必修1第三单元 细胞的能量供应和利用.docx
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必修1第三单元细胞的能量供应和利用
第一讲
降低化学反应活化能的酶
一)
酶的本质和作用
1.判断下列有关酶本质和作用叙述的正误
(1)酶是活细胞产生的并具有催化作用的蛋白质(×)
(2)酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸(×)
(3)酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸(×)
(4)酶提供了反应过程所必需的活化能(×)
(5)酶是由活细胞产生的,因此酶只能在细胞内发挥作用(×)
2.下图曲线表示在无催化剂和有酶催化条件下某化学反应的能量变化过程。
据图回答
(1)没有催化剂的反应曲线是②。
(2)有酶催化的反应曲线是①。
(3)AC段的含义是在无催化剂的条件下,反应所需要的活化能。
(4)BC段的含义是酶降低的活化能。
(5)若将酶催化改为无机催化剂催化该反应,则B点在纵轴上将向上移动,即反应需要的活化能要增大。
1.巧记酶概念的1个“二”和3个“一”
2.解读有关酶的“八个误区”
项目
正确说法
错误说法
产生场所
活细胞(哺乳动物成熟的红细胞等除外)
具有分泌功能的细胞才能产生
化学本质
有机物(大多为蛋白质,少数为RNA)
蛋白质
作用场所
可在细胞内、细胞外、体外发挥作用
只在细胞内起催化作用
温度影响
低温只抑制酶的活性,不会使酶变性失活
低温和高温均使酶变性失活
作用
酶只起催化作用
酶具有调节、催化等多种功能
来源
生物体内合成
有的可来源于食物等
合成原料
氨基酸、核糖核苷酸
只有氨基酸
合成场所
核糖体、细胞核等
只有核糖体
(二)
酶的特性高效性、专一性和温
和性
3.回答下列与酶的特性有关的问题
(1)连接酶的特性和原理:
(2)判断有关叙述的正误:
①淀粉酶溶液中加入蛋白酶不会导致淀粉酶活性发生变化(×)
②不同酶的最适温度可能相同(√)
③高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性(×)
④酶活性最高时的温度不适合酶的保存(√)
⑤人体在发热感冒时,常出现厌食恶心现象,这与人体内酶的活性有关,说明酶活性的发挥离不开适宜的温度等(√)
3.图解酶的三大特性
4.明辨酶在代谢中作用的四个易误点
(1)酶并不改变反应的平衡点,不能提供能量,只降低反应的活化能,从而缩短反应达到平衡的时间。
(2)酶在反应后并不失活,反应前后酶的化学性质和数量均保持不变。
(3)产生激素的细胞一定产生酶,但是产生酶的细胞不一定产生激素。
(4)酶是化合物,亦可以作为底物被其他酶催化分解。
酶的本质和作用
命题点1 考查酶的概念和本质
1.(2015·海南高考)关于生物体产生的酶的叙述,错误的是( )
A.酶的化学本质是蛋白质或RNA
B.脲酶能够将尿素分解成氨和CO2
C.蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶类
D.纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁
解析:
选D 酶的化学本质是蛋白质或RNA;脲酶能够将尿素分解成氨和CO2;蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶类;纤维素酶能够降解植物细胞壁,细菌细胞壁的成分是肽聚糖,需用肽聚糖酶降解。
2.(2015·海南高考)关于人体内激素和酶的叙述,错误的是( )
A.激素的化学本质都是蛋白质
B.高效性是酶的重要特性之一
C.酶可以降低化学反应的活化能
D.激素与靶细胞结合可影响细胞的代谢
解析:
选A 一些激素的化学本质是蛋白质,一些激素的化学成分不是蛋白质,如性激素的成分是固醇;酶具有高效性、专一性与作用条件温和的特性;酶通过降低化学反应的活化能提高反应速率;激素通过与靶细胞结合传递信息,影响靶细胞的代谢活动。
拓展·归纳|酶与动物激素的“一同三不同”
相同:
都具有微量、高效的特点,也具有一定特异性
不
同
产生部位
几乎所有活细胞都产生酶;而只有内分泌细胞才产生激素
化学本质
酶绝大部分是蛋白质,少部分为RNA;激素则为蛋白质类、脂质类、氨基酸衍生物类
作用机制
酶是催化剂,在化学反应前后,质量和性质不变;激素作为信号分子在发挥完作用后被灭活
命题点2 考查酶的作用及原理
3.如图为反应物A生成产物P的化学反应在无酶和有酶催化条件下的能量变化过程,假设酶所处的环境条件最适,对于图中曲线分析正确的是( )
A.ad段表示无酶催化时该反应的活化能
B.bc段表示酶为底物提供的活化能
C.若把酶改成无机催化剂,则图中b点位置会下移
D.若将有酶催化的反应温度下降10℃,则ab段会缩短
解析:
