降低化学反应活化能的酶

酶的本质、作用及其实验验证 1．酶的本质及生理功能。 化学本质 绝大多数是蛋白质 少数是RNA 合成原料 氨基酸 核糖核苷酸 合成场所 核糖体 细胞核(真核生物)

来源 一般来说，活细胞都能产生酶 作用场所 细胞内、外或生物体外均可 生理功能 生物催化作用 作用原理 降低化学反应的活化能

2.酶化学本质的实验验证。 3．酶具有催化作用的实验设计思路及结果分析。

实验结果分析：根据底物性质利用相应试剂检测，若底物被分 解，则证明酶具有催化作用，否则不具有催化作用。 4．酶的高效性——比较过氧化氢在不同条件下的分解。

(1)实验过程中的理论分析： (2)酶具有高效性的机理是其能够显著降低反应活化能，缩短反应达到平衡点的时间，并使细胞代谢在温和条件下快速进行。

5．酶与无机催化剂的比较。 无机催化剂 酶 不同点 催化效率相对较低 具有高效性 有些能催化多种化学反应 具有较强的专一性 作用条件强烈 作用条件必须适宜 相同点 催化反应前后的数量和性质没有变化 改变反应速率，不改变反应原方向和平衡点

【例1】　为探究H2O2酶对H2O2分解的影响，某学生的 实验设计如下：①制备30%新鲜猪肝研磨液；②设置实验组 如下(左图)：横向为梯度pH值，纵向为不同量的新鲜猪肝研 磨液；③每支试管加入等量且足量H2O2溶液，并设置相同且 适宜的反应温度；④设计实验记录表如下(右图)；⑤以加入猪 肝研磨液后同等时间内测得的H2O2减少量为实验结果作记录。 下列实验结果预测及其分析，不正确的是(　　)

A．无论猪肝研磨液量为图中何值，实验结果都可以发现酶 的最适pH值 B．无论pH为图中何值，实验结果都可以证明酶量影响反应 速率 C．无论猪肝研磨液量为图中何值，记录表中作出的曲线图 形都近似抛物线 D．此实验有2个自变量，1个因变量，温度、H2O2浓度等是 无关变量

解析：无论酶量为何值时，酶促反应速率均为先上升后 下降的“钟”形曲线，即抛物线。因此可以确定酶的最适pH 值。该实验中有酶浓度和pH两个自变量，酶促反应速率为因 变量，可以用H2O2的浓度表示。当pH过高或低时，酶因变 性而失活，因而不能证明酶量影响反应速率。 答案：B

♨特别提醒： 1．常见的有关酶的错误说法。 有关酶的几种说法辨析。 项目 错误说法 正确说法 产生场所 具有分泌功能的细胞才能产生 活细胞(不考虑哺乳动物成熟红细胞等) 化学本质 蛋白质 有机物(大多为蛋白质，少数为RNA) 作用场所 只在细胞内起催化作用 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 温度影响 低温和高温均使酶变性失活 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 作用 酶具有调节、催化等多种功能 酶只起催化作用 来源 有的可来源于食物等 酶只在生物体内合成

2.高考命题角度。 (1)化学本质和分布方面： 以选择题形式考查酶的本质、基本组成单位，以及某种 结构中是否有某种酶的存在。 (2)功能方面： 与激素相比较，考查酶在细胞代谢中的作用。

跟踪训练 (2013·惠州二模)占人类基因组中近一半的“垃圾”DNA之前一直被认为是没有意义的，科学家新发现一种酶，该酶能在基因组的任何位置中“剪切”和“黏贴”“垃圾”DNA，而“垃圾”DNA的移动对细胞会产生影响。下列相关说法错误的是(　　) A．该酶的成分可以是蛋白质或脂质 B．该酶作用于磷酸二酯键 C．该酶是由活细胞产生的有机物 D．该酶有高效性和专一性

