乙之间有专一性

答案　C

【训练2】►（改编题）下列有关酶的正确叙述是（　　）。

①是有分泌功能的细胞产生的，在核糖体上合成的　②有的酶从食物中获得，有的酶是体内转化而来　③凡是活细胞都能产生酶　④绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA　⑤酶在代谢中有多种功能　⑥酶只是起催化作用　⑦酶只在细胞内发挥作用　⑧反应前后酶的性质和数量均没有改变

A．①②⑤B．③④⑦⑧C．③④⑥⑧D．④⑤⑧

答案　C

与酶相关的曲线解读

1．表示酶高效性的曲线

（1）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。

（2）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。

（3）酶只能催化自然条件下能发生的化学反应。

2．表示酶专一性的曲线

加入酶B的反应速率与无酶A或空白对照条件下的反应速率相同，而加入酶A的反应速率随反应物浓度增大明显加快，说明酶B对此反应无催化作用。

进而说明酶具有专一性。

3．影响酶活性的曲线

（1）甲、乙曲线表明：

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，酶的催化作用逐渐减弱。

②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。

（2）从丙图可以看出：

反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。

4．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。

（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成正比。

【典例2】►（2011·海南单科，5）某一不可逆化学反应（S―→P＋W）在无酶和有酶催化时均可以进行。

当该反应在无酶条件下进行到时间t时，向反应液中加入催化该反应的酶。

图中能正确表示加酶后反应物浓度随反应时间变化趋势的曲线是（　　）。

A．甲B．乙C．丙D．丁

答案　D

——分析酶促反应曲线的要点

（1）首先要弄清横坐标和纵坐标表示的意义，相同的曲线在不同的坐标系中表示的含义不同。

其次明确曲线中的几个关键点，如：

起点、与纵横轴的交点、拐点、最低点、最高点等。

（2）在分析影响酶促反应的因素时，一般情况下，生成物的量未达到饱和时，影响因素是横坐标所表示的因素，在达到饱和后，限制因素是除横坐标所表示的因素之外的其他因素。

【训练3】►请你解读与酶有关的图示、曲线：

（1）图1和图2是与酶的特性相关的图示，请回答下列问题。

图1和图2分别表示了酶具有________________。

洗衣粉中加入的A之所以能够耐酸碱、忍受表面活性剂和较高温度，是因为它是通过________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，请分析回答：

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________________________________________________________________________。

（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，请分析回答：

图4中A点后酶促反应的速率不再增加，其限制性因素主要是________________。

从图5可以得出的结论是：

在底物足量条件下，_________________________________________。

解析　洗衣粉中的A指酶，是蛋白质工程的产物。

除了pH以外，温度等其他因素也能影响酶的活性。

答案　

（1）高效性和专一性（特异性）　蛋白质工程　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

图析ATP的结构与作用

1．ATP的结构简析

（1）组成元素：

C、H、O、N、P。

（2）简称：

三磷酸腺苷。

（3）各字母代表的含义：

A——腺苷（腺嘌呤＋核糖）；P——磷酸基团；～——高能磷酸键。

（4）结构简式：

A—P～P～P（远离腺苷A的那个高能磷酸键容易断裂，也容易形成）。

2．ATP的形成途径

3．ATP与ADP的相互转化

注意　酶1、酶2不同：

酶1——合成酶，酶2——水解酶。

转化式：

ADP＋Pi＋能量

ATP

（1）ATP在生物体内含量少，但转化十分迅速，从而使细胞中的ATP总是处于一种动态平衡中。

（2）ATP与ADP的相互转化不是可逆反应。

因为转化过程中的所需酶、能量的来源和去路和反应场所都不完全相同。

但是物质是可循环利用的。

（3）ATP的形成需要满足4个条件：

2种原料（ADP和Pi）、能量和酶。

另外合成ATP的过程中有水生成。

【典例3】►（2008·天津理综，6）下列有关ATP的叙述，正确的是（　　）。

①人长时间剧烈运动时，骨骼肌细胞中每摩尔葡萄糖生成ATP的量与安静时相等　②若细胞内Na＋浓度偏高，为维持Na＋浓度的稳定，细胞消耗ATP的量增加　③人在寒冷时，肾上腺素和甲状腺激素分泌增多，细胞产生ATP的量增加　④人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡

