
自主預(yù)習(xí)一、酶的概念、本質(zhì)及發(fā)現(xiàn)過(guò)程1.概念和本質(zhì):酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的一類(lèi) 生物催化劑 ,大多數(shù)酶是 蛋白質(zhì) ,少數(shù)酶是 RNA 。?
你能用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)幫助薩姆納驗(yàn)證脲酶是蛋白質(zhì)嗎?(寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)思路即可)提示:用雙縮脲試劑鑒定,用已知的蛋白質(zhì)樣液作對(duì)照。
二、酶的催化機(jī)理?酶(圖示中字母 A )與底物結(jié)合(圖示中字母 B ),形成 酶-底物 復(fù)合物,然后這個(gè)復(fù)合物會(huì)發(fā)生一定的形狀變化,使底物變成產(chǎn)物,并從復(fù)合物上脫落;同時(shí)酶分子又 恢復(fù)原狀 ,可以重新與底物結(jié)合,繼續(xù)下一輪的反應(yīng)。?
酶作用的強(qiáng)弱可用 酶活性 表示。酶活性一般是指單位時(shí)間內(nèi) 底物 的消耗量或 產(chǎn)物 的生成量。例如,1 g蔗糖酶在1 min內(nèi)使多少克蔗糖水解,就代表蔗糖酶的活性是多少。
三、酶的催化功能具有專(zhuān)一性和高效性1.專(zhuān)一性:由于酶分子的結(jié)構(gòu)只適合與一種或者一類(lèi)分子結(jié)合,所以一種酶只能催化 一種 底物或者 少數(shù)幾種 相似底物的反應(yīng)。例如,蔗糖酶只能催化 蔗糖 的水解,不能催化麥芽糖的水解。?2.高效性:由于酶通過(guò)與底物分子結(jié)合,使化學(xué)反應(yīng)極易進(jìn)行,所以反應(yīng)效率極高。這是由于酶可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。
四、酶的催化功能受多種條件的影響1.pH:酶通常在一定pH范圍內(nèi)才起作用,而且在某一pH下作用 最強(qiáng) 。最適的pH范圍可能很窄,也可能較寬,這取決于不同酶的特性。?
2.溫度:溫度也是影響酶促反應(yīng)速率的重要因素。酶促反應(yīng)都有一個(gè) 最適溫度 ,在此溫度以上或以下,酶活性均會(huì) 下降 。溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響有兩個(gè)方面:其一,溫度升高,反應(yīng)物分子具有的能量增加,反應(yīng)速度 加快 。其二,酶是蛋白質(zhì),酶分子本身會(huì)隨溫度的升高而發(fā)生 空間結(jié)構(gòu) 改變,導(dǎo)致熱變性。溫度升得越高,酶變性的速率 越快 ,升到一定溫度,酶將完全失去活性。這兩個(gè)作用 疊加 在一起,使得酶所催化的反應(yīng)表現(xiàn)出最適溫度。3.有機(jī)溶劑、重金屬離子、酶的 激活劑 和 抑制劑 等都會(huì)影響酶的活性。
預(yù)習(xí)檢測(cè)1.判斷題。(1)酶與雙縮脲試劑不一定發(fā)生紫色反應(yīng)。( )(2)酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化和調(diào)節(jié)作用的一類(lèi)有機(jī)物。( )(3)酶通過(guò)為反應(yīng)物供能和降低活化能來(lái)提高化學(xué)反應(yīng)速率,所以具有高效性。( )(4)酶催化各種化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所都發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)。( )
(5)酶的催化效率很高,但易受溫度和pH的影響。( )(6)酶與底物結(jié)合形成酶-底物復(fù)合物,該復(fù)合物會(huì)發(fā)生一定的形狀變化。( )(7)探究酶的專(zhuān)一性時(shí),若底物是蔗糖,不能選用碘-碘化鉀溶液作為指示試劑。( )(8)酶的合成場(chǎng)所都在核糖體。( )(9)低溫、高溫均會(huì)破壞酶的分子結(jié)構(gòu),使酶的活性降低。( )(10)酶一般在其最適溫度下保存。( )
2.酶的化學(xué)本質(zhì)是( )A.氨基酸B.核糖核酸C.蛋白質(zhì)或核糖核酸D.脫氧核糖核酸答案:C
