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新人教版 高一
第五章 细胞的能量供应和利用
5.1 降低化学反应活化能的酶（第二课时）
温故
酶在代谢中的作用
实验：比较H2O2在不同条件下的分解
酶具有催化作用，显著降低化学反应活化能
酶的本质
关于酶本质探索
绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。
知新
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数是RNA。（教材P81，黑体字）
来源
酶的概念
化学本质
功能
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数是RNA。（教材P81，黑体字）
有酶参与催化的反应称之为酶促反应
酶促反应：
酶
酶
酶
底物
中间产物
产物
酶+底物
酶-底物复合物
酶+产物
酶(Enzyme, E)与底物(Substrare, S)结合形成酶-底物复合物，然后发生反应，产生产物（Product，P） 。
一、酶的特性
各条件使反应加快的本质：
加热：
Fe3+：
酶：
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。
提高分子的能量
降低化学反应的活化能
同无机催化相比，能更显著地降低化学反应的活化能
An enzyme that reduces the activation energy of chemical reactions
降低化学反应活化能的酶
一、酶的特性
高效性：酶的催化效率极高 ！
酶降低化学反应活化能示意图
① 内容：与无机催化剂相比，酶催化效率更高。是无机催化剂107~1013倍。
酶降低活化能的作用更显著。
②意义：
1）保证细胞内化学反应顺利进行。
2）保证细胞内能量供应稳定。
An enzyme that reduces the activation energy of chemical reactions
降低化学反应活化能的酶
E+S
ES
E+P
③原因——中间产物学说
酶(Enzyme, E)与底物(Substrare, S)结合形成酶-底物复合物，
然后发生反应，产生产物（Product，P）。这两个过程活化能少，反应速度快。
一、酶的特性
高效性：酶的催化效率极高 ！
设计思路：通过将不同类型催化剂(主要是酶与无机催化剂)催化底物的反应速率进行比较，得出结论。
④实验验证思路——“对比法”验证酶的高效性
一、酶的特性
高效性：酶的催化效率极高 ！
⑤实验验证
一、酶的特性
高效性：酶的催化效率极高 ！
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。
与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
曲线分析：酶只能缩短达到化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的 。酶_______(“能”或“不能”)改变最终生成物的量。
平衡点
不能
一、酶的特性
⑥曲线辨析
①内容：一种酶只能催化一种或一类反应。
一、酶的特性
专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
酶、底物和产物都有自己特定的空间结构，只有结构契合，底物才能进入酶活性中心被催化反应
锁—钥学说
②意义：保证了细胞内化学反应有序进行
③原因：锁钥学说
实验验证酶的专一性 探究1 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
④实验验证专一性思路
思路1：底物不同，酶相同
思路2：底物相同，酶不同
方案一：
淀粉 + 淀粉酶
蔗糖 + 淀粉酶
用斐林试剂检测
“对比法”验证酶的专一性
实验验证酶的专一性 探究1 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
淀粉溶液、蔗糖溶液、淀粉酶溶液、蔗糖酶溶液、斐林试剂、碘液、水浴锅等。
淀粉（非还原性） 麦芽糖（还原性）
淀粉酶
蔗糖（非还原性） 葡萄糖（还原性）+果糖（还原性）
蔗糖酶
淀粉和蔗糖都是非还原糖。
淀粉和蔗糖在酶的作用下都能水解成还原糖。
通过斐林试剂鉴定溶液中是否有还原糖，确定酶促反应产物。
实验原理
实验材料
1号试管 2号试管
实验步骤 一 2ml淀粉溶液 2ml蔗糖溶液
