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第5章 细胞的能量供应与应用
第1节 降低化学反应活化能的酶——酶的特性
2.各条件使反应加快的本质：
加热：
Fe3+：
酶：
提高分子的能量
降低化学反应的活化能
同无机催化相比，酶能更显著地降低化学反应的活化能，因而催化效率更高。
1.什么是活化能？
3.酶的本质：
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。
是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物。
大部分酶是蛋白质，也有少数是RNA。
知识回顾
一、酶的特性
每滴质量分数为3.5%的氯化铁溶液中铁离子数，大约是每滴质量分数为20%的肝脏研磨液中过氧化氢酶分子的250000倍。但是酶分解过氧化氢的速率依旧快于氯化铁溶液！
大量的实验数据表明，酶的催化效率大约是无机催化剂的107-1013倍，酶具有高效性！
3号
4号
FeCl3
过氧化氢酶
你在踢球或奔跑时，肌细胞需要大量的能量供应。
供能的化学反应如果慢悠悠地进行。
你还能跑那么快吗
化学反应要酶来催化
酶的催化效率要高
健步如飞
思考：请同学们试想如果酶不具有高效性我们的生活会怎样？
酶具有高效性有何意义？
特性一：酶具有高效性
（1）保证了细胞代谢快速有效地进行。
（2）保证了细胞内能量供应的稳定。
酶具有高效性的意义：
酶没有改变产物的生成量，即不能改变化学反应的平衡点，只能缩短达到化学平衡所需的时间。
酶是否增加了产物的生成量？
无机催化剂催化的化学反应的范围比较广，比如酸既能催化蛋白质的水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉的水解。酶也能催化多种反应吗？
特性一：酶具有高效性
实验一：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
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。
在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
实验原理
实验目的
探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
材料用具
质量分数为2%的新配制的淀粉酶溶液。质量分数为3%的可溶性淀粉溶液，质量分数为3%的蔗糖溶液，斐林试剂，热水。
试管，大烧杯，量筒，滴管，温度计，试管夹，三脚架，石棉网，酒精灯，火柴。
实验设计
方案一：酶相同，底物不同
实验一：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
1 号试管 2 号试管
步 骤 一 2ml 淀粉溶液 2ml 蔗糖溶液
二 加入 2ml 新鲜的淀粉酶溶液，振荡，约 60℃ 保温 5min 三 加入 2ml 斐林试剂，水浴加热 1min 现象
砖红色沉淀
无砖红色沉淀
实验结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，而不能催化蔗糖水解。
淀粉酶最适温度
(1)实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂？
不能，因为碘液只能检测淀粉的有无，而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色
(2)该实验的自变量和因变量分别是什么？
自变量：底物的种类；因变量：底物是否被淀粉酶水解。
(3)本实验的设计思路是什么？你还有其他设计思路吗？
探究同一种酶是否能催化不同底物水解。
另一种设计思路：探究不同种类的酶能否催化同一种底物的水解。
实验讨论
实验设计
试管 编号 淀粉 溶液 蔗糖酶 溶液 淀粉酶
溶液
1 2 mL 2 mL
2 2 mL 2 mL
斐林试剂 反应
条件
2 mL 沸水浴
1 min
2 mL
产物鉴定
方案二：酶不同，底物相同
实验一：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
实验一：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
一、酶的特性
酶的专一性：一种酶只能催化一种或一类化学反应。
