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(共40张PPT)
第5章 细胞的能量供应和利用
第1节 降低反应活化能的酶 第2课时 酶的特性
情境导入：加酶洗衣粉
观看视频
Fe3+
过氧化氢酶
特点：酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍。
概念：酶的高效性是指同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。
新知探究
一、酶催化反应的特性
1.酶具有高效性
新知探究
一、酶催化反应的特性
1.酶具有高效性
酶具有高效性的意义：
①保证了细胞代谢快速有效地进行。
②保证了细胞内能量供应的稳定。
新知探究
一、酶催化反应的特性
平衡点
时间
加入酶
无机催化剂
未加酶
1.酶具有高效性
酶没有改变产物的生成量，即不能改变化学反应的平衡点，只能缩短达到化学平衡所需的时间。
无机催化剂催化的化学反应的范围比较广，比如酸既能催化蛋白质的水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉的水解。酶也能催化多种反应吗？
新知探究
一、酶催化反应的特性
探究酶的专一性
活动1
【探究·实践】淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
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。
还原糖 产生砖红色沉淀
斐林试剂
水浴加热
淀粉 麦芽糖
水解
蔗糖 葡萄糖+果糖
水解
淀粉酶
？
新知探究
一、酶催化反应的特性
探究酶的专一性
活动1
实验步骤 ① 取两支试管，编号1、2
②
③
④
实验现象
结论
1号试管加入2ml淀粉溶液
2号试管加入2ml蔗糖溶液
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解
1号试管溶液生成砖红色沉淀
2号试管溶液不生成砖红色沉淀
自变量
无关
变量
因变量
2支试管均加入___________2mL，振荡，试管下半部浸到60℃的热水中，反应5min。
淀粉酶溶液
各加入_____________→振荡→60℃水浴加热2min
（或水浴煮沸1min）
斐林试剂2mL
斐林试剂的显色条件；
α-淀粉酶最适温度，此时酶活性最高。
2.实验设计
自变量
无关
变量
因变量
新知探究
一、酶催化反应的特性
探究酶的专一性
活动1
淀粉酶只催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的催化作用具有专一性。
不能；肽酶能催化多种多肽水解是因为不同多肽中可能存在它能识别的相同类型肽键结构，它仍然具有专一性。
（1）上述实验说明了什么？
（3）肽酶能催化多种多肽水解为氨基酸，是否说明肽酶没有专一性？
不能；因为碘液只能检测淀粉是否被水解，蔗糖是否被水解都不会使碘液变色。
（2）上述实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂？
探究同一种酶是否能催化不同底物水解。
（4）本实验的设计思路是什么？你还有其他设计思路吗？
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。
3.实验分析
新知探究
一、酶催化反应的特性
2.酶具有专一性
意义：使细胞代谢有条不紊地进行。
概念：一种酶只能催化_____________化学反应。
一种或一类
例如： 脲酶——只能催化尿素分解
过氧化氢酶——只能催化过氧化氢分解
二肽酶——可以催化所有的二肽分解
分析酶的专一性模型
活动2
A表示______；
B表示被A催化分解的______；
E、F表示B被分解后______；
C、D表示__________________。
酶
底物
产物
不能被酶催化的物质
新知探究
一、酶催化反应的特性
酶和被催化的反应物分子均具有特定的结构。
诱导契合模型
钥匙-锁模型
（酶是锁，底物是钥匙）
知识拓展
酶的专一性模型
新知探究
一、酶催化反应的特性
随堂检测