二 分别加入淀粉酶2滴，振荡，试管下半部全部浸入60℃左右的热水中，反应5min 三 加入斐林试剂→振荡→约60℃水浴2min 实验现象 砖红色沉淀 无变化
结论 讨论1：能否用碘液来检测呢？
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使碘液变色。用不同底物、同种酶来探究酶的专一性时，若是用淀粉酶和淀粉、蔗糖(两种底物)，则应用斐林试剂作为检测试剂，不能选用碘液作为检测试剂。
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解
实验验证酶的专一性 探究1 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
方案二：
淀粉 + 蔗糖酶
蔗糖 + 蔗糖酶
方案四：
蔗糖 + 淀粉酶
蔗糖 + 蔗糖酶
方案一：
淀粉 + 淀粉酶
蔗糖 + 淀粉酶
方案三：
淀粉 + 淀粉酶
淀粉 + 蔗糖酶
思路1：底物不同，酶相同
思路2：底物相同，酶不同
用斐林试剂检测
用斐林试剂检测
用斐林试剂检测
用碘液或者斐林试剂检测
探究1 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
改进实验设计
步骤 项目 1 2 3 4 5 6
1 加淀粉溶液 2mL 2mL 2mL
2 加蔗糖溶液 2mL 2mL 2mL
3 加淀粉酶 1mL 1mL
4 加蔗糖酶 1mL 1mL
5 保温 各自在60℃下保温5min 6 加斐林试剂 各加入2mL斐林试剂 7 沸水浴加热
观察颜色 8 沸水浴1min
无砖
红色
无砖
红色
有砖
红色
无砖
红色
无砖
红色
有砖
红色
实验结论：
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解
蔗糖酶只能催化蔗糖水解，不能催化淀粉水解 酶具有专一性。
(1)加入酶A的反应速率一定范围内随底物浓度增大明显加快。
(2)加入酶B的反应速率与未加酶对照组的反应速率相同，对比加入酶A的反应
速率明显慢，说明酶具有专一性。
一、酶的特性
专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
⑤曲线表示
加酶洗衣粉的包装袋上，往往注明这种酶的适用温度范围
不同部位消化液的最适PH不同
唾液的PH为6.2—7.4
胃液的PH为0.9—1.5
小肠液的PH为7.6
资 料
①酶的催化效率可能受温度影响。
②不同的酶需要不同的PH 条件,
酶的催化效率可能受PH值的影响。
酶活性: 酶催化特定化学反应的能力
在一定条件下催化某一化学反应的速率
一、酶的特性
①含义
在一定温度(pH)范围内，酶才起作用。在某一温度（PH）下最强。
酶的作用条件较温和（条件温和）
②原因
酶所催化的化学反应一般是在________的条件下进行的。过酸、过碱或温度过高，都会使酶的_________遭到破坏，使酶永久_____。低温只能使酶的活性____，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会_____。
③意义
保证在细胞温和的条件下进行高效反应。
比较温和
空间结构
失活
降低
升高
一、酶的特性
酶的作用条件较温和（条件温和）
④实验思路
A.实验思路
探究温度对酶活性的影响
B.设计方案
建议：淀粉酶探究温度对酶活性的影响
建议：H2O2探究pH对酶活性的影响
④实验思路
探究温度对酶活性的影响
一、酶的特性
酶的作用条件较温和（条件温和）
实验一：探究温度对酶活性的影响
提出问题：
温度会影响酶的活性吗？
作出假设：
温度会影响酶的活性。
设计实验：
淀粉 麦芽糖
↓碘液 ↓碘液
蓝色 不形成蓝色
讨论6：本实验能否选择斐林试剂代替碘液作鉴定试剂？
⑤实验验证
一、酶的特性
酶的作用条件较温和（条件温和）
进行实验：
分组编号 A1 A2 B1 B2 C1 C2
实 验 步 骤 一
二 三 四 五 实验现象 结论 淀粉2ml
淀粉酶1ml
淀粉酶1ml
淀粉2ml
淀粉2ml
冰水浴5min
37℃水浴5min
沸水浴5min
A1与A2号试管混合摇匀
B1与B2号试管混合摇匀
C1与C2号试管混合摇匀
冰水浴5min
37 ℃水浴5min
沸水浴5min
取出试管分别滴加2滴碘液摇匀观察现象
呈蓝色
无蓝色出现
呈蓝色
淀粉酶1ml
酶的催化需要适宜的温度
自变量？
因变量？
无关变量？
实验一：探究温度对酶活性的影响
一、酶的特性
酶的作用条件较温和（条件温和）
小组合作
设计方案
1试管 1’试管 2试管 2’试管 3试管 3’试管
加淀粉酶 2ml — 2ml — 2ml —
