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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
一、酶的高效性和专一性
1.高效性
（1）含义：酶的催化效率是____________的 倍。
（2）意义：使细胞代谢快速进行。
2.专一性
（1）含义：每一种酶只能催化____________化学反应。
（2）意义：使__________有条不紊地进行。
无机催化剂
一种或一类
细胞代谢
二、酶的作用条件较温和
1.酶活性
（1）含义：酶催化特定化学反应的能力。酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。
（2）影响酶活性的主要因素：__________。酶所催化的化学反应一般是在__________
的条件下进行的。
温度和
比较温和
2.温度和 对酶活性的影响
（1）低温时，酶活性很低，但酶的______________。在适宜的温度下活性可以______，
因此酶制剂适宜在______下保存。
（2）在最适温度或 条件下，酶的活性______。
（3）过酸、过碱或温度过高时，会使酶的__________遭到破坏，使酶永久失活。
空间结构稳定
恢复
低温
最高
空间结构
（4）温度和 对酶活性的影响示意图:
温度/ 酸碱度/
点：______温度。 点：最适____。
.偏离 点或 点：酶的活性______。
最适
降低
&1& 细胞代谢有序进行的原因
1.酶的作用具有专一性。
2.细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，还与酶在细胞中的分布有关。如植物叶肉细胞中，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内，与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内，这样，光合作用与呼吸作用可以在细胞内不同的区室同时进行，互不干扰。
任务1 探究并理解酶的特性
活动1 阅读课本P81“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”实验，思考并讨论以下问题
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，说明什么？你能从该实验得到什么结论？
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。
2.上述实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为检测试剂？
提示 不能，因为碘液只能检测淀粉是否被水解，而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色。
3.该实验的自变量和因变量分别是什么 本实验的设计思路是什么 探究酶的专一性，你还有其他设计思路吗
提示 自变量:底物的种类。因变量:底物是否被淀粉酶水解。本实验设计思路:探究同一种酶是否能催化不同底物的水解。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.肽酶能催化多种多肽水解为氨基酸，能否说明肽酶没有专一性？
提示 不能。酶的专一性是指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，也能说明其具有专一性。
5.分析以下材料回答问题。
材料1 在比较肝脏研磨液（过氧化氢酶）和 对过氧化氢的催化效率实验（如图）
中，每滴肝脏研磨液中的过氧化氢酶分子数与每滴 溶液中的 数之比是
；但试管甲单位时间内产生的气泡却比试管乙产生的多。
材料2 下图为酶促反应作用的模式图：
图中甲表示酶，乙表示反应物，丙、丁表示生成物。
材料3 生物体的温度大多为 左右，体内的压强大多为1个大气压，细胞中的 大
多为中性，即生物体几乎所有的酶促反应都可以在常温、常压和中性的 条件下进行。
上述材料1说明：与无机催化剂相比，酶的催化作用具有_____________。材料2的模式
图说明酶具有________。材料3说明酶的作用条件________。
高效性
专一性
较温和
认知生成
1.验证酶专一性的方法是对比法，常见的有两种方案：底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通过观察或检测酶促反应能否进行得出结论。
2.若底物选择淀粉和蔗糖，用淀粉酶来验证酶的专一性时，检测底物是否被分解的试剂宜选用斐林试剂，不宜选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。
3.酶具有专一性和高效性，原因是酶具有特定的空间结构，能有效降低化学反应的活化能。
4.酶具有作用条件较温和的特性，原因也是酶具有特定的空间结构，意义是保证在生物体内的反应高效进行。
例1 下图表示酶的有关实验：取甲、乙、丙三支洁净的试管，分别往甲、乙试管中注
入 淀粉糊，往丙试管中注入 蔗糖溶液。然后往甲、丙试管中各注入 新
鲜的小麦淀粉酶滤液，往乙试管中注入 清水，振荡这三支试管。下列说法正确的
是( )。
B
A.往三支试管中分别滴入1滴碘液，在 水浴中保温 ，
甲、乙试管中的溶液都变蓝
B.三支试管中各物质的量要求相同，是为了排除物质用量的不
