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第1节 降低化学反应活化能的酶
第4章 细胞的能量供应和利用
二　酶的特性
【课前复习】
能量的释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现。细胞中每时刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。细胞代谢是细胞生命活动的基础。
通过比较过氧化氢在不同条件下的分解速率，可以得出酶具有催化作用。和无机催化剂相比较，酶的催化效率更高，这是因为酶降低化学反应活化能的作用更显著。活化能是指分子从常态转变为容易发生发生化学反应的活跃状态所需的能量。
酶的化学本质不同于无机催化剂。酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA。
实验设计的一般原则有：单一变量原则、等量原则、对照原则和科学性原则。
【学习目标】
酶的特性；
影响酶催化活性的因素。
【概念补充】生物体内的各种化学反应，几乎都是由酶催化的。
酶促反应：由酶催化的化学反应。
底物（反应物）：酶促反应中被酶作用的物质。
产物（生成物）：经酶促反应生成的物质。
【资料1】
质量分数为3.5% 的FeCl3 溶液和质量分数为20% 的肝脏研磨液相比，每滴FeCl3 溶液中的Fe3+数，大约是每滴研磨液中H2O2酶分子数的25万倍，但4号试管仍然比3号试管反应速率快。这说明什么？
酶具有高效性
一、酶的特性
大量实验数据表明：酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍
和无机催化剂相比，酶的催化作用具有什么特点？
细胞代谢快速进行
一、酶的特点
和无机催化剂相比，酶的催化作用具有什么特点？
【资料2】
无机催化剂催化的化学反应范围比较广。例如，酸既能催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉水解。
过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解，不能催化其他化学反应。
脲酶除了催化尿素分解，对其他化学反应也不起作用。
以上资料说明什么？
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
酶具有专一性
细胞代谢有序进行
酶在细胞中的分布
一、酶的特点
和无机催化剂相比，酶的催化作用具有什么特点？
【资料3】
许多无机催化剂能在高温、高压、强酸或强碱条件下催化化学反应。
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 pH为1.5；植物体内的酶最适pH大多为4.5-6.5。
以上资料说明了什么？
酶的作用条件较温和
分析下列曲线图，你能得出什么结论？
在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。温度和pH偏高或偏低，酶活性都会明显降低。
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。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。
1.下图表示的是某类酶作用的模型。
图中的A表示________,B表示________，E和F表示________。
该模型可以解释酶作用特点的__________。
酶
底物
产物
专一性
20世纪60年代以前，医院里用的葡萄糖是用盐酸催化淀粉水解的方法来生产的，生产过程需要在245 kPa的高压和140-150 ℃的高温下进行，并且需要耐酸的设备。60年代以后改用酶法生产。想一想，用酶来水解淀粉生产葡萄糖有什么优越性？还有哪些产品可以用酶法生产
联系生活
高效；常温下就能进行；环保；节能……
同学们可以阅读教材P85 科学·技术·社会或查阅相关资料进一步了解。
如何设计实验探究酶的专一性？
【探究】淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
实验原理
淀粉和蔗糖都是非还原糖。
淀粉和蔗糖在酶的催化作用下都能水解成还原糖。
用斐林试剂鉴定还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
【探究】淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
实验设计
序号 项目 试管1 试管2