加淀粉 — 2ml — 2ml — 2ml
保温 混合 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 0℃冰水保温5min
60℃水浴保温5min
100℃水浴保温5min
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
分别将每组的两支试管内的液体混合，摇匀
自变量
因变量
无关
变量
实验一：探究温度对酶活性的影响
⑤实验验证
一、酶的特性
酶的作用条件较温和（条件温和）
讨论1：能否用H2O2和H2O2酶（猪肝研磨液）探究温度对酶的影响？讨论2：为什么要先将底物和酶控制到预设温度，再混合反应？
讨论3：能用斐林试剂检测的原因？
讨论4：如何进一步探究淀粉酶的最适温度？
H2O2本身受热易分解，会对实验结果造成干扰。
酶具有高效性，若酶和底物没有在对应温度混合，一混合就已发生反应，降低了实验的说服力。
该实验的自变量是温度，用斐林试剂检测时需要水浴加热，这样会干扰自变量。
缩小温度梯度（梯度要均匀），重复进行上述实验。
实验 步骤 一 取三支试管，编号1、2、3。 二 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 _________________。
三 三支试管都加入 ______________________ 四 三支试管都加入 ，振荡，反应 实验现象
实验结论 2滴NaOH
2 mLH2O2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
【思考】可以用淀粉酶探究PH值对酶活性影响吗？
不能，酸能催化淀粉水解
自变量
因变量
无关
变量
实验二：探究pH对酶活性的影响
⑤实验验证
实验二：探究pH对酶活性的影响
⑤实验验证
改进实验过程(探究pH对酶活性的影响)
a.将3片含酶的滤纸片贴在反应小室的一侧内壁上
b.向反应小室中加入pH=5.0的缓冲液和3%的过氧化氢溶液各2mL
c.将反应小室平放入水槽，并连接量筒，使量筒内充满水。
d.将反应小室旋转180°，每隔30s读取量筒中水平米面刻度一次，共记录四次
e.冲洗反应小室，在pH为6.0、7.0、8.0下重复上述实验。
(一)探究温度对酶活性的影响
②一定范围，酶的活性随温度升高而增强
⑤低温时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，不会失活，在适宜的温度下酶的活性又可升高。
酶制剂常在低温条件下保存。-20℃~-80℃
①在最适温度，酶的活性最高
③超过一定温度，酶的活性随温度升高而降低
④温度过高，空间结构破坏，永久失活
⑥曲线分析
一、酶的特性
酶的作用条件较温和（条件温和）
（1）最适pH，酶的活性最高
（2）最适pH以下，随pH降低，酶活性降低
（3）最适pH以上，随pH升高，酶活性降低
在过酸过碱的条件下，都会使酶的空间结构破坏，酶永久失去活性。
酶的作用条件较温和
（酶的作用需要适宜的温度和pH）
(二)探究pH对酶活性的影响
⑥曲线分析
一、酶的特性
酶的作用条件较温和（条件温和）
唾液（淀粉酶）
pH 6.2~7.4
胃液（胃蛋白酶）
pH0.9~1.5
小肠液（含多种酶）
pH 7.6
唾液淀粉酶进入胃后还能消化淀粉吗？
酶的名称 最适pH
动物体内酶 6.5-8.0
植物体内酶 4.5-6.5
胰蛋白酶 8.0-9.0
胃蛋白酶 1.5-2.2
动物体内酶 35~40℃
植物体内酶 40~50℃
人体内酶 37℃
唾液淀粉酶 37℃
商品淀粉酶 60℃
提示：不能。因为胃内pH很低，导致唾液淀粉酶失活。
在最适的pH或温度下酶促反应一定能进行吗？
提示：不一定。例如在最适pH条件下，将温度调至100 ℃，那么，多数酶也会丧失活性，反应不能进行。
持续发烧不退有时会危及人的生命，你知道其中的原因吗？
提示：酶的影响因素发生很小的变化时，酶活性就会发生很大的改变。人体中酶的最适温度一般为37 ℃，当人体体温高于或低于这个温度时，机体中酶活性就会大大降低，细胞内的各种生物化学反应就不能正常进行了。
加酶洗衣粉洗涤时宜用温水，热水或冷水是否可以？
提示：均不可以。低温会抑制酶的活性，使酶的催化效率降低，达不到理想的洗涤效果；高温会破坏酶的空间结构，使酶水久失活，同样达不到理想的洗涤效果。
细胞代谢有序进行的原因
1．原因：细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，
还与 在细胞中的分布有关。