同对实验结果的影响
C.本实验测得 是小麦淀粉酶起催化作用的最适温度
D.该实验不可以用斐林试剂检验
[解析] 甲试管中的淀粉被淀粉酶水解，丙试管中不存在淀粉，所以滴入碘液后只有乙试管中的溶液变蓝色，A错误；该实验只在一种温度条件下进行，不能说明 是小麦淀粉酶起催化作用的最适温度，C错误；该实验可以用斐林试剂检验，其中甲试管中会出现砖红色沉淀，D错误。
对点练1 （不定项）蔗糖酶能将一分子蔗糖催化水解为一分子果糖和一分子葡萄糖。下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
ACD
A.该模型能解释酶具有专一性
B.模型中乙表示蔗糖酶，能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 ，该酶的催化速率都将下降
叙述正确的是( )。
[解析] 甲能和乙的活性部位结合，如同钥匙和锁的关系，该模型能够解释酶具有专一性，A正确；分析题图可知，甲表示蔗糖，乙表示蔗糖酶，酶的作用机理是降低化学反应的活化能，B错误；酶的结构在反应前后不会发生改变，C正确；该图表示蔗糖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 ，该酶的活性都会降低，催化速率都将下降，D正确。
任务2 探究影响酶活性的条件
活动2 阅读以下两个关于探究温度和 对酶活性的影响的实验步骤和实
验后观察到的现象，思考并讨论下列问题
一、探究温度对酶活性的影响
步骤 试管
1 2 3
淀粉溶液 - - -
淀粉酶溶液 - - -
不同温度下处 理 （或 ） （或 ）
步骤 试管
1 2 3
将同一温度下的两种物质混合后在对应温度保温
滴加碘液 1滴 1滴 1滴
步骤 试管
结果（现象） 变蓝 不变蓝 变蓝
结论
续表
1.实验时将装有淀粉酶溶液的试管和装有淀粉溶液的试管分别放置在相同温度的水中处理一段时间后再混合，这样做的意义是什么？
提示 保证反应一开始就达到预设温度，使酶促反应在预设温度下进行。
2.本实验的结论是什么？
提示 酶的催化作用需在适宜的温度下进行，温度过高或过低都会影响酶的活性。
3.能否用过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响？
提示 不能。探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度，而过氧化氢在高温条件下会分解，会对实验结果造成影响。
4.在探究温度对淀粉酶活性的影响的实验中能否用斐林试剂作为检测试剂？
提示 不能。因为该实验的自变量是温度，用斐林试剂进行检测时需要水浴加热，会对实验结果造成影响。
5.若要探究酶促反应更精确的最适温度，该如何设计实验
提示 设置一系列更小梯度的温度，再比较在不同温度条件下酶促反应速率的快慢。
二、探究 对酶活性的影响
序号 内容 试管1 试管2 试管3
1 注入等量的新鲜肝脏研磨液
2 注入等量的不同 的溶液 蒸馏水 溶 液 溶
液
3 注入等量的过氧化氢溶液
4 预期实验结果 气泡较多 气泡较少或没有 气泡较少或
没有
5 将点燃的卫生香放入试管内 液面的上方 燃烧剧烈 燃烧较弱 燃烧较弱
1.本实验中自变量是什么？该变量是如何控制的？为什么各实验组在步骤3都是加
过氧化氢溶液？
提示 本实验的自变量是不同的 。通过分别加等量 、蒸馏水和 控制。步
骤3加入的过氧化氢溶液量是无关变量，应该保证相同且适宜。
2.若将步骤2与步骤3调换顺序，实验还能成功吗？为什么？
提示 不能。酶具有高效性，若先混合酶和底物，后调 ，在加 或 前，反应已经进行，就不能判断各自反应速率的快慢。
3.以上各实验组试管应放置在什么温度条件下？为什么？
提示 以上各实验组试管应放置在最适温度条件下。在本实验中，温度属于无关变量，无关变量应该保持相同且适宜。
4.本实验能否选用淀粉酶和淀粉作为实验材料？为什么？
提示 不能。因为淀粉在酸性条件下也会发生水解反应。
认知生成
1.选择实验材料时，要注意排除自变量本身对实验结果的影响，保证自变量只通过影响
酶活性来影响实验结果，而不能直接影响实验结果。例如，设计实验探究酶的最适温度
时，不宜用过氧化氢和过氧化氢酶做实验，因为温度会影响过氧化氢的分解；设计实验
探究酶的最适 时，不宜用淀粉和淀粉酶做实验，因为淀粉在酸性条件下会水解。
2.若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不宜选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
3.在探究 对酶活性影响时，宜保证酶的最适温度（排除温度干扰），且将酶溶液的
调至实验要求的 后再让反应物与酶接触，不宜在未达到预设 前就让反应物与
酶接触。
4.在探究温度对酶活性的影响时，宜保证酶的最适 （排除 干扰），且将酶和反
应物分别保温（实验要求的温度）后，再混合继续保温，不宜在未分别保温前就让反
应物与酶接触。
5.低温抑制酶的活性，温度过高、过酸、过碱均会使酶的空间结构发生改变而失活。
例2 为了探究温度、 对酶活性的影响，下列实验设计合理的是( )。
选项 探究课题 选用材料与试剂
A 温度对酶活性的影响 过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液
B 温度对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶
