第5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 第2课时 酶的特性(共42张PPT)

(共42张PPT)
第2课时　酶的特性
2019版生物学必修1 《分子与细胞》
同步课件
学习目标
1.分析酶的特性,总结影响酶活性的因素。
2.尝试开展实验探究影响酶活性的因素。
3.通过对酶催化作用具体实例的讨论,说明酶的特性。
问题探究·知识生成
新知探究一　酶具有专一性
建立概念·达成素养
问题探究
活动1:阅读教材P81～82相关内容,并按要求进行实验,思考,讨论,回答下列问题。
问题(1):1号试管有砖红色沉淀生成,2号试管不出现砖红色沉淀,得出的初步结论是什么
提示:1号试管中淀粉被水解,2号试管中蔗糖没有被水解。
问题(2):该实验说明了什么
提示:淀粉酶只催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解,酶的催化作用具有专一性。
问题(3):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
提示: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。
活动2:比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率
问题(4):通过比较1、2的实验结果,你能得出什么结论呢
提示:酶的催化效率比无机催化剂高,酶具有高效性。
问题(5):如图表示了未加催化剂、加无机催化剂、加酶的催化效率曲线图,请辨析①②③曲线分别表示哪种情况
提示:①加酶;②加无机催化剂;③未加催化剂。
归纳总结
(1)酶专一性理论模型的构建
①图中A表示酶,B表示 ,E、F表示B被分解后产生的物质,C、D表示不能被A催化的物质。
②酶和被催化的反应物分子都有 。
(2)酶具有高效性的意义
酶具有高效性,保证了 在温和条件下快速有序地进行。
被A催化的底物
特定的结构
细胞代谢
对比法验证酶的专一性
(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
拓展
项目 方案一 方案二 实验组 对照组 实验组 对照组
材料 同种底物(等量) 与酶相对 应的底物 另外一
种底物
试剂 与底物相 对应的酶 另外一 种酶 同一种酶(等量) 现象 发生反应 不发生 反应 发生反应 不发生
反应
结论 酶具有专一性 即时应用
1.如表为某同学设计的实验,该实验结果可以证明酶(　 　)
B
步骤 1号试管 2号试管
1 加淀粉溶液3 mL 加淀粉溶液3 mL
2 加淀粉酶溶液1 mL 加脂肪酶溶液1 mL
3 加碘液3滴 加碘液3滴
现象 不变蓝色 变蓝色
A.具有高效性 B.具有专一性
C.本质为蛋白质 D.本质为RNA
解析:根据题意分析,淀粉酶可以分解淀粉,脂肪酶不能分解,可以证明酶的专一性。
解析:酶的作用是催化而不是调节;酶的活性会受外界因素影响而改变;利用碘液不能检测蔗糖是否分解;酶的作用机理是降低化学反应活化能而不能为化学反应提供活化能。
2.下列关于酶及相关实验的叙述中,正确的是(　 　)
A.酶是活细胞产生的有机物,微量高效,能调节酶促反应
B.酶在适宜条件下活性最大,其活性可因反应条件的变化而改变
C.利用淀粉和蔗糖两种物质探究淀粉酶专一性时,用碘液进行检测
D.酶促反应中,酶能高效提供活化能,从而加速反应的进行
B
新知探究二　酶的作用条件较温和
问题探究
资料1: 探究温度对酶活性影响的实验方案
步骤 项目 试管1 试管2 试管3
1 加入可溶性淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL
