5.1.2　酶的特性课件 (共52张PPT)2023-2024学年高一生物人教版（2019）必修第一册

(共52张PPT)
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
课 程 标 准
1.概述酶空间结构与其专一性、酶空间结构与其作用条件较温和的关系,树立结构与功能观。
2.在实验设计中学会控制变量及设计对照实验等,发展科学探究能力。
3.了解酶在生产和生活中的应用,能用酶的特性解释生物学现象并解决生产、生活中酶的使用问题,培养社会责任。
4.在分析实验结果时运用分析、归纳与概括、推理等方法,提升科学思维。
基础落实 必备知识全过关
重难探究 能力素养全提升
目录索引
素养升级 情境命题强突破
基础落实 必备知识全过关
知识点一 酶具有高效性和专一性
1.酶的高效性
(1)含义:酶的催化效率比无机催化剂高很多,是无机催化剂的__________倍。
(2)意义:可以使生命活动更加高效地进行。
2.酶的专一性
(1)含义:每一种酶只能催化__________化学反应,如过氧化氢酶只能催化__________分解;脲酶除了催化__________分解外,对其他化学反应不起作用。
(2)意义:使细胞代谢能够有条不紊地进行。
107~1013
一种或一类
过氧化氢
尿素
知识点二 影响酶活性的条件
1.酶活性
酶催化特定化学反应的能力称为酶活性,可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的__________表示。
2.酶的作用条件较温和
酶所催化的化学反应一般是在比较__________的条件下进行的。科学家采用定量分析的方法,分别得到了酶活性受温度和pH影响的示意图。
甲
乙
速率
温和
(1)在一定条件下,酶活性最大时的温度称为该酶的__________。在一定温度范围内,酶促反应速率随温度的升高而__________;但当温度升高到一定限度时,酶促反应速率不仅不再加快,反而随着温度的升高而__________。
(2)在一定条件下,酶活性最大时的pH称为该酶的__________。pH偏高或偏低,酶促反应速率都会__________。
(3)过酸、过碱或温度过高,会使酶的____________________,使酶永久失活,在0 ℃左右时,酶的活性很低,但酶的____________________,在适宜的温度下酶的活性会__________,因此,酶制剂适宜在__________下保存。
最适温度
加快
下降
最适pH
下降
空间结构遭到破坏
空间结构稳定
升高
低温
旁栏边角 想一想
(1)[教材P84与社会的联系]用酶来水解淀粉生产医用葡萄糖有什么优越性 还有哪些产品可以用酶法生产
(2)[教材P85科学·技术·社会]多酶片常用于治疗消化不良、食欲减退等。它是由糖衣(包裹胃蛋白酶)和肠溶衣(包裹胰酶)组成的双层包衣片。多酶片能否加温水捣烂或嚼碎后服用 请解释原因。
提示 具有高效性,在常温、常压下就可以进行;节能、环保不破坏环境。用纤维素酶和果胶酶水解植物细胞的细胞壁,生产果汁。
提示 不能。胃内pH过低会导致胰酶失活,因此多酶片不可以加温水捣烂或嚼碎后服用。
(3)[教材P85概念检测]嫩肉粉的主要作用是利用其中的酶对肌肉组织中的有机物进行分解,起分解作用的是哪一种酶
(4)[教材P85概念检测]将刚采摘的新鲜糯玉米立即放入85 ℃水中热烫处理2 min,能够保持甜味。原因是什么
提示 蛋白酶。
提示 高温破坏了将可溶性糖转化为淀粉的酶的活性。
结论语句辨一辨
(1)二肽酶能催化多种二肽水解,不能说明酶具有专一性。(　　)
(2)催化脂肪酶水解的酶是蛋白酶。(　　)
(3)酶促反应速率既可以用反应物的消耗速率表示,也可以用产物的生成速率表示。(　　)
(4)pH影响酶活性的实验中实验材料不选择淀粉,原因是酸能促进淀粉水解。(　　)
