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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1酶的本质作用与特性
展开考点1 酶的本质、作用与特性
1.酶在细胞代谢中的作用
(1)酶的探索历程
(2)细胞代谢
(3)酶的作用机理
2.酶的本质
(1)酶本质的探索
(2)酶的本质
3.酶的特性
4.影响酶促反应速率的因素的模型分析
基础自测
1.酶是由活细胞产生的,酶只在细胞内发挥作用。(× )
2.酶能降低化学反应的活化能,因此具有高效性。(× )
3.蛋白酶能催化多种蛋白质水解,因此蛋白酶不具有专一性。(× )
4.酶在完成催化作用后立即被灭活。(× )
5.低温和高温条件下酶都会变性失活。(× )
6.在测定唾液淀粉酶活性时,将溶液pH由3提升到6的过程中,该酶的活性将不断上升。(× )
提示 唾液淀粉酶的适宜pH在6.2~7.4,其在pH为3时酶已经失活,再提升pH也不会恢复活性。
7.酶促反应速率与温度和pH有关,但酶的活性与温度和pH无关。(× )
8.具催化功能RNA的发现是对酶化学本质认识的补充[2023广东,T5D]。( √ )
9.麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度低[2021湖北,T2D]。(× )
10.酶、抗体、激素都是由氨基酸通过肽键连接而成的[2021全国甲,T1A改编]。(× )
情境应用
1.为什么丝绸和毛皮类衣物不能用加酶洗衣粉来洗涤?
提示 因为加酶洗衣粉中含有蛋白酶,会损坏丝绸和毛皮类衣物中的蛋白质纤维。
2.溶菌酶抗菌消炎的原理是溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁。细菌性溶菌酶能不能防御真菌感染?请说明原因。
提示 不能。因为真菌和细菌细胞壁的成分不同,而酶具有专一性,细菌性溶菌酶不能防御真菌感染。
3.20世纪60年代以前医用葡萄糖是用盐酸催化淀粉水解法来生产的,生产过程需要高压、高温条件,且需要耐酸的设备。60年代以后改用酶法生产。从酶的特性角度分析,为什么60年代以后改用酶法生产医用葡萄糖?
提示 因为与无机催化剂相比,酶具有高效性,用酶法生产医用葡萄糖效率高,且可以在较温和的条件下进行,对设备要求较低,能源消耗少,可大大降低成本。
4.将刚采摘的新鲜糯玉米立即放入85 ℃水中热烫处理2min,可较好地保持甜味;人发烧时不想吃东西。其原因分别是什么?
提示 85 ℃的水会破坏新鲜糯玉米中能将可溶性糖转化为淀粉的酶的活性;人的体温升高可导致消化酶活性降低,食物在消化道中消化缓慢。
5.已知胃蛋白酶的最适pH为1.5,小肠液的pH为7.6,胃蛋白酶随食糜进入小肠后还能发挥作用吗?为什么?
提示 不能。因为没有了适宜的pH,胃蛋白酶活性大大下降甚至失活,不再发挥作用。
深度思考
1.证明某种酶的本质是蛋白质的实验设计思路有哪些?
提示 (1)在某种酶液中加入蛋白酶,若该酶失去催化活性,则证明该酶的本质是蛋白质;(2)在某种酶液中加入双缩脲试剂,若其能与双缩脲试剂发生紫色反应,则证明该酶的本质是蛋白质;(3)添加仅能引起蛋白质变性的因素,若该酶失去活性,则证明该酶的本质是蛋白质。
2.举例说明细胞中的各类化学反应有序进行,与酶在细胞中的分布有关。
提示 以植物叶肉细胞来说,与光合作用有关的酶分布在叶绿体内,与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内,这样光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行,互不干扰。
3.酶制剂适于在低温(0~4 ℃)下保存的原因是什么?
