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降低化学反应活化能的酶（第2课时）
第1节
第5章 细胞的能量供应和利用
导入
酶为生活添姿彩
酶的定义
酶与无机催化剂相比有哪些共性和特性呢？
其中绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物
酶的来源
酶的功能
酶的本质
酶与无机催化剂
酶与无机催化剂的共性
（1）改变化学反应速率，本身不被消耗。
（2）只能催化热力学允许进行的反应。
（3）降低活化能，使化学反应速率加快。
（4）加快化学反应速率，缩短达到平衡的时间，但不改变平衡点。
一、酶具有高效性
过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。
氯化铁
溶液
肝脏
研磨液
酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍。
意义：保证了细胞代谢的能量供应稳定，以满足机体正常的生命活动需要。
酶的特性
一、酶具有高效性
实验设计思路及预测结果与结论
项目 对照组 实验组
材料 等量的同一种底物
试剂 一定量的无机催化剂 等量的底物对应的酶溶液
现象 反应速率慢
或反应时间长 反应速率快
或反应时间短
结论 酶具有高效性
酶的特性
无机催化剂催化的化学反应范围比较广
酶能像无机催化剂一样，催化多种化学反应吗？
蛋白质
无机酸
多肽或氨基酸
脂肪
无机酸
甘油和脂肪酸
淀粉
无机酸
麦芽糖或葡萄糖
例如：
酶的特性
探究·实践：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
实验结论：酶具有专一性
★ 思考：本实验的自变量、因变量、无关变量分别是什么？
酶的特性
二、酶具有专一性
反应前后酶的结构和性质不变
含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
种类：目前已发现的酶有8000多种，它们分别催化不同的化学反应。
意义：保证细胞代谢能够有条不紊地进行。
还与酶在细胞内的分布有关
二、酶具有专一性
如何理解：每一种酶只能催化一种或一类化学反应？
★ 一种化学反应：（1）过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解；（2）脲酶只能催化尿素分解；（3）淀粉酶只能催化淀粉分解。
★ 一类化学反应：（1）蛋白酶只能催化蛋白质类的物质分解成多肽；（2）肽酶只能催化多肽分解成氨基酸；（3）二肽酶只能催化二肽分解成氨基酸。
酶的特性
二、酶具有专一性
酶反应机制（专一性）的研究
1894年，费舍尔（Fisher）提出了酶与底物作用的“锁与钥匙”学说，用以解释酶作用的专一性。
1903年，亨利（Henri）提出了酶与底物作用的中间复合物学说。
1913年，米契里斯（Michaelis）和门藤（Menten）根据中间复合物学说，导出来米氏方程，对酶反应机制的研究是一个重要突破。
1925年，布里格斯（Briggs）和霍尔丹（Haldane）对米氏方程作了一个重要修正，提出稳态学说。
酶的特性
二、酶具有专一性
原因：
（1）锁钥学说：酶有一定的空间结构，酶在反应中与底物的关系就像钥匙和锁的关系，它们的空间结构必须相互结合形成复合物才能发生反应。
酶的特性
二、酶具有专一性
原因：
（2）诱导契合学说：酶活性部位不是刚性不变的，其形状可在结合底物时有所改变，即底物与酶活性部位结合，会诱导酶发生构象变化，使酶的活性中心变得与底物的结构互补，两者相互契合，从而发挥催化功能。
酶的特性
二、酶具有专一性
项目 对照组 实验组
材料 底物A 底物B
试剂 酶A 酶A
现象 发生反应 不发生反应
结论 酶具有专一性
实验设计思路及预测结果与结论
★ 思考讨论：
如果实验组和对照组都选用同一底物A，分别用酶A和酶B进行实验，是否可行？
酶的特性
酶催化特定化学反应的能力称为酶活性
温度或pH等会不会影响酶的活性呢？
使用温水效果更佳
唾液
pH 6.2~7.4
胃液
pH 0.9~1.5
小肠液
pH 7.6
酶的特性
探究·实践：影响酶活性的条件
实验材料：
新配制的质量分数为2%的淀粉酶溶液
质量分数为3%的可溶性淀粉溶液
新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液
新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液
物质的量浓度为0.01mol/L的盐酸
物质的量浓度为0.01mol/L的NaOH溶液
热水、蒸馏水、冰块、碘液、斐林试剂
探究温度对酶活性的影响
方案1：淀粉溶液、淀粉酶、碘液
方案2：淀粉溶液、淀粉酶、斐林试剂
方案3：过氧化氢溶液、过氧化氢酶
1、为什么不能用斐林试剂对实验结果进行检测？
2、为什么不能用过氧化氢酶和过氧化氢来探究温度对酶活性的影响？
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。
因为过氧化氢本身受热易分解，会对实验结果造成干扰。
3、如何进行温度设置？