选D 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称为活化能,所以,在没有催化剂时ac段表示该反应的活化能;在有酶催化时bc段表示该反应的活化能,酶降低了化学反应的活化能;酶具有高效性,与无机催化剂相比,其降低化学反应的活化能更显著,所以若将酶催化改为无机催化剂催化该反应,则b点将向上移动;题中实验是在酶的最适温度条件下进行的,若将有酶催化的反应温度下降10℃,酶活性降低,bc段会增大,ab段会缩短。
酶的三大特性
[关键点拨]
1.高效性
原理
曲线模型
酶与无机催化剂相比,降低活化能的作用更显著
①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的时间,不能改变化学反应的平衡点
2.专一性
(1)原理模型——锁钥学说:
①图中A表示酶,B表示被A催化的底物,E、F表示B被分解后产生的物质,C、D表示不能被A催化的物质
②酶和被催化的反应物分子都有特定的结构
(2)曲线模型:
①加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同,说明酶B对此反应无催化作用
②而加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快,说明酶具有专一性
3.温和性——酶的作用需要适宜的温度和pH
原理
绝大多数酶是蛋白质,高温、过酸或过碱都会导致蛋白质变性失活
曲线模型
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。
过酸、过碱、高温都会使酶变性失活,而低温只是抑制酶的活性,酶分子结构未被破坏,温度升高后可恢复活性
[题点突破]
命题点1 借助模型,考查酶的特性
1.如图表示某种酶催化某二糖的水解过程。
据图分析下列说法正确的是( )
A.该过程可以表示麦芽糖的水解
B.反应前后酶的化学性质没有发生改变
C.该酶也可以催化其他二糖的水解
D.该反应过程中的酶只能利用一次
解析:
选B 由图可知,该二糖由两种不同的单糖构成,可能是蔗糖或乳糖。
反应前后酶的化学性质没有发生改变,该酶可以重复利用。
酶具有专一性,该酶不能催化其他二糖的水解。
2.酶抑制剂分为竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂,其中竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性位点,从而降低酶对底物的催化效应;非竞争性抑制剂和酶活性位点以外的其他位点结合,能改变酶的构型,使酶不能与底物结合,从而使酶失去催化活性。
下列有关叙述错误的是( )
A.曲线a表示没有酶抑制剂存在时的作用效果
B.曲线c表示在竞争性抑制剂作用下酶的活性降低
C.曲线a、b酶促反应速率不再增加是因为酶处于饱和状态
D.竞争性抑制剂与该酶催化的底物化学结构相似
解析:
选B 图中曲线a反应速率最快,可表示没有酶抑制剂存在时的作用效果;竞争性抑制剂与底物竞争酶活性位点,不改变酶的构型,因此当底物浓度高时,反应速率可以升高,因此曲线b表示在竞争性抑制剂作用下酶的活性降低;曲线a、b酶促反应速率不再增加是因为酶处于饱和状态;竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性位点,因此应与酶催化的底物具有相似的化学结构。
命题点2 结合实例,考查酶的专一性
3.酶作为一种生命活动的催化剂,在生物的新陈代谢、物质合成、能量转化以及降解等各种反应中都起着重要作用,以下4种酶的作用对象或物质分别是( )
①蛋白酶 ②RNA聚合酶 ③肽酶 ④解旋酶
A.脂肪酶、磷酸二酯键、肽键、氢键
B.淀粉酶、氢键、肽键、氢键
C.蛋白质、磷酸二酯键、氢键、氢键
D.蛋白质、磷酸二酯键、肽键、磷酸基团
解析:
选A 蛋白酶能催化蛋白质分解。
RNA聚合酶用于DNA转录生成RNA的过程中,形成磷酸二酯键。
肽酶催化多肽中肽键的断裂。
解旋酶用于DNA分子复制过程中氢键的断裂。
拓展·归纳|高考常考的酶及其作用归纳
DNA聚合酶
将单个的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成链
DNA连接酶
将两个DNA片断连接起来
RNA聚合酶
将单个的核糖核苷酸连接成链,并能够在转录时打开DNA碱基对间的氢键
解旋酶
在DNA分子复制过程中打开DNA碱基对之间的氢键
ATP水解酶
能打开远离腺苷的高能磷酸键
蛋白酶
将蛋白质的部分肽键切断,得到不同的肽链和氨基酸
纤维素酶、果胶酶
水解纤维素、果胶,破坏植物细胞壁
巧用三种方法破解酶实验难题
[关键点拨]
1.鉴定酶的本质——试剂检测法
2.验证酶的高效性和专一性——对比法
(1)验证酶的高效性:
[设计方案]
项目
实验组
对照组
材料
等量的同一种底物
试剂
与底物相对应的酶溶液
等量的无机催化剂
