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高中生物学
（苏教版2019）
第三章 细胞中能量的转换和利用
第1节 生命活动所需要酶和能源物质
第1课时 生物催化剂——酶
课标内容
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)的影响。
生物催化剂——酶
01
酶的本质
阅读课本74、83页，结合视频资料，思考：酶是什么？
科学家 实验推论或结论
巴斯德以前 认为发酵是纯 ，与__________ 无关。
1857年法国 巴斯德 发酵是由于 ___ 的存在，即有 ___的参与才能引起发酵。
德国 李比希 引起发酵的是 ___ 中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞 ___ 后才能发挥作用。
化学反应
生命活动
酵母菌
活细胞
酵母细胞
死亡并裂解
酶的本质
科学家 实验推论或结论
1897年德国 毕希纳 发现不含酵母细胞的提取液同样能引起发酵并将酵母细胞中引起发酵的物质称为________。
1926年美国 萨姆纳 从刀豆中提取脲酶结晶，并证明其本质是________。
1936年 科学家制取了胃蛋白酶、胰蛋白酶结晶，发现它们的化学本质是____________。
20世纪80年代美国切赫和奥特曼 发现少数 也具有生物催化功能（称核酶）。
酿酶
蛋白质
RNA
阅读课本74、83页，结合视频资料，思考：酶是什么？
蛋白质
酶的本质
酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物，其中绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数是RNA。
酶的概念
酶的本质
化学本质
基本单位
合成场所
来源 生理功能 作用场所 绝大多数酶是蛋白质
少数酶是RNA
氨基酸
核糖核苷酸
核糖体
细胞核
活细胞（哺乳动物成熟的红细胞不能合成）
催化作用
胞内胞外都可以起作用
酶的本质
02
酶的特性
2H2O2 → ________+ _____
2H2O
O2
酶的催化作用具有高效性
实验目的：通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解酶的作用和特性。
实验原理：过氧化氢在高温或铁离子或过氧化氢酶的作用下都可分解成水和氧气。
材料用具： 酵母菌磨液（或肝脏研磨液或马铃薯研磨液），3% H2O2溶液，3.5% FeCl3溶液 。量筒，试管，酒精灯等。
新鲜的
过氧化氢酶含量较高
从细胞中释放过氧化氢酶
实验时为什么选用新鲜的肝脏（酵母菌或马铃薯）？
酵母菌为什么要制成研磨液？
1、与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明了什么？
2、在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？
3、3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？
4、3号与4号相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？
讨论：
这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解,提高反应速率
FeCl3中Fe3+和猪肝研磨液的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率
不能
2号试管放出的气泡多。
4号
说明酶具有高效性
一、酶在细胞代谢中的作用
科学方法：控制变量和设计对照实验
自变量：在实验过程中__________________________________
因变量：随_________的改变而变化的变量。
无关变量：除_______外，实验过程中可能还存在一些对实验结果__________的可变因素。
对照实验：除了一个因素以外，其余因素都__________的实验。
单一变量原则：在对照实验中，除了________外，其他变量都应当_____________。
人为控制的对实验对象进行处理的因素
自变量
自变量
造成影响
保持一致
自变量
相同且适宜
步骤 试管编号 说明
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 结论 不明显