(5)探究影响酶活性的条件实验中,至少要设置三组实验。(　　)
(6)来自人体的唾液淀粉酶的最适温度在37 ℃左右。(　　)
(7)低温、高温、过酸、过碱条件下酶的活性都很低,且酶的空间结构都发生了不可逆的改变。(　　)
×
√
√
√
√
√
×
重难探究 能力素养全提升
主题一　酶具有专一性
情境探究
淀粉和蔗糖都是非还原糖,但淀粉水解后会生成麦芽糖,蔗糖水解后会产生葡萄糖和果糖,麦芽糖、葡萄糖和果糖都是还原糖。下表为比较淀粉酶对淀粉和蔗糖的催化作用实验,请分析回答下列问题。
试管编号 1 2
可溶性淀粉溶液 2 mL -
蔗糖溶液 - 2 mL
新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
60 ℃水浴保温5 min
新配制的斐林试剂 2 mL 2 mL
水浴加热2 min
实验现象 有砖红色沉淀 没有砖红色沉淀
(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,说明什么 你能从该实验得到什么结论
(2)上述实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂
(3)本实验的设计思路是什么 你还有其他设计思路吗
提示 1号试管有砖红色沉淀生成,说明产生了还原糖,淀粉被水解;2号试管不出现砖红色沉淀,说明蔗糖没有被水解。结论:淀粉酶只能催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解,酶的作用具有专一性。
提示 不能,因为碘液只能检测淀粉的有无,而蔗糖无论是否被水解都不会使碘液变色。
提示 本实验设计思路:探究同一种酶是否能催化不同底物水解。另一种设计思路:探究不同种类的酶能否催化同一种底物的水解。
(4)下图是酶A和酶B催化同一种底物后的反应速率曲线,据图可得出什么结论
提示 加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同,说明酶B对此反应无催化作用;加入酶A的反应速率比无酶条件下的反应速率明显加快,说明酶A对此反应有催化作用。据此可说明酶具有专一性。
方法突破
1.酶的高效性及实验验证
(1)实验组:底物+酶→底物分解速率(或产物生成速率)。
(2)对照组:底物+无机催化剂→底物分解速率(或产物生成速率)。
2.酶的专一性及实验设计
(1)思路:同一种酶催化不同的化学反应。
(2)实验设计
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
视角应用
1.下列实验或现象能说明酶的高效性的是(　　)
①唾液中有唾液淀粉酶,把唾液稀释10倍后,催化淀粉完全水解的速度仍快于无机催化剂　
②取两支洁净的试管,分别加入等量的淀粉溶液,然后向其中一支试管中加入适量的淀粉酶溶液,另一支试管中加入等量的蒸馏水,一段时间后,检测淀粉的分解情况　
③在两支盛有适量过氧化氢溶液的试管中,分别加入等量过氧化氢酶和FeCl3溶液,观察气泡的释放速率
A.①②③　 B.①③　　C.③　　　D.②③
B
解析　酶相对于无机催化剂来说具有高效性。把唾液稀释后催化淀粉完全水解的速度仍快于无机催化剂,说明酶具有高效性。
2.[2023山东临沂一中高一月考]1959年,科学家D.E.Koshland提出了诱导契合学说。该学说认为酶蛋白的构象在底物的诱导下发生相应的变化,从而使酶和底物结合,并引起底物发生反应。图1到图3表示酶F催化底物分解的过程,图4表示底物类似物甲与酶F结合却不被分解。下列说法错误的是
(　　)
A.图示过程可用于解释酶的专一性
B.高温会影响酶F的空间结构,进而影响图示过程的发生
C.若向存在酶F和底物的反应体系中加入物质甲,会引起底物反应速率减慢
D.物质甲不被分解的原因是酶F未能发生构象改变
D