1 可溶性淀粉溶液 2mL —
2 蔗糖溶液 — 2mL
3 新鲜的淀粉酶溶液 2mL 2mL
4 振荡后60℃水浴 5 min 5 斐林试剂 2mL 2mL
6 沸水浴 1 min 7 观察 是否出现砖红色沉淀 2.在已知淀粉酶能够催化淀粉水解的情况下，本实验设置1号试管还有没有必要？
【自变量】底物种类
【因变量】底物的水解产物
【无关变量】底物浓度，酶浓度，反应时间、温度，检测试剂等。
1.实验的自变量、因变量和无关变量是什么？
有必要
相互对照
3.该实验是否属于对照实验？
【探究】淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
实验结果
【1号试管】出现砖红色沉淀
【2号试管】未出现砖红色沉淀
请预测1号试管和2号试管出现的现象。
序号 项目 试管1 试管2
1 可溶性淀粉溶液 2mL —
2 蔗糖溶液 — 2mL
3 新鲜的淀粉酶溶液 2mL 2mL
4 振荡后60℃水浴 5 min 5 斐林试剂 2mL 2mL
6 沸水浴 1 min 7 观察 是否出现砖红色沉淀 实验结论
淀粉酶只能催化淀粉水解，而不能催化蔗糖水解。酶具有专一性。
如何设计实验探究影响酶活性的条件？
酶催化特定化学反应的能力称为酶活性(enzyme activity)。
酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。
【探究】温度对酶活性的影响
淀粉酶，H2O2在高温下会分解。
高温、低温、最适温度；恒温水浴。
2.设置几个温度？如何保证酶促反应的温度在设置的范围内？
1.选择淀粉酶还是H2O2酶作为实验材料？为什么？
3.怎样排除pH和其他因素对实验结果的干扰？
设置相同的最适pH；其他因素也要遵循等量原则。
编号 1 1’ 2 2’ 3 3’
实 验 步 骤 一 2mL淀粉酶溶液 2mL淀粉 溶液 2mL淀粉 酶溶液 2mL淀粉 溶液 2mL淀粉 酶溶液 2mL淀粉
溶液
二 0℃冰水中水浴5min 60℃温水中水浴5min 100℃沸水中水浴5min 三 混合摇匀 混合摇匀 混合摇匀 四 0℃冰水中水浴5min 60℃温水中水浴5min 100℃沸水中水浴5min 五 取出试管，分别加2滴碘液，摇匀，观察现象 实验 现象 蓝色很浅 无明显现象（或碘液自身颜色：棕黄色） 蓝色 结论 酶的催化作用需要适宜的温度条件，温度过高和过低都会影响酶的活性。 实验设计参考
能否用斐林试剂代替碘液进行鉴定？
否，加热会改变反应体系的温度，增加了额外变量
【探究】pH对酶活性的影响
H2O2溶液 1号试管 2号试管 3号试管
实 验 步 骤 一 加入H2O2酶2滴 二 pH＝2 pH＝7 pH=12
三 试管各加入2mL对应pH的H2O2溶液，振荡2~3min 四 将带火星的卫生香分别放入试管中 实验现象 无明显变化 复燃 无明显变化
结论 酶的催化作用需要适宜的pH，pH过高和过低都会影响酶的活性。 【思考】
1.能否用淀粉和淀粉酶来探究pH对酶活性的影响？为什么？
淀粉在酸性、加热条件下会分解。
检测试剂：碘液会与NaOH反应生成NaIO3；斐林试剂会与HCl反应。
2.怎样排除温度和其他因素对实验结果的干扰？
设置相同最适温度；其他因素也要遵循等量原则。
除了温度和pH之外，还有哪些因素会影响酶促反应的速率？
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
底物充足
二、影响酶促反应速率的因素：
温度；
pH；
酶浓度；
底物浓度;
此外，还有酶调节剂，如激活剂（提高酶活性），抑制剂（降低酶活性）。
2.对没有煮过的和煮过的X、Y土豆片分别滴几滴过氧化氢。在土豆片X出现泡沫，在土豆片Y上没有泡沫，以下哪一项是对此现象正确的解释（ C ）
土豆片X是煮过的，因为在煮过的土豆片上的酶能与过氧化氢起作用
土豆片X是煮过的，因为过氧化氢能催化淀粉类化合物分解成单糖
土豆片X是没煮过的，因为土豆细胞中含有的酶会促使过氧化氢的分解
土豆片X是没煮过的，因为过氧化氢会氧化分解土豆片中的酶
3.用同种蛋白酶处理甲、乙两种酶，两种酶的活性与处理时间的关系如右图所示，下列叙述不正确的是（ A ）
甲酶已失去活性
甲酶能够抗蛋白酶的降解
乙酶的化学本质是蛋白质
乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变
酶活性
甲酶
乙酶
时间
4.能够促使唾液淀粉酶水解的酶是 ( B )
A.淀粉酶 B.蛋白酶 C.脂肪酶 D.麦芽糖酶
【本节小结】

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