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
变亮
复燃
自变量
因变量
无关变量
对照组
实验组
等量性原则
等量性原则
单一变量原则
变量
对照实验
无关变量
人为改变的变量
随自变量的变化而变化的变量
1.高温可以加快过氧化氢分解
2.FeCl3能催化过氧化氢分解
3.过氧化氢酶能催化过氧化氢分解
4.过氧化氢酶的催化效率比FeCl3高
酶的催化作用具有高效性
1.取三支洁净的试管，进行如下的实验操作，请分析回答下列问题：
编号 加入物质 处理
1 3 mL体积分数为3%的H2O2溶液 滴入1 mL蒸馏水
2 滴入1 mL 5%的FeCl3溶液
3 滴入1 mL新鲜酵母菌液(含过氧化氢酶)
(1)观察比较三支试管中溶液产生的气泡数量；将带火星的木条分别插入三支试管内，观察比较木条燃烧的情况。
提示：1号试管基本无气泡，木条不复燃；2号试管有较多气泡，木条复燃；3号试管有更多气泡，木条猛烈燃烧。
情境探疑
(2)本实验的自变量是____________________________，因变量是____________________，无关变量有_______________________________
_______________________________________等(至少回答出两点)。
(3)通过本实验的实验结果，可以说明什么(即实验结论)
本实验可说明无机催化剂和酶均具有催化作用以及酶的催化作用具有高效性。
有无催化剂以及催化剂的种类
H2O2的分解速率
H2O2溶液的量和浓度、温度、
pH、蒸馏水、FeCl3溶液、酵母菌液的量
情境探疑
时间
产物
加酶
加无机催化剂
不加催化剂
平衡点
酶的催化作用具有高效性
a
b
c
时间
产物
a 加酶
b 加无机催化剂
c 不加催化剂
__________对比说明酶具有高效性。
a、b、c
a、c对比说明酶具有_____
______。
催化剂只能缩短达到平衡的时间，不能改变平衡点
催化
作用
酶的催化作用具有高效性
为什么加热、FeCl3、H2O2酶能加快化学反应？
分子从常(基)态转变为容易发生化学反应的活跃状态(过渡态)所需的能量称为活化能。
H2O2 (常态)
能量
活化能
H2O2(活跃状态)
活化能的概念
加热、FeCl3、H2O2酶的作用机理
提高分子的能量
降低化学反应的活化能
更显著地降低化学反应的活化能
加热
Fe3+
酶
与无机催化剂相比较，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。
酶催化的实质——显著降低化学反应的活化能
酶催化的实质——显著降低化学反应的活化能
条件 活化能kJ/mol
无催化剂催化 75.24
用无机催化剂催化 48.9
用过氧化氢酶 8.36
资料：淀粉酶——只能催化淀粉的分解。
过氧化氢酶——只能使过氧化氢分解。
二肽酶——可以使所有的二肽分解
酶的专一性：一种酶只能催化一种或一类化学反应。
意义：
保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。
酶的催化作用具有专一性
酶-底物 复合物
1）锁钥学说：认为整个酶分子的天然构象具有刚性结构，酶表面具有特定的形状。E与S的结合如同一把钥匙对一把锁一样。
2）诱导契合学说：酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状,从而有利于底物的结合。。
酶
酶-底物 复合物
酶的催化作用具有专一性
序号 项目 试管1 试管2
1 注入可溶性淀粉溶液 2mL ——
2 注入蔗糖溶液 —— 2mL
3 注入新鲜的淀粉酶 2mL 2mL
4 60℃下保温时间 5min 5 加入斐林试剂 2mL,振荡 6 水浴加热 1min 7 实验现象 8 实验结论 探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
酶的催化作用具有专一性
(1)试管1和试管2中分别有什么现象？上述实验结果说明酶具有什么特性？
提示：1号试管有砖红色沉淀生成，2号试管不出现砖红色沉淀。本实验结果说明酶具有专一性。
(2)上述实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为检测试剂？
提示：不能。因为碘液只能检测淀粉是否被水解，蔗糖分子是否水解都不会使碘液变色。
