3.2 酶是生物催化剂（第二课时）(共44张PPT)高一生物学（浙科版2019必修1）

(共44张PPT)
3.2 酶是生物催化剂（二）
第三章 细胞的代谢
课程导入
酶的催化功能具有专一性和高效性，那么外界条件的改变，是否会影响酶的作用呢？
一、酶的催化功能受多种条件的影响
大多数的酶都是蛋白质，所以有很多的因素会影响它的活性。
影响因素
pH
温度
某些化合物，如重金属等
酶通常在一定pH范围内才起作用，而且在某一pH下作用最强。图中为pH对酶作用影响的典型曲线。最适的pH范围可能很窄，也可能较宽，这取决于不同酶的特性。
反应速率
胃蛋白酶的最适pH
胰蛋白酶的最适pH
过酸和过碱会使酶的空间结构遭到破坏
酶的活性受到pH的影响
不同的酶最适pH不同
（一）活动：探究影响酶催化功能的因素——pH对过氧化氢酶的影响
资料：
过氧化氢酶在动物的肝脏细胞和血细胞中浓度很高。过氧化氢酶能及时清除机体代谢过程中产生的过氧化氢，避免过氧化氢对机体造成损害。
说明pH对酶活性的影响。
目的要求：
过氧化氢酶的最适pH是多少？
探究问题：
自变量：不同pH的缓冲液
因变量：过氧化氢酶的活性
因变量检测指标：相同反应时间内产生的氧气的量
无关变量：温度、底物浓度、酶浓度
本实验以过氧化氢酶为代表研究pH对酶活性的影响，并确定过氧化氢酶的最适pH范围。
H2O2 H2O+O2↑
过氧化氢酶
新鲜肝脏匀浆（过氧化氢酶溶液）、3%过氧化氢溶液、缓冲液（pH5.0、pH6.0、pH7.0、pH8.0）、清水、滤纸片、水槽、 25ml量筒、培养皿、记号笔、反应小室、吸管、镊子、试管架… …
材料用具：
探究pH影响过氧化氢酶活性的实验装置
浸过肝脏匀浆的滤纸片
2mL3%过氧化氢溶液+2mL缓冲液
实验开始前反应小室的状态
气体
气泡
倒置的量筒
水槽
清水
浸过肝脏匀浆的滤纸片
2mL3%过氧化氢溶液+2mL缓冲液
实验步骤：
1. 水槽加水至快满为止。
新鲜肝脏匀浆的培养皿
*注意：
放入滤纸片时，滤纸片不要碰到反应小室的瓶口
2. 取大小相同的8片滤纸片放在盛有新鲜肝脏匀浆的培养皿中浸泡1min，然后用镊子夹起滤纸片，贴靠在培养皿上，使多余的匀浆流尽。
3. 将两片含有酶的滤纸片小心放入反应小室的一侧内壁上使是滤纸片粘在内壁上。
pH5.0的缓冲液2mL+2mL3%的过氧化氢溶液
*注意：
加入溶液时，切勿使溶液接触贴在内壁上的滤纸片
4. 将反应小室稍立起，使贴有滤纸片的一侧在上面，小心加入pH5.0的缓冲液2mL，然后再加入2mL3%的过氧化氢溶液。将小室塞紧。
5. 将25mL量筒横放于水槽中使之灌满水。
6. 将反应小室小心平放在水槽的水里，然后将量筒移至反应小室口上伸出的玻璃管上方。
7. 将反应小室小心旋转180°，使过氧化氢溶液接触滤纸片，同时开始计时。每隔30s读取量筒中水平面的刻度一次，共进行4次，记录结果。
8. 该实验完成后，反复冲洗反应小室，再重复上述实验过程，测量在pH6.0、pH7.0、pH8.0下过氧化氢在酶的催化下所释放的气体量。
9. 记录实验结果
缓冲液 pH5.0 pH6.0 pH7.0 pH8.0
收集的气体体积/mL 0.5min
1min
1.5min
2min
过氧化氢酶在最适pH(7.0)时，活性最强，低于最适pH时，随pH升高酶活性升高，高于最适pH时，随pH升高酶活性下降。
实验结论：
酶通常在一定pH范围内才起作用，而且在某一pH下作用最强，称这一pH为酶的最适pH。
实验结果：
pH在接近7.0时，收集的气体量最多；低于或高于7.0时，收集的气体量减少。
最适pH值
v/mmol.s-1
0
酶的活性受pH值的影响
反应速率
尝试绘制坐标图像表示pH值对酶活性的影响
pH
【思考】
1. 分析实验数据，你认为过氧化氢酶的最适pH为多少？
2. 实验过程中有哪些因素可能造成实验误差？
3. 如果想要得出不同的pH与酶活性关系的变化曲线，应该如何设计实验？
pH=7.0
过氧化氢酶量、pH准确度、反应时间计数、操作失误
调小pH梯度
酶的名称 最适PH
过氧化氢酶（肝） 6.8
唾液淀粉酶 6.8
脂肪酶 8.3
胰蛋白酶 8.0～9.0
胃蛋白酶 1.5～2.2
根据不同酶的特性，最适pH范围可能很窄，也可能较宽，这取决于不同酶的特性。
