必修1---降低化学反应活化能的酶

必修1---降低化学反应活化能的酶1/10第五章细胞的能量供应和利用第一节降低化学反应活化能的酶考点一酶的本质、作用及其实验验证1．酶的本质及生理功能2.酶化学本质的实验验证3．酶的催化作用的实验验证(2)实验设计：对照组：H2O2溶液在常温下几乎不分解必修1---降低化学反应活化能的酶2/10[知识拓展]上述实验中的②和③对比，还能说明酶与无机催化剂相比，具有高效性。4．酶和一般催化剂的比较(1)共性①用量少而催化效率高酶与一般催化剂一样，虽然在细胞中的相对含量很低，却能使一个慢速反应变为快速反应。②反应前后酶的性质和数量均没有变化和一般催化剂一样，酶仅能改变化学反应的速度，并不能改变化学反应的平衡点。酶本身在反应前后不发生变化。③可降低反应的活化能催化剂包括酶在内，能降低化学反应的活化能，如图所示，由于在催化反应中，只需较少的能量就可使反应物进入“活化态”，所以和非催化反应相比，活化分子的数量大大增加，从而加快了反应速度。(2)酶作为生物催化剂的特性①催化效率高，即高效性；②高度的专一性；③酶的作用条件较温和。强酸、强碱、高温等条件都能使酶破坏而完全失去活性。所以酶作用一般都要求比较温和的条件，如常温、常压、接近中性的酸碱度等。1．(2011年广州测试)下列图中，①表示有酶催化的反应曲线，②表示没有酶催化的反应曲线，E表示酶降低的活化能。正确的图解是()解析：本题考查酶催化作用的实质以及识图能力、分析判断能力。酶催化作用的本质是降低反应的活化能，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。酶虽然能降低反应的活化能，但却不会改变反应的平衡点。答案：C考点二关于酶特性的实验1．酶的催化作用和高效性的验证实验分析(1)实验原理②比较H2O2在常温、高温、过氧化氢酶、Fe3＋等不同条件下气泡产生多少或卫生香燃烧剧烈程度，了解过氧化氢酶的作用和意义。(2)实验设计及现象分析必修1---降低化学反应活化能的酶3/10(3)实验过程的变量及对照分析(4)实验结论①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酶具有高效性，同无机催化剂相比，酶的催化效率更高。[知识拓展](1)点燃卫生香的时间一般为实验(加入试剂)后的2～3min，这一时间要因气温和试剂的新鲜程度而定，不可千篇一律。(2)本实验成功的关键是实验用的肝脏要新鲜，肝脏必须进行研磨，使过氧化氢酶释放出来。(3)H2O2有腐蚀性，不要使其接触皮肤。(4)卫生香不要插到气泡中，以免卫生香因潮湿而熄灭。2．酶的专一性的实验探究(1)实验原理②用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后，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，从而探索酶的专一性。必修1---降低化学反应活化能的酶4/10(2)实验操作程序2．如图所示，下列4支试管中都加入3mL浆糊。另外A、C内分别注入2mL清水，B、D内分别注入2mLα­淀粉酶。甲、乙两水槽水温分别为37℃、65℃。保温5min后，再向4支试管内分别滴入碘液，最可能不变蓝的是()解析：试管D中有酶且条件(温度)适宜，可最先将淀粉分解为麦芽糖，加碘液可能不变蓝。答案：D考点三与酶有关的曲线分析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)酶只能催化已存在的化学反应。必修1---降低化学反应活化能的酶5/102．表示酶专一性的曲线(1)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参加反应。(2)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参加反应。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)甲图：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，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)乙图：在底物充足，其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。[知识拓展](1)温度和pH是通过影响酶活性而影响酶促反应速率的。(2)底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触而影响酶促反应的速率，并不影响酶的活性。(3)抑制剂、激活剂也会影响酶活性。3．(2011年广州质检)左图表示的是pH对植物和人的淀粉酶活性的影响；右图表示的是3种脱氢酶(A、B、C)的活性受温度影响的情况。下列叙述正确的是()必修1---降低化学反应活化能的酶6/10A．从左图中可以知道pH＝6时植物淀粉酶的活性最高B．从右图中无法知道酶C的最适温度C．从左图中可以知道若细胞由酸性变成碱性时，淀粉酶的活性逐渐升高D．从右图中可以知道活性温度范围最广的酶是B解析：温度过高、过酸、过碱都能使酶彻底失活，且这种失活是不可逆转的，从左图可以看出，植物淀粉酶的最适pH在5和6之间，人的淀粉酶的最适pH在7左右。在右图中酶活性温度范围最窄的是酶B。酶C的活性受温度影响的曲线不完整，因此从右图中无法知道酶C的最适温度。答案：B探究影响酶活性的实验生命现象：细胞生活在一定的环境中，体内的酶(如消化酶)也是在一定的环境条件(如pH、温度)下发挥作用。提出问题：环境因素会不会影响酶的活性？作出假设：由于多数酶是蛋白质，具有一定的结构和功能，其结构会因外界温度、pH等的变化而改变，进而影响催化活性。实验方案：使同一种酶分别处于不同的温度或pH条件下，分别催化同一种底物，观察其催化活性的变化。实验预期：高温、过酸或过碱都会使酶失活。1．