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第1节　降低化学反应活化能的酶　第2课时　酶的特性
高中生物学　必修1　分子与细胞·学案
班级：________　姓名：________　学号：________
一、学习目标
1．科学探究：通过“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”的探究活动，阐明酶具有专一性，学会控制变量和设计对照实验。
2．科学思维：通过“pH和温度对酶活性影响”的探究活动，分析推导“酶的作用条件较温和”的特性，训练模型建构的科学思维。
3．社会责任：通过酶在生活、生产中应用的实例，认同酶具有高效、环保、节能等特点。
二、情境导入
细胞内的化学反应大多需要酶催化，酶不仅高效、专一，其作用条件还比较温和。那么，酶与无机催化剂相比“高”在哪里？酶又为什么不能“越俎代庖”催化所有化学反应？温度、pH等条件又是如何影响酶活性的？带着这些问题，我们开启对“酶的特性”的探究之旅。
三、自主预学
（一）知识梳理
图1　酶的特性知识梳理示意图
一、酶的特性
1．酶的高效性和专一性
特性 高效性 专一性
含义 与无机催化剂相比，酶的催化效率更高 每一种酶只能催化一种或一类化学反应
意义 保证了细胞代谢的快速进行；保证了细胞内能量供应的稳定 保证了细胞代谢能够有条不紊地进行
2．验证酶的专一性
(1)实验原理
①淀粉酶能催化淀粉分解为还原糖，而不能使蔗糖水解。
②斐林试剂＋还原糖→砖红色沉淀。
(2)实验过程
试管编号 1 2
加入底物 2 mL淀粉溶液 2 mL蔗糖溶液
加入酶 2 mL淀粉酶溶液
实验处理 混合均匀，在60 ℃左右的热水中保温5 min
加入试剂 加入2 mL斐林试剂，水浴加热约2 min
实验结果 有砖红色沉淀 无砖红色沉淀
结果分析 淀粉酶能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解
实验结论 酶具有专一性
二、酶的作用条件较温和
1．酶活性
(1)含义：酶催化特定化学反应的能力，可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。
(2)影响酶活性的主要因素：温度、pH。酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
2．温度和pH对酶活性的影响曲线分析
图2　温度对酶促反应速率的影响曲线
图3　pH对酶促反应速率的影响曲线
温度 pH
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时，酶促反应速率不再加快，反而随着温度的升高而下降 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
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，在适宜温度下酶的活性会升高，因此酶制剂适宜在低温下保存
3．探究影响酶活性的条件
(1)实验思路
组别 1 2 …… n
实验材料 等量的同种底物
温度（pH） T1（a1） T2（a2） …… Tn（an）
衡量指标 相同时间内，各组酶促反应中生成物量或底物剩余量
实验结论 生成物量最多的一组或底物剩余量最少的一组所处温度（或pH）为最适温度（或pH）
(2)实验步骤
①探究温度对淀粉酶活性的影响
试管编号 1 1′ 2 2′ 3 3′
注入可溶性淀粉溶液保温5 min 2 mL － 2 mL － 2 mL －
注入淀粉酶溶液保温5 min － 1 mL － 1 mL － 1 mL
温度/℃ 0 60 100
相同温度下淀粉溶液与淀粉酶溶液混合，保持温度
碘液检验 变蓝 不变蓝 变蓝
②探究pH对淀粉酶活性的影响
试管编号 1 2 3
注入新鲜的肝脏研磨液 每支试管各1 mL
不同pH处理 0.01 mol/L的盐酸溶液1 mL 蒸馏水1 mL 0.01 mol/L的NaOH溶液1 mL
注入过氧化氢溶液 每支试管各2 mL
预期实验现象 无明显气泡 大量气泡产生 无明显气泡
(3)实验结论：溶液的温度和pH都对酶活性有影响。
三、细胞代谢有序进行的原因
1．原因：细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，还与酶在细胞中的分布有关。
2．实例：植物叶肉细胞中，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内，与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内，这样，光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行，就可以互不干扰了。
