2018版高中生物总复习第5章细胞的能量供应和利用第1讲降低化学反应活化能的酶讲义新人教版必修120.wps

第5 5 章 细胞的能量供应和利用 第1 1讲 降低化学反应活化能的酶 引言：细胞时时刻刻在发生化学反应，这些反应总称细胞代谢，而代谢离不开酶的作用。 一、 酶在细胞代谢中的作用 1.1.实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解 思考 1：为什么要比较过氧化氢在不同条件下的分解速率？比较得出的结论是什么？ 思考 2：本实验是如何提高实验结论的可信度的？ 例1.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（ ） 1%焦性没 管号 2%H2O2/mL 缓冲液/mL 食子酸/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 A1 号管为对照组，其余不都是实验组 B2 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 思考 3：加热、加过氧化氢酶都能加快过氧化氢的分解，其原因相同吗？ 2 2酶通过显著降低化学反应的活化能，从而加快反应速率 二、酶的本质 酶是活细胞产生的具有 作用的一类有机物，其中绝大多数是 ，少数是 。 思考4：怎样得知酶的化学本质？ 例2.甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶 活性与处理时间的关系如下图所 示。下列分析错误的是（ ） A甲酶能够抗该种蛋白酶降解 B甲酶不可能是具有催化功能的RNA C乙酶的化学本质为蛋白质 D乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变 例3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 1 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.RNA D.逆转录酶 三、酶的特性 思考 5：一种酶能催化细胞内所有的化学反应吗？怎样通过实验知道这一点？ 2 1 1“”“酶的作用不仅 高效 ，而且 专一” 例4 .请用所给的实验材料和用具，设计实验来验证哺乳动物的蔗糖 酶和淀粉酶的催化作用具有专一性。 要求完成实验设计、补充实验步骤、预测实验结果、 得出结论，并回答问题。 实验材料与用具：适 宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉 4 种溶液，斐林试剂、 试管、37恒温水浴锅， 沸水浴锅。 （1“）若 +”代表加入适量的溶液，“”代表不加溶液，甲、乙等代表试管标号，请 用这些符号完成下表实验设计。 （2）实验步骤： 按照上表中的设计，取试管、加溶液。 （3）结果预测： 。 （4）结论： 。 （5）在上述试验中，如果仅将 37恒温水浴锅的温度调到 20。而在其他条件不变的 情况下重做上述实验，出现砖红色试管中的颜色会比 37时的浅，其原因是 。 思考6：如果酶不具有高效性和专一性，将给细胞的生活带来什么影响？ 思考 7：能根据酶的高效性和专一性推测细胞中酶的数量和种类情况吗？ 思考 8： 酶具有高效性和专一性。你怎样解释其中的原因？ 2 2酶的作用条件较温和 思考 9：怎样知道某种酶的活性是否受某种环境条件（如温度、pH 等）的影响？ 例5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 思考 10：在一个酶催化的反应体系中，反应速率会受哪些因素影响？用文字或者坐标 曲线分别表示这些影响，并且尝试从理论上解释为什么会有这种影响。 例6.下列操作中，不可能导致淀粉酶活性发生变化的是( ) A.淀粉酶溶液中加入强酸 B. 淀粉酶溶液中加入蛋白酶 C.淀粉酶溶液中加入淀粉溶液 D.淀粉酶经高温烘干制成粉剂 例7.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）。 酶的活性仅受环境因素影响吗？你将在例 8 中看到酶活性受遗传因素（小麦品种）的影 响。 例8.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，分别加蒸馏水研磨、制成提取 液（去 淀粉），并在适宜条件下进行实验。实验分组、步骤及结果如下： 分组 红粒管 白粒管 对照管 步骤 加样 0.5 mL 提取液 0.5 mL提取液 C 加缓冲液（mL） 1 1 1 加淀粉溶液（mL） 1 1 1 37保温适当时间，终止酶促反应，冷却至常温，加适量碘液显色 显色结果 + + + + + “注： +”数目越多表示蓝色越深。 步骤中加入的C 是 ，步骤中加缓冲液的目的是 。 显色结果表明：淀粉酶活性较低的品种是 ；据此推测：淀粉酶活性越低，穗发芽 率越 。 若步骤中的淀粉溶液浓度适当减小，为保持显色结果不变，则保温时间 应 。 （2）小麦淀粉酶包括-淀粉酶和-淀粉酶，为进一步探究其活性在穗发芽率差异中的 作用， 设计了如下实验方案： X处理的作用是使 。若 中两管显色结果无明显差异，且 中的显色结果为红粒管颜色显著 “”“白粒管（填 深于 或 浅于”），则表明-淀 粉 酶活性是引起这两种小麦穗发芽率差异的主要原因。 