温度对酶活性的影响(1)实验原理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)实验设计程序必修1---降低化学反应活化能的酶7/10(4)实验程序：(5)实验的变量分析[知识拓展]本实验不宜选用过氧化氢酶催化H2O2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。2．pH对酶活性的影响(1)实验原理②pH可影响酶活性，从而影响O2的产生量，据O2产生量的多少可判断pH对酶活性的影响。(2)实验程序必修1---降低化学反应活化能的酶8/103.实验结论酶的活性需要适宜的温度和pH，高温、低温以及过酸、过碱都将影响酶的活性。[知识拓展](1)在探索温度与酶活性实验中，操作2与操作3一定不能颠倒顺序；(2)在探索pH与酶活性实验中，操作2与操作3顺序一定不能颠倒。4．将某种玉米子粒浸种发芽后研磨匀浆、过滤，得到提取液。取6支试管分别加入等量的淀粉溶液后，分为3组并分别调整到不同温度，如下图所示，然后在每支试管中加入少许等量的玉米子粒提取液，保持各组温度30分钟后，继续进行实验(提取液中还原性物质忽略不计)：(1)若向A、C、E3支试管中分别加入适量的班氏试剂或斐林试剂，沸水浴一段时间，观察该3支试管，其中液体颜色呈砖红色的试管是______；砖红色较深的试管是______，颜色较深的原因是______________________；不变色的试管是________；不变色的原因是__________。(2)若向B、D、F3支试管中分别加入等量的碘液，观察3支试管，发现液体的颜色都是蓝色，产生该颜色的原因是____。(3)以上实验的三种处理温度不一定是玉米子粒提取液促使淀粉分解的最适温度，你怎样设计实验才能确定最适温度？(只要求写出设计思路)_______________。解析：发芽的玉米子粒中有淀粉酶，在不同温度下，淀粉酶的活性不同，对淀粉液的催化程度也不相同。40℃情况下酶的活性比20℃情况下强，催化分解淀粉的速度快，产生的麦芽糖多，因此加入班氏试剂或者斐林试剂加热后颜色较深，100℃情况下，酶因高温而失活，因此该试管中没有反应。遇碘变蓝是淀粉的特性，3支试管都变蓝色说明3支试管中都有淀粉存在。要确定酶的最适温度，需增加试管数量，并设置成温度梯度，重复上述实验。酶的最适温度应位于砖红色最深的两个温度之间，或者就是砖红色最深的试管所对应的温度。答案：(1)A和CC淀粉酶在40℃时活性相对较高，淀粉酶催化淀粉水解产生的还原糖必修1---降低化学反应活化能的酶9/10多E酶失活(2)剩余的淀粉遇碘变蓝(3)在20℃和100℃之间每隔一定温度设置一个实验组，其他实验条件保持一致，以反应液和上述试剂(或答碘液或答班氏试剂或答斐林试剂)发生颜色反应的程度为指标确定最适温度。类型一酶促反应的曲线分析(2011年南京模拟)表示在不同条件下，酶催化反应的速度(或生成物)变化，有关叙述不正确的是()A．图①虚线表示酶量增加一倍时，底物浓度和反应速度关系B．图②虚线表示增加酶浓度，其他条件不变时，生成物量变化的示意曲线C．若图②中的实线表示Fe3＋的催化效率，则虚线可表示过氧化氢酶的催化效率D．图③不能表示在反应开始后的一段时间内反应速度与时间的关系【解析】酶量增加一倍时，在底物浓度相同的情况下，反应速度加快，但是整个反应中，生成物的总量不变。在其他条件一定的情况下，反应开始时，底物浓度高反应速度快，随着底物浓度的降低，反应速度逐渐减慢，因此图③能表示在反应开始后的一段时间内反应速度与时间的关系。【答案】D类型二温度对酶活性的影响(2009年高考宁夏卷)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【解析】由图可知，在一定温度范围内，随温度的升高酶活性必修1---降低化学反应活化能的酶10/10增强，t1属于此区间；超过适宜温度后，随温度升高酶活性而下降，t2属于此区间。在高温没有使酶失活的温度范围内，酶活性可随温度的变化而变化，只有较高的温度才能破坏酶的空间结构。【答案】B类型三酶催化作用的实验证明(2009年高考全国Ⅰ卷)已知2H2O2===2H2O＋O2↑，可以通过观察反应过程中O2的生成速度(即气泡从溶液中释放的速度)来判断H2O2分解反应的速度。请用所给的实验材料和用具设计实验，使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出实验步骤、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H2O2溶液，蒸馏水，3.5%FeCl3溶液，0.01%过氧化氢酶溶液，恒温水浴锅，试管。(1)实验步骤：(2)实验结果预测及结论：整个实验中，不同处理的试管中O2的释放速度从快到慢依次是：_________。由此可得出的结论是______。(3)如果仅将实验中的恒温水浴改为80℃，重做上述实验，O2释放的速度最快的是______，原因是______。【解析】(1)要验证过氧化氢酶具有催化作用，需将有无过氧化氢酶设置为单一变量进行对照实验。而验证过氧化氢酶具有高效性，则需要将催化剂的种类(即：催化剂为过氧化氢酶或Fe3＋)设置为单一变量进行对照实验。(2)与Fe3＋相比，酶具有高效性，所以不同处理的试管中释放O2的速度从快到慢依次是：加酶溶液的试管，加FeCl3溶液的试管、加蒸馏水的试管。(3)因80℃的高温环境中，酶因失活而失去催化作用，而FeCl3催化作用加快，故加FeCl3溶液的试管O2释放速度最快。而另两支试管O2释放速度无明显差异。【答案】(1)①取3支试管，各加入等量且适量的H2O2溶液，放入37℃恒温水浴锅中保温适当时间；②分别向上述3支试管加入等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液；③观察各管中释放气泡的快慢。(2)加酶溶液的试管、加FeCl3溶液的试管、加蒸馏水的试管酶具有催化作用和高效性(3)加FeCl3溶液的