现象
反应速率很快;或反应用时短
反应速率缓慢;或反应用时长
结论
酶具有高效性
[操作示例]
(2)验证酶的专一性:
[设计方案]
项
目
方案一
方案二
实验组
对照组
实验组
对照组
材
料
底物相同(等量)
与酶相对
应的底物
另外一
种底物
试剂
与底物相
对应的酶
另外一种酶
同一种酶(等量)
现象
发生反应
不发生反应
发生反应
不发生反应
结论
酶具有专一性
[操作示例]
⇒砖红色沉淀
3.探究酶的最适温度或pH值——梯度法
[设计方案]
组别编号
1
2
…
n
实验材料
等量的同种底物
温度(pH)
T1(a1)
T2(a2)
…
Tn(an)
衡量指标
相同时间内,各组酶促反应中生成物量的多少,或底物剩余的多少
实验结论
生成物量最多的一组,或底物剩余最少的一组所处温度(或pH)为最适温度(或pH)
[操作示例]
(1)探究酶的最适温度:
(2)探究酶的最适pH:
O2的产生速率
[题点突破]
命题点1 考查实验材料和试剂的选取
1.为了探究温度、pH对酶活性的影响,下列实验设计最合理的是( )
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
②
温度对酶活性的影响
新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
③
pH对酶活性的影响
新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
④
pH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
A.实验① B.实验②
C.实验③D.实验④
解析:
选B 过氧化氢受热易分解,不宜用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响,实验①不合理;蔗糖酶不能催化淀粉水解,故实验③不合理;斐林试剂呈碱性,能与酸性物质发生反应,不适合用于探究pH对酶活性的影响,故实验④不合理。
拓展·归纳|酶活性实验探究中的“三宜”“四不宜”
(1)若底物选择淀粉和蔗糖,用淀粉酶来验证酶的专一性时,检测底物是否被分解的试剂“宜”选用斐林试剂,“不宜”选用碘液,因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。
(2)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度,检测底物被分解的试剂“宜”选用碘液,“不宜”选用斐林试剂,因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热,而该实验中需严格控制温度。
(3)在探究酶的适宜温度的实验中,“不宜”选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶作实验材料,因为过氧化氢(H2O2)在常温常压时就能分解,加热的条件下分解会加快,从而影响实验结果。
(4)在探究pH对酶活性影响时,“宜”保证酶的最适温度(排除温度干扰),且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与底物接触,“不宜”在未达到预设pH前,让反应物与酶接触。
命题点2 考查实验操作过程及评价
2.(2016·全国乙卷)若除酶外所有试剂已预保温,则在测定酶活力的实验中,下列操作顺序合理的是( )
A.加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量
B.加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
C.加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量
D.加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
解析:
选C 在测定酶活力的实验中,需要保证pH和温度均相同且适宜,故缓冲液应在加入底物和酶之前加入。
3.(2012·全国卷)某同学为了探究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、B、C、D、E5支试管中分别加入pH5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的适宜浓度缓冲液5mL,再分别加入质量分数为1%的淀粉液1mL。
②各试管中分别加入适当浓度的唾液稀释液1mL,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2mL,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,请更正并说明更正的理由(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。
