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(共65张PPT)
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　酶的特性
课时目标 1.运用结构与功能观，分析酶的专一性。(生命观念)
2．通过模型构建，说明酶的专一性和影响酶活性的因素。(科学思维)
3．设计实验方案，探究酶的专一性和温度、pH对酶活性的影响。
(科学探究)
4．通过酶在生产生活中的应用实例，认同酶在生产应用上具有环保节能的特点。(社会责任)
一、酶的特性
1．高效性
(1)含义：与无机催化剂相比，酶_______________的作用更显著。
(2)理解：酶的催化效率是无机催化剂的107～1013倍，说明酶具有_________。
2．专一性
(1)含义：每一种酶只能催化_______________化学反应。
(2)意义：保证了____________能够有条不紊地进行。
降低活化能
高效性
一种或一类
细胞代谢
3．酶的作用条件较温和
(1)酶所催化的化学反应一般是在____________的条件下进行的。
(2)温度和pH对酶活性的影响示意图
①在最适温度和pH条件下，酶的活性______。
②温度和pH偏高或偏低，酶活性都会____________。
比较温和
最高
明显降低
二、酶特性的相关实验探究
1．淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
(1)实验原理
①淀粉和蔗糖都是非还原糖，在酶的催化作用下都能水解成______ ___。
②在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用____________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。
还原
糖
斐林试剂
(2)方法步骤
操作步骤 试管1 试管2
注入可溶性淀粉溶液 2 mL —
注入______溶液 — 2 mL
注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL ________
60 ℃保温5 min
注入新配制的____________ 2 mL 2 mL
水浴加热，煮沸1 min
观察溶液颜色变化
蔗糖
2 mL
斐林试剂
(3)实验结论
淀粉酶能催化淀粉水解而不能催化蔗糖水解，说明酶具有_________。
2．影响酶活性的条件
(1)酶活性：_______________________的能力。
(2)酶活性的表示方法：一定条件下酶所催化某一化学反应的______。
专一性
酶催化特定化学反应
速率
◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”)
1．加酶洗衣粉不能在高温下使用，因为高温下酶的活性会降低。(　　　)
2．加酶洗衣粉可用来清洗羊毛和真丝质地的衣物。(　　　)
提示：羊毛和真丝的主要成分是蛋白质，而加酶洗衣粉中有蛋白酶，会损伤衣物。
3．高温、低温都会使酶活性降低，两者的作用实质不同。(　　　)
√
×
√
4．在测定胃蛋白酶活性时，将溶液的pH由10降到2的过程中，胃蛋白酶的活性将逐渐增强。 (　　　)
提示：胃蛋白酶的最适pH为1.5，在pH为10时，胃蛋白酶的活性已经丧失，在降到2的过程中活性不变。
5．酶能调节机体内的代谢，增大反应速率。(　　　)
提示：酶只能起催化作用，不能调节机体内的代谢。
6．酶活性最高时的温度适合酶的保存。(　　　)
提示：酶适合保存在低温条件下。
×
×
×
◆名师点睛
1．酶的高效性和作用条件较温和都是与无机催化剂相比较而言的。
2．温度过高、过酸、过碱都会使酶变性失活，酶活性无法恢复。
