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(共52張PPT)
第5章 細胞的能量供應和利用
第1節降低化學反應活化能的酶
第2課時 酶的特性
一、酶的高效性和專一性
1.高效性
（1）含義：酶的催化效率是____________的 倍。
（2）意義：使細胞代謝快速進行。
2.專一性
（1）含義：每一種酶只能催化____________化學反應。
（2）意義：使__________有條不紊地進行。
無機催化劑
一種或一類
細胞代謝
二、酶的作用條件較溫和
1.酶活性
（1）含義：酶催化特定化學反應的能力。酶活性可用在一定條件下酶所催化某一化學反應的速率表示。
（2）影響酶活性的主要因素：__________。酶所催化的化學反應一般是在__________
的條件下進行的。
溫度和
比較溫和
2.溫度和 對酶活性的影響
（1）低溫時，酶活性很低，但酶的______________。在適宜的溫度下活性可以______，
因此酶制劑適宜在______下保存。
（2）在最適溫度或 條件下，酶的活性______。
（3）過酸、過堿或溫度過高時，會使酶的__________遭到破壞，使酶永久失活。
空間結構穩定
恢復
低溫
最高
空間結構
（4）溫度和 對酶活性的影響示意圖:
溫度/ 酸堿度/
點：______溫度。 點：最適____。
.偏離 點或 點：酶的活性______。
最適

降低
&1& 細胞代謝有序進行的原因
1.酶的作用具有專一性。
2.細胞中的各類化學反應之所以能有序進行，還與酶在細胞中的分布有關。如植物葉肉細胞中，與光合作用有關的酶分布在葉綠體內，與呼吸作用有關的酶分布在細胞質基質和線粒體內，這樣，光合作用與呼吸作用可以在細胞內不同的區室同時進行，互不干擾。
任務1 探究并理解酶的特性
活動1 閱讀課本P81“淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用”實驗，思考并討論以下問題
1.1號試管有磚紅色沉淀生成，2號試管不出現磚紅色沉淀，說明什么？你能從該實驗得到什么結論？
提示 1號試管有磚紅色沉淀生成，說明產生了還原糖，淀粉被水解，2號試管不出現磚紅色沉淀，說明蔗糖沒有被水解。結論：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有專一性。
2.上述實驗中能否使用碘液代替斐林試劑作為檢測試劑？
提示 不能，因為碘液只能檢測淀粉是否被水解，而蔗糖分子無論是否被水解都不會使碘液變色。
3.該實驗的自變量和因變量分別是什么 本實驗的設計思路是什么 探究酶的專一性，你還有其他設計思路嗎
提示 自變量:底物的種類。因變量:底物是否被淀粉酶水解。本實驗設計思路:探究同一種酶是否能催化不同底物的水解。另一種設計思路:探究不同種類的酶能否催化同一種底物的水解。
4.肽酶能催化多種多肽水解為氨基酸，能否說明肽酶沒有專一性？
提示 不能。酶的專一性是指一種酶只能催化一種或一類化學反應。肽酶催化的是一類反應，也能說明其具有專一性。
5.分析以下材料回答問題。
材料1 在比較肝臟研磨液（過氧化氫酶）和 對過氧化氫的催化效率實驗（如圖）
中，每滴肝臟研磨液中的過氧化氫酶分子數與每滴 溶液中的 數之比是
；但試管甲單位時間內產生的氣泡卻比試管乙產生的多。
材料2 下圖為酶促反應作用的模式圖：
圖中甲表示酶，乙表示反應物，丙、丁表示生成物。
材料3 生物體的溫度大多為 左右，體內的壓強大多為1個大氣壓，細胞中的 大
多為中性，即生物體幾乎所有的酶促反應都可以在常溫、常壓和中性的 條件下進行。
上述材料1說明：與無機催化劑相比，酶的催化作用具有_____________。材料2的模式
圖說明酶具有________。材料3說明酶的作用條件________。
高效性
專一性
較溫和
認知生成
1.驗證酶專一性的方法是對比法，常見的有兩種方案：底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通過觀察或檢測酶促反應能否進行得出結論。
2.若底物選擇淀粉和蔗糖，用淀粉酶來驗證酶的專一性時，檢測底物是否被分解的試劑宜選用斐林試劑，不宜選用碘液，因為碘液無法檢測蔗糖是否被分解。
3.酶具有專一性和高效性，原因是酶具有特定的空間結構，能有效降低化學反應的活化能。
4.酶具有作用條件較溫和的特性，原因也是酶具有特定的空間結構，意義是保證在生物體內的反應高效進行。
例1 下圖表示酶的有關實驗：取甲、乙、丙三支潔凈的試管，分別往甲、乙試管中注
入 淀粉糊，往丙試管中注入 蔗糖溶液。然后往甲、丙試管中各注入 新
鮮的小麥淀粉酶濾液，往乙試管中注入 清水，振蕩這三支試管。下列說法正確的
是( )。
B
A.往三支試管中分別滴入1滴碘液，在 水浴中保溫 ，
甲、乙試管中的溶液都變藍
B.三支試管中各物質的量要求相同，是為了排除物質用量的不
同對實驗結果的影響
C.本實驗測得 是小麥淀粉酶起催化作用的最適溫度
D.該實驗不可以用斐林試劑檢驗
[解析] 甲試管中的淀粉被淀粉酶水解，丙試管中不存在淀粉，所以滴入碘液后只有乙試管中的溶液變藍色，A錯誤；該實驗只在一種溫度條件下進行，不能說明 是小麥淀粉酶起催化作用的最適溫度，C錯誤；該實驗可以用斐林試劑檢驗，其中甲試管中會出現磚紅色沉淀，D錯誤。
