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2.3 基因工程的应用
第三单元 细胞的能量供应和利用
第1讲 降低化学反应活化能的酶
课标要求
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。
酶的作用和本质
1.细胞代谢
(1)细胞代谢概念：细胞中每时每刻都进行着 ，统称为细胞代谢。
(2)主要场所： 。
归纳 夯实必备知识
许多化学反应
细胞质基质
2.酶的催化作用的实验验证：比较过氧化氢在不同条件下的分解(见教材P77)
(1)方法步骤
几乎不分解
对照
少量
促进过氧
化氢
发亮
过氧化氢酶
燃烧猛烈
(2)实验过程的变量及对照分析
实验对象
温度和催化剂
H2O2分解速率
气泡产生的多少
实验结果
(3)实验结论
加热
催化作用
高效性
3.酶的催化作用机理
(1)活化能：分子从常态转变为 的活跃状态所需要的能量称为活化能。
(2)酶催化作用的原理： 的活化能。
(3)意义：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，使细胞代谢能在 条件下快速有序地进行。
容易发生化学反应
降低化学反应
温和
4.酶本质的探究历程(连线)
项目 内容 解释
产生部位 _______内产生 除哺乳动物成熟红细胞等部分细胞外，其他活细胞都能产生酶
作用场所 可在细胞内、细胞外、生物体外发挥作用 可在生物体外发挥作用，但不能来自体外，只能由细胞合成
酶的本质 大多数酶是 ，少数是______ 合成原料是 ，合成场所是 (真核生物)
酶的功能 生物催化剂 酶只起 功能，且反应前后酶的_____和 不变
作用机理 降低化学反应的______ 酶不能提供能量
5.酶的本质和作用
活细胞
蛋白质
RNA
氨基酸或核糖核苷酸
催化
数量
活化能
化学性质
细胞核或核糖体
1.甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如图所示，请思考回答下列问题：
拓展 提升科学思维
(1)甲、乙两种酶的化学本质是否相同？说出理由。
提示　不相同。观察曲线图可知，甲酶的活性始终保持不变，表明甲酶能抵抗该种蛋白酶的降解，则甲酶的化学本质不是蛋白质而是RNA，乙酶能被蛋白酶破坏，活性降低，则乙酶为蛋白质。
(2)乙酶活性改变的机理是什么？其活性能否恢复？
提示　乙酶被降解的过程中其分子结构会发生改变，从而使其活性丧失，这种活性的改变不可逆转，故无法恢复。
提示　应用RNA酶处理
①表示无酶催化时反应进行需要的活化能的是 段。
②表示有酶催化时反应进行所需要的活化能的是 段。
③酶降低的活化能是 段。
④若将酶变为无机催化剂，则B在纵轴上向 移动。
2、分析酶的作用原理曲线
答案
AC
BC
AB
上
1.酶是生物催化剂，下列有关酶的叙述正确的是
A.酶脱离生物体以后无法起作用
B.在酶的最适温度下储存酶
C.酶通过提供化学反应活化能加快反应速率
D.蛋白酶可以水解唾液淀粉酶
D
2.(2023·江苏盐城高三模拟)某课外兴趣小组用图示实验装置验证酶的高效性。下列有关叙述不正确的是
A.两个装置中的过氧化氢溶液要等量
且不宜过多
B.需同时挤捏两支滴管的胶头，让肝
脏液和FeCl3溶液同时注入试管中
C.肝脏液中的过氧化氢酶、FeCl3都可以降低该反应的活化能
D.左边移液管内红色液体上升的速度比右边慢，最终液面比右边低
D
突破 强化关键能力
1.下列关于生物体中酶的叙述，正确的是(　　)
A.在细胞中，核外没有参与DNA合成的酶
B.由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性
C.从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法
D.唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37 ℃
C
2.下列有关酶的叙述正确的是(　　)
A.酶构成细胞成分，对细胞代谢起调节作用
B.酶的合成一定需要模板
C.人体细胞内某些酶可以从食物中获得
D.由于细胞分化，不同细胞内的酶都不同
B
酶的高效性和专一性
未加催化剂
加无机催化剂
加酶
加无机催化剂
未加催化剂
加酶
2 6 11
a
2、酶的催化效率比无机催化剂高
生成物的量
1、加无机催化剂或加酶，不能改变化学反应的平衡点，但能加快化学反应的速率，缩短达到平衡点所需时间。
平衡点相同
1.高效性
a
b
c
与 相比，酶降低活化能的作用 ，催化效率更高。
无机催化剂
更显著
1.酶作为生物催化剂，与无机催化剂相比，在发挥作用过程中有哪些共同特点？酶除了具有催化功能外，可以调节生命活动吗？
　共同点：
