备考2024届高考生物一轮复习讲义第三章细胞代谢课时1降低化学反应活化能的酶考点2实验探究酶的特性和影响酶活性的条件

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1.探究酶的高效性——比较过氧化氢在不同条件下的分解
（1）实验原理
（2）实验方案
（3）变量分析
2.探究酶的专一性——探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
（1）实验原理：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。淀粉和蔗糖都是[10] 非还原糖 ，它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖，斐林试剂能与还原糖反应产生[11] 砖红色 沉淀。
（2）实验方案
3.探究影响酶活性的条件
（1）探究温度对酶活性的影响
①实验原理
②实验过程
（2）探究pH对酶活性的影响
①实验原理
②实验过程
4.与酶相关的拓展实验
（1）探究酶的本质
①试剂检测法探究酶的本质是否为蛋白质
②酶解法探究酶的本质
（2）对比法探究酶的高效性和专一性
①探究酶的高效性
注意 用酶和蒸馏水作对照只能证明酶具有催化功能，不能证明酶的高效性。
②探究酶的专一性
（3）梯度法探究酶的最适温度（或pH）
基础自测
1.在探究过氧化氢酶最适pH的实验中，需要在同一温度下进行。（ √ ）
2.“探究pH对过氧化氢酶的影响”实验中，设置不同的pH组以构成相互对照。（ √ ）
3.探究温度对酶活性的影响时，室温下将淀粉溶液与淀粉酶溶液混匀后，在设定温度下保温[2022北京，T12C改编]。（× ）
4.研磨肝脏以破碎细胞用于获取含过氧化氢酶的粗提液[2021北京，T13A]。（ √ ）
5.“酶的催化效率”实验中，若以熟马铃薯块茎代替生马铃薯块茎，实验结果相同[2021浙江6月，T16A]。（× ）
6.探究唾液淀粉酶活性的最适温度时，需要设置0 ℃、37 ℃和100 ℃三个温度进行实验[2021江苏，T19D改编]。（× ）
提示 设置的温度梯度太大，不能得到最适温度。
深度思考
1.比较过氧化氢在不同条件下的分解实验中，有同学在原实验基础上增加了一组试管，向其中加入2mL过氧化氢溶液和2滴煮沸过的肝脏研磨液，这样做的目的是什么？
提示 与加入新鲜肝脏研磨液的试管形成对照，可证明高温下失活的酶无催化作用。
2.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用实验中能不能用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂，为什么？
提示 不能。因为碘液只能检测淀粉是否被水解，而蔗糖无论是否被水解都不会使碘液变蓝。
3.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用实验的设计思路是什么？
提示 探究同一种酶是否能催化不同底物水解。
4.若选择淀粉和淀粉酶来探究温度对酶活性的影响，检测底物是否被分解的试剂宜选用碘液，不能选用斐林试剂的原因是什么？
提示 因为用斐林试剂鉴定时需要水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
5.在探究温度对酶活性的影响实验中，能不能选择过氧化氢（H2O2）和过氧化氢酶作为实验材料，为什么？
提示 不能。因为过氧化氢在常温下就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。
6.在探究pH对酶活性的影响实验中，为什么需要先调好酶的pH至预设pH，再与底物混合，而不能将酶和底物先混合再调pH？
提示 因为酶具有高效性，先调好酶的pH至预设pH，再与底物混合，可避免酶和底物先混合，在未达到预设pH条件下就已经进行化学反应，从而干扰实验结果。
7.在探究pH对酶活性的影响实验中，能不能选用淀粉和淀粉酶作为实验材料？
提示 不能。因为在酸性条件下淀粉分解会加快，从而影响实验结果。
研透高考 明确方向
命题点1 结合教材实验考查对酶相关实验的分析能力
1.[2022浙江6月]下列关于研究淀粉酶的催化作用及特性实验的叙述，正确的是（B ）
A.低温主要通过改变淀粉酶的氨基酸组成，导致酶变性失活
B.稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力，是因为酶的作用具高效性
C.淀粉酶在一定pH范围内起作用，酶活性随pH升高而不断升高
D.若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶，会加快淀粉的水解速率
解析 低温不会改变淀粉酶的氨基酸组成，只是抑制酶的活性，A错误；稀释100万倍的淀粉酶仍具有催化能力，是因为酶具有高效性，B正确；酶的活性在最适pH下最大，不是随pH的升高而不断升高，C错误；在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶，蛋白酶可能会催化淀粉酶水解，使酶失活，D错误。