◆思维启迪
1．胃液中的胃蛋白酶进入小肠还会起作用吗？
提示：胃蛋白酶的最适pH为1.5，而小肠的pH为7.6，胃蛋白酶进入小肠后会失去活性，所以不会再起作用。
2．为什么芹菜无论咀嚼多长时间，都感觉不到甜，而咀嚼馒头时间长了，就会有甜味？
提示：人的唾液中含淀粉酶，淀粉酶可将淀粉分解为具有甜味的麦芽糖，却不能将纤维素分解。
◆视野拓展
酶制剂的保存
酶制剂具有催化效率高、高度专一性、作用条件温和、降低能耗、减少化学污染等特点。一般情况下，酶制剂都是保存在低温条件下或者加甘油分装冻在零下20 ℃到零下80 ℃条件下，严禁反复冻融。有的酶制剂能在常温下保存，如真菌淀粉酶制剂常温下半年的酶活力保存率达到95%以上，1年的保存率可达到90%以上。
任务一__酶特性的实验方案设计
1．在探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用实验中，能否用碘液代替斐林试剂进行检测？
答案：不能。因为碘与蔗糖及蔗糖的水解产物都不发生反应。
2．能否用过氧化氢溶液和过氧化氢酶来探究温度对酶活性的影响？为什么？
答案：不能。因为过氧化氢受热易分解，温度越高，过氧化氢分解越快，会对实验结果造成干扰。
3．为什么不选择淀粉和淀粉酶做pH影响酶活性的实验？
答案：酸性条件下淀粉易分解，影响实验结果；碱性条件下碘与淀粉不会变蓝色。
1．酶的高效性及实验验证
(1)实验组：底物＋酶―→底物分解速率(或产物形成速率)。
(2)对照组：底物＋无机催化剂―→底物分解速率(或产物形成速率)。
2．酶的专一性及实验设计
(1)思路：同一种酶催化不同的化学反应。
(2)实验设计
步骤 1 淀粉＋淀粉酶 蔗糖＋淀粉酶
2 等量斐林试剂，水浴加热相同时间
现象 出现砖红色沉淀 无颜色变化
结论 酶具有专一性
(2)实验过程
4.探究pH对酶活性的影响
(1)原理：过氧化氢分解产生水和氧气，过氧化氢酶可加快过氧化氢的分解，在短时间内产生大量的氧气。pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成速率，可根据点燃但无火焰的卫生香的复燃情况来检验氧气的生成速率。
(2)实验过程
步骤 项目 试管1 试管2 试管3
1 加入过氧化氢溶液 2 mL
2 加入蒸馏水 1 mL — —
3 加入盐酸溶液 — 1 mL —
4 加入NaOH溶液 — — 1 mL
5 滴加肝脏研磨液 2滴
6 37 ℃水浴 5 min
7 点燃但无火焰的卫生香 复燃 不复燃 不复燃
结论 过氧化氢酶在强酸和强碱环境中不起作用，在中性环境中能催化过氧化氢快速分解
有关酶实验设计的“宜”与“不宜”
(1)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂“宜”选用碘液，“不宜”选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
(2)在探究pH对酶活性的影响时，“宜”保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与酶接触，“不宜”在未达到预设pH前就让反应物与酶接触。
(3)在探究温度对酶活性的影响时，“宜”保证酶的最适pH(排除pH干扰)，且将酶和底物分别保温(实验要求的温度)后，再混合继续保温，“不宜”在未分别保温前就让反应物与酶接触。
1．现有甲、乙、丙三支试管，先向三支试管内分别加入2 mL可溶性淀粉溶液，再按如图所示步骤操作，然后分别用斐林试剂检验。下列分析不正确的是 (　　)
D
A.该实验的自变量是温度和酶的种类
B.甲试管内出现砖红色沉淀，乙试管内无砖红色沉淀，说明酶具有专一性
C.甲试管和丙试管对照，说明高温会影响酶的活性
D.丙试管的实验操作应该先加入酶，再煮沸
[答题指导]
解析：