液、碘液
C 对酶活性的影响 新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶
液、碘液
D 对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶
液、斐林试剂
B
[解析] 过氧化氢受热易分解，不宜用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响，A不合理；淀粉遇碘液会发生颜色变化，而淀粉酶能催化淀粉水解，使颜色变浅甚至消失，故可以用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液来探究温度对酶活性的影响，B合理；蔗糖酶不能催化淀粉水解，C不合理；斐林试剂呈碱性，能与酸性物质发生反应，不适合用于探究 对酶活性的影响，另外在酸性条件下淀粉会水解，不适合选用淀粉溶液和淀粉酶来探究 对酶活性的影响，D不合理。
1.各实验组中人为控制的变化的条件是自变量，探究影响酶活性的实验的自变量应将
其设计成一系列等梯度的温度或 。
2.实验结果是因变量，因变量应易于观察或检测。
3.在探究温度对酶活性的影响时，反应速率最快的试管对应的温度不一定是最适温度，需设置更小的温度梯度进一步探究。
4.在实验设计时，无关变量应保持相同且适宜。
5.斐林试剂与还原糖发生颜色反应需要 水浴。
对点练2 大菱鲆是我国重要的海水经济鱼类。研究性学习小组尝试对大菱鲆消化道中蛋白酶的活性进行研究。
（1）查询资料得知， 时，在不同 条件下大菱鲆消
化道各部位蛋白酶活性如图1。由图可知，在各自最适
下，三种蛋白酶催化效率最高的是________________。
幽门盲囊蛋白酶
[解析] 酶的活性越高，其催化效率就越高，由图1中曲线可知，在各自最适 下，三
种蛋白酶中，幽门盲囊蛋白酶的活性最高。
（2）资料表明大菱鲆人工养殖温度常年为 。学习小组假设：大菱鲆蛋白酶
的最适温度为 。他们设置 、 、 、 的实验温度，探究
三种酶的最适温度。
①探究实验中以干酪素为底物，干酪素的化学本质是________，可用________试剂鉴定。
蛋白质
双缩脲
[解析] 蛋白酶的分解底物是蛋白质，因此实验中干酪素的化学本质是蛋白质，鉴定蛋白质常用的试剂为双缩脲试剂。
②胃蛋白酶实验组和幽门盲囊蛋白酶实验组的 应分别控制在______。
2和8
[解析] 根据图1可知，胃蛋白酶的最适 为2，幽门盲囊蛋白酶的最适 为8。
③为了控制实验温度，装有酶和底物的试管应__________以保持恒温。单位时间内___
_________________________可以表示蛋白酶催化效率的高低。
恒温水浴
底物消耗量（或产物生成量）
[解析] 探究温度对酶活性影响的实验中，一般用恒温水浴来控制不同的反应温度。酶促反应速率能反应酶催化效率的高低，酶促反应速率可用单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。
④实验结果如图2所示，据此能否确定该假设成立？______。
理由是______________________________________________
_____________。
不能
据图可知，随着温度升高，酶活性逐步升高，酶活性峰值未出现
[解析] 图2的实验结果中，酶活性随温度的升高而升高，但没有出现峰值，因此不能
确定 为大菱鲆蛋白酶的最适温度。
任务3 绘制和解读酶促反应相关曲线
活动3 分析影响酶促反应速率的因素
1.分析以下曲线图，从曲线图中能得出什么结论？
提示 变化不会影响酶发挥作用的最适温度；温度变化不会影响酶发挥作用的最适
。
2.请画出酶浓度（底物充足）、底物浓度（酶量有限）对酶促反应速率的影响曲线，并进行简要说明。
提示
底物充足时，随着酶浓度的增加，酶促反应的速率持续增加。酶相当于是把底物
加工成产品的机器，底物足量时，机器越多，加工能力越强，生产速率越快。
酶量一定时，随着底物浓度的增加，酶促反应速率增加，但当底物浓度达到 时，
受酶数量的限制，再增加底物浓度，酶促反应速率不再增加。
3.下图为某些酶抑制剂（抑制酶催化作用的物质）的作用机理。据图回答下列问题:
依据作用机理，①若抑制剂分子在外形上与作用底物相似，能与底物竞争结合酶的活
性位点，这种抑制剂称为酶的竞争性抑制剂；②若抑制剂不是与酶的活性位点结合，
而是与活性位点以外的位点结合，使酶分子空间结构发生改变，活性位点不适于接纳
底物分子，则属于非竞争性抑制剂。据图判断抑制剂A属于___________________，抑
制剂B属于________________。（填“竞争性抑制剂”或“非竞争性抑制剂”）
竞争性抑制剂
非竞争性抑制剂
认知生成
1.有关酶曲线的解读
比较项目 曲线 解读
酶的高效性 ①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高
②酶只能改变反应速率，不改变生成物的
量
比较项目 曲线 解读
酶的专一性 加入酶B后随时间延长，底物B的剩余量逐
渐减少，而底物A的量不发生变化，说明
酶的催化作用具有专一性
续表
比较项目 曲线 解读
环境条件对 酶活性的影 响 ①在一定的温度 范围内，随着温度
升高，酶的活性增大；在最适温度
时，酶的活性最大；超过最适温度
后，随着温度 的升高，酶的活
性逐渐减小
②过酸、过碱、温度过高都会使酶失活，
