人教版（2019）生物必修1教案：5-1 二 酶的特性

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
二　酶的特性
素养导引
1.生命观念:运用结构与功能观,说出酶的专一性
2.科学思维:通过模型构建,说明酶的专一性和影响酶活性的因素。
3.科学探究:通过设计实验方案,探究酶的专一性和温度、pH对酶活性的影响。
4社会责任:通过酶在生产生活中的应用实例,认同酶在生产应用上的环保节能的特点。
　　细胞的代谢离不开酶的催化,人体中有8 000多种酶,它们各司其职,催化不同的反应,共同维持生物体生命活动的正常进行。
观看视频《人体中的酶》。
　思考:
　(1)不同的酶催化的反应不同,说明酶的催化具有什么特性
　(2)人体口腔中的酶进入胃中是否还能发挥作用呢
一、酶的特性
1.高效性:
(1)含义:与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。
(2)意义:保证了细胞代谢的快速进行;保证了细胞内能量供应的稳定 。
　[思考]　酶具有高效性的实质是什么
提示:与无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著。
2.专一性:
(1)含义:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
(2)意义:保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。
3.酶的作用条件较温和:
(1)酶所催化的化学反应的条件:比较温和。
(2)影响酶活性的因素:温度、pH。
(3)特点: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,酶活性都会降低。
　[思考]　酶会失去活性吗
提示:会。过酸、过碱或温度过高,会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活。
二、影响酶活性的条件
1.酶活性:酶催化特定反应的能力。
2.酶活性的表示方法:一定条件下,酶催化某一化学反应的速率。
3.建议用淀粉酶探究温度对酶活性的影响,用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响。
　[思考]　用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响可以吗 为什么
提示:不可以。加热可以加速过氧化氢分解。
　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去污,而且对人体无害。加酶洗衣粉受到了人们的普遍欢迎。请结合所学知识判断:
1.加酶洗衣粉不能在高温下使用,因为高温下酶的活性会降低。 (√)
2.加酶洗衣粉可用来清洗羊毛和真丝质地的衣物。 (×)
分析:羊毛和真丝的主要成分是蛋白质,而加酶洗衣粉中有蛋白酶,会损伤衣物。
学习任务一:酶特性的实验方案设计
1.酶的高效性:
步骤 1 H2O2溶液 H2O2溶液
2 FeCl3 H2O2酶
现象 较多气泡 大量气泡
结论 酶具有高效性
　[思考探究]　试分析该实验的自变量、因变量和无关变量。
提示:自变量为催化剂的种类,因变量是气泡的多少,过氧化氢溶液的量及浓度、催化剂的量等为无关变量。
2.酶的专一性:
(1)淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用:
步骤 1 淀粉+淀粉酶 蔗糖+淀粉酶
2 等量斐林试剂,水浴加热相同时间
现象 出现砖红色沉淀 无颜色变化
结论 酶具有专一性
　[思考探究]　能否使用碘液对上述实验进行检验 为什么
提示:不能,碘液无法检测蔗糖是否水解。
(2)酶专一性理论模型的构建:
模型解读:酶催化反应的反应物称为酶的底物,酶的专一性体现在酶与底物的特异性结合。
　　　　　　　【方法规律】
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。
(2)设计方案。
①
　②
3.影响酶活性的条件:
(1)温度对酶活性的影响:
步骤 试管
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
