資源簡(jiǎn)介

5.1 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶學(xué)案
【預(yù)習(xí)新知】
（一）酶在細(xì)胞代謝中的作用
1.細(xì)胞代謝
（1）概念：細(xì)胞中每時(shí)每刻都進(jìn)行著許多 ，統(tǒng)稱(chēng)為細(xì)胞代謝。
（2）條件：需酶的催化。
（3）意義：細(xì)胞代謝是 的基礎(chǔ)。
2.比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解：
（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>①比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解速率。
②嘗試探究過(guò)氧化氫酶的作用。
（2）實(shí)驗(yàn)原理：新鮮的肝臟中含有 ，它和無(wú)機(jī)催化劑Fe3＋都能催化過(guò)氧化氫分解為 。
（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶的催化效率更高。
3.酶的作用機(jī)理：
（1）活化能：分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)? 的活躍狀態(tài)所需要的能量。
（2）酶的作用機(jī)理：通過(guò)降低化學(xué)反應(yīng)所需要的 而加快反應(yīng)速率。
（3）意義：使細(xì)胞代謝能在 條件下快速有序地進(jìn)行。
（二）酶的本質(zhì)
1.探索過(guò)程
（1）1716年《康熙字典》收錄了酶字，并將“酶”解釋為“酒母也”。“酒母”就是現(xiàn)在所說(shuō)的酵母。
（2）巴斯德之前：發(fā)酵是純化學(xué)反應(yīng)，與生命活動(dòng) 。
（3）爭(zhēng)論
巴斯德（法國(guó)）1857年提出：只有 細(xì)胞參與才能進(jìn)行發(fā)酵
李比希（德國(guó)）認(rèn)為：酵母細(xì)胞死亡裂解后釋放出 ，引起發(fā)酵
（4）畢希納（德國(guó)）：獲得不含酵母細(xì)胞的提取液，他將酵母細(xì)胞中引起發(fā)酵的物質(zhì)稱(chēng)為釀酶。但未能分離鑒定出酶。
（5）薩姆納（美國(guó)）：1926年用丙酮提取出了刀豆種子中的 ，并證明了其化學(xué)本質(zhì)是 。
（6）切赫和奧特曼（美國(guó)）：20世紀(jì)80年代，發(fā)現(xiàn)少數(shù) 也具有催化功能。
2.酶的概念理解
（1）來(lái)源： 產(chǎn)生的。
（2）作用：具有 作用。
（3）化學(xué)本質(zhì)：有機(jī)物，絕大部分是 ，少部分是 。
（三）酶具有高效性
含義：酶的___________比無(wú)機(jī)催化劑高許多，大約是無(wú)機(jī)催化劑的___________倍。
（四）酶具有專(zhuān)一性
(1)無(wú)機(jī)催化劑催化的化學(xué)反應(yīng)范圍比較_______。例如，酸既能催化________水解，也能催化__________水解，還能催化__________水解。
(2)酶專(zhuān)一性含義：每一種酶只能催化_____________化學(xué)反應(yīng)。例：過(guò)氧化氫酶只能催化____________分解。脲酶只能催化尿素分解。
(3)酶專(zhuān)一性意義：使細(xì)胞代謝有條不紊地進(jìn)行。
思路 自變量 因變量
思路一：通過(guò)改變底物種類(lèi)，驗(yàn)證酶的專(zhuān)一性 _________ 底物是否分解
思路二：通過(guò)改變酶的種類(lèi)，驗(yàn)證酶的專(zhuān)一性 _________ 底物是否分解
(4)探究酶專(zhuān)一性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路
(5)探究淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的水解作用
①實(shí)驗(yàn)原理：淀粉和蔗糖都是__________。它們?cè)诿傅拇呋饔孟露寄芩獬蛇€原糖。還原糖能夠與__________發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成__________的氧化亞銅沉淀。
②目的要求：探究淀粉酶是否只能催化________的化學(xué)反應(yīng)。
③實(shí)驗(yàn)步驟(思路一)：
a.取兩支潔凈的試管，編上號(hào)，然后按照下列要求操作
步驟 試管1 試管2
第一步：注入可溶性淀粉溶液 2 mL －
第二步：注入蔗糖溶液 － 2 mL