(3)本实验的自变量是__________，因变量是________________，无关变量有____________________________________________ (至少回答出两点)。
(4)实验中如果2号试管也产生了砖红色沉淀，可能的原因是什么？
提示：蔗糖溶液放置的时间过长，蔗糖被溶液中的微生物分解成还原糖；试管不干净，试管中混有还原糖。
底物种类
底物是否被水解
底物的量、滴加淀粉酶溶液的量、温度、pH等
情境探疑
03
探究影响酶促反应速率的因素
方 法 步 骤 取六只试管编号 1 1＇ 2 2＇ 3 3＇
淀粉溶液 2ml / 2ml / 2ml /
淀粉酶溶液 / 1ml / 1ml / 1ml
温度处理5min 100℃ 60℃ 0℃ 混合后保温5min 将同一温度内的两物质混合、摇匀 滴加碘液摇匀 1滴 1滴 1滴 结果 现象 结论 探究温度对酶活性的影响
变蓝
不变蓝
变蓝
酶的催化需在适宜的温度下进行，温度过高或过低都会影响酶的活性
(1)淀粉和淀粉酶为什么要预热到同一温度再混合？
提示：保证反应一开始就达到预设温度，不会因为混合而改变温度。
(2)能否用过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响？
提示：不能。探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度，而过氧化氢在高温时会分解，影响对实验结果的分析。
(3)在探究温度对淀粉酶活性的影响的实验中能否用斐林试剂来检测？
提示：不能。因为斐林试剂与还原糖只有在水浴加热的条件下才有砖红色沉淀生成，会对实验结果造成影响。
情境探疑
在一定范围内，随着温度的升高，酶的活性逐渐增强；
达到最适温度时，酶的活性最高；
超过最适温度时，随着温度的继续升高，酶的活性逐渐下降。
酶活性受温度影响示意图
温度过高会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活
建构数学模型
在0℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高。因此，酶制剂适宜在低温下保存。
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45～50℃;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℃。
步骤 试管编号 1号 2号 3号
20%的肝脏研磨液 1 mL 1 mL 1 mL
蒸馏水 1 mL － －
0.01 mol/L的氢氧化钠溶液 － 1 mL －
0.01 mol/L的盐酸溶液 － － 1 mL
3%的过氧化氢溶液 2 mL 2 mL 2 mL
振荡试管 结果 有大量气泡产生 无明显气泡 无明显气泡
带火星的卫生香是否复燃
探究pH对过氧化氢酶活性的影响
不复燃
不复燃
迅速复燃
(1)该实验中，能否在加入肝脏研磨液后，直接加入3%的过氧化氢溶液，然后再调节pH
提示：不能。因为酶的作用具有高效性，在调节pH之前，试管中已经发生了剧烈反应，会影响实验结果。
(2)本实验能否选用淀粉酶和淀粉作为实验材料？为什么？
提示：不能。因为淀粉酶催化的底物淀粉在酸性条件下也会发生水解反应。
情境探疑
υ/mmol. s-1
0
pH
酶活性受pH影响示意图
一般地，动物体内的酶最适pH在6.0－8.0之间；但是胃蛋白酶的最适pH为1.5;
植物体内的酶最适pH在大多为4.5－6.5。
pH低于最适pH时
酶活性随着pH的升高而上升
pH高于最适pH时
酶活性随着pH的升高而下降
最适pH时：
酶活性最高
建构数学模型
7
pH
2
0
1
3
4
5
6
8
9
10
胃蛋白酶
胰蛋白酶
11
12
13
14
反应速率
胰蛋白酶和胃蛋白酶的最适pH
影响酶促反应速率的因素：
1、温度:
3、酶的浓度：反应速率随
酶浓度的升高而加快。
4、底物浓度：在一定浓度
范围内，反应速率随浓
度的升高而加快，但达
到一定浓度，反应速率
不再变化
酶促反应速率
酶的浓度
酶促反应速率
底物浓度
酶数量和酶的活性
2、pH：
底物充足
影响酶的活性
影响酶的活性
1.酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸。( )
2.酶具有调节细胞代谢的作用。( )