（二）判断正误
判断下列说法是否正确，正确的填“√”，错误的填“×”。
(1)二肽酶能催化多种二肽水解，不能说明酶具有专一性。________
(2)酶促反应速率既可以用反应物的消耗速率表示，也可以用产物的生成速率表示。________
(3)低温、温度过高、过酸、过碱条件下酶的活性都很低，且酶的空间结构都发生了不可逆的改变。________
(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。________
(5)酶活性最高时的温度适合酶的保存。________
四、课堂探究
探究一　酶的专一性
[教材情境]阅读教材P81“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”，结合下述资料，自主学习，小组合作完成以下问题。
资料：淀粉和蔗糖都是非还原糖，但淀粉水解后会生成麦芽糖，蔗糖水解后会产生葡萄糖和果糖，麦芽糖、葡萄糖和果糖都是还原糖。下表为淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用实验。
试管编号 1 2
可溶性淀粉溶液 2 mL －
蔗糖溶液 － 2 mL
新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
60 ℃水浴保温5 min
新配制的斐林试剂 2 mL 2 mL
水浴加热约2 min
实验现象 有砖红色沉淀 没有砖红色沉淀
1．该实验中的自变量和因变量分别是什么？
2．本实验的设计思路是探究同一种酶是否能催化不同底物水解。
3．1号试管有砖红色沉淀生成，说明淀粉被水解，产生了还原糖；2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有被水解。上述实验说明：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有专一性。
4．实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂？为什么？
5．已知淀粉酶能够催化淀粉水解，设置1号试管有无必要？
6．同学们发现，实验时老师还提供了蔗糖酶和碘液，小组进行讨论并提出能证明酶的专一性的其他实验思路。
1．实验设计方案
组别 底物 酶 结果
思路一：相同酶不同底物
对照组 甲 甲酶 甲被分解
实验组 乙 甲酶 乙不被分解
思路二：相同底物不同酶
对照组 甲 甲酶 甲被分解
实验组 甲 乙酶 甲不被分解
2．酶的专一性原理
(1)“锁钥学说”：生物反应中，酶和底物结合时，底物的结构和酶的活性中心的结构十分吻合，就好像一把钥匙配一把锁一样。如下图所示：
图4　酶与底物特异性结合的“锁钥学说”示意图
(2)“诱导契合学说”：酶和底物并不是事先就以一种互补的形状存在，而是在受到诱导之后才形成互补的形状，从而使酶和底物契合而形成酶—底物复合物，并引起底物发生反应。如下图所示：
图5　酶—底物复合物形成的“诱导契合学说”示意图
探究二　影响酶活性的条件
[教材情境]阅读教材P“影响酶活性的条件”，结合下列资料分析教材中有关实验设计提出的相关问题。
资料：下表为某小组“探究温度是否影响酶的活性”的实验设计。
实验步骤 一 取3支试管，分别进行编号 1 2 3
二 加入淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL
三 加入淀粉酶溶液 1 mL 1 mL 1 mL
四 不同温度下保温5 min 0 ℃ 60 ℃ 100 ℃
五 加入斐林试剂 2 mL 2 mL 2 mL
观察实验现象
结论
1．在实验时，材料的选择十分关键，分析以下选择是否可行，并阐明原因。
实验 选择 是否可行及原因
温度对酶活性的影响 过氧化氢和过氧化氢酶 不可行。过氧化氢常温下即可分解，加热分解更快
pH对酶活性的影响 淀粉酶和淀粉 不可行。因为淀粉酶催化的底物是淀粉，淀粉在酸性条件下也会发生水解反应
2．在探究温度对蛋白酶活性的影响实验中，能否选用蛋白块作为反应底物？若能，如何观测酶的活性变化？
3．资料中，有小组提出实验方案的实验步骤中应将淀粉和淀粉酶分别预热到同一温度再混合。他们的质疑是否合理？为什么？
4．资料中，用斐林试剂检测酶促反应速率是否合理？为什么？
1．有关酶活性探究的一般思路
图6　探究影响酶活性的条件实验思路流程示意图
2．探究影响酶活性实验的“三宜”“四不宜”
图7　探究酶最适温度与pH实验的“三宜”“三不宜”要点