對點練1 （不定項）蔗糖酶能將一分子蔗糖催化水解為一分子果糖和一分子葡萄糖。下圖表示蔗糖酶在最適溫度 下催化底物水解的模型，下列有關
ACD
A.該模型能解釋酶具有專一性
B.模型中乙表示蔗糖酶，能為甲的水解提供反應的活化能
C.模型中乙的化學結構在化學反應的前后不會發生改變
D.若溫度適當升高或降低 ，該酶的催化速率都將下降
敘述正確的是( )。
[解析] 甲能和乙的活性部位結合，如同鑰匙和鎖的關系，該模型能夠解釋酶具有專一性，A正確；分析題圖可知，甲表示蔗糖，乙表示蔗糖酶，酶的作用機理是降低化學反應的活化能，B錯誤；酶的結構在反應前后不會發生改變，C正確；該圖表示蔗糖酶在最適溫度下催化底物分解的模型，如果溫度升高或降低 ，該酶的活性都會降低，催化速率都將下降，D正確。
任務2 探究影響酶活性的條件
活動2 閱讀以下兩個關于探究溫度和 對酶活性的影響的實驗步驟和實
驗后觀察到的現象，思考并討論下列問題
一、探究溫度對酶活性的影響
步驟 試管
1 2 3
淀粉溶液 - - -
淀粉酶溶液 - - -
不同溫度下處 理 （或 ） （或 ）
步驟 試管
1 2 3
將同一溫度下的兩種物質混合后在對應溫度保溫
滴加碘液 1滴 1滴 1滴
步驟 試管
結果（現象） 變藍 不變藍 變藍
結論
續表
1.實驗時將裝有淀粉酶溶液的試管和裝有淀粉溶液的試管分別放置在相同溫度的水中處理一段時間后再混合，這樣做的意義是什么？
提示 保證反應一開始就達到預設溫度，使酶促反應在預設溫度下進行。
2.本實驗的結論是什么？
提示 酶的催化作用需在適宜的溫度下進行，溫度過高或過低都會影響酶的活性。
3.能否用過氧化氫溶液來探究溫度對酶活性的影響？
提示 不能。探究溫度對酶活性的影響時，自變量是溫度，而過氧化氫在高溫條件下會分解，會對實驗結果造成影響。
4.在探究溫度對淀粉酶活性的影響的實驗中能否用斐林試劑作為檢測試劑？
提示 不能。因為該實驗的自變量是溫度，用斐林試劑進行檢測時需要水浴加熱，會對實驗結果造成影響。
5.若要探究酶促反應更精確的最適溫度，該如何設計實驗
提示 設置一系列更小梯度的溫度，再比較在不同溫度條件下酶促反應速率的快慢。
二、探究 對酶活性的影響
序號 內容 試管1 試管2 試管3
1 注入等量的新鮮肝臟研磨液
2 注入等量的不同 的溶液 蒸餾水 溶 液 溶
液
3 注入等量的過氧化氫溶液
4 預期實驗結果 氣泡較多 氣泡較少或沒有 氣泡較少或
沒有
5 將點燃的衛生香放入試管內 液面的上方 燃燒劇烈 燃燒較弱 燃燒較弱
1.本實驗中自變量是什么？該變量是如何控制的？為什么各實驗組在步驟3都是加
過氧化氫溶液？
提示 本實驗的自變量是不同的 。通過分別加等量 、蒸餾水和 控制。步
驟3加入的過氧化氫溶液量是無關變量，應該保證相同且適宜。
2.若將步驟2與步驟3調換順序，實驗還能成功嗎？為什么？
提示 不能。酶具有高效性，若先混合酶和底物，后調 ，在加 或 前，反應已經進行，就不能判斷各自反應速率的快慢。
3.以上各實驗組試管應放置在什么溫度條件下？為什么？
提示 以上各實驗組試管應放置在最適溫度條件下。在本實驗中，溫度屬于無關變量，無關變量應該保持相同且適宜。
4.本實驗能否選用淀粉酶和淀粉作為實驗材料？為什么？
提示 不能。因為淀粉在酸性條件下也會發生水解反應。
認知生成
1.選擇實驗材料時，要注意排除自變量本身對實驗結果的影響，保證自變量只通過影響
酶活性來影響實驗結果，而不能直接影響實驗結果。例如，設計實驗探究酶的最適溫度
時，不宜用過氧化氫和過氧化氫酶做實驗，因為溫度會影響過氧化氫的分解；設計實驗
探究酶的最適 時，不宜用淀粉和淀粉酶做實驗，因為淀粉在酸性條件下會水解。
2.若選擇淀粉和淀粉酶探究酶的最適溫度，檢測底物被分解的試劑宜選用碘液，不宜選用斐林試劑，因為用斐林試劑鑒定時需水浴加熱，而該實驗中需嚴格控制溫度。
3.在探究 對酶活性影響時，宜保證酶的最適溫度（排除溫度干擾），且將酶溶液的
調至實驗要求的 后再讓反應物與酶接觸，不宜在未達到預設 前就讓反應物與
酶接觸。
4.在探究溫度對酶活性的影響時，宜保證酶的最適 （排除 干擾），且將酶和反
應物分別保溫（實驗要求的溫度）后，再混合繼續保溫，不宜在未分別保溫前就讓反
應物與酶接觸。
5.低溫抑制酶的活性，溫度過高、過酸、過堿均會使酶的空間結構發生改變而失活。
例2 為了探究溫度、 對酶活性的影響，下列實驗設計合理的是( )。
選項 探究課題 選用材料與試劑
A 溫度對酶活性的影響 過氧化氫溶液、新鮮的肝臟研磨液
B 溫度對酶活性的影響 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶
液、碘液
C 對酶活性的影響 新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶
液、碘液
D 對酶活性的影響 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶
液、斐林試劑
B
