(共66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 酶的特性和影响酶活性的条件
课标
要求
说明酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。
知识点1 酶具有高效性和专一性
1．高效性
(1)含义：与_____________相比，酶的催化效率更高。
(2)意义：保证了__________快速有序地进行；保证了细胞内__________的稳定。
无机催化剂
细胞代谢
能量供应
酶具有高效性的实质是什么？
提示：与无机催化剂相比，酶降低活化能的效果更显著。
2．专一性
(1)含义：每一种酶只能催化___________化学反应。
(2)实验验证
①实验原理：淀粉和蔗糖都是_________糖。它们在酶的催化作用下都能水解成_________，在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用____________鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
一种或一类
非还原
还原糖
斐林试剂
②方法步骤
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
热水浴加热1 min
实验现象 __________________ _____________________
有砖红色沉淀
没有砖红色沉淀
(3)实验结论：淀粉酶只能催化______水解，而不能催化______水解，酶具有_________。
淀粉
蔗糖
专一性
(P81探究·实践)在已知淀粉酶能够催化淀粉水解的情况下，本实验设置1号试管还有没有必要？
提示：有必要。可以排除无关变量，如淀粉酶的活性、浓度、加热时间、斐林试剂等因素的影响。
基于对酶的高效性和专一性的认识，判断下列表述是否正确。
1．细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的专一性有关。 ( )
2．每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 ( )
3．能够催化酶水解的酶是蛋白酶。 ( )
提示：酶的化学本质是蛋白质或RNA，催化其水解的酶是蛋白酶或RNA酶。
×
√
√
4．二肽酶能够催化多种二肽水解，说明不是所有的酶都具有专一性。 ( )
提示：二肽酶能催化多种二肽水解，而不能催化多肽水解，说明酶具有专一性。
×
任务一 酶专一性实验的变量分析及鉴定试剂的选择等
1．根据教材“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”实验，分析回答下列有关问题：
(1)该实验的自变量和因变量分别是什么？
提示：自变量是底物的种类；因变量是底物是否被淀粉酶水解。
(2)该实验能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂？
提示：不能，因为碘液只能检测淀粉的有无，而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色。
(3)写出该实验的其他设计思路。
提示：探究不同种类的酶能否催化一种底物的水解。
(4)若本实验的2号试管也产生了砖红色沉淀，原因是什么？(至少答两点)
提示：蔗糖溶液放置时间太长，易被溶液中的微生物分解成葡萄糖和果糖，影响实验结果；试管不干净，且试管编号要醒目；蔗糖溶液中有还原糖或淀粉。
2．如图可以解释酶具有专一性及其原理，据图分析各字母代表什么意义。
提示：图中A表示酶，B表示被A催化分解的底物，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。
[深化归纳]
1．酶的高效性及实验设计
(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＋等量无机催化剂→底物分解速率(或产物生成速率)。
(3)酶具有高效性的曲线(如图)
2．酶的专一性及实验设计
(1)设计思路
验证酶专一性的方法也是“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，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。
(2)设计方案
项目 方案一 方案二
对照组 实验组 对照组 实验组
材料 底物相同(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
(3)酶具有专一性的曲线(如图)
1．为了证明酶的作用具有专一性，某同学设计了如下5组实验，分别选择一定的试剂进行检测，合理的实验方案是( )
组别 ① ② ③ ④ ⑤
酶 蛋白酶 蛋白酶 淀粉酶 淀粉酶 淀粉酶
反应物 蛋白质 淀粉 蛋白质 淀粉 麦芽糖
A．①和③对比，用双缩脲试剂检测
B．②和④对比，用碘液检测
C．④和⑤对比，用斐林试剂检测
D．③和④对比，用斐林试剂检测
√
B [蛋白酶和淀粉酶的化学本质都是蛋白质，①和③对比，加入双缩脲试剂都会变成紫色，A不合理；②和④对比，自变量是酶的种类，可用碘液检测，B合理；麦芽糖和其水解产物葡萄糖都属于还原糖，故不能用斐林试剂检测麦芽糖是否发生了水解反应，C不合理；斐林试剂不能检测蛋白质是否水解，D不合理。]
2．为比较3种木质素降解酶对木质素的降解效率，利用玉米秸秆残渣中的木质素进行研究，相同处理时间后的检测结果见下表。下列关于该实验的分析错误的是( )
检测指标 酶A 酶B 酶C
木质素降解率(%) 11.7% 8.6% 6.6%
A．增设一组不加酶的对照组更严谨
B．三种酶降解木质素的产物可能不完全相同
C．降解率数据表明酶A相比于另两种酶具有高效性
D．木质素的致密结构阻碍酶与底物的结合，导致降解率不高
√
C [增设一组不加酶的对照组更严谨，以排除底物玉米秸秆残渣的自身分解作用对实验结果的影响，A正确；三种酶降解木质素的作用位点不完全相同，其降解产物也可能不完全相同，B正确；降解率数据表明酶A降解木质素的效率最高，但不能说酶A具有高效性，高效性是指酶促反应效率比无机催化剂高得多，C错误；木质素结构复杂，致密结构阻碍酶与底物的结合，导致降解率不高，D正确。]
知识点2 酶的作用条件较温和
1．酶活性及其表示方法
(1)酶活性：酶催化______________________称为酶活性。
(2)表示方法：可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的______表示。
特定化学反应的能力
速率
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，分别得到了酶的活性受温度和pH影响的示意图。
(1)酶活性受温度影响示意图(如图)
温和
在一定条件下，酶活性最大时的温度称为该酶的最适温度。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______。
加快
下降
(2)酶活性受pH影响示意图(如图)
在一定条件下，酶活性最大时的pH称为该酶的最适pH。pH偏高或偏低，酶促反应速率都会______。
下降
(3)过酸、过碱或温度过高时，酶失活的原因是__________________
_____；酶制剂适宜在______下保存的原因是___________________
___________________________________________________________。
(4)动物体内的酶最适pH大多在6.5～8.0，但胃蛋白酶的最适pH为_____。
酶的空间结构遭到
低温
在0 ℃左右时，酶的
1.5
活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高
破坏
1．(P84相关信息)唾液淀粉酶随食物进入胃内就会失活，原因是___________________________________________________________
________________________________________________________。
提示：唾液淀粉酶的最适pH为6.8，而胃液的pH为1.5左右，唾液淀粉酶进入胃后因pH过低而失活
2．(P85概念检测)新采摘的新鲜糯玉米立即放入85 ℃水中处理2分钟，可较好保持甜味的原因是________________________________
___________________________________________________________
________________________________________________________。
提示：加热破坏了将可溶性糖转化为淀粉的酶的活性
3．细胞代谢有序进行的原因
(1)原因：细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，还与__________________有关。