2 放置在不同温度环境中 0 ℃ 100 ℃ 60 ℃
3 加入新配制的 淀粉酶溶液 1 mL 1 mL 1 mL
4 反应时间 5 min 5 min 5 min
5 滴入碘液 2滴 2滴 2滴
6 观察结果 变蓝 变蓝 不变蓝
问题(1):该实验的自变量是什么 实验是否要保持酶的最适pH条件 pH在该实验中属于什么变量
提示:该实验的自变量是温度。该实验需要在酶的最适pH条件下进行。pH在该实验中属于无关变量。
问题(2):该实验的思路如图所示。为什么要将底物和酶溶液的温度控制到预设的温度后再混合
提示:严格控制实验的自变量,以免底物与酶接触时未达到预设温度而影响实验结果,增强实验的说服力。
问题(3):探究温度对酶活性影响的实验中,能否用过氧化氢酶催化过氧化氢的分解作为实验对象
提示:不能,过氧化氢在加热的情况下会分解。
问题(4):探究温度对酶活性影响的实验中,能否用斐林试剂作为检测试剂
提示:不能。因为斐林试剂在使用时,需要水浴加热,对反应温度形成干扰。
归纳总结
探究温度对酶活性的影响实验中的注意事项
(1)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。
(2)本实验不宜选用 鉴定,因为温度是干扰条件。
斐林试剂
资料2: 探究pH对酶活性影响的实验方案
步骤 项目 试管1 试管2 试管3
1 注入新鲜的肝脏研 磨液 2滴 2滴 2滴
2 注入不同pH的溶液 1 mL 蒸馏水 1 mL 盐酸 1 mL
NaOH
溶液
3 注入等量的H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL
4 观察现象 有大量气泡产生 无明显气泡 产生 无明显气泡
产生
问题(5):该实验中,能否将步骤2、3调换 为什么
提示:不能。若调换步骤2、3,在调节pH之前,试管中已经发生了反应,会影响实验结果。
问题(6):该实验不宜选用淀粉酶催化淀粉的水解做实验,为什么
提示: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,无法排除无关变量的干扰。
归纳总结
探究pH对酶活性的影响实验中的注意事项
(1)本实验中可将过氧化氢酶和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。
(2)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会发生 。
水解反应
活动1:观察下面的模型,思考,讨论,回答下列问题。
甲、乙两图是温度或pH对酶活性影响的数学模型。
问题(7):观察分析模型,判断甲、乙两图中影响酶活性的因素分别是什么 说明判断理由。
提示:甲为温度;乙为pH。低温不会使酶失活,而过酸或过碱则会使酶失活。
问题(8):酶活性与温度(pH)的关系是什么
提示:酶处于最适温度(最适pH)时活性最高,高于或低于最适温度(最适pH)酶的活性都会降低甚至是失活。
问题(9):低温与高温对酶活性的影响一样吗 pH过高或过低对酶活性的影响一样吗
提示:不一样。低温只是抑制酶的活性,当温度升高到最适温度时,酶的活性也可恢复到最高;而高温破坏了酶的空间结构,使酶失活,是不可逆的,即使温度恢复到最适温度,酶的活性也不会恢复。pH过高或过低对酶活性的影响一样。pH过高或过低都会破坏酶的空间结构,使酶失活,是不可逆的,即使恢复到最适pH,酶的活性也不会恢复。
活动2:底物和酶的浓度是影响酶促反应速率的因素,观察下面的模型,思考,讨论,回答下列问题。
问题(10):甲中酶促反应速率随底物浓度如何变化 甲中当底物达到一定浓度后,酶促反应速率不再加快的原因是什么
