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第二单元：细胞的能量供应和利用
一轮：降低化学反应活化能的酶
课标内容　
(1)说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质，酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。
(2)实验：探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素
细胞中的化学反应：
叶绿体：CO2+H2O （CH2O) +O2
光能
酶
线粒体: C6H12O6+6H2O+O2 6CO2+12H2O+能量
酶
核糖体： 氨基酸 多肽
酶
脱水缩合
统称为细胞代谢
一、酶在细胞代谢中的作用
（一）细胞代谢：
1.概念：
2.场所：
3.特点：
4.意义：
细胞中每时每刻进行的化学反应的统称
细胞质基质
一般需要酶的催化
细胞生命活动的基础
代谢也会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢，体内过氧化氢过多会导致皮肤发黄，毛发（包括头发）变白 ，会加速人体衰老。
细胞中含有过氧化氢酶，能将过氧化氢及时分解。
一、酶在细胞代谢中的作用
（二）探究实践—比较过氧化氢在不同条件下的分解
1.实验原理：
2.实验目的：
3.材料用具：
2H2O2 2H2O＋O2↑
△/Fe3+/过氧化氢酶
通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解酶的作用和意义。
观察指标：
观察单位时间内产生气泡的多少
观察带火星的卫生香的复燃情况
质量分数3.5%Fecl3、新鲜质量分数20%肝脏研磨液、新配置的体积分数3%过氧化氢溶液
步骤 试管编号 1 2 3 4
一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3%
剂量 2ml 2ml 2ml 2ml
二 反应条件 常温 90℃ FeCl3 新鲜肝脏研磨液
剂量 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴
结果 气泡产生
卫生香燃烧
（二）探究实践—比较过氧化氢在不同条件下的分解
4.实验过程：
1
2
几乎无气泡
少量气泡
较多气泡；卫生香复燃不明显
大量气泡；卫生香复燃明显
5.实验现象：
步骤 试管编号 1 2 3 4
一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3%
剂量 2ml 2ml 2ml 2ml
二 反应条件 常温 90℃ FeCl3 新鲜肝脏研磨液
剂量 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴
结果 气泡产生
卫生香燃烧
6.分析实验，得出结论：
不明显
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
不明显
复燃明显
分析：
（1）①②对照，说明：
（2）①④对照，说明：
（3）③④对照，说明：
加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率
酶具有催化作用，可加快化学反应速率
酶具有高效性，同无机催化剂相比，酶的催化效率更高
酶的催化效率比无机催化剂高。
对照组
实验组
自变量
因变量
无关变量
无关变量
科学方法：
控制变量、设计对照
7.实验设计的原则与变量分析
（1）变量：实验过程中的变化因素称为变量。
（2）变量类型：
7.实验设计的原则与变量分析
（3）设计实验的原则：
①单一变量原则：即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜。如生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、实验器具相同(型号、洁净程度等)、实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。
②对照原则：应设置对照实验，使实验组与对照组的自变量不同(其他因素都相同)，以便减小实验误差。
（空白对照、条件对照、自身对照、相互对照）
③平行重复原则：在实验设计中为了避免实验结果的偶然性，必须对所做实验进行足够次数的重复，以获得多次实验结果的平均值，保证实验结果的准确性。
加热
无机催化剂
酶
加快化学反应速率
三种反应条件的作用原理一样吗？
一、酶在细胞代谢中的作用