[解析] 過氧化氫受熱易分解，不宜用過氧化氫酶探究溫度對酶活性的影響，A不合理；淀粉遇碘液會發生顏色變化，而淀粉酶能催化淀粉水解，使顏色變淺甚至消失，故可以用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液來探究溫度對酶活性的影響，B合理；蔗糖酶不能催化淀粉水解，C不合理；斐林試劑呈堿性，能與酸性物質發生反應，不適合用于探究 對酶活性的影響，另外在酸性條件下淀粉會水解，不適合選用淀粉溶液和淀粉酶來探究 對酶活性的影響，D不合理。
1.各實驗組中人為控制的變化的條件是自變量，探究影響酶活性的實驗的自變量應將
其設計成一系列等梯度的溫度或 。
2.實驗結果是因變量，因變量應易于觀察或檢測。
3.在探究溫度對酶活性的影響時，反應速率最快的試管對應的溫度不一定是最適溫度，需設置更小的溫度梯度進一步探究。
4.在實驗設計時，無關變量應保持相同且適宜。
5.斐林試劑與還原糖發生顏色反應需要 水浴。
對點練2 大菱鲆是我國重要的海水經濟魚類。研究性學習小組嘗試對大菱鲆消化道中蛋白酶的活性進行研究。
（1）查詢資料得知， 時，在不同 條件下大菱鲆消
化道各部位蛋白酶活性如圖1。由圖可知，在各自最適
下，三種蛋白酶催化效率最高的是________________。
幽門盲囊蛋白酶
[解析] 酶的活性越高，其催化效率就越高，由圖1中曲線可知，在各自最適 下，三
種蛋白酶中，幽門盲囊蛋白酶的活性最高。
（2）資料表明大菱鲆人工養殖溫度常年為 。學習小組假設：大菱鲆蛋白酶
的最適溫度為 。他們設置 、 、 、 的實驗溫度，探究
三種酶的最適溫度。
①探究實驗中以干酪素為底物，干酪素的化學本質是________，可用________試劑鑒定。
蛋白質
雙縮脲
[解析] 蛋白酶的分解底物是蛋白質，因此實驗中干酪素的化學本質是蛋白質，鑒定蛋白質常用的試劑為雙縮脲試劑。
②胃蛋白酶實驗組和幽門盲囊蛋白酶實驗組的 應分別控制在______。
2和8
[解析] 根據圖1可知，胃蛋白酶的最適 為2，幽門盲囊蛋白酶的最適 為8。
③為了控制實驗溫度，裝有酶和底物的試管應__________以保持恒溫。單位時間內___
_________________________可以表示蛋白酶催化效率的高低。
恒溫水浴
底物消耗量（或產物生成量）
[解析] 探究溫度對酶活性影響的實驗中，一般用恒溫水浴來控制不同的反應溫度。酶促反應速率能反應酶催化效率的高低，酶促反應速率可用單位時間內底物的消耗量或產物的生成量來表示。
④實驗結果如圖2所示，據此能否確定該假設成立？______。
理由是______________________________________________
_____________。
不能
據圖可知，隨著溫度升高，酶活性逐步升高，酶活性峰值未出現
[解析] 圖2的實驗結果中，酶活性隨溫度的升高而升高，但沒有出現峰值，因此不能
確定 為大菱鲆蛋白酶的最適溫度。
任務3 繪制和解讀酶促反應相關曲線
活動3 分析影響酶促反應速率的因素
1.分析以下曲線圖，從曲線圖中能得出什么結論？
提示 變化不會影響酶發揮作用的最適溫度；溫度變化不會影響酶發揮作用的最適
。
2.請畫出酶濃度（底物充足）、底物濃度（酶量有限）對酶促反應速率的影響曲線，并進行簡要說明。
提示
底物充足時，隨著酶濃度的增加，酶促反應的速率持續增加。酶相當于是把底物
加工成產品的機器，底物足量時，機器越多，加工能力越強，生產速率越快。
酶量一定時，隨著底物濃度的增加，酶促反應速率增加，但當底物濃度達到 時，
受酶數量的限制，再增加底物濃度，酶促反應速率不再增加。
3.下圖為某些酶抑制劑（抑制酶催化作用的物質）的作用機理。據圖回答下列問題:
依據作用機理，①若抑制劑分子在外形上與作用底物相似，能與底物競爭結合酶的活
性位點，這種抑制劑稱為酶的競爭性抑制劑；②若抑制劑不是與酶的活性位點結合，
而是與活性位點以外的位點結合，使酶分子空間結構發生改變，活性位點不適于接納
底物分子，則屬于非競爭性抑制劑。據圖判斷抑制劑A屬于___________________，抑
制劑B屬于________________。（填“競爭性抑制劑”或“非競爭性抑制劑”）
競爭性抑制劑
非競爭性抑制劑
認知生成
1.有關酶曲線的解讀
比較項目 曲線 解讀
酶的高效性 ①與無機催化劑相比，酶的催化效率更高
②酶只能改變反應速率，不改變生成物的
量
比較項目 曲線 解讀
酶的專一性 加入酶B后隨時間延長，底物B的剩余量逐
漸減少，而底物A的量不發生變化，說明
酶的催化作用具有專一性
續表
比較項目 曲線 解讀
環境條件對 酶活性的影 響 ①在一定的溫度 范圍內，隨著溫度
升高，酶的活性增大；在最適溫度
時，酶的活性最大；超過最適溫度
后，隨著溫度 的升高，酶的活
性逐漸減小
②過酸、過堿、溫度過高都會使酶失活，
而低溫只是抑制了酶的活性，但酶的空間
結構穩定，在適宜的溫度下酶的活性會升
高
續表
比較項目 曲線 解讀
底物濃度對 酶促反應速 率的影響 在其他條件適宜且酶量一定的條件下，酶
促反應速率隨底物濃度的增大而加快，當
底物濃度達到一定值時，再增加底物濃
度，反應速率不再增加
續表
比較項目 曲線 解讀
酶濃度對酶 促反應速率 的影響 在底物充足且其他條件適宜的情況下，酶