提示:在其他条件适宜,酶浓度一定的情况下,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,酶促反应速率不再增加;不再加快的原因是受到酶数量和酶活性的限制。
问题(11):分析并描述乙曲线的含义。
提示:在底物充足,其他条件都适宜的情况下,酶浓度与酶促反应速率呈正相关。
归纳总结
酶促反应的影响因素
(1)温度和pH
图甲和图乙显示: 都会使酶失活,而低温只是抑制酶的活性,酶分子空间结构未被破坏,温度适当升高酶可恢复活性。从图丙和图丁可以看出:pH或温度的变化 (填“影响”或“不影响”)酶作用的最适温度或pH。
过酸、过碱、高温
不影响
(2)底物浓度和酶浓度
图甲中OP段酶促反应速率的限制因素是 ,而P点之后的限制因素可能为 ;图乙对反应底物的要求是 。
底物浓度
酶浓度或酶活性
底物足量
抑制酶活性的两个模型
模型A中的抑制剂与底物竞争酶的活性位点,从而降低酶对底物的催化效应;模型B中的抑制剂和酶活性位点以外的其他位点结合,能改变酶的构型,使酶不能与底物结合,从而使酶失去催化活性。
拓展
即时应用
3.下列有关酶的实验设计思路正确的是(　 　)
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研究酶的高效性
D.利用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为5、7、9的缓冲液验证pH对酶活性的影响
解析:过氧化氢的分解受温度影响,所以不能用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响;利用淀粉、蔗糖、淀粉酶来验证酶的专一性时,采用碘液检测结果均为无颜色变化,故无法检测出实验结果;酶的高效性是相对无机催化剂而言的,所以研究酶的高效性时,用酶和无机催化剂对比;胃蛋白酶的适宜pH是1.5,所以利用胃蛋白酶、蛋清来验证pH对酶活性的影响时,pH设置成5、7、9无法看出pH对酶活性的影响。
C
4.细胞代谢离不开酶的催化,酶的催化需要温和的环境条件,某课外活动小组用淀粉酶探究pH对酶活性的影响时发现,pH过低时淀粉水解速率也会加快,探究结果如图所示。下列有关实验的说法中,正确的是(　 　)
A.从图中能推断,该淀粉酶在pH=1比pH=3时活性一定更高
B.从实验结果分析可知,该淀粉酶的最适pH为7
C.在强酸、强碱条件下淀粉酶活性受到抑制但空间结构没有改变
D.在pH为5～9之间设置更小的pH梯度可探究该淀粉酶的最适pH
D
解析:由于酸性条件也能催化淀粉水解,故尽管pH=1时淀粉初始量小于pH=3时的淀粉初始量,也不能说明该淀粉酶在pH=1比pH=3时活性高;几组实验中pH为7的条件下淀粉的剩余量最少,但不一定是该酶的最适pH,若要确定其最适pH,需在pH为5～9之间设置更小的pH梯度探究该淀粉酶的最适pH;在强酸、强碱条件下酶的空间结构会发生改变。
联系实际·素养落实
[科学探究情境]
加酶洗衣粉中添加了多种酶制剂,如碱性蛋白酶制剂和碱性脂肪酶制剂等。这些酶制剂不仅可以有效地清除衣物上的污渍,而且对人体没有毒害作用,并且这些酶制剂及其分解产物能够被微生物分解,不会污染环境。所以,加酶洗衣粉受到了人们的普遍欢迎。
知识迁移·培养能力
探究:(1)许多加酶洗衣粉标有“请勿用60 ℃以上的热水,以免洗衣粉失效”。你能说明其中的理论依据吗
提示:温度过高会影响酶的活性,甚至酶会因高温而变性失活。
(2)过酸、过碱、高温、低温对酶促反应速率的影响一样吗
提示:不一样,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,温度升高后可恢复活性。