第三步：注入新鮮淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
根據(jù)前面所說(shuō)酶的知識(shí)，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明酶的高效性，嘗試寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)自變量、因變量以及實(shí)驗(yàn)思路？
提示：①自變量：催化劑種類(lèi)。②因變量：底物分解速率。
③實(shí)驗(yàn)思路
實(shí)驗(yàn)組：底物＋生物催化劑(酶)→底物分解速率(或產(chǎn)物形成的速率)
對(duì)照組：底物＋無(wú)機(jī)催化劑→底物分解速率(或產(chǎn)物形成的速率)
　b.輕輕振蕩兩支試管，使試管內(nèi)的液體混合均勻，然后將試管的下半部浸到______________中，保溫5 min。
c.取出兩支試管，各加入2 mL__________(邊加入試劑，邊輕輕振蕩這兩支試管，以便使試管內(nèi)的物質(zhì)混合均勻)。
d.將兩支試管的下半部放進(jìn)盛有________的大燒杯中，用酒精燈加熱，煮沸1 min。
e.觀察兩支試管內(nèi)的溶液顏色變化。
④實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1號(hào)試管有磚紅色沉淀生成，說(shuō)明產(chǎn)生了________，淀粉有水解；2號(hào)試管不出現(xiàn)磚紅色沉淀，說(shuō)明蔗糖沒(méi)有水解。
⑤實(shí)驗(yàn)結(jié)論：淀粉酶只催化_______水解，不能催化________水解，酶具有__________。
（五）酶的作用條件較溫和
一、探究影響酶活性的條件
課題名稱(chēng) 用淀粉酶探究溫度對(duì)酶活性的影響 用過(guò)氧化氫酶探究pH對(duì)酶活性的影響
實(shí)驗(yàn)材料 淀粉溶液、唾液淀粉酶 肝臟研磨液、過(guò)氧化氫溶液
自變量 溫度 pH
自變量的 設(shè)置方法 分別用 處理 分別用 溶液處理
因變量 酶活性 酶活性
因變量的 觀察指標(biāo) 加碘液后溶液 的變化 產(chǎn)生的速率
無(wú)關(guān)變量 相同且適宜等 相同且適宜等
結(jié)論：酶的催化作用需在 下進(jìn)行，溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響酶的活性
；酶的催化作用需要適宜的 ，過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響酶的活性。
二、酶所催化的化學(xué)反應(yīng)一般在比較溫和的條件下進(jìn)行。
三、在 的溫度和pH條件下，酶的活性最高。溫度和pH偏高或偏低，酶活性都會(huì)顯著降低。過(guò)酸、過(guò)堿或溫度過(guò)高，會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使酶 。
四、酶制劑適宜在低溫下保存：在0℃左右時(shí)，酶的活性很低，但酶的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在適宜的溫度下酶的活性會(huì) 。
【鞏固訓(xùn)練】
1.下列有關(guān)酶的敘述，錯(cuò)誤的是( )
A.酶的高效性是相對(duì)于無(wú)機(jī)催化劑而言的
B.適合淀粉酶催化反應(yīng)和保存的溫度不相同
C.胃蛋白酶能作為催化劑，也可作為化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物
D.蛋白酶可以水解種類(lèi)繁多的蛋白質(zhì)，說(shuō)明蛋白酶不具有專(zhuān)一性
2.酶具有極強(qiáng)的催化功能，其原因是( )
A.降低了反應(yīng)所需溫度 B.增加了反應(yīng)物間的接觸面
C.降低了反應(yīng)的活化能 D.調(diào)節(jié)了反應(yīng)所需的pH值
3.如圖是在不加催化劑、加無(wú)機(jī)催化劑和加酶條件下產(chǎn)物生成量隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)，有關(guān)敘述正確的是( )
A.1、2、3曲線(xiàn)分別代表不加催化劑、加無(wú)機(jī)催化劑、加酶
B.對(duì)比1、2兩組曲線(xiàn)可說(shuō)明酶具有高效性
C.對(duì)比1、3兩組曲線(xiàn)可說(shuō)明酶具有高效性
D.對(duì)比2、3兩組曲線(xiàn)可說(shuō)明酶具有高效性
