科学·技术·社会　酶为生活添姿彩课堂实录【2】

考点二

酶的本质、特性及相关实验探究

1.酶的本质与作用

(1)酶本质的探索历程

(2)酶的本质和作用

思维辨析

正确理解有关酶的本质和作用

项目

产生场所

化学本质

作用场所

温度影响

作用

来源

(3)比较过氧化氢在不同条件下的分解

①实验过程

错误说法

具有分泌功能的细胞才能产生

蛋白质

只在细胞内起催化作用

低温和高温均使酶变性失活

酶具有调节、催化等多种功能

有的可来源于食物等

正确理解

活细胞(不考虑哺乳动物成熟的红细胞等) 有机物(大多数为蛋白质，少数为RNA) 可在细胞内、细胞外、体外发挥作用

低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活；高温使酶变性失活

酶只起催化作用

酶只在生物体内合成

②变量分析

③辨析酶的作用原理：酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能，分析如下：

图中AC段和BC段分别表示无催化剂和酶催化时反应进行所需要的活化能。若将酶变为无机催化剂，则B在纵轴上向上移动。用加热的方法不能降低活化能，但会提供活化能。无论是否有催化剂，反应的最终结果是不变的。

2.酶的特性及影响因素曲线的分析

(1)对应连线

(2)曲线辨析

①表示酶高效性的曲线

与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。

曲线分析：酶只能缩短达到化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的平衡点。

②表示酶专一性的曲线

曲线分析：加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶具有专一性。

(3)影响酶活性因素的相关曲线

甲曲线分析：

①在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。

②过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子的结构未被破坏，温度升高可恢复活性。

乙曲线分析：

纵坐标为反应物剩余量，剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢；图示pH＝7时，反应物剩余量最少，应为最适pH；反应溶液pH的变化不影响(填“影响”或“不影响”)酶作用的最适温度。

(4)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响

①甲图：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。

②乙图：在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。

特别提醒

(1)酶促反应速率与酶活性不同。温度和pH通过影响酶活性，进而影响酶促反应速率。底物浓度和酶浓度也能影响酶促反应速率，但并未改变酶活性。

(2)同一个体不同细胞中，酶的种类和数量会不同，对于同一个细胞而言，在不同的时期或生理状态下，细胞中酶的种类和数量也会发生改变。

1.判断常考语句，澄清易混易错

(1)酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸(

×

) (2)酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸(

×

) (3)酶提供了反应过程所必需的活化能(

×

) (4)随着温度降低，酶促反应的活化能下降(

×

) (5)酶是由活细胞产生的，因此酶只能在细胞内发挥作用(

×

) (6)酶活性的发挥离不开其特定的结构(

√

) 2.分析命题热图，明确答题要点

如图甲表示A、B两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系；而图乙所示为不同条件下，某酶促反应生成物随时间的变化曲线，请分析：

(1)图甲中A、B两种酶的化学本质是否相同？

提示

观察曲线图可知，A酶的活性始终保持不变，表明A酶能抵抗该种蛋白酶的降解，则A酶的化学本质不是蛋白质而是RNA，B酶能被蛋白酶破坏，活性降低，则B酶为蛋白质。

(2)图乙中B酶活性改变的机制是什么？

提示

B酶被降解的过程中其分子结构会发生改变，从而使其活性丧失。

(3)图乙中造成①②③曲线不同的条件可能是什么？

提示

造成曲线不同的条件可能是温度的不同、pH值的不同，酶浓度的不同，也可能是③是未加催化剂，②是加入无机催化剂，①是加入有机催化剂酶。

(4)若图乙中3条曲线是在pH值为下图中的a、b、c点时所测的生成物的量随时间的变化曲线，若改为pH为d、e点所示值的环境中时，请在图乙中绘出生成物的量随时间的变化曲线。

提示

d点时对应如下图，而e点时与乙图中②所示曲线重合。

命题点一

酶的本质与作用的分析

1.下列有关酶的叙述，正确的是(

) A.具有分泌功能的活细胞才能产生酶

B.酶可被水解为氨基酸或脱氧核苷酸

C.一种酶只能催化一定的反应物发生反应

D.酶通过为化学反应供能来提高反应速率

答案

C 解析

所有的活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生酶，A错误；酶的化学本质是蛋白质或RNA，可被水解为氨基酸或核糖核苷酸，B错误；酶的催化作用具有专一性，即一种酶只能催化一定的反应物发生反应，C正确；酶通过降低化学反应的活化能来提高反应速率，本身不能为化学反应提供能量，D错误。