√
操作 1试管 2试管 3试管 4试管 5试管 6试管
0℃ 0℃ 60℃ 60℃ 100℃ 100℃
加淀粉 2mL — 2mL — 2mL —
加淀粉酶 — 2mL — 2mL — 2mL
保温 在各自温度下保温5min
混合 将2加入1中 将4加入3中 将6加入5中
保温 在各自温度下保温5min
加碘液 2滴 2滴 2滴
观察颜色 变蓝 不变蓝 变蓝
探究·实践：探究温度对酶活性的影响
实验方案：
实验结论：酶的催化作用需要在适宜的温度下进行，温度偏低或偏高，酶活性都会明显降低。
如何进一步探究淀粉酶的最适温度？
缩小温度梯度设置
探究·实践：探究温度对酶活性的影响
曲线解读：在一定条件下，酶活性最大时的温度称为该酶的最适温度。在一定温度范围内，酶促反应速率随温度的升高而加快；但当温度升高到一定限度后，酶促反应速率随着温度的升高而下降。
探究·实践：影响酶活性的条件
实验材料：
新配制的质量分数为2%的淀粉酶溶液
质量分数为3%的可溶性淀粉溶液
新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液
新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液
物质的量浓度为0.01mol/L的盐酸
物质的量浓度为0.01mol/L的NaOH溶液
热水、蒸馏水、冰块、碘液、斐林试剂
探究pH对酶活性的影响
方案1：过氧化氢溶液、过氧化氢酶
方案2：淀粉溶液、淀粉酶
该实验为什么不宜选用淀粉酶催化淀粉的水解进行探究？
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，无法排除无关变量的干扰。
如何进行pH设置？
√
实验设计思路（pH设置）
探究·实践：探究pH对酶活性的影响
步骤 项目 试管1 试管2 试管3
1 注入新鲜的肝脏研磨液 2滴 2滴 2滴
2 注入不同pH的溶液 1 mL 蒸馏水 1 mL 盐酸 1 mL NaOH溶液
3 注入等量的H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL
4 观察现象 有大量气泡产生 无气泡产生 无气泡产生
实验方案：
实验结论：过氧化氢酶的最适pH接近7.0，过酸或过碱，都会使其催化活性下降。
思考：该实验中，是否可以将步骤2、3调换？为什么？
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。所以，酶和底物混合之前，必须先在一定的pH下处理一段时间。
探究·实践：探究pH对酶活性的影响
探究·实践：探究pH对酶活性的影响
曲线解读：在一定条件下，酶活性最大时的pH称为该酶的最适pH。
pH偏高或偏低，酶促反应速率都会下降，即酶活性都会明显降低。
三、酶的作用条件较温和
与许多无机催化剂需要在高温、高压、强酸或强碱条件下催化化学反应相比，酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
不同酶有各自的最适温度和pH值
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。
低温保存酶：
低温：抑制
高温：失活
过酸：失活
过碱：失活
酶的特性
酶的特性
★ 影响酶促反应速率的因素 ★
温度、pH、酶的浓度、底物浓度、抑制剂、激活剂等。
图甲中，温度从a降低或升高，酶促反速率均下降，但是下降的原因不同。
图乙中，pH从b降低或升高，酶促反速率均下降，但是下降的原因相同。
图丙中，底物浓度为c时，酶促反应速率达到最大，因为酶数量有限。
归纳·总结
小试牛刀
1、欲判断某种酶的化学本质是蛋白质还是RNA，下列方案不可行的是（ ）
D
A. 与双缩脲试剂反应，观察是否出现紫色
B. 用蛋白酶处理，检测其活性是否丧失
C. 用RNA水解酶处理，检测其活性是否丧失
D. 与斐林试剂反应，观察是否出现砖红色沉淀
2、嫩肉粉的主要成分是木瓜蛋白酶，下列叙述正确的是（ ）
A. 嫩肉粉能催化蛋白质水解
B. 嫩肉粉须在烹煮肉类时趁热加入
C. 嫩肉粉发挥作用后性质改变
D. 嫩肉粉通常也能催化自身水解
A
3、下图表示最适温度下反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。
（1）如果从A点开始温度升高10℃，曲线会发生什么变化？为什么？
请画出变化后的曲线。
答案提示：如果 A 点时温度升高 10℃，曲线上升的幅度变小。因为图中原曲线表示在最适温度下催化速率随底物浓度的变化。温度高于或低于最适温度，反应速率都会变慢。
小试牛刀
3、下图表示最适温度下反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。
（2）如果在B点时向反应混合物中加入少量同样的酶，曲线会发生什么变化？为什么？
请画出相应的曲线。
答案提示：该曲线表明，B 点的反应底物的浓度足够大，是酶的数量限制了反应速率的提高，这时加入少量的酶，会使反应速率加快。
小试牛刀

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