高中生物人教版 (新课标)必修1《分子与细胞》第五章 细胞的能量供应和利用第1节 降低化学反应活化能的酶二 酶的特性练习题

第17课时　酶的特性

[目标导读]　1.分析相关实验，理解酶的高效性和专一性的含义。2.通过探究实验，归纳温度和pH变化对酶活性的影响，并画出有关曲线。3.进一步尝试控制自变量、观察和检测因变量，体验对照实验和重复实验的方法。

[重难点击]　影响酶促反应的有关曲线分析。

一　酶的高效性和专一性

酶与无机催化剂相比，有很多共同点，也有不同点，请结合下面内容探究酶的高效性和专一性。

1.酶的高效性

(1)在比较肝脏研磨液(过氧化氢酶)和氯化铁对过氧化氢的催化效率实验中(如图)，每滴肝脏研磨液中的过氧化氢酶分子数和每滴FeCl3溶液中的Fe3＋的数目之比是1∶250_000；而试管甲产生的气泡比试管乙多，说明与无机催化剂相比，酶的催化作用具有高效性。

(2)含义：酶的催化效率比无机催化剂高许多，大约是无机催化剂的107～1013倍。

(3)原理：酶和无机催化剂都能降低化学反应的活化能，但是酶降低活化能的作用更显著，如图。

(4)意义：有利于细胞内的生化反应快速高效地进行。

2.酶的专一性

(1)淀粉和蔗糖不是还原糖，但淀粉水解后会生成麦芽糖，蔗糖水解后产生葡萄糖和果糖，它们都是还原糖。下表为比较新鲜唾液(唾液淀粉酶)对淀粉和蔗糖的催化作用实验：

①1号试管有砖红色沉淀生成，说明产生了还原糖，淀粉有(有、没有)被水解；2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有(有、没有)被水解。

②实验结论：淀粉酶只催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有专一性。

(2)肽酶能催化多种多肽水解为氨基酸，是否说明肽酶没有专一性？

答案　不是。酶的专一性是指每一种酶只能催化一种或一类化学反应，肽酶催化的是一类反应，也说明其具有专一性。

(3)由以上探究可知，一种酶只能催化一种或一类化学反应，酶的作用具有专一性。

小贴士　酶的专一性与酶的空间结构有关。每种蛋白质都有特定的空间结构，酶催化反应时，酶分子首先与底物分子结合。但酶分子能否与底物分子结合，取决于酶分子的活性部位与底物分子在空间构象上是否对应，如下图：

归纳提炼

活学活用

1.分析下列现象：

(1)做唾液淀粉酶催化淀粉实验时，用口含一小口清水，然后将含过的清水加入到淀粉溶液中，会使淀粉水解，和用纯唾液的效果一样，这一现象表明酶具有___________________。

(2)果酒放久了易产生沉淀，只要加入少量蛋白酶就可使沉淀消失，而加入其他酶则无济于事，这说明酶具有________________。

答案　(1)高效性　(2)专一性

解析　酶的高效性指的是酶的用量少但是催化效率高；酶的专一性指的是一种酶只能催化一种或一类化学反应。

二　酶的作用条件较温和

由于多数酶是容易变性的蛋白质，所以酶的作用需要温和的条件。结合教材提供的材料用具设计相关的实验过程，请分析：

1.实验一：温度变化对工业淀粉酶(适宜温度60 ℃)催化作用的影响

(1)1号试管无明显颜色变化说明淀粉被完全水解了，2、3号试管呈蓝色说明淀粉没有被完全水解。

(2)该实验说明：工业淀粉酶在60_℃时活性最高，温度偏高或者偏低，都会影响酶的活性，使酶活性降低，因此酶的作用需要适宜的温度。

(3)能否在反应后加入新配制的斐林试剂观察是否有砖红色沉淀生成，来判断试管中的淀粉是否水解了？

答案　不能。因为这个实验要严格控制温度，而斐林试剂的反应需要水浴加热。

(4)能否用过氧化氢和过氧化氢酶来做这个实验？

答案　不能。过氧化氢本身在不同温度下就存在分解速率的差异，会干扰实验结果。

2.实验二：pH变化对过氧化氢酶催化作用的影响

(1)1号试管中有大量的气泡产生，说明过氧化氢酶的活性很高，2、3号试管无明显气泡，说明在不适宜的pH范围内，过氧化氢酶的活性很低。

(2)该实验说明：酶的作用需要适宜的pH,_pH偏高或偏低都会使酶活性降低。

(3)该实验中，能否在加入肝脏研磨液后，直接加入3%过氧化氢溶液，然后再调节pH?