3.下列能夠促使過(guò)氧化氫酶水解的是( )A.淀粉酶B.蛋白酶C.脂肪酶D.麥芽糖酶答案:B解析:淀粉酶促進(jìn)淀粉的水解;蛋白酶促進(jìn)蛋白質(zhì)的水解,過(guò)氧化氫酶屬于蛋白質(zhì);脂肪酶促進(jìn)脂肪的水解;麥芽糖酶促進(jìn)麥芽糖的水解。
4.下列關(guān)于酶的敘述,錯(cuò)誤的是( )A.酶作用的強(qiáng)弱可用酶活性表示B.一種酶能催化一種底物或者少數(shù)幾種相似底物的反應(yīng)C.酶的催化需要適宜的溫度和pHD.酶能提供化學(xué)反應(yīng)所需的活化能答案:D解析:酶作用的強(qiáng)弱可用酶活性表示, A項(xiàng)正確。 酶分子具有一定的空間結(jié)構(gòu),一種酶只能催化一種底物或者少數(shù)幾種相似底物的反應(yīng),B項(xiàng)正確。 酶的催化需要適宜的溫度和pH,C項(xiàng)正確。酶能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能,而不能提供化學(xué)反應(yīng)所需的活化能,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
一 酶的產(chǎn)生部位、本質(zhì)、功能及特性
2 min內(nèi),淀粉酶A催化分解了5 g底物,淀粉酶B催化分解了6 g底物,能說(shuō)酶B的活性比酶A的活性高嗎?提示:不能。酶活性是指單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量或產(chǎn)物的生成量。2 min內(nèi),淀粉酶A催化分解了5 g底物,淀粉酶B催化分解了6 g底物,兩種酶的催化活性無(wú)法比較,還需知曉淀粉酶A和淀粉酶B的質(zhì)量,才可進(jìn)行兩者的活性比較。
典例剖析人體內(nèi)某種蛋白質(zhì)被水解的過(guò)程如下圖所示,下列相關(guān)敘述正確的是( )?A.蛋白質(zhì)的水解只發(fā)生在細(xì)胞外,如消化道內(nèi)B.該過(guò)程為放能反應(yīng),釋放的能量可用于合成ATPC.該過(guò)程中酶分子可發(fā)生可逆性形變D.可用單位時(shí)間內(nèi)分解蛋白質(zhì)的量代表酶活性
解析:蛋白質(zhì)的水解可發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外,A項(xiàng)錯(cuò)誤。蛋白質(zhì)的水解反應(yīng)為放能反應(yīng),釋放的能量以熱能的形式散失,不能用于合成ATP,B項(xiàng)錯(cuò)誤。酶與底物結(jié)合形成酶-底物復(fù)合物,這個(gè)復(fù)合物會(huì)發(fā)生一定的形狀變化,使底物變成產(chǎn)物,并從復(fù)合物上脫落,同時(shí)酶分子又恢復(fù)原狀,C項(xiàng)正確。酶作用的強(qiáng)弱可用酶活性表示,例如,1 g蛋白酶在1 min內(nèi)使多少克蛋白質(zhì)水解,就代表蛋白酶的活性是多少,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
學(xué)以致用下列有關(guān)酶的敘述,正確的是( )①酶是有分泌功能的細(xì)胞產(chǎn)生的 ②有的從食物中獲得,有的在體內(nèi)轉(zhuǎn)化而來(lái)?、刍罴?xì)胞一般都能產(chǎn)生酶 ④酶具有高效性?、菝赣珊颂求w合成 ⑥酶在代謝中有多種功能?、呙冈诩?xì)胞代謝、生殖和發(fā)育中起調(diào)控作用?、嗝钢黄鸫呋饔肁.①②⑤B.②③⑦C.③④⑧D.③④⑥答案:C
解析:酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的一類(lèi)生物催化劑;酶具有高效性、專(zhuān)一性;大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),少數(shù)是RNA,因此,絕大多數(shù)的酶在核糖體上合成。
二 有關(guān)酶的特性的實(shí)驗(yàn)探究
重難歸納1.探究酶的專(zhuān)一性(1)實(shí)驗(yàn)原理
(2)實(shí)驗(yàn)步驟①方案一:用同一種酶催化兩種不同底物a.b.使淀粉酶分別作用于淀粉和蔗糖后,再用本尼迪特試劑鑒定,根據(jù)是否有紅黃色沉淀生成來(lái)判斷淀粉酶是否對(duì)二者都有催化作用,從而探究酶的專(zhuān)一性。
②方案二:用兩種不同的酶催化同一種底物a.