（二） 活动：探究温度对酶活性的影响
试管，3%的可溶性淀粉溶液，2%的淀粉酶溶液，碘液，沸水、冰块和60℃的水。
作出假设：
自变量：温度
因变量：酶活性
酶的催化作用需要适宜的温度。
材料用具：
60℃
分别保温5分钟
2mL3%的淀粉
60℃
保温5分钟
1
2mL淀粉酶
+
碘液
冰水
分别保温5分钟
冰水
保温5分钟
2
+
碘液
沸水
分别保温5分钟
沸水
保温5分钟
3
+
碘液
2mL3%的淀粉
2mL淀粉酶
2mL3%的淀粉
2mL淀粉酶
混合
混合
混合
能否用本尼迪特试剂进行检测？
不变蓝
变蓝
变蓝
不能，本尼迪特试剂检测还原糖时需加热。
（2）原因分析：这是因为温度对酶促反应的影响有两个方面：其一，温度升高，反应物分子具有的　　 　　，反应速度加快。其二，酶是蛋白质，酶分子本身会随温度的升高而发生空间结构改变，导致　　 　。温度升得越高，酶变性的速率越快；升到一定温度，酶将　　　　　 　　。这两个作用叠加在一起，使得酶所催化的反应表现出最适温度。
（1）最适的温度：酶促反应都有一个最适温度，在此温度以上或以下，酶活性均会下降。
能量增加
热变性
完全失去活性
温度也是影响酶促反应速率的重要因素
（3）低温对酶活性的影响
在0～40 ℃内，一般酶的活性随温度的升高而升高。低温会使酶的活性降低，但不会破坏酶的　　　　　，当温度适宜时，酶的催化作用可以　 　　。所以，酶一般在　　 　　条件下保存。
此外，有机溶剂、重金属离子、酶的激活剂和抑制剂等都会影响酶的活性。
分子结构
恢复
较低温度
曲线a：温度升高，反应物分子具有的能量增加，反应速度加快；
曲线b：酶是蛋白质，酶分子随温度的升高而发生空间结构改变，导致热变性，升到一定温度，酶就完全失去活性；
曲线c：两个作用叠加在一起，使得酶所催化的反应表现出最适温度。
　　　
酶活性
温度
总结酶的特性：
1. 高效性
2. 专一性
3. 需要适宜的环境条件
二、酶促反应的相关曲线
（一）高效性
a
b
c
时间
产物浓度
a 加酶
b 加无机催化剂
c 不加催化剂
______对比说明酶具有高效性。
a、b、c
a、c对比说明酶具有_____
______。
酶只能缩短达到平衡的时间，不能改变平衡点
催化
作用
底物浓度
反应速率
底物A + 酶A
底物A + 酶B
只有酶A能催化底物A参与的反应，说明酶具有_______。
专一性
（二）专一性
温度
反应速率
最适温度
A
B
C
AB：
在一定温度范围内，酶促反应速率随温度的升高而加快。
B：
在最适温度时，酶促反应速率最快。
BC：
超过最适温度，酶促反应速率随温度升高而减慢，直至酶失活。
（三）温度对酶活性的影响
T2
最适温度
T1
最适温度
0
酶
促
反
应
速
度
温度
酶1
酶2
1. 不同的酶有不同的最适温度，在最适温度下，酶的活力最大，酶促反应的速度最大。
2. 低于或高于酶作用的最适温度，酶活力均会下降。
3. 低温抑制酶活力，但酶空间结构保持稳定；高温使结构发生改变，酶活力无法恢复(变性)。
pH
反应速率
最适pH
A
B
C
AB：
在一定pH范围内，酶促反应速率随pH的升高而加快。
B：
在最适pH时，酶促反应速率最快。
BC：
超过最适pH后，酶促反应速率随pH升高而减慢，直至酶失活。
（四）pH对酶活性的影响
7
pH
2
0
1
3
4
5
6
8
9
10
胃蛋白酶
胰蛋白酶
11
12
13
14
反应速率
金属离子、激活剂、抑制剂等
（五）多因子影响
反应物剩余量
反应物剩余量
温度
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呈正相关。
酶浓度 [E]
反应速率
底物充足
（六）酶浓度
a
底物有限
b
c
ab：
在一定的酶浓度范围内（[0，N）），随酶浓度的增加，反应速率增加
N
酶浓度
反应速率
0
b：
当酶浓度增大到某一值时（N），反应速率达到最大值，不再增加
酶浓度较低，底物没有完全被酶结合。（限制因素：酶浓度）
底物完全被酶结合（限制因素：底物浓度）
a
b
c
ab：
在一定底物浓度范围内（[0，M)），随底物浓度的增加，反应速率增加。
M
b：
当底物浓度增大到某一值时（M），反应速率达到最大值，不再增加。
