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第5章
细胞的能量供应和利用
第1节 降低化学反应活化能的酶(第2课时)
(一)酶具有高效性
一. 酶的特性
3
4
4
3
少量肝脏
研磨液
说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。
比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率
为什么4号试管的反应速率比3号试管快得多？
酶的催化效率大约是无机催化剂的107-1013倍。
酶的具有高效性
实验说明了:
酶的高效性有什么意义？
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
（1）保证了细胞内化学反应的顺利进行。
（2）保证了细胞内能量供应的稳定 。
表示酶高效性的曲线
由曲线可知:___________________的催化效率更高；
酶只能缩短达到________________所需的时间，不改变化学反应的平衡点。因此，酶______(“能”或“不能”)改变最终生成物的量。
酶比无机催化剂
化学平衡
不能
酶只能缩短达到平衡的时间，不能改变平衡点
【检测】如图，在适宜温度、pH条件下，实线表示没有酶时反应的进程。在T1时，将催化此反应的酶加入反应物中，则图中表示此反应进程的是(　　)
A.曲线A
B.曲线B
C.曲线C
D.曲线D
酶和无机催化剂不改变平衡点的位置，只是改变化学反应的速度，使化学反应更快的达到平衡点。
C
口腔里有唾液淀粉酶，为什么塞进牙缝里的肉丝两天后还没被消化
原来酶还有专一性
如何设计实验验证酶的专一性？
无机催化剂催化范围比较广。酸能催化蛋白质、脂肪、淀粉水解。
酶能像无机催化剂一样，催化多种化学反应吗
验证淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
实验原理
1. 淀粉和蔗糖都是非还原糖
2. 淀粉在相关酶的催化作用下能水解为麦芽糖
3. 蔗糖在相关酶的催化作用下能水解为葡萄糖和果糖
4. 麦芽糖、葡萄糖、果糖均属还原糖
5. 还原糖能够与斐林试剂发生反应，生成砖红色的沉淀
酶相同 底物不同
(二)酶具有专一性
1号试管 2号试管 实验步骤 一 二 三 实验现象
结论 各加入新鲜的淀粉酶2ml，振荡，试管下半部浸入60℃左右的热水中，保温5min
加入2mL淀粉溶液
加入2mL蔗糖溶液
加入2ml斐林试剂
边加边振荡
沸水浴1min
无砖红色沉淀
砖红色沉淀
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解
验证淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
说明酶具有专一性
1.取材、分组、编号；
2.控制变量、设置对照，遵循单一变量原则和对照原则；
3.在相同且适宜的条件下，培养（反应）一段时间；
4.观察实验现象，得出实验结论；
能不能将实验中的斐林试剂换成碘液作为实验材料？
不能，因为碘液只能检测淀粉有没有被水解，而对蔗糖没有作用，也就是说碘液无法检测到蔗糖是否发生水解。
淀粉溶液
蔗糖溶液
有没有另外一种实验思路？
无砖红
色沉淀
无砖红色沉淀
生成砖红色沉淀
现象记录
1min
1min
水浴加热
2mL
2mL
注入斐林试剂，并振荡
5min
5min
60℃温水保温
2mL蔗糖酶
2mL淀粉酶
注入新鲜酶溶液，并振荡
2mL
2mL
注入3％淀粉溶液
6
5
4
3
2
1
2号试管
1号试管
项目
步骤
另一验证酶的催化作用具有专一性实验设计
淀粉溶液+淀粉酶→产物+斐林试剂;
淀粉溶液+蔗糖酶→产物+斐林试剂。
相同的底物，不同的酶
底物
酶
分解反应
产物
酶具有专一性的理论解释:
酶—底物复合物
在化学反应前后酶的数量和性质不变
锁钥学说
在化学反应中酶能重复利用，不会被分解,但酶也会发生自我更新。
提醒: 下列图像也可以表示酶的专一性
　　
　　
　　
　　
　　
　　
酶
被催化的底物
B分解后的产物
不能被该酶催化的物质或不能催化底物发生反应的其他种类的酶
图中A表示:
B表示:
E,F表示:
C,D表示:
每一种酶只能催化 化学反应。
一种或一类
1、酶具有专一性的含义是什么？
2、酶具有专一性有什么意义？
保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。
如二肽酶能水解任意两种氨基酸组成的二肽
思考：酶的高效性、专一性对细胞有什么意义呢？
酶的高效性和专一性能使细胞的化学反应快速、有序地进行，满足机体代谢的需要。
酶是怎样命名的？
过氧化氢酶、淀粉酶
唾液淀粉酶、胰脂肪酶
ATP合成酶、DNA聚合酶
催化的底物
来源＋底物名称
反应类型
酶专一性
曲线模型：
②而加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶具有专一性