答案　不能。因为酶的作用具有高效性，在调节pH之前，试管中已经发生了剧烈反应，会影响到实验结果。

3.温度和pH对酶促反应速率的作用曲线

(1)曲线解读

①AB(DE)段：在一定温度(pH)范围内，酶促反应速率随温度(pH)的升高而加快。

②B(E)点：酶促反应速率最快，酶活性最高，此时对应的温度(pH)称为该酶的最适温度(pH)。

③BC(EF)段：酶促反应速率随着温度(pH)的升高而下降。

(2)比较A、C、D、F四点说明：低温影响酶的活性，但不会使酶的空间结构破坏，温度升高后，酶仍能恢复活性；但高温、过酸、过碱会导致酶变性，使其永久失活。

归纳提炼

影响酶促反应速率的其他因素

温度和pH通过影响酶的活性影响酶促反应的速率，另外底物浓度、酶浓度等也会影响酶促反应的速率，如图：

(1)底物(反应物)浓度对酶促反应速率的影响(如图1)

①在底物浓度较低时，反应速率随底物浓度增加而加快，反应速率与底物浓度近乎成正比。

②当底物浓度很大，且达到一定限度时，反应速率就达到一个最大值，此时即使再增加底物浓度，反应速率也几乎不再改变，这是受酶浓度或酶活性的限制。

(2)酶浓度对酶促反应速率的影响(如图2)：在底物足够、其他条件适宜的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比。

活学活用

2.如图表示酶活性与温度的关系，下列叙述正确的是(　　)

A.当反应温度由t1调到最适温度时，酶活性下降

B.当反应温度由t1调到最适温度时，酶活性上升

C.酶活性在t2时比t1高，故t2时更适合酶的保存

D.酶活性在t1时比t2低，表明t1时酶的空间结构破坏更严重

问题导析　(1)在最适宜的温度下，酶的活性最高，温度偏高或偏低，酶活性都会明显降低。

(2)t1时酶没有失活，当反应温度由t1调到最适温度时，酶活性上升。

(3)高温会使酶的空间结构遭到破坏，因此t2时酶的空间结构破坏更严重，t1时更适合酶的保存。

答案　B

解析　在最适宜的温度下，酶的活性最高，温度偏高或偏低，酶活性都会明显降低；当反应温度由t1调到最适温度时，酶活性上升；温度过高，还会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；0 ℃左右的低温虽然使酶的活性明显降低，但能使酶的空间结构保持稳定；在适宜的温度下酶的活性可以恢复，酶适于在低温下保存，故C、D错误。

当堂检测

1.酶具有很高的催化效率，其原因是(　　)

A.酶能降低化学反应对温度等条件的要求

B.能使反应物变成更加细小的微粒，增加接触面积

C.降低了分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量

D.提供了化学反应开始时所需的活化能

答案　C

解析　酶的作用是降低分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。

2.将1 mL 5%的新鲜唾液倒入装有10 mL糨糊的试管内，置于25 ℃的温水中水浴，下列各方法中能提高试管内反应速率的是(　　)

A.向试管内通气

B.适当提高实验温度

C.向试管内加入少量的麦芽糖

D.向试管内加入大量的酸或碱

答案　B

解析　过酸或过碱会使酶失活，而新鲜唾液淀粉酶的最适pH为7左右。通气、加入少量的麦芽糖不影响酶的活性。在一定温度范围内，随温度升高酶的活性增强。

3.研究表明，一分子过氧化氢酶能在1 min内使5×105个过氧化氢分子分解成氧和水，相当于Fe3＋催化速率的109倍，但是对糖的水解却不起作用。这个事实说明酶具有(　　)

A.多样性、稳定性   B.高效性、多样性

C.高效性、专一性   D.高效性、稳定性

答案　C

解析　一分子过氧化氢酶的催化效率是Fe3＋的109倍，说明酶具有高效性；但是过氧化氢酶能水解过氧化氢，不能水解糖，说明酶具有专一性。

4.下列有关酶的实验的设计思路正确的是(　　)