b.分別使淀粉酶和蔗糖酶作用于淀粉或蔗糖后,再用本尼迪特試劑鑒定,根據(jù)是否有紅黃色沉淀生成來(lái)判斷哪一種酶能將淀粉或蔗糖催化水解為還原糖,從而探究酶的專(zhuān)一性。
(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:過(guò)氧化氫酶的催化效率比二氧化錳的催化效率高,酶的高效性保證了細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行。
1.進(jìn)行酶的專(zhuān)一性探究活動(dòng)時(shí),應(yīng)該注意哪些細(xì)節(jié)?提示:①進(jìn)行酶的專(zhuān)一性探究活動(dòng)時(shí),若底物為蔗糖,則該組實(shí)驗(yàn)不能采用碘-碘化鉀溶液作為指示試劑,因?yàn)檎崽菬o(wú)論是否發(fā)生水解反應(yīng),都無(wú)法通過(guò)碘-碘化鉀溶液進(jìn)行鑒別。②進(jìn)行酶的專(zhuān)一性探究活動(dòng)時(shí),應(yīng)嚴(yán)格遵循單一變量原則進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析。③進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí),某一組出現(xiàn)假陽(yáng)性反應(yīng),則需要分析待檢測(cè)液、酶等是否純凈。
2.進(jìn)行酶催化的高效性探究活動(dòng)時(shí),為什么要用新鮮的肝臟?為什么要將肝臟做成勻漿?提示:①探究酶催化的高效性時(shí),肝臟必須是新鮮的,因?yàn)樾迈r的肝臟中酶能保持其原有的活性。②實(shí)驗(yàn)中使用肝臟勻漿,可以加大肝細(xì)胞內(nèi)過(guò)氧化氫酶與試管中的過(guò)氧化氫的接觸面積,使其中的酶能正常發(fā)揮催化特性。
典例剖析某同學(xué)為探究酶的專(zhuān)一性,設(shè)計(jì)了如下表所示的實(shí)驗(yàn)。下列敘述錯(cuò)誤的是( )
A.1、2號(hào)試管應(yīng)各滴加1 mL蒸餾水B.3、4號(hào)試管可換用碘-碘化鉀溶液作為檢測(cè)試劑C.所有試管應(yīng)置于37 ℃恒溫水浴中保溫D.1、2號(hào)試管用于檢驗(yàn)淀粉、蔗糖能否與檢測(cè)試劑發(fā)生反應(yīng)答案:B
解析:實(shí)驗(yàn)遵循等量原則,1號(hào)和2號(hào)試管是對(duì)照組,應(yīng)各滴加1 mL蒸餾水,A項(xiàng)正確。碘-碘化鉀溶液遇淀粉變藍(lán),3號(hào)試管無(wú)淀粉,4號(hào)試管淀粉酶將淀粉分解,無(wú)淀粉,因此3、4號(hào)試管現(xiàn)象一致,無(wú)法判斷酶的專(zhuān)一性,B項(xiàng)錯(cuò)誤。唾液淀粉酶的最適溫度是37 ℃,因此所有試管應(yīng)置于37 ℃恒溫水浴中保溫,C項(xiàng)正確。1號(hào)和2號(hào)試管是對(duì)照組,用于檢驗(yàn)淀粉、蔗糖能否與檢測(cè)試劑發(fā)生反應(yīng),D項(xiàng)正確。
學(xué)以致用下表是某同學(xué)所做的關(guān)于酶特性的實(shí)驗(yàn)操作步驟,據(jù)此分析,下列敘述錯(cuò)誤的是( )
A.實(shí)驗(yàn)的自變量是底物種類(lèi)B.常用氯化鈉溶液來(lái)溶解本實(shí)驗(yàn)中的淀粉C.保溫15 min的步驟是多余的D.實(shí)驗(yàn)結(jié)論是酶具有專(zhuān)一性答案:C