(1)________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
因为题中已经提示不考虑试剂的浓度、剂量等,因此就不用去分析这些数据是否错误,找主要的错误即可。
(1)酶的活性受温度的影响,本题探究的是pH对酶活性的影响,因此,温度应为无关变量,必须适宜,而70℃恒温水浴的温度过高,会导致5组试管中的酶因高温而失活,最终不同pH下的实验结果一样。
(2)本题选择的是斐林试剂,通过检测产物的生成量来确定酶的活性高低,斐林试剂鉴定还原糖必须要加热,如果不加热,则任何一组都不会出现砖红色沉淀。
答案:
(1)③中70℃应改为37℃。
因为人唾液淀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沸水浴中一段时间。
因为在高温条件下斐林试剂与还原糖反应显色
方法·规律|解答实验方案评价试题的一般思路
常考的生物图示之(五)——影响酶促反应速率的曲线分析
[图示解读]
[信息解读]
(1)底物浓度、酶浓度与酶促反应速率的关系:
①图1:
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图2:
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呈正相关。
(2)温度和pH与酶促反应速率的关系:
①温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的;底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触来影响酶促反应速率的,并不影响酶的活性。
②反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度;反应溶液温度的变化也不改变酶作用的最适pH,如图3。
(3)反应时间与酶促反应的关系:
①图4、5、6的时间t0、t1和t2是一致的。
②随着反应的进行,反应物因被消耗而减少,生成物因积累而增多。
③t0~t1段,因反应物较充足,所以反应速率较高,反应物消耗较快,生成物生成速率快。
t1~t2段,因反应物含量较少,所以反应速率降低,反应物消耗较慢,生成物生成速率较慢。
t2时,反应物被消耗干净,生成物也不再增加,此时反应速率为0。
[读图技法]
“四看法”分析酶促反应曲线
[演练冲关]
1.(2016·蚌埠三模)如图所示为影响酶促反应的温度、pH和底物浓度与反应速率关系的曲线图,下列相关叙述,错误的是( )
A.影响乙曲线的因素是温度,影响丙曲线的因素是pH
B.甲曲线中,A点与B点限制酶促反应速率的因素不同
C.乙曲线中,D点与F点酶的空间结构都被破坏且不能恢复
D.丙曲线中,G点时对应因素升高,酶的活性不能到达H点
解析:
选C 低温时酶的活性很低,但并不失活,高温使酶的空间结构发生改变而失活,过酸、过碱都会使酶的空间结构发生改变而失活,分析题图,影响乙曲线的因素是温度,影响丙曲线的因素是pH;甲曲线表示底物浓度与反应速率的关系,A点与B点限制酶促反应速率的因素不同,A点的限制因素是底物浓度,B点时底物到达饱和状态,限制酶促反应速率的因素不再是底物浓度;乙曲线是温度对酶活性的影响曲线,D点是低温条件,酶的活性很低,但是酶的空间结构不被破坏,温度恢复,酶的活性即恢复,F点是高温条件,高温使酶的空间结构发生改变,即使温度恢复酶的空间结构也不能恢复;丙曲线是pH对酶活性的影响曲线,G点时pH过低,酶的空间结构被破坏,pH升高,酶的活性不能恢复,故不能到达H点。
2.(2016·全国甲卷)为了研究温度对某种酶活性的影响,设置三个实验组:
A组(20℃)、B组(40℃)和C组(60℃),测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同),结果如图。
回答下列问题:
(1)三个温度条件下,该酶活性最高的是________组。
(2)在时间t1之前,如果A组温度提高10℃,那么A组酶催化反应的速度会________。
(3)如果在时间t2时,向C组反应体系中增加2倍量的底物,其他条件保持不变,那么在t3时,C组产物总量________,原因是____________________________________________。
(4)生物体内酶的化学本质是_________________________________________________,其特性有_____________________________________________________________________
(答出两点即可)。
解析:
(1)在60℃条件下,反应的最终产物浓度比20℃和40℃条件下小很多,说明酶在60℃条件下最终失活。