促反應速率與酶濃度呈正相關
續表
2.注意：
（1）適當增加酶的濃度會提高酶促反應速率，但生成物的總量不會增加。
（2）在一定范圍內，適當增加底物的濃度，可提高酶促反應速率，同時生成物的總量會增加。
（3）溫度和 可以通過影響酶活性來影響酶促反應速率。
（4）底物濃度和酶濃度是通過影響酶與底物的接觸程度，從而影響酶促反應速率的。
例3 下圖1為溫度對酶促反應速率的影響示
意圖，圖2的實線為在溫度為 的情況下生
成物量與時間的關系圖，則圖2中能表示當
溫度升高至 時生成物量與時間的關系的
是( )。
B
A.曲線1 B.曲線2 C.曲線3 D.曲線4
[解析] 溫度由 變為 時酶的活性變大，酶的活性只會改變反應的速率，而不會改變
化學反應的平衡點，所以到達平衡的時間縮短，如圖中曲線2所示。
對點練3 下圖為不同條件下同種酶促反應速率的變化曲線，下列有關敘述錯誤的是
( )。
D
A.影響 段反應速率的主要因素是底物濃度
B.影響 段反應速率的主要因素是酶濃度
C.溫度導致酶促反應Ⅰ和Ⅱ的速率不同
D.Ⅰ顯示該酶促反應的最適溫度為
[解析] 由圖可以看出，在 段，隨著底物濃度的升高，反應速率不斷增加，則影響 段反應速率的主要因素是底物濃度，A正確；在 段，隨著底物濃度的升高，反應速率不再增加，則影響 段反應速率的主要因素不再是底物濃度，而是酶濃度，B正確；曲線 Ⅰ 和 Ⅱ 的反應溫度不一樣，曲線的差異是由溫度引起的，C正確；只根據 、 時的酶促反應速率，無法確定該酶作用的最適溫度，D錯誤。
素能提升 聯系實際，分析多酶片的應用（科學解釋能力）
信息一：不同的消化液的 不一樣。唾液的 為 ，胃液的 為
，小腸液的 為7.6。
信息二：多酶片是一種復方制劑，它主要是由胰酶、胃蛋白酶復合而成的一種藥
物，其說明書的部分內容如下：
多酶片說明書
性狀:本品為腸溶衣與糖衣的雙層包衣片，內層為胰酶，外層為胃蛋白酶。
適應癥:消化不良、食欲缺乏。
用法用量:口服。一次 片，一日3次。
注意事項:本品在酸性條件下易破壞，故服用時切勿嚼碎。
請根據以上信息，回答下列問題：
（1）一般來說，酶是活細胞產生的具有______作用的有機物，具有________________
________________（至少答出兩點）等特點。
催化
高效性、專一性、作用條件較溫和
[解析] 酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物，絕大多數酶為蛋白質，少數為 ，
其特點是具有高效性、專一性、作用條件較溫和。
（2）多酶片為腸溶衣與糖衣雙層包衣片，外層是______（填“腸溶衣”或“糖衣”）。糖
衣以糖漿為主要包衣材料，有一定的防潮、隔絕空氣、掩蓋藥物不良氣味等作用；腸
溶衣為一層特殊包裹物質，能很好地保護胰酶不會在胃部被破壞。
糖衣
[解析] 多酶片的外層包衣應為糖衣。外層的糖衣被溶解后，暴露出的胃蛋白酶在胃內發揮作用；胃液不能破壞腸溶衣，腸溶衣使內層的胰酶不在胃部被破壞。
（3）胰酶等物質化學成分是________。患者服用多酶片時不能嚼碎的原因是________
_________________________________________________________。
蛋白質
嚼碎會使胰酶在胃部的酸性環境中變性失活，且會被胃蛋白酶催化水解
[解析] 胰酶等物質的化學本質是蛋白質，服用多酶片時嚼碎會使藥片內部的胰酶過早釋放出來，釋放出來的胰酶會在胃部的酸性環境中變性失活，且會被胃蛋白酶催化水解。
（4）臨床上，也常將溶菌酶與抗生素混合使用，增強抗生素的療效，這是因為溶菌酶
能溶解細菌的________，有抗菌消炎的作用。
細胞壁
[解析] 溶菌酶能溶解細菌的細胞壁，有抗菌消炎的作用，臨床上常將溶菌酶與抗生素混合使用，以增強抗生素的療效。
課堂小結
課堂小測
1.基于對酶特性的理解，判斷下列敘述的正誤。
（1）酶具有專一性、高效性，且受溫度和 的影響。( )
√
（2）蛋白酶只能催化蛋白質的水解而不能催化淀粉的水解，這一現象體現了酶的專一
性。( )
√
（3）由于酶在化學反應前后性質和數量沒有改變，所以酶具有高效性。( )
×
（4）高溫和低溫均能破壞酶的結構使其失去活性。( )
×
（5）酶活性最高時的溫度適合酶的保存。( )
×
2.酶是生物催化劑，其催化作用受 等因素的影響。下列敘述錯誤的是( )。
A
A.酶分子有一定的形狀，其形狀與底物的結合無關
B.絕大多數酶是蛋白質，其作用的強弱可用酶活性表示
C.麥芽糖酶能催化麥芽糖的水解，不能催化蔗糖的水解
D.將胃蛋白酶加入 的溶液中，其空間結構會改變
[解析] 酶具有專一性，一種酶只能催化一種或一類化學反應，酶分子具有一定的形狀，其形狀與底物的結合有關， A 錯誤；絕大多數酶的化學本質是蛋白質，少數是 ， 其催化作用的強弱可以用酶活性來表示， B 正確；酶具有專一性，麥芽糖酶可以催化麥芽糖的水解，不能催化蔗糖的水解， C 正確；酶在過酸或過堿的溶液中會變性失活，胃蛋白酶的最適 為 ，將其加入 的溶液中會變性失活，因為其空間結構會發生改變， D 正確。第1節　降低化學反應活化能的酶
第2課時　酶的特性
【自主預習】
一、酶的高效性和專一性