A.利用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响

B.利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液验证酶的专一性

C.利用过氧化氢、新鲜的猪肝研磨液和氯化铁溶液验证酶的高效性

D.利用胃蛋白酶、蛋清和 pH分别为3、7、11的缓冲液验证pH对酶活性的影响

答案　C

解析　过氧化氢在加热条件下会分解，因此不能用于探究温度对酶活性影响的实验；碘液加入蔗糖溶液中，不论蔗糖是否分解都观察不到现象的变化；胃蛋白酶在强酸性条件下(pH为2～3时)活性最高，故还应配制pH为1、2的缓冲液用于实验。

5.胰蛋白酶作用于一定量的某种物质(底物)，温度保持在37 ℃，pH保持在最适值(8.0～9.0)，生成物量与反应时间关系如下图。请回答下列问题：

(1)该酶作用的底物是________________。

(2)在140 min后，曲线变成水平，这是因为__________________________________。

(3)若增加胰蛋白酶浓度，其他条件不变，请在原图上画出生成物量变化的示意曲线。

(4)若胰蛋白酶浓度和其他条件不变，反应液pH由2逐渐升高到10，则酶催化反应的速度将__________________，原因是______________________________________________。

(5)下图中能正确表示胰蛋白酶对底物的分解速率和温度关系的是________。

答案　(1)蛋白质　(2)底物量一定，底物已被耗尽

(3)见下图

(4)不变　在pH＝2时酶已经失活　(5)C

解析　酶具有专一性，一种酶只能催化某一种或一类化学反应，第(1)小题蛋白酶只能催化蛋白质水解。酶催化反应，只能改变反应速度，不能改变反应结果，故第(3)小题画坐标曲线时，反应速度加快，时间缩短，最终生成物量不变。受pH影响，酶在强酸或强碱环境中会因结构改变而变性失活。酶受温度的影响，低温影响酶的活性，但不变性失活，随温度升高，反应速度加快，超过最适温度，随温度升高而下降，但第(5)小题侧重于考查胰蛋白酶的最适温度为37 ℃。另外第(2)小题考查化学反应的常识，随着反应时间的推移，反应底物耗尽，生成物量不再增加。

40分钟课时作业

基础过关

知识点一　酶的高效性和专一性

1.人的血液中碳酸酐酶的一个分子每分钟可催化分解1 900万个碳酸分子，这说明酶具有的特性是(　　)

A.多样性

B.专一性

C.催化活性受温度、酸碱度的影响

D.高效性

答案　D

解析　本题考查酶的特性，每分钟分解1 900万个碳酸分子，说明酶具有高效性。

2.能催化唾液淀粉酶水解的酶是(　　)

A.肽酶  B.蛋白酶  C.脂肪酶  D.淀粉酶

答案　B

解析　唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质。

3.右图表示过氧化氢被分解的曲线，说明酶具有(　　)

①专一性　②高效性　③催化特性　④在温和条件下进行

A.①② B.②

C.②③   D.①②④

答案　C

解析　由图中曲线可知，加酶的反应最先到达平衡点，加入Fe3＋的反应次之，未加酶的反应速度最慢。对三条曲线处理因素的分析可判定，本图体现的是酶的高效性，同时也体现了酶与无机催化剂一样，具有催化作用。

4.如图为酶作用的模式图，根据图中所示，下列叙述错误的是(　　)

A.甲多为蛋白质

B.此反应为分解反应

C.此反应中甲、乙为反应物，丙、丁为产物

D.甲与乙之间有专一性

答案　C

解析　图示中甲为酶，绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA；该反应是在酶(甲)的作用下将乙分解成丙和丁，且酶与底物之间具有专一性。

知识点二　酶的作用条件较温和

5.下列实例中，不能说明“酶的作用条件较温和”的是(　　)

A.平原地区的人进入西藏后会产生“高原反应”

B.人发高烧后食欲下降

C.唾液淀粉酶进入胃后不再催化食物中的淀粉水解

D.用沸水浸泡的加酶洗衣粉洗涤效果不佳

答案　A

解析　高原反应是因缺氧造成的。

6.分别用0 ℃和100 ℃的温度处理某种酶后，酶都没有活性，但(　　)