A．①②B．②③C．③④D．①④

答案　B

【训练4】►请分析下列关于ATP的有关数据和实验，并回答下面的问题。

（1）经测定一个成年人静止状态下24h将有40kg的ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP等仅有2～10mg。

为满足能量的需要，生物体内解决这一矛盾的合理途径是________________________。

（2）用32P标记的磷酸加入细胞培养液，短时间内快速分离出细胞内的ATP，结果ATP浓度变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团却已带上了放射性标记。

这一事实证明______________________________________，

你得出结论的依据是_________________________________________________________。

答案　

（1）ADP与ATP之间可以快速相互转变　

（2）ATP在细胞内的含量处于动态平衡状态，细胞内ATP浓度变化不大　部分ATP末端磷酸基团带上了放射性标记，说明这是重新合成的，同时也说明原有ATP部分被分解了

探究影响酶活性的条件及酶的专一性

一、温度对酶活性的影响

1．原理解读

②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

3．实验设计程序

淀粉　　　　　淀粉酶

↓　　　　　　　↓

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

↓

滴加碘液，观察颜色变化

本实验不宜选用过氧化氢酶催化过氧化氢分解，因为过氧化氢酶催化的底物过氧化氢在加热的条件下分解也会加快。

归纳　不同温度对酶的活性和结构的影响

低温（0℃）―→升温―→最适温―→再升温―→高温

|　　　　　|　　　　|　　　　|　　　　|

活性受抑制―→活性增高―→活性最高―→活性降低―→无活性

|　　　　　|　　　　|　　　　|　　　|

　未变性―→未变性―→未变性―→渐变性―→已变性

二、pH对酶活性的影响

1．原理解读

（1）H2O2

H2O＋O2

（2）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

O2的产生速率

归纳　不同酸碱度对酶的活性和结构的影响

过酸酸性增强最适酸碱度―→碱性增强―→过碱

　|　　　　|　　　　　　|　　　　　|　　　　|

无活性活性降低活性最高―→活性降低―→无活性

　|　　　　|　　　　　　|　　　　　|　　　　|

变性渐变性未变性―→渐变性―→变性

三、酶的专一性

　该实验探究中的自变量可以是不同反应物，也可以是不同酶溶液，因变量是反应物是否被分解。

（1）方案一：

用同一种酶催化两种不同物质

解读　用淀粉酶分别作用于淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂鉴定，根据是否有砖红色沉淀生成来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探究酶的专一性。

（2）方案二：

用两种不同酶催化同一种物质

①

②再用斐林试剂鉴定，从而探究酶的专一性。

【典例1】►（2011·全国卷，31）某同学从温度为55～65℃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。

回答下列问题。

（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。

答案　

（1）脂肪　缓冲　

（2）蛋白质　（3）在一定温度范围内（包括55～65℃）设置温度，分别测量酶活性，若所测数据出现峰值，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

【训练1】►（2011·江苏卷，31）为探究植酸酶对鲈鱼生长和消化酶活性的影响，研究者设计并进行了相关实验，实验步骤及结果如下：

①鲈鱼的驯养：

将从海洋中捕获的鲈鱼鱼苗在浮式海水网箱中饲养14d，用普通饲料投喂，备用。

②饲料的配制：

在每千克普通饲料中添加200mg植酸酶，配制成加酶饲料；并将普通饲料和加酶饲料分别制成大小相同的颗粒，烘干后储存。

③鲈鱼的饲养：

挑选体格健壮、大小一致的鲈鱼随机分组，放养于规格相同的浮式海水网箱中，放养密度为60尾/箱。

给对照组的鲈鱼定时投喂适量的普通饲料，给实验组的鲈鱼同时投喂等量加酶饲料。

④称重并记录：

投喂8周后，从每个网箱中随机取20尾鲈鱼称重。

结果显示，对照组、实验组鱼体平均增重率分别为859.3%、947.2%。

1制备鲈鱼肠道中消化酶样品，并分别测定消化酶的活性，结果如下表。

蛋白酶活性（U/mg）

脂肪酶活性（U/mg）

淀粉酶活性（U/mg）

对照组

1.09

0.08

0.12

实验组

1.71

0.10

0.13

根据上述实验，回答下列问题。

（1）步骤①中选用鲈鱼鱼苗而不是成体的主要原因是__________________________________________；实验前的驯养是为了___________________________________________________。