2.[2022广东]某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究，结果见表。下列分析错误的是（C ）
注：＋/－分别表示有/无添加，反应物为Ⅰ型胶原蛋白
A.该酶的催化活性依赖于CaCl2
B.结合①、②组的相关变量分析，自变量为温度
C.该酶催化反应的最适温度为70 ℃，最适pH为9
D.尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物
解析 分析表格可知，降解率越大说明该酶的活性越高，②组酶活性最高，此时该酶催化反应的条件是：pH为9、添加CaCl2、温度为70 ℃。③组除没有添加CaCl2外，其他反应条件与②组相同，但降解率为0，说明该酶的催化活性依赖于CaCl2，A正确。①、②组除了温度不同，pH相同且都添加CaCl2，说明①、②组的自变量为温度，B正确。②组酶活性最高，此时pH为9，温度为70 ℃，但由于温度梯度和pH梯度都较大，不能说明该酶催化反应的最适温度为70 ℃，最适pH为9，C错误。该实验的反应物为Ⅰ型胶原蛋白，若要确定该酶能否水解其他反应物，还需补充更换其他底物的实验，D正确。
命题变式s
[设问拓展型]（1）结合②、④组的相关变量分析，自变量为 pH 。
（2）pH为9，温度为90 ℃时蛋白酶TSS 没有 （填“有”或“没有”）变性失活，原因是 第①组降解率为38％ 。
解析 （1）分析②、④组的相关变量可知，该酶催化反应的温度均为70 ℃，都添加了CaCl2，pH分别为9、7，故自变量为pH。（2）分析表格可知，第①组的温度为90 ℃，但降解率为38％，故蛋白酶TSS在此条件下还有活性。
命题点2 以酶的特性和影响因素为素材考查实验分析与评价能力
3.[2023浙江1月]某同学研究某因素对酶活性的影响，实验处理及结果如下：己糖激酶溶液置于45 ℃水浴12min，酶活性丧失50％；己糖激酶溶液中加入过量底物后置于45 ℃水浴12min，酶活性仅丧失3％。该同学研究的因素是（B ）
A.温度B.底物
C.反应时间D.酶量
解析 根据题干分析可知，两组实验的不同之处是一组不加底物，一组加过量底物，即实验的自变量是底物，B符合题意。
4.[2021湖北，13分]使酶的活性下降或丧失的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂主要有两种类型：一类是可逆抑制剂（与酶可逆结合，酶的活性能恢复）；另一类是不可逆抑制剂（与酶不可逆结合，酶的活性不能恢复）。已知甲、乙两种物质（能通过透析袋）对酶A的活性有抑制作用。
实验材料和用具：蒸馏水，酶A溶液，甲物质溶液，乙物质溶液，透析袋（人工合成半透膜），试管，烧杯等。
为了探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，现提出以下实验设计思路。请完善该实验设计思路，并写出实验预期结果。
（1）实验设计思路：
取 2 支试管（每支试管代表一个组），各加入等量的酶A溶液，再分别加入等量 甲物质溶液、乙物质溶液 ，一段时间后，测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液，再测定各自的酶活性。
（2）实验预期结果与结论：
若出现结果①： 透析后，两组的酶活性均比透析前酶的活性高 。
结论①：甲、乙均为可逆抑制剂。
若出现结果②： 透析前后，两组的酶活性均不变 。
结论②：甲、乙均为不可逆抑制剂。
若出现结果③： 加甲物质溶液组，透析后酶活性比透析前高；加乙物质溶液组，透析前后酶活性不变 。
结论③：甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂。
若出现结果④： 加甲物质溶液组，透析前后酶活性不变；加乙物质溶液组，透析后酶活性比透析前高 。
结论④：甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂。
解析 欲探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，可设计以下实验：取两支试管，每支试管中加入等量的酶A溶液，向一支试管中加入一定量的甲物质溶液（记为M组），向另一支试管中加入一定量的乙物质溶液（记为N组），一段时间后，测定M、N两组中酶A的活性。然后将M、N两组的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析。透析后从透析袋中取出酶液，再测定酶A的活性。若透析后，M、N两组酶A的活性均比透析前的高，则甲、乙均为可逆抑制剂；若透析前后，M、N两组酶A的活性均不变，则甲、乙均为不可逆抑制剂；若透析后M组酶A的活性比透析前高，N组酶A的活性透析前后不变，则甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂；若M组酶A的活性透析前后不变，透析后N组酶A的活性比透析前高，则甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂。