提示 在0~4 ℃时,酶的空间结构稳定,调至适宜的温度时酶的活性可以恢复。
与酶促反应速率相关的模型的本质分析
(1)底物浓度、酶浓度的改变不影响酶活性,但可在一定程度上直接影响酶促反应速率;
(2)温度、pH及某些激活剂、抑制剂会通过改变酶的活性,间接影响酶促反应速率。
研透高考 明确方向
命题点1 酶的本质、作用与特性的综合分析
1.[2023广东]中国制茶工艺源远流长。红茶制作包括萎凋、揉捻、发酵、高温干燥等工序,其间多酚氧化酶催化茶多酚生成适量茶黄素是红茶风味形成的关键。下列叙述错误的是(C )
A.揉捻能破坏细胞结构使多酚氧化酶与茶多酚接触
B.发酵时保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性
C.发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶活性
D.高温灭活多酚氧化酶以防止过度氧化影响茶品质
解析 红茶制作时揉捻能破坏细胞结构,使其释放的多酚氧化酶与茶多酚接触,A正确;发酵过程的实质就是酶促反应过程,酶的活性受温度条件影响,发酵时保持适宜的温度可维持多酚氧化酶的活性,B正确;酶的作用条件较温和,发酵时有机酸含量增加会影响多酚氧化酶的活性,C错误;高温会破坏酶的空间结构而使其失活,故高温灭活多酚氧化酶可防止过度氧化影响茶品质,D正确。
命题变式
[设问拓展型]题干信息不变,下列叙述错误的是(C )
A.多酚氧化酶的基本组成单位是氨基酸
B.多酚氧化酶与茶多酚在细胞中的分布可能不同
C.多酚氧化酶提供大量活化能加快了茶多酚氧化
D.高温灭活的多酚氧化酶仍然能与双缩脲试剂发生紫色反应
解析 多酚氧化酶的化学本质是蛋白质,其基本组成单位是氨基酸,A正确;红茶制作时揉捻能破坏细胞结构,使其释放的多酚氧化酶与茶多酚接触,说明多酚氧化酶与茶多酚在细胞中的分布可能不同,B正确;多酚氧化酶的作用机理是降低化学反应的活化能,并不提供活化能,C错误;高温条件会使多酚氧化酶的空间结构被破坏而失活,但肽键不被破坏,因此,高温灭活的多酚氧化酶仍然能与双缩脲试剂发生紫色反应,D正确。
2.[2024南宁一模]拟南芥中的RuBP羧化酶在一定条件下既能催化CO2的固定,又能催化C5与O2反应生成C3和C2,下列有关RuBP羧化酶的叙述,正确的是(D )
A.与其他酶相比,RuBP羧化酶不具有专一性
B.RuBP羧化酶能为CO2的固定提供所需的活化能
C.在提取RuBP羧化酶的实验中,研磨叶片时应加入无水乙醇
D.RuBP羧化酶发挥作用需适宜的温度和pH等条件
解析 酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应,RuBP羧化酶在一定条件下既能催化CO2的固定,又能催化C5与O2反应生成C3和C2,RuBP羧化酶具有专一性,A错误;酶能降低化学反应所需的活化能,不能为化学反应提供活化能,因此RuBP羧化酶不能为CO2的固定提供所需的活化能,B错误;无水乙醇会破坏酶的结构,在提取RuBP羧化酶的实验中,研磨叶片时不应该加入无水乙醇,C错误;酶的特性之一是作用条件较温和,酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的,在最适宜的温度和pH条件下,酶的活性最高,故RuBP羧化酶发挥作用需适宜的温度和pH等条件,D正确。
命题点2 影响酶促反应速率的因素分析
3.[2023德阳一模]如图甲是过氧化氢酶活性受pH影响的曲线,图乙表示在最适温度下,pH=b时H2O2分解产生的O2%量随时间的变化曲线。下列叙述正确的是(A )
A.温度降低时,图乙中的e点不变,d点右移
B.H2O2量增加时,图乙中的e点上升,d点左移
C.最适温度下,pH=c时,图乙中e点的值为0
D.最适温度下,pH=a时,图乙中e点下移,d点左移
解析 图乙表示在最适温度下测得的变化曲线,若温度降低,酶的活性降低,导致图乙中的d点右移,但是e点不变,A正确;H2O2量增加时,图乙中的e点上升,d点右移,B错误;pH=c时,酶因过碱条件而变性失活,不能催化H2O2水解,但H2O2在常温下也能分解,所以e点不为0,C错误;最适温度下,pH=a时,酶的活性降低,导致图乙中d点右移,而e点不变,D错误。
4.[2021海南]某种酶的催化反应速率随温度和时间变化的趋势如图所示。据图分析,下列有关叙述错误的是(D )
A.该酶可耐受一定的高温
B.在t1时,该酶催化反应速率随温度升高而增大
C.不同温度下,该酶达到最大催化反应速率时所需时间不同
D.相同温度下,在不同反应时间该酶的催化反应速率不同