解析　据题图可知,酶可以分解底物,但却不能分解底物类似物甲,说明酶具有专一性,A项正确;酶大多数是蛋白质,少数是RNA,高温会破坏酶的空间结构使酶失活,进而影响图示过程的发生,B项正确;因酶的数量有限,而底物类似物甲也会与酶F结合,故若向存在酶F和底物的反应体系中加入物质甲,则能与底物结合的酶数量减少,进而导致底物反应速率减慢,C项正确;物质甲不能被分解的原因是酶具有专一性,D项错误。
主题二　探究影响酶活性的条件
情境探究
下列两表格分别是某兴趣小组探究温度对酶活性的影响和探究pH对酶活性的影响实验步骤。回答下列问题。
1.探究温度对酶活性的影响。
试管编号 1 1' 2 2' 3 3'
实 验 步 骤 一 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液　 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液　 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液　
二 在冰水中水浴5 min 在60 ℃温水中水浴5 min 在沸水中水浴5 min
三 1与1'试管内液体混合,摇匀 2与2'试管内液体混合,摇匀 3与3'试管内液体混合,摇匀
四 在冰水中水浴数分钟 在60 ℃温水中水浴数分钟 在沸水中水浴数分钟
五 取出试管,分别滴加2滴碘液,摇匀,观察现象
实验现象 呈蓝色 无蓝色出现 呈蓝色
结论 酶发挥催化作用需要适宜的温度条件,温度过高或过低都会影响酶活性
(1)正确的选材是成功的保证。能否选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶作为实验材料探究温度对酶活性的影响
(2)本实验中能否选用斐林试剂检测底物是否被分解
提示 探究温度对酶活性的影响实验中,不能选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶作为实验材料,因为过氧化氢(H2O2)在常温下就能分解,加热的条件下过氧化氢(H2O2)的分解会加快,从而影响实验结果。
提示 不宜选用斐林试剂,因为用斐林试剂鉴定时需要水浴加热,而该实验中温度属于自变量,需要严格控制温度。
2.探究pH对酶活性的影响。
实验步骤 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
一 注入等量的过氧化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴
二 注入等量的不同pH的溶液 1 mL蒸馏水 1 mL 5% 的HCl 1 mL 5%的NaOH
三 注入等量的体积分数为3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL
四 观察实验现象 有大量气泡产生　 无明显气泡产生　 无明显气泡产生　
五 将带火星的卫生香插入试管内(液面的上方) 燃烧剧烈 燃烧较弱 燃烧较弱
(1)能否选用淀粉和淀粉酶作为实验材料探究pH对酶活性的影响
(2)实验中步骤二、三顺序能否互换
提示 探究pH对酶活性的影响实验中,不宜选用淀粉和淀粉酶作为实验材料,因为在酸性条件下淀粉水解也会加快,从而影响实验结果。
提示 不能,因为调换顺序后酶和底物提前相遇会立即发生催化反应,影响实验结果。
3.下列为甲、乙、丙、丁不同因素影响酶促反应速率的曲线图。
(1)图甲表明,在一定浓度范围内,随底物浓度的增加,酶促反应速率加快,此时的限制因素是__________。继续增加底物浓度,酶促反应速率不再加快,此时限制酶促反应速率的因素是__________。
(2)图乙表明在有足够底物且不受其他因素影响的情况下,酶促反应速率与酶浓度成__________。
