資源簡介

第一節　生命活動需要酶和能源物質
第1課時　酶與酶促反應
[學習目標]　1.概述酶的本質及作用實質。2.闡明酶的特性。3.探究酶催化的高效性和專一性。
一、酶的本質及作用的實質
1．酶的本質
(1)酶本質的探索歷程
①1857年，法國科學家巴斯德證實酒精發酵是由酵母菌引起的。
②1897年，德國科學家畢希納證明引起發酵的是酵母菌所含的酶。
③1926年，美國科學家薩姆納分離并提純了脲酶結晶，并證明脲酶是蛋白質。
④1936年，科學家制取蛋白酶結晶，確立酶是蛋白質的觀念。
⑤20世紀80年代，科學家發現少數RNA具有生物催化功能，并將其稱為核酶。
(2)酶的本質：絕大多數是蛋白質，少數是RNA。
2．酶的作用實質
(1)酶促反應：指由酶催化的化學反應。
(2)活化能：在一定溫度下，分子從基態轉變為容易發生化學反應的過渡態所需的能量。
(3)活化分子
①概念：處于過渡態的分子稱為活化分子。
②規律：在一個化學反應體系中，活化分子越多，反應速率就越快。
③增多途徑
a．加熱或光照等方法。
b．使用催化劑降低活化能。
(4)酶催化作用實質：降低生化反應所需的活化能，使生化反應在較低能量水平上進行，從而加快生化反應。
(5)酶的催化作用通常是在常溫、常壓下進行的。酶是由活細胞產生的，一般在細胞內、外均具有催化活性。
判斷正誤
(1)酶的基本組成單位都是氨基酸(　　)
(2)酶可以通過食物直接獲取(　　)
(3)酶能夠為化學反應提供能量(　　)
(4)酶一定能夠使化學反應的速度加快(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×
酶催化作用的實質
如圖表示催化劑降低化學反應活化能的示意圖。
(1)無催化劑時，反應所需要的活化能是多少？有無機催化劑時，反應所需要的活化能是多少？有酶催化時，反應所需要的活化能又是多少(用圖中字母表示)？與無機催化劑相比，酶降低活化能的作用有什么特點？
提示　DA。DB。DC。與無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，催化效率更高。
(2)酶是否為化學反應提供能量？酶加快反應速率的機理是什么？
提示　酶不能為化學反應提供能量。酶是通過降低生化反應所需的活化能來加快反應速率的。
酶相關分析
化學本質 絕大多數是蛋白質 少數是RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
合成場所 核糖體 細胞核(真核生物)
作用場所 細胞內、外或生物體外均可起作用
作用原理 降低化學反應活化能
來源 活細胞
生理功能 具有生物催化作用
1．(2022·江蘇揚州高一期末)下列對酶的敘述，正確的是(　　)
A．酶的組成單位都是氨基酸
B．酶在催化反應前后本身的性質會發生改變
C．由活細胞產生的酶在生物體外沒有催化活性
D．酶和無機催化劑都能降低化學反應的活化能
答案　D
解析　酶的化學本質是蛋白質或RNA，其基本組成單位是氨基酸或核糖核苷酸，A錯誤；酶在催化反應前后本身的性質不變，B錯誤；酶既可以在細胞內發揮作用，也可以在細胞外發揮作用，C錯誤。
2.活化能是指在一定溫度下，分子從基態轉變為容易發生化學反應的過渡態所需要的能量。如圖所示為酶的作用模型，請據圖回答下列問題：
(1)從圖中可以看出，沒有酶催化時，發生化學反應需要的活化能________，有酶催化時，發生化學反應需要的活化能________，a指______________，因此，酶催化作用的本質是_______________________________________。