（2）步骤②中将配制好的饲料进行烘干要特别注意__________________________________，

其原因是______________________________________________________________________。

（3）步骤③中还应控制好的无关变量主要有________________________________________。

（4）本实验得出的初步结论是_____________________________________________________。

（5）推测鲈鱼的食性并说明理由：

_______________________________________________。

答案　

（1）成体生长缓慢，实验效果不明显　让鲈鱼适应实验养殖环境　

（2）温度不能过高　高温会使植酸酶变性而失去活性　（3）水温、盐度和溶解氧等　（4）添加植酸酶的饲料促进鲈鱼幼体的生长；植酸酶能提高肠道中蛋白酶的活性，而对肠道中脂肪酶和淀粉酶的活性影响较小　（5）肉食性，其肠道中蛋白酶活性显著高于脂肪酶和淀粉酶

——实验变量及其控制

　实验中的变量，指的是可被操纵的特定因素或条件。

对照实验中的变量有4种，分别为自变量、因变量、无关变量和额外变量。

1．自变量和因变量

自变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件；因变量，指实验中由于自变量而引起的变化和结果。

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前因后果。

例如，在“温度对酶活性的影响”的实验中，所给定的低温（冰块）、适温（37℃）、高温（沸水浴）就是自变量，而由于低温、适温、高温条件变化，唾液淀粉酶水解淀粉的反应结果也随之变化，这就是因变量，该实验即在于获得和解释温度变化（自变量）与酶的活性（因变量）的因果关系。

2．无关变量与额外变量

无关变量，指实验中除自变量以外，可能还会存在一些可变因素，对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。

额外变量，也称干扰变量，指实验中由于无关变量所引起的变化和结果。

显然，额外变量会对因变量有干扰作用。

例如上述实验中除自变量（低温、适温、高温）以外，试管洁净程度、唾液新鲜程度、可溶性淀粉浓度和纯度、试剂溶液的剂量、浓度和纯度、实验操作程序、温度处理的时间长短等等，都属于无关变量，要求对低温、适温、高温3组实验是等同、均衡、稳定的；如果无关变量中的任何一个或几个因素或条件，对3个实验组的给定不等同、不均衡、不稳定，则会在实验结果中产生额外变量，出现干扰，造成误差。

实验的关键之一在于控制无关变量或减少额外变量，以减少误差。

3．单一变量原则

在实验设计中仅仅改变实验中的某一项变量，其它因子不变，在此条件下，观察、研究该变量对实验材料和实验结果的影响。

除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要做到前后一致。

【训练2】►（2009·全国Ⅱ改编）请用所给的实验材料和用具，设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性。

要求完成实验设计、补充实验步骤、预测实验结果、得出结论，并回答问题。

实验材料与用具：

适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4种溶液，斐林试剂、试管、37℃恒温水浴锅、沸水浴锅。

（1）若“＋”代表加入适量的溶液，“－”代表不加溶液，甲、乙等代表试管标号，请用这些符号完成下表实验设计。

　溶液

试管　

蔗糖溶液

淀粉溶液

蔗糖酶溶液

唾液淀粉酶溶液

甲

＋

－

＋

－

乙

丙

丁

（2）实验步骤

①按照上表中的设计，取试管、加溶液。

②________________________________________________________________________。

③________________________________________________________________________。

④________________________________________________________________________。

（3）结果预测：

___________________________________________________________________________。

（4）结论：

______________________________________________________________________。

（5）在上述实验中，如果仅将37℃恒温水浴锅的温度调到20℃，而在其他条件不变的情况下重做上述实验，出现砖红色试管中的颜色会比37℃时的浅，其原因是_____________________________________________。