(3)图丙、图丁说明,反应溶液中pH的变化不影响酶作用的_____________,反应溶液中温度的变化不影响酶作用的__________。
底物浓度
酶的数量
正比
最适温度
最适pH
方法突破
1.探究影响酶活性的条件中实验选材与变量分析
课题名称 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
实验材料 淀粉溶液、唾液淀粉酶溶液 肝脏研磨液、过氧化氢溶液
自变量 温度 pH
自变量的 设置方法 分别用37 ℃的水、沸水、冰水处理 分别用蒸馏水、HCl溶液、NaOH溶液处理
因变量 酶活性 酶活性
因变量的 观测指标 加碘液后溶液颜色变化的速率 氧气产生的速率
控制无 关变量 pH相同且适宜等 温度相同且适宜等
2.“四看法”分析酶促反应曲线
视角应用
视角1 探究影响酶活性的条件实验分析
1.[多选]某同学为研究酶的特性,进行了一系列相关实验,结果如下表所示,下列叙述错误的是(　　)
试剂名称 试管A 试管B 试管C 试管D 试管E
质量分数为1%的淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL
新鲜唾液 1 mL - - 1 mL 1 mL
蔗糖酶 - 1 mL - - -
恒温水浴 37 ℃ 37 ℃ 37 ℃ 0 ℃ 80 ℃
A.本实验的自变量是酶的种类、温度、酶的有无
B.试管A、B对照可证明酶的专一性,检测试剂不能用碘液
C.试管A、C对照,可证明酶具有高效性,检测试剂可用斐林试剂
D.试管A、D、E对照可证明酶活性受温度的影响,检测试剂可用碘液
BC
解析　试管A、B对照可证明酶的专一性,检测试剂用碘液,检测反应物淀粉是否被催化分解,未被分解的呈蓝色,B项错误;若要探究酶的高效性,应再添加一组无机催化剂作对照,酶的催化(试管A)与空白(试管C)对照,只能证明酶具有催化作用,C项错误。
2.[2023河南洛阳高一月考]下列有关“探究影响酶活性的条件”实验的叙述,正确的是(　　)
A.若探究pH对过氧化氢酶活性的影响,则pH是自变量,过氧化氢分解速率是无关变量
B.若探究温度对酶活性的影响,可选择新鲜肝脏研磨液和过氧化氢溶液进行反应
C.若探究温度对淀粉酶活性的影响,应将淀粉与淀粉酶两溶液混合后再调节温度
D.若探究温度对淀粉酶活性的影响,不可选择斐林试剂对实验结果进行检测
D
解析　若探究pH对过氧化氢酶活性的影响,则pH是自变量,过氧化氢分解速率是因变量,A项错误;若探究温度对酶活性的影响,不可选择新鲜肝脏研磨液和过氧化氢溶液进行反应,因为过氧化氢本身的分解就受温度的影响,B项错误;若探究温度对淀粉酶活性的影响,应先将淀粉溶液与淀粉酶溶液在各自所需的温度下保温一段时间后再混合,C项错误;若探究温度对淀粉酶活性的影响,不可选择斐林试剂对实验结果进行检测,因为斐林试剂需在水浴加热条件下才会发生特定的颜色反应,而该实验中需严格控制温度,D项正确。
视角2 探究影响酶活性的条件实验拓展应用
3.某同学欲通过如图所示的装置进行与酶有关的实验研究,下列分析正确的是(　　)
A.若不同滤纸片上分别附有等量过氧化氢酶、Fe3+,则该装置可用于探究酶的专一性
B.该装置可用于探究温度对过氧化氢酶活性的影响
C.酶促反应速率的大小可用滤纸片进入烧杯液面到浮出烧杯液面的时间(t3-t1)来表示
D.该装置不能用于探究pH对酶活性的影响
C
解析　不同滤纸上分别附有等量过氧化氢酶、Fe3+可用于探究酶的高效性,A项错误;探究温度对酶活性的影响,自变量是温度,高温条件下会加快过氧化氢分解,对实验结果产生干扰,所以该装置不可用于探究温度对过氧化氢酶活性的影响,B项错误;酶促反应在酶与底物接触时开始,其速率可用滤纸片从进入烧杯液面到浮出液面的时间(即t3-t1)来表示,C项正确;探究pH对酶活性影响的实验中的自变量是pH,若将装置中的过氧化氢溶液设置成不同pH,则该装置能用于探究pH对酶活性的影响,D项错误。