(2)实例：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，光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行，互不干扰。
酶在细胞中的分布
基于对影响酶活性的因素的认识，判断下列表述是否正确。
1．酶的专一性是指一种酶只能催化一种化学反应。 ( )
提示：酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应。
2．过酸或过碱及温度过高或过低都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。 ( )
提示：温度过低不会使酶的空间结构遭到破坏，不会使酶永久失活。
×
×
3．探究酶催化作用的最适pH时，应设置过酸、过碱、中性三组。 ( )
提示：探究酶催化作用的最适pH时，应在过酸到过碱之间按一定的梯度设置多组实验。
4．反应底物的浓度越大，酶的活性越高。 ( )
提示：增大反应底物的浓度只能提高反应速率，不能提高酶的活性。
×
×
5．在温度影响酶的活性的实验中，若某两支试管的反应速率相同，在其他条件均相同的条件下，不能判断这两支试管所处的环境温度一定是相同的。 ( )
√
任务二 探究温度、pH对酶活性的影响
材料1 新买的果蔬放在冰箱中冷藏保鲜、用加酶洗衣粉时最好用温水处理洗涤衣物、发烧后往往食欲不振，这些现象都与酶的活性有关。下面的表格分别是某兴趣小组探究温度对淀粉酶活性影响的实验步骤和pH对过氧化氢酶活性影响的实验步骤。
实验1 探究温度对淀粉酶活性的影响
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
实验2 探究pH对过氧化氢酶活性的影响
步骤 试管编号
1 2 3
20%的肝脏研磨液 1 mL 1 mL 1 mL
蒸馏水 1 mL － －
0.01 mol/L的氢氧化钠溶液 － 1 mL －
0.01 mol/L的盐酸溶液 － － 1 mL
步骤 试管编号
1 2 3
3%的过氧化氢溶液 2 mL 2 mL 2 mL
振荡试管
结果 有大量气泡产生 无明显气泡 无明显气泡
材料2 为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：A组(20 ℃)、B组(40 ℃)和C组(60 ℃)，测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同)，结果如图所示。
1．同一温度下的淀粉和淀粉酶为什么要预热到同一温度再混合？
提示：保证反应一开始就达到预设温度，不会因为混合而改变温度。
2．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，而过氧化氢的分解本身受温度影响，在高温时分解速率加快，影响对实验结果的分析。
3．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来检测？
提示：不能。因为加热会改变反应体系的温度，从而给实验引入额外变量。
4．实验2中，能否在加入肝脏研磨液后，直接加入3%的过氧化氢溶液，然后再调节pH
提示：不能。因为酶的作用具有高效性，在调节pH之前，试管中已经发生了剧烈反应，会影响实验结果。
5．实验2能否选用淀粉酶和淀粉作为实验材料？
提示：不能。因为调节pH所营造的酸性环境会干扰斐林试剂(碱性)对淀粉分解的检测，碱性条件下会干扰碘液与淀粉的蓝色反应，斐林试剂的碱性会影响淀粉酶的活性。
6．在时间t1之前，若A组温度提高10 ℃，则A组酶催化反应的速度会如何变化？
提示：加快。
7．如果在时间t2时，向C组反应体系中增加2倍量的底物，其他条件保持不变，那么在t3时，C组产物总量如何变化？并说明理由。
提示：不变。60 ℃条件下，t2时酶已失活，即使增加底物，反应产物总量也不会增加。
[深化归纳]
1．探究影响酶活性的实验设计思路
(1)分组编号：将实验器具分组编号并装入相应的等量试剂。
(2)控制变量：控制影响酶活性的条件(如温度、pH等)，即首先将底物、酶液分别处理到预设的条件下。
(3)进行反应：让酶液与底物混合，仍在预设的条件(如温度、pH等)下反应，无关变量保持相同。
(4)结果检测：检测实验的因变量，观察并记录实验结果，推出结论。
2．温度、pH对酶活性的影响
(1)图甲曲线分析
①在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。
②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，酶分子的结构未被破坏，温度升高可恢复活性。
(2)图乙曲线分析
纵坐标为反应物剩余量，剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢；图示pH＝7时，反应物剩余量最少，应为较适宜的pH；反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
3．底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响
(1)图甲：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率先随底物浓度增加而加快，当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。
(2)图乙：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成正比。
3．图甲是过氧化氢酶活性受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。若该酶促反应过程中改变某一初始条件，下列叙述正确的是( )
A．温度降低时，e点不移，d点右移
B．H2O2量增加时，e点不移，d点左移
C．pH＝c时，e点为0
D．pH＝a时，e点下移，d点左移
√
A [温度降低时，过氧化氢酶的活性降低，产生O2的总量不变，反应速率减慢，d点右移，A正确；H2O2量增加，产生的O2量增加，e点上移，d点右移，B错误；pH＝c时，酶失活，但H2O2在常温下也会分解，e不为0，C错误；pH＝a时，酶的活性低于pH＝b时的活性，反应速率较慢，d点右移，e点不动，D错误。]
易错警示
(1)适当增加酶的浓度会提高反应速率，但生成物的量不会增加；在一定条件下，若适当增加反应物的浓度，提高反应速率的同时生成物的量也增加。
(2)不同因素影响酶促反应速率的本质不同
①温度和pH通过影响酶的活性而影响酶促反应速率。
②底物浓度和酶浓度通过影响酶与底物的接触而影响酶促反应速率，并不影响酶的活性。
③抑制剂、激活剂也影响酶的活性。
4．某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究，结果见下表。下列分析错误的是( )
组别 pH CaCl2 温度/℃ 降解率/%
① 9 ＋ 90 38
② 9 ＋ 70 88
③ 9 － 70 0
④ 7 ＋ 70 58
⑤ 5 ＋ 40 30
注：“＋/－”分别表示“有/无添加”，反应物为Ⅰ型胶原蛋白。
A．该酶的催化活性依赖于CaCl2
B．结合①②组的相关变量分析，自变量为温度
C．该酶催化化学反应的最适温度为70 ℃，最适pH为9
D．尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物
√
C [分析题表可知，降解率越大说明该酶的活性越高，②组酶活性最高，此时pH为9，添加CaCl2，温度为70 ℃，③组没有添加CaCl2，pH为9，温度为70 ℃，降解率为0，说明该酶的催化活性依赖于CaCl2，A正确；分析①②组可知，除了温度不同以外，pH相同且都添加CaCl2，说明①②组的自变量为温度，B正确；②组酶活性比其他组的高，此时pH为9，温度为70 ℃，但由于温度梯度和pH梯度都较大，不能说明该酶催化化学反应的最适温度为70 ℃，最适pH为9，C错误；该实验的反应物为Ⅰ型胶原蛋白，若要确定该酶能否水解其他反应物，还需补充实验，D正确。]
1．无机催化剂催化的化学反应范围比较广，但一种酶只能催化一种
或一类化学反应。
2．细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的专一性是分不开的。
3．许多无机催化剂能在高温、高压、强酸或强碱条件下催化化学反应，但酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
4．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。在
0 ℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高。
5．酶制剂适宜在低温下保存。
课堂检测 素养测评
√
1．(链接P81相关信息)下列关于酶的叙述，正确的是 ( )
A．酶在细胞内合成，提供代谢所需要的活化能
B．酶都可以与双缩脲试剂发生紫色反应
C．活细胞都可以产生酶
D．同一种酶可以存在于不同的活细胞中