1.蔗糖酶能将一分子蔗糖水解为一分子果糖和一分子葡萄糖。如图表示蔗糖酶在最适温度下催化底物水解的模型,下列有关叙述错误的是(　　)
A.该模型能解释酶具有专一性
B.模型中乙表示蔗糖酶,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 ℃,酶的催化速率都将下降
B
【解析】甲能和乙的活性部位结合,如钥匙和锁的关系,该图能够解释酶具有专一性;酶的作用机理是降低化学反应的活化能;酶的结构在反应前后不会发生改变;该图表示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 ℃,酶的活性都会减弱,催化效率都将下降。
新知探究
一、酶催化反应的特性
随堂检测
2.为探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用，某学习小组设计并完成了以下实验。
第一步：取甲和乙两支试管,向甲试管中加入2 mL可溶性淀粉溶液，乙试管中加入2 mL蔗糖溶液。
第二步：向甲、乙试管中各加入新鲜淀粉酶溶液2 mL，摇匀后置于60℃水浴锅中保温5 min。
第三步：向甲、乙试管中各加入斐林试剂2 mL，摇匀后50～65 ℃水浴加热2 min。
第四步：观察记录甲、乙试管的颜色变化。
请回答下列问题。
(1)向甲、乙两试管加入的可溶性淀粉溶液和蔗糖溶液的体积相等的原因是
　 。
(2)该实验　　　　(填“能”或“不能”)用碘液进行检测，原因是
　　 ____。
(3)实验结果是甲、乙两试管的颜色分别是　　　　　　　_，该实验证明了
　　　　　　　_。
酶具有专一性
遵循单一变量原则
不能
碘液不能检测蔗糖和蔗糖的水解产物,不能判断蔗糖是否水解
砖红色、蓝色
新知探究
三、酶的作用条件较温和
1.酶活性
表示方法：在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。
概 念：酶催化特定化学反应的能力成为酶活性。
可用单位时间内产物生成量或底物消耗量表示。
许多无机催化剂能在高温、强酸、强碱条件下催化化学反应。酶起催化作用需要什么样的条件呢？温度或pH的改变会不会影响酶的活性呢？
？
使用温水30-40℃效果最佳，切勿用60 ℃以上的热水
加酶洗衣粉
新知探究
三、酶的作用条件较温和
使用温水30-40℃效果最佳，切勿用60 ℃以上的热水
加酶洗衣粉
唾液（淀粉酶）
pH 6.2~7.4
胃液（胃蛋白酶）
pH 0.9~1.5
小肠液（含多种酶）
pH 7.6
①酶的催化效率可能受温度影响。
②酶的催化效率可能受pH值的影响，并且不同的酶需要不同的pH 条件。
思考：根据以上材料，能得出哪些结论？
探究温度或pH对酶活性的影响
活动3
新知探究
三、酶的作用条件较温和
探究实验的一般步骤
3.设计实验
4.进行实验
5.分析结果、得出结论
6.表达与交流
2.作出假设
1.提出问题
温度、pH会影响酶的活性
温度、pH的改变会不会影响酶的活性呢？
分析实验原理
根据教材82-83页提供的材料、试剂等，确定探究温度、pH对酶活性的影响，分别所用的材料、检测试剂等。
（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）
新知探究
三、酶的作用条件较温和
探究温度或pH对酶活性的影响
活动3
自 变 量：
因 变 量：
无关变量：
1 底物 + 条件1 + 酶
2 底物 + 条件2 + 酶
3 底物 + 条件3 + 酶
…………
底物的减少量或产物的生成量
实验思路
一段时间后检测
不同的温度或pH
酶的活性（底物的减少量或产物的生成量）
底物浓度、底物的量、处理时间等
变量分析
探究温度或pH对酶活性的影响
活动3
新知探究
三、酶的作用条件较温和
探究1：探究温度对酶活性的影响
1.实验原理
(1)反应原理
(2)鉴定原理
淀粉 麦芽糖
↓碘液 ↓碘液
蓝色 无蓝色出现
淀粉酶
温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。
下列3组实验是探究温度对酶活性的影响，请分别从中寻找错误。
实验1
序号 项目 试管
1 2
1 可溶性淀粉溶液 5 mL 5 mL
2 α-淀粉酶溶液 3 mL 3 mL
3 温度 0 ℃ 90 ℃