3．影响酶活性因素的曲线模型
图8　酶活性受温度影响的曲线模型
图9　酶活性受pH影响的曲线模型
项目 酶活性受温度影响 酶活性受pH影响
模型解读 B：酶的最适温度；
AB：酶促反应速率随温度升高而加快；
BC：酶促反应速率随温度升高而下降；
C：高温使酶变性失活 E：酶的最适pH；
DE、EF：pH偏低或偏高，酶促反应速率都会下降
五、分层训练
课后分层练(十六)　酶的特性
（选择题每题5分，非选择题每题15分）
【基础巩固练】
考点一　酶的特性
1．下列关于酶的特性的叙述，正确的是（　　）
A．有的酶具有高效性，有的酶没有高效性
B．有的酶具有专一性，有的酶没有专一性
C．有的酶能降低反应的活化能，有的酶能升高反应的活化能
D．不同酶的分子结构不同，不同酶的理化性质不同
2．纺织工业上的退浆工序常用两种方法。化学法：用7～9 g/L的NaOH，在70～80 ℃条件下作用12 h，退浆率仅为50%～60%。加酶法：用少量细菌淀粉酶，在适宜温度下作用5 min，退浆率达100%，这一事实说明（　　）
A．酶具有多样性
B．酶具有高效性
C．酶具有专一性
D．酶具有溶解性
3．酶TvgC能高效降解两种塑料（尼龙6和尼龙66）。TvgC变性温度为93 ℃，60 ℃下放置一周仍保持活性。TvgC与尼龙混合后能快速将其转化（转化率如图所示）。有关叙述正确的是（　　）
图10　酶TvgC对尼龙6和尼龙66的转化率曲线
A．该酶能催化两种底物分解，不具有专一性
B．该酶为尼龙降解提供活化能使其快速被转化
C．该酶具有较强的热稳定性，应在高温条件下保存
D．该酶对尼龙66的降解效率高于尼龙6
考点二　探究影响酶活性的条件
4．若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活性的实验中，下列操作顺序合理的是（　　）
A．加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量
B．加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
C．加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量
D．加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
5．不同的pH对胃蛋白酶和胰蛋白酶活性的影响如图所示。下列叙述错误的是（　　）
图11　不同pH对胃蛋白酶和胰蛋白酶活性的影响
A．两种酶都有各自最适的pH
B．两种酶的活性随pH降低而减小
C．两种酶都能催化蛋白质的水解
D．两种酶在pH为5时均变性失活
6．下图甲、乙、丙表示酶浓度一定时，反应速率和反应物浓度、温度、pH的关系。下列相关分析不正确的是（　　）
图12　反应速率与反应物浓度、温度、pH的关系图
A．甲图中，因反应液中酶的数量有限，当反应物达到一定浓度时，反应速率不再上升
B．乙图中，A点对应的温度称为最适温度
C．乙图中，温度超过A点后反应速率急剧下降，其原因是高温条件下酶变性失活
D．丙图中，pH从6上升到10的过程中，酶活性先增强后降低
7．某科研小组将新鲜的黄瓜磨碎、过滤制得提取液，为研究提取液中过氧化氢酶的活性，以等体积、等浓度的H2O2作为底物分别做了两个实验，得到下图所示实验结果。下列相关说法正确的是（　　）
图13　黄瓜提取液过氧化氢酶活性探究结果
A．实验一的自变量是催化剂的种类，两种催化剂起作用的原理不同
B．实验一黄瓜提取液中过氧化氢酶的浓度必须与Fe3+的浓度相等
C．实验二A曲线对应的是黄瓜提取液，B曲线对应的是Fe3+溶液
D．将实验二中pH为3的实验组与pH为11的实验组溶液混合，酶的活性不会恢复
8．岭南佳果荔枝果皮鲜红诱人，但是采后保鲜时间短，贮藏时易褐变，导致果品价值降低，制约荔枝产业发展。研究表明，荔枝果皮颜色的褐变原理包括如下变化。请回答下列问题。
图14　荔枝果皮褐变的原理示意图
(1)植物产生的POD（过氧化物酶）能够催化愈创木酚发生化学反应，但不能催化花色素苷发生化学反应，说明酶具有________。
(2)由图可知，导致果实褐变的两个主要原因：________和________。
(3)实际生产中常采用冰水浸果以减缓褐变，其原理是________。
(4)科研人员采摘妃子笑、无核和紫娘喜三个品种的荔枝鲜果，定期测定果皮中POD活性，结果如图：
图15　三个荔枝品种采摘后POD活性的变化曲线
由曲线可知，采摘后最不易褐变的荔枝品种是________，理由是________。
六、参考答案
（一）自主预学·判断正误
（1）×　（2）√　（3）×　（4）×　（5）×