2．实例：植物叶肉细胞中，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内，与呼吸作用有关的酶分布在___________________内，这样，光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行，就可以互不干扰了。
细胞质基质和线粒体
酶
二、酶促反应的相关曲线分析
酶高效性曲线分析
（1）在与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
（2）酶只缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。
时间
无催化剂
加Fe3+
加过氧
化氢酶
O2生成量
(1)加入酶A的反应速率一定范围内随底物浓度增大明显加快。
(2)加入酶B的反应速率与未加酶对照组的反应速率相同，对比加入酶A的反应
速率明显慢，说明酶具有专一性。
酶的专一性曲线分析
二、酶促反应的相关曲线分析

A
在其他条件适宜、酶量一定的情况下：
OA段：限制因素主要是底物浓度
A点之后：受酶数量的限制
底物浓度、酶浓度影响酶促反应速率曲线分析
在底物足量情况下：
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
温度和PH对酶活性影响的综合曲线分析
0
反应物剩余量（相对值）
PH
30℃
33 ℃
37 ℃
35 ℃
35℃时，反应物剩余量最少，应最接近最适温度；
pH＝7时，反应物剩余量最少，应最接近最适pH。
有酶参与催化的反应称之为酶促反应
酶促反应：
三、影响酶促反应的因素
酶促反应速率：
单位时间内浓度的反应物或生成物浓度的改变量
影响酶促反应的因素：
PH、温度、抑制剂、激活剂
甲曲线分析：
A.在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用 ，超过这一范围，酶的催化作用逐渐 。
B.过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而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。
增强
减弱
三、影响酶促反应的因素
乙曲线分析：
纵坐标为反应物剩余量，剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢；图示pH＝7时，反应物剩余量最少，应为最适pH；反应溶液pH的变化________(填“影响”或“不影响”)酶作用的最适温度。
不影响
三、影响酶促反应的因素
①甲图：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，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，受酶数量的限制，酶促反应速率 。
加快
不再增加
三、影响酶促反应的因素
An enzyme that reduces the activation energy of chemical reactions
降低化学反应活化能的酶
②乙图：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 。
正比
三、影响酶促反应的因素
An enzyme that reduces the activation energy of chemical reactions
降低化学反应活化能的酶
（1）抑制剂
①竞争性抑制剂：抑制剂与底物竞争酶。
A.第一类竞争性抑制剂：
如图，抑制剂的结构与酶的活性中心相似，当抑制抑制与酶结合时，就阻止了底物与酶结合，如果底物与酶结合也会阻止抑制与酶结构。
三、影响酶促反应的因素
B.第二类竞争性抑制剂：
如图，抑制剂与酶的活性中心以外的部位结合，从而使酶的活性中心结构改变，阻止了酶与底物结合。如果酶与活性中心结合，使抑制剂结合部位的空间结构发生改变，从而阻止抑制与酶结合。
网上关于抑制剂的几乎所有题目，都把这种情况认为是非竞争性抑制剂。一定要去伪存真。
①竞争性抑制剂：抑制剂与底物竞争酶。
（1）抑制剂
三、影响酶促反应的因素
由于竞争性抑制剂与底物竞争酶，因此，增大底物浓度，就是使抑制剂与酶结合的减少，从而减小抑制作用。因此，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。
A.第一类竞争性抑制剂：
B.第二类竞争性抑制剂：
三、影响酶促反应的因素
②非竞争性抑制剂：抑制剂与底物不存在竞争关系。