1.高效性
(1)含義:酶的催化效率是　無機催化劑　的107~1013倍。
(2)意義:使細胞代謝快速進行。
2.專一性
(1)含義:每一種酶只能催化　一種或一類　化學反應。
(2)意義:使　細胞代謝　有條不紊地進行。
二、酶的作用條件較溫和
1.酶活性
(1)含義:酶催化特定化學反應的能力。酶活性可用在一定條件下酶所催化某一化學反應的速率表示。
(2)影響酶活性的主要因素:　溫度和pH　。酶所催化的化學反應一般是在　比較溫和　的條件下進行的。
2.溫度和pH對酶活性的影響
(1)低溫時,酶活性很低,但酶的　空間結構穩定　。在適宜的溫度下活性可以　恢復　,因此酶制劑適宜在　低溫　下保存。
(2)在最適溫度或pH條件下,酶的活性　最高　。
(3)過酸、過堿或溫度過高時,會使酶的　空間結構　遭到破壞,使酶永久失活。
(4)溫度和pH對酶活性的影響示意圖:
溫度/℃ 酸堿度/pH
a.P點:　最適　溫度。Q點:最適　pH　。
b.偏離P點或Q點:酶的活性　降低　。
【歸納總結】　　細胞代謝有序進行的原因
1.酶的作用具有專一性。
2.細胞中的各類化學反應之所以能有序進行,還與酶在細胞中的分布有關。如植物葉肉細胞中,與光合作用有關的酶分布在葉綠體內,與呼吸作用有關的酶分布在細胞質基質和線粒體內,這樣,光合作用與呼吸作用可以在細胞內不同的區室同時進行,互不干擾。
【合作探究】
任務1　探究并理解酶的特性
活動1　閱讀課本P81“淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用”實驗,思考并討論以下問題
1.1號試管有磚紅色沉淀生成,2號試管不出現磚紅色沉淀,說明什么 你能從該實驗得到什么結論
　　【提示】　1號試管有磚紅色沉淀生成,說明產生了還原糖,淀粉被水解,2號試管不出現磚紅色沉淀,說明蔗糖沒有被水解。結論:淀粉酶只能催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解,酶的作用具有專一性。
2.上述實驗中能否使用碘液代替斐林試劑作為檢測試劑
　　【提示】　不能,因為碘液只能檢測淀粉是否被水解,而蔗糖分子無論是否被水解都不會使碘液變色。
3.該實驗的自變量和因變量分別是什么 本實驗的設計思路是什么 探究酶的專一性,你還有其他設計思路嗎
　　【提示】　自變量:底物的種類。因變量:底物是否被淀粉酶水解。本實驗設計思路:探究同一種酶是否能催化不同底物的水解。另一種設計思路:探究不同種類的酶能否催化同一種底物的水解。
4.肽酶能催化多種多肽水解為氨基酸,能否說明肽酶沒有專一性
　　【提示】　不能。酶的專一性是指一種酶只能催化一種或一類化學反應。肽酶催化的是一類反應,也能說明其具有專一性。
5.分析以下材料回答問題。
　　材料1　在比較肝臟研磨液(過氧化氫酶)和FeCl3對過氧化氫的催化效率實驗(如圖)中,每滴肝臟研磨液中的過氧化氫酶分子數與每滴FeCl3溶液中的Fe3+數之比是1∶250 000;但試管甲單位時間內產生的氣泡卻比試管乙產生的多。
　　材料2　下圖為酶促反應作用的模式圖:
　　圖中甲表示酶,乙表示反應物,丙、丁表示生成物。
　　材料3　生物體的溫度大多為37 ℃左右,體內的壓強大多為1個大氣壓,細胞中的pH大多為中性,即生物體幾乎所有的酶促反應都可以在常溫、常壓和中性的pH條件下進行。
　上述材料1說明:與無機催化劑相比,酶的催化作用具有　　　　　　。材料2的模式圖說明酶具有　　　　　　。材料3說明酶的作用條件　　　　　　　　。
　　【提示】　高效性　專一性　較溫和
認知生成
1.驗證酶專一性的方法是對比法,常見的有兩種方案:底物相同但酶不同或底物不同但酶相同,最后通過觀察或檢測酶促反應能否進行得出結論。
2.若底物選擇淀粉和蔗糖,用淀粉酶來驗證酶的專一性時,檢測底物是否被分解的試劑宜選用斐林試劑,不宜選用碘液,因為碘液無法檢測蔗糖是否被分解。
3.酶具有專一性和高效性,原因是酶具有特定的空間結構,能有效降低化學反應的活化能。
4.酶具有作用條件較溫和的特性,原因也是酶具有特定的空間結構,意義是保證在生物體內的反應高效進行。
例1　下圖表示酶的有關實驗:取甲、乙、丙三支潔凈的試
管,分別往甲、乙試管中注入3 mL淀粉糊,往丙試管中注入3 mL蔗糖溶液。然后往甲、丙試管中各注入2 mL新鮮的小麥淀粉酶濾液,往乙試管中注入2 mL清水,振蕩這三支試管。下列說法正確的是(　　)。
A.往三支試管中分別滴入1滴碘液,在35 ℃水浴中保溫5 min,甲、乙試管中的溶液都變藍
B.三支試管中各物質的量要求相同,是為了排除物質用量的不同對實驗結果的影響
C.本實驗測得35 ℃是小麥淀粉酶起催化作用的最適溫度
D.該實驗不可以用斐林試劑檢驗
　　【答案】　B
【解析】　甲試管中的淀粉被淀粉酶水解,丙試管中不存在淀粉,所以滴入碘液后只有乙試管中的溶液變藍色,A錯誤;該實驗只在一種溫度條件下進行,不能說明35 ℃是小麥淀粉酶起催化作用的最適溫度,C錯誤;該實驗可以用斐林試劑檢驗,其中甲試管中會出現磚紅色沉淀,D錯誤。
對點練1　(不定項)蔗糖酶能將一分子蔗糖催化水解為一分子果糖和一分子葡萄糖。下圖表示蔗糖酶在最適溫度下催化底物水解的模型,下列有關敘述正確的是(　　)。