而低温只是抑制了酶的活性，但酶的空间
结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升
高
续表
比较项目 曲线 解读
底物浓度对 酶促反应速 率的影响 在其他条件适宜且酶量一定的条件下，酶
促反应速率随底物浓度的增大而加快，当
底物浓度达到一定值时，再增加底物浓
度，反应速率不再增加
续表
比较项目 曲线 解读
酶浓度对酶 促反应速率 的影响 在底物充足且其他条件适宜的情况下，酶
促反应速率与酶浓度呈正相关
续表
2.注意：
（1）适当增加酶的浓度会提高酶促反应速率，但生成物的总量不会增加。
（2）在一定范围内，适当增加底物的浓度，可提高酶促反应速率，同时生成物的总量会增加。
（3）温度和 可以通过影响酶活性来影响酶促反应速率。
（4）底物浓度和酶浓度是通过影响酶与底物的接触程度，从而影响酶促反应速率的。
例3 下图1为温度对酶促反应速率的影响示
意图，图2的实线为在温度为 的情况下生
成物量与时间的关系图，则图2中能表示当
温度升高至 时生成物量与时间的关系的
是( )。
B
A.曲线1 B.曲线2 C.曲线3 D.曲线4
[解析] 温度由 变为 时酶的活性变大，酶的活性只会改变反应的速率，而不会改变
化学反应的平衡点，所以到达平衡的时间缩短，如图中曲线2所示。
对点练3 下图为不同条件下同种酶促反应速率的变化曲线，下列有关叙述错误的是
( )。
D
A.影响 段反应速率的主要因素是底物浓度
B.影响 段反应速率的主要因素是酶浓度
C.温度导致酶促反应Ⅰ和Ⅱ的速率不同
D.Ⅰ显示该酶促反应的最适温度为
[解析] 由图可以看出，在 段，随着底物浓度的升高，反应速率不断增加，则影响 段反应速率的主要因素是底物浓度，A正确；在 段，随着底物浓度的升高，反应速率不再增加，则影响 段反应速率的主要因素不再是底物浓度，而是酶浓度，B正确；曲线 Ⅰ 和 Ⅱ 的反应温度不一样，曲线的差异是由温度引起的，C正确；只根据 、 时的酶促反应速率，无法确定该酶作用的最适温度，D错误。
素能提升 联系实际，分析多酶片的应用（科学解释能力）
信息一：不同的消化液的 不一样。唾液的 为 ，胃液的 为
，小肠液的 为7.6。
信息二：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：
多酶片说明书
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。
适应症:消化不良、食欲缺乏。
用法用量:口服。一次 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。
请根据以上信息，回答下列问题：
（1）一般来说，酶是活细胞产生的具有______作用的有机物，具有________________
________________（至少答出两点）等特点。
催化
高效性、专一性、作用条件较温和
[解析] 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数酶为蛋白质，少数为 ，
其特点是具有高效性、专一性、作用条件较温和。
（2）多酶片为肠溶衣与糖衣双层包衣片，外层是______（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，能很好地保护胰酶不会在胃部被破坏。
糖衣
[解析] 多酶片的外层包衣应为糖衣。外层的糖衣被溶解后，暴露出的胃蛋白酶在胃内发挥作用；胃液不能破坏肠溶衣，肠溶衣使内层的胰酶不在胃部被破坏。
（3）胰酶等物质化学成分是________。患者服用多酶片时不能嚼碎的原因是________
_________________________________________________________。
蛋白质
嚼碎会使胰酶在胃部的酸性环境中变性失活，且会被胃蛋白酶催化水解
[解析] 胰酶等物质的化学本质是蛋白质，服用多酶片时嚼碎会使药片内部的胰酶过早释放出来，释放出来的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。
（4）临床上，也常将溶菌酶与抗生素混合使用，增强抗生素的疗效，这是因为溶菌酶
能溶解细菌的________，有抗菌消炎的作用。
细胞壁
[解析] 溶菌酶能溶解细菌的细胞壁，有抗菌消炎的作用，临床上常将溶菌酶与抗生素混合使用，以增强抗生素的疗效。
课堂小结
课堂小测
1.基于对酶特性的理解，判断下列叙述的正误。
（1）酶具有专一性、高效性，且受温度和 的影响。( )
√
（2）蛋白酶只能催化蛋白质的水解而不能催化淀粉的水解，这一现象体现了酶的专一
性。( )
√
（3）由于酶在化学反应前后性质和数量没有改变，所以酶具有高效性。( )
×
（4）高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。( )
×
（5）酶活性最高时的温度适合酶的保存。( )
×
2.酶是生物催化剂，其催化作用受 等因素的影响。下列叙述错误的是( )。
A
A.酶分子有一定的形状，其形状与底物的结合无关
B.绝大多数酶是蛋白质，其作用的强弱可用酶活性表示
C.麦芽糖酶能催化麦芽糖的水解，不能催化蔗糖的水解
D.将胃蛋白酶加入 的溶液中，其空间结构会改变