3.酶通过为反应物供能，使活化分子增多来提高反应速率。( )
4.由于酶在化学反应前后性质和数量没有改变，所以酶具有高效性。( )
5.酶的专一性与酶的活性中心和底物分子在空间结构上有特殊的匹配关系相关。( )
6.酶最好在最适pH、最适温度的条件下保存。( )
×
×
×
×
√
×
自查自纠
例1 用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是(　)
A.蛋白质 B.脂肪酶
D.淀粉酶
C.RNA
典例应用
例2 下列有关酶的叙述正确的是(　　)
①是有分泌功能的细胞产生的　②有的从食物中获得，有的在体内转化而来　③活细胞一般都能产生酶　④酶都是蛋白质　⑤有的酶不是蛋白质　⑥酶在代谢中有多种功能　⑦在新陈代谢和生长发育中起调控作用　⑧酶只是起催化作用
A.①②⑤ B.①⑤⑧ D.①③⑤
C.③⑤⑧
典例应用
例3 (多选)在下图所示的实验中，相关叙述正确的是(　　)
A.过氧化氢的量和浓度均相同
B.自变量是催化剂的种类
C.说明酶的催化具有高效性
D.两试管气泡生成速率相差不大
典例应用
例4 下表是关于酶专一性的实验设计。下列相关叙述正确的是(　　)
C.若步骤3选用新鲜的淀粉酶，则现象A是产生砖红色沉淀，现象B是无砖红色沉淀产生
步骤 1 2 3 4 5
注入淀 粉溶液 注入蔗糖溶液 注入某种酶 溶液 注入斐林试剂水浴加热 观察现象
试管Ⅰ 2 mL － 2 mL 2 mL A
试管Ⅱ － 2 mL 2 mL 2 mL B
A.该实验的自变量是酶的种类，无关变量是底物的用量、反应温度等
B.步骤3只能选用新鲜的淀粉酶
D.该实验还可以选用碘液作为检测试剂
典例应用
例5 在探究pH对过氧化氢酶活性的影响实验中，为设置过氧化氢酶溶液的不同pH，有同学按下图所示进行操作，其中向试管丙中加入的溶液X可选用(　　)
B.NaOH溶液
A.KCl溶液
C.肝脏研磨液 D.过氧化氢溶液
典例应用
选项 探究课题 选用材料与试剂
A 温度对酶活性的影响 过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液
B 温度对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
C pH对酶活性的影响 新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
D pH对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林试剂
例6 为了探究温度、pH对酶活性的影响，下列实验设计最合理的是(　　)
典例应用
思维导图 晨读必背
1.绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA。
2.酶催化作用的实质是降低化学反应的活化能。
3.酶具有高效性和专一性等特性，酶的催化作用通常是在常温、常压下进行的。
4.影响酶活性的主要条件是温度和pH。
课堂小结
1.下列关于酶的叙述，错误的是(　　)
A.活细胞一般都能产生酶
B.酶可以被水解为氨基酸或核糖核苷酸
C.酶在细胞内外都能发挥催化作用
D.酶应在最适温度和pH下保存
随堂检测
2.酶和无机催化剂加快某化学反应的机理如图所示(Ea、Eb、Ec为活化能，指底物分子“活化”所需的能量)。下列叙述正确的是(　　)
D.由图中Ec与Eb比较可知，酶具有高效性
A.酶所降低的化学反应活化能是Ec
B.因Eb>Ec，所以无机催化剂降低活化能更显著
C.没有催化剂，该化学反应一定不能发生
随堂检测
3.关于探究酶特性的实验叙述中，最恰当的是(　　)
A.若探究pH对酶活性的影响，可选择可溶性淀粉溶液为底物
C.若探究温度对淀粉酶活性的影响，可选择斐林试剂对实验结果进行检测
D.若用淀粉、蔗糖和淀粉酶来探究酶的专一性，可用碘液对实验结果进行检测
B.若探究过氧化氢酶的高效性，可选择无机催化剂作为对照
随堂检测
4.(多选)蔗糖酶能将一分子蔗糖水解为一分子果糖和一分子葡萄糖。如图表示蔗糖酶在最适温度下催化底物水解的模型，下列有关叙述错误的是(　　)
A.该模型能解释酶具有高效性
B.模型中乙表示蔗糖酶，为甲的水解提供反应的活化能
C.模型中乙的化学结构在生化反应的前后不会发生改变
D.若温度适当升高或降低5 ℃，酶的催化速率都将下降
随堂检测
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