根据题图分析可知，该实验的自变量是温度和酶的种类，A正确；唾液淀粉酶可将淀粉分解成麦芽糖，麦芽糖是还原糖，用斐林试剂检测可出现砖红色沉淀，胃蛋白酶不能分解淀粉，淀粉是非还原糖，用斐林试剂检测不出现砖红色沉淀，所以甲试管内出现砖红色沉淀，乙试管内不出现，说明酶具有专一性，B正确；甲试管和丙试管的自变量是温度，两者对照可说明高温会影响酶的活性，C正确；酶具有高效性，丙试管中若先加入酶，再煮沸，会有部分淀粉分解成麦芽糖，影响实验结果，D错误。
2．(2024·贵港高一检测)凝乳酶能催化乳汁凝固，常用于奶酪的生产。某同学对凝乳酶进行了相关实验，结果如表所示。下列有关实验的分析，错误的是 (　　)
D
组别 A B C D E F
水浴温度/℃ 10 20 30 40 50 60
凝乳时间/min 不凝 7.0 4.0 1.5 4.0 不凝
A．该实验的目的是探究温度对凝乳酶活性的影响
B．实验中各组所加凝乳酶量和乳汁量属于无关变量，应保持相同且适宜
C．若将A组的温度逐渐加热至40 ℃，乳汁将凝固
D．凝乳酶发挥作用的最适温度为40 ℃
解析：
结合表格可知，本实验自变量为温度，因变量为凝乳时间，该实验的目的是探究温度对凝乳酶活性的影响，A正确；实验中各组所加凝乳酶量和乳汁量属于无关变量，会影响实验结果，应保持相同且适宜，B正确；低温不会破坏酶的空间结构，若将A组的温度逐渐加热至40 ℃，酶活性逐渐升高，乳汁将凝固，C正确；本实验温度梯度较大，通过以上实验，只能确定凝乳酶的最适温度在40 ℃左右，不能得出“凝乳酶发挥作用的最适温度为40 ℃”的结论，D错误。
探究影响酶活性实验的“四步曲”
(1)分组编号：将实验器具分组编号并装入相应等量试剂。
(2)控制变量：控制影响酶活性的条件(如温度、pH等)，即首先将底物、酶液分别处理到预设的条件。
(3)进行反应：让酶液与底物混合，在预设的条件下反应，无关变量保持相同且适宜。
(4)结果检测：检测实验的因变量，观察并记录实验结果。
任务二__与酶相关的曲线分析
下图是温度和pH与酶促反应速率的关系的示意图。
[问题探究]
1．置于图1 B点温度下的酶溶液，不断升高温度，酶活性会发生怎样的变化？
答案：酶活性会明显降低，直至完全失活。
2．置于图2 A点pH下的酶溶液，不断升高pH，酶活性会发生怎样的变化？为什么？
答案：不变，因为酶已变性失活。
3．底物浓度影响酶促反应速率的曲线中，当底物达到一定浓度后，酶促反应速率不再增加，其原因是什么？
答案：受酶浓度(或酶数量)的限制。
1．酶和反应物的浓度与反应速率的关系
(1)反应速率与酶浓度的关系：在反应物充足，其他条件均适宜的情况下，反应速率与酶浓度成正比(如图1)。
(2)反应速率与反应物浓度的关系：在酶量一定的条件下，在一定范围内，反应速率会随着反应物浓度的增加而增大，但当反应物浓度达到一定值后，由于受酶浓度(或酶数量)的限制，反应速率不再增大(如图2)。
2．酶的高效性和专一性曲线
(1)酶的高效性
(2)酶的专一性
3．温度和pH对酶促反应速率的影响曲线

(1)在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。
(2)在低于最适温度和pH的范围内，随着温度和pH的升高，酶的活性逐渐增强；超过最适温度和pH后，酶的活性逐渐减弱，甚至失去活性。
(3)过酸过碱或温度过高，会使酶永久失活。
关于酶活性的两个易错提醒
(1)将酶从低温环境逐渐恢复到最适温度时，酶的活性可恢复，但若从高温、过酸或过碱的环境逐渐恢复到最适温度或pH，酶已经失去活性，不可恢复。
(2)温度、pH等因素会影响酶的活性，进而影响反应速率，但是不会影响酶的最适温度和最适pH。
1．(2023·广西合格考)如图表示植物体内某种酶的活性与pH的关系。下列有关叙述不正确的是 (　　)
A．pH＝5时，该酶活性最高