[解析] 酶具有专一性，一种酶只能催化一种或一类化学反应，酶分子具有一定的形状，其形状与底物的结合有关， A 错误；绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数是 ， 其催化作用的强弱可以用酶活性来表示， B 正确；酶具有专一性，麦芽糖酶可以催化麦芽糖的水解，不能催化蔗糖的水解， C 正确；酶在过酸或过碱的溶液中会变性失活，胃蛋白酶的最适 为 ，将其加入 的溶液中会变性失活，因为其空间结构会发生改变， D 正确。第1节 降低化学反应活化能的酶
第2课时 酶的特性
【自主预习】
一、酶的高效性和专一性
1.高效性
(1)含义:酶的催化效率是 无机催化剂 的107~1013倍。
(2)意义:使细胞代谢快速进行。
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:使 细胞代谢 有条不紊地进行。
二、酶的作用条件较温和
1.酶活性
(1)含义:酶催化特定化学反应的能力。酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。
(2)影响酶活性的主要因素: 温度和pH 。酶所催化的化学反应一般是在 比较温和 的条件下进行的。
2.温度和pH对酶活性的影响
(1)低温时,酶活性很低,但酶的 空间结构稳定 。在适宜的温度下活性可以 恢复 ,因此酶制剂适宜在 低温 下保存。
(2)在最适温度或pH条件下,酶的活性 最高 。
(3)过酸、过碱或温度过高时,会使酶的 空间结构 遭到破坏,使酶永久失活。
(4)温度和pH对酶活性的影响示意图:
温度/℃ 酸碱度/pH
a.P点: 最适 温度。Q点:最适 pH 。
b.偏离P点或Q点:酶的活性 降低 。
【归纳总结】 细胞代谢有序进行的原因
1.酶的作用具有专一性。
2.细胞中的各类化学反应之所以能有序进行,还与酶在细胞中的分布有关。如植物叶肉细胞中,与光合作用有关的酶分布在叶绿体内,与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内,这样,光合作用与呼吸作用可以在细胞内不同的区室同时进行,互不干扰。
【合作探究】
任务1 探究并理解酶的特性
活动1 阅读课本P81“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”实验,思考并讨论以下问题
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,说明什么 你能从该实验得到什么结论
【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。
2.上述实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为检测试剂
【提示】 不能,因为碘液只能检测淀粉是否被水解,而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色。
3.该实验的自变量和因变量分别是什么 本实验的设计思路是什么 探究酶的专一性,你还有其他设计思路吗
【提示】 自变量:底物的种类。因变量:底物是否被淀粉酶水解。本实验设计思路:探究同一种酶是否能催化不同底物的水解。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.肽酶能催化多种多肽水解为氨基酸,能否说明肽酶没有专一性
【提示】 不能。酶的专一性是指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,也能说明其具有专一性。
5.分析以下材料回答问题。
材料1 在比较肝脏研磨液(过氧化氢酶)和FeCl3对过氧化氢的催化效率实验(如图)中,每滴肝脏研磨液中的过氧化氢酶分子数与每滴FeCl3溶液中的Fe3+数之比是1∶250 000;但试管甲单位时间内产生的气泡却比试管乙产生的多。
材料2 下图为酶促反应作用的模式图:
图中甲表示酶,乙表示反应物,丙、丁表示生成物。
材料3 生物体的温度大多为37 ℃左右,体内的压强大多为1个大气压,细胞中的pH大多为中性,即生物体几乎所有的酶促反应都可以在常温、常压和中性的pH条件下进行。
上述材料1说明:与无机催化剂相比,酶的催化作用具有 。材料2的模式图说明酶具有 。材料3说明酶的作用条件 。
【提示】 高效性 专一性 较温和
认知生成
1.验证酶专一性的方法是对比法,常见的有两种方案:底物相同但酶不同或底物不同但酶相同,最后通过观察或检测酶促反应能否进行得出结论。
2.若底物选择淀粉和蔗糖,用淀粉酶来验证酶的专一性时,检测底物是否被分解的试剂宜选用斐林试剂,不宜选用碘液,因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。
3.酶具有专一性和高效性,原因是酶具有特定的空间结构,能有效降低化学反应的活化能。
4.酶具有作用条件较温和的特性,原因也是酶具有特定的空间结构,意义是保证在生物体内的反应高效进行。
例1 下图表示酶的有关实验:取甲、乙、丙三支洁净的试
管,分别往甲、乙试管中注入3 mL淀粉糊,往丙试管中注入3 mL蔗糖溶液。然后往甲、丙试管中各注入2 mL新鲜的小麦淀粉酶滤液,往乙试管中注入2 mL清水,振荡这三支试管。下列说法正确的是( )。
A.往三支试管中分别滴入1滴碘液,在35 ℃水浴中保温5 min,甲、乙试管中的溶液都变蓝
B.三支试管中各物质的量要求相同,是为了排除物质用量的不同对实验结果的影响
C.本实验测得35 ℃是小麦淀粉酶起催化作用的最适温度