（三）酶的作用机理分析
1.活化能：
2.酶的作用：
3.酶的作用机理：
分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量
显著降低化学反应的活化能
催化作用
同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。——高效性
思考：加热为什么能促进过氧化氢的分解呢？
加热使H2O2分子获得能量（提供活化能），从常态转变为容易分解的活跃状态。
思考：酶能增加产物的生成量吗？
时间
产物量
未加催化剂
无机催化剂
酶催化
注意：
1.酶只是提高化学反应速率，缩短反应时间，不会改变化学平衡的位置（即不能改变最终生成物的量）。
2.在反应前后，酶的化学性质和数量将保持不变。
一、酶在细胞代谢中的作用
（三）酶的作用机理分析
二、酶的本质
1.探索历程
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德
李比希
毕希纳
萨姆纳
VS
其他科学家
切赫和奥特曼
发酵与死细胞中的物质有关
发酵与活细胞有关
死细胞中的物质和活细胞都能引起发酵
脲酶是蛋白质
胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质
少数酶是RNA
巴斯德之前
二、酶的本质
2.酶的概念：
3.酶的本质：
4.酶的来源
5.合成原料：
6.合成场所：
7.功能：
酶是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物
绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA。
一般来源于活细胞
哺乳动物成熟红细胞除外
（体内、体外均可发挥作用）
氨基酸、核糖核苷酸
核糖体、细胞核等
催化作用
唯一功能
检验蛋白酶对蛋白质的水解时应选用蛋白块，通过观察其消失情况得出结论，因蛋白酶本身也是蛋白质，不能用双缩脲试剂鉴定。
如何鉴定酶的本质：
二、酶的本质
原理：双缩脲试剂与蛋白质作用产生紫色反应；RNA与吡罗红染液作用显红色
（1）试剂检测法
如何鉴定酶的本质：
二、酶的本质
（2）酶解法
方法原理：用蛋白酶和RNA酶处理待鉴定酶，再观察其功能是否受影响来确定该酶的本质。
三、酶的特性
（1）高效性（与无机催化剂相比）
酶与无机催化剂的相同点：
①都能降低化学反应的活化能；
②可加快化学反应速率，缩短达到平衡的时间，但不改变平衡点；
③化学反应前后酶的数量和性质不变。　　　
三、酶的特性
（2）专一性
每一种酶只能催化一种或一类化学反应
三、酶的特性
（3）作用条件较温和
在最适宜的温度和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。　
思考：
1.唾液淀粉酶随食物进入胃内就会失活，原因是：
2.高温、过酸、过碱等条件下，酶失活后即使给予适宜的条件，活性仍不能够恢复正常，原因是：
3.人发烧时不想吃东西，原因是：
唾液的pH为6.2～7.4而胃液的pH为0.9～1.5，唾液淀粉酶没有了适宜的pH条件，酶活性大大下降甚至失活，不再发挥作用
高温、过酸、过碱等条件都会导致酶空间结构被破坏，使酶永久失活
体温升高导致消化酶活性降低，食物在消化道中消化缓慢
思考：
4.利用加酶洗衣粉洗涤衣服时：
①丝绸和毛皮类衣物不能用加酶洗衣粉来洗涤，因为：
②加酶洗衣粉使用的水温一般在50 ℃以下，切记不能用沸水，否则：
5.将刚采摘的新鲜糯玉米立即放入85 ℃水中热烫处理2 min,可较好地保持甜味，其原因是
加酶洗衣粉中含有蛋白酶，可能会损坏丝绸和毛皮类衣物的蛋白质
酶会失去活性
高温破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶的活性。
1.(2023·山西太原调研)在生物体内，酶是具有催化作用的有机物。下列关于酶的叙述，错误的是(　　)A.过氧化氢酶、脲酶和麦芽糖酶的化学本质都是蛋白质B.DNA聚合酶和DNA连接酶都能催化磷酸二酯键的形成C.胰蛋白酶的合成及分泌与核糖体、内质网和高尔基体有关D.淀粉酶和盐酸通过升高化学反应的活化能催化淀粉水解
D
2.(2023·广东深圳调研)嚼馒头时会感觉有甜味，那是因为唾液淀粉酶将淀粉分解成了麦芽糖。下列有关酶的说法，错误的是(　　)A.升高温度和加酶都能加快H2O2分解的速率，二者作用机理相同B.高温、强酸、强碱都会导致唾液淀粉酶的空间结构改变而使其失活C.唾液淀粉酶既可作为淀粉水解的催化剂，又可作为蛋白酶催化的反应底物D.唾液淀粉酶能够与双缩脲试剂反应显紫色
A