(2)酶的化學本質是________________，酶起作用的部位是________________。
答案　(1)高　低　酶所降低的活化能　降低化學反應的活化能　(2)蛋白質或RNA　細胞內或細胞外
二、酶的特性
1．探究酶的高效性
(1)過程
編號 加入物質 處理 現象
1 3 mL體積分數為3%的H2O2溶液 滴入等量蒸餾水 基本無氣泡，木條不復燃
2 滴入等量質量分數為5%的FeCl3溶液 有較多氣泡，木條復燃
3 滴入等量新鮮酵母菌液(含過氧化氫酶) 有更多氣泡，木條猛烈燃燒
(2)結論：酶具有催化作用，且與無機催化劑相比具有高效性。
2．酶具有專一性
(1)含義：一種酶只能催化一種或一類生化反應。
(2)專一性機制：酶催化作用的專一性與酶的活性中心和底物分子在空間結構上有特殊的匹配關系相關，當酶的活性中心與底物分子結合時，就啟動了化學反應。
(3)證明酶具有專一性的實驗。
試管編號 1 2
可溶性淀粉溶液 2 mL －
蔗糖溶液 － 2 mL
淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
37 ℃保溫5 min
新配制的斐林試劑 2 mL 2 mL
水浴加熱1 min
實驗現象 有磚紅色沉淀 沒有磚紅色沉淀
實驗結論 酶具有專一性
判斷正誤
(1)蛋白酶只能催化蛋白質的水解而不能催化淀粉的水解，這一現象體現了酶的專一性(　　)
(2)由于酶在化學反應前后性質和數量沒有改變，所以酶具有高效性(　　)
(3)酶的專一性與酶的活性中心和底物分子在空間結構上有特殊的匹配關系相關(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)√
分析酶的特性
1．資料　1913年生物化學家 Michaelic和 Menten提出了酶的中間產物學說。他們認為：酶降低活化能的原因是酶參加了反應，即酶分子與底物分子先結合形成不穩定的中間產物(中間結合物)，這個中間產物不僅容易生成，而且容易分解出產物，釋放出原來的酶。如果以E表示酶，S表示底物，ES表示中間產物，P表示反應終產物，其反應過程可表示如下：E＋S→ES→E＋P。
中間產物學說解釋了酶的作用有什么特點？
提示　該學說認為酶參與了底物的反應，生成了不穩定的中間產物，因而使反應沿著活化能較低的途徑迅速進行，因此該學說解釋了酶的高效性。
2．根據蔗糖酶的作用過程示意圖回答下列問題：
(1)蔗糖酶只能水解蔗糖的原因是什么？
提示　蔗糖酶的活性中心只能與蔗糖分子的空間結構相匹配。
(2)該示意圖體現了酶的什么特性？
提示　專一性。
3．酶和無機催化劑都能催化化學反應。與無機催化劑相比，酶所特有的是(　　)
A．能為反應物提供能量
B．能降低化學反應的活化能
C．所有的酶都是蛋白質
D．催化化學反應更高效
答案　D
4．(2022·江蘇徐州高一期末)如圖表示某類酶作用的模型。下列相關敘述正確的是(　　)
A．酶只能在活細胞中發揮催化作用
B．圖中模型可用來解釋酶的催化具有高效性
C．圖中A表示酶，反應前后化學性質不發生變化
D．酶的作用實質是提供化學反應的活化能
答案　C
解析　在細胞內或外，只要條件適宜，酶都能發揮作用，A錯誤；圖示中A表示某種酶；B表示底物；C和D表示水解產物，該模型可以解釋酶的專一性，B錯誤；酶作用的機理是降低化學反應的活化能，D錯誤。
題組一　酶的本質及作用實質
1．下列關于酶的敘述，正確的是(　　)
A．酶徹底水解的產物都是氨基酸
B．酶能為生物體內的化學反應提供能量