解析：该酶能在基因组的任何位置中“剪切”和“黏贴”“垃圾”DNA，说明该酶是限制性核酸内切酶或DNA连接酶，其成分是蛋白质，A错误。限制性核酸内切酶使磷酸二酯键断裂，DNA连接酶可以连接目的基因与质粒两个DNA片段之间的磷酸二酯键；酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA；酶具有高效性、专一性和作用条件温和性等特性。 答案：A

影响酶促反应的曲线分析 1．表示酶高效性的曲线。

(1)催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 (2)酶只能缩短达到化学平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点。 (3)酶只能催化已存在的化学反应。 2．影响酶促反应的因素。 (1)温度和pH。

①在一定温度及pH范围内，随温度及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，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性。 ③从丙图可以看出，反应溶液pH的变化不影响酶作用的 最适温度。 (2)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 酶数量和酶活性限制，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： 有关四类探究实验的注意事项 (1)在验证酶的专一性实验中的注意事项。 ①选择好检测反应物的试剂，如反应物选择淀粉和蔗糖， 酶溶液为淀粉酶，则适宜选用斐林试剂检测反应物是否被

分解，不能选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。 ②保证蔗糖的纯度和新鲜程度是做好实验的关键。 (2)在验证酶的高效性实验中的注意事项。 ①实验时必须用新鲜的、刚从活的动物体中取出的肝脏作 实验材料。肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶等有机物 就会在腐生细菌的作用下分解，使组织中酶分子的数量减少且 活性降低。 ②实验中使用肝脏的研磨液，可以加大肝细胞内过氧化氢 酶与试管中过氧化氢的接触面积，从而加速过氧化氢的分解。 ③滴加氯化铁溶液和肝脏研磨液时不能共用一支滴管， 因为

酶的催化效率具有高效性，少量酶带入FeCl3溶液中就会影响 实验结果的准确性，甚至使人产生错觉，作出错误的判断。 ④H2O2分解过程有气泡冒出，若反应一段时间，不再有 气泡冒出，说明反应结束；若在不增加H2O2量的前提下，使 气泡(O2)的生成量增加，可采取的措施是提高H2O2浓度。 (3)在探究温度对酶活性的影响实验中的注意事项。 ①实验室使用的α－淀粉酶最适温度为60 ℃。 ②由于H2O2不稳定，因此探究温度对酶活性影响时，不 选择H2O2作反应物。 ③本实验不宜选用斐林试剂鉴定，温度是干扰条件。

④本实验中步骤2、步骤3一定不能颠倒顺序，否则会使 实验失败，即先控制条件再混合。 (4)在探究pH对酶活性的影响实验中的注意事项。 ①实验程序中2、3步一定不能颠倒，否则实验失败。 ②本实验中也可将过氧化氢酶和H2O2分别调至同一pH， 再混合，以保证反应一开始便达到预设pH。 ③本实验不宜选用淀粉酶催化淀粉水解，因为淀粉酶催 化的底物淀粉在酸性条件下也会发生水解反应。

【例2】　(双选)下图表示的是在最适温度下，反应物浓度对唾液淀粉酶所催化的化学反应速率的影响。下列有关说法中正确的是(　　)

A．若在A点时温度升高10 ℃，则反应速率加快 B．若在A点时温度升高10 ℃，则反应速率降低 C．若在B点时往混合物内加入少量唾液淀粉酶，则反应速率加快 D．若在B点时往混合物内加入少量唾液淀粉酶，则反应速率不改变

解析：此题考查反应物浓度和温度对反应速率的影响。 具体分析如下： 获取信息，曲线表示最适温度下，反应物浓度对反应 速率的影响；思考分析，由题干知，该曲线已经在最适温 度下，若再升高或降低温度，则酶的反应速率均下降，B 点时，限制反应速率的因素是酶的量，因此增加酶的量， 必然会提高酶促反应速率。 答案：BC

跟踪训练 (2013·肇庆二模)将刚采摘下来的嫩玉米立即放入沸水 中片刻，可保持其甜味，这是因为加热可以(　　) A．破坏将可溶性糖转变为淀粉的酶 C．防止玉米粒发芽 B．改变可溶性糖的分子结构 D．提高淀粉酶的活性