3.(2022·全国乙卷，4)某种酶P由RNA和蛋白质组成，可催化底物转化为相应的产物。为探究该酶不同组分催化反应所需的条件，某同学进行了下列5组实验(表中“＋”表示有，“－”表示无)。根据实验结果可以得出的结论是(　　)
实验组 ① ② ③ ④ ⑤
底物 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
RNA组分 ＋ ＋ － ＋ －
蛋白质组分 ＋ － ＋ － ＋
低浓度Mg2＋ ＋ ＋ ＋ － －
高浓度Mg2＋ － － － ＋ ＋
产物 ＋ － － ＋ －
A.酶P必须在高浓度Mg2＋条件下才具有催化活性B.蛋白质组分的催化活性随Mg2＋浓度升高而升高C.在高浓度Mg2＋条件下RNA组分具有催化活性D.在高浓度Mg2＋条件下蛋白质组分具有催化活性
C
思考：影响酶促反应速率的因素：
温度
pH
酶抑制剂
酶激活剂
酶活性
酶浓度
底物浓度
酶促反应速率
四、酶促反应速率的影响曲线分析
(1)底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响
四、酶促反应速率的影响曲线分析
(1)底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响
酶浓度
反应速率
0
底物有限
四、酶促反应速率的影响曲线分析
（2）酶促反应产物浓度与反应时间的关系曲线
四、酶促反应速率的影响曲线分析
(3)温度和pH对酶促反应速率的影响
项目 酶 激素
来源 作用场所 活细胞产生； 细胞内或细胞外发挥作用 专门的内分泌腺或特定部位细胞产生；一般 发挥作用
化学本质
生物功能
作用机制 催化作用，在化学反应前后，化学性质和数量 。 调节作用，作为信号分子在发挥完作用后 。
共性 酶 vs 激素
多肽、蛋白质类；
氨基酸衍生物；
固醇类
绝大多数是蛋白质，
少数是RNA
细胞外
催化作用
调节作用
不变
被灭活
在生物体内均属高效能物质，
即含量少、作用大、生物代谢不可缺少
4.(2023·重庆市抽测)某同学探究温度、pH、底物浓度与酶促反应速率的关系，绘制出如下曲线图。有关叙述正确的是(　　)
A.图1中AB段与BC段酶促反应速率的限制因素相同B.图2中D点与F点酶的空间结构都被部分破坏且不能恢复C.图3中把G点时对应的相关因素调至最适，酶促反应速率不能同步升高D.图1、图2、图3中相关因素分别是底物浓度、pH、温度
C
五、相关实验：
（一）验证酶的高效性
（二）验证酶的专一性
（三）探究温度对酶活性的影响
（四）探究PH对酶活性的影响
（一）验证酶的高效性
自变量：
因变量：
底物的反应速率
催化剂的类型
反应物+等量的无机催化剂
反应物+相应的酶
实验组: 　　对照组:
　
→反应速率
→反应速率
FeCl3溶液
过氧化氢酶
2mL的H2O2
1
2
（二）验证酶的专一性
思路1：底物相同，酶不同
思路2：底物不同，酶相同
材料：蔗糖酶、淀粉酶、淀粉、蔗糖。
如何设计实验？
（二）验证酶的专一性
思路1：底物相同，酶不同
材料：蔗糖酶、淀粉酶、淀粉、蔗糖
步骤 1 淀粉＋淀粉酶 淀粉＋蔗糖酶
2 60℃保温5min 3 分别加2ml斐林试剂 4 煮沸1min,使其停止反应 现象 砖红色沉淀 无颜色变化
结论 酶具有专一性 （二）验证酶的专一性
思路2：底物不同，酶相同
材料：蔗糖酶、淀粉酶、淀粉、蔗糖
步 骤 1 淀粉＋淀粉酶 蔗糖＋淀粉酶
2 60℃保温5min 3 分别加2ml斐林试剂 4 煮沸1min,使其停止反应 现象 砖红色沉淀 无颜色变化
结论 酶具有专一性 思考：能不能用碘液代替斐林试剂作为鉴定？
不能；
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遇碘液变色
（三）探究温度对酶活性的影响
1.提出问题
2.做出假设
3.设计实验
4.进行实验
5.分析结果，得出结论
6.表达和交流
淀粉、唾液淀粉酶
（三）探究温度对酶活性的影响
1.实验原理：
2.实验材料：
温度影响酶的活性，从而影响淀粉酶的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色以及蓝色的深浅来判断酶的活性。
质量分数为2%的唾液淀粉酶溶液、体积分数为3%的可溶性淀粉溶液、热水、蒸馏水、冰水、碘液(相关用具省略)。
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 ℃温水中水浴相同时间 在沸水中水浴相同时间 五 取出试管，分别滴加2滴碘液，摇匀，观察现象 实验现象 结论 （三）探究温度对酶活性的影响
呈蓝色
无蓝色出现
呈蓝色
酶发挥催化作用需要适宜的温度条件，温度过高和过低都将影响酶的活性