C．酶通過降低或提高化學反應的活化能來提高化學反應速率
D．所有的酶都含有C、H、O、N四種元素
答案　D
解析　酶徹底水解的產物是氨基酸或核糖核苷酸，A錯誤；酶不能為生物體內的化學反應提供能量，B錯誤；酶通過降低化學反應的活化能來提高化學反應速率，C錯誤。
2．用蛋白酶去除大腸桿菌核糖體的蛋白質，處理后的核糖體仍可催化氨基酸的脫水縮合反應。由此可推測核糖體中能催化該反應的物質是(　　)
A．蛋白質 B．脂肪酶
C．RNA D．淀粉酶
答案　C
3．(2022·江蘇南京高一期末)如圖表示物質S在酶E的催化下水解成P的反應圖解，下列敘述正確的是(　　)
S＋H2O2P
A．酶E可為該反應提供活化能
B．酶E的基本組成單位是葡萄糖
C．若S代表二肽，則酶E、P分別代表肽酶、氨基酸
D．若S是麥芽糖，則可用斐林試劑來檢測P的生成情況
答案　C
解析　酶在反應過程中起催化作用，可以降低化學反應所需活化能，A錯誤；酶大多數為蛋白質，少數為RNA，其基本單位為氨基酸或核糖核苷酸，B錯誤；肽鏈在肽酶的作用下可以水解成氨基酸，若S代表二肽，即由兩個氨基酸組成的二肽，在肽酶的作用下，S水解成兩個氨基酸，因此E、P可分別代表肽酶、氨基酸，C正確；麥芽糖和麥芽糖的水解產物葡萄糖均為還原糖，無論是否有葡萄糖的產生，斐林試劑均可與其反應產生磚紅色沉淀，故不可用斐林試劑檢測P的生成情況，D錯誤。
4．(2022·江蘇泰州中學高一期末)如圖所示，①表示有酶催化的反應曲線，②表示沒有催化劑的反應曲線，下列圖中的 E 可以表示酶所降低的活化能的是(　　)
答案　B
題組二　酶的特性
5．(2022·江蘇淮安高一期末)下圖表示一個酶促反應過程示意圖，它所反映的酶的一個特性和a、b、c最可能的物質依次是(其中O表示組成物質b的單體)(　　)
A．專一性；淀粉酶、淀粉、麥芽糖
B．專一性；麥芽糖酶、麥芽糖、葡萄糖
C．高效性；蛋白酶、蛋白質、多肽
D．高效性；脂肪酶、脂肪、甘油和脂肪酸
答案　A
6．如圖為蔗糖酶作用機理示意圖，下列說法正確的是(　　)
A．蔗糖酶的化學本質是RNA
B．該示意圖說明酶具有高效性
C．一分子蔗糖可以水解為2分子葡萄糖
D．蔗糖酶不能催化麥芽糖水解是因為它們不能結合形成酶—底物復合物
答案　D
解析　蔗糖酶的化學本質是蛋白質，A錯誤；圖示表明蔗糖酶只能催化分解蔗糖，說明了酶的專一性，B錯誤；一分子蔗糖可以水解為一分子葡萄糖和一分子果糖，C錯誤；由圖示可知，蔗糖酶只能催化分解蔗糖，而不能催化分解麥芽糖，其原因是酶與底物不能結合形成酶—底物復合物，D正確。
7．(2022·江蘇連云港高一期末)下表是某生物興趣小組研究酶的某一特性的實驗，下列相關分析正確的是(　　)
操作順序 項目 試管號 注意事項
1 2
① 可溶性淀粉溶液 2 mL —
② 蔗糖溶液 － 2 mL
③ 淀粉酶溶液 2 mL 2 mL 輕輕振蕩試管
④ 37 ℃下保溫時間 5 min 5 min 試管下部入水
⑤ 加入斐林試劑 2 mL 2 mL
⑥ 水浴加熱時間 1 min 1 min 試管下部入水
⑦ 結果
A.該實驗能證明淀粉酶具有專一性
B．第⑥步水浴加熱的溫度應維持在37 ℃
C．該實驗使用的是α 淀粉酶，不是唾液淀粉酶
D．實驗中將斐林試劑改為碘液，也能得出相同結論
答案　A
解析　本實驗的自變量是底物的種類，因變量是底物是否被分解，實驗的設計思路是采用同種酶不同底物的思路來證明淀粉酶具有專一性，A正確；第⑥步水浴加熱的溫度應維持在50～65 ℃，B錯誤；根據實驗溫度可推測，該實驗使用的是唾液淀粉酶，不是α 淀粉酶，因為唾液淀粉酶的最適溫度在37 ℃左右，C錯誤；實驗中將斐林試劑改為碘液，不能得出相同結論，因為用碘液無法檢測出蔗糖是否被水解，D錯誤。