解析:本實(shí)驗(yàn)的自變量是底物種類(lèi),A項(xiàng)正確。氯離子是唾液淀粉酶的激活劑,為保障酶的活性,淀粉溶液中應(yīng)含有一定量的氯化鈉,B項(xiàng)正確。保溫的目的是使酶在適宜的溫度下充分發(fā)揮催化作用,C項(xiàng)錯(cuò)誤。唾液淀粉酶能催化淀粉水解形成還原糖,還原糖與本尼迪特試劑反應(yīng)生成紅黃色沉淀,唾液淀粉酶不能催化蔗糖水解,加入本尼迪特試劑后不會(huì)出現(xiàn)紅黃色沉淀,進(jìn)而驗(yàn)證酶具有專(zhuān)一性,D項(xiàng)正確。
三 酶活性的相關(guān)曲線解讀
2.影響酶作用的因素
1.發(fā)熱時(shí),病人為什么沒(méi)有食欲?提示:發(fā)熱時(shí)體溫升高,導(dǎo)致人體內(nèi)各種消化酶的活性降低,消化功能減弱。2.冬季用加酶洗衣粉洗衣服時(shí),用冷水效果好還是溫水效果好?提示:冷水的溫度低,會(huì)抑制酶的活性,所以用加酶洗衣粉洗衣服時(shí),用溫水效果好。
典例剖析右圖是酶活性與溫度的關(guān)系。下列敘述正確的是( )A.當(dāng)反應(yīng)溫度由t2調(diào)到最適溫度時(shí),酶活性下降B.當(dāng)反應(yīng)溫度由t1調(diào)到最適溫度時(shí),酶活性上升C.酶活性在t2時(shí)比t1時(shí)低,故t2更適合酶的保存D.酶活性在t1時(shí)比t2時(shí)高,表明t1時(shí)酶的空間結(jié)構(gòu)破壞更嚴(yán)重答案:B
解析:酶在t2時(shí)無(wú)活性,表明酶已經(jīng)變性失活,因此當(dāng)反應(yīng)溫度由t2調(diào)到最適溫度時(shí),酶活性不變,A項(xiàng)錯(cuò)誤。在t1所示的低溫時(shí),酶的活性較弱,所以當(dāng)反應(yīng)溫度由t1調(diào)到最適溫度時(shí),酶活性上升,B項(xiàng)正確。在t2時(shí)酶的活性為零,空間結(jié)構(gòu)已經(jīng)遭到破壞,而在t1時(shí)酶的活性雖然較低,但其空間結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定,因此t1更適合酶的保存,C、D兩項(xiàng)錯(cuò)誤。
學(xué)以致用探究某種酶特性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示,下列分析正確的是( )
A.本實(shí)驗(yàn)探究的是蔗糖酶的特性B.圖1實(shí)驗(yàn)的自變量是溫度,該實(shí)驗(yàn)證明了酶具有高效性C.由圖1和圖2可知,該酶在20 ℃、pH=7時(shí)活性最高D.圖3所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明酶具有專(zhuān)一性答案:D解析:由題圖3可知,該酶是麥芽糖酶,本實(shí)驗(yàn)探究的是麥芽糖酶的特性,A項(xiàng)錯(cuò)誤。圖1表明酶需要適宜的溫度,B項(xiàng)錯(cuò)誤。由題圖1和圖2可知,該酶在溫度為30 ℃左右、pH=7時(shí)活性最高,C項(xiàng)錯(cuò)誤。圖3所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明麥芽糖酶能水解麥芽糖,不能水解蔗糖,說(shuō)明酶具有專(zhuān)一性,D項(xiàng)正確。
1.探究不同溫度對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)中,酶活性、pH分別屬于( )A.自變量和因變量 B.因變量和無(wú)關(guān)變量C.自變量和無(wú)關(guān)變量D.自變量和對(duì)照變量答案:B解析:探究不同溫度對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)中,溫度是自變量,酶活性是因變量,pH是無(wú)關(guān)變量。