D [酶能降低化学反应的活化能，并不能为代谢提供活化能，A错误；酶的本质是蛋白质或RNA，蛋白质类酶可以与双缩脲试剂发生紫色反应，但RNA类酶不能，B错误；酶是活细胞产生的，但并不是所有的活细胞都可以产生酶，例如哺乳动物成熟的红细胞不能产生酶，C错误；不同的活细胞可以进行相同的代谢活动，需要相同的酶催化，故同一种酶可以存在于不同的活细胞中，D正确。]
√
2．(链接P84相关信息)pH对胃蛋白酶和胰蛋白酶作用的影响如图所示。下列叙述正确的是( )
A．在最适pH时，两种酶的活性相同
B．两种酶的最适pH相同
C．pH为3时，胰蛋白酶变性失活
D．两种酶的活性随pH不断降低而减小
C [两种酶在各自最适pH时的活性都最高，但其活性不一定相同，A错误；由题图可以看出，胃蛋白酶的最适pH为2，胰蛋白酶的最适pH为8，两种酶的最适pH不同，B错误；据题图可知，在pH为3时，胰蛋白酶变性失活，C正确；pH大于最适pH时，随pH的降低，酶活性增加，D错误。]
√
3．(链接P85拓展应用)如图表示最适温度下反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。下列叙述错误的是( )
A．图中OA段表示随着反应物浓度的增加，反应速率不断加快
B．图中BC段表示反应速率不再随反应物浓度的增加而升高
C．如果从A点开始温度适当升高，图中B点会上移
D．如果在B点时向反应混合物中加入少量同样的酶，B点会上移
C [据题图可知，图中OA段表示随着反应物浓度的增加，反应速率不断加快，A正确；BC段表示反应速率不再随反应底物浓度的增加而升高，B正确；该实验在最适温度下进行，如果从A点开始温度适当升高，酶的活性下降，反应速率下降，则曲线B点会下移，C错误；B点后，反应物浓度增加，反应速率不再增加的原因是酶的数量有限，如果在B点时向反应混合物中加入少量同样的酶，酶的数量增加，反应速率加快，D正确。]
4．(链接P82探究·实践)关于酶及其特性的实验设计，下列叙述错误的是
( )
A．探究酶的专一性，不能利用淀粉酶、淀粉、蔗糖和碘液设计实验
B．利用过氧化氢探究酶的高效性，因作用机理不同，加酶组比加FeCl3组产生的气体量多
C．探究pH对酶活性影响的实验步骤为：加底物→调pH→加酶→混匀→观察
D．探究温度对酶活性的影响，不可利用淀粉酶、淀粉和斐林试剂设计实验
√
B [无论蔗糖是否被分解，都不能与碘液反应，所以利用淀粉酶、淀粉、蔗糖探究酶的专一性时，可用斐林试剂检测还原糖的生成，A正确；无机催化剂和有机催化剂的作用机理相同，都是降低化学反应的活化能，最终加酶组与加FeCl3组产生的气体量一样多，B错误；探究pH对酶活性影响的实验步骤为：加底物，设置一系列pH梯度，调节底物溶液pH，保证加入酶制剂后一开始就在预设pH下反应，充分摇匀观察，C正确；利用斐林试剂检测产物量时，需要水浴加热，反应温度就会发生改变，影响实验结果，所以不能选用斐林试剂验证温度对酶活性的影响，D正确。]
5．下图中曲线Ⅰ、Ⅱ是胰蛋白酶在不同条件下催化某种物质反应速率的变化曲线，据图回答下列问题。
(1)与无机催化剂相比，酶具有_________性，原因是__________________________________________________________。
高效
与无机催化剂
相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高
(2)Ⅱ和Ⅰ相比较，酶促反应速率慢，这是因为__________________________。温度过高使酶的活性降低，同时会使酶的__________遭到破坏，使酶永久______。
(3)在该温度和pH条件下，要提升B点，可采取的措施是__________________________。
(4)若该酶是人的胃蛋白酶(最适pH是1.5)，若其他条件不变，反应液pH由10逐渐降低到1.5，则酶催化反应的速度将_________，原因是
___________________________________________________________
___________。
低温条件下，酶活
空间结构
失活
增大酶量
不变
胃蛋白酶的最适pH是1.5，pH为10时已经失活，再改变pH，酶的活性不会恢复
性较弱
或提高酶浓度
[解析] (1)与无机催化剂相比，酶具有高效性，原因是与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。(2)Ⅱ和Ⅰ相比较，酶促反应速率慢，这是因为低温条件下，酶活性较弱；温度过高使酶的活性降低，同时会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(3)影响酶促反应的因素除了温度和pH之外，还有酶浓度、底物浓度等，题图中要提升B点，可增大酶量来加快反应速率。(4)胃蛋白酶的最适pH是1.5，pH为10时胃蛋白酶已经失活，此时pH由10降低到1.5，酶的活性不会恢复，则酶催化反应速率将不会发生变化。第2课时 酶的特性和影响酶活性的条件
说明酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。
知识点1 酶具有高效性和专一性
1．高效性
(1)含义：与______________相比，酶的催化效率更高。
(2)意义：保证了________快速有序地进行；保证了细胞内________的稳定。
酶具有高效性的实质是什么？
2．专一性
(1)含义：每一种酶只能催化____________________化学反应。
(2)实验验证
①实验原理：淀粉和蔗糖都是________糖。它们在酶的催化作用下都能水解成_____________________________________________________________________，
在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用________鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
②方法步骤
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
热水浴加热1 min
实验现象 ________ ________
(3)实验结论：淀粉酶只能催化________水解，而不能催化________水解，酶具有________。
(P81探究·实践)在已知淀粉酶能够催化淀粉水解的情况下，本实验设置1号试管还有没有必要？
基于对酶的高效性和专一性的认识，判断下列表述是否正确。
1．细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的专一性有关。 ( )
2．每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 ( )
3．能够催化酶水解的酶是蛋白酶。 ( )
4．二肽酶能够催化多种二肽水解，说明不是所有的酶都具有专一性。 ( )
酶专一性实验的变量分析及鉴定试剂的选择等
1．根据教材“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”实验，分析回答下列有关问题：
(1)该实验的自变量和因变量分别是什么？
(2)该实验能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂？
(3)写出该实验的其他设计思路。
(4)若本实验的2号试管也产生了砖红色沉淀，原因是什么？(至少答两点)
2．如图可以解释酶具有专一性及其原理，据图分析各字母代表什么意义。
[深化归纳]
1．酶的高效性及实验设计
(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＋等量无机催化剂→底物分解速率(或产物生成速率)。
(3)酶具有高效性的曲线(如图)
2．酶的专一性及实验设计
(1)设计思路
验证酶专一性的方法也是“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，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。
(2)设计方案
项目 方案一 方案二
对照组 实验组 对照组 实验组
材料 底物相同(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
(3)酶具有专一性的曲线(如图)
1．为了证明酶的作用具有专一性，某同学设计了如下5组实验，分别选择一定的试剂进行检测，合理的实验方案是( )
组别 ① ② ③ ④ ⑤
酶 蛋白酶 蛋白酶 淀粉酶 淀粉酶 淀粉酶
反应物 蛋白质 淀粉 蛋白质 淀粉 麦芽糖
A．①和③对比，用双缩脲试剂检测
B．②和④对比，用碘液检测
C．④和⑤对比，用斐林试剂检测
D．③和④对比，用斐林试剂检测
2．为比较3种木质素降解酶对木质素的降解效率，利用玉米秸秆残渣中的木质素进行研究，相同处理时间后的检测结果见下表。下列关于该实验的分析错误的是( )
检测指标 酶A 酶B 酶C
木质素降解率(%) 11.7% 8.6% 6.6%
A．增设一组不加酶的对照组更严谨
