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第2节 酶是生物催化剂
第1课时
第2节 酶是生物催化剂
1.能概述酶的作用、化学本质
2.能分析酶的相关实验，阐述酶的特性
【学习目标】
你能举出几个生活中关于酶的应用的例子吗？
多酶片
它所含的多种消化酶会增强人的消化能力
加酶洗衣粉
添加进蛋白酶后，大大增强了去污能力
酶是什么？酶是怎样使细胞以及生物体内的化学反应在常温下顺利完成的？
18世纪末 斯帕兰扎尼 喂食鹰实验
19世纪，巴斯德和李比希的争论
1897年，毕希纳的重大发现
1926年，萨姆纳得到脲酶结晶（蛋白质）
20世纪80年代初，发现核酶（RNA）
科学是在不断地观察、实验、探索和争论中前进的，尤其是实验在科学发展中起着举足轻重的作用。
酶是什么？
小资料：酶的发现历程
1.酶
由活细胞产生的一类生物催化剂，大多数酶是蛋白质，极少数是RNA。
生理作用：
活细胞
催化生化反应进行，是生物催化剂
绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA
产生部位：
化学本质：
作用部位：
细胞内外
绝大多数酶是蛋白质
酶能催化底物分子发生反应，是因为酶分子有一定的空间结构，能和底物分子结合。
酶是生物催化剂，具有促使反应物发生化学变化，而本身却不发生化学变化的特点，其作用强度可用酶活性来表示。
比活力（U/mg）=（酶活力（U））/（酶蛋白质量（mg））
受酶催化而发生化学反应的分子称为底物
酶-底物复合物
与底物结合的酶形状发生改变，形成酶-底物复合物
酶与底物结合示意图
2、酶的作用过程
辅酶是辅助酶起作用的分子，它们不是蛋白质。单独的辅酶是没有催化活性的，它只有和相关的酶组合成“全酶”，才能发挥作用。
辅酶是维生素或由维生素衍生而成的，如转氨酶的辅酶是维生素 B6 的衍生物。辅酶像酶一样，可以反复起作用，所以辅酶的需要量极少。
有些辅酶只是暂时与酶结合，改变酶的局部结构，使之更适合与底物分子在蛋白质分子上，帮助酶催化底物分子发生化学反应。
小资料：辅酶
由于酶分子的结构只适合与一种或者一类分子结合，所以一种酶只能催化一种底物或者少数几种相似底物的反应。这就是酶的专一性。
例如，虽然蔗糖和麦芽糖都是二糖，但是蔗糖酶只能催化蔗糖的水解，不能催化麦芽糖的水解。
酶具有专一性
酶的催化功能具有专一性和高效性
活动：探究酶的专一性
活动：探究酶的专一性
目的要求：比较唾液淀粉酶和蔗糖酶对淀粉和蔗糖的作用
探究问题：唾液淀粉酶能水解蔗糖吗？蔗糖酶能水解淀粉吗？
材料用具：
稀释200倍的新鲜唾液
2%的蔗糖溶液
淀粉溶液
溶于质量分数为0.3%的氯化钠溶液中的
本尼迪特试剂
蔗糖酶溶液
{F5AB1C69-6EDB-4FF4-983F-18BD219EF322}试管
1
2
3
4
5
6
步骤
1
加入3ml1%的淀粉溶液
加入3ml
2%的蔗糖溶液
加入3ml1%的淀粉溶液
加入3ml
2%的蔗糖溶液
加入3ml1%的淀粉溶液
加入3ml
2%的蔗糖溶液
2
——
——
加入1ml新鲜唾液
加入1ml新鲜唾液
加入1ml蔗糖酶溶液
加入1ml蔗糖酶溶液
3
试管各加入2mL本尼迪特试剂
4
充分混匀，放在沸水浴中加热2-3min
实验结果
实验结论
无现象
红黄色
无现象
无现象
无现象
红黄色
酶具有专一性
1.①②号试管在本实验中起什么作用？
①②号试管为对照组，用于检验淀粉、蔗糖能否与本尼迪特试剂发生反应
2.从实验遵循等量原则的角度分析，对①②号试管应如何改进？
①②号试管应各滴加1 mL蒸馏水
3.上述实验中能否使用碘－碘化钾溶液代替本尼迪特试剂作为鉴定试剂？