2.(2016·湖南重点高中三校联考)下列关于酶的叙述正确的是(

) A.酶适于低温下保存，因为低温时虽然酶的活性很低，但酶的空间结构稳定

B.Fe3和酶促使过氧化氢分解，是因为它们降低了化学反应的活化能，同时给过氧化氢提供＋能量

C.酶是由内分泌腺细胞合成的、具有催化作用的有机物

D.酶与激素一样使用后立即被灭活，所以活细胞中需要源源不断地合成酶

答案

A 解析

低温下酶的活性被抑制，而空间结构稳定，不会变性失活，A正确；Fe3和酶均促使＋过氧化氢分解，是因为它们均能降低化学反应的活化能，但不能给过氧化氢的分解提供能量，B错误；酶是由活细胞产生的、具有催化作用的有机物，C错误；酶在化学反应后不被灭活，且数量不变，不需源源不断地合成，D错误。

3.(2016·山东师大附中三模)下列关于酶的叙述中，正确的是(

) A.能产生激素的细胞一定能产生酶

B.能产生酶的细胞一定能产生激素

C.人体中酶只在内环境中起作用

D.酶都是由内分泌腺细胞合成的

答案

A

解析

所有活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生酶，而激素仅由内分泌腺细胞产生，A正确，B、D错误；酶可在细胞内、细胞外、体外发挥作用，C错误。

具有专一性或特异性的五类物质

(1)酶：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。如限制性核酸内切酶只能识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。

(2)载体：某些物质通过细胞膜时需要载体协助，不同物质所需载体不同，载体的专一性是细胞膜选择透过性的基础。

(3)激素：激素特异性地作用于靶细胞、靶器官，其原因在于它的靶细胞膜或胞内存在与该激素特异性结合的受体。

(4)tRNA：tRNA有61种，每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。

(5)抗体：一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合。

命题点二

影响酶因素的曲线分析

4.用某种酶进行有关实验的结果如下图所示，下列有关说法错误的是(

)

A.该酶的最适催化温度不确定

B.图2和图4能说明该酶一定不是胃蛋白酶

C.由图4实验结果可知酶具有高效性

D.由图3实验结果可知Cl是酶的激活剂

答案

C 解析

图1显示温度对酶活性的影响，从图中能得到的结论是该酶的最适催化温度为30 ℃左右；图2显示该酶的最适pH为7，而胃蛋白酶的最适pH为1.5，由图4可知该酶为麦芽糖酶；图3能说明Cl是酶的激活剂，Cu2是酶的抑制剂；图4说明酶具有专一性。

－＋－5.研究人员从木耳菜中提取过氧化物酶(POD)，分别与四种不同酚类物质及H2O2进行催化反应，结果如图所示。下列相关说法正确的是(

)

A.图1所示的实验目的是探究不同酚类物质的浓度对POD活性的影响

B.当底物浓度为0.08 mmol·L－1时，POD催化酚类2的反应速率一定大于酚类3 C.由图2可知，H2O2浓度过高会抑制POD的活性，降低浓度后POD的活性一定会恢复

D.H2O2对POD活性的影响与温度和pH对POD活性的影响相同

答案

A 解析

图1所示的实验目的是探究不同酚类物质的浓度对POD活性的影响，不同酚类物质的浓度对POD活性的影响不同，A正确；过氧化物酶活性除了与底物浓度有关外，还与温度和pH有关，B错误；由图2可知，H2O2浓度过高会抑制POD的活性，但没有实验说明降低浓度后POD的活性就会恢复，C错误；由于不知H2O2浓度大于1.2%以后POD活性的情况，因而无法判断H2O2对POD活性的影响与温度和pH对POD活性的影响是否相同，D错误。

解答坐标曲线题的“三步曲”

一、“试剂检测法”鉴定酶的本质

1.设计思路：从酶的化学本质上来讲，绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。在高中教材中常见的一些酶，如淀粉酶、蛋白酶等，其本质都是蛋白质，所以对酶本质的鉴定常常是变相地考查蛋白质或RNA的鉴定方法。因此，利用双缩脲试剂与蛋白质作用产生紫色反

应而RNA与吡罗红染液作用显红色的原理设计鉴定方案即可。

2.设计方案

1.猪笼草是一种食虫植物，为了验证猪笼草分泌液中有蛋白酶，某学生设计了两组实验，如图所示，在35 ℃水浴中保温一段时间后，甲、乙试管中加入适量的双缩脲试剂，丙、丁试管中不加任何试剂，下列对实验现象的预测正确的是(

)