B．三种酶降解木质素的产物可能不完全相同
C．降解率数据表明酶A相比于另两种酶具有高效性
D．木质素的致密结构阻碍酶与底物的结合，导致降解率不高
知识点2 酶的作用条件较温和
1．酶活性及其表示方法
(1)酶活性：酶催化________________称为酶活性。
(2)表示方法：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，分别得到了酶的活性受温度和pH影响的示意图。
(1)酶活性受温度影响示意图(如图)
在一定条件下，酶活性最大时的温度称为该酶的最适温度。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)酶活性受pH影响示意图(如图)
在一定条件下，酶活性最大时的pH称为该酶的最适pH。pH偏高或偏低，酶促反应速率都会________。
(3)过酸、过碱或温度过高时，酶失活的原因是______________________；酶制剂适宜在________下保存的原因是_________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)动物体内的酶最适pH大多在6.5～8.0，但胃蛋白酶的最适pH为________。
1．(P84相关信息)唾液淀粉酶随食物进入胃内就会失活，原因是_______________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
2．(P85概念检测)新采摘的新鲜糯玉米立即放入85 ℃水中处理2分钟，可较好保持甜味的原因是_____________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
3．细胞代谢有序进行的原因
(1)原因：细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，还与________________有关。
(2)实例：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，光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行，互不干扰。
基于对影响酶活性的因素的认识，判断下列表述是否正确。
1．酶的专一性是指一种酶只能催化一种化学反应。 ( )
2．过酸或过碱及温度过高或过低都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。 ( )
3．探究酶催化作用的最适pH时，应设置过酸、过碱、中性三组。 ( )
4．反应底物的浓度越大，酶的活性越高。 ( )
5．在温度影响酶的活性的实验中，若某两支试管的反应速率相同，在其他条件均相同的条件下，不能判断这两支试管所处的环境温度一定是相同的。 ( )
探究温度、pH对酶活性的影响
材料1 新买的果蔬放在冰箱中冷藏保鲜、用加酶洗衣粉时最好用温水处理洗涤衣物、发烧后往往食欲不振，这些现象都与酶的活性有关。下面的表格分别是某兴趣小组探究温度对淀粉酶活性影响的实验步骤和pH对过氧化氢酶活性影响的实验步骤。
实验1 探究温度对淀粉酶活性的影响
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
实验2 探究pH对过氧化氢酶活性的影响
步骤 试管编号
1 2 3
20%的肝脏研磨液 1 mL 1 mL 1 mL
蒸馏水 1 mL － －
0.01 mol/L的氢氧化钠溶液 － 1 mL －
0.01 mol/L的
盐酸溶液 － － 1 mL
3%的过氧化氢溶液 2 mL 2 mL 2 mL
振荡试管
结果 有大量气泡产生 无明显气泡 无明显气泡
材料2 为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：A组(20 ℃)、B组(40 ℃)和C组(60 ℃)，测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同)，结果如图所示。
1．同一温度下的淀粉和淀粉酶为什么要预热到同一温度再混合？
2．能否用过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响？
3．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来检测？
4．实验2中，能否在加入肝脏研磨液后，直接加入3%的过氧化氢溶液，然后再调节pH
5．实验2能否选用淀粉酶和淀粉作为实验材料？
6．在时间t1之前，若A组温度提高10 ℃，则A组酶催化反应的速度会如何变化？
7．如果在时间t2时，向C组反应体系中增加2倍量的底物，其他条件保持不变，那么在t3时，C组产物总量如何变化？并说明理由。
[深化归纳]
1．探究影响酶活性的实验设计思路
(1)分组编号：将实验器具分组编号并装入相应的等量试剂。
(2)控制变量：控制影响酶活性的条件(如温度、pH等)，即首先将底物、酶液分别处理到预设的条件下。
(3)进行反应：让酶液与底物混合，仍在预设的条件(如温度、pH等)下反应，无关变量保持相同。
(4)结果检测：检测实验的因变量，观察并记录实验结果，推出结论。
2．温度、pH对酶活性的影响
(1)图甲曲线分析
①在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。
②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，酶分子的结构未被破坏，温度升高可恢复活性。
(2)图乙曲线分析
纵坐标为反应物剩余量，剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢；图示pH＝7时，反应物剩余量最少，应为较适宜的pH；反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
3．底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响
(1)图甲：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率先随底物浓度增加而加快，当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。
(2)图乙：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成正比。
3．图甲是过氧化氢酶活性受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。若该酶促反应过程中改变某一初始条件，下列叙述正确的是( )
A．温度降低时，e点不移，d点右移
B．H2O2量增加时，e点不移，d点左移
C．pH＝c时，e点为0
D．pH＝a时，e点下移，d点左移
(1)适当增加酶的浓度会提高反应速率，但生成物的量不会增加；在一定条件下，若适当增加反应物的浓度，提高反应速率的同时生成物的量也增加。
(2)不同因素影响酶促反应速率的本质不同
①温度和pH通过影响酶的活性而影响酶促反应速率。
②底物浓度和酶浓度通过影响酶与底物的接触而影响酶促反应速率，并不影响酶的活性。
③抑制剂、激活剂也影响酶的活性。
4．某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究，结果见下表。下列分析错误的是( )
组别 pH CaCl2 温度/℃ 降解率/%
① 9 ＋ 90 38
② 9 ＋ 70 88
③ 9 － 70 0
④ 7 ＋ 70 58
⑤ 5 ＋ 40 30
注：“＋/－”分别表示“有/无添加”，反应物为Ⅰ型胶原蛋白。
A．该酶的催化活性依赖于CaCl2
B．结合①②组的相关变量分析，自变量为温度
C．该酶催化化学反应的最适温度为70 ℃，最适pH为9
D．尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物
1．无机催化剂催化的化学反应范围比较广，但每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
2．细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的专一性是分不开的。
3．许多无机催化剂能在高温、高压、强酸或强碱条件下催化化学反应，但酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
4．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。在0 ℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高。
5．酶制剂适宜在低温下保存。
1．(链接P81相关信息)下列关于酶的叙述，正确的是 ( )
A．酶在细胞内合成，提供代谢所需要的活化能
B．酶都可以与双缩脲试剂发生紫色反应
C．活细胞都可以产生酶
D．同一种酶可以存在于不同的活细胞中