酶没有完全被底物结合（限制因素：底物浓度）
酶完全被底物结合（限制因素：酶浓度）
酶浓度一定
底物浓度 [S]
反应速率
O
（七）底物浓度
三、有关酶的学说
1. 中间产物学说
中间产物学说是在1913年提出来的，这个学说又被称为酶-底物复合物学说。该学说认为，在酶促反应中，底物（以S表示）首先与酶（以E表示）结合形成不稳定的中间产物SE，这个中间产物进一步分解，形成产物（以P表示），并释放出酶。这个反应所需要的活化能少，反应速度快。酶促反应可以表示为：S+E→SE（中间产物）→E+P。
2. 锁钥学说
锁钥学说是化学家费舍尔（Hans Fischer，1881-1945）提出的，它是对酶反应机制的一种描述。费舍尔认为酶是蛋白质，而蛋白质有一定的空间结构，酶在化学反应中与底物的关系就像钥匙和锁的关系一样，它们的空间结构必须相互结合形成复合体后才能发生反应。这个学说可以用来解释酶催化作用的专一性。
酶-底物 复合物
3. 诱导契合学说
酶的活性部位不是刚性不变的，其活性部位的形状可在结合底物时有所改变，即底物与酶活性部位结合，会诱导酶发生构象变化，使酶的活性中心变得与底物的结构互补，两者相互契合，从而发挥催化功能。酶与底物的动态识别过程被称为诱导契合。这个理论已得到实验上的证实。
酶
酶-底物 复合物
巩固练习
1. 向淀粉酶溶液中加入下列溶剂，对淀粉酶活性影响最小的是(　 　)
A．淀粉溶液
B．NaOH溶液
C．蛋白酶溶液
D．盐酸溶液
A
2. 如图表示一酶促反应，它所反映的酶的一个特性和a、b、c最可能代表的物质依次是(　　)

A．高效性、蛋白酶、蛋白质、多肽
B．专一性、淀粉酶、淀粉、麦芽糖
C．专一性、麦芽糖酶、麦芽糖、葡萄糖
D．高效性、脂肪酶、脂肪、甘油和脂肪酸
B
3. 将乳清蛋白、淀粉、胃蛋白酶、唾液淀粉酶和适量的水混合装入一个容器内，调整pH至2.0，保存于37℃的水浴中，过一段时间后，容器内剩余物质是（ ）
A. 淀粉 胃蛋白酶 多肽 水
B. 唾液淀粉酶 淀粉 胃蛋白酶 水
C. 唾液淀粉酶 胃蛋白酶 多肽 水
D. 唾液淀粉酶 麦芽糖 胃蛋白酶 水
A
4. 嫩肉粉是以蛋白酶为主要成分的食品添加剂，就酶的作用特点而言，下列使用方法中最佳的是（ ）
A. 炒肉的过程中加入
B. 肉炒熟后起锅前加入
C. 先用沸水溶解后与肉片混匀，炒熟
D. 室温下与肉片混匀，放置一段时间，炒熟
D
5．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。下列关于该酶促反应的叙述正确的是（ ）
A．pH＝c，H2O2不分解， e点永远为0
B．pH＝a，e点下移，d点左移
C．温度降低5 ℃条件下，e点不移，d点右移
D．H2O2量增加时，e点不移，d点左移
C
氧气量
甲
乙
6. 啤酒生产时，麦芽中多酚氧化酶（PPO）的作用会降低啤酒质量，因此制备麦芽过程中需降低其活性，如图为不同pH和温度对PPO活性影响的曲线。下列叙述错误的是（ ）
高于90 ℃时，若PPO发生热变性，一定温度
范围内温度越高，变性越快
相同温度时，pH 7.8的酶促反应产物比pH 8.4
的少
C. 在制备麦芽过程中应将反应条件控制在温度
80 ℃、pH 8.4
D. PPO酶的最适pH是一定的，不随着温度的升高而升高
C
PPO活性（U·g-1）
这个模型中 A 代表某类酶，B 代表底物，C 和 D 代表产物。这个模型的含义是酶 A与底物 B 专一性结合，催化反应的发生,产生了产物 C 和 D。这个模型可以类比解释酶的专一性
7.下图表示的是某类酶作用的模型。尝试用文字描述这个模型。这个模型能解释酶的什么特性？
8.(1)A 点：随着反应底物浓度的增加，反应速率加快。B 点：反应速率在此时达到最高。C 点：反应速率不再随反应底物浓度的增加而升高，维持在相对稳定的水平。
(2)如果 A 点时温度升高 10℃，曲线上升的幅度变小。因为图中原曲线表示在最适温度下催化速率随底物浓度的变化。温度高于或低于最适温度，反应速率都会变慢。
(3)该曲线表明，B 点的反应底物的浓度足够大，是酶的数量限制了反应速率的提高，这时加入少量的酶，会使反应速率加快。变化后的曲线如图所示：
THANKS