D.该实验不可以用斐林试剂检验
【答案】 B
【解析】 甲试管中的淀粉被淀粉酶水解,丙试管中不存在淀粉,所以滴入碘液后只有乙试管中的溶液变蓝色,A错误;该实验只在一种温度条件下进行,不能说明35 ℃是小麦淀粉酶起催化作用的最适温度,C错误;该实验可以用斐林试剂检验,其中甲试管中会出现砖红色沉淀,D错误。
对点练1 (不定项)蔗糖酶能将一分子蔗糖催化水解为一分子果糖和一分子葡萄糖。下图表示蔗糖酶在最适温度下催化底物水解的模型,下列有关叙述正确的是( )。
A.该模型能解释酶具有专一性
B.模型中乙表示蔗糖酶,能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 ℃,该酶的催化速率都将下降
【答案】 ACD
【解析】 甲能和乙的活性部位结合,如同钥匙和锁的关系,该模型能够解释酶具有专一性,A正确;分析题图可知,甲表示蔗糖,乙表示蔗糖酶,酶的作用机理是降低化学反应的活化能,B错误;酶的结构在反应前后不会发生改变,C正确;该图表示蔗糖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 ℃,该酶的活性都会降低,催化速率都将下降,D正确。
任务2 探究影响酶活性的条件
活动2 阅读以下两个关于探究温度和pH对酶活性的影响的实验步骤和实验后观察到的现象,思考并讨论下列问题
一、探究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 100 ℃ (或0 ℃) 60 ℃ 0 ℃(或 100 ℃)
将同一温度下的两种物质混合后在对应温度保温5 min
滴加碘液 1滴 1滴 1滴
结果(现象) 变蓝 不变蓝 变蓝
结论
1.实验时将装有淀粉酶溶液的试管和装有淀粉溶液的试管分别放置在相同温度的水中处理一段时间后再混合,这样做的意义是什么
【提示】 保证反应一开始就达到预设温度,使酶促反应在预设温度下进行。
2.本实验的结论是什么
【提示】 酶的催化作用需在适宜的温度下进行,温度过高或过低都会影响酶的活性。
3.能否用过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响
【提示】 不能。探究温度对酶活性的影响时,自变量是温度,而过氧化氢在高温条件下会分解,会对实验结果造成影响。
4.在探究温度对淀粉酶活性的影响的实验中能否用斐林试剂作为检测试剂
【提示】 不能。因为该实验的自变量是温度,用斐林试剂进行检测时需要水浴加热,会对实验结果造成影响。
5.若要探究酶促反应更精确的最适温度,该如何设计实验
【提示】 设置一系列更小梯度的温度,再比较在不同温度条件下酶促反应速率的快慢。
二、探究pH对酶活性的影响
序号 内容 试管1 试管2 试管3
1 注入等量的新鲜肝脏研磨液 1 mL 1 mL 1 mL
2 注入等量的不同pH的溶液 1 mL 蒸馏水 1 mL NaOH 溶液 1 mL HCl 溶液
3 注入等量的过氧化氢溶液 2 mL 2 mL 2 mL
4 预期实验结果 气泡较多 气泡较少 或没有 气泡较少 或没有
5 将点燃的卫生香放入试管内液面的上方 燃烧剧烈 燃烧较弱 燃烧较弱
1.本实验中自变量是什么 该变量是如何控制的 为什么各实验组在步骤3都是加2 mL过氧化氢溶液
【提示】 本实验的自变量是不同的pH。通过分别加等量HCl、蒸馏水和NaOH控制。步骤3加入的过氧化氢溶液量是无关变量,应该保证相同且适宜。
2.若将步骤2与步骤3调换顺序,实验还能成功吗 为什么
【提示】 不能。酶具有高效性,若先混合酶和底物,后调pH,在加HCl或NaOH前,反应已经进行,就不能判断各自反应速率的快慢。
3.以上各实验组试管应放置在什么温度条件下 为什么
【提示】 以上各实验组试管应放置在最适温度条件下。在本实验中,温度属于无关变量,无关变量应该保持相同且适宜。
4.本实验能否选用淀粉酶和淀粉作为实验材料 为什么
【提示】 不能。因为淀粉在酸性条件下也会发生水解反应。
认知生成
1.选择实验材料时,要注意排除自变量本身对实验结果的影响,保证自变量只通过影响酶活性来影响实验结果,而不能直接影响实验结果。例如,设计实验探究酶的最适温度时,不宜用过氧化氢和过氧化氢酶做实验,因为温度会影响过氧化氢的分解;设计实验探究酶的最适pH时,不宜用淀粉和淀粉酶做实验,因为淀粉在酸性条件下会水解。
2.若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度,检测底物被分解的试剂宜选用碘液,不宜选用斐林试剂,因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热,而该实验中需严格控制温度。
3.在探究pH对酶活性影响时,宜保证酶的最适温度(排除温度干扰),且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与酶接触,不宜在未达到预设pH前就让反应物与酶接触。
4.在探究温度对酶活性的影响时,宜保证酶的最适pH(排除pH干扰),且将酶和反应物分别保温(实验要求的温度)后,再混合继续保温,不宜在未分别保温前就让反应物与酶接触。
5.低温抑制酶的活性,温度过高、过酸、过碱均会使酶的空间结构发生改变而失活。
例2 为了探究温度、pH对酶活性的影响,下列实验设计合理的是( )。
选项 探究课题 选用材料与试剂