20℃与40℃条件下相比,40℃时酶促反应到达反应平衡的时间短,说明40℃条件下酶活性较高。
(2)在时间t1前,如果A组温度提高10℃变成30℃,由该酶活性随温度的变化规律可知,30℃条件下的该酶活性大于20℃条件下的,因此A组酶催化反应的速度会加快。
(3)t2时C组的产物浓度已不再增加,但由A和B组t2时的产物浓度可知,t2时C组底物并未全部被分解,C组产物浓度不再增加是由于C组温度过高导致t2时酶已经变性失活。
因此如果在时间t2时,向C组增加2倍量的底物,在其他条件不变的情况下,t3时产物的总量也不会再增加。
(4)生物体内酶的化学本质绝大多数是蛋白质,极少数是RNA。
酶具有高效性、专一性等特性,并且需要适宜的温度和pH等。
答案:
(1)B
(2)加快 (3)不变 60℃条件下,t2时酶已失活,即使增加底物,反应产物总量也不会增加
(4)蛋白质或RNA 高效性和专一性(其他合理答案也可)
[高考真题集中研究——找规律]
1.(2013·全国卷Ⅱ)关于酶的叙述,错误的是( )
A.同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中
B.低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构
C.酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速度
D.酶既可以作为催化剂,也可以作为另一个反应的底物
解析:
选B 同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中,如催化有氧呼吸的酶。
低温未破坏酶的空间结构,低温处理后再升高温度,酶活性可恢复,高温可破坏酶的空间结构。
酶可以降低化学反应的活化能,从而提高化学反应速度。
酶可以催化化学反应,也可以作为另一个反应的底物,如唾液淀粉酶可以催化淀粉的分解,又可以被胃蛋白酶水解。
2.(2014·福建高考)用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质,处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。
由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是( )
A.蛋白酶 B.RNA聚合酶
C.RNAD.逆转录酶
解析:
选C 核糖体由rRNA和蛋白质组成,用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质,处理后的核糖体为rRNA,而催化核糖体内氨基酸脱水缩合反应的物质是酶,由此可推测该酶的化学本质是RNA。
3.(2013·安徽高考)细胞代谢受酶的调节和控制。
下列叙述正确的是( )
A.激素都是通过影响靶细胞内酶活性来调节细胞代谢的
B.代谢的终产物可反馈调节相关酶活性,进而调节代谢速率
C.同一个体各种体细胞酶的种类相同、数量不同,代谢不同
D.对于一个细胞来说,酶的种类和数量不会发生变化
解析:
选B 激素主要通过影响靶细胞内基因的表达来调节细胞代谢;细胞代谢的终产物可通过提高或降低酶的活性来调节代谢速率;同一个体不同功能的细胞内酶的种类不同;一个细胞在不同时期,其功能可能会发生相应变化,因而酶的种类和数量也可能会随之改变。
4.(2016·江苏高考)过氧化物酶能分解H2O2,氧化焦性没食子酸呈橙红色。
为探究白菜梗中是否存在过氧化物酶,设计实验如下表。
下列相关叙述正确的是( )
管号
1%焦性没食子酸(mL)
2%H2O2
(mL)
缓冲液(mL)
过氧化物酶溶液(mL)
白菜梗提取液(mL)
煮沸冷却后的白菜梗提取液(mL)
1
2
2
2
-
-
-
2
2
2
-
2
-
-
3
2
2
-
-
2
-
4
2
2
-
-
-
2
A.1号管为对照组,其余不都是实验组
B.2号管为对照组,其余都为实验组
C.若3号管显橙红色,无需对照就能证明白菜梗中存在过氧化物酶
D.若4号管不显橙红色,可证明白菜梗中无过氧化物酶
解析:
选A 根据实验目的“探究白菜梗中是否存在过氧化物酶”,可确定加入白菜梗提取液的3号管为实验组,1号、2号和4号管都为对照组;若3号管显橙红色,还需要与2号管、4号管对照才能证明白菜梗中存在过氧化物酶;若4号管不显橙红色,可能是因为高温使过氧化物酶失活,而不能证明白菜梗中不存在过氧化物酶。
5.(2015·重庆高考)小麦的穗发芽影响其产量和品质。
某地引种的红粒小麦的穗发芽率明显低于当地白粒小麦。
为探究淀粉酶活性与穗发芽率的关系,进行了如下实验。
(1)取穗发芽时间相同、质量相等的红、白粒小麦种子,分别加
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- 必修1 第三单元 细胞的能量供应和利用 必修 第三 单元 细胞 能量 供应 利用