8．某研究性學習小組按下表進行了實驗操作，發現試管2比試管1產生了明顯多的氣泡。該實驗說明了(　　)
操作順序 具體操作 試管
1 2
① 加入體積分數為3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL
② 滴加質量分數為5%的FeCl3溶液 2滴 —
滴加質量分數為20%的肝臟研磨液(含過氧化氫酶) — 2滴
A.酶具有專一性 B．酶具有高效性
C．酶具有多樣性 D．酶是蛋白質
答案　B
解析　根據表中信息可以看出，該實驗的自變量是催化劑的種類(酶和無機催化劑)，因變量是過氧化氫分解速度的快慢；根據題干“試管2比試管1產生了明顯多的氣泡”可推知，過氧化氫酶的催化效率比無機催化劑FeCl3要高，因此該實驗說明了酶具有高效性，B正確。
選擇題9～10題為單選題，11～13題為多選題。
9．(2022·江蘇省響水中學高一期中)下列有關酶的敘述錯誤的是(　　)
A．酶可以由C、H、O、N、P元素組成
B．酶的基本組成單位是氨基酸或核糖核苷酸
C．酶具有催化作用是因為酶能給化學反應提供能量
D．一種酶能催化一種或一類化學反應
答案　C
解析　酶催化作用的原理是降低化學反應的活化能，不能給化學反應提供能量，C錯誤。
10．(2022·江蘇鹽城伍佑中學高一期末)某科研小組從木瓜內提取到一種蛋白酶——木瓜蛋白酶。下列對該酶的敘述，正確的是(　　)
A．木瓜蛋白酶空間結構改變后不能與雙縮脲試劑反應呈紫色
B．木瓜蛋白酶通過降低化學反應的活化能來提高化學反應速率
C．利用木瓜蛋白酶、蔗糖酶和蛋白塊可探究木瓜蛋白酶的專一性
D．不加酶與加木瓜蛋白酶兩組實驗對照，可說明木瓜蛋白酶具有高效性
答案　B
解析　木瓜蛋白酶空間結構改變后可以與雙縮脲試劑反應呈紫色，因為肽鍵沒有斷裂，A錯誤；要探究木瓜蛋白酶的專一性需要用同一種酶分別和不同的底物進行實驗，C錯誤；酶具有高效性是通過與無機催化劑相比得出的，因此不加酶與加木瓜蛋白酶兩組實驗對照，無法說明木瓜蛋白酶具有高效性，D錯誤。
11．(2022·南京高一檢測)甲、乙兩種酶用同一種蛋白酶處理，酶活性與處理時間的關系如圖所示。下列分析正確的是(　　)
A．甲酶不能夠抗該種蛋白酶降解
B．甲酶可能是具有催化功能的RNA
C．乙酶的化學本質為RNA
D．乙酶活性的改變是因為其分子結構的改變
答案　BD
解析　分析題干及圖可知，甲酶的化學本質不是蛋白質，有可能是具有催化作用的RNA，B正確；乙酶的化學本質為蛋白質，C錯誤。
12．某生物研究所在一種專門用于分解PET塑料的水解酶研究方面取得重要突破，未來將據此培育出專“吃”PET塑料的新酶種，通過生物降解方法幫助解決日益嚴重的塑料垃圾污染問題。下列關于這種新酶的敘述，正確的是(　　)
A．該酶分解塑料以后，自身被消耗
B．該酶的化學本質最可能是蛋白質
C．用該酶進行生物降解塑料，比傳統的化學分解效率高，污染小
D．該酶的作用機理是降低化學反應的活化能
答案　BCD
解析　酶只是起催化作用，在反應前后，酶的數量和性質不發生變化，A錯誤。
13．如圖所示是“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗的4個組別。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．組別①號與②號對照，說明加熱能降低化學反應的活化能