A 温度对酶活性的影响 过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液
B 温度对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
C pH对酶活性的影响 新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
D pH对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林试剂
【答案】 B
【解析】 过氧化氢受热易分解,不宜用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响,A不合理;淀粉遇碘液会发生颜色变化,而淀粉酶能催化淀粉水解,使颜色变浅甚至消失,故可以用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液来探究温度对酶活性的影响,B合理;蔗糖酶不能催化淀粉水解,C不合理;斐林试剂呈碱性,能与酸性物质发生反应,不适合用于探究pH对酶活性的影响,另外在酸性条件下淀粉会水解,不适合选用淀粉溶液和淀粉酶来探究pH对酶活性的影响,D不合理。
【技巧归纳】
1.各实验组中人为控制的变化的条件是自变量,探究影响酶活性的实验的自变量应将其设计成一系列等梯度的温度或pH。
2.实验结果是因变量,因变量应易于观察或检测。
3.在探究温度对酶活性的影响时,反应速率最快的试管对应的温度不一定是最适温度,需设置更小的温度梯度进一步探究。
4.在实验设计时,无关变量应保持相同且适宜。
5.斐林试剂与还原糖发生颜色反应需要50~65 ℃水浴。
对点练2 大菱鲆是我国重要的海水经济鱼类。研究性学习小组尝试对大菱鲆消化道中蛋白酶的活性进行研究。
(1)查询资料得知,18 ℃时,在不同pH条件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶活性如图1。由图可知,在各自最适pH下,三种蛋白酶催化效率最高的是 。
(2)资料表明大菱鲆人工养殖温度常年为15~18 ℃。学习小组假设:大菱鲆蛋白酶的最适温度为15~18 ℃。他们设置15 ℃、16 ℃、17 ℃、18 ℃的实验温度,探究三种酶的最适温度。
①探究实验中以干酪素为底物,干酪素的化学本质是 ,可用 试剂鉴定。
②胃蛋白酶实验组和幽门盲囊蛋白酶实验组的pH应分别控制在 。
③为了控制实验温度,装有酶和底物的试管应 以保持恒温。单位时间内 可以表示蛋白酶催化效率的高低。
④实验结果如图2所示,据此能否确定该假设成立 。理由是 。
【答案】 (1)幽门盲囊蛋白酶 (2)①蛋白质 双缩脲 ②2和8 ③恒温水浴 底物消耗量(或产物生成量) ④不能 据图可知,随着温度升高,酶活性逐步升高,酶活性峰值未出现
【解析】 (1)酶的活性越高,其催化效率就越高,由图1中曲线可知, 在各自最适pH下,三种蛋白酶中,幽门盲囊蛋白酶的活性最高。(2)①蛋白酶的分解底物是蛋白质,因此实验中干酪素的化学本质是蛋白质,鉴定蛋白质常用的试剂为双缩脲试剂。②根据图1可知,胃蛋白酶的最适pH为2,幽门盲囊蛋白酶的最适pH为8。③探究温度对酶活性影响的实验中,一般用恒温水浴来控制不同的反应温度。酶促反应速率能反应酶催化效率的高低,酶促反应速率可用单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。④图2的实验结果中,酶活性随温度的升高而升高,但没有出现峰值,因此不能确定15~18 ℃为大菱鲆蛋白酶的最适温度。
任务3 绘制和解读酶促反应相关曲线
活动3 分析影响酶促反应速率的因素
1.分析以下曲线图,从曲线图中能得出什么结论
【提示】 pH变化不会影响酶发挥作用的最适温度;温度变化不会影响酶发挥作用的最适pH。
2.请画出酶浓度(底物充足)、底物浓度(酶量有限)对酶促反应速率的影响曲线,并进行简要说明。
【提示】
底物充足时,随着酶浓度的增加,酶促反应的速率持续增加。酶相当于是把底物加工成产品的机器,底物足量时,机器越多,加工能力越强,生产速率越快。
酶量一定时,随着底物浓度的增加,酶促反应速率增加,但当底物浓度达到a时,受酶数量的限制,再增加底物浓度,酶促反应速率不再增加。
3.下图为某些酶抑制剂(抑制酶催化作用的物质)的作用机理。据图回答下列问题:
依据作用机理,①若抑制剂分子在外形上与作用底物相似,能与底物竞争结合酶的活性位点,这种抑制剂称为酶的竞争性抑制剂;②若抑制剂不是与酶的活性位点结合,而是与活性位点以外的位点结合,使酶分子空间结构发生改变,活性位点不适于接纳底物分子,则属于非竞争性抑制剂。据图判断抑制剂A属于 ,抑制剂B属于 。(填“竞争性抑制剂”或“非竞争性抑制剂”)
【提示】 竞争性抑制剂 非竞争性抑制剂
认知生成
1.有关酶曲线的解读
比较项目 曲线 解读
酶的高效性 ①与无机催化剂相比,酶的催化效率更高 ②酶只能改变反应速率,不改变生成物的量
酶的专一性 加入酶B后随时间延长,底物B的剩余量逐渐减少,而底物A的量不发生变化,说明酶的催化作用具有专一性
环境条件对酶活性的影响 ①在一定的温度(pH)范围内,随着温度(pH)升高,酶的活性增大;在最适温度(pH)时,酶的活性最大;超过最适温度(pH)后,随着温度(pH)的升高,酶的活性逐渐减小 ②过酸、过碱、温度过高都会使酶失活,而低温只是抑制了酶的活性,但酶的空间结构稳定,在适宜的温度下酶的活性会升高