答案　

（1）

溶液

试管　

蔗糖溶液

淀粉溶液

蔗糖酶溶液

唾液淀粉酶溶液

甲

＋

－

＋

－

乙

－

＋

－

＋

丙

＋

－

－

＋

丁

－

＋

＋

－

（2）②混匀，37℃恒温水浴一段时间　③取出试管，分别加入适量的斐林试剂，混匀，50～65℃水浴一段时间　④观察实验现象并记录实验结果　（3）含有蔗糖和蔗糖酶溶液的试管，以及含淀粉和淀粉酶溶液的试管中出现砖红色沉淀，其他试管中不出现砖红色沉淀　（4）酶的催化作用具有专一性

（5）20℃低于酶的最适温度，酶活性低，水解产生的还原糖少

酶相关知识的理解考查　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．判断正误

（1）（2010·山东高考理综－A）溶酶体内的水解酶是由核糖体合成的（　　）。

（2）（2010·江苏卷－D）某种蛋白酶是由129个氨基酸脱水缩合形成的蛋白质。

用含该蛋白酶的洗衣粉去除油渍，效果比其他类型加酶洗衣粉好（　　）。

（3）（2009·上海生命科学－D）将刚采摘的甜玉米立即放入沸水中片刻，可保持其甜味。

这是因为加热会破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶（　　）。

答案　

（1）√　

（2）×　（3）√

2．（2009·广东生物，3）水稻细胞内合成的某物质，能够在常温下高效分解淀粉，该物质（　　）。

A．在4℃条件下易变性B．只含有C、H

C．也能催化淀粉合成D．含有羧基

答案　D

与酶相关的曲线考查

3．（2011·新课标卷）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右图所示。

下列分析错误的是（　　）。

A．甲酶能够抗该种蛋白酶降解B．甲酶不可能是具有催化功能的RNA

C．乙酶的化学本质为蛋白质D．乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变

答案　B

4．（2009·宁夏，2）右图表示酶活性与温度的关系。

下列叙述正确的是（　　）。

A．当反应温度由t2调到最适温度时酶活性下降B．当反应温度由t1调到最适温度时酶活性上升

C．酶活性在t2时比t1高，故t2时更适合酶的保存

D．酶活性在t1时比t2低，表明t1时酶的空间结构破坏更严重

答案　B

与酶相关的实验考查5.（2010·海南生物，22）为探究NaCl和CuSO4对唾液淀粉酶活性的影响，某同学进行了实验，实验步骤和结果见下表。

请回答问题。

试管编号

实验步骤

1

2

3

4

1%的NaCl溶液/mL

1

1%的CuSO4溶液/mL

1

1%的Na2SO4溶液/mL

1

蒸馏水/mL

1

pH为6.8的缓冲液/mL

1

1

1

1

1%的淀粉溶液/mL

1

1

1

1

唾液淀粉酶溶液/mL

1

1

1

1

各试管放入37℃恒温水浴保温适宜时间

取出试管，加入1%的碘溶液0.1mL

观察结果

无色

深蓝色

浅蓝色

（1）实验中加入缓冲液的作用是__________________________________________________。

（2）分析实验结果可知：

对酶活性有影响的离子是________________，其中对酶活性有抑制作用的离子是________，对酶活性有促进作用的离子是________。

（3）该实验中设置4号试管的目的是________________；设置3号试管的目的是________________。

（4）上述实验中若用斐林试剂代替碘溶液进行检测，1～4号试管中的颜色依次是________、________、________、________。

根据上述实验结果，在操作过程中，保温之前不能加入斐林试剂，其原因是___________________________________________________________。

答案　

（1）维持反应液中pH的稳定（其他合理答案也可）　

（2）Cl－和Cu2＋　Cu2＋　Cl－　（3）对照　确定Na＋和SO

对唾液淀粉酶催化活性是否有影响　（4）深砖红色　无砖红色　浅砖红色　浅砖红色　　斐林试剂中含有Cu2＋，其可抑制唾液淀粉酶的活性

方法技巧　解答实验题的一般技巧和程序

（1）解题之前首先要明确实验目的，并从实验目的或实验名称中分析出