视角3 探究影响酶活性的条件曲线分析
4.[2023吉林田家炳中学高一期末]某同学研究温度和pH对某酶促反应速率的影响,得到如图所示的曲线。下列分析正确的是(　　)
A.该酶催化反应的最适温度为35 ℃左右,最适pH为8左右
B.当pH为8时,影响酶促反应速率的主要因素是底物浓度和酶浓度
C.随pH升高,该酶催化反应的最适温度也随之变化
D.当pH为任一固定值时,实验结果都可以证明温度对酶促反应速率的影响
A
解析　分析曲线可知,温度为35 ℃、pH为8左右时,酶促反应速率相对较快,温度约为35 ℃、pH大于或小于8时,酶促反应速率均下降,所以该酶的最适温度为35 ℃左右,最适pH为8左右;当pH为8时,不同温度下酶促反应速率不同,此时温度为影响酶促反应速率的主要因素;在一定范围内,随pH的升高或降低,该酶促反应的最适温度均为35 ℃左右;但当pH过高或过低时,酶变性失活,不同温度下的反应速率可能相同,此时温度已不再是酶促反应速率的影响因素。
5.[2023江西上饶高一期末]如图表示人体内某种消化酶在体外最适温度条件下,反应物浓度对酶催化反应速率的影响,据图分析,下列说法正确的是
(　　)
A.如果在A点时,温度再提高5 ℃,则反应速率上升
B.在其他条件不变的情况下,在B点时,往反应物中加入少量同样的酶,反应速率不变
C.在A点时,限制反应速率的因素是反应物的浓度
D.在C点时,限制反应速率的因素是反应物的浓度和酶的浓度
C
解析　在A点时,随着反应物浓度的增加,反应速率也增加,表明此时限制反应速率的因素是反应物的浓度。
【题后归纳】 影响酶促反应速率的因素及其作用实质


素养升级 情境命题强突破
影响酶活性的因素
命题情境
酶的活性除了受到温度、pH等影响外,还受到激活剂和抑制剂的影响。许多酶只有当某一种适当的激活剂存在时,才表现出催化活性或强化其催化活性,这称为对酶的激活作用。而有些酶被合成后呈现无活性状态,这种酶称为酶原。它必须经过适当的激活剂激活后才具有活性。能减弱、抑制甚至破坏酶活性的物质称为酶的抑制剂,它可以降低酶促反应速率。
高考例证
[2021湖北高考]使酶的活性下降或丧失的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂主要有两种类型:一类是可逆抑制剂(与酶可逆结合,酶的活性能恢复);另一类是不可逆抑制剂(与酶不可逆结合,酶的活性不能恢复)。已知甲、乙两种物质(能通过透析袋)对酶A的活性有抑制作用。
实验材料和用具:蒸馏水,酶A溶液,甲物质溶液,乙物质溶液,透析袋(人工合成半透膜),试管,烧杯等。为了探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型,提出以下实验设计思路。请完善该实验设计思路,并写出实验预期结果。
(1)实验设计思路
取__________支试管(每支试管代表一个组),各加入等量的酶A溶液,再分别加入等量的______________________________,一段时间后,测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋,放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液,再测定各自的酶活性。
2
甲物质溶液、乙物质溶液
(2)实验预期结果与结论
若出现结果①:______________________________________________。
结论①:甲、乙均为可逆抑制剂。
若出现结果②:______________________________________________。
结论②:甲、乙均为不可逆抑制剂。
若出现结果③:______________________________________________。
结论③:甲为可逆抑制剂,乙为不可逆抑制剂。