4 相同温度下两溶液混合 混合液 混合液
5 斐林试剂 2 mL 2 mL
6 实验现象
错误： 。
缺少60 ℃的对照组，且不宜选用斐林试剂作为检测试剂
探究温度或pH对酶活性的影响
活动3
新知探究
三、酶的作用条件较温和
未对底物和酶进行保温处理就混合在一起
序号 项目 试管
1 2 3
1 可溶性淀粉溶液 5 mL 5 mL 5 mL
2 α-淀粉酶溶液 3 mL 3 mL 3 mL
3 温度 0 ℃ 60 ℃ 90 ℃
4 碘液 2滴 2滴 2滴
5 实验现象
错误： 。
下列3组实验是探究温度对酶活性的影响，请分别从中寻找错误。
实验2
探究温度或pH对酶活性的影响
活动3
新知探究
三、酶的作用条件较温和
序号 项目 试管
1 2 3
1 过氧化氢溶液 5 mL 5 mL 5 mL
2 温度 0 ℃ 60 ℃ 90 ℃
3 过氧化氢酶溶液 3 mL 3 mL 3 mL
4 实验现象
下列3组实验是探究温度对酶活性的影响，请分别从中寻找错误。
实验3
探究温度或pH对酶活性的影响
活动3
新知探究
三、酶的作用条件较温和
错误：_______________________________________________________。
不应选用过氧化氢溶液作为反应底物，因为高温条件下，会直接
使底物分解加快，而不是通过影响酶的活性来影响底物的分解
操作 1试管 2试管 3试管 4试管 5试管 6试管
加淀粉 2mL — 2mL — —
加淀粉酶 — — 2mL — 2mL
保温
混合 将2加入1中 将4加入3中
保温 0℃冰水保温5min 60℃水浴保温5min 100℃水浴保温5min
加碘液 2滴 2滴 2滴
观察颜色
结论
变蓝
变蓝
不变蓝
温度对酶的活性有影响，温度过高或过低都会降低酶的活性
2ml
2ml
0℃冰水保温5min
60℃水浴保温5min
100℃水浴保温5min
将6加入5中
自变量
无关
变量
因变量
探究1：探究温度对酶活性的影响
新知探究
三、酶的作用条件较温和
特别说明：
1.不能选用过氧化氢酶催化过氧化氢分解，加热也会加快过氧化氢的分解，影响实验结果。
2.本实验的检测试剂一般不用斐林试剂代替碘液，因为斐林试剂需要水浴加热，改变了温度，本实验温度为自变量，需要严格控制。
3.本实验的无关变量包括溶液体积、处理时间、pH等，应该保证相同且适宜。
4.本实验的自变量为温度，因变量为酶活性，因变量观测指标为加碘液后的颜色变化情况。
5.本实验中，不能将淀粉和淀粉酶混合均匀后，再在不同温度下处理，底物和酶可能还没有经过自变量的处理，便已反应完全。
探究1：探究温度对酶活性的影响
探究温度或pH对酶活性的影响
活动3
新知探究
三、酶的作用条件较温和
探究2：探究pH对酶活性的影响
1.实验原理
(1)反应原理
(2)鉴定原理
淀粉 麦芽糖
过氧化氢酶
pH影响酶的活性，从而影响O2的生成量，可用气泡的产生量（或点燃但无火焰的卫生香复燃的情况）来检验其生成量的多少。
探究温度或pH对酶活性的影响
活动3
新知探究
三、酶的作用条件较温和
探究2：探究pH对酶活性的影响
实验 步骤 ① 取三支试管，编号1、2、3。
② 1号试管中加入 __________。 2号试管中加入等量 ________。 3号试管中加入等量______。
③ 三支试管都加入____________________
④ 三支试管都加入________________，振荡，反应
实验现象
实验结论
2滴NaOH
2 mL H2O2溶液
产生少量气泡
产生少量气泡
酶的催化作用需要适宜的pH，pH偏高或偏低都会影响酶的活性
2滴新鲜肝脏研磨液
稀盐酸
清水
产生大量气泡
自变量
无关
变量
因变量
新知探究
三、酶的作用条件较温和
特别说明：
探究2：探究pH对酶活性的影响
1.探究pH对酶活性的实验时，不能选用淀粉酶溶液酶催化淀粉分解，因为酸可以催化淀粉的水解。
2.本实验的无关变量包括溶液体积、处理时间、温度等，应该保证相同且适宜。
3.本实验的自变量为pH，因变量为酶活性，因变量观测指标为氧气的产生速率。
4.本实验中，不能将底物和酶混合均匀后，再在不同pH下处理，因为底物和酶可能还没有经过自变量的处理，便已反应完全，即“先创条件，再行反应”。
新知探究
三、酶的作用条件较温和
2.酶的作用条件较温和