2.(2021年浙江學(xué)考)MnO2和細(xì)胞內(nèi)合成的過(guò)氧化氫酶均可催化H2O2分解成為H2O和O2。下列敘述錯(cuò)誤的是( )A.過(guò)氧化氫酶具有專(zhuān)一性B.過(guò)氧化氫酶在體外不具有催化作用C.過(guò)氧化氫酶的活性受溫度和pH的影響D.與MnO2相比,過(guò)氧化氫酶的催化效率更高答案:B解析:酶具有專(zhuān)一性,A項(xiàng)正確。只要條件適宜,過(guò)氧化氫酶在體外也具有催化作用,B項(xiàng)錯(cuò)誤。酶的活性受溫度和pH的影響,C項(xiàng)正確。MnO2是無(wú)機(jī)催化劑,過(guò)氧化氫酶的催化效率比無(wú)機(jī)催化劑更高,D項(xiàng)正確。
3.(2021年溫州學(xué)考模擬)為了研究酶的某種特性,進(jìn)行了如下分組實(shí)驗(yàn)。甲組:2 mL淀粉酶溶液+2 mL蔗糖溶液→結(jié)果檢測(cè);乙組:2 mL淀粉酶溶液+2 mL淀粉溶液→結(jié)果檢測(cè)。據(jù)此分析,下列關(guān)于該分組實(shí)驗(yàn)的敘述,錯(cuò)誤的是( )A.實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證酶的專(zhuān)一性B.實(shí)驗(yàn)的自變量是底物的種類(lèi)C.兩組實(shí)驗(yàn)條件應(yīng)相同且適宜D.檢測(cè)試劑可用碘-碘化鉀溶液答案:D
解析:本實(shí)驗(yàn)的自變量是底物的種類(lèi),即驗(yàn)證一種酶對(duì)不同底物的催化作用,實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證酶的專(zhuān)一性,A、B兩項(xiàng)正確。實(shí)驗(yàn)條件比如溫度、pH等屬于本實(shí)驗(yàn)的無(wú)關(guān)變量,兩組要求相同且適宜,C項(xiàng)正確。蔗糖是否能被淀粉酶水解,用碘-碘化鉀溶液檢測(cè)不出來(lái),故本實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)試劑不可用碘-碘化鉀溶液,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
4.為了探究溫度對(duì)某種酶活性的影響,設(shè)置以下3組實(shí)驗(yàn):A組(20 ℃)、B組(40 ℃)和C組(60 ℃)。一定反應(yīng)時(shí)間后,各組的產(chǎn)物濃度(其他條件相同)如下圖所示。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )?A.該酶的化學(xué)本質(zhì)可能是蛋白質(zhì)B.在t2時(shí),C組產(chǎn)物濃度不再增加是因?yàn)榈孜镆呀?jīng)消耗完畢C.3個(gè)溫度條件下,該酶活性最高的是B組D.在t3之前,若將A組溫度提高10 ℃,酶促反應(yīng)速率會(huì)加快