解析 据图可知,该酶在70 ℃条件下仍具有一定的活性,推测该酶可以耐受一定的高温,A正确;据图可知,在t1时,70 ℃时的反应速率>60 ℃时的反应速率>50 ℃时的反应速率>40 ℃时的反应速率,即在t1时酶促反应速率随温度的升高而增大,B正确;据图可知,在不同温度下,该酶达到最大催化反应速率时所需时间不同,其中70 ℃条件下该酶达到最大催化反应速率所需时间最短,C正确;相同温度下,在不同反应时间该酶的催化反应速率可能相同,如达到最大反应速率后,继续增加反应时间,该酶的催化反应速率不发生改变,D错误。
命题变式
[条件改变型](1)若图中酶促反应中底物的量一定,则在不同温度条件下最终生成物的量 相同 (填“相同”或“不相同”),原因是 不同的温度条件只会影响到达反应平衡所需的时间,不会影响最终生成物的量 。
[题干拓展型](2)温度会影响酶促反应速率,其作用机理可用下图的坐标曲线表示。其中a表示不同温度下底物分子具有的能量,b表示温度对酶空间结构的影响,c表示酶促反应速率与温度的关系。下列说法正确的是(C )
A.随着温度的升高,底物分子具有的活化能增加
B.处于曲线c中1、2位点的酶分子空间结构是相同的
C.底物分子的能量与酶的空间结构都会影响酶促反应速率
D.酶适于低温保存,原因是底物分子的能量低
解析 随着温度的升高,底物分子具有的能量升高,而不是活化能增加,A错误;曲线c中1、2位点对应的酶促反应速率相同,但温度较高时,酶的空间结构发生改变,B错误;由图可知,底物分子的能量和酶的空间结构都会影响酶促反应速率,C正确;酶适于低温保存的原因是酶在低温条件下空间结构相对稳定,D错误。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质,酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响
酶的本质、作用与特性
2023:广东T1和T5D、全国乙T32(1);
2022:湖南T3、辽宁T22Ⅱ;
2021:海南T13、湖北T2、辽宁T17;
2020:海南T8、浙江1月T8
1.生命观念——结构与功能观:理解酶的催化活性与结构之间的关系。
2.科学思维——归纳与演绎:通过实验探究总结酶的化学本质与特性。
3.科学探究——实验结果分析:探究温度、pH对酶活性的影响
实验探究酶的特性和影响酶活性的条件
2023:辽宁T19、浙江6月T7、浙江1月T8;
2022:北京T12C、全国乙T4、广东T13、浙江6月T10、2022重庆T7;
2021:海南T11、湖北T21、浙江6月T16;
2020:北京T4、浙江7月T10;
2019:浙江4月T10
命题分析预测
1.高考多以选择题的形式考查酶的特性及影响酶活性的因素,有时也会以非选择题的形式呈现,还可能与其他知识互相渗透、综合考查。
2.预计2025年高考仍将延续以酶的概念、作用机理、特性及酶活性影响因素的探究为核心考查点的命题趋势,且会渗透对科学思维、科学探究及社会责任等生物学科核心素养的考查
概念
活细胞产生的具有催化作用的有机物
化学本质
绝大多数是[11] 蛋白质
少数是[12] RNA
合成原料
氨基酸
[13] 核糖核苷酸
合成场所
[14] 核糖体
细胞核(真核生物)
生理功能
生物催化剂
作用机理
降低化学反应的活化能
项目
曲线
解读
高效性(与无机催化剂相比,酶的催化效率更高)
酶和无机催化剂都只能缩短到达化学平衡所需要的时间,不能改变化学反应的平衡点。因此,酶不能改变最终生成物的量
专一性(每一种酶只能催化[15] 一种或一类 化学反应)
酶A可催化反应物A发生反应,对反应物B没有催化作用,说明酶催化具有[16] 专一性
①图中A表示酶,B表示能被A催化的物质,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有特定的、相契合的结构
作用条件较温和
在最适宜的温度和pH条件下,酶的活性最高;[17] 高温、过酸、过碱 等条件会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活;[18] 低温 条件下酶的活性很低,但空间结构稳定
项目
曲线分析
酶促反应产物浓度与反应时间的关系曲线
温度和pH对酶促反应速率的影响
反应溶液pH(温度)的变化[21] 不影响 酶作用的最适温度(pH)
底物浓度对酶促反应速率的影响
酶浓度对酶促反应速率的影响
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