H2O2 酶 ——只能分解H2O2
脲 酶 ——只能分解尿素
淀粉酶 ——只能分解淀粉
一种
一类
蛋白酶：蛋白质→多肽
肽酶：多肽→氨基酸
二肽酶：二肽→氨基酸
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
2.酶专一性的原因
酶
底物
产物
产物
图中A、B、C、D分别代表什么？
3、酶具专一性的意义：
保证了细胞代谢能够有条不紊地进行
4、曲线分析：
反应速率
反应物浓度
加酶A
加酶B或未加酶
说明酶A能催化该
反应物发生反应。
A表示 。
B表示 。
C、D表示 。
E、F表示 。
酶
被酶催化分解的底物
不能被A催化分解的物质
B分解后的产物
1.(2023·安徽合肥一中高一期中)某研究小组为比较H2O2在不同条件下的分解情况，在常温下进行了如下实验。下列相关叙述错误的是
组别 质量分数为20%的H2O2溶液 实验处理 现象
1 2 mL 不处理 气泡很少
2 2 mL FeCl3溶液 气泡较多
3 2 mL 新鲜猪肝匀浆 大量气泡
A.组1和组3对照可以证明酶具有高效性
B.由于H2O2化学性质不稳定，所以最好现用现配
C.实验温度、H2O2溶液的浓度与用量均为无关变量
D.滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时不能共用一支滴管
√
习题巩固
2.某同学为了验证淀粉酶的专一性设计了以下三种实验方案。方案一：一组试管内加入淀粉酶和淀粉，另一组试管内加入淀粉酶和蔗糖，一段时间后往两组试管中分别加入适量碘液并观察两组试管的颜色反应。方案二：一组试管内加入淀粉酶和淀粉，另一组试管内加入淀粉酶和蔗糖，一段时间后往两组试管中分别加入适量斐林试剂并观察两组试管的颜色反应。方案三：一组试管内加入淀粉酶和淀粉，另一组试管内加入蔗糖酶和淀粉，一段时间后往两组试管中分别加入适量碘液并观察两组试管的颜色反应。下列有关这三种方案的说法，正确的是
A.三种方案中的两组试管加入的底物和酶的量分别相等
B.方案一加入碘液可以鉴定淀粉是否被分解，也能证明蔗糖是否被分解
C.方案二加入斐林试剂可以鉴定淀粉是否被分解，但不能证明蔗糖是否被分解
D.方案三能通过颜色反应判断两组试管中是否有还原糖产生
√
唾液（淀粉酶）
pH 6.2~7.4
胃液（胃蛋白酶）
pH 0.9~1.5
小肠液（含多种酶）
pH 7.6
使用温水30-40℃效果最佳，切勿用60 ℃以上的热水
加酶
背景资料
1、酶的催化效率可能受温度影响。
2、酶的催化效率可能受pH值的影响，并且不同的酶需要不同的pH 条件。
阅读上述材料，能得出哪些结论？
一、酶的特性
酶催化特定化学反应的能力。
酶活性：
底物 + 不同温度 + 酶
底物 + 不同PH + 酶
一段时间后
检测
底物的减少量或
产物的生成量
实验二 探究温度、pH对酶活性的影响
实验思路：
通常以单位时间内底物减少的量或产物生成的量（即化学反应的速率）来表示酶活性的大小。
反应物的量
生成物的量
反应时间
(由酶催化的化学反应)
阅读课本82-83页，借助课本中的材料，思考下列问题？
1.选择淀粉酶还是H2O2酶作为实验材料？
三组，高温，低温和常温(60℃)
3.至少要设计几组实验？选择几个温度？
淀粉酶，因为 H2O2受温度影响也会分解。
4.观察指标怎么确定，选择什么样的鉴定试剂？
滴加碘液，观察颜色变化
2.本实验的自变量、因变量各是什么？
自变量：温度；因变量：酶的活性
实验二 探究温度对酶活性的影响
步骤 试管1 试管2 试管3 试管4 试管5 试管6
1
2 3 4 5 实验现象 实验结论 酶的作用需要适宜的温度，温度过高或过低都会影响酶的活性，使酶活性降低
蓝色 无明显颜色反应 蓝色
2ml淀粉溶液
1ml淀粉酶溶液
+
+
+
+
+
+
分别保温5min
0℃冰浴
60℃水浴
100℃沸水浴
将试管2中的溶液倒入试管1中混合
将试管4中的溶液倒入试管3中混合
将试管6中的溶液倒入试管5中混合
分别保温2min
冰浴 60℃水浴 沸水浴
加入2滴碘液，观察颜色变化
为何不选斐林试剂鉴定？
实验要严格控制温度，斐林试剂需加热
1.探究温度对酶活性的影响
先将酶与底物分别于不同温度下保温一段时间后再混合
防止在达到控制温度前淀粉酶已将淀粉水解
温度
反应速率
最适温度
A
B
C
在一定温度范围内，酶促反应速率随温度的升高而加快
在最适温度时，酶促反应速率最快
AB段：
B 点：
BC段：
超过最适温度，酶促反应速率随温度升高而减慢，直至酶失活。