解析：玉米的甜味主要是葡萄糖等还原性糖的存在，它 可能转变为淀粉而失去甜味，因此嫩玉米放入沸水中处理是 使合成淀粉的相关酶失活。 答案：A

实验7：探究影响酶活性的条件及酶的专一性 1．温度对酶活性的影响。 (1)原理解读。 淀粉酶 ①淀粉 麦芽糖 碘液 碘液 蓝色 无蓝色出现

②温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘液， 根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。 (2)实验设计思路。 t1 淀粉 淀粉酶 t2 淀粉 淀粉酶 碘液 检测是否出现蓝色及蓝色深浅 … … … tn 淀粉 淀粉酶 （t1、t2……tn表示不同温度)

(3)实验设计程序。

淀粉分解量的多少(用是否出现蓝色及蓝色深浅表示) 淀粉和淀粉酶的量、溶液的pH、反应时间等 (4)实验的变量分析。 自变量 因变量 无关变量 温度 淀粉分解量的多少(用是否出现蓝色及蓝色深浅表示) 淀粉和淀粉酶的量、溶液的pH、反应时间等

♨特别提醒： (1)本实验不宜选用斐林试剂，因为斐林试剂与还原糖 只有在加热的条件下才有砖红色沉淀生成，而该实验需严 格控制不同的温度。 (2)本实验不宜选用H2O2酶，因为H2O2本身在不同的温 度下的分解速度不同。 2．pH对酶活性的影响。 (1)原理解读。

②pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成量，可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成量的多少。 过氧化氢酶 ① H2O2 H2O+O2 ②pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成量，可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成量的多少。 (2)实验设计思路。 检测O2产生多少和速度或卫 生香燃烧情况

(3)实验设计程序。 取n支试管→分别加入等量的质量分数为3%的过氧化氢溶 液→用盐酸或NaOH溶液调整出不同的pH(如 5.5,6.0,6.5,7.0,7.5,8.0,8.5，9.0)→分别滴加等量的同种新鲜的质 量分数为20%的肝脏研磨液→用点燃但无火焰的卫生香来检验 氧气的生成情况。

♨特别提醒： (1)本实验中也可将H2O2酶和H2O2分别调至不同pH，再混 合，以保证反应一开始便达到预设pH。 (2)本实验不宜用淀粉酶，因为强酸强碱能影响淀粉水解。 3．酶的专一性。 该实验探究中的自变量可以是不同反应物，也可以是不同 酶溶液，因变量是反应物是否被分解。 (1)方案一：用同一种酶催化两种不同物质。

解读：用淀粉酶分别作用于淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂鉴定，根据是否有砖红色沉淀生成来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探究酶的专一性。 (2)方案二：用两种不同酶催化同一种物质。 ②再用斐林试剂鉴定，从而探究酶的专一性。

♨特别提醒： 解答实验题的一般技巧和程序： (1)解题之前首先要明确实验目的，并从实验目的或实验名称中分析出实验的自变量、因变量，实验结果的描述要围绕不同实验的“观测指标”进行，实验结论的描述要围绕自变量与因变量的关系进行。 (2)与酶有关的实验考点主要落在“酶进行催化反应的条件”“自变量设置是否合理”“观察指标选择是否合理”“实验操作是否科学”等几个点上。

(3)实验题的解答尽量避免“边读试题边落笔”，应将试题信息通读后再逐一完成具体问题，这样更具准确性。 (4)实验材料和仪器对设计实验步骤有启示作用，解题时应给予关注。

跟踪训练 探索温度对酶活性影响最合理的实验步骤是(　　) ①取3支试管，编号，各注入2 mL淀粉液；另取3支试管，编号，各自注入1 mL新鲜的淀粉酶溶液 ②将淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉液试管中，维持各自的温度5 min ③向各试管中滴一滴碘液 ④将6支试管分成三组，每组各有一份淀粉液和一份淀粉酶溶液，分别放在60 ℃的热水、沸水和冰水中