A.经过0 ℃处理的酶的活性能够恢复

B.经过100 ℃处理的酶的活性能够恢复

C.经过0 ℃处理的酶的空间结构遭破坏

D.经过100 ℃处理的酶被水解成了氨基酸

答案　A

解析　高温和低温对酶活性的影响不同。低温不会破坏酶的分子结构，只会抑制酶的活性；若升高温度，酶活性可以恢复；高温破坏酶的空间结构，使酶活性丧失。

7.血液凝固是一系列酶促反应过程，采集到的血液在体外下列哪种温度条件下凝固最快(　　)

A.0 ℃　　　　　　　 B.15 ℃

C.25 ℃   D.35 ℃

答案　D

解析　越接近人的体温，血液凝固越快。

8.某同学在研究化合物P对淀粉酶活性的影响时，得到如图所示的实验结果。下列有关叙述不正确的是(　　)

A.在一定范围内，底物浓度影响着酶促反应速率

B.曲线①作为对照实验

C.化合物P对该酶的活性有抑制作用

D.若反应温度不断升高，则A点持续上移

答案　D

解析　①②两条曲线对照可以说明P对该酶的活性有抑制作用；一定范围内升高温度，酶活性可能上升，但温度过高也会使酶活性降低，甚至失活。

能力提升

9.在一块含有淀粉的琼脂块的四个固定位置，分别用不同方法处理，如图所示，将上述实验装置放入37 ℃恒温箱中，保温处理24小时后，用碘液冲浸该琼脂块，可见其上面呈蓝色的斑块个数是(　　)

A.1  B.2  C.3  D.4

答案　 C

解析　1和2斑块处的唾液淀粉酶失活，3处无唾液淀粉酶，因此淀粉不能被水解，加碘后变蓝色。

10.下表是探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用实验设计及结果。

注　“＋”表示有；“－”表示无。最后一行“＋”的多少代表颜色的深浅。

根据实验结果，以下结论正确的是(　　)

A.蔗糖被水解成非还原糖

B.淀粉在淀粉酶的作用下水解成葡萄糖

C.淀粉酶活性60 ℃比40 ℃时高

D.淀粉酶对蔗糖的水解具有专一性

答案　C

解析　酶具有专一性，一种酶只能催化一种或一类化学反应，淀粉酶只能催化淀粉水解，而不能催化蔗糖水解，故A、D两项错误；有淀粉溶液的三支试管都出现了砖红色沉淀，这说明淀粉酶将淀粉水解成了还原糖，但是这种还原糖是麦芽糖，不是葡萄糖，故B项不正确；可以看出，在60 ℃的条件下砖红色沉淀量比40 ℃条件下多，说明60 ℃条件下的试管中还原糖含量比40 ℃时多，这证明淀粉酶的活性在60 ℃时比40 ℃时高，故C项正确。

11.下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.若有大量气体产生，则可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶

B.若增加新鲜土豆片的数量，则量筒中产生气体的速度加快

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.为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量

答案　C

解析　土豆片中的过氧化氢酶能重复利用，只要有H2O2，反应就能进行，气体量不再增加的原因是H2O2已分解完。

12.如图表示在不同条件下，酶催化反应情况。以下有关叙述不正确的是(　　)

A.图①能用来表示反应物浓度与反应时间的关系

B.图①能用来表示酶活性与pH的关系

C.与实线相比，图②中的虚线能表示酶量增加，其他条件不变时，生成物量与反应时间的关系

D.若图②中的实线表示Fe3＋对H2O2分解的催化效率，则虚线可表示过氧化氢酶的催化效率

答案　B

解析　随着反应时间的延长，反应物剩余量降低，A正确；由pH对酶活性的影响可知，B项错；酶量增加后，反应达到平衡所需时间减少，C正确；与无机催化剂相比，酶具有高效性，D正确。

13.图甲是H2O2酶活性受pH影响的曲线，图乙表示在最适温度下，pH＝b时H2O2分解产生的O2量随时间的变化曲线。若该酶促反应过程中改变某一初始条件，以下叙述正确的是(　　)

A.温度降低时，e点不移，d点右移

B.H2O2量增加时，e点不移，d点左移

C.pH＝c时，e点为0

D.pH＝a时，e点下移，d点左移

答案　A

解析　温度降低时，酶活性下降，反应变慢，生成的氧气量不变，e点不移，达到平衡的时间变长，d点右移。H2O2量增加时，生成的氧气量增多，e点上移，反应时间变长， d点右移。pH＝c时，酶失活，反应无酶催化仍能进行，e点不为0。pH＝a时酶活性下降，e点不移，d点右移。