不同温度下处理5 min 0 ℃ 60 ℃ 100 ℃
将同一温度下的两种物质混合后保温5 min
滴加碘液 1滴 1滴 1滴
结果(现象) 变蓝 不变蓝 变蓝
①将淀粉与淀粉酶在相应温度下保温一段时间再混合。
②实验要保持酶的最适pH。
③通过滴加碘液观察溶液是否变蓝判断淀粉是否被分解,不变蓝说明淀粉已经被分解。
④实验结论:温度过高或过低都会影响酶的活性。
　[思考探究]　探究温度对酶活性的影响时,淀粉在淀粉酶的催化作用下被分解为麦芽糖,请思考能否用斐林试剂替代碘液进行检测。
提示:不可以,该实验的自变量是温度,用斐林试剂检测时需要水浴加热,这样会干扰自变量。
　　　【深化探究】如何设计实验进一步探究淀粉酶的最适温度
提示:缩小温度梯度,增加实验组次,重复进行上述实验。
(2)pH对酶活性的影响:
步骤 项目 试管1 试管2 试管3
1 新鲜的肝脏研磨液 2滴 2滴 2滴
2 注入不同pH的溶液+缓冲液 1 mL蒸馏水 1 mLHCl 1 mL NaOH溶液
3 注入等量的过氧化氢 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
注意事项:
①本实验中步骤2、3一定不能颠倒,否则会使H2O2过早分解。
②本实验不宜选用淀粉酶催化淀粉水解,因为淀粉在酸性条件下也会发生水解反应。
　[思考探究]　试分析试管2、3气泡产生极少的原因。
提示:HCl和NaOH使酶的空间结构遭到破坏,使酶失活,无法催化反应进行。
【学习加点料】
1.思维易错:依据探究实验,请思考应如何保存酶制剂。
提示:低温、适宜pH条件下保存酶制剂。
2.教材开发:教材P84[相关信息]拓展
有的细菌体内的酶最适温度可高达70°C,胃蛋白酶的最适pH为1.5,由此你可联想到什么问题 唾液淀粉酶到了胃液后还能发挥作用吗 (注:唾液的pH为6.2~7.4)
提示:这些细菌生活环境的温度比较高;胃蛋白酶分布在胃液中,胃液为酸性环境(回答合理即可)。胃液的酸性环境使唾液淀粉酶变性失活,无法发挥作用。
　现有甲、乙、丙三支试管,先向三支试管内分别加入2 mL可溶性淀粉溶液①,再按如图所示步骤操作,然后分别用斐林试剂检验②。下列分析不正确的是 (　　)
A.该实验的自变量是温度和酶的种类
B.甲试管内出现砖红色沉淀,乙试管内无砖红色沉淀,说明酶具有专一性
C.甲试管和丙试管对照,说明高温会影响酶的活性
D.丙试管的操作应该先加入酶,再煮沸
[解题思维]
提取关键点 ①三支试管内分别加入2 mL可溶性淀粉溶液②用斐林试剂检验
转化知识点 自变量的判断、实验现象的分析、温度对酶活性的影响
排除障碍点 探究温度对酶活性影响时,应使酶达到实验预设温度,再与底物混合
【解析】选D。根据上述分析可知,该实验的自变量是温度和酶的种类,A正确;唾液淀粉酶可将淀粉分解形成麦芽糖,麦芽糖是还原性糖,用斐林试剂检测可出现砖红色沉淀,胃蛋白酶不能分解淀粉,淀粉是非还原性糖,用斐林试剂检测不出现砖红色沉淀,所以若甲试管内出现砖红色沉淀,乙试管内不出现,可说明酶具有专一性,B正确;甲试管和丙试管的自变量是温度,高温可使酶的空间结构被破坏,可说明高温会影响酶的活性,C正确;酶具有高效性,丙试管中若先加入酶,再煮沸,会有部分淀粉分解成麦芽糖,加入斐林试剂检验,可出现砖红色沉淀,不能与甲形成对照,D错误。
　[借题发挥]　实验结束后,分别向甲、乙、丙三支试管加入等量的双缩脲试剂,出现紫色反应的试管是哪一支
提示:三支试管均变紫色,唾液淀粉酶和胃蛋白酶的本质均为蛋白质,变性后的唾液淀粉酶仍可与双缩脲呈现紫色反应。
1.(2022·盐城高一检测)分别向A、B两试管中加入2 mL的3%的过氧化氢溶液,然后向A中滴加2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液,向B中滴加2滴质量分数为20%的猪肝研磨液,结果后者比前者产生氧气泡快。以上实验验证了酶具有 (　　)
A.多样性 B.催化性
C.专一性 D.高效性
【解析】选D。新鲜猪肝研磨液含有过氧化氢酶,酶与无机催化剂相比,降低化学反应活化能的作用更显著,即酶具有高效性。
2.如图为蔗糖酶作用机理示意图,下列说法正确的是 (　　)
A.图示过程体现了酶的高效性
B.图示过程体现了酶的专一性
C.1分子蔗糖可以水解为2分子葡萄糖