失活
失活
失活
抑制
在最适温度和最适pH条件下，酶的活性最高；高温、过酸、过碱等条件会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活；低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定；酶的保存宜选择低温、适宜的pH等条件。
新知探究
三、酶的作用条件较温和
观看视频
新知探究
三、酶的作用条件较温和
3.影响酶促反应速率的因素
除了前面提到的温度、PH还有酶的浓度、底物的浓度。
在一定浓度范围内，反应速率随浓度的升高而加快；但达到一定浓度后，反应速率不再变化。
酶促反应速率
底物浓度
酶促反应速率
酶的浓度
反应速率随酶浓度的升高而加快。
随堂检测
1.下列不能用“酶的作用条件较温和”进行解释的生物学现象是（ ）
A.沸水浸泡过的加酶洗衣粉的洗涤效果不佳
B.低温保存的食物不易腐败
C.胃蛋白酶进入小肠后不再催化蛋白质水解
D.淀粉酶不能催化麦芽糖的水解
D
新知探究
三、酶的作用条件较温和
【解析】“沸水浸泡过的加酶洗衣粉的洗涤效果不佳”是由于高温破坏了酶的结构；“低温保存的食物不易腐败”是由于微生物细胞内的酶在低温条件下活性受到抑制；“胃蛋白酶进入小肠后不再催化蛋白质水解”是由于酶的催化需要适宜的pH，小肠中的环境呈偏碱性，胃蛋白酶进入小肠后因pH改变而失活；“淀粉酶不能催化麦芽糖的水解”是由于酶具有专一性。故选D。
新知探究
三、酶的作用条件较温和
随堂检测
2．下列关于酶的叙述正确的是（　　）
A．探究pH值对酶活性影响的实验步骤可为:加底物→加酶→调pH→混匀→观察
B．限制酶具有特异性，使用两种限制酶切割目的基因不一定能防止反向连接
C．用麦芽糖酶、麦芽糖和淀粉验证酶专一性，可用斐林试剂检测
D．淀粉酶水解淀粉是吸能反应需要ATP提供能量
B
【详解】A、探究pH对酶活性影响的实验中，需先调节pH再加入酶，避免底物和酶混合后发生反应，A错误；
B、限制酶具有特异性识别序列，但若两种酶切割后产生相同黏性末端，目的基因仍可能反向连接，因此使用两种限制酶不一定防止反向连接，B正确；
C、麦芽糖和其水解产物葡萄糖均为还原糖，斐林试剂需沸水浴显色，而酶促反应在常温进行，无法直接检测；且麦芽糖未被完全水解时仍显色，无法验证专一性，C错误；
D、淀粉水解是放能反应，酶通过降低活化能加速反应，无需ATP供能，D错误。
新知探究
三、酶的作用条件较温和
随堂检测
3．生菜是一种在保存和运输过程中易发生褐变的蔬菜。多酚氧化酶(PPO)在有氧条件下能催化酚类物质形成褐色的醌类物质，导致植物组织褐变。某团队研究生菜多酚氧化酶在不同条件下的特性，结果如图所示。下列叙述正确的是（　　）
(注：吸光度大小与醌类物质含量成正相关)
A．低氧环境可促进褐变发生 B．喷洒柠檬酸可抑制褐变发生
C．保存和运输生菜的最适pH值为6 D．40℃时PPO活性最高，适于生菜保存
B
随堂检测
【详解】A、多酚氧化酶（PPO）在有氧条件下能催化酚类物质形成褐色的醌类物质，因此低氧环境可抑制褐变发生，A错误；
B、图示可知，柠檬酸可以减弱PPO相对活性，从而减少醌类物质的形成，即抑制褐变发生，B正确；
C、结合图示可知，pH为6时吸光度最大，而吸光度和醌类物质含量成正相关，说明pH为6时褐变易发生，从而不利于运输生菜，C错误；
D、结合图示可知，温度为40℃时吸光度最大，而吸光度和醌类物质含量成正相关，说明温度为40℃时褐变易发生，从而不利于生菜的保存，D错误。
新知探究
三、酶的作用条件较温和
随堂检测
新知探究
三、酶的作用条件较温和
4．科研人员筛选得到某种可参与降解塑料的酶，并探究了温度对该酶催化反应速率的影响，实验结果如下图所示。下列叙述错误的是（　　）
A．该实验中，酶的用量、pH、处理时
间和初始底物浓度相同且适宜
B．该实验中，温度高于60℃后酶变性
导致反应速率下降
C．该实验条件下，底物充足时增加酶
的用量对反应速率无影响
D．进一步探究该酶最适温度时，宜在
50~60℃之间设置更小温度梯度
C
随堂检测
新知探究
三、酶的作用条件较温和
【详解】A.探究温度对该酶催化反应速率的影响应遵循单一变量原则，酶的用量、pH、处理时间和初始底物浓度都是无关变量，无关变量相同且适宜，A正确；