如图，抑制剂与酶的活性中心以外的部位结合，但是不会使酶活性中心的结构改变，因此，不影响酶与底物的结合，这样就形成了底物-酶-抑制剂的三元复合物，
但是底物不会被酶催化为产物，从而达到抑制的作用。
（1）抑制剂
三、影响酶促反应的因素
由于非竞争性抑制剂不与底物竞争，因此，其抑制作用不能通过增加底物的浓度来抵消其抑制作用。
②非竞争性抑制剂：抑制剂与底物不存在竞争关系。
（1）抑制剂
三、影响酶促反应的因素
影响酶活性的因素-调节剂
活性
位点
活性位点
空间结构
改变
重金属离子Hg2+中毒抑制酶的作用
（2）激活剂
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。
如：Cl- 是α-淀粉酶的激活剂
三、影响酶促反应的因素
溶菌酶含片
加酶洗衣粉
消化液
四、酶的应用（酶为生活添姿彩）
An enzyme that reduces the activation energy of chemical reactions
降低化学反应活化能的酶
四、酶的应用（酶为生活添姿彩）
（1）溶菌酶
溶解细菌细胞壁，具有抗菌消炎的作用。在临床上与抗生素混合使用，能增强抗生素的疗效。
(2)加酶洗衣粉
蛋白酶——血渍、奶渍
脂肪酶——油渍
淀粉酶、纤维素酶
四、酶的应用（酶为生活添姿彩）
(3)含酶牙膏
残留在牙缝里的食物残渣是细菌的美食，也导致龋齿的祸根。含酶牙膏可以分解细菌，使我们的牙齿亮白、口气清新。
四、酶的应用（酶为生活添姿彩）
An enzyme that reduces the activation energy of chemical reactions
降低化学反应活化能的酶
(4)多酶片
多酶片中含有多种消化酶，人在消化不良时可以服用。
普通糖衣-胃蛋白酶-肠溶衣糖衣-胰酶
外层
内层
胰酶中包括：胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶等。
普通糖衣保护胃蛋白酶，在胃液中会分解，释放出胃蛋白酶。
肠溶衣保护胰酶，在胃液中不会分解，在小肠中分解，释放出胰酶。
四、酶的应用（酶为生活添姿彩）
教材隐性知识：(1)源于必修1 P84“相关信息”：已知胃蛋白酶的最适pH为1.5，小肠液的pH约为7.6，胃蛋白酶随食糜进入小肠后还能发挥作用吗？为什么？
提示：　不能。因为没有了适宜的pH，胃蛋白酶活性大大下降甚至失活，不再发挥作用。
(2)源于必修1 P85“科学·技术·社会”：溶菌酶能够溶解细菌的_______，具有抗菌消炎的作用。在临床上与抗生素混合使用，能增强抗生素的疗效。
细胞壁
小技巧
一、概念检测1.嫩肉粉的主要作用是利用其中的酶对肌肉组织中的有机物进行分解，使肉类制品口感鲜嫩。由此可推测嫩肉粉中能起分解作用的酶是
A. 纤维素酶 B. 淀粉酶 C. 脂肪酶 D. 蛋白酶
2.能够促使唾液淀粉酶水解的酶是 （ ）
A. 淀粉酶 B. 蛋白酶 C. 脂肪酶 D. 麦芽糖酶
3.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。这是因为加热会 （ ）
A. 提高淀粉酶的活性 B. 改变可溶性糖分子的结构
C. 破坏淀粉酶的活性 D. 破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶的活性
随堂练习
In-class practice
填空默写：
1.(必修1 P78)活化能：__________________________________________所需要的能量。
2.(必修1 P78)与无机催化剂相比，酶 的作用更显著，催化效率更高。
3.(必修1 P81)酶是 产生的具有 作用的有机物，其中绝大多数酶是 。
4.(必修1 P82)酶的专一性是指： 。细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的 是分不开的。
分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态
降低活化能
活细胞
催化
蛋白质
每一种酶只能催化一种或一类化学反应
专一性
小技巧
填空默写：
5.(必修1 P84)酶所催化的化学反应一般是在 的条件下进行的。
6.(必修1 P84) ，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。低温下酶的空间结构 ，因此，酶制剂适宜在_______下保存。
比较温和
过酸、过碱或温度过高
稳定
低温
小技巧

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