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专题十一 降低化学反应活化能的酶
一 酶的作用
细胞代谢
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。细胞代谢离不开酶。
酶在细胞代谢中的作用
酶在细胞代谢中的作用
（1） 实验原理
，可用____________________的情况来检验 的生
成速率。
带火星的卫生香燃烧
（2） 实验过程
酶在细胞代谢中的作用
（3） 实验结论
1和2
加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率
1和4
酶具有催化作用
1,3,4
酶具有高效性
切记：高效性是与加入无机催化剂比较
酶在细胞代谢中的作用
（4） 实验变量和对照分析
自变量
人为控制的对实验现象进行处理的因素
温度 催化剂种类
因变量
因自变量改变而变化的变量
过氧化氢的分解速率
可用产生的气泡数目表示
无关变量
实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素
反应物的浓度；反应时间；加入肝脏研磨液的新鲜程度
一
实验变量
酶在细胞代谢中的作用
（4） 实验变量和对照分析
二对照实验
除作为自变量的因素外，其余因素（无关变量）都保持一致，并将结果进行比较的实验
对照组
实验组
实验组
实验组
空白对照
目的：排除无关变量对实验结果产生干扰
三实验原则
（1）科学性原则：选材科学性，如鉴定还原糖的实验中不能以西瓜汁为实验材料，因为西瓜汁的红色会干扰颜色反应；实验方法科学性，如使用双缩脲试剂时应先加入A液，再加入B液。
（2）单一变量原则（等量原则）: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，以平衡和消除无关变量对实验结果的影响。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）。
三实验原则
（3）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（其他因素都相同且适宜）,以便减小实验误差。对照组的实验过程、结果、现象对实验者来说是已知的，或公认的。实验组往往是未知的、需要验证的。实验的处理是基于加减法原理之上，即与常态相比，人为增加某种影响因素即为加法原理；人为去除某种因素即为减法原理。
（4）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（一般为3次以上）,以获得多次实验结果的平均值,保证实验结果的准确性。
实验设计中常用的对照方法
（1）空白对照：即对照组不做任何变量处理。如探究胰岛素的生理作用实验中，对小鼠进行饥饿处理后，注射胰岛素的为实验组，注射等量生理盐水的为对照组。
（2）自身对照：即对照组和实验组的处理在同一实验对象上进行，不再设置新的对照组，如观察植物细胞质壁分离和复原的实验中，质壁分离状态与自然状态形成对照。
知识拓展
实验设计中常用的对照方法
（3）条件对照：即给对照组施加变量处理，但这种处理不是实验假设所定的。如探究甲状腺激素的生理作用实验中，实验组为饲喂甲状腺激素，空白对照为饲喂等量生理盐水，可以再增加一组对照组，饲喂甲状腺激素抑制剂，即条件对照，这样可以增加实验的说服力。
知识拓展
实验设计中常用的对照方法
知识拓展
（4）相互对照：又叫对比实验，设置两个或两个以上的实验组,通过对结果的比较分析,来探究某种因素与实验对象的关系，一般不需要单独的对照组。如探究温度、 对酶活性影响的实验中，各组既是实验组，又是其他组的对照组。高中教材中涉及的还有：观察植物细胞质壁分离和复原的实验中不同浓度蔗糖溶液中细胞质壁分离程度的比较、探究酵母菌的呼吸方式、噬菌体侵染细菌的实验等。
教材中探究类实验的变量分析
实验名称 自变量 因变量 无关变量
探究温度对淀粉酶活性的影响 不同温度（至少三种） 酶的活性（加碘液后溶液颜色的变化） 、底物量、酶量、试管
的洁净程度、反应时间、操
作程序等
探究 对过氧 化氢酶活性的影 响 不同 （至少三 种） 酶的活性（气泡的产生情况或带火星的卫生香燃烧的猛烈程度） 温度、底物量、酶量、试管的洁净程度、反应时间、操作程序等
知识拓展
实验名称 自变量 因变量 无关变量
探究酵母菌的呼吸方式 氧气的有无 生成量（澄清石灰 水的浑浊程度）;酒精产 生情况（酸性条件下用 重铬酸钾溶液检测） 葡萄糖溶液浓度、石灰水的
量、温度、 、锥形瓶的洁
净程度等
探究生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度 不同浓度的生长素类调节剂 扦插枝条的生根数量和长度 实验材料的一致性、生长素类调节剂浓度的准确性、处理时间的一致性等
探究培养液中酵母菌数量的动态变化 时间 酵母菌种群数量 培养液的成分、培养条件、空间等
教材中探究类实验的变量分析
知识拓展
酶的作用机制
酶的作用机制
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
酶具有高效性
注意：加热是提供能量；Fe3+和酶，降低化学反应活化能
酶的作用机制
1. 作用机理:降低化学反应的活化能。
① 无酶催化的反应曲线是____,
有酶催化的反应曲线是____。
乙
甲
② 段的含义是在无催化剂的条件下,反应所需要的活化能; 段的含义是酶____
__________。
降低的活化能
二 酶的本质
酶的本质
关于酶本质的探索
酶的本质
蛋白质
RNA
核糖核苷酸
核糖体
活细胞
催化
三 酶的特性
酶具有高效性
酶具有专一性
酶作用条件较温和
酶具有高效性
①内容：
与无机催化剂相比，酶的催化效率高，是无机催化剂的107~1013倍
②意义：
保证了细胞内化学反应的顺利进行
保证了细胞内能量供应稳定
③原因：
与无机催化剂相比，酶能显著降低化学反应的活化能
④实验验证:
在相同条件下，比较FeCl3和过氧化氢酶对过氧化氢的分解速率。如图中的3和4。
酶具有高效性
①高效性：与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间,不改变化学反应的方向和平衡点。因此,酶不能改变最终生成物的量。
相关曲线
酶具有专一性
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
酶具有专一性
1.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________糖，都能水解产生_______，并与_________反应生成砖红色沉淀。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，反应一段时间后，再用__________鉴定溶液中有无还原糖产生。
非还原
还原糖
斐林试剂
斐林试剂
（2） 实验结果：1号试管有砖红色沉淀生成，说明产生了还原糖，淀粉被______，2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有被水解。