B．組別①號與④號對照，說明酶具有高效性
C．組別③號與④號實驗均可置于90 ℃水浴中進行
D．溫度是組別③號與④號的無關變量
答案　ABC
解析　加熱能使一部分過氧化氫分子獲得能量而成為活化分子，不是降低反應的活化能，A錯誤；組別①號與④號對照，說明酶具有催化作用，B錯誤；在90 ℃水浴中過氧化氫會分解產生氧氣，故組別③號和④號實驗不能置于90 ℃水浴中進行，C錯誤。
14．有學生發現新鮮土豆和新鮮豬肝有同樣的催化過氧化氫分解的效果。他們利用新鮮土豆完成了一組過氧化氫在不同條件下的分解的實驗，請回答有關的問題：
(1)實驗原理：新鮮的土豆研磨液中含有____________，Fe3＋是無機催化劑，它們都可以催化過氧化氫分解為水和氧氣。
材料用具：量筒、試管、滴管、大燒杯、酒精燈等；新鮮的質量分數為30%的土豆研磨液、體積分數為3%的過氧化氫溶液、質量分數為3.5%的FeCl3溶液、蒸餾水。
方法步驟：
分組 步驟　　 1號試管 2號試管 3號試管 4號試管
第一步 2 mL H2O2 2 mL H2O2 2 mL H2O2 2 mL H2O2
第二步 2滴蒸餾水 2滴蒸餾水，90 ℃水浴加熱 2滴FeCl3溶液 2滴土豆研磨液
(2)觀察實驗現象，實驗的因變量是_________________________________。
(3)結果預測：①1號試管和2號試管相比，1號試管中幾乎沒有氣泡產生，2號試管中有____________產生。這一現象說明____________________________________。
②3號試管和4號試管相比，4號試管中產生的氣體量大。這一結果的對比，說明酶具有________________(填酶的特性)。
答案　(1)過氧化氫酶　(2)過氧化氫的分解速率
(3)①少量氣泡　加熱能促進過氧化氫分解　②高效性
15．請用所給的實驗材料和用具，設計實驗來驗證哺乳動物的蔗糖酶和唾液淀粉酶的催化作用具有專一性。要求完成實驗設計、補充實驗步驟、預測實驗結果、得出結論，并回答問題。
實驗材料與用具：適宜濃度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖溶液、淀粉溶液、斐林試劑、試管、水浴鍋。
(1)若“＋”代表加入適量的溶液，“－”代表不加溶液，甲、乙、丙、丁可代表試管標號，請用這些符號完成下表實驗設計。
　　溶液 試管 蔗糖溶液 淀粉溶液 蔗糖酶溶液 唾液淀粉酶溶液
甲 ＋ － ＋ －
乙
丙
丁
(2)實驗步驟：
①按照上表中的設計，取試管、加溶液。
②混勻，37 ℃恒溫水浴一段時間。
③取出試管，分別加入適量的__________，混勻，在________條件下隔水加熱一段時間。
④觀察實驗現象并記錄實驗結果。
(3)結果預測：_________________________________________________。
(4)結論：__________________________________________________。
答案　(1)如表所示
　　溶液 試管　　 蔗糖溶液 淀粉溶液 蔗糖酶溶液 唾液淀粉酶溶液
甲 ＋ － ＋ －
乙 － ＋ － ＋
丙 ＋ － － ＋
丁 － ＋ ＋ －
(2)③斐林試劑　50～65 ℃　(3)含有蔗糖和蔗糖酶溶液的試管，以及含淀粉和唾液淀粉酶溶液的試管中出現磚紅色沉淀，其他試管中不出現磚紅色沉淀　(4)酶的催化作用具有專一性

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