2．(链接P84相关信息)pH对胃蛋白酶和胰蛋白酶作用的影响如图所示。下列叙述正确的是( )
A．在最适pH时，两种酶的活性相同
B．两种酶的最适pH相同
C．pH为3时，胰蛋白酶变性失活
D．两种酶的活性随pH不断降低而减小
3．(链接P85拓展应用)如图表示最适温度下反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。下列叙述错误的是( )
A．图中OA段表示随着反应物浓度的增加，反应速率不断加快
B．图中BC段表示反应速率不再随反应物浓度的增加而升高
C．如果从A点开始温度适当升高，图中B点会上移
D．如果在B点时向反应混合物中加入少量同样的酶，B点会上移
4．(链接P82探究·实践)关于酶及其特性的实验设计，下列叙述错误的是( )
A．探究酶的专一性，不能利用淀粉酶、淀粉、蔗糖和碘液设计实验
B．利用过氧化氢探究酶的高效性，因作用机理不同，加酶组比加FeCl3组产生的气体量多
C．探究pH对酶活性影响的实验步骤为：加底物→调pH→加酶→混匀→观察
D．探究温度对酶活性的影响，不可利用淀粉酶、淀粉和斐林试剂设计实验
5．下图中曲线Ⅰ、Ⅱ是胰蛋白酶在不同条件下催化某种物质反应速率的变化曲线，据图回答下列问题。
(1)与无机催化剂相比，酶具有_____________________________________________________________________性，原因是_________________________________
____________________________________________________________________。
(2)Ⅱ和Ⅰ相比较，酶促反应速率慢，这是因为________________________________。温度过高使酶的活性降低，同时会使酶的________遭到破坏，使酶永久________。
(3)在该温度和pH条件下，要提升B点，可采取的措施是_____________________________________________________________________。
(4)若该酶是人的胃蛋白酶(最适pH是1.5)，若其他条件不变，反应液pH由10逐渐降低到1.5，则酶催化反应的速率将_________________________________，
原因是_______________________________________________________________
____________________________________________________________________。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)课时分层作业(15) 酶的特性和影响酶活性的条件
(本套共9小题，共30分。第1～7小题，每小题2分；第8小题3分；第9小题13分。)
题组一 酶的特性及相关实验设计
1．下图为某种酶作用的模型。下列相关表述正确的是( )
A．a代表反应物
B．b代表酶
C．c和d代表产物
D．该反应模型能说明酶具有高效性
2．某同学取两支洁净的试管，编号为1和2，然后按照下表中序号①到③的要求操作。下列相关叙述错误的是( )
序号 项目 试管1 试管2
① 注入可溶性淀粉溶液 2 mL —
② 注入蔗糖溶液 — ？
③ 注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
A．该实验可用于验证淀粉酶具有专一性
B．“？”处注入蔗糖溶液的量应为2 mL
C．两支试管内的液体混匀后，应置于淀粉酶的最适温度下反应相同时间
D．该实验可用碘液对结果进行检测
3．下列有关“探究酶的特性”系列实验的叙述中，合理的是( )
A．“探究酶的高效性”实验中，自变量是酶的种类
B．“探究pH对酶活性的影响”实验中，无关变量不止一种
C．“探究酶的专一性”实验中，自变量只能是酶的种类
D．“探究温度对酶活性的影响”实验中，自变量不止一种
题组二 探究影响酶活性的条件
4．反应物浓度与酶促反应速率的关系如图所示，曲线b表示在最适温度、最适pH条件下进行反应所得的结果。下列分析错误的是( )
A．若从M点开始温度升高10 ℃，则曲线可能发生由b到a的变化
B．限制曲线MN段反应速率的主要因素是反应物浓度
C．若N点时向反应物中再加入少量反应物，则反应曲线会变为c
D．若减小pH，重复该实验，则M、N点的位置均会下移
5．为了探究温度、pH对酶活性的影响，下列实验设计合理的是( )
试验编号 探究课题 选用材料与试剂
① 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
② 温度对酶活性的影响 过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液
③ 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
④ 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
A．实验① B．实验②
C．实验③ D．实验④
6．为探究“影响人胶原蛋白酶活性的条件”，某生物兴趣小组设计了如表所示的实验。下列说法错误的是( )
试管 底物和试剂 实验条件
1 蛋白质X＋4 mL胶原蛋白酶 37 ℃水浴；pH＝7
2 蛋白质X＋4 mL胶原蛋白酶 ①；pH＝3
3 蛋白质X＋4 mL胶原蛋白酶 0 ℃水浴；pH＝②
A．①处为37 ℃水浴处理，②处为7
B．本实验的自变量是温度和酸碱度
C．充足反应后加入双缩脲试剂，溶液呈现紫色的试管是1和3
D．为更好的实现实验目的，应增加设置其他温度和pH的试管进行实验
7．酶促反应速率随温度、pH和反应物浓度的变化趋势如图所示，其他条件适宜。下列分析正确的是( )
A．在曲线①的ab段增加酶的浓度，反应速率将增大
B．研究曲线②中温度对酶促反应的影响时，需选用H2O2和过氧化氢酶作为实验材料
C．与d点相比，f点和i点时酶的空间结构发生永久改变
D．应在e和h两点对应条件下保存酶制剂以维持其活性
8．(不定项)蜂蜜中淀粉酶活性是衡量蜂蜜品质的重要指标，蜂蜜在加工过程中，酶活性常常发生变化。科学家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，设置不同温度和不同加工时间的实验组若干，下列分析正确的是( )
加工时间 淀粉酶值
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
A．加入蜂蜜的量属于无关变量，会影响实验结果，应保持相同且适宜
B．相同温度不同加工时间的组别间形成前后自身对照
C．实验结论为加工温度升高、加工时间延长都会影响蜂蜜中淀粉酶的活性
D．为排除淀粉自身分解带来的影响，应用等量蒸馏水替换蜂蜜设置对照组
9．(13分)某研究对来自某嗜热短芽孢杆菌的蛋白酶TSS降解Ⅰ型胶原蛋白的催化条件开展研究，部分实验分组方案及结果见下表：
组别 pH 温度(℃) CaCl2 降解率(%)
① 9 90 ＋ 38
② 9 70 ＋ 88
③ 9 70 － 0
④ 7 70 ＋ 58
⑤ 7 40 ＋ 43
⑥ 5 40 ＋ 30
注：“＋/－”分别表示“有/无”，添加少量CaCl2，反应物为Ⅰ型胶原蛋白。
回答以下问题：
(1)蛋白酶TSS催化Ⅰ型胶原蛋白水解的机制是______________________，结合①②的相关变量分析，自变量是_________________，无关变量有_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(写出两项)。
(2)比较_______________组的结果，可以判断该酶的催化活性依赖于 CaCl2，第②组和第④组的结果比较说明________________条件下蛋白酶 TSS活性较强。
(3)经实验确定TSS是Ca2+依赖的蛋白酶，最适温度和最适pH分别是70 ℃和pH＝9。为进一步研究NaCl浓度对蛋白酶TSS的活性影响，请写出简要实验设计思路：_____________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)课时分层作业(15)
1 2 3 4 5 6 7 8
C D B C A C C ACD
9．(除标注外，每空2分，共13分)(1)降低化学反应的活化能 温度 Ⅰ型胶原蛋白的含量、蛋白酶TSS的浓度和体积、pH(答出两项即可) (2)②③ 碱性(或pH为9) (3)在添加少量CaCl2的基础上，设计一系列NaCl浓度梯度的组别，在pH＝9和70 ℃的条件下，用蛋白酶TSS催化Ⅰ型胶原蛋白，测定Ⅰ型胶原蛋白的降解率(3分)
1．C [a前后没有发生改变，代表酶(生物催化剂)，A错误；b最后变成c和d，因此b代表反应物，B错误；c和d代表产物，是b被分解产生的，C正确；该反应模型说明酶与底物结合有特异性，说明酶的作用具有专一性，D错误。]