不能，因为碘－碘化钾溶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－碘化钾溶液变色。
【思考】
4.③④号试管对照，⑤⑥号试管对照，是从什么角度证明酶具有专一性的？
都是用同一种酶作用于不同底物，然后判断酶是否对二者都有催化作用，从而探究酶的专一性。
5.实验结论：③④号试管对照说明唾液淀粉酶催化淀粉水解产生还原糖，而不能催化蔗糖的水解。⑤⑥号试管对照说明蔗糖酶能催化蔗糖水解产生还原糖，而不能催化淀粉的水解。上述结果说明酶具有专一性。
由于酶通过与底物分子结合，使化学反应极易进行，所以反应效率极高。这是由于酶可以降低化学反应的活化能。以过氧化氢酶为例，每个酶分子能在1s之内将105个过氧化氢分子分解，这种反应速率是没有酶参与情况下的1000万倍！
已知酶具有专一性和高效性，如何设计实验证明酶具有高效性呢？
酶具有高效性
探究酶催化的高效性
实验原理：过氧化氢是细胞中某些化学反应的副产物，具有强氧化性，如果不及时除去或分解，就会杀死细胞，而细胞中的过氧化氢酶可以催化过氧化氢的分解，反应如下：
实验室中也可以使用二氧化锰作为催化剂完成上面的化学反应
H2O2 2H2O+O2
过氧化氢酶
H2O2 2H2O+O2
MnO2
目的要求：比较过氧化氢酶和二氧化锰在过氧化氢分解中的催化效率
探究问题：在过氧化氢分解反应中，过氧化氢酶和二氧化锰的催化作用哪一个更高效？
材料用具：
2%过氧化氢溶液
新鲜的鸡肝匀浆
（或马铃薯匀浆）
二氧化锰
试管、试管架
卫生香
{F5AB1C69-6EDB-4FF4-983F-18BD219EF322}步 骤
1
1号试管
2号试管
2
各加入2%的过氧化氢溶液3ml
3
加入鸡肝匀浆或马铃薯匀浆少许，将试管口塞上橡胶塞
加入二氧化锰少许，将试管口塞上橡胶塞
4
观察两支试管中发生的变化
5
打开两支试管的橡胶塞。将点燃后无名火的卫生香放在试管口处，观察现象
实验现象
实验结果
产生大量气泡，卫生香复燃，剧烈燃烧
产生少量气泡，卫生香复燃，燃烧不剧烈
过氧化氢酶的催化效率比二氧化锰更高
酶具有高效性的原因：酶可以降低化学反应的活化能，使化学反应加快
活化能：化学反应进行时需要吸收能量以断开反应分子的化学键，使反应物活化并完成化学反应生成产物，这种化学反应过程中所需要的能量被称为活化能。
酶是生物催化剂
酶的发现历程
酶的特点
酶的作用过程
酶的作用特性
酶的本质
促使反应物发生变化
本身不发生化学变化
专一性
酶+底物→酶-底物复合物
大多数是蛋白质
少数是RNA
酶-底物复合物→酶+底物
高效性
1.20世纪80年代，科学家发现了一种酶——RNaseP酶。分析发现，RNaseP酶由20%的蛋白质和80%的RNA组成。研究发现，将这种酶中的蛋白质除去，并提高剩余物质的浓度，留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性。这一研究结果表明( )
A.一些RNA具有生物催化作用
B.酶都是由RNA和蛋白质组成的
C.酶的化学本质都是蛋白质
D.酶的化学本质都是RNA
A
2.为探究淀粉酶是否具有专一性，有同学设计了实验方案，主要步骤如表。下列相关叙述合理的是( )




A.丙组步骤②应加入2mL蔗糖酶溶液
B.两次水浴加热的主要目的都是提高酶活性
C.根据乙组的实验结果可判断淀粉溶液中是否含有还原糖
D.甲、丙组的预期实验结果都出现砖红色沉淀
C
步骤
甲组
乙组
丙组
①
加入2mL淀粉溶液
加入2mL淀粉溶液
加入2mL蔗糖溶液
②
加入2mL淀粉酶溶液
加入2mL蒸馏水
？
③
60℃水浴加热，然后各加入2mL斐林试剂，再60℃水浴加热