底物浓度对酶促反应速率的影响 在其他条件适宜且酶量一定的条件下,酶促反应速率随底物浓度的增大而加快,当底物浓度达到一定值时,再增加底物浓度,反应速率不再增加
酶浓度对酶促反应速率的影响 在底物充足且其他条件适宜的情况下,酶促反应速率与酶浓度呈正相关
2.注意:
(1)适当增加酶的浓度会提高酶促反应速率,但生成物的总量不会增加。
(2)在一定范围内,适当增加底物的浓度,可提高酶促反应速率,同时生成物的总量会增加。
(3)温度和pH可以通过影响酶活性来影响酶促反应速率。
(4)底物浓度和酶浓度是通过影响酶与底物的接触程度,从而影响酶促反应速率的。
例3 下图1为温度对酶促反应速率的影响示意图,图2的实线为在温度为a的情况下生成物量与时间的关系图,则图2中能表示当温度升高至2a时生成物量与时间的关系的是( )。
A.曲线1 B.曲线2
C.曲线3 D.曲线4
【答案】 B
【解析】 温度由a变为2a时酶的活性变大,酶的活性只会改变反应的速率,而不会改变化学反应的平衡点,所以到达平衡的时间缩短,如图中曲线2所示。
对点练3 下图为不同条件下同种酶促反应速率的变化曲线,下列有关叙述错误的是( )。
A.影响AB段反应速率的主要因素是底物浓度
B.影响BC段反应速率的主要因素是酶浓度
C.温度导致酶促反应Ⅰ和Ⅱ的速率不同
D.Ⅰ显示该酶促反应的最适温度为37 ℃
【答案】 D
【解析】 由图可以看出,在AB段,随着底物浓度的升高,反应速率不断增加,则影响AB段反应速率的主要因素是底物浓度,A正确;在BC段,随着底物浓度的升高,反应速率不再增加,则影响BC段反应速率的主要因素不再是底物浓度,而是酶浓度,B正确;曲线 Ⅰ 和 Ⅱ 的反应温度不一样,曲线的差异是由温度引起的,C正确;只根据37 ℃、25 ℃时的酶促反应速率,无法确定该酶作用的最适温度,D错误。
素能提升 联系实际,分析多酶片的应用(科学解释能力)
信息一:不同的消化液的pH不一样。唾液的pH为6.2~7.4,胃液的pH为0.9~1.5,小肠液的pH为7.6。
信息二: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:
多酶片说明书
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。
适应症: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。
请根据以上信息,回答下列问题:
(1)一般来说,酶是活细胞产生的具有 作用的有机物,具有 (至少答出两点)等特点。
(2)多酶片为肠溶衣与糖衣双层包衣片,外层是 (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,能很好地保护胰酶不会在胃部被破坏。
(3)胰酶等物质化学成分是 。患者服用多酶片时不能嚼碎的原因是 。
(4)临床上,也常将溶菌酶与抗生素混合使用,增强抗生素的疗效,这是因为溶菌酶能溶解细菌的 ,有抗菌消炎的作用。
【答案】 (1)催化 高效性、专一性、作用条件较温和
(2)糖衣 (3)蛋白质 嚼碎会使胰酶在胃部的酸性环境中变性失活,且会被胃蛋白酶催化水解 (4)细胞壁
【解析】 (1)酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,绝大多数酶为蛋白质,少数为RNA,其特点是具有高效性、专一性、作用条件较温和。(2)多酶片的外层包衣应为糖衣。外层的糖衣被溶解后,暴露出的胃蛋白酶在胃内发挥作用;胃液不能破坏肠溶衣,肠溶衣使内层的胰酶不在胃部被破坏。(3)胰酶等物质的化学本质是蛋白质,服用多酶片时嚼碎会使药片内部的胰酶过早释放出来,释放出来的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。(4)溶菌酶能溶解细菌的细胞壁,有抗菌消炎的作用,临床上常将溶菌酶与抗生素混合使用,以增强抗生素的疗效。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
1.基于对酶特性的理解,判断下列叙述的正误。 (1)酶具有专一性、高效性,且受温度和pH的影响。 (√) (2)蛋白酶只能催化蛋白质的水解而不能催化淀粉的水解,这一现象体现了酶的专一性。 (√) (3)由于酶在化学反应前后性质和数量没有改变,所以酶具有高效性。 (×) (4)高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。 (×) (5)酶活性最高时的温度适合酶的保存。 (×) 2.酶是生物催化剂,其催化作用受pH等因素的影响。下列叙述错误的是( )。 A.酶分子有一定的形状,其形状与底物的结合无关 B.绝大多数酶是蛋白质,其作用的强弱可用酶活性表示 C.麦芽糖酶能催化麦芽糖的水解,不能催化蔗糖的水解 D.将胃蛋白酶加入pH=10的溶液中,其空间结构会改变 【答案】 A 【解析】 酶具有专一性,一种酶只能催化一种或一类化学反应,酶分子具有一定的形状,其形状与底物的结合有关,A错误;绝大多数酶的化学本质是蛋白质,少数是RNA,其催化作用的强弱可以用酶活性来表示,B正确;酶具有专一性,麦芽糖酶可以催化麦芽糖的水解,不能催化蔗糖的水解,C正确;酶在过酸或过碱的溶液中会变性失活,胃蛋白酶的最适pH为1.5,将其加入pH=10的溶液中会变性失活,因为其空间结构会发生改变,D正确。
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