①化学反应前后其数量和性质不变；
②加快化学反应的速率，缩短达到化学平衡的时间，但不能改变平衡点；
③二者都能降低化学反应的活化能。
催化(降低化学反应的活化能)是酶唯一的功能，它不具调节功能
2、酶具有专一性（如下的物理模型）
根据酶与底物的结构特点可以看出酶的专一性
锁钥学说
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
试管编号 1 2
注入可溶性淀粉溶液 2 mL －
注入蔗糖溶液 － 2 mL
注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
60 ℃水浴保温5 min 新配制的斐林试剂 2 mL 2 mL
沸水浴煮沸1 min 实验现象 有砖红色沉淀 没有砖红色沉淀
2.酶具有专一性
探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
①实验步骤及结果
②实验结论：___________________________________________________
___________。
(3)意义：使细胞代谢有条不紊地进行。
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、专一性（曲线分析）
3.用某种酶进行有关实验的结果如下图所示，下列有关说法错误的是
答案
解析
A.该酶的最适催化温度不确定
B.图2和图4能说明该酶一定不是胃蛋白酶
C.由图4实验结果可知酶具有高效性
D.由图3实验结果可知Cl－是该酶的激活剂
C
4.细胞代谢中某种酶与其底物、产物的关系如下图所示，下列有关叙述不正确的是
A.酶1与产物b结合后失活，说明酶的功能由其空间结构决定
B.酶1的变构位点和活性位点的结构取决于特定的氨基酸序列
C.酶1有两种底物且能与
产物b结合，因此酶1
不具有专一性
D.酶1与产物b的相互作
用可以防止细胞生产
过多的产物a
C
探究影响酶活性的条件
1.酶促反应一般是在 的条件下进行的。
2.酶活性
(1)定义：酶催化特定 的能力。
(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。
归纳 夯实必备知识
比较温和
化学反应
速率
酶促反应速率：酶催化化学反应速率的快慢。可用单位时间内、单位体积中产物的生成量或底物的消耗量来表示。
酶活性受温度影响示意图
最适温度
0
温度
反应速率
A
C
B
B点
酶活性可用反应速率来表示
酶活性最高的点是： 。
BA段的含义是：
BC段的含义是：
超过最适温度后，温度越高，酶活性越低，直到失活（过高时，酶空间结构被破坏）
低于最适温度时，温度越低，酶活性越低，但是不失活，在适宜的温度下酶的活性又可以 。因此，酶可以在 下保存，
D
3.影响酶促反应速率的因素分析
温度的影响
升高
低温
反应速率
0
pH
A
C
B
最适pH
酶活性受pH影响示意图
B点
酶活性最高的点是： 。
BA段的含义是：
BC段的含义是：
超过最适pH后，pH越高，酶活性
越低，直到失活（过高，酶空间结构被破坏）
低于最适pH时，pH越低，酶活性
越低，直到失活（过低，酶空间结构被破坏）
D
pH的影响
据图可知，不同pH条件下，酶最适温度 ；不同温度条件下，酶最适pH ，即反应溶液pH(温度)的变化不影响酶作用的最适温度(pH)。
不变
也不变
底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响
①图甲，在其他条件适宜、酶量一定的条件下，酶促反应速率随底物浓度增加而 ，但当底物达到一定浓度后，受 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 。
加快
酶数量
正比
酶促反应产物浓度与反应时间的关系曲线
酶
反应物
（1）在不同的温度下，同一种酶的活性是否会受到影响？
（2）在不同的pH下， 同一种酶的活性是否会改变？
2、你们的假设？
4.探究温度和pH对酶活性影响的实验
探究什么因素呢？
请设计实验，验证你们的假设。
实验设计遵循什么原则？
等 量原则
自变量
因变量
无关变量
变量
单一变量原则
对照原则、
平行重复原则
3.实验步骤（思路）书写：
第一步：选材（如选择生长状况/长势相同的....等等）、分组、编号
第二步：单一变量处理
对照组的设置
实验组的处理
注：除了自变量外，其他无关变量要相同且适宜（即要符合实验设计原则）
第三步：在相同且适宜的环境下培养/喂养/...一段时间时间后，观察记录/测量/统计/...实验结果（如某某的长势/数量/长度/...等等）
1.探究温度对酶活性的影响
(1)实验原理