4.據(jù)報(bào)道，科學(xué)家從某深海生物體內(nèi)提取出一種“冷水酶”，加入這種酶的洗衣粉的去污能力比普通洗衣粉強(qiáng)。這說(shuō)明酶( )
A.具有專(zhuān)一性的特點(diǎn) B.具有多樣性的特點(diǎn)
C.具有高效性的特點(diǎn) D.易受酸堿度的影響
5.可溶性酸性蔗糖轉(zhuǎn)化酶存在于植物細(xì)胞的液泡中，能夠催化蔗糖轉(zhuǎn)化為己糖。為了研究影響該酶活性的因素，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：取適量該酶溶液置于pH為4.5的緩沖液中15min，酶活性喪失50%；再取等量該酶溶液，加入過(guò)量的蔗糖后置于pH為4.5的緩沖液中15min，酶活性?xún)H喪失3%。該實(shí)驗(yàn)研究的自變量是( )
A.反應(yīng)時(shí)間 B.底物 C.pH D.酶濃度
6.酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物，下列關(guān)于酶的敘述錯(cuò)誤的是( )
A.酶和無(wú)機(jī)催化劑都能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能
B.可利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液來(lái)驗(yàn)證酶的專(zhuān)一性
C.可利用過(guò)氧化氫和過(guò)氧化氫酶來(lái)探究pH對(duì)酶活性的影響
D.同一株植物體的不同組織細(xì)胞中合成的酶也可能是相同的
7.硝態(tài)氮（）可為植物生長(zhǎng)發(fā)育提供氮素營(yíng)養(yǎng)，植物將轉(zhuǎn)化為的關(guān)鍵酶是硝酸還原酶（NR）。興趣小組探究了硝酸還原酶在不同pH條件下的催化能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖。下列敘述正確的是( )
A.實(shí)驗(yàn)中添加物的順序?yàn)橄跛徇€原酶→硝態(tài)氮→緩沖液
B.圖中各組實(shí)驗(yàn)需在相同的溫度條件下進(jìn)行
C.pH為7.5時(shí)，NR為化學(xué)反應(yīng)提供的活化能最高
D.影響NR活性的因素還包括及NR的量等
8.鹽酸同唾液淀粉酶一樣，可以促進(jìn)淀粉的水解，同時(shí)作為胃酸的成分，為胃蛋白酶活性的發(fā)揮提供適宜的酸性環(huán)境。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A.胃蛋白酶的最適pH 小于唾液淀粉酶的
B.相比于鹽酸，唾液淀粉酶為淀粉的水解提供的活化能更多
C.用唾液淀粉酶和胃蛋白酶分別作用于淀粉，可驗(yàn)證酶的專(zhuān)一性
D.在唾液淀粉酶和胃蛋白酶的加工成熟過(guò)程中，均需要用到囊泡運(yùn)輸
9.在“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)中，有關(guān)敘述正確的是( )
A.比較肝臟研磨液和FcCl3溶液的催化效率時(shí)，二者可以用同一個(gè)滴管
B.過(guò)氧化氫酶提供了反應(yīng)過(guò)程中所必需的活化能
C.過(guò)氧化氫酶分子在催化反應(yīng)完成后立即被降解成氨基酸
D.利用H2O2溶液、FeCl3溶液、過(guò)氧化氫酶等材料，可以探究酶的高效性
10.木瓜酶是一種蛋白水解酶，啤酒生產(chǎn)過(guò)程中木瓜蛋白酶能催化啤酒中的高分子蛋白水解，從而破壞啤酒中產(chǎn)生渾濁的主要成分，提高啤酒的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)啤酒的保質(zhì)期，下列有關(guān)木瓜酶的敘述或推測(cè)正確的是( )
A.木瓜酶能為啤酒中高分子蛋白的水解提供活化能
B.溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響木瓜酶活性
C.加入木瓜酶后高分子蛋白的水解速率保持不變
D.在最適溫度和最適pH條件下可長(zhǎng)期保存木瓜酶
參考答案
1.答案：D
解析：A、與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低反應(yīng)活化能的作用更明顯，因此與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶的催化效率高得多，即酶的高效性是相對(duì)于無(wú)機(jī)催化劑而言的，A正確；
B、淀粉酶催化反應(yīng)的最適溫度在37℃左右，應(yīng)在低溫下進(jìn)行保存，即適合淀粉酶催化反應(yīng)和保存的溫度不相同，B正確；