①加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。
继续研究：
酶具有高效性和专一性；
那么它的这两个特性的发挥是不是在任何条件下都可以呢？
酶催化作用的发挥需适宜的温度和PH
结论3: 酶的作用条件较温和
探究：影响酶活性的条件
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
使用温水30~40℃效果最佳，切勿用60 ℃以上的热水
加酶
温度或pH的改变会不会影响酶的活性呢？
背景资料
提出问题：
做出假设：
温度或pH会影响酶的活性
唾液淀粉酶进入胃后还能消化淀粉吗？
(三)酶的作用条件较温和
探究影响酶活性的条件
设计实验应遵循以下原则
单一变量原则 对照原则 等量原则
探究温度对酶活性的影响
探究pH对酶活性的影响
淀粉+淀粉酶
过氧化氢+过氧化氢酶
自变量：温度
因变量：酶的活性或淀粉分解速率
自变量：pH
因变量：酶的活性或过氧化氢分解速率
用碘液检测
产生气泡的多少或卫生香复然情况
不选用H2O2原因:H2O2不稳定，受热易分解。
不选用斐林试剂鉴定原因:斐林试剂检测需要水浴加热，而本实验需严格控制温度。
不选用淀粉的原因:淀粉在酸性条件下会被水解
如何检测？
如何检测？
实验：探究温度对淀粉酶活性的影响
淀粉遇碘形成蓝色化合物。淀粉酶可以使淀粉逐步水解成麦芽糖，麦芽糖遇碘后，不形成蓝色化合物。根据蓝色的程度判断淀粉的含量。
（一）实验原理：
细胞中几乎所有的化学反应都是由酶催化的。酶催化特定化学反应的能力称为酶活性。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。化学反应速率就是化学反应进行的快慢程度，可用单位时间内反应物减少量或生成物的增加量来表示。
(二)实验设计思路:
（三）实验步骤
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
思考：如何进一步探究淀粉酶的最适温度？
缩小温度梯度，重复进行上述实验。
结论：酶的催化作用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
（四）实验结论
在最适温度条件下，酶的活性最高，温度偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。
失活
抑制
每种酶都有自己的最适温度。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℃。
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。
1.如何进一步探究淀粉酶的最适温度？
缩小温度梯度，重复进行上述实验。
2.为什么不能用斐林试剂对实验结果进行检测？
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。
3.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？
因为过氧化氢本身受热易分解，会对实验结果造成干扰。
问题探讨
分组
实验步骤 一 二 三
四 实验现象
结论 2号 2'号
3号 3'号
1'、2'、3'号加入淀粉酶2滴，振荡
1、2、3号试管各加入2mL淀粉溶液
蓝色
0℃冰水浴 约5min
100℃水浴5min
60℃水浴，
约5min
碘液
将同一温度下两种物质混合（5min）
无明显现象
蓝色
探究温度对淀粉酶活性的影响
1号 1'号
酶的催化作用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
（二）实验思路
实验：探究pH对过氧化氢酶活性的影响
（一）.实验原理：过氧化氢可在过氧化氢酶的作用下分解产生氧气和水，根据不同pH下气泡产生的快慢可判断过氧化氢酶的活性。
分 组
实验步骤 一 二 三
四 实验现象
结论 2号试管
3号试管
加1ml盐酸
各加1～２滴过氧化氢酶溶液
卫生香复燃
pH＝7
pH=12
pH＝2
各加入2mL过氧化氢溶液
无明显变化
无明显变化
加1ml蒸馏水
加1ml氢氧化钠
1号试管
HCl
水
NaOH
H2O2酶
H2O2 酶
H2O2 酶
酶的催化作用需在适宜的PH下进行，过酸或过碱都会影响酶的活性
（三）实验步骤
分 组
实验步骤 一 二 三
四 实验现象
结论 2号试管
3号试管
加1ml盐酸
各加1～２滴过氧化氢酶溶液
无明显变化
pH＝7
pH=12
pH＝2
各加入2mL过氧化氢溶液
卫生香复燃
无明显变化
探究pH对过氧化氢酶活性的影响
加1ml蒸馏水
加1ml氢氧化钠
1号试管
酶的催化作用需在适宜的PH下进行，过酸或过碱都会影响酶的活性
υ/mmol. s-1
最适pH
0
pH
（四）实验结论
在最适pH条件下，酶的活性最高， pH偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。