水解
（3） 实验结论：酶具有________，淀粉酶只能催化______水解，而不能催化___水解。
专一性
淀粉
蔗糖
酶具有专一性
1.淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
（4）注意事项
1.检测试剂不能用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被水解
酶具有专一性
2.相关曲线
①专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
②专一性模型
酶发挥作用时，空间结构会改变
专一性拓展
酶作用条件较温和
1.影响酶活性的条件
酶催化特定化学反应的能力
酶活性：
一定条件下酶所催化某一化学反应的速率
表示方法：
单位时间内反应物的剩余量；单位时间内生成物的生成量
（1） 实验原理：温度影响淀粉酶的活性，进而影响淀粉的水解速率。
淀粉遇碘变蓝，可以根据__________________________判断酶的活性。
是否出现蓝色及蓝色的深浅
（2） 实验步骤、现象及结论
取6支试管，分别编号为1与 、 与 、 与 ，并分别进
行以下操作。
试管编号 1 2 3
实验步骤 一 淀粉 酶溶液 可溶 性淀粉溶 液 淀粉 酶溶液 可溶 性淀粉溶 液 淀粉 酶溶液 可溶
性淀粉溶
液
二 在冰水中水浴 在 温水中水浴 在沸水中水浴 三 1与 试管内液体混 合，摇匀 2与 试管内液体混 合，摇匀 3与 试管内液体混 合，摇匀 实验步骤 四 在冰水中水浴相同时间 在 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 呈蓝色 无蓝色出现 呈蓝色
结论 酶发挥催化作用需要适宜的__________，其______和______都将影 响酶的活性 温度条件
过高
过低
（3）实验变量分析
自变量
因变量
无关变量
对照类型
温度
酶活性
PH 反应物浓度等
相同且适宜
相互对照
注意
①要先对反应物和酶在各自所需的温度下分别保温一段时间,再进行混合，保证反应从一开始就是预设的温度。
②若选择淀粉和淀粉酶来探究温度对酶活性的影响，检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不能选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需要水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
③不宜用 作反应物，因为 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。
（4）探究酶的最适温度
1.设计思路：设计一系列不同温度 的实验组进行相互对照，对比实验结果得出结论。
2.设计方案
温度范围确定的方法：
（5）相关曲线
在一定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用增强，超过最适温度，酶的催化作用逐渐减弱
高温都会使酶变性失活
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。
探究PH对酶活性的影响
（1） 原理： ， 的改变会影响__________，
进而影响氧气的生成速率，可通过观察气泡的多少来了解 的生成速率。
酶的活性
（2）步骤
实验步骤 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
一 注入等量过氧化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴
二 注入不同 的溶液 蒸馏水 盐酸 溶液
三 注入等量的过氧化氢溶液
四 观察现象 有大量气泡产生 基本无气泡产生 基本无气泡产生
（3） 实验结论：酶的催化作用需要__________，_______________都会影响酶的活性。
适宜的
偏低或偏高
（3）实验变量分析
自变量
因变量
无关变量
对照类型
PH
酶活性
温度 反应物浓度等
相同且适宜
相互对照
注意
①该实验中宜先保证酶的最适温度（排除温度干扰），先将酶溶液的 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，让反应物与酶接触
②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。
③不宜采用淀粉酶催化淀粉的反应，因为在酸性条件下淀粉也会被水解，从而影响实验的观察效果。
（4）探究酶的最适PH
1.设计思路：设计一系列不同 PH的实验组进行相互对照，对比实验结果得出结论。
2.设计方案
（5）相关曲线
在一定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用增强，超过最适温度，酶的催化作用逐渐减弱
过酸、过碱都会使酶变性失活
3.温度和 对酶促反应速率的影响
不同 条件下，酶最适温度不变；
不同温度条件下，酶最适 也不变
酶作用条件较温和
酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的
一般来说，动物体内的酶最适温度在35-40；植物体内的酶最适温度在40-50；细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大，有的酶最适温度可高达70.动物体内的酶最适PH大多在6.5-8.0，但也有例外，如胃蛋白酶的最适PH1.5;植物体内的酶最适PH大多为4.5-6.5
酶制剂适宜保存条件：
低温，适宜PH
四 影响酶促反应的因素
酶活性
酶浓度
底物浓度
影响酶促反应因素—酶活性
原理：温度和PH通过影响酶活性影响酶促反应速率
影响酶促反应因素—底物浓度
甲图：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的增加而加快，当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再加快
影响酶促反应因素—酶浓度
在底物足量、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比
竞争性抑制剂的抑制作用可以通过增大底物的浓度来抵消其抑制作用。
非竞争性抑制剂其抑制作用不能通过增加底物的浓度来抵消其抑制作用。
A.抑制剂
①竞争性抑制剂：抑制剂与底物竞争酶。
②非竞争性抑制剂：抑制剂与底物不存在竞争关系。
影响酶促反应因素—抑制剂
：提高酶活性的物质，称为酶的激活剂。
有些酶在有激活剂存在时才有活性或性较高。
大部分激活剂是无机盐离子，
K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cl-、I-等。
激活剂
选择性必修3 P77
影响酶促反应因素—激活剂

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