A.甲和乙中溶液都呈紫色；丙和丁中蛋白块消失

B.甲中溶液呈紫色，乙中溶液不呈紫色；丙中蛋白块消失，丁中蛋白块不消失

C.甲和乙中溶液呈紫色；丙中蛋白块消失、丁中蛋白块不消失

D.甲和乙中溶液都不呈紫色；丙中蛋白块消失、丁中蛋白块不消失

答案

C 解析

本实验属于验证性实验，因为分泌液中含有蛋白酶，蛋白酶和蛋白液的化学本质都是蛋白质。鉴定蛋白质常用的试剂是双缩脲试剂，呈紫色反应。实验①中的甲和乙试管始终显示紫色，不能形成对照；而实验②改用观察蛋白块的存在情况(丙中蛋白块消失、丁中蛋白块不消失)，形成鲜明的对照，说明了猪笼草的分泌液中含有蛋白酶。根据题意分析可知：丁中蛋白块加水，因没有蛋白酶催化分解，不消失，所以A错误。乙中蛋白液在加水后蛋白质不消失，所以能呈紫色，故B错误。甲和乙中溶液都呈紫色，所以D错误。因此选C。

2.已知淀粉酶可以把淀粉水解为麦芽糖等物质，蛋白酶可以把蛋白质水解为多肽。某同学设计如下实验(实验中所涉及的酶的化学本质都是蛋白质)探究有关性质，下列分析错误的是(

) 试管

加入的物质

质量分数为1%的淀粉溶液

淀粉酶溶液

1 2 mL 2 mL 2 2 mL 2 mL 3 2 mL

4 2 mL

淀粉酶＋蛋白酶(等量混合) 蒸馏水

碘液

双缩脲试剂

预期颜色变化

A.该实验的目的之一是研究酶之间的相互影响

2 mL 2滴

不变蓝

2 mL 2滴

2 mL 紫色

4 mL

①

4 mL

2 mL ②

B.该实验有多组对照，如1号和3号试管，2号和4号试管

C.为了遵循等量原则，实验过程中，1号、2号试管加入的蒸馏水的体积相同

D.①处预期的颜色变化为蓝色，②处不会发生颜色变化

答案

D 解析

由表格实验处理可以看出：该实验把淀粉酶和蛋白酶混合，则实验的目的之一是研究酶之间的相互影响。根据实验设计要遵循单一变量原则，可推出1号和3号试管间形成对照，2号和4号试管间形成对照。根据等量原则，实验过程中，1号、2号试管各加入2 mL蒸馏水的目的是保证各试管中液体的体积相同，防止液体体积的差异影响颜色的变化。3号试管中淀粉酶被蛋白酶分解，淀粉没有被水解，遇碘液变蓝；蛋白酶的化学本质是蛋白质，与双缩脲试剂反应呈紫色。

二、“对比法”验证酶的高效性和专一性

1.验证酶的高效性

(1)设计思路：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。

(2)设计方案

项目

材料

试剂

现象

结论

2.验证酶的专一性

(1)设计思路：常见的方案有两种，即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。

(2)设计方案

实验组

等量的同一种底物

与底物相对应的酶溶液

反应速度很快，或反应用时短

等量的无机催化剂

反应速度缓慢，或反应用时长

对照组

酶具有高效性

项目

材料

试剂

现象

结论

方案一

实验组

对照组

实验组

方案二

对照组

另外一种底物

同种底物(等量)

与底物相对应的酶

发生反应

另外一种酶

不发生反应

与酶相对应的底物

同一种酶(等量) 发生反应

不发生反应

酶具有专一性

酶具有专一性

3.(2016·郑州预测)下表是过氧化氢分解实验的过程和结果，下列分析错误的是(

) 试管

3%过氧化氢溶液

处理措施

实验结果

注：“－”表示无气泡产生；“＋”的数量表示气泡产生的多少。

A.a和d对照说明酶具有高效性

B.c和d是对比实验，自变量是催化剂类型

C.a、c对照说明FeCl3具有催化作用

D.a、c、d不能说明酶的催化具有专一性

答案

A 解析

a和d对照，只能说明酶能促进化学反应的进行，要证明酶具有高效性，需要将有酶和无机催化剂参与的反应进行比较；c和d都是实验组，二者形成对比，自变量是催化剂的种类；a和c对照说明无机催化剂能促进化学反应的进行，即具有催化作用；实验中只有过氧化氢一种底物和过氧化氢酶一种酶，因而a、c、d不能说明酶的催化具有专一性。