(3)从蛋白质的结构和特点方面分析,该如何保存酶
提示:应在低温和适宜pH下保存酶。
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.酶的特性是具有高效性、专一性和作用条件较温和。
2.酶具有专一性表现为每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
3.在最适宜的温度和pH条件下,酶的活性最高。温度和pH偏高或偏低,酶活性都会明显降低。
4.过酸、过碱或温度过高,都会使酶的空间结构遭到破坏而失活。
5.在一定的低温下,酶的活性很低,但空间结构稳定,并未失活,在一定温度范围内随温度的升高酶的活性会升高。
随堂反馈
1.图甲表示酶和无机催化剂改变化学反应速率的原理,图乙为不同条件下生成物的量随时间的变化曲线,下列选项中正确的是(　 　)
A.a、b、c分别表示无催化剂、无机催化剂及酶催化化学反应时所需活化能
B.b、c两者间的大小可以解释酶的高效性
C.图乙可表示不同温度下的淀粉酶催化淀粉水解的结果
D.图乙可表示向不同浓度的过氧化氢溶液中添加等量土豆片的反应结果
C
解析:据题图分析,活化能b>a>c,则a是无机催化剂需要的活化能,b表示无催化剂化学反应需要的活化能,c表示酶催化的化学反应需要的活化能;b、c两者间的大小可以解释酶具有催化作用,a、c两者间的大小可以解释酶的高效性;图乙可表示不同温度下的淀粉酶催化淀粉水解的结果,其中X温度条件下酶的活性最高,反应速率最快;不同浓度的过氧化氢溶液产生氧气量不一样,图乙可表示等量相同浓度的过氧化氢溶液中添加不同数量土豆片的反应结果。
2.蔗糖酶能将一分子蔗糖水解为一分子果糖和一分子葡萄糖。如图表示蔗糖酶在最适温度下催化底物水解的模型,下列有关叙述错误的是(　 　)
A.该模型能解释酶具有专一性
B.模型中乙表示蔗糖酶,为甲的水解提供反应的活化能
C.模型中乙的化学结构在化学反应的前后不会发生改变
D.若温度适当升高或降低5 ℃,酶的催化速率都将下降
B
解析:甲能和乙的活性部位结合,如钥匙和锁的关系,该图能够解释酶具有专一性;酶的作用机理是降低化学反应的活化能;酶的结构在反应前后不会发生改变;该图表示酶在最适温度下催化底物分解的模型,如果温度升高或降低5 ℃,酶的活性都会减弱,催化效率都将下降。
3.如图表示酶促反应速率在最适温度和pH条件下,随反应物浓度变化的曲线。以下分析正确的是(　 　)
A.如果A点时pH适当增大,曲线上升幅度将变大
B.与A点相比,B点时的酶活性更高
C.C点时,向反应混合物中加入少量同样的酶,反应速率会加快
D.如果B点时适当降低pH,会使酶降低化学反应活化能的效果更显著
C
解析:酶活性受温度、pH影响,该图表示的是最适温度和pH条件下酶促反应,pH增大或减小都会使曲线下降;B点时的酶活性与A点相同;C点时,反应物浓度再增大,反应速率不再变化,限制酶促反应速率的条件可能是酶的数量,所以向反应混合物中加入少量同样的酶,反应速率会加快;B点降低pH,酶促反应速率下降,酶降低活化能的效果会下降。
4.下列有关酶特性实验设计中最科学、严谨的选项是(　 　)
选项 实验目的 实验设计
A 酶催化具有高效性 实验组:2 mL 3%H2O2+1 mL过氧化氢酶,保温5 min
对照组:2 mL 3%H2O2+1 mL蒸馏水,保温5 min
B 酶催化具有专一性 实验组:2 mL 3%可溶性淀粉+1 mL新鲜唾液,保温5 min后碘液检验
对照组:2 mL 3%蔗糖+1 mL新鲜唾液,保温5 min后碘液检验
C 探究酶作用的适宜温度 将装有5 mL 3%可溶性淀粉的多支试管、2 mL 新鲜唾液的多支试管分别置于多个一定温度梯度水浴锅中保温5 min后,将相同温度处理后的淀粉溶液与唾液混合后再继续保温5 min,碘液检验