3.为了证明酶的作用具有专一性，某同学设计了如下5组实验，分别选择一定的试剂进行检测，下列有关实验方案的选择和检测结果的叙述，正确的是( )




A.选②和③，用双缩脲试剂检测；②不变紫色，③变紫色
B.选③和④，用斐林试剂检测；水浴加热下③无明显变化，④出现砖红色沉淀
C.选①和④，用斐林试剂检测；水浴加热下①无明显变化，④出现砖红色沉淀
D.选④和⑤，用斐林试剂检测；水浴加热下④出现砖红色沉淀，⑤无明显变化
C
组别
①
②
③
④
⑤
酶
淀粉酶
蛋白酶M
淀粉酶
淀粉酶
淀粉酶
反应物
蔗糖
蛋白质
蛋白质
淀粉
麦芽糖
4.某课外兴趣小组用图示实验装置验证酶的高效性。下列有关叙述错误的是( )




A.两个装置中的H2O2溶液要等量且不宜过多
B.肝脏液中的过氧化氢酶、FeCl3都可以降低该反应的活化能
C.左边移液管内红色液体上升的速度比右边快，最终液面比右边高
D.需同时挤捏两滴管胶头，让肝脏液和FeCl3溶液同时注入试管中
C
第2课时
第2节 酶是生物催化剂
生物体内的化学反应一般是在常温下进行的。如果外界条件改变，是否会影响酶的作用？
1.能阐明影响酶催化功能的因素
2.学会分析和处理实验数据。
【学习目标】
大多数的酶都是蛋白质，所以有很多的因素会影响它的活性。
影响因素
PH，也就是酸碱度
温度
某些化合物，如重金属等
酶的催化功能受多种条件的影响
酶通常在一定 pH 范围内才起作用，而且在某一 pH 下作用最强。最适的 pH 范围可能很窄，也可能较宽，这取决于不同酶的特性。
活动：探究影响酶催化功能的因素——pH 对过氧化氢酶的影响
目的要求：说明 pH 对酶活性的影响
探究问题：过氧化氢酶的最适 pH 是多少？
材料用具：
新鲜肝脏匀浆
3%过氧化氢溶液
缓冲液
清水、滤纸片、水槽、 25ml量筒、培养皿、记号笔、反应小室、吸管、镊子、试管架……
（pH5.0、pH6.0、pH7.0、pH8.0）
实验装置
实验步骤
1.水槽加水至快满为止
2. 取大小相同的8片滤纸片放在盛有新鲜肝脏匀浆的培养皿中浸泡1min，然后用镊子夹起滤纸片，贴靠在培养皿上，使多余的匀浆流尽
3.将3片含有酶的滤纸片小心放入反应小室的一侧内壁上使滤纸片粘在内壁上
注意：放入滤纸片时，滤纸片不要碰到反应小室的瓶口
4.将反应小室稍立起，使贴有滤纸片的一侧在上面，小心加入pH5.0的缓冲液2mL，然后再加入2mL3%的过氧化氢溶液。将小室塞紧。
pH5.0的缓冲液2mL+
2mL3%的过氧化氢溶液
注意：加入溶液时，切勿使溶液接触贴在内壁上的滤纸片
5.将 25 mL 量筒横放于水槽中使之灌满水
6.将反应小室小心平放在水槽的水里，然后将量筒移至反应小室口伸出的玻璃管上方
7.将反应小室小心旋转 180°，使过氧化氢溶液接触滤纸片，同时开始计时。每隔 30 s 读取量筒中水平面的刻度 1 次，共进行 4 次，记录结果
8.该实验完成后，反复冲洗反应小室，再重复上述实验过程，测量在pH6.0、pH7.0、pH8.0 下过氧化氢在酶的催化下所释放的气体量
记录实验数据
{F5AB1C69-6EDB-4FF4-983F-18BD219EF322}
1组
2组
3组
3%过氧化氢溶液
2ml
2ml
2ml
滤纸片（含有过氧化氢酶）
3片
3片
3片
缓冲液
2ml
2ml
2ml
pH6.0
pH7.0
pH8.0
释放气体量
30s
60s
90s
120s
总量
pH在接近7.0时，收集的气体量最多；低于或高于7.0时，收集的气体量减少。
实验结论：
过氧化氢酶在最适pH（7.0）时，活性最强，低于最适pH时，随pH升高酶活性升高，高于最适pH时，随pH升高酶活性下降。
实验结果：
酶通常在一定PH范围内才起作用，而且在某一PH下作用最强，称这一PH为酶的最适PH