失活
失活
每种酶都有自己的最适pH值。动物体内的酶最适pH大多在6.5～8.0，人体唾液的pH为6.2～7.4，小肠液的pH为7.6。但也有例外，如胃蛋白酶的最适pH为1.5;植物体内的酶最pH大多为4.5～6.5。
在一定范围内,随着pH的升高,酶的活性逐渐增强；达到最适pH时，酶的活性最高；超过最适pH时，随着pH的继续升高,酶的活性逐渐下降
不同酶的最适pH不同
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
【检测】人体胃蛋白酶的最适pH为2.0，某同学将胃蛋白酶溶液的pH从10.0调至2.0，此时胃蛋白酶的活性将(　　)
A.不断上升　　　　B.没有活性
C.先升后降 D.先降后升
B
1.选择淀粉酶还是过氧化氢酶作为实验材料？为什么
淀粉酶
2.鉴定试剂选用碘液,还是选用斐林试剂？
选用碘液，看是否变蓝
实验一：探究温度对酶活性的影响
因为加热能促进过氧化氢分解
不选用斐林试剂的原因斐林试剂需水浴加热，而本实验需严格控制温度。
质量分数3%的可溶性淀粉溶液，新配置的质量分数2%唾液淀粉酶溶液，碘液，热水，蒸馏水，冰块， 水浴锅，试管，温度计等。
实验一: 探究温度对酶活性的影响
材料用具:
课题: 探究温度对唾液淀粉酶活性的影响
自变量是:
因变量是:
无关变量是:
不同的温度条件
酶的活性或淀粉分解量的多少
淀粉和淀粉酶的浓度和用量、
溶液的PH和反应时间等
如何检测？
用碘液检测是否出现蓝色或蓝色深浅表示
用冰块降温、水浴加热，用温度计随时测量。
如何控制温度？
如何控制？
相同且适宜
课题: 探究温度对唾液淀粉酶活性的影响
1.选择淀粉酶还是过氧化氢酶作为实验材料？为什么
过氧化氢酶
2.鉴定方法？
实验二：探究PH对酶活性的影响
因为淀粉在酸性条件下会水解
气泡产生的多少或卫生香复然情况
课题：探究PH对过氧化氢酶活性的影响
自变量是：
因变量是：
无关变量是：
不同的pH条件
酶的活性或过氧化氢分解的速率
肝脏研磨液的浓度和量，过氧化氢的浓度和量，温度等
如何检测？
用点燃的卫生香进行检验
可加入强酸或强碱，用pH试纸进行测量。
如何控制pH？
如何控制？
相同且适宜
课题：探究PH对过氧化氢酶活性的影响
温度、PH、酶的浓度、底物浓度等。
(四)影响酶促反应速率的因素
1、温度
、pH
永久失活
酶活性很低，但空间结构稳定
酶制剂适宜在低温最适PH下保存
(四)影响酶促反应速率的因素
3、酶的浓度
酶促反应速率
酶的浓度
生成物的量
时间
酶浓度(a)
酶浓度(2a)
随酶浓度的升高，反应速率加快，生成物的量不变。
（底物充足）
（酶量一定）
在一定范围内，随底物浓度的升高反应速率加快，但达到一定浓度，反应速率不再变化。
酶促反应速率
底物浓度
4、底物浓度：
受酶数量和酶的活性的限制
酶量一定
5、温度和pH共同作用对酶活性的影响
(1)反应溶液中pH的变化不影响酶作用的最适温度。
(2)反应溶液中温度的变化不影响酶作用的最适pH。
多酚氧化酶(PPO)催化的酶促反应是储运过程中引起果蔬褐变和品质劣变的主因，果蔬运输过程中加入适量的柠檬酸能延长保鲜时间。抑制剂与酶结合引起酶活性降低或丧失的过程称为失活作用。根据抑制剂与底物的关系可分为竞争性抑制和非竞争性抑制，图甲为两种抑制剂的作用机理模型，图乙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，柠檬酸对PPO活性的影响为曲线c对应情况。
6、抑制剂或激活剂对酶促反应的影响
　　抑制剂或激活剂通过影响酶活性对酶促反应速率起到影响作用。
思考：竞争性抑制剂或非竞争性抑制剂引起酶活性降低的原因是什么？
提示　竞争性抑制剂的分子结构与底物的非常相近，可以与底物竞争酶活性部位来影响催化效果。
提示　非竞争性抑制剂与酶结合后，诱导酶的空间结构发生改变，使酶失去活性。
(2)非竞争性抑制剂引起酶活性降低的原因是什么？
1、人发烧时不想吃东西，原因是体温升高导致消化酶活性降低，食物在消化道中消化缓慢。
2、唾液淀粉酶随食物进入胃内就会失活，原因是唾液淀粉酶的最适pH为6.8，而胃液的pH为0.9～1.5。
3、胰岛素等蛋白质类或多肽类激素只能注射，不能口服，原因是口服会导致该类激素被蛋白酶和肽酶分解成氨基酸而失效。固醇类激素(如性激素)和氨基酸衍生物类激素(如甲状腺激素)不会被消化酶分解，既可以注射，也可以口服。
与社会的联系
课堂小结
总结: 影响酶促反应的因素曲线分析
(1)温度和pH对酶促反应的影响
①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。
②低温时，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可以升高。
③酶制剂适于在低温(0 ～4℃)下保存。
(1)温度和pH对酶促反应的影响
④从图丙可以看出: 反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