D.蔗糖酶能催化麦芽糖的水解
【解析】选B。酶的高效性是与无机催化剂作对照,该图只是体现了酶的专一性,不能体现酶的高效性,A错误,B正确;分析题图可知,蔗糖的两个组成单位不同,因此一分子蔗糖水解成一分子的葡萄糖和一分子的果糖,C错误;蔗糖酶的结构使其不能与麦芽糖结合形成酶-底物复合物,因此蔗糖酶不能催化麦芽糖水解,D错误。
学习任务二:与酶相关的曲线
1.温度和pH与酶促反应速率的关系:
(1)判断:甲图代表温度对酶活性的影响,乙图代表pH对酶活性的影响。
(2)判断依据:图中A点的位置。
①低温下酶活性低,酶促反应速率低。
②低pH(强酸)可使酶变性失活,酶促反应速率降为0。
(3)两图中的B点分别代表最适温度和最适pH,此时,酶活性最高。
(4)温度不同,酶活性可能相同;pH不同,酶活性也可能相同。
　[思考探究]　(1)置于甲图B温度下的酶溶液,不断升高温度,酶活性会发生怎样的变化
提示:酶活性会降低。
(2)置于乙图A点pH环境中的酶溶液,不断升高pH,酶活性会发生怎样的变化
提示:不变,酶已变性失活。
　　　　　　　【拓展归纳】
关于酶活性的两点提醒
(1)将酶从低温环境逐渐恢复到最适温度时,酶的活性可恢复,若从高温、过酸或过碱的环境逐渐恢复到最适温度或pH时,酶已经失去活性,不可恢复。
(2)温度、pH等因素会影响酶的活性,进而影响反应速率,但是不会影响酶的最适pH和温度。
2.底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响曲线:
(1)在一定范围内,随着底物浓度的增大,酶促反应速率逐渐增大,当达到一定底物浓度时,反应速率不再增大。AB段限制因素是底物浓度;B点以后限制因素是酶浓度(酶数量)(图甲)。
(2)在底物充足(其他条件适宜且固定)的条件下,酶促反应速率与酶的浓度成正比(图乙)。
　　　　　　　【深化探究】温度、pH、底物浓度和酶的浓度都会影响酶促反应速率,作用机制有何不同
提示:温度和pH通过影响酶的活性影响反应速率,酶的浓度和底物浓度通过影响酶与底物的结合从而影响酶促反应速率。
　　　　　　　【拓展归纳】
抑制酶活性的两个模型
模型Ⅱ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Ⅲ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。
【学习加点料】
思维易错:(1)一定量的过氧化氢溶液加入适量酶后,氧气产生总量与时间的关系:
试分析A点后O2产生总量不变的限制因素是什么。
提示:O2产生总量不变,说明反应已经结束,此时限制因素为H2O2的量。
(2)在酶数量一定的条件下,氧气产生速率与H2O2浓度的关系:
该图中,B点后的限制因素是什么
提示:B点后O2产生速率不随H2O2浓度的改变而改变,此时影响因素为酶的浓度。
　(2022·天津高一检测)某实验小组在Ta和Tb两个温度条件下,测定了淀粉酶在不同的pH条件下催化淀粉完全水解所需的时间①,结果如图所示(TaA.曲线①表示在Ta温度下测定的结果
B.在这两个温度条件下,淀粉酶的最适pH相同
C.向反应液中滴加碱液,pH从1→7过程中,淀粉酶活性逐渐恢复
D.曲线②条件下,升高一定的温度,该曲线可能移动到曲线①的上方
[解题思维]
提取关键点 ①不同温度、不同pH条件,淀粉完全水解所需时间②Ta转化知识点 曲线图分析、温度和pH对酶活性的影响
排除障碍点 强酸会使酶变性失去活性,再改变pH对酶的活性不会产生影响
【解析】选C。根据题干中“Ta　[借题发挥]　试分析该实验的自变量和因变量。
提示:自变量为温度、pH,因变量为淀粉完全水解所需要的时间。
1.(2022·洛阳高一检测)在温度和pH均最适宜情况下,测得酶促反应速率与底物浓度关系如图所示。则当底物浓度大于m时,提高反应速率的方法是 (　　)
A.增加酶的数量 B.增加底物浓度
C.降低pH D.增加温度
【解析】选A。分析图示可知,当底物浓度大于m时,底物浓度增大,反应速率不再增加,可能是受到酶数量的限制,增加酶的数量,可以提高反应速率,A正确,B错误;该实验是在温度和pH均最适宜情况下进行的,降低pH或增加温度,反应速率均降低,C、D错误。
2.如图为用不同温度处理α-淀粉酶催化淀粉水解反应的曲线图,用以测试酶的催化效率与温度的关系,下列叙述不正确的是 (　　)