4.为了证明酶的作用具有专一性，某同学设计了如下5组实验，分别选择一定的试剂进行检测，合理的实验方案是(

) 组别

酶

反应物

A.①和③对比，用双缩脲试剂检测

B.②和④对比，用碘液检测

①

蛋白酶

蛋白质

②

蛋白酶

淀粉

③

淀粉酶

蛋白质

④

淀粉酶

淀粉

⑤

淀粉酶

麦芽糖

a 2 mL 不作任何处理

－

b 2 mL 置于90 ℃水浴杯中

＋

c 2 mL 加2滴3.5%的FeCl3

＋＋

d 2 mL

加2滴20%的新鲜肝脏研磨液

＋＋＋＋

C.④和⑤对比，用斐林试剂检测

D.③和④对比，用斐林试剂检测

答案

B 解析

由于蛋白酶本身是蛋白质，遇双缩脲试剂呈现紫色，不能判断蛋白质是否分解，A错误；淀粉酶能催化淀粉的水解，蛋白酶不能催化淀粉的水解，用碘液检测，颜色反应不同，B正确；淀粉是非还原糖，在淀粉酶的作用下分解生成还原糖，麦芽糖是还原糖，用斐林试剂不能判断麦芽糖是否分解，C错误；斐林试剂不能判断蛋白质是否分解，D错误。

1.探究酶的高效性时，对照组应用无机催化剂对照。

2.用不同底物、同种酶来探究酶的专一性时，若是用淀粉酶和淀粉、蔗糖(两种底物)，则应用斐林试剂作为检测试剂，不能选用碘液作为检测试剂。

三、“梯度法”探究酶的最适温度或最适pH

1.设计思路

2.设计方案

5.下面的表格分别是某兴趣小组探究温度对酶活性影响的实验步骤和探究过氧化氢酶作用的最适pH的实验结果。据此回答下列问题：

探究温度对酶活性影响的实验(实验一)

分组

实验步骤

①α­淀粉酶溶液

②可溶性淀粉溶液

③控制温度

甲组

1 mL 5 mL 0 ℃

乙组

1 mL 5 mL 60 ℃

丙组

1 mL 5 mL 90 ℃

④将新鲜α­淀粉酶溶液与可溶性淀粉溶液混合后分别恒温

⑤测定单位时间内淀粉的____________

探究过氧化氢酶作用的最适pH的实验(实验二)

组别

pH H2O2完全分解所需时间(秒)

(1)pH在实验一中属于________变量，而在实验二中属于________变量。

(2)实验一中的对照组为________组。

(3)实验一的①②③步骤为错误操作，正确的操作应该是__________________________。实验一的第⑤步最好选用________(试剂)测定单位时间内________________。

(4)如将实验一的新鲜α­淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液，你认为是否科学？________。为什么？_____________________________________________。

(5)分析实验二的结果，可得到的结论是：_________________________________________；

在该预实验的基础上要进一步探究该过氧化氢酶的最适pH，可在pH为________之间设置梯度。

答案

(1)无关

自

(2)乙

(3)使新鲜α­淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别达到预设温度后再混合(其他合理答案也可)

碘液

淀粉的剩余量

(4)不科学

因为温度会直接影响H2O2的分解

(5)该过氧化氢酶的最适pH约为7，pH降低或升高酶活性均降低(或在pH为5～7的范围内随pH的升高该过氧化氢酶活性升高，在pH为7～9的范围内随pH的升高该过氧化氢酶活性降低)

6～8 解析

(1)实验一探究的是温度对酶活性的影响，因此自变量是温度，因变量是酶活性，pH属于无关变量；而实验二是探究过氧化氢酶作用的最适pH，自变量是pH。(2)探究温度对酶活性影响的实验中，60 ℃是α­淀粉酶作用的最适温度，是实验前已知的，乙组的实验结果是另外两组的参照，故为对照组。(3)探究温度对酶活性影响的实验中，应该先使酶和底物分别达到预设温度，然后再将底物和酶混合进行反应，否则会影响实验结果的准确性。因此，实验一的①②③步骤为错误操作。淀粉遇碘液变蓝，因此实验一的第⑤步最好选用碘液测定单位时间内淀粉的剩余量，单位时间内淀粉的剩余量越多，说明酶活性越低。(4)温度会直接影响H2O2的分解，因此实验一的新鲜α­淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液不能换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液。(5)由实验二的结果可知：在pH为5～7的范围内随pH的升高该过氧化氢酶活性升高，在pH为7～9的范围内随pH的升高该过氧化氢酶活性降低；该过氧化氢酶作用的最适pH约为7，pH降低或升高酶活性均降低。在该预实验的基础上要进一步探究该过氧化氢酶的最适pH，可在pH为6～8之间设置梯度。

A组

5 300 B组

6 180 C组

7 90 D组

8 192 E组

9 284