第1 1 讲 降低化学反应活化能的酶 思考 1：为什么要比较过氧化氢在不同条件下的分解速率？比较得出的结论是什么？ 答：仅 从知识方面来讲，比较过氧化氢在不同条件下的分解速率的目的指向酶（过氧化 氢酶）的作用。比较得出的结论是加入肝脏研磨液的试管中过氧化氢分解最快，可能是因为 研磨 液中存在生物催化剂酶。 思考 2：本实验是如何提高实验结论的可信度的？ 答：本实验通过控制变量提高实验结论的可信度。实验中，只有反应条件是改变的，其 余因素（如反应物的性质和浓度）都没有变化。 例1. A。1 号管、2号管均为对照组，3 号管为实验组，结果如果同1， 则可能无过氧化氢酶。结果 如果同2，则可能有过氧化氢酶。4 号管对初步结论作进一 步验证：如果白菜梗中有过氧化氢 酶，则煮沸冷却后应失活，结果将同 1。 思考 3：加热、加过氧化氢酶都能加快过氧化氢的分解，其原因相同吗？ 答：不相同。加热可以提供能量，所以能加快过氧化氢的分解，而过氧化氢酶不能提供 能量，酶通过降低化学反应所需的活化能来加快过氧化氢分解。 思考4：怎样得知酶的化学本质？ “答：参见课本资料分析 关于酶本质的探索”。 例2. B。用蛋白酶处理，甲酶活性不变，说明甲酶能够抗该种蛋白酶 降解，甲酶可能是具有催化 功能的RNA。用蛋白酶处理，乙酶活性下降，说明乙酶的化 学本质为蛋白质。酶活性由其分子结 构决定，所以乙酶活性的改变是因为其分子结构的 改变。 例3 C。提示：核糖体由蛋白质和rRNA 组成。 思考 5：一种酶能催化细胞内所有的化学反应吗？怎样通过实验知道这一点？ 答：一种酶不能催化细胞内所有的化学反应。可以通过有关酶的专一性实验知道这一点， 如例4中的实验。 例4. （1） （2）混匀，37恒温水浴一段时间 取出试管，分别加入适量的斐林试剂，混匀，沸水水浴一段时间 观察实验现象并记录实验结果 （3）含有蔗糖和蔗糖酶溶液的试管，以及含淀粉和淀粉酶溶液的试管中出现砖红色沉 淀， 其他试管中不出现砖红色沉淀 （4）酶的催化作用具有专一性 （5）20低于酶的最适温度，酶活性低，水解产生的还原糖少 思考 6：如果酶不具有高效性和专一性，将给细胞的生活带来什么影响？ 答：如果酶不具有高效性和专一性，细胞的代谢反应将不能快速有序地进行。 思考 7：能根据酶的高效性和专一性推测细胞中酶的数量和种类情况吗？ 答：根据酶具有高效性推测，细胞中酶的数量可能无需很多（但这也不是一定的，酶的 数量多少本身也是相对而言的）。根据酶具有专一性推测，酶的种类应该很多。 思 考 8：酶具有高效性和专一性。你怎样解释其中的原因？ 答：酶具有高效性，其原因可以简单解释为酶能显著降低化学反应的活化能。酶具有专 “”一性，可以用 锁钥学说 来解释，如P86课后练习第一大题第3 小题图解所示。 思考 9：怎样知道某种酶的活性是否受某种环境条件（如温度、pH 等）的影响？ 答：参见课本 P83-84“”探究影响酶活性的条件 实验。 例5 C。为了控制pH,得先加入缓冲液。 思考 10：在一个酶催化的反应体系中，反应速率会受哪些因素影响？用文字或者 坐标 曲线分别表示这些影响，并且尝试从理论上解释为什么会有这种影响。 答：在一个酶催化的反应体系中，反应速率会受底物浓度、酶的数量和活性等因素影响， 酶活性又受温度、pH 等因素影响。在一定温度（pH）范围内，随温度（pH）的升高，酶 活 性增强，当温度（pH）超过酶作用的最适温度（pH）后，酶活性逐渐减弱。高温、过酸 和过 碱都会使酶失活。在底物足够且其他因素适宜的情况下，酶促反应速率与酶的浓度呈正 比。 当酶的浓度、温度和 pH 恒定且适宜时，在底物浓度很低的范围内，反应速率与底 物浓度几 乎成正比；当底物浓度达到一定值时，所有酶全部与底物结合，反应速率达到最 大。若底物 浓度超过一定值，反应速率不再增加。坐标曲线参考课本和课后习题。 例6. C。酶活性会因强酸和高温而破坏。淀粉酶会被蛋白酶水解。淀粉 酶会水解淀粉，而淀 粉不会影响淀粉酶的活性。 例7.（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 例8. （1）0.5mL 蒸馏水 控制pH 红粒小麦 低 缩短（2）淀粉 酶失活 深于 【解析】（1）加 0.5mL 蒸馏水作为对照。步骤中加缓冲液的目的是控制pH。红粒 管 比白粒管中蓝色深，说明其中淀粉酶分解的淀粉少，淀粉酶活性低。因此显色结果表明： 淀 粉酶活性较低的品种是红粒小麦。而题干信息有“红粒小麦的穗发芽率明显低于当地白粒 小 麦”，所以据此推测：淀粉酶活性越低，穗发芽率越低。若步骤中的淀粉溶液浓度适当减 小，其他条件不变，显色结果将会蓝色变浅。如果缩短保温时间，淀粉分解减少，将有可能 保持显色结果不变。 （2）为探究-淀粉酶和-淀粉酶活性在穗发芽率差异中的作用，可以分别使-淀粉 酶和-淀粉酶失活，如题中方案 和方案 所示，观察显色结果。如果-淀粉酶活性是引 起这两种小麦穗发芽率差异的主要原因，那么，方案 中使-淀粉酶失活，就将导致两管 显色结果无明显差异（白粒管中蓝色也较深）。方案 使-淀粉酶失活，如果-淀粉酶活 性 不是引起这两种小麦穗发芽率差异的主要原因，则两管显色结果将与第1小题中实验显色 结果无明显差异（红粒管蓝色显著深于白粒管）。