D pH影响酶的催化活性 向三支试管中依次各加入:2 mL 3%可溶性淀粉、1 mL不同pH缓冲液和1 mL 新鲜唾液,在适宜温度下保持5 min,斐林试剂检验
C
解析:酶的高效性是和无机催化剂相比,因此实验的对照组的蒸馏水应换成FeCl3溶液;验证酶的专一性,实验需要鉴定淀粉和蔗糖是否被唾液分解,用碘液只能检测淀粉的存在,而无法检测蔗糖溶液是否被分解,故检测需使用斐林试剂;探究酶作用的适宜温度,应当设置一系列温度梯度的实验组,预先将淀粉溶液和酶溶液加热到需要的温度,再将淀粉溶液和酶溶液混合,最后加入碘液进行检验,观察哪一个温度下蓝色最先褪去;验证pH对酶催化活性的影响,应当注意实验的顺序,先将缓冲液和唾液淀粉酶混合,再加入可溶性淀粉溶液,三者不可同时加入。
5.多酶片是一种复方制剂,它主要是由胰酶、胃蛋白酶复合而成的一种药物,其说明书的部分内容如下:
性状:本品为肠溶衣与糖衣的双层包衣片,内层为胰酶,外层为胃蛋白酶。适应证:用于消化不良、食欲缺乏。用法用量:口服,一次2～3片,一日3次。注意事项:本品在酸性条件下易破坏,故服用时切勿嚼碎。
回答下列问题。
(1)酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,具有 (写出三条)的特性。服用多酶片时不能嚼碎的原因是　 。
(2)多酶片为肠溶衣与糖衣双层包被,外层包被应为　　　　(填“肠溶衣”或“糖衣”)。糖衣以糖浆为主要包衣材料,有一定的防潮、隔绝空气、掩盖药物不良气味等作用;肠溶衣为一层特殊包裹物质,能很好保护胰酶不会在胃部被破坏的原因是　 。
解析:(1)酶具有高效性、专一性、作用条件温和等特性。胰酶的适宜pH是8.0左右,而胃中pH为1.5左右,胰酶会在胃部的酸性环境中变性失活,且会被胃蛋白酶催化水解,因此服用多酶片时不能嚼碎。
(2)由题意可知,外层包被应为糖衣,肠溶衣不会在胃部被破坏的原因是胃液不能水解破坏肠溶衣。
答案:(1)高效性、专一性、作用条件温和　胰酶会在胃部的酸性环境中变性失活,且会被胃蛋白酶催化水解
(2)糖衣　胃液不能水解破坏肠溶衣
(3)请利用提供的材料用具,设计实验探究pH对胃蛋白酶活性的影响。
备选材料用具:蛋白块若干,胃蛋白酶溶液,蒸馏水,一系列pH梯度的溶液,试管若干,恒温水浴锅,时钟等。
实验步骤:
①取规格相同的5支洁净试管,分别编号1、2、3、4、5。
②向5支试管中分别注入5 mL一系列pH梯度的溶液,然后各加入5 mL胃蛋白酶溶液。
③将试管置于37 ℃的恒温水浴锅中保温5 min。
④向5支试管中各加入等量且适量的蛋白块。
⑤　 。
解析:(3)该实验的目的是探究pH对胃蛋白酶活性的影响,自变量是pH,因变量是胃蛋白酶活性,根据对照原则和单一变量原则进一步完善实验步骤:
①取规格相同的5支洁净试管,分别编号1、2、3、4、5。
②向5支试管中分别注入 5 mL一系列pH梯度的溶液,然后各加入5 mL胃蛋白酶溶液。
③将试管置于37 ℃的恒温水浴锅中保温5 min。
④向5支试管中各加入等量且适量的蛋白块。
⑤观察5支试管中蛋白块体积变化,并记录蛋白块消失的时间。
答案:(3)观察5支试管中蛋白块体积变化,并记录蛋白块消失的时间　
(4)为进一步确认上述实验中,蛋白块的消失是否是胃蛋白酶催化所致,请提出实验改进的思路 　 。
解析:(4)为进一步确认上述实验中,蛋白块的消失是否是胃蛋白酶催化所致,应该增加一组不加酶的对照实验,其他条件与实验组相同,观察蛋白块的变化,若蛋白块不消失,则说明蛋白块的消失是胃蛋白酶催化所致,否则不能说明。
答案:(4)增加一组不加酶的对照实验,其他条件与实验组相同,观察蛋白块的变化