1.探究温度对酶活性的影响
低温(如A点)影响酶的活性，但不会使酶的空间结构遭到破坏，温度适当升高后，酶仍能恢复活性。但高温(如C点)会导致酶的空间结构遭到破坏，使其永久失活。
高温破坏酶的空间结构，使酶失活
低温保存酶等蛋白质制品
1.选择淀粉酶还是H2O2酶作为实验材料？
三组，偏酸性、偏碱性及中性(pH=7)
3.至少要设计几组实验？
H2O2酶，因为淀粉在酸性条件下可以水解
4.观察指标怎么确定？
观察试管中气泡产生情况（卫生香复燃）
2.本实验的自变量、因变量各是什么？
pH、酶的活性
阅读课本82-83页，借助课本中的材料，思考下列问题？
实验二 探究pH对酶活性的影响
实 验 步 骤
1 2
3 4 实验现象
结论 各加入3%过氧化氢2mL
反应约5min，记录气泡产生情况（或插入卫生香，观察复燃情况）
各加入2滴肝脏研磨液
1号
2号
3号
1mL PH=7的缓冲液
1mL HCl
1mLNaOH
酶的作用需要适宜的PH，PH偏高或偏低都会使酶活性降低
有大量气泡产生
卫生香复燃明显
无明显气泡产生
卫生香不复燃
无明显气泡产生
卫生香不复燃
不能。若调换2、3步骤,在调节pH之前,试管中已经发生了反应,从而影响实验结果。
2.探究pH对酶活性的影响
能否将步骤2、3调换
为什么
pH
反应速率
最适pH
D
E
F
在一定pH范围内，酶促反应速率随pH的升高而加快
在最适pH时，酶促反应速率最快
DE：
E点：
EF：
超过最适pH后，酶促反应速率随pH升高而减慢，直至酶失活。
①在最适pH条件下，酶活性最高（如E点）。pH偏高和偏低，酶活性都会明显降低。
2.探究pH对酶活性的影响
②过酸（如D点）、过碱（如F点）都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。
7pH20134568910胃蛋白酶胰蛋白酶11121314反应速率活性最高活性最高失活【变性】失活【变性】失活【变性】低温降低酶的活性，但不破坏酶的结构。过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。酶催化的化学反应一般在比较温和的条件下进行。一般来说动物内体酶的最适温度在35℃~40℃；动物体内酶的最适pH大多在6.5~8.0，但也有例外，如胃蛋白酶的最适pH为1.5；植物体内酶的最适温度在40℃~50℃；植物体内的酶的最适pH大多在4.5~6.5。温度反应速率最适温度随物种不同而有差异最适温度一、酶的特性3.作用条件温和3.作用条件温和
与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。每一种酶只能催化一种或一类化学反应。在最适温度（pH)时，酶的催化作用最强。高效专一温和一、酶的特性不同pH条件下，酶最适温度________；
反应溶液pH的变化________(影响/不影响)酶作用的最适温度。
不变
不变
不影响
不影响
不同温度下，酶最适pH________；
反应溶液温度的变化________(影响/不影响)酶作用的最适pH。
1. 温度、pH对酶活性的综合影响
自变量
自变量
二、影响酶促反应速率的因素
酶促反应速率
酶的浓度
底物充足
酶促反应速率
底物浓度
酶量一定
1、温度
2、PH值
3、酶的浓度
4、底物浓度
(P点后速率受酶数量、酶活性限制)
通过影响酶的活性，进而影响酶促反应的速率。
底物不足
增加底物
底物浓度和酶浓度是通过影响底物和酶的接触概率来影响酶促反应速率，并不影响酶的活性
二、影响酶促反应速率的因素
二、影响酶促反应速率的因素
激活剂和抑制剂
酶的活性常受到某些物质影响，有些物质能增加酶的活性，称为酶的激活剂；
另一些物质则降低酶的活性，称为抑制剂。
很少量的激活剂或抑制剂就会影响酶的活性，而且常具有特异性（值得注意的是激活剂和抑制剂不是绝对的，有些物质在低浓度时为某种酶的激活剂，而在高浓度时则成为该酶的抑制剂，NaCl是唾液淀粉酶的激活剂，但NaCl浓度到1/3饱和度时就可抑制唾液淀粉酶的活性）。
抑制剂
a竞争性抑制剂
可通过增大底物浓度来抵消抑制剂的抑制作用
抑制剂与底物竞争酶
b非竞争性抑制剂
不可通过增大底物浓度来抵消抑制剂的抑制作用
1、图曲线b表示在最适温度和pH条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析正确的是
A.增大pH，重复该实验，A、B点位置都不变