解析:酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)或RNA,根據(jù)圖中三條曲線,說(shuō)明該酶較易受溫度影響,故其化學(xué)本質(zhì)可能是蛋白質(zhì),A項(xiàng)正確。在t2時(shí),C組產(chǎn)物濃度不再變化,原因是高溫使酶失活,B項(xiàng)錯(cuò)誤。由題圖可知,B組(40 ℃)反應(yīng)到達(dá)化學(xué)平衡所需要的時(shí)間最短,酶的活性最高,C項(xiàng)正確。A組溫度為20 ℃,還未達(dá)到最適溫度,在t3之前,若將A組溫度提高10 ℃,酶活性會(huì)增強(qiáng),酶促反應(yīng)速率會(huì)加快,D項(xiàng)正確。
5.下表表示探究酶的催化特性所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)基本過(guò)程及結(jié)果,據(jù)此分析,下列敘述錯(cuò)誤的是( )
A.比較1、2、4號(hào)試管,可以得出酶具有專(zhuān)一性B.比較1、3、4號(hào)試管,可以得出酶具有高效性C.將5、6號(hào)試管轉(zhuǎn)入37 ℃水浴鍋中,氣泡產(chǎn)生速率相同D.反應(yīng)結(jié)束后,3、4號(hào)試管中產(chǎn)生的氣體量相等答案:C
解析:新鮮唾液中含有唾液淀粉酶,雞肝勻漿中含有過(guò)氧化氫酶,比較1、2、4號(hào)試管,可以得出酶具有專(zhuān)一性,A項(xiàng)正確。二氧化錳是一種無(wú)機(jī)催化劑,比較1、3、4號(hào)試管,可以得出酶具有高效性,B項(xiàng)正確。煮沸的雞肝勻漿中酶已變性失活,轉(zhuǎn)入37 ℃水浴鍋中,酶活性也不能恢復(fù),5 ℃的雞肝勻漿中酶活性較低,轉(zhuǎn)入37 ℃水浴鍋中,酶活性會(huì)升高,因此將5、6號(hào)試管轉(zhuǎn)入37 ℃水浴鍋中,氣泡產(chǎn)生速率不同,C項(xiàng)錯(cuò)誤。催化劑只能加快反應(yīng)速率,不能增加生成物的量,D項(xiàng)正確。
6.大菱鲆是我國(guó)重要的海水經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)。某學(xué)習(xí)小組嘗試對(duì)大菱鲆消化道中蛋白酶的活性進(jìn)行研究。
(1)查詢資料得知,18 ℃時(shí),在不同pH條件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶的活性如圖1所示。由圖可知,在各自最適pH下,三種蛋白酶催化效率最高的是 。?
(2)資料表明大菱鲆人工養(yǎng)殖溫度常年在15~18 ℃。該學(xué)習(xí)小組假設(shè):大菱鲆蛋白酶的最適溫度在15~18 ℃。他們?cè)O(shè)置15 ℃、16 ℃、17 ℃、18 ℃的實(shí)驗(yàn)溫度,探究三種酶的最適溫度。①探究實(shí)驗(yàn)中以干酪素為底物。干酪素的化學(xué)本質(zhì)是 ,可用 試劑進(jìn)行鑒定。?②胃蛋白酶實(shí)驗(yàn)組和幽門(mén)盲囊蛋白酶實(shí)驗(yàn)組的pH應(yīng)分別控制在 和 。?③單位時(shí)間內(nèi) 可以表示蛋白酶的活性高低。?④實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示,據(jù)此能否確認(rèn)酶的最適溫度?并說(shuō)明理由?! 、菰撎骄繉?shí)驗(yàn)的自變量是 。?
答案:(1)幽門(mén)盲囊蛋白酶(2)蛋白質(zhì) 雙縮脲 2 8 底物(或干酪素)的消耗量(或產(chǎn)物的生成量) 否,由題圖2可知,在15~18 ℃的范圍內(nèi),隨溫度的升高,蛋白酶的活性一直在增強(qiáng),沒(méi)有出現(xiàn)酶活性的峰值,因此不能確認(rèn)酶的最適溫度 溫度
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