A.0~70 ℃之间,随着温度上升,酶的活性逐渐增强
B.在70~100 ℃之间,随着温度上升,酶的活性迅速下降
C.α-淀粉酶作用的最适温度是70 ℃
D.温度超过70 ℃,α-淀粉酶的活性丧失
【解析】选D。在0~70 ℃之间,随着温度上升,酶的催化效率逐渐增大,说明酶的活性逐渐增强,A正确;在70~100 ℃之间,随着温度上升,酶的催化效率迅速减少,说明酶的活性迅速下降,B正确;在70 ℃时,酶的催化效率最大,说明α-淀粉酶作用的最适温度是70 ℃,C正确;温度超过70 ℃,随着温度上升,α-淀粉酶的活性迅速减少直至丧失,D错误。
　　　　　　　【方法规律】
“三看法”分析酶促反应曲线
一看横纵坐标:一般横坐标表示温度、反应时间等,纵坐标则表示反应速率。
二看起止点:分析起止点、最高点的含义,一般起点为零,最高点对应的横坐标表示最适温度或者pH,止点表示酶活性为零或生成物的量最大。
三看趋势:具体看曲线的上升或下降趋势,从而确定酶促反应速率的变化趋势。
　　　　【补偿训练】
　　如图表示胃蛋白酶活性与温度、pH之间的关系。下列叙述错误的是 (　　)
A.温度和pH都会影响胃蛋白酶的活性
B.胃蛋白酶的最适温度是37 ℃
C.胃蛋白酶的最适pH一定是2.0
D.温度为0 ℃时酶的空间结构保持稳定
【解析】选C。由题图知,当pH一定温度不同时,胃蛋白酶的活性不同,当温度一定pH不同时,胃蛋白酶的活性也不同,说明胃蛋白酶活性受温度和pH的影响,A正确;据图可推断胃蛋白酶的最适温度为37 ℃,B正确;由题图知,在温度相同,pH分别为2.0、2.5、3.0的条件下,胃蛋白酶的催化反应速率不同,其中在pH为2.0时酶的催化反应速率最强,而pH在2.5或3.0时酶的催化反应速率均低于pH在2.0时,说明胃蛋白酶的最适pH为2.0左右,C错误;温度为0 ℃时酶的活性降低,但是空间结构没有被破坏,仍然保持相对稳定,D正确。
酶与蜂蜜
　　　中国是世界第一养蜂大国,蜂产品产量和出口量以及蜂群数量位居世界首位。蜂蜜中的淀粉酶活性是衡量蜂蜜品质的重要指标。科研人员以新鲜椴树蜂蜜为实验材料,经过不同加工条件处理后,在相同条件下检测蜂蜜中的淀粉酶活性(淀粉酶活性以淀粉酶值表示,即1 g蜂蜜中的淀粉酶在一定条件下可催化1%淀粉溶液的毫升数),结果如表所示。请回答:
加工时间 加工温度
30 ℃ 40 ℃ 50 ℃ 60 ℃ 70 ℃
1 h 10.9 10.9 10.9 8.3 8.3
2 h 10.9 10.9 10.9 8.3 6.5
3 h 10.9 8.3 6.5 5.0 5.0
探究:
(1)淀粉酶的化学本质是　　　　。淀粉酶只能水解淀粉,说明酶具有　　　　。使用双缩脲试剂　　　　(填“可以”或“不可以”)准确检测蜂蜜中淀粉酶的含量,理由是　 　。
(2)本实验探究的是　　　　　　　　　　　　　对蜂蜜中淀粉酶活性的影响。
(3)国家标准规定合格的蜂蜜产品淀粉酶值应在8以上。根据上述实验结果,为加工蜂蜜和生活中蜂蜜的食用各提出一条建议。
【解析】(1)淀粉酶的化学本质是蛋白质。淀粉酶只能水解淀粉,说明酶具有专一性。使用双缩脲试剂不可以准确检测蜂蜜中淀粉酶的含量,理由是蜂蜜中除淀粉酶外还含有其他蛋白质(蜂蜜中还含有其他非酶类蛋白质)。
(2)本实验探究的是加工温度和加工时间对蜂蜜中淀粉酶活性的影响。
(3)合格的蜂蜜产品淀粉酶值应在8以上,加工蜂蜜的条件为:30 ℃、40 ℃条件下加工不超过3小时;50 ℃、60 ℃条件下加工不超过2小时;70 ℃条件下加工不超过1小时;另外为了保证淀粉酶值,食用时,不要用过高温度的水冲饮,不要加热食用。
答案:(1)蛋白质　专一性　不可以　蜂蜜中除淀粉酶外还含有其他蛋白质(蜂蜜中还含有其他非酶类蛋白质)
(2)加工温度和加工时间
(3)加工:30 ℃、40 ℃条件下加工不超过3小时;50 ℃、60 ℃条件下加工不超过2小时;70 ℃条件下加工不超过1小时。
食用:不要用温度太高的水冲饮,不要加热食用。
情境载体 情境类型为生活、学习和实践情境,突出与生活的联系
关键能力↓图文转化 ①经过不同条件的处理
②淀粉酶活性以淀粉酶值表示
学科素养 培养生命观念中的结构与功能观、科学思维中的分析与比较等素养
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