14.下表是H2O2在不同条件下的分解。据表回答下列问题：

(1)1号与3号试管的对照实验说明酶具有__________。

(2)2号与3号试管的对照实验说明酶具有__________，其中自变量是____________。

(3)要说明酶的活性受温度的影响，可以通过________和________号试管的对照。

(4)设置5号、6号、7号试管对照实验是要探究______________________________。7号试管的处理为____________________________________________________。

答案　(1)催化作用　(2)高效性　催化剂　(3)3　4　(4)pH对酶活性的影响　2 mL H2O2＋2滴肝脏研磨液＋2滴蒸馏水

15.下列A、B、C三图依次表示酶浓度一定时，反应速率和反应物浓度、温度、pH的关系。请据图回答下列问题：

(1)图A中，反应物达到某一浓度时，反应速率不再上升，其原因是_____________。

(2)图B中，a点所对应的温度称____________________。

(3)图B中，a点到b点的曲线急剧下降，其原因是____________________________

________________________________________________________________________。

(4)将酶与反应物混合后，装入甲、乙两试管并分别放入12 ℃和75 ℃水浴锅中，20 min后取出转入37 ℃的水浴锅中保温，两试管内的反应分别为：甲________________，乙________________。

(5)图C表示了________催化反应的速率变化曲线。

A.唾液淀粉酶  B.胃蛋白酶

C.胰蛋白酶  D.植物淀粉酶

答案　(1)受反应液中的酶浓度限制　(2)酶促反应的最适温度　(3)温度升高，使酶活性下降　(4)催化速度加快　无催化反应　(5)C

解析　(1)图A中，当反应物在低浓度范围内增加时，反应速率上升。当反应物达到某一浓度时，反应速率不再上升，这是因为虽然酶具有高效性，但它的催化能力也是有一定限度的，当所有的酶都发挥了最高催化效率后，反应物浓度增加，反应速率也不会再增加，其原因是受酶浓度的限制。(2)图B中，a点对应的酶的催化效率最高，说明它对应的温度就是酶促反应的最适温度。(3)从a点到b点，由于温度逐渐升高，酶的分子结构逐渐被破坏，从而使酶活性降低，反应速率下降。(4)由于甲试管的温度较低，所以酶的活性较低，反应速率很慢，当转入37 ℃的水浴锅中保温后，其反应速率会迅速增加。乙试管在75 ℃的高温下，酶的结构被破坏，酶丧失活性，即使再转入37 ℃的水浴锅中保温，酶的活性也不能恢复，不再具有催化作用。(5)图C中，酶的最适pH为弱碱性，唾液淀粉酶和植物淀粉酶的最适pH近于中性，胃蛋白酶的最适pH为强酸性，只有胰蛋白酶的最适pH为弱碱性。

个性拓展

16.某同学从温度为55～65 ℃的泉水中筛选出能合成脂肪酶的细菌，并从该细菌中提取了脂肪酶。回答下列问题：

(1)测定脂肪酶活性时，应选择____________作为该酶作用的物质，反应液中应加入__________溶液以维持其酸碱度稳定。

(2)要鉴定该酶的化学本质，可将该酶液与双缩脲试剂混合，若反应液呈紫色，则该酶的化学本质为__________________。

(3)根据该细菌的生活环境，简要写出测定该酶催化作用最适温度的实验思路。

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　(1)脂肪　缓冲　(2)蛋白质　(3)在一定温度范围(包括55～65 ℃)内设置温度梯度，分别测定酶活性。若所测得的数据出现峰值，则峰值所对应的温度即为该酶催化作用的最适温度。否则，扩大温度范围，继续实验，直到出现峰值

解析　(1)脂肪酶的活性以其单位时间内分解脂肪量为指标，因酶需要适宜的 pH，故应加入缓冲溶液。(2)该酶与双缩脲试剂呈紫色反应，说明该酶的化学本质是蛋白质。(3)要测定该酶催化作用的最适温度，一般采用预实验，需在一定温度范围内设置温度梯度，对比不同温度下测得的酶活性，若不能测出峰值，则需扩大温度范围，继续实验。