若出现结果④:______________________________________________。
结论④:甲为不可逆抑制剂,乙为可逆抑制剂。
透析后,两组的酶活性均比透析前酶的活性高
透析前后,两组的酶活性均不变
加甲物质溶液组,透析后酶活性比透析前高,加乙物质溶液组,透析前后酶活性不变
加甲物质溶液组,透析前后酶活性不变,加乙物质溶液组,透析后酶活性比透析前高
解析 (1)分析题意可知,实验目的为探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型,则实验的自变量为甲、乙物质的有无,因变量为酶A的活性,实验设计应遵循对照与单一变量原则,故可设计实验如下:取2支试管各加入等量的酶A溶液,再分别加入等量的甲物质溶液、乙物质溶液(单一变量和无关变量一致原则);一段时间后,测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋,放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液,再测定各自的酶活性。
(2)据题意可知,甲物质和乙物质对酶A的活性有抑制,但作用机理未知,且透析前有甲物质和乙物质的作用,透析后无甲物质和乙物质的作用,前后对照可推测两种物质的作用机理,可能的情况有:①若甲、乙均为可逆抑制剂,则酶的活性能恢复,故透析后,两组的酶活性均比透析前酶的活性高。②若甲、乙均为不可逆抑制剂,则两组中酶的活性均不能恢复,故透析前后,两组的酶活性均不变。③若甲为可逆抑制剂,乙为不可逆抑制剂,则甲组中活性可以恢复,而乙组不能恢复,故加甲物质溶液组,透析后酶活性比透析前高,加乙物质溶液组,透析前后酶活性不变。④若甲为不可逆抑制剂,乙为可逆抑制剂,则甲组中活性不能恢复,而乙组能恢复,故加甲物质溶液组,透析前后酶活性不变,加乙物质溶液组,透析后酶活性比透析前高。
新题速递
1.用某种酶进行实验的结果如图所示,下列叙述错误的是(　　)
A.由图4实验结果可知酶具有高效性
B.图2和图4能说明该酶一定不是胃蛋白酶
C.由图3实验结果可知Cl-是酶的激活剂
D.该酶的最适催化温度不确定
A
解析　由图4实验结果可知,酶具有专一性,A项错误;由图2曲线可知,该酶的最适pH为7,而胃蛋白酶的最适pH为1.5,说明该酶一定不是胃蛋白酶,由图4曲线可知该酶可能是麦芽糖酶,B项正确;由图3实验结果可知Cl-可提高该酶的催化效率,而Cu2+使该酶的催化效率降低,据此可知Cl-可作为该酶的激活剂,C项正确;由图1可知在20 ℃、30 ℃、40 ℃这三个温度条件下,30 ℃时酶促反应速率最大,说明该酶的最适催化温度为30 ℃左右,但不能确定该酶的最适温度一定为30 ℃,D项正确。
2.[2023重庆市沙坪坝区高一期末]已知施加药物A能使蔗糖酶的活性丧失;施加药物B后蔗糖酶活性不变,但蔗糖和蔗糖酶结合的机会减少。如下图为蔗糖酶在不同处理条件下(温度、pH均适宜)产物浓度与时间的关系,其中乙组使用少量药物B处理。据图分析,下列叙述合理的是(　　)
A.甲组先使用药物B处理,在t1时可能适当提高了温度
B.丙组先使用药物B处理,在t1时可能使用药物A处理
C.在t1时间之后甲组蔗糖酶的活性高于乙组和丙组
D.在t1时间之后丙组中蔗糖酶可能失活
B
解析　图中曲线表示的是在最适温度下的反应曲线,提高温度,酶的活性会下降,A项不合理;丙组t1后产物浓度不再增加,说明反应受到抑制,所以丙组先使用药物B处理,在t1时可能使用药物A处理,B项合理;在t1时间之后甲组蔗糖酶的活性等于乙组(乙组产物浓度低于甲组是因为蔗糖和蔗糖酶结合的机会减少,但其活性不变),高于丙组,C项不合理;在t1时间之后丙组中产物浓度不变,说明t1时间之后,可能是药物A处理导致蔗糖酶失活,D项不合理。
【网络构建】
【经典图示】
温度、pH对酶促反应速率的影响
本 课 结 束