解析：（1）酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应，二肽酶能催化多种二肽水解，能说明酶具有专一性。（3）低温抑制了酶的活性，但酶的空间结构稳定，随着温度升高酶的活性可以逐渐恢复。（4）胃蛋白酶在pH为10时，空间结构已被破坏，降低pH不能使其活性恢复。（5）保存酶时应尽量降低其活性以延长保质期，酶适宜储存在低温条件下。
（二）课堂探究·探究一（酶的专一性）
探究1　自变量是底物的种类；因变量是底物是否被淀粉酶水解。
探究2　本实验的设计思路是探究同一种酶是否能催化不同底物水解。
探究3　1号试管有砖红色沉淀生成，说明淀粉被水解，产生了还原糖；2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有被水解。这说明淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有专一性。
探究4　不能。因为碘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液变色。
探究5　有必要，作为对照组可排除淀粉酶的活性、浓度等无关变量的影响。
探究6　其他实验思路如表所示。
底物 酶 检测试剂
淀粉、蔗糖 蔗糖酶 斐林试剂
淀粉 蔗糖酶、淀粉酶 斐林试剂或碘液
蔗糖 蔗糖酶、淀粉酶 斐林试剂
（三）课堂探究·探究二（影响酶活性的条件）
问题1　材料选择及其可行性、原因见下表。
实验 选择 是否可行及原因
温度对酶活性的影响 过氧化氢和过氧化氢酶 不可行。过氧化氢常温下即可分解，加热分解更快
pH对酶活性的影响 淀粉酶和淀粉 不可行。因为淀粉酶催化的底物是淀粉，淀粉在酸性条件下也会发生水解反应
问题2　能，可用相同时间内蛋白块体积的变化来表示酶的活性。
问题3　合理。保证反应一开始就达到预设温度，不会因为混合而改变温度，或者在达到预设温度前发生反应。
问题4　不合理。因为斐林试剂与还原糖只有在加热条件下才能生成砖红色沉淀，加热会改变温度，对实验结果造成影响。
（四）课后分层练(十六)
1　B
解析：酶的催化效率比无机催化剂高，具有高效性，A错误；一种酶只能催化一种或一类化学反应，具有专一性，B错误；酶通过降低化学反应的活化能加快化学反应，C错误；不同酶的分子结构不同，不同酶的理化性质不同，D正确。
2　B
解析：由题意可知，少量淀粉酶比NaOH退浆所用时间短得多，退浆率高得多，说明酶具有高效性。
3　D
解析：酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应，这里酶TvgC能高效降解两种塑料尼龙6和尼龙66，说明它仍然体现了酶的专一性，A错误；酶的作用机理是降低化学反应的活化能，而不是提供活化能，B错误；该酶变性温度为93 ℃，高温可能使酶的结构改变而失活，酶不能在高温条件下保存，C错误；由图像可知该酶对尼龙66的降解效率高于尼龙6，D正确。
4　C
解析：在测定酶活性的实验中，需要保证pH和温度均相同且适宜，故缓冲液应在加入底物和酶之前加入，C符合要求。
5　B
解析：据图分析可知，胃蛋白酶的最适pH是1.5左右，胰蛋白酶的最适pH是8左右，两种酶都有各自最适的pH，A正确；pH为3时，胃蛋白酶变性失活，pH为10时，胰蛋白酶变性失活，故两种酶的活性并不能随pH降低而减小，B错误；胃蛋白酶和胰蛋白酶都是催化蛋白质水解的酶，C正确；两种酶在pH为5时均变性失活，D正确。
6　D
解析：甲图中，因反应液中酶的数量有限，当反应物达到一定浓度时，反应速率不再上升，A正确；乙图中，最高点A点对应的温度称为最适温度，B正确；温度超过A点后反应速率急剧下降，是因为高温导致酶变性失活，C正确；丙图中过酸或过碱都会导致酶活性降低或失活，pH为6时酶已失活，故pH从6上升到10的过程中，酶活性不变，D错误。
7　D
解析：实验一中，自变量是催化剂的种类，但催化剂作用原理相同，都是降低化学反应的活化能，A错误；酶具有高效性，故实验一黄瓜提取液中过氧化氢酶的浓度未必需要与Fe3+浓度相等，B错误；实验二探究的是pH对酶活性的影响，A、B曲线的差异可能是酶量的影响，不是催化剂种类造成的，C错误；过氧化氢酶在pH为3和pH为11时均已失活，混合后活性不会恢复，D正确。
8（1）　专一性
8（2）　酶促反应使多聚色素增加　pH升高使花色素苷转化成查尔酮
8（3）　低温会降低POD的活性，减少多聚色素的含量
8（4）　紫娘喜　采摘后一段时间内其POD活性较低，且POD活性峰值出现最晚
AIGC标识: 3a1c6eac-6451-4dc0-a748-3b1c79c69a4e

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