⑤观察实验现象 A．①②④③⑤　　 B．①③②④⑤ C．①③④②⑤ D．①④②③⑤ 答案：D

(2013·茂名一模)某兴趣小组进行了如下实验： 实验目的：比较甲、乙、丙三种微生物所产生的淀粉酶的活性。 实验原理：略。 实验材料：三种微生物淀粉酶提取液(提取液中酶蛋白浓度相同)等。 实验步骤： a．取四支试管，分别编号； b．按下表内要求进行操作；

试管1 试管2 试管3 试管4 蒸馏水 2 A________ pH＝8缓冲液 0.5 淀粉溶液 1 甲生物提取液 0.3 乙生物提取液 丙生物提取液 总体积 3.8 B

c.将上述四支试管放入37℃的水浴，保温1小时； d．在上述四支试管冷却后滴入碘液； e．观察比较实验组的三支试管与对照组试管的颜色及其深浅； 实验结果：(注：“＋”显色，“＋＋”显色更深；“－”不显色) 试管1 试管2 试管3 试管4 颜色深浅程 ＋＋ － ＋ C________

回答下列问题： (1)表中A的数值为________，C的颜色深浅程度________(用“＋”或“－”表示)。 (2)该实验的自变量是____________，因变量有________(写出2种即可)。 (3)除了用碘液检验淀粉的剩余量来判断实验结果外，还可以用________试剂来检测生成物的量。若用该试剂检验，颜色变化最深的试管是________________________。

(4)根据上述结果得出的结论是：不同来源的淀粉酶，虽然酶蛋白浓度相同，但活性不同。造成实验中三种酶活性差异的根本原因是____________________________________。 (5)同学们还做了反应速率与底物浓度关系的实验。以下坐标中已根据实验结果画出3号试管中 酶活性的曲线，请你在坐标中画出2号试管中酶活性的曲线。

解析：(1) 本实验中试管中溶液的体积是应当控制的无关变量， 首先各个试管应该加入2个单位的蒸馏水，试管1、试管2和试管 3分别加入了0 解析：(1) 本实验中试管中溶液的体积是应当控制的无关变量， 首先各个试管应该加入2个单位的蒸馏水，试管1、试管2和试管 3分别加入了0.3个单位的提取液，试管4作为对照组，应也加入 0.3个单位的蒸馏水，因此试管4应加入2.3个单位的蒸馏水。由 于只有试管4中无淀粉酶，没有淀粉的水解，故淀粉含量最高， 因此染色应该最深，即大于＋＋。 (2) 本实验中各个试管加入了不同的提取液，因此自变量是 不同的淀粉酶提取液，因变量是各组间pH、温度、加入提取物 的量和浓度、淀粉溶液的量和浓度等。(3)淀粉水解的产物是麦 芽糖和葡萄糖，都是还原糖，因此还可以利用斐林试剂检测还原 糖，用碘液检测时试管2的颜色最浅，则试管2水解程度最大， 产生的还原糖的量最多，因此用斐林试剂检测时，试管2的颜

色最深。(4)三种酶的本质都是蛋白质，造成其功能差异的直接 原理是蛋白质的结构的差异，其根本原因是决定三种酶的DNA 的碱基序列不同。(5)2号试管的淀粉的剩余量最少，即2号试管 的酶的活性最高，和3号试管相比，2号试管在底物浓度相同的 情况下其催化的酶促反应速率较高，因此曲线应高于3号曲线。 答案：(1)2.3　＋＋＋(或多于＋＋＋) (2)不同的淀粉酶提取液　各组间pH、温度、加入提取物的 量和浓度、淀粉溶液的量和浓度等(写出2种即可) (3)斐林　试管2

(4)决定这3种酶的DNA不同 (5)如下图

课题9：生物实验中的变量与控制 1．变量的种类。 变量是实验设计中可以变化的因素或条件，依据变量间的相互关系，可分为以下两类： (1)自变量与因变量：自变量是实验中由实验者所操纵的因素，该因素的改变将引起实验结果的相应改变，是实验要研究的因素。因变量是因自变量不同而导致的不同的实验结果。它们之间是因果关系，自变量是原因，因变量是结果。