2．D [试管1中加入可溶性淀粉和淀粉酶，试管2中加入蔗糖和淀粉酶，目的是验证淀粉酶具有专一性，A正确；本实验的自变量是底物不同，无关变量应保持相同且适宜，因此“？”处注入蔗糖溶液的量应为2 mL，B正确；温度、时间为本实验无关变量，应相同且适宜，因此两支试管内的液体混匀后，应置于淀粉酶的最适温度下反应相同时间，C正确；该实验不能用碘液，碘液不能检测蔗糖是否被水解，D错误。]
3．B [与无机催化剂相比，体现酶的高效性，验证酶的高效性时，自变量是催化剂的种类(酶和无机催化剂)，A不合理；酶的活性受pH的影响，每一种酶都有其最适宜pH，pH过高或过低都会使酶的活性降低，甚至失去活性，探究酶催化作用的最适pH时，自变量是pH，无关变量有温度、酶的种类和量、底物的种类和量等，B合理；验证酶的专一性时，可以是相同的底物不同的酶，也可以是不同的底物同一种酶，故自变量可以是不同的酶种类，也可以是不同的底物，C不合理；酶的活性受温度的影响，每一种酶都有其最适宜温度，温度过高或过低都会使酶的活性降低，甚至失去活性，探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度，D不合理。]
4．C [由题干信息可知，曲线b表示在最适温度、最适pH条件下进行反应所得的结果，故若从M点开始温度升高10 ℃，酶的活性下降，则曲线可能发生由b到a的变化，A正确；图中可以看出，在曲线MN段反应速率与反应物浓度呈正相关，因此反应物浓度是限制曲线MN段反应速率的主要因素，B正确；N点时向反应物中再加入少量反应物，酶促反应速率不变，因为此时酶已经处于饱和，C错误；由题干信息可知，该酶处于适宜条件，故减小pH，酶的活性下降，重复该实验，则M、N点的位置均会下移，D正确。]
5．A [①探究温度对酶活性的影响可用新制的淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液，最后用碘液检测是否水解，①正确；②探究温度对酶活性的影响不能使用过氧化氢溶液，因为过氧化氢溶液受热易分解，其分解速率受温度的影响，②错误；③探究pH对酶活性的影响，不能用新制的蔗糖酶溶液和可溶性淀粉溶液，因为酶具有专一性，蔗糖酶不能水解淀粉，③错误；④探究pH对酶活性的影响，不能用可溶性淀粉和淀粉酶，因为酸性条件可溶性淀粉溶液会被酸解，④错误。]
6．C [根据单一变量原则，实验方案①②处分别为37 ℃水浴、7，A正确；根据表格可知，本实验的自变量是温度(37 ℃和0 ℃)和pH(3和7)，因变量是蛋白质块大小的变化或蛋白块消失所需的时间，无关变量有胶原蛋白酶的用量或浓度、蛋白质X的用量、保温时间等，无关变量要保持相同且适宜，B正确；双缩脲试剂可与蛋白质发生紫色反应，不管1、2、3中的蛋白质X是否被分解，1、2、3中的胶原蛋白酶本身也是蛋白质，因此用双缩脲试剂检验上述3组实验后的溶液，溶液呈现紫色的试管有1、2、3，C错误；本实验只有37 ℃和0 ℃、pH为3和7，为更好的实现实验目的，应增加设置其他温度和pH的试管进行实验，D正确。]
7．C [①曲线表示在适宜条件下，某种酶促反应速率与反应物浓度之间的关系，其中ab段，随着反应物浓度的增加，反应速率加快，因此该段影响酶促反应速率的因素是反应物浓度，在ab段增加酶的浓度，反应速率不变，A错误；加热会导致H2O2分解，所以研究曲线②中温度对酶促反应的影响时，不可选用H2O2和过氧化氢酶作为实验材料，B错误；②表示温度对酶促反应速率的影响，③表示pH对酶促反应速率的影响，低温(d点)使酶的活性处于抑制状态，高温(f点)、过碱(i点)会导致酶失活，即酶的空间结构永久失活，C正确；酶的保存应在低温、最适pH条件下，即d和h点，D错误。]
8．ACD [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，因而加入蜂蜜的量属于无关变量，会影响实验结果，应保持相同且适宜，A正确；前后自身对照是在时间上形成同组实验前后自身对照，不需要另外设立对照实验，B错误；由表格可知，实验结论为加工温度升高、加工时间延长都会影响蜂蜜中淀粉酶的活性，C正确；为排除“淀粉自身不稳定而自发分解，不一定与蜂蜜中的淀粉酶有关”带来的影响，应用等量蒸馏水替换蜂蜜设置对照组，D正确。]
9．(1)酶的作用机理是降低化学反应的活化能，故蛋白酶TSS催化Ⅰ型胶原蛋白水解的机制是降低化学反应的活化能。分析表格，实验①②的自变量是温度不同(90 ℃和70 ℃)；无关变量有Ⅰ型胶原蛋白的含量、蛋白酶TSS的浓度和体积、pH等，无关变量应保持等量且适宜。(2)要得出该酶的催化活性依赖于CaCl2，则实验的自变量应为CaCl2的有无， ②③对比可知，没有CaCl2就不能降解Ⅰ型胶原蛋白，故该酶的催化活性依赖于CaCl2；②组和第④组的自变量是pH的不同，其中第②组的降解率高于第④组，说明碱性条件下蛋白酶 TSS活性较强。(3)分析题意，本实验目的是探究NaCl浓度对蛋白酶 TSS 的活性的影响，则实验的自变量是NaCl的有无，因变量是蛋白酶TSS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：在添加少量 CaCl2的基础上，设计一系列 NaCl浓度梯度的组别，在pH＝9 和70 ℃的条件下，用蛋白酶TSS催化Ⅰ型胶原蛋白，测定Ⅰ型胶原蛋白的降解率。第2课时 酶的特性和影响酶活性的条件
说明酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。
知识点1 酶具有高效性和专一性
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：保证了细胞代谢快速有序地进行；保证了细胞内能量供应的稳定。
酶具有高效性的实质是什么？
提示：与无机催化剂相比，酶降低活化能的效果更显著。
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)实验验证
①实验原理：淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖，在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
②方法步骤
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
热水浴加热1 min
实验现象 有砖红色沉淀 没有砖红色沉淀
(3)实验结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，而不能催化蔗糖水解，酶具有专一性。
(P81探究·实践)在已知淀粉酶能够催化淀粉水解的情况下，本实验设置1号试管还有没有必要？
提示：有必要。可以排除无关变量，如淀粉酶的活性、浓度、加热时间、斐林试剂等因素的影响。
基于对酶的高效性和专一性的认识，判断下列表述是否正确。
1．细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的专一性有关。 (√)
2．每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 (√)
3．能够催化酶水解的酶是蛋白酶。 (×)
提示：酶的化学本质是蛋白质或RNA，催化其水解的酶是蛋白酶或RNA酶。
4．二肽酶能够催化多种二肽水解，说明不是所有的酶都具有专一性。 (×)
提示：二肽酶能催化多种二肽水解，而不能催化多肽水解，说明酶具有专一性。
酶专一性实验的变量分析及鉴定试
剂的选择等1．根据教材“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”实验，分析回答下列有关问题：
(1)该实验的自变量和因变量分别是什么？
提示：自变量是底物的种类；因变量是底物是否被淀粉酶水解。
(2)该实验能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂？
提示：不能，因为碘液只能检测淀粉的有无，而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色。
(3)写出该实验的其他设计思路。
提示：探究不同种类的酶能否催化一种底物的水解。
(4)若本实验的2号试管也产生了砖红色沉淀，原因是什么？(至少答两点)
提示：蔗糖溶液放置时间太长，易被溶液中的微生物分解成葡萄糖和果糖，影响实验结果；试管不干净，且试管编号要醒目；蔗糖溶液中有还原糖或淀粉。
2．如图可以解释酶具有专一性及其原理，据图分析各字母代表什么意义。
提示：图中A表示酶，B表示被A催化分解的底物，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。
[深化归纳]
1．酶的高效性及实验设计
(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＋等量无机催化剂→底物分解速率(或产物生成速率)。
(3)酶具有高效性的曲线(如图)
2．酶的专一性及实验设计
(1)设计思路
验证酶专一性的方法也是“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，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。
(2)设计方案