温度影响酶的活性，从而影响_________________，滴加碘液，根据_____________________________________来判断酶的活性。
(2)实验材料
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、沸水、蒸馏水、冰水、碘液(相关用具省略)。
淀粉的水解
是否出现蓝色及蓝色的深浅
设计方案
保证酶和底物达到预设温度
3、进行实验 （1）温度对酶活性的影响
1号 2号 3号 4号 5号 6号
等量的3%可溶性淀粉 2ml 2ml 2ml 2%唾液淀粉酶 1ml 1ml 1ml
温度 冰水 37℃水浴 沸水浴 冰水 37℃水浴 沸水浴
放置5分钟 混匀 4号倒入1号； 5号倒入2号； 6号倒入3号 碘液 在各混合试管中滴加碘液1滴 结果 变蓝
变蓝
不变蓝
温度过高、过低都会降低酶的活性，适宜温度下酶的活性较高
摇匀混合，放置各自温度反应5min
结论：
(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_________________________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)。
带火星的卫生香燃烧
2.探究pH对酶活性的影响
设计方案
试管编号 试管1 试管2 试管3
实验 步骤 一 2滴过氧化氢酶溶液 二 1 mL蒸馏水 1 mL物质的量浓度为0.01 mol/L的盐酸 1 mL物质的量浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液
三 2 mL质量分数为3%的过氧化氢溶液 实验现象 有大量气泡产生 _______________ _______________
②探究pH对酶活性的影响
无明显气泡产生
无明显气泡产生
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
实验结论 pH会影响酶的活性，酶的活性有适宜的pH范围 1、在探究温度对酶活性的影响的实验中，适宜用选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶作为实验材料吗？为什么？
过氧化氢(H2O2)在常温常压时就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。
2、在探究pH对酶活性的影响实验中，适宜选用淀粉和淀粉酶作为实验材料吗？为什么？
在探究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，因为在酸也能催化淀粉水解（P81），从而影响实验结果。
3、选择淀粉和淀粉酶来探究温度对酶活性的影响实验中，检测底物是否被分解能否用斐林试剂？为什么？
实验中，检测底物是否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。
多酚氧化酶(PPO)催化的酶促反应是储运过程中引起果蔬褐变和品质劣变的主因，果蔬运输过程中加入适量的柠檬酸能延长保鲜时间。抑制剂与酶结合引起酶活性降低或丧失的过程称为失活作用。根据抑制剂与底物的关系可分为竞争性抑制和非竞争性抑制，图甲为两种抑制剂的作用机理模型，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，柠檬酸对PPO活性
的影响为曲线c对应情况。
拓展 提升科学思维
(1)竞争性抑制剂引起酶活性降低的原因是什么？
提示　竞争性抑制剂的分子结构与底物的非常相近，可以与底物竞争酶活性部位来影响催化效果。
(2)非竞争性抑制剂引起酶活性降低的原因是什么？
提示　非竞争性抑制剂与酶结合后，诱导酶的空间结构发生改变，使酶失去活性。
(3)据图乙分析柠檬酸属于哪种酶抑制剂？其与高温等因素对酶的影响是否相似？
提示　非竞争性抑制剂；相似。
5.如图曲线反映了温度或pH对A、B、C三种酶活性的影响。下列相关叙述正确的是
A.酶B和酶C的最适温度相似，但最适pH一定不同
B.图甲中a点和c点，酶A的活性相同，空间结构也相同
C.图乙中d点，酶B和酶C
的空间结构都有一定程
度的破坏
D.酶A、酶B和酶C都可能
存在于人体的内环境中
C
突破 强化关键能力
6.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。下列分析正确的是
A.实验结果表明该酶的最适温度是40 ℃
B.实验过程中pH的变化不会对该实验产
生影响
C.20 ℃条件下，t3时温度提高10 ℃，产
物浓度会增加
D.60 ℃条件下，t2时增加底物的量不会改变产物浓度
D

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