A.該模型能解釋酶具有專一性
B.模型中乙表示蔗糖酶,能為甲的水解提供反應的活化能
C.模型中乙的化學結構在化學反應的前后不會發生改變
D.若溫度適當升高或降低5 ℃,該酶的催化速率都將下降
　　【答案】　ACD
【解析】　甲能和乙的活性部位結合,如同鑰匙和鎖的關系,該模型能夠解釋酶具有專一性,A正確;分析題圖可知,甲表示蔗糖,乙表示蔗糖酶,酶的作用機理是降低化學反應的活化能,B錯誤;酶的結構在反應前后不會發生改變,C正確;該圖表示蔗糖酶在最適溫度下催化底物分解的模型,如果溫度升高或降低5 ℃,該酶的活性都會降低,催化速率都將下降,D正確。
任務2　探究影響酶活性的條件
活動2　閱讀以下兩個關于探究溫度和pH對酶活性的影響的實驗步驟和實驗后觀察到的現象,思考并討論下列問題
一、探究溫度對酶活性的影響
步驟 試管
1 1' 2 2' 3 3'
淀粉溶液 2 mL - 2 mL - 2 mL -
淀粉酶 溶液 - 1 mL - 1 mL - 1 mL
不同溫度下處理 5 min 100 ℃ (或0 ℃) 60 ℃ 0 ℃(或 100 ℃)
將同一溫度下的兩種物質混合后在對應溫度保溫5 min
滴加碘液 1滴 1滴 1滴
結果(現象) 變藍 不變藍 變藍
結論
1.實驗時將裝有淀粉酶溶液的試管和裝有淀粉溶液的試管分別放置在相同溫度的水中處理一段時間后再混合,這樣做的意義是什么
　　【提示】　保證反應一開始就達到預設溫度,使酶促反應在預設溫度下進行。
2.本實驗的結論是什么
　　【提示】　酶的催化作用需在適宜的溫度下進行,溫度過高或過低都會影響酶的活性。
3.能否用過氧化氫溶液來探究溫度對酶活性的影響
　　【提示】　不能。探究溫度對酶活性的影響時,自變量是溫度,而過氧化氫在高溫條件下會分解,會對實驗結果造成影響。
4.在探究溫度對淀粉酶活性的影響的實驗中能否用斐林試劑作為檢測試劑
　　【提示】　不能。因為該實驗的自變量是溫度,用斐林試劑進行檢測時需要水浴加熱,會對實驗結果造成影響。
5.若要探究酶促反應更精確的最適溫度,該如何設計實驗
　　【提示】　設置一系列更小梯度的溫度,再比較在不同溫度條件下酶促反應速率的快慢。
二、探究pH對酶活性的影響
序號 內容 試管1 試管2 試管3
1 注入等量的新鮮肝臟研磨液 1 mL 1 mL 1 mL
2 注入等量的不同pH的溶液 1 mL 蒸餾水 1 mL NaOH 溶液 1 mL HCl 溶液
3 注入等量的過氧化氫溶液 2 mL 2 mL 2 mL
4 預期實驗結果 氣泡較多 氣泡較少 或沒有 氣泡較少 或沒有
5 將點燃的衛生香放入試管內液面的上方 燃燒劇烈 燃燒較弱 燃燒較弱
1.本實驗中自變量是什么 該變量是如何控制的 為什么各實驗組在步驟3都是加2 mL過氧化氫溶液
　　【提示】　本實驗的自變量是不同的pH。通過分別加等量HCl、蒸餾水和NaOH控制。步驟3加入的過氧化氫溶液量是無關變量,應該保證相同且適宜。
2.若將步驟2與步驟3調換順序,實驗還能成功嗎 為什么
　　【提示】　不能。酶具有高效性,若先混合酶和底物,后調pH,在加HCl或NaOH前,反應已經進行,就不能判斷各自反應速率的快慢。
3.以上各實驗組試管應放置在什么溫度條件下 為什么
　　【提示】　以上各實驗組試管應放置在最適溫度條件下。在本實驗中,溫度屬于無關變量,無關變量應該保持相同且適宜。
4.本實驗能否選用淀粉酶和淀粉作為實驗材料 為什么
　　【提示】　不能。因為淀粉在酸性條件下也會發生水解反應。
認知生成
1.選擇實驗材料時,要注意排除自變量本身對實驗結果的影響,保證自變量只通過影響酶活性來影響實驗結果,而不能直接影響實驗結果。例如,設計實驗探究酶的最適溫度時,不宜用過氧化氫和過氧化氫酶做實驗,因為溫度會影響過氧化氫的分解;設計實驗探究酶的最適pH時,不宜用淀粉和淀粉酶做實驗,因為淀粉在酸性條件下會水解。
2.若選擇淀粉和淀粉酶探究酶的最適溫度,檢測底物被分解的試劑宜選用碘液,不宜選用斐林試劑,因為用斐林試劑鑒定時需水浴加熱,而該實驗中需嚴格控制溫度。
3.在探究pH對酶活性影響時,宜保證酶的最適溫度(排除溫度干擾),且將酶溶液的pH調至實驗要求的pH后再讓反應物與酶接觸,不宜在未達到預設pH前就讓反應物與酶接觸。
4.在探究溫度對酶活性的影響時,宜保證酶的最適pH(排除pH干擾),且將酶和反應物分別保溫(實驗要求的溫度)后,再混合繼續保溫,不宜在未分別保溫前就讓反應物與酶接觸。
5.低溫抑制酶的活性,溫度過高、過酸、過堿均會使酶的空間結構發生改變而失活。
例2　為了探究溫度、pH對酶活性的影響,下列實驗設計合理的是(　　)。
選項 探究課題 選用材料與試劑
A 溫度對酶活性的影響 過氧化氫溶液、新鮮的肝臟研磨液
B 溫度對酶活性的影響 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
C pH對酶活性的影響 新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
D pH對酶活性的影響 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林試劑
　　【答案】　B