命题变式
[设问拓展型]酶的抑制剂能降低酶的活性，不同的抑制剂对酶活性的影响不同。某科研小组通过实验研究了两种抑制剂对某消化酶酶促反应速率的影响，对实验的结果进行分析并绘图，请回答：
（1）该实验的自变量是 抑制剂的种类和底物浓度 ，实验中对无关变量应进行控制，该实验的无关变量有 温度、pH、酶浓度、抑制剂的使用量等 （答出两项即可）。
（2）据图分析，随着底物浓度的升高，抑制剂 Ⅰ 的作用逐渐减小甚至消失。从活化能的角度分析，推测抑制剂能降低酶促反应速率的原因： 在抑制剂的作用下，酶的活性（催化效率）降低，其降低化学反应活化能的能力下降 。
（3）某同学认为该实验小组的实验过程应设置如下：
a.将某消化酶溶液等分为甲、乙、丙三组，将每组等分为若干份；
b.在一定条件下将三组消化酶溶液均与等量的不同浓度的底物混合；
c.在甲中加入一定量的蒸馏水，乙中加入等量的抑制剂Ⅰ，丙中加入等量的抑制剂Ⅱ；
d.定时取样检测各反应中底物的剩余量或产物的生成量，记录实验结果并绘图。
你认为该实验操作是否正确？ 不正确 ，如果不正确，请进行改正： 步骤c应与步骤b互换，即先对酶溶液进行处理再加入底物 。
解析 （1）由图可知，该实验的自变量有两个，分别是抑制剂的种类和底物浓度。该实验的无关变量有温度、pH、酶浓度、抑制剂的使用量、反应时间等。（2）由图可知，随着底物浓度的升高，曲线②（抑制剂Ⅰ）的酶促反应速率逐渐与曲线①（无抑制剂）的相同，即抑制剂Ⅰ的作用逐渐减小甚至消失。从活化能的角度分析，抑制剂能降低酶促反应速率的原因可能是抑制剂能降低酶活性，酶能降低化学反应的活化能。（3）若在对酶处理前将酶与底物混合，则酶会先催化底物发生反应，故应先对酶进行不同的处理，然后将处理后的酶与底物混合。步
骤
1
2mL可溶性淀粉溶液＋2mL新鲜的淀粉酶溶液
2mL蔗糖溶液＋2mL新鲜的淀粉酶溶液
2
轻轻振荡试管，使试管内的液体混合均匀，并将试管下半部浸到60 ℃左右的热水中，保温5min
3
取出试管，各加入2mL斐林试剂，将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中，用酒精灯加热，煮沸1min
现象
出现砖红色沉淀
无颜色变化
结论
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶具有专一性
项目
试管1
试管2
试管3
实验
步骤
加入等量的可溶性淀粉溶液
2mL
2mL
2mL
控制不同的温度条件
60 ℃水浴（5min）
沸水（5min）
冰块（5min）
加入等量已在对应温度下保温的新鲜淀粉酶溶液
1mL（5min）
1mL（5min）
1mL（5min）
加入等量的碘液
1滴
1滴
1滴
实验现象
[14] 不变蓝
蓝色
蓝色
实验结论
温度影响酶的活性，温度过高或过低都会使酶的活性发生改变
项目
试管1
试管2
试管3
实验
步骤
注入等量的过氧化氢酶溶液
2滴
2滴
2滴
注入等量的不同pH的溶液
1mL蒸馏水
1mL物质的量浓度为0.01ml/L的HCl溶液
1mL物质的量浓度为0.01ml/L的NaOH溶液
注入等量的体积分数为3％的H2O2溶液
2mL
2mL
2mL
观察实验现象
气泡产生情况
有[16] 大量
气泡产生
无气泡产生
无气泡产生
将带火星的卫生香插入试管内液面的上方
燃烧剧烈
燃烧较弱
燃烧较弱
实验结论
pH影响酶的活性，pH偏低或偏高都会使酶的活性发生改变
实验思路
从酶的化学本质上来讲，绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。可利用双缩脲试剂与蛋白质产生紫色反应的原理设计实验方案
实
验
方
案
分组
实验组
对照组
材料
待测酶溶液
已知蛋白质溶液（等量）
试剂
分别加入等量的双缩脲试剂
现象
是否呈现紫色
呈现紫色
实验结论
实验组呈现紫色说明该酶的化学本质为蛋白质；否则该酶的化学本质不是蛋白质
实验思路
通过将不同类型催化剂（主要是酶与无机催化剂）催化底物的反应速率进行比较，得出结论
实验
方案
分组
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，或达到平衡用时短
反应速率缓慢，或达到平衡用时长
实验结论
酶具有高效性
实验思路
底物不同但酶相同，通过观察酶促反应能否进行得出结论
实验
方案
分组
实验组
对照组
材料
与酶相对应的底物
另外一种底物（等量）
试剂
同一种酶（等量）
现象
发生反应
不发生反应
实验结论
酶具有专一性
组别
pH
CaCl2
温度（℃）
降解率（％）
①
9
＋
90
38
②
9
＋
70
88
③
9
－
70
0
④
7
＋
70
58
⑤
5
＋
40
30