(2)无关变量与额外变量：无关变量是指实验中除自变量外也能影响实验现象或结果的其他因素。由无关变量引起的实验结果就是额外变量。它们之间也是因果关系。 2．自变量的确定和控制。 根据实验目的，确定实验变量，进而确定控制的措施。例如：“探索淀粉酶的最适温度”的实验。 (1)变量的确定： 自变量是相同的酶处在不同温度下即温度梯度，即“探究什么”，则“什么”就是自变量。

(2)自变量的控制： 在确定了自变量是温度梯度后，应将淀粉酶置于温度梯度下，如：25 ℃、26 ℃、27 ℃…… 控制变量的方法，常用的有“施加”、“改变”、“去除”等。 3．无关变量的确定与控制。 例如：请指出探究pH对唾液淀粉酶活性的影响实验中的无关变量是什么，应如何控制？

分析：在该实验中，自变量是“pH的大小”。无关变量有温度、唾液淀粉酶的量、淀粉溶液的量、反应时间、加入碘液的量及时间等，在做实验时，对照组和实验组的以上因素都要相同且适宜。 4．对照的方法。 对照是实验控制的手段之一，目的还是在于消除无关变量对实验结果的影响。通过设置对照实验，既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。 不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量对应观测一个反应变量，这就是单一变量原则，它是处理实验中的复杂关系的准则之一。

♨特别提醒： 与酶有关的实验变量分析如下： 实验目的 自变量 无关变量 因变量 验证酶的 高效性 催化剂 的种类 底物量、反应时间、温度、pH等 单位时间内底物的减少量或生成物的增加量 验证酶 的专一性 酶种类(底 物相同) 酶的量、底物的种类和量、反应时间、温度、pH等 底物种类 (酶相同) 底物量、酶的种类和量、反应时间、温度、pH等 验证温度 对酶活性 的影响 温度 酶的种类和量、底物的种类和量、反应时间、pH等

酶的种类和量、底物的种类和量、反应时间、温度等 验证pH 对酶活性 的影响 pH 酶的种类和量、底物的种类和量、反应时间、温度等 探究酶的 最适温度 (或pH) 温度 酶的种类和量、底物的种类和量、反应时间等

跟踪训练 (2014·深圳外国语学校周测)关于探究酶特性实验的叙 述中，正确的是(　　) A．若探究pH对过氧化氢酶活性的影响，可选择可溶性淀粉溶 液为底物 B．若探究过氧化氢酶的高效性，可选择无机催化剂作为对照 C．若探究温度对淀粉酶活性的影响，可选择斐林试剂对实验 结果进行检测 D．若用淀粉、蔗糖和淀粉酶来探究酶的专一性，可用碘液对 实验结果进行检测

解析：酶具有专一性，若探究pH对唾液淀粉酶活性的 影响，可选择可溶性淀粉溶液为底物；若探究过氧化氢酶的 高效性，可选择无机催化剂作为对照；若探究温度对淀粉酶 活性的影响，不能选择斐林试剂对实验结果进行检测，因为 使用斐林试剂必须水浴加热，一般选择碘液来检测实验结果； 若用淀粉、蔗糖和淀粉酶来探究酶的专一性，可用斐林试剂 对实验结果进行检测。 答案：B

图中的新鲜土豆片与H2O2接触后，产生的现象及 推测错误的是(　　)

A．为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量 B．增加新鲜土豆片的数量，量筒中产生的气体速率加快 C．一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限 D．若有气体大量产生，可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶

解析：根据图示装置可推出该实验研究的是酶的高效性、酶量对酶促反应速率的影响；温度为无关变量，A正确。增大酶的浓度，可以加快反应速率，B正确。气体量取决于过氧化氢的量，与酶的活性和浓度无关，C错误。酶能降低化学反应的活化能，且具有高效性，D正确。 答案：C