B.B点后，升高温度，酶活性增加，曲线将呈现曲线c所示变化
C.酶量增加后，图示反应速率可用曲线a表示
D.反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素
√
练习
练习
2、下图纵轴为酶反应速度，横轴为底物浓度，其中正确表示酶量增加1倍时，底物浓度和反应速度关系的是
B
练习
3、胰蛋白酶作用于一定量的某种物质（底物），湿度保持37℃，pH保持在最适值，生成物量与反应时间关系如下图，请回答下列问题：
（1）该酶作用的底物是_________。
（2）在140分钟后，曲线变成水平，这是因为______________。
（3）若增加胰蛋白酶浓度，其他条件不变，请在原图上画出生成物量变化的示意曲线。
蛋白质
底物量一定，
底物已被消耗尽
练习
4、用某种酶进行有关实验的结果如图所示，下列有关说法错误的是
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－是酶的激活剂
C
5、除了温度和pH对酶活性有影响外，一些抑制剂也会降低酶的催化效果．图1为酶作用机理及两种抑制剂影响酶活性的机理示意图，图2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．下列说法不正确的是（　　）
A. 非竞争性抑制剂降低酶活性的机理与高温、低温对酶活性抑制的机理相同
B. 据图可推测，竞争性抑制剂与底物具有类似结构而与底物竞争酶的活性位点
C. 底物浓度相对值大于15时，限制曲线甲酶促反应速率的主要因素是酶浓度
D. 曲线乙和曲线丙分别是在酶中添加了竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂的结果
A
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。
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。
【科学技术社会】酶为生活添姿彩
加酶洗衣粉
蛋白酶——血渍、奶渍
脂肪酶——油渍
淀粉酶、纤维素酶
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。
果胶酶
分解果肉内细胞壁中的果胶，提高果汁产量，使果汁变得澄清。
二、影响化学反 应速率的条件
①温度
②PH值
③酶的浓度
④底物浓度
通过影响酶的活性，进而影响酶促反应的速率
通过影响底物与酶的接触，进而影响酶促反应的速率，但并不影响酶的活性
一、酶的特性
1.酶具有高效性
2.酶具有专一性
3.酶的作用条件温和
课堂小结
1、人在发高烧时，常常食欲大减，最根本的原因是（　　）A、所吃食物不能消化B、胃没有排空C、体温超过合适温度，消化酶的活性下降D、吃药使人没有了胃口2、在测定胃蛋白酶活性时，将溶液温度由100℃降到37℃的过程中，胃蛋白酶的活性将（　　）A、不断上升B、没有变化C、先升后降D、先降后升3、试分析当胃蛋白酶所处的pH从10→2时，其活性将（　　）A、 先升后降B、 先降后升C、 没有变化D、 降低4、淀粉酶只能催化淀粉的水解，不能催化蛋白质的水解。这一事实说明 （ ）A、酶具有多样性B、酶具有专一性C、酶具有高效性D、酶的化学成分是蛋白质CBCB当堂检测1.下列有关酶的实验的叙述，正确的是
A.探究温度和pH对酶活性的影响时，分别选用淀粉和H2O2作为底物
B.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用时，可用碘液检测实验结果
C.用H2O2作底物验证酶的高效性时，通过测定气泡或者氧气释放量可达
到目的
D.探究淀粉酶的最适温度的实验顺序：淀粉＋淀粉酶→置于相应水浴温
度下保温5 min→加入斐林试剂加热→观察溶液颜色变化
√
习题巩固
2.将乳清蛋白、淀粉、胃蛋白酶、唾液淀粉酶和适量的水混合装入一容器中，调整pH至2.0，置于37 ℃的水浴锅内。过一段时间后容器内剩余的物质是
A.唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水
B.唾液淀粉酶、麦芽糖、胃蛋白酶、多肽
C.唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水
D.淀粉、胃蛋白酶、多肽、水
√

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