B．pH为5～10时，增大pH会降低酶活性
C．应在pH＝10的条件下保存该酶
D．过酸、过碱都会使酶失活
C
解析：
由图可知，pH＝5时，该酶活性最高，A正确；由图可知，pH为5～10时，增大pH，酶的活性降低，B正确；应在最适pH条件下保存酶，分析题图可知，该酶的保存条件为pH＝5，C错误；过酸、过碱都会破坏酶的空间结构，使其失活，D正确。
2．(2024·重庆高一检测)如图为某种酶催化的化学反应在不同温度条件下，反应底物浓度随时间变化的曲线图。下列相关叙述不正确的是 (　　)
A．该种酶的最适温度是45 ℃
B．该种酶在65 ℃时空间结构被破坏
C．该种酶在25 ℃时仍具有催化活性
D．影响酶促反应速率的因素不只有温度和pH
A
解析：
因为图中涉及的温度很少，在这三种温度下，45 ℃时酶促反应速率最快，但该温度不一定是该酶的最适温度，A错误；高温会导致蛋白质空间结构发生不可逆的改变，该种酶在65 ℃时不能催化反应发生，推测其空间结构被破坏，B正确；从图中可知，该酶在25 ℃的催化效果不如45 ℃，但该种酶在25 ℃时仍具有催化活性，C正确；影响酶促反应速率的因素不只有温度和pH，还有酶浓度和底物浓度等，D正确。
超氧化物歧化酶(SOD)能消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质，具有抗衰老的特殊效果，其含有的金属离子对增强酶的热稳定性有重要影响。资料报道，当反应温度为88 ℃，时间为15～30 min时对SOD的活性影响不大。
超氧化物歧化酶抗衰老的机制——科学探究
如图是通过光催化反应装置分别在四种条件下检测紫外光对DNA损伤的相关曲线(TiO2表示二氧化钛，是一种光催化剂；UV表示紫外光)。
Ⅰ 组：黑暗处理曲线a(TiO2/DNA体系)、 Ⅱ 组：紫外光处理曲线b(UV/DNA体系)、 Ⅲ 组：光催化曲线c(UV/TiO2/DNA体系)、 Ⅳ 组：光催化引入SOD曲线d(UV/TiO2/SOD/DNA体系)。
设计1：考查信息获取与知识迁移能力
(1)根据SOD的化学性质，我们可以利用________________________的方法来除去一部分其他杂质蛋白。
设计2：考查长句表达能力与科学探究
(2)实验中设计黑暗处理作为对照组的目的是___________________。曲线b说明______________________________________。曲线c、d说明____________________________________________________________________________________________________________________________。
答案：(1)高温变性(或88 ℃环境下处理15～30 min)
(2)证明TiO2不会损伤DNA　无TiO2(催化剂)的条件下，紫外光对DNA损伤很小　在有TiO2的条件下，紫外光对DNA损伤很大，而SOD能够明显延缓或抑制DNA的损伤
解析：
(1)当反应温度为88 ℃，时间为15～30 min时对SOD的活性影响不大，而部分其他杂质蛋白在该条件下已经失活，故可利用这个特性来除去其他杂质蛋白。(2)黑暗处理组为TiO2/DNA体系，设计黑暗处理作为对照组的目的是证明TiO2不会损伤DNA。紫外光处理曲线b(UV/DNA体系)说明没有TiO2(催化剂)的条件下，紫外光对DNA的损伤很小。光催化曲线c(UV/TiO2/DNA体系)说明在有TiO2的条件下，紫外光对DNA的损伤非常严重，300 min时，DNA几乎全部损伤；而光催化引入SOD曲线d(UV/TiO2/SOD/DNA体系)，由于有SOD存在，DNA损伤明显变缓，说明SOD能够明显延缓或抑制DNA的损伤。
1．(2024·梧州高一检测)唾液淀粉酶进行催化反应的最适温度约为 (　　)