【解析】　過氧化氫受熱易分解,不宜用過氧化氫酶探究溫度對酶活性的影響,A不合理;淀粉遇碘液會發生顏色變化,而淀粉酶能催化淀粉水解,使顏色變淺甚至消失,故可以用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液來探究溫度對酶活性的影響,B合理;蔗糖酶不能催化淀粉水解,C不合理;斐林試劑呈堿性,能與酸性物質發生反應,不適合用于探究pH對酶活性的影響,另外在酸性條件下淀粉會水解,不適合選用淀粉溶液和淀粉酶來探究pH對酶活性的影響,D不合理。
【技巧歸納】
1.各實驗組中人為控制的變化的條件是自變量,探究影響酶活性的實驗的自變量應將其設計成一系列等梯度的溫度或pH。
2.實驗結果是因變量,因變量應易于觀察或檢測。
3.在探究溫度對酶活性的影響時,反應速率最快的試管對應的溫度不一定是最適溫度,需設置更小的溫度梯度進一步探究。
4.在實驗設計時,無關變量應保持相同且適宜。
5.斐林試劑與還原糖發生顏色反應需要50~65 ℃水浴。
對點練2　大菱鲆是我國重要的海水經濟魚類。研究性學習小組嘗試對大菱鲆消化道中蛋白酶的活性進行研究。
(1)查詢資料得知,18 ℃時,在不同pH條件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶活性如圖1。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殖溫度常年為15~18 ℃。學習小組假設:大菱鲆蛋白酶的最適溫度為15~18 ℃。他們設置15 ℃、16 ℃、17 ℃、18 ℃的實驗溫度,探究三種酶的最適溫度。
①探究實驗中以干酪素為底物,干酪素的化學本質是　　　　,可用　　　　試劑鑒定。
②胃蛋白酶實驗組和幽門盲囊蛋白酶實驗組的pH應分別控制在　　　　。
③為了控制實驗溫度,裝有酶和底物的試管應　　　　　以保持恒溫。單位時間內　　　　　　　可以表示蛋白酶催化效率的高低。
④實驗結果如圖2所示,據此能否確定該假設成立 　　　　。理由是　 　　　　　　　。
　　【答案】　(1)幽門盲囊蛋白酶　(2)①蛋白質　雙縮脲　②2和8　③恒溫水浴　底物消耗量(或產物生成量)　④不能　據圖可知,隨著溫度升高,酶活性逐步升高,酶活性峰值未出現
【解析】　(1)酶的活性越高,其催化效率就越高,由圖1中曲線可知, 在各自最適pH下,三種蛋白酶中,幽門盲囊蛋白酶的活性最高。(2)①蛋白酶的分解底物是蛋白質,因此實驗中干酪素的化學本質是蛋白質,鑒定蛋白質常用的試劑為雙縮脲試劑。②根據圖1可知,胃蛋白酶的最適pH為2,幽門盲囊蛋白酶的最適pH為8。③探究溫度對酶活性影響的實驗中,一般用恒溫水浴來控制不同的反應溫度。酶促反應速率能反應酶催化效率的高低,酶促反應速率可用單位時間內底物的消耗量或產物的生成量來表示。④圖2的實驗結果中,酶活性隨溫度的升高而升高,但沒有出現峰值,因此不能確定15~18 ℃為大菱鲆蛋白酶的最適溫度。
任務3　繪制和解讀酶促反應相關曲線
活動3　分析影響酶促反應速率的因素
1.分析以下曲線圖,從曲線圖中能得出什么結論
　　【提示】　pH變化不會影響酶發揮作用的最適溫度;溫度變化不會影響酶發揮作用的最適pH。
2.請畫出酶濃度(底物充足)、底物濃度(酶量有限)對酶促反應速率的影響曲線,并進行簡要說明。
　　【提示】　
底物充足時,隨著酶濃度的增加,酶促反應的速率持續增加。酶相當于是把底物加工成產品的機器,底物足量時,機器越多,加工能力越強,生產速率越快。
酶量一定時,隨著底物濃度的增加,酶促反應速率增加,但當底物濃度達到a時,受酶數量的限制,再增加底物濃度,酶促反應速率不再增加。
3.下圖為某些酶抑制劑(抑制酶催化作用的物質)的作用機理。據圖回答下列問題:
依據作用機理,①若抑制劑分子在外形上與作用底物相似,能與底物競爭結合酶的活性位點,這種抑制劑稱為酶的競爭性抑制劑;②若抑制劑不是與酶的活性位點結合,而是與活性位點以外的位點結合,使酶分子空間結構發生改變,活性位點不適于接納底物分子,則屬于非競爭性抑制劑。據圖判斷抑制劑A屬于　　　　　,抑制劑B屬于　　　　　　。(填“競爭性抑制劑”或“非競爭性抑制劑”)
　　【提示】　競爭性抑制劑　非競爭性抑制劑
認知生成
1.有關酶曲線的解讀
比較項目 曲線 解讀
酶的高效性 ①與無機催化劑相比,酶的催化效率更高 ②酶只能改變反應速率,不改變生成物的量
酶的專一性 加入酶B后隨時間延長,底物B的剩余量逐漸減少,而底物A的量不發生變化,說明酶的催化作用具有專一性
環境條件對酶活性的影響 ①在一定的溫度(pH)范圍內,隨著溫度(pH)升高,酶的活性增大;在最適溫度(pH)時,酶的活性最大;超過最適溫度(pH)后,隨著溫度(pH)的升高,酶的活性逐漸減小 ②過酸、過堿、溫度過高都會使酶失活,而低溫只是抑制了酶的活性,但酶的空間結構穩定,在適宜的溫度下酶的活性會升高
底物濃度對酶促反應速率的影響 在其他條件適宜且酶量一定的條件下,酶促反應速率隨底物濃度的增大而加快,當底物濃度達到一定值時,再增加底物濃度,反應速率不再增加
酶濃度對酶促反應速率的影響 在底物充足且其他條件適宜的情況下,酶促反應速率與酶濃度呈正相關
2.注意:
(1)適當增加酶的濃度會提高酶促反應速率,但生成物的總量不會增加。
(2)在一定范圍內,適當增加底物的濃度,可提高酶促反應速率,同時生成物的總量會增加。
(3)溫度和pH可以通過影響酶活性來影響酶促反應速率。
(4)底物濃度和酶濃度是通過影響酶與底物的接觸程度,從而影響酶促反應速率的。
例3　下圖1為溫度對酶促反應速率的影響示意圖,圖2的實線為在溫度為a的情況下生成物量與時間的關系圖,則圖2中能表示當溫度升高至2a時生成物量與時間的關系的是(　　)。
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.曲線1 B.曲線2
C.曲線3 D.曲線4
　　【答案】　B
【解析】　溫度由a變為2a時酶的活性變大,酶的活性只會改變反應的速率,而不會改變化學反應的平衡點,所以到達平衡的時間縮短,如圖中曲線2所示。
對點練3　下圖為不同條件下同種酶促反應速率的變化曲線,下列有關敘述錯誤的是(　　)。
A.影響AB段反應速率的主要因素是底物濃度
B.影響BC段反應速率的主要因素是酶濃度
C.溫度導致酶促反應Ⅰ和Ⅱ的速率不同
D.Ⅰ顯示該酶促反應的最適溫度為37 ℃
　　【答案】　D
【解析】　由圖可以看出,在AB段,隨著底物濃度的升高,反應速率不斷增加,則影響AB段反應速率的主要因素是底物濃度,A正確;在BC段,隨著底物濃度的升高,反應速率不再增加,則影響BC段反應速率的主要因素不再是底物濃度,而是酶濃度,B正確;曲線 Ⅰ 和 Ⅱ 的反應溫度不一樣,曲線的差異是由溫度引起的,C正確;只根據37 ℃、25 ℃時的酶促反應速率,無法確定該酶作用的最適溫度,D錯誤。
素能提升　聯系實際,分析多酶片的應用(科學解釋能力)
　　信息一:不同的消化液的pH不一樣。唾液的pH為6.2~7.4,胃液的pH為0.9~1.5,小腸液的pH為7.6。
信息二:多酶片是一種復方制劑,它主要是由胰酶、胃蛋白酶復合而成的一種藥物,其說明書的部分內容如下:
多酶片說明書
性狀:本品為腸溶衣與糖衣的雙層包衣片,內層為胰酶,外層為胃蛋白酶。
適應癥:消化不良、食欲缺乏。
用法用量:口服。一次2~3片,一日3次。
注意事項:本品在酸性條件下易破壞,故服用時切勿嚼碎。
請根據以上信息,回答下列問題:
(1)一般來說,酶是活細胞產生的具有　　　　作用的有機物,具有　　　　　　　　　　　　　　　　　(至少答出兩點)等特點。
(2)多酶片為腸溶衣與糖衣雙層包衣片,外層是　　　　(填“腸溶衣”或“糖衣”)。糖衣以糖漿為主要包衣材料,有一定的防潮、隔絕空氣、掩蓋藥物不良氣味等作用;腸溶衣為一層特殊包裹物質,能很好地保護胰酶不會在胃部被破壞。
(3)胰酶等物質化學成分是　　　　。患者服用多酶片時不能嚼碎的原因是　　　　　　　　　　　。
(4)臨床上,也常將溶菌酶與抗生素混合使用,增強抗生素的療效,這是因為溶菌酶能溶解細菌的　　　　,有抗菌消炎的作用。
　　【答案】　(1)催化　高效性、專一性、作用條件較溫和
(2)糖衣　(3)蛋白質　嚼碎會使胰酶在胃部的酸性環境中變性失活,且會被胃蛋白酶催化水解　(4)細胞壁
【解析】　(1)酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物,絕大多數酶為蛋白質,少數為RNA,其特點是具有高效性、專一性、作用條件較溫和。(2)多酶片的外層包衣應為糖衣。外層的糖衣被溶解后,暴露出的胃蛋白酶在胃內發揮作用;胃液不能破壞腸溶衣,腸溶衣使內層的胰酶不在胃部被破壞。(3)胰酶等物質的化學本質是蛋白質,服用多酶片時嚼碎會使藥片內部的胰酶過早釋放出來,釋放出來的胰酶會在胃部的酸性環境中變性失活,且會被胃蛋白酶催化水解。(4)溶菌酶能溶解細菌的細胞壁,有抗菌消炎的作用,臨床上常將溶菌酶與抗生素混合使用,以增強抗生素的療效。
【隨堂檢測】
課堂小結 課堂小測
1.基于對酶特性的理解,判斷下列敘述的正誤。 (1)酶具有專一性、高效性,且受溫度和pH的影響。 (√) (2)蛋白酶只能催化蛋白質的水解而不能催化淀粉的水解,這一現象體現了酶的專一性。 (√) (3)由于酶在化學反應前后性質和數量沒有改變,所以酶具有高效性。 (×) (4)高溫和低溫均能破壞酶的結構使其失去活性。 (×) (5)酶活性最高時的溫度適合酶的保存。 (×) 2.酶是生物催化劑,其催化作用受pH等因素的影響。下列敘述錯誤的是(　　)。 A.酶分子有一定的形狀,其形狀與底物的結合無關 B.絕大多數酶是蛋白質,其作用的強弱可用酶活性表示 C.麥芽糖酶能催化麥芽糖的水解,不能催化蔗糖的水解 D.將胃蛋白酶加入pH=10的溶液中,其空間結構會改變 　　【答案】　A 【解析】　酶具有專一性,一種酶只能催化一種或一類化學反應,酶分子具有一定的形狀,其形狀與底物的結合有關,A錯誤;絕大多數酶的化學本質是蛋白質,少數是RNA,其催化作用的強弱可以用酶活性來表示,B正確;酶具有專一性,麥芽糖酶可以催化麥芽糖的水解,不能催化蔗糖的水解,C正確;酶在過酸或過堿的溶液中會變性失活,胃蛋白酶的最適pH為1.5,將其加入pH=10的溶液中會變性失活,因為其空間結構會發生改變,D正確。
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