⑤从右下图可以看出:温度变化不影响酶作用的最适PH
(2)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响
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加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。
酶的数量和酶活性有限
P点之后不变的原因：
P
●
(2)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响
酶的数量和酶活性有限
P点之后不变的原因：
P
●
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
(3)抑制剂或激活剂对酶促反应的影响
　　抑制剂或激活剂通过影响酶活性对酶促反应速率起到影响作用。
A.减小pH，重复该
实验，A、B点位置
不会改变
B.适当降温，重复
该实验，图示反应
速率可用曲线a表示
C.B点后增加酶量,图示反应速率可用曲线c表示
D.酶量是限制曲线AB段反应速率的主要因素
【检测】下图曲线b表示在其他条件充分适宜时，反应物浓度与酶促反应速率的关系。若改变某一条件，据图分析最准确的是(　　)
C
适当降温,酶的活性降低,酶促反应速率下降,但酶的数量不会减少, 故达到酶促反应饱和点的反应物浓度不变,依然是乙点，B项错误；
【变式】如图甲是过氧化氢酶活性受pH影响的示意图，图乙表示在最适温度下，pH＝b时，H2O2在过氧化氢酶的作用下分解产生O2的量随时间的变化情况。若该酶促反应过程中某一个条件发生变化，下列说法正确的是(　　)
A. pH＝a时，E点下移，D点左移
B. pH＝c时，E点为0
C. 温度降低时，E点不变，D点右移
D. H2O2的量增加时，E点下移，D点左移
E点表示O2生成量，只与反应物浓度有关，与PH无关，E点不动，AB错误。 D点右移
H2O2的量增加时，E点上移，D点右移
C
练习与应用
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
D
B
D
【拓展应用】
1.下图表示的是某类酶作用的模型。尝试用文字描述这个模型。这个模型能解释酶的什么特性？
这个模型中 A 代表某类酶，B 代表底物，C 和 D 代表产物。
这个模型的含义是：酶 A与底物 B 专一性结合,催化反应的发生，产生了产物 C 和 D。
这个模型可以类比解释酶的专一性。
2.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)请解释在A、B、C三点时该化学反应的状况。
A 点:在一定的范围内，随
着反应底物浓度的增加,
反应速率加快。
B 点:反应速率在此时达到最高 。
C 点:反应速率不再随反应底物浓度的增加而升高,维持在相对稳定的水平。
2.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。
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。
2.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。
(3)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。
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。
(1)酶的基本组成单位都是氨基酸(　　)
(2)酶可以通过食物直接获取(　　)
(3)酶能够为化学反应提供能量(　　)
(4)酶一定能够使化学反应的速度加快(　　)
1、判断正误
×
×
×
×
(5)蛋白酶只能催化蛋白质的水解而不能催化淀粉的水解，这一现象体现了酶的专一性(　　)
(6)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(　　)
(7)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(　　)
√
×
√
酶为生活添姿彩（酶的应用）
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.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。
3.加酶洗衣粉
蛋白酶——血渍、奶渍
脂肪酶——油渍
淀粉酶、纤维素酶
4.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。
5.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。

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