A．100 ℃ B．37 ℃
C．0 ℃ D．－10 ℃
B
解析：
人体细胞外液的温度一般维持在37 ℃左右，据此可推测人体唾液淀粉酶进行催化反应的最适温度为37 ℃，B正确。
2．(2024·南宁高一检测)下列各项因素中，不能破坏酶的分子结构，从而使酶失活的是 (　　)
A．强酸 B．强碱
C．低温 D．高温
C
解析：
强酸、强碱、高温都会破坏酶的空间结构使酶失活，A、B、D不符合题意；低温能降低酶的活性，但不会使酶变性失活，C符合题意。
3．蛋白酶只能催化蛋白质的水解，不能催化脂肪的水解。这一事实说明 (　　)
A．酶具有专一性
B．酶作用条件温和
C．酶具有高效性
D．酶具有催化作用
A
解析：
酶具有专一性，即一种酶只能催化一种或一类化学反应，因此蛋白酶只能催化蛋白质的水解，不能催化脂肪的水解，A符合题意。
4．“果酒放久了易产生沉淀”，只要加入少量蛋白酶后就可使沉淀消失，而加入其他酶则无济于事，这说明 (　　)
A．酶的化学成分是蛋白质
B．酶的催化作用具有专一性
C．酶的催化作用受环境影响
D．酒中的这种沉淀是氨基酸
B
解析：
果酒的沉淀物中含有蛋白质，加入蛋白酶可使蛋白质水解，而其他酶不能水解蛋白质，体现了酶的专一性。故选B。
5．(2024·济南高一检测)某些酶促反应的产物积累量达到一定浓度时，产物与酶结合降低酶促反应速率。苏氨酸脱氢酶催化苏氨酸合成异亮氨酸的过程如图所示。下列分析错误的是 (　　)
B
A．苏氨酸脱氢酶具有专一性
B．异亮氨酸与苏氨酸脱氢酶结合降低了酶的活化能
C．及时清除异亮氨酸能逐步恢复该酶促反应的速率
D．该机制有利于维持细胞中苏氨酸和异亮氨酸的含量相对稳定
解析：
每一种酶只能催化一种或一类化学反应，因此，苏氨酸脱氢酶具有专一性，A正确；酶能降低化学反应所需的活化能，其自身不提供活化能，因此异亮氨酸与苏氨酸脱氢酶结合不是降低了酶的活化能，而是降低了酶的活性，B错误；据图分析可知，当合成的异亮氨酸浓度达到一定程度时，会与苏氨酸脱氢酶结合，从而使得苏氨酸不能与苏氨酸脱氢酶结合，若及时清除异亮氨酸，能逐步恢复该酶促反应的速率，C正确；图示为反馈调节，当异亮氨酸浓度达到一定
解析：
程度时，会与苏氨酸脱氢酶结合，从而抑制酶促反应的进行，这种调节机制能够使异亮氨酸浓度不至于太高，有利于维持细胞中苏氨酸和异亮氨酸的含量相对稳定，D正确。
6．研究者以健康美洲鳗幼鱼为实验材料，取胃、肠和肝胰脏组织分别制备匀浆并离心，将上清液作为待测酶液，分别测定不同温度和pH下的三种不同来源的蛋白酶活性，结果如图所示。请据图回答下列问题：
(1)根据酶具有________性，研究者以酪蛋白作为酶促反应的反应物来测定酶活性。
(2)据图可知，来自胃、肠、肝胰脏的三种蛋白酶的最适温度依次为________________；在各自的最适pH下，来自________的蛋白酶催化能力最强。
(3)本实验结果________(填“能”或“不能”)作为衡量美洲鳗饲料配制和合理投食的依据，理由是____________________________________。
答案：(1)专一
(2)55 ℃、55 ℃、50 ℃　肠
(3)能　本实验的材料来自健康美洲鳗幼鱼
解析：
(1)酶具有专一性，一种酶只能催化一种或一类化学反应，研究者据此原理选择酪蛋白作为酶促反应的反应物来测定酶活性。(2)据图1可知，来自胃、肠、肝胰脏的三种蛋白酶的最适温度依次为55 ℃、55 ℃、50 ℃；据图2可知，不同酶的最适pH不同，在各自的最适pH条件下，不同酶的活性也不同，在各自的最适pH下，来自肠的蛋白酶催化能力最强。(3)分析题意可知，本实验所用的酶来自健康美洲鳗幼鱼，故本实验结果能作为衡量美洲鳗饲料配制和合理投食的依据。

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