实验注意：
①探究温度对酶活性的影响时，一定要让反应物和酶在各自所需的温度下保温一段时间，再进行混合。
②选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度时，检测试剂不可用斐林试剂代替碘液。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。
③探究温度对酶活性的影响时，不宜用H2O2作反应物，因为H2O2易分解，加热条件下其分解会加快，氧气的产生速率增加，并不能准确反映酶活性的变化。
探究某种酶的最适温度。设计有何不同？
探究酶的最适温度
设计思路
在一定范围内，设计一系列温度梯度实验，其他条件相同且适宜，可得出最适温度的大致范围，再在此范围内减小梯度，进一步进行实验，直至得出最适温度。
（四）探究PH对酶活性的影响
1.提出问题
2.做出假设
3.设计实验
4.进行实验
5.分析结果，得出结论
6.表达和交流
过氧化氢溶液和过氧化氢酶
探究pH对酶活性的影响时，不宜采用淀粉酶催化淀粉的反应，因为用作鉴定试剂的碘液会和NaOH发生化学反应，使碘与淀粉生成蓝色络合物的机会大大减少，而且在酸性条件下淀粉也会被水解，从而影响实验的观察效果。　
1.实验原理： ，pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成速率，可用带火星的卫生香燃烧的情况来检验O2的生成速率。
2.实验材料
质量分数为20%的肝脏研磨液、体积分数为3%的过氧化氢溶液、质量分数为5%的HCl溶液、质量分数为5%的NaOH溶液、蒸馏水等(相关用具省略)。
（四）探究PH对酶活性的影响
序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
1 注入等量的过氧化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴
2 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
3 注入等量的体积分数为3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL
（四）探究PH对酶活性的影响
4 观察实验现象
5 将带火星的卫生香插入试管内 燃烧 。 燃烧较弱 燃烧较弱
无明显气泡产生
无明显气泡产生
有大量气泡产生
剧烈
2、3步顺序能换吗
结论：酶的催化作用需要适宜的pH，pH偏低或偏高都会影响酶的活性
如何确定酶的最适PH
探究酶的最适pH
设计思路
在一定范围内，设计一系列pH梯度实验，其他条件相同且适宜，可得出最适pH的大致范围，再在此范围内缩小梯度，进一步进行实验，直至得出最适pH。
注意：
探究pH对酶活性的影响时，不能用斐林试剂作指示剂，因为盐酸会和斐林试剂发生反应，使斐林试剂失去作用。
1.(2022·浙江6月选考，10)下列关于研究淀粉酶的催化作用及特性实验的叙述，正确的是(　　)A.低温主要通过改变淀粉酶的氨基酸组成，导致酶变性失活B.稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力，是因为酶的作用具高效性C.淀粉酶在一定pH范围内起作用，酶活性随pH升高而不断升高D.若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶，会加快淀粉的水解速率
B
2.(2023·广东湛江模拟)已知淀粉在酸性条件下能被水解，如图表示pH对淀粉酶活性的影响结果。下列有关叙述正确的是(　　)
A.分析实验结果可知，该淀粉酶的最适pH为7B.若在强酸条件下淀粉的剩余量较少，则淀粉酶具有活性C.当pH＝3时，淀粉酶的活性比pH＝9时的活性高D.分离在pH＝13时的淀粉酶，其能与双缩脲试剂产生紫色反应
D
3.(2023·华师附中调研)已知淀粉在酸性条件下自身会发生水解，唾液淀粉酶的最适pH为6.6。欲探究在pH＝5的条件下唾液淀粉酶的催化效率，某同学设置了如下四组实验：①在pH＝5的溶液中加入一定量的可溶性淀粉和唾液淀粉酶溶液，一定时间后检测淀粉剩余量②在pH＝6.6的溶液中加入一定量的可溶性淀粉和唾液淀粉酶溶液，一定时间后检测淀粉剩余量③在pH＝5的溶液中加入一定量的可溶性淀粉，一定时间后检测淀粉剩余量④在pH＝6.6的溶液中加入一定量的可溶性淀粉，一定时间后检测淀粉剩余量可用来进行对照得出实验结论的两组是(　　)A.①和② B.①和③ C.②和④ D.①和④
B

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