B.酶在高温条件下会变性失活，从图中可以看出，温度高于60℃后，反应速率下降，是因为高温使酶的空间结构遭到破坏，酶发生变性，B正确；
C.在底物充足的情况下，酶促反应速率与酶的浓度呈正相关，增加酶的用量会使反应速率加快，C错误；
D.由图可知，该酶的最适温度在50~60℃之间，所以进一步探究该酶最适温度时，宜在50~60℃之间设置更小温度梯度，D正确。
5．下图表示的是在最适条件下，反应物浓度对酶所催化的化学反应的影响（反应过程中温度和pH不变），相关叙述错误的是（　　）
随堂检测
新知探究
三、酶的作用条件较温和
A．酶既可作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物
B．A点随反应物浓度增加，酶的活性逐渐增大
C．C点调整反应的pH使反应速率减慢
D．其他条件不变，将酶换成相同物质量浓度的无机催化剂，B、C点均下移
B
随堂检测
新知探究
三、酶的作用条件较温和
B、看图可知，A点反应速率随着反应物浓度的上升而上升，但酶的活性并未增大，因为反应物浓度不影响酶活性，B错误；
C、图示是在最适条件下，反应物浓度对酶所催化的化学反应的影响，pH能改变酶的活性，故C点调整反应的pH后酶活性下降，因而可使反应速率减慢，C正确；
D、无机催化剂降低活化能的效果不如酶显著，催化效率较酶低，反应速率慢，故其他条件不变，将酶换成相同物质的量浓度的无机催化剂，B、C点均下移，D正确。
【详解】A、绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数是RNA，且酶具有催化作用，因而，酶既可作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物，如可以作为蛋白酶或RNA酶的底物，A正确；
新知探究
三、酶的作用条件较温和
知识拓展
酶的抑制剂
酶分子通过多肽链的盘曲折叠，组成一个在酶分子表面、具有三维空间结构的孔穴或裂隙，以容纳进入的底物与之结合并催化底物转变为产物，这个区域即称为酶的活性中心.组成酶活性中心的氨基酸残基的侧链存在不同的功能基团，如-NH2、-COOH、-SH、-OH和咪唑基等。
多肽链
底物分子
活性中心
催化基团
结合基团
活性中心外必需基团
酶的活性中心
抑制剂：能减弱、抑制甚至破坏酶活性的物质称为酶的抑制剂，它可降低酶促反应速率。抑制剂通过共价键与酶分子上的某些必需基团反应，引起酶活力下降，甚至丧失。
新知探究
三、酶的作用条件较温和
知识拓展
酶的抑制剂
竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性位点（酶上催化反应发生的特定区域）。其化学结构通常与底物相似，能模拟底物与活性位点结合，阻止底物进入。结合是可逆的，通常通过非共价键（如氢键、疏水作用）实现。
A.竞争性抑制
B.非竞争性抑制
非竞争性抑制剂结合到酶的非活性位点（别构位点），通过诱导酶的空间构型改变，降低其催化效率，但不影响底物与活性位点的结合。结合通常是可逆的，但也可涉及较强的非共价相互作用。 在生物体内，这种抑制常用于代谢调控，改变酶活性以适应细胞需求。
新知探究
三、酶的作用条件较温和
知识拓展
酶的抑制剂
【例题】除温度和pH对酶活性有影响外，一些抑制剂也会降低酶的催化效果。图甲为酶作用机理及两种抑制剂影响酶活性的机理示意图，图乙为相同酶溶液在无抑制剂、添加不同抑制剂的条件下，酶促反应速率随底物浓度变化的曲线。下列说法错误的是（ ）
A.图甲中非竞争性抑制剂降低酶活性的机理与低温对酶活性抑制的机理不同
B.根据图甲可推知，竞争性抑制剂与底物具有类似结构而与底物竞争酶的活性位点
C.图乙中底物浓度相对值小于10时，限制曲线A酶促反应速率的主要因素是底物浓度
D.图乙中曲线B和曲线C分别是在酶中添加了非竞争性抑制剂和竞争性抑制剂的结果
D
图乙中曲线B和曲线C分别是在酶中添加了非竞争性抑制剂和竞争性抑制剂的结果。
酶的特性
专一性
温度
酶抑制剂、酶激活剂
影响酶促反应的因素
高效性
酶作用的条件较温和
改变酶的活性
不改变酶的活性
pH
底物浓度
酶浓度
降低反应活化能的酶
课堂小结

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