酶的名称
最适PH
过氧化氢酶（肝）
6.8
唾液淀粉酶
6.8
脂肪酶
8.3
胰蛋白酶
8.0～9.0
胃蛋白酶
1.5～2.2
根据不同酶的特性，最适PH范围可能很窄，也可能较宽，这取决于不同酶的特性。
最适PH值
v/mmol.s-1
0
酶的活性受PH值的影响
不同的酶最适的pH值不同；
每一种酶在其最适的pH值时活性最强
反应速率
尝试绘制坐标图像表示pH值对酶活性的影响
材料用具：
试管，3%的可溶性淀粉溶液，2%的淀粉酶溶液，
碘液，沸水、冰块和60℃的水。
请指出实验中的自变量和因变量？
作出假设：酶的催化作用需要适宜的温度。
自变量：温度
因变量：酶活性
活动：探究温度对酶活性的影响
60℃
分别保温5分钟
2ml3%的淀粉
60℃
保温5分钟
1
2ml淀粉酶
+
碘液
在温度对酶活性的影响实验中，为什么要在淀粉和淀粉酶混合之前控制好温度？
冰水
分别保温5分钟
冰水
保温5分钟
2
+
碘液
沸水
分别保温5分钟
沸水
保温5分钟
3
+
碘液
2ml3%的淀粉
2ml淀粉酶
2ml3%的淀粉
2ml淀粉酶
混合
温度对酶活性的影响
混合
混合
能否用本尼迪特试剂进行检测？
最适温度时：酶的催化能力最高
低于最适温度时：酶的催化能力随着温度的升高而升高。
超过最适温度时：酶的催化能力随着温度的升高而迅速降低。
低温：降低酶的活性
高温：酶的活性完全失去,即失活。
尝试绘制坐标图像表示温度对酶活性的影响
1. 温度升高，化学反应本身的速度会加快。
2. 酶是蛋白质，本身会随温度的升高而发生热变性。
3. 上述两个因素的综合作用表现为图中曲线。
V/mmol·s-1
酶促反应速率
（酶的活性）
最适温度
t/℃
0
酶的活性受温度的影响
c
a
b
温度
酶活性
2.温度对酶活性的影响
在 0～40℃内，一般酶的活性随温度的升高而升高。低温会使酶的活性降低，但不会破坏酶的分子结构，当温度适宜时，酶的催化作用可以恢复。所以，酶一般在较低温度条件下保存。
温度
酶活性
①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
②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
③图丙中，底物浓度为c时，酶促反应速率达到最大，因为，酶被底物饱和
④图丁中，底物充足时,随着酶浓度的增加,酶促反应的速率持续增加
甲
乙
丙
丁
影响酶促反应的因素还有酶浓度和底物浓度，绘制坐标图像表示
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
低温使酶的活性抑制，但酶的空间结构稳定，在适宜温度下酶的活性会升高
甲
乙
丙
丁
酶促反应速率≠酶活性
温度
pH
有机溶剂
抑制剂、激活剂
影响
酶浓度
底物浓度
影响
酶促反应速率
酶活性
影响
重金属离子
1.探究pH影响过氧化氢酶活性的实验装置如图所示，下列相关叙述错误的是( )




A.本实验的自变量为pH,温度、滤纸片的数量等为无关变量
B.以不再产生气泡时量筒内收集到的气体体积作为本实验的检测指标
C.实验开始前反应小室的状态如图甲所示,不能将滤纸片放在小室下方
D.本实验中的肝脏匀浆需为新鲜制备且不能高温处理
B
2.在研究两种不同来源淀粉酶的催化活性与温度的关系时，根据实验结果绘制如图曲线。下列分析正确的是( )




A.酶1的最适温度较酶2高
B.降低反应活化能的效率酶1较酶2高
C.温度为T1和T2时，酶1的酶变性速率相同
D.对温度的适应范围酶1较酶2小
D
解析：

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