项目 方案一 方案二
对照组 实验组 对照组 实验组
材料 底物相同(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
(3)酶具有专一性的曲线(如图)
1．为了证明酶的作用具有专一性，某同学设计了如下5组实验，分别选择一定的试剂进行检测，合理的实验方案是( )
组别 ① ② ③ ④ ⑤
酶 蛋白酶 蛋白酶 淀粉酶 淀粉酶 淀粉酶
反应物 蛋白质 淀粉 蛋白质 淀粉 麦芽糖
A．①和③对比，用双缩脲试剂检测
B．②和④对比，用碘液检测
C．④和⑤对比，用斐林试剂检测
D．③和④对比，用斐林试剂检测
B [蛋白酶和淀粉酶的化学本质都是蛋白质，①和③对比，加入双缩脲试剂都会变成紫色，A不合理；②和④对比，自变量是酶的种类，可用碘液检测，B合理；麦芽糖和其水解产物葡萄糖都属于还原糖，故不能用斐林试剂检测麦芽糖是否发生了水解反应，C不合理；斐林试剂不能检测蛋白质是否水解，D不合理。]
2．为比较3种木质素降解酶对木质素的降解效率，利用玉米秸秆残渣中的木质素进行研究，相同处理时间后的检测结果见下表。下列关于该实验的分析错误的是( )
检测指标 酶A 酶B 酶C
木质素降解率(%) 11.7% 8.6% 6.6%
A．增设一组不加酶的对照组更严谨
B．三种酶降解木质素的产物可能不完全相同
C．降解率数据表明酶A相比于另两种酶具有高效性
D．木质素的致密结构阻碍酶与底物的结合，导致降解率不高
C [增设一组不加酶的对照组更严谨，以排除底物玉米秸秆残渣的自身分解作用对实验结果的影响，A正确；三种酶降解木质素的作用位点不完全相同，其降解产物也可能不完全相同，B正确；降解率数据表明酶A降解木质素的效率最高，但不能说酶A具有高效性，高效性是指酶促反应效率比无机催化剂高得多，C错误；木质素结构复杂，致密结构阻碍酶与底物的结合，导致降解率不高，D正确。]
知识点2 酶的作用条件较温和
1．酶活性及其表示方法
(1)酶活性：酶催化特定化学反应的能力称为酶活性。
(2)表示方法：可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。
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温和的条件下进行的。科学家采用定量分析的方法，分别得到了酶的活性受温度和pH影响的示意图。
(1)酶活性受温度影响示意图(如图)
在一定条件下，酶活性最大时的温度称为该酶的最适温度。在一定温度范围内，酶促反应速率随温度的升高而加快；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下降。
(2)酶活性受pH影响示意图(如图)
在一定条件下，酶活性最大时的pH称为该酶的最适pH。pH偏高或偏低，酶促反应速率都会下降。
(3)过酸、过碱或温度过高时，酶失活的原因是酶的空间结构遭到破坏；酶制剂适宜在低温下保存的原因是在0_℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高。
(4)动物体内的酶最适pH大多在6.5～8.0，但胃蛋白酶的最适pH为1.5。
1．(P84相关信息)唾液淀粉酶随食物进入胃内就会失活，原因是_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
提示：唾液淀粉酶的最适pH为6.8，而胃液的pH为1.5左右，唾液淀粉酶进入胃后因pH过低而失活
2．(P85概念检测)新采摘的新鲜糯玉米立即放入85 ℃水中处理2分钟，可较好保持甜味的原因是_____________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
提示：加热破坏了将可溶性糖转化为淀粉的酶的活性
3．细胞代谢有序进行的原因
(1)原因：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。
(2)实例：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，光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行，互不干扰。
基于对影响酶活性的因素的认识，判断下列表述是否正确。
1．酶的专一性是指一种酶只能催化一种化学反应。 (×)
提示：酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应。
2．过酸或过碱及温度过高或过低都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。
(×)
提示：温度过低不会使酶的空间结构遭到破坏，不会使酶永久失活。
3．探究酶催化作用的最适pH时，应设置过酸、过碱、中性三组。 (×)
提示：探究酶催化作用的最适pH时，应在过酸到过碱之间按一定的梯度设置多组实验。
4．反应底物的浓度越大，酶的活性越高。 (×)
提示：增大反应底物的浓度只能提高反应速率，不能提高酶的活性。
5．在温度影响酶的活性的实验中，若某两支试管的反应速率相同，在其他条件均相同的条件下，不能判断这两支试管所处的环境温度一定是相同的。 (√)
探究温度、pH对酶活性的影响
材料1 新买的果蔬放在冰箱中冷藏保鲜、用加酶洗衣粉时最好用温水处理洗涤衣物、发烧后往往食欲不振，这些现象都与酶的活性有关。下面的表格分别是某兴趣小组探究温度对淀粉酶活性影响的实验步骤和pH对过氧化氢酶活性影响的实验步骤。
实验1 探究温度对淀粉酶活性的影响
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
实验2 探究pH对过氧化氢酶活性的影响
步骤 试管编号
1 2 3
20%的肝脏研磨液 1 mL 1 mL 1 mL
蒸馏水 1 mL － －
0.01 mol/L的氢氧化钠溶液 － 1 mL －
0.01 mol/L的盐酸溶液 － － 1 mL
3%的过氧化氢溶液 2 mL 2 mL 2 mL
振荡试管
结果 有大量气泡产生 无明显气泡 无明显气泡
材料2 为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：A组(20 ℃)、B组(40 ℃)和C组(60 ℃)，测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同)，结果如图所示。
1．同一温度下的淀粉和淀粉酶为什么要预热到同一温度再混合？
提示：保证反应一开始就达到预设温度，不会因为混合而改变温度。
2．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，而过氧化氢的分解本身受温度影响，在高温时分解速率加快，影响对实验结果的分析。
3．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来检测？
提示：不能。因为加热会改变反应体系的温度，从而给实验引入额外变量。
4．实验2中，能否在加入肝脏研磨液后，直接加入3%的过氧化氢溶液，然后再调节pH
提示：不能。因为酶的作用具有高效性，在调节pH之前，试管中已经发生了剧烈反应，会影响实验结果。
5．实验2能否选用淀粉酶和淀粉作为实验材料？
提示：不能。因为调节pH所营造的酸性环境会干扰斐林试剂(碱性)对淀粉分解的检测，碱性条件下会干扰碘液与淀粉的蓝色反应，斐林试剂的碱性会影响淀粉酶的活性。
6．在时间t1之前，若A组温度提高10 ℃，则A组酶催化反应的速度会如何变化？
提示：加快。
7．如果在时间t2时，向C组反应体系中增加2倍量的底物，其他条件保持不变，那么在t3时，C组产物总量如何变化？并说明理由。
提示：不变。60 ℃条件下，t2时酶已失活，即使增加底物，反应产物总量也不会增加。
[深化归纳]
1．探究影响酶活性的实验设计思路
(1)分组编号：将实验器具分组编号并装入相应的等量试剂。
(2)控制变量：控制影响酶活性的条件(如温度、pH等)，即首先将底物、酶液分别处理到预设的条件下。
(3)进行反应：让酶液与底物混合，仍在预设的条件(如温度、pH等)下反应，无关变量保持相同。
(4)结果检测：检测实验的因变量，观察并记录实验结果，推出结论。
2．温度、pH对酶活性的影响
(1)图甲曲线分析
①在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。
②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，酶分子的结构未被破坏，温度升高可恢复活性。
(2)图乙曲线分析
纵坐标为反应物剩余量，剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢；图示pH＝7时，反应物剩余量最少，应为较适宜的pH；反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
3．底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响