C、胃蛋白酶能催化某些化學(xué)反應(yīng)，是這些反應(yīng)的催化劑，胃蛋白酶被分解時(shí)它又作為該反應(yīng)的反應(yīng)物，C正確；
D、蛋白酶可以水解種類(lèi)繁多的蛋白質(zhì)，說(shuō)明酶可以水解一類(lèi)化學(xué)反應(yīng)，體現(xiàn)了酶的專(zhuān)一性，D錯(cuò)誤。
故選D。
2.答案：C
解析：酶的作用機(jī)理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，由于與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的效果更顯著，因此酶具有極強(qiáng)的催化作用。故選：C。
3.答案：B
解析：1、2、3曲線(xiàn)分別代表加酶、加無(wú)機(jī)催化劑、不加催化劑，A錯(cuò)誤；對(duì)比1、2兩組曲線(xiàn)可說(shuō)明加酶的催化效率遠(yuǎn)大于加無(wú)機(jī)催化劑，說(shuō)明酶具有高效性，B正確；對(duì)比1、3兩組曲線(xiàn)可說(shuō)明酶具有催化作用，C錯(cuò)誤；對(duì)比2、3兩組曲線(xiàn)可說(shuō)明無(wú)機(jī)催化劑具有催化作用，D錯(cuò)誤。
4.答案：C
5.答案：B
解析：由題意“取適量該酶溶液置于pH為4.5的緩沖液中15min，酶活性喪失50%；再取等量該酶溶液，加入過(guò)量的蔗糖后置于pH為4.5的緩沖液中15min，酶活性?xún)H喪失3%”可知，該實(shí)驗(yàn)的自變量是底物，因變量是酶活性，反應(yīng)時(shí)間、酶濃度及量、蔗糖的濃度及量、pH為4.5的緩沖液等屬于無(wú)關(guān)變量，B正確，ACD錯(cuò)誤。
故選B。
6.答案：B
解析：A、酶和無(wú)機(jī)催化劑都能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，提高化學(xué)反應(yīng)速率，A正確;B、淀粉被淀粉酶分解成還原糖后加碘液不變藍(lán)，而蔗糖不分解時(shí)加碘液也不變藍(lán)色，所以不能用碘液來(lái)驗(yàn)證酶的專(zhuān)一性，B錯(cuò)誤;C、可利用過(guò)氧化氫和過(guò)氧化氫酶反應(yīng)探究pH對(duì)酶活性的影響，C正確;D、同一株植物體的不同組織細(xì)胞中合成的酶也可能是相同的，例如有氧呼吸作用所需的酶，D正確。
7.答案：B
解析：A、實(shí)驗(yàn)中添加物的順序?yàn)榫彌_液→硝酸還原酶→硝態(tài)氮，A錯(cuò)誤;B、本實(shí)驗(yàn)的目的是探究硝酸還原酶在不同pH條件下的催化能力，溫度屬于無(wú)關(guān)變量，所以圖中各組實(shí)驗(yàn)需在相同且適宜的溫度條件下進(jìn)行，B正確;C、酶能降低化學(xué)反應(yīng)活化能，不能為化學(xué)反應(yīng)提供活化能，C錯(cuò)誤;D、影響NR活性的因素有溫度、pH、抑制劑、激活劑、重金屬鹽等，但酶濃度(若NR的數(shù)量)和底物濃度等不會(huì)影響酶的活性;D錯(cuò)誤。
8.答案： B
解析：本題主要考查酶，考查學(xué)生的理解能力。相比于鹽酸，唾液淀粉酶降低的淀粉水解所需的活化能更多，B項(xiàng)符合題意。
9.答案：D
解析：A、比較肝臟研磨液和FeCl3溶液的催化效率時(shí)，用同一支滴管滴加肝臟研磨液和FcCl3溶液，會(huì)引起滴加的量不同，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，A錯(cuò)誤； B、過(guò)氧化氫酶降低反應(yīng)過(guò)程中所需的活化能，B錯(cuò)誤；
C、過(guò)氧化氫酶分子在催化反應(yīng)完成后結(jié)構(gòu)不變，C錯(cuò)誤;
D、要證明酶具有高效性，應(yīng)該與無(wú)機(jī)催化劑比較，利用H2O2溶液、FCl3溶液、過(guò)氧化氫酶等材料，可以探究酶的高效性，D正確。
故選D。
10.答案：B
解析：A、木瓜酶作為一種酶其作用是催化蛋白質(zhì)的水解，降低化學(xué)反應(yīng)活化能，而不是提供活化能，A錯(cuò)誤；
B、溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響木瓜酶活性，B正確；
C、加入木瓜酶后高分子蛋白的水解速率隨著底物被水解而不斷下降，而不是保持不變的，C錯(cuò)誤；
D、保存木瓜蛋白酶應(yīng)當(dāng)?shù)蜏乇４妫皇窃谧钸m溫度條件下保存，D錯(cuò)誤。
故選B。

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