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酶催化细胞的化学反应
第二节
第四章 细胞的代谢
高一生物 必修一
酶在生命活动中起什么作用？
消化道中的唾液淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶是大家比较熟悉的酶。其实在细胞中，几乎所有的化学反应都有酶的参与。酶具有怎样的结构特点？在细胞的生命活动中酶起什么作用？让我们从观察酶催化反应开始，认识酶的特点，并学习探究环境因素对酶活性的影响。
观察酶的催化作用
思考与讨论：
1. 指出本实验中的对照组，说明其在实验中的作用。
2. 描述试管 B、C 的实验现象，并尝试分析肝脏中过氧化氢酶的作用。
动物肝脏细胞中有丰富的过氧化氢酶，可催化过氧化氢（H2O2）的分解，放出 O2。FeCl3 是无机催化剂，也可催化 H2O2 分解。通过比较两种催化反应的气泡产生量，可以判断酶的催化效率。取 3 支试管，分别标记为 A、B、C。加入试剂和材料，并用封口膜盖住试管口。观察各试管内气泡产生情况。然后，用带火星的线香插入各试管内测试火光亮度变化，并将实验结果记录在表中。
1．酶是生物催化剂
在“观察酶的催化作用”实验中看到，H2O2 在常温下分解缓慢；加入新鲜的动物肝脏匀浆液后，H2O2 迅速分解，释放出 O2，说明肝脏中的过氧化氢酶可以加快反应速率。
1．酶是生物催化剂
H2O2分解的反应式如下：
从反应式中可以看到，酶既不是反应物，也不是产物，而是起催化剂的作用。在反应中，酶可以重复使用，反应物称为酶的底物。
（1）酶的来源：是活细胞产生的具有催化能力的生物大分子（环境条件允许，酶在脱离了生命机体后仍然有催化活性）
（2）生理作用：催化作用
（3）化学本质：
酶的本质
化学本质 （绝大多数）蛋白质 （少数）RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
合成场所 核糖体（合成蛋白质） （主要）细胞核（合成RNA）（真核生物）、线粒体、叶绿体
存在场所 主要在细胞内，也可存在于细胞外
酶活性
我们将酶催化特定化学反应的能力称为酶活性，也叫酶活力，可用其在一定条件下催化某一化学反应的速率表示。
应用：洗衣粉中的超效加酶。
酶的特性
（1）酶具有高效性
旺盛的生命活动需要快速的化学反应作为基本保障。酶具有非常高的催化效率（高效性）。例如，单个过氧化氢酶分子在1s内可以催化四千万个过氧化氢分子分解。
酶的特性
（2）酶具有专一性
细胞中已知的酶有数千种，每一种酶通常只催化一种或一类化学反应（专一性）。
例如，催化黑色素合成的酶一旦缺乏或功能减退，就可能会引起白化病。
2．酶的功能与其分子结构相关
酶的命名：习惯上根据酶的底物或所催化的反应来命名。
例如，胰蛋白酶是胰腺产生的催化蛋白质水解的酶，DNA聚合酶是催化DNA合成的酶。
活性中心
酶的功能与其分子结构密切相关。酶分子上有与底物结合并起催化作用的空间区域，称为活性中心。底物只有与酶的活性中心契合时才能被催化。反应完成后，酶释放出产物，又会接受下一个底物分子进行新一轮反应。
广角镜：酶抑制剂
有一些物质会对酶产生抑制作用，引起酶的活性降低或丧失，这类物质统称为酶抑制剂。
常见的抑制形式有：
①抑制剂与底物竞争酶的活性中心，减少底物与酶的有效结合；
②抑制剂与酶的其他部位结合，改变了酶的空间结构，使酶的活性中心不能与底物有效结合。
广角镜：酶抑制剂
许多农药和药物是依据这种机理设计的，如除草剂草甘膦、镇痛的布洛芬以及多种抗癌药物等，一些外源性的毒素也是通过酶活性抑制途径对生物体产生毒性的。
3．酶活性受环境因素影响-温度影响
酶通常在其适合的温度时活性最高，如人体内酶的最适温度范围是 35~40℃，低于或高于最适温度，酶活性均会降低。高温会破坏酶的空间结构，产生不可逆的变化，使酶活性丧失。
酶活性受环境因素影响-温度影响
不同种类的生物，其细胞中的酶有各自最适温度。例如，一些生活在高温温泉中的微生物甚至能在100 ℃水体中生存，它们细胞中的酶在高温环境下活性较高。
水分子环境酸碱度对酶活力影响很大。每一种酶都有其最适的pH范围，与其发挥作用的环境pH一致。
酶活性受环境因素影响-pH影响
例如，口腔内的唾液淀粉酶适合中性环境，胃蛋白酶的最适pH范围则在2左右，而胰腺分泌的胰蛋白酶在小肠工作，适应弱碱性的环境。
酶活性受环境因素影响-pH影响
实验4-2 研究温度对淀粉酶活性的影响
酶活性是反映酶功能的重要指标，一般通过测定单位时间内底物的减少量或产物的增加量来表示。淀粉酶催化淀粉水解产生还原糖，DNS试剂（主要成分为二硝基水杨酸）与还原糖反应产生颜色变化，还原糖量越多，颜色变化越大。可通过分光光度法定量测定颜色变化来测定淀粉酶活性。
实验目标
实验原理
探究温度对淀粉酶活性的影响
实验4-2 研究温度对淀粉酶活性的影响
实验材料
0.005%淀粉酶溶液、0.25%可溶性淀粉溶液、DNS试剂、5%NaOH溶液、烧杯、试管、滴管、玻璃棒、温度计、分光光度计、冰块、恒温水浴锅等。
实验4-2 研究温度对淀粉酶活性的影响
分析结果
1．测定的吸光度与酶活性之间的关系是什么？
2．描述你绘制的曲线，解释温度对酶活性的影响。从曲线中能否得出该淀粉酶反应的最适温度？
课堂练习
1．在小型圆底烧瓶内盛等量的H2O2，并向瓶中迅速加入等量的如图中的物质，烧瓶口紧包着一个小气球，使烧瓶沉于烧杯底部的同一位置。下列相关分析正确的是(　　)
A．实验中的自变量是温度
B．肝脏研磨液中的H2O2酶通过提供能量而起催化作用
C．上述装置中，沉入底部的烧瓶最先浮起的是图3
D．图1与图2对照或图2与图3对照，均能说明酶具有高效性
C
2．在生物体内，各种化学反应之所以能有条不紊地进行是因为(　　)
A．酶的催化效率具有高效性
B．酶的种类具有多样性
C．酶的催化作用具有专一性
D．酶的空间结构具有稳定性
课堂练习
C
课堂练习
3．嫩肉粉是以蛋白酶为主要成分的食品添加剂，就酶的作用特点而言，下列使用方法中最佳的是(　　)
A．炒肉的过程中加入
B．肉炒熟后起锅前加入
C．先用沸水溶解后与肉片混匀，炒熟
D．室温下与肉片混匀，放置一段时间，炒熟
D
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