(1)图甲：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率先随底物浓度增加而加快，当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。
(2)图乙：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成正比。
3．图甲是过氧化氢酶活性受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。若该酶促反应过程中改变某一初始条件，下列叙述正确的是( )
A．温度降低时，e点不移，d点右移
B．H2O2量增加时，e点不移，d点左移
C．pH＝c时，e点为0
D．pH＝a时，e点下移，d点左移
A [温度降低时，过氧化氢酶的活性降低，产生O2的总量不变，反应速率减慢，d点右移，A正确；H2O2量增加，产生的O2量增加，e点上移，d点右移，B错误；pH＝c时，酶失活，但H2O2在常温下也会分解，e不为0，C错误；pH＝a时，酶的活性低于pH＝b时的活性，反应速率较慢，d点右移，e点不动，D错误。]
(1)适当增加酶的浓度会提高反应速率，但生成物的量不会增加；在一定条件下，若适当增加反应物的浓度，提高反应速率的同时生成物的量也增加。
(2)不同因素影响酶促反应速率的本质不同
①温度和pH通过影响酶的活性而影响酶促反应速率。
②底物浓度和酶浓度通过影响酶与底物的接触而影响酶促反应速率，并不影响酶的活性。
③抑制剂、激活剂也影响酶的活性。
4．某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究，结果见下表。下列分析错误的是( )
组别 pH CaCl2 温度/℃ 降解率/%
① 9 ＋ 90 38
② 9 ＋ 70 88
③ 9 － 70 0
④ 7 ＋ 70 58
⑤ 5 ＋ 40 30
注：“＋/－”分别表示“有/无添加”，反应物为Ⅰ型胶原蛋白。
A．该酶的催化活性依赖于CaCl2
B．结合①②组的相关变量分析，自变量为温度
C．该酶催化化学反应的最适温度为70 ℃，最适pH为9
D．尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物
C [分析题表可知，降解率越大说明该酶的活性越高，②组酶活性最高，此时pH为9，添加CaCl2，温度为70 ℃，③组没有添加CaCl2，pH为9，温度为70 ℃，降解率为0，说明该酶的催化活性依赖于CaCl2，A正确；分析①②组可知，除了温度不同以外，pH相同且都添加CaCl2，说明①②组的自变量为温度，B正确；②组酶活性比其他组的高，此时pH为9，温度为70 ℃，但由于温度梯度和pH梯度都较大，不能说明该酶催化化学反应的最适温度为70 ℃，最适pH为9，C错误；该实验的反应物为Ⅰ型胶原蛋白，若要确定该酶能否水解其他反应物，还需补充实验，D正确。]
1．无机催化剂催化的化学反应范围比较广，但一种酶只能催化一种或一类化学反应。
2．细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的专一性是分不开的。
3．许多无机催化剂能在高温、高压、强酸或强碱条件下催化化学反应，但酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
4．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。在0 ℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高。
5．酶制剂适宜在低温下保存。
1．(链接P81相关信息)下列关于酶的叙述，正确的是 ( )
A．酶在细胞内合成，提供代谢所需要的活化能
B．酶都可以与双缩脲试剂发生紫色反应
C．活细胞都可以产生酶
D．同一种酶可以存在于不同的活细胞中
D [酶能降低化学反应的活化能，并不能为代谢提供活化能，A错误；酶的本质是蛋白质或RNA，蛋白质类酶可以与双缩脲试剂发生紫色反应，但RNA类酶不能，B错误；酶是活细胞产生的，但并不是所有的活细胞都可以产生酶，例如哺乳动物成熟的红细胞不能产生酶，C错误；不同的活细胞可以进行相同的代谢活动，需要相同的酶催化，故同一种酶可以存在于不同的活细胞中，D正确。]
2．(链接P84相关信息)pH对胃蛋白酶和胰蛋白酶作用的影响如图所示。下列叙述正确的是( )
A．在最适pH时，两种酶的活性相同
B．两种酶的最适pH相同
C．pH为3时，胰蛋白酶变性失活
D．两种酶的活性随pH不断降低而减小
C [两种酶在各自最适pH时的活性都最高，但其活性不一定相同，A错误；由题图可以看出，胃蛋白酶的最适pH为2，胰蛋白酶的最适pH为8，两种酶的最适pH不同，B错误；据题图可知，在pH为3时，胰蛋白酶变性失活，C正确；pH大于最适pH时，随pH的降低，酶活性增加，D错误。]
3．(链接P85拓展应用)如图表示最适温度下反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。下列叙述错误的是( )
A．图中OA段表示随着反应物浓度的增加，反应速率不断加快
B．图中BC段表示反应速率不再随反应物浓度的增加而升高
C．如果从A点开始温度适当升高，图中B点会上移
D．如果在B点时向反应混合物中加入少量同样的酶，B点会上移
C [据题图可知，图中OA段表示随着反应物浓度的增加，反应速率不断加快，A正确；BC段表示反应速率不再随反应底物浓度的增加而升高，B正确；该实验在最适温度下进行，如果从A点开始温度适当升高，酶的活性下降，反应速率下降，则曲线B点会下移，C错误；B点后，反应物浓度增加，反应速率不再增加的原因是酶的数量有限，如果在B点时向反应混合物中加入少量同样的酶，酶的数量增加，反应速率加快，D正确。]
4．(链接P82探究·实践)关于酶及其特性的实验设计，下列叙述错误的是( )
A．探究酶的专一性，不能利用淀粉酶、淀粉、蔗糖和碘液设计实验
B．利用过氧化氢探究酶的高效性，因作用机理不同，加酶组比加FeCl3组产生的气体量多
C．探究pH对酶活性影响的实验步骤为：加底物→调pH→加酶→混匀→观察
D．探究温度对酶活性的影响，不可利用淀粉酶、淀粉和斐林试剂设计实验
B [无论蔗糖是否被分解，都不能与碘液反应，所以利用淀粉酶、淀粉、蔗糖探究酶的专一性时，可用斐林试剂检测还原糖的生成，A正确；无机催化剂和有机催化剂的作用机理相同，都是降低化学反应的活化能，最终加酶组与加FeCl3组产生的气体量一样多，B错误；探究pH对酶活性影响的实验步骤为：加底物，设置一系列pH梯度，调节底物溶液pH，保证加入酶制剂后一开始就在预设pH下反应，充分摇匀观察，C正确；利用斐林试剂检测产物量时，需要水浴加热，反应温度就会发生改变，影响实验结果，所以不能选用斐林试剂验证温度对酶活性的影响，D正确。]
5．下图中曲线Ⅰ、Ⅱ是胰蛋白酶在不同条件下催化某种物质反应速率的变化曲线，据图回答下列问题。
(1)与无机催化剂相比，酶具有_____________________________________________________________________性，原因是_________________________________
____________________________________________________________________。
(2)Ⅱ和Ⅰ相比较，酶促反应速率慢，这是因为________________________________。温度过高使酶的活性降低，同时会使酶的________遭到破坏，使酶永久________。
(3)在该温度和pH条件下，要提升B点，可采取的措施是__________________________。
(4)若该酶是人的胃蛋白酶(最适pH是1.5)，若其他条件不变，反应液pH由10逐渐降低到1.5，则酶催化反应的速度将________，原因是__________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析] (1)与无机催化剂相比，酶具有高效性，原因是与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。(2)Ⅱ和Ⅰ相比较，酶促反应速率慢，这是因为低温条件下，酶活性较弱；温度过高使酶的活性降低，同时会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(3)影响酶促反应的因素除了温度和pH之外，还有酶浓度、底物浓度等，题图中要提升B点，可增大酶量来加快反应速率。(4)胃蛋白酶的最适pH是1.5，pH为10时胃蛋白酶已经失活，此时pH由10降低到1.5，酶的活性不会恢复，则酶催化反应速率将不会发生变化。
[答案] (1)高效 与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高 (2)低温条件下，酶活性较弱 空间结构 失活 (3)增大酶量或提高酶浓度 (4)不变 胃蛋白酶的最适pH是1.5，pH为10时已经失活，再改变pH，酶的活性不会恢复
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