高中生物浙科版分子与细胞第三章细胞的代谢第三节酶

第三节酶1．描述酶的发现过程。2．说明酶在细胞代谢中的作用、本质。(重点)3．举例说明酶的专一性和高效性。(重点)4．分析酶的催化作用受许多因素的影响。(重难点)酶的发现与酶是生物催化剂1．酶的发现(1)酶的发现史年代科学家推论或结论18世纪末斯帕兰扎尼胃液中有一种消化肉的物质1853年巴斯德酒精发酵是酵母菌代谢活动的结果19世纪李比希酒精发酵仅仅是一种化学反应，与酵母菌的活动无关，最多只需要酵母菌中某种物质的参与1897年毕希纳促使酒精发酵的是酵母菌中的某种物质——酶，而不是酵母菌细胞本身1926年萨母纳尔得到脲酶结晶，明白酶的本质是蛋白质20世纪80年代初少数特殊的酶的本质是RNA，称为核酶(2)酶的本质①合成场所：活细胞内。②化学本质：具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，极少数是RNA。2．酶是生物催化剂(1)特点：促使反应物发生化学变化，本身却不发生化学变化。(2)底物：受酶催化而发生化学反应的分子叫底物。(3)酶催化底物反应的机理①“钥匙与锁”的原理②酶促反应过程底物＋酶→酶­底物复合物→复合物形状发生一定变化→酶＋产物。3．酶的活性：酶作用的强弱可用酶的活性表示。eq\a\vs4\al([合作探讨])探讨eq\a\vs4\al(1)：所有酶的结构单元都是氨基酸吗？提示：除了少数特殊的酶(RNA)外，酶的结构单元都为氨基酸。探讨eq\a\vs4\al(2)：现有一种酶，请设计实验探究其成分是蛋白质。提示：待测酶液eq\o(→,\s\up14(双缩脲试剂))紫色→酶是蛋白质已知蛋白质液eq\o(→,\s\up14(双缩脲试剂))紫色探讨eq\a\vs4\al(3)：下图为酶催化反应的过程示意图，以数字编号的图形分别表示反应物、酶、生成物等反应要素，其中表示酶的图形编号是什么？为什么？提示：是①，从图中可以看出图形①参与酶催化的反应，并在反应后能保持结构和性质不变，故图形①应为酶。eq\a\vs4\al([思维升华])1．酶的本质及生理功能化学本质绝大多数是蛋白质少数是RNA合成原料氨基酸核糖核苷酸合成场所核糖体细胞核(真核生物)来源一般来说，活细胞都能产生酶生理功能具有生物催化作用2．酶与无机催化剂的异同比较酶无机催化剂相同点改变反应速率，本身不被分解②加快化学反应速率，缩短达到平衡的时间不同点催化效率高低专一性有无稳定易变性较稳定反应条件温和较苛刻1．如图表示人体内某个化学反应，下列关于酶叙述正确是()A．图中A表示酶，A一定是RNAB．图中B表示酶，B一定是蛋白质C．图中A表示酶，A一定是有机物D．图中A表示酶，A只能在人体内起作用【解析】酶是生物催化剂，它具有一般催化剂的特性，反应前后本身不发生变化，从图中可判断出A表示酶。酶的化学本质是有机物，大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。酶的催化作用需要适宜的条件，在条件适宜时在体外也可发挥催化作用。【答案】C2．猪笼草是一种食虫植物，当其捕获昆虫后，会分泌一种物质使虫体分解，某学生设计了两组实验以验证这种分泌物主要为蛋白酶。如图所示经35℃水浴保温一段时间后，1、2中加入适量的双缩脲试剂，3、4中不加任何试剂，【导学号：36500074】实验①实验②A．实验① B．实验②C．实验①、实验②都能 D．实验①、实验②都不能【解析】实验①是根据蛋白质与双缩脲试剂的颜色反应来验证实验，但由于分泌液中的蛋白酶其化学本质是蛋白质，也会与双缩脲试剂反应，因此实验①不能达到目的。实验②可根据蛋白块的消失来验证分泌液的主要成分为蛋白酶。【答案】B酶的特性1．酶有高效性(1)实验原理过氧化氢是细胞中某些化学反应的副产物，具有强的氧化性，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：2H2O2eq\o(→,\s\up14(过氧化氢酶))2H2O＋O2。(2)实验步骤编号步骤12相同处理向2支试管中分别加入3mL2%的过氧化氢溶液不同处理加入鸡肝匀浆或马铃薯匀浆少许，试管口塞上橡胶塞加入少许二氧化锰，试管口塞上橡胶塞观察①试管内产生气泡数量②试管口卫生香燃烧程度(3)实验结论：酶的催化活性具有高效性。2．酶有专一性(1)概念一种酶只能催化一种底物或少数几种相似底物的反应，就是酶的专一性。(2)实验探究①实验原理还原糖(如麦芽糖、葡萄糖)遇本尼迪特试剂在水浴后会出现红黄色沉淀；淀粉水解得到麦芽糖，而蔗糖水解后可得到葡萄糖；淀粉与蔗糖都不是还原糖。②实验步骤及结果试管123456本尼迪特试剂2mL2mL2mL2mL2mL2mL1%淀粉溶液3mL－3mL－3mL－2%蔗糖溶液－3mL－3mL－3mL新鲜唾液－－1mL1mL－－蔗糖酶溶液－－－－1mL1mL实验结果无红黄色沉淀无红黄色沉淀产生红黄色沉淀无红黄色沉淀无红黄色沉淀产生红黄色沉淀③结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，而不能催化分解蔗糖；而蔗糖酶只能催化蔗糖水解，而不能催化分解淀粉，说明酶具有专一性。3．酶的作用受许多因素的影响(1)pH对酶作用的影响酶通常在一定pH范围内才起作用，而且在某一pH值下作用最强。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，胃蛋白酶的最适pH是2左右，胰蛋白酶是8左右。(2)温度对酶活性的影响①温度也是影响酶促反应速率的重要因素，酶促反应都有一个最适温度，在此温度以上或以下酶活性均要下降。②酶分子本身会随温度的升高而发生热变性，温度升得越高，酶变性的速率也越快，升到一定温度，酶将完全失去活性。eq\a\vs4\al([合作探讨])探讨eq\a\vs4\al(1)：观察下列酶的实验，思考相关问题：(1)上述反应中的自变量什么？提示：催化剂的种类。(2)上述实验证明了什么？提示：证明酶具有高效性。探讨eq\a\vs4\al(2)：如何利用“淀粉、蔗糖、淀粉酶和本尼迪特试剂”探究酶具有专一性？提示：在淀粉、蔗糖溶液中分别滴加等量淀粉酶和本尼迪特试剂，据是否生成红黄色沉淀(水浴加热)予以判断。探讨eq\a\vs4\al(3)：从蛋白质的结构和特点方面分析，在过酸、过碱或温度过高的条件下，酶为什么会失活？该如何保存酶？提示：过酸、过碱和高温使蛋白质变性失活，应在低温和适宜pH下保存酶。探讨eq\a\vs4\al(4)：分别用低温，过高温度处理过的酶，再将其置于适宜温度条件下，酶的活性会不会都能得到恢复？提示：低温→适宜温度，酶活性恢复；过高温度→适宜温度，酶活性不会恢复。eq\a\vs4\al([思维升华])1．表示酶高效性的曲线(图1)图1图2(1)与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。(2)催化剂只会缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。2．表示酶专一性的曲线(图2)(1)在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化A反应物的反应。(2)在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不催化A反应物的反应。3．底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响甲乙(在底物充足情况下)(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。(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。4．温度、pH对酶活性的影响图a图b图c(1)图a说明：①在最适pH时，酶的催化作用最强，高于或低于最适pH，酶的催化作用将减弱。②过酸、过碱都会使酶失活。③不同的酶最适pH不同。(2)图b说明：①在一定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围酶催化作用将减弱。②低温只会抑制酶的活性，而高温会使酶失活。(3)图c说明：反应溶液中酸碱度的变化不影响酶作用的最适温度。1．果子酒放久了易产生蛋白质沉淀而使酒浑浊，加入少量菠萝蛋白酶可以分解蛋白质沉淀，防止浑浊，而加别的酶(如氨基酸氧化酶等)则无济于事，这说明()A．酶的催化作用受环境温度的影响B．酶的主要化学成分是蛋白质C．酶的催化作用具有高效性D．酶的催化作用具有专一性【解析】蛋白质只能被蛋白酶催化分解，而不能被别的酶催化分解，说明酶的催化作用具有专一性。【答案】D2．下列A、B、C三图表示酶浓度一定时，反应速率和反应物浓度、温度、pH的关系，请据图回答下列问题。ABC(1)图A中，反应物达到某一浓度时，反应速率不再上升，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)图B中，b点对应的温度称_______________________________________。(3)图C中，c点到d点的曲线急剧下降，其原因是________________________________________________________________。(4)将装有酶与反应物的甲、乙两支试管分别放入12℃和75℃的水浴锅中，20min后取出，转入37℃的水浴锅中保温，【答案】(1)受反应液中酶浓度的限制(2)酶反应的最适温度(3)pH升高，酶活性下降(4)速度加快不反应探究pH对过氧化氢酶的影响1．原理2H2O2eq\o(→,\s\up14(过氧化氢酶))2H2O＋O2eq\a\vs4\al(A图实验开始前,反应小室的状态)eq\a\vs4\al(B图实验时的状态)2．实验步骤(1)加水：将托盘中加水至快满为止(2)浸泡：取大小相同的8片滤纸片放在培养皿里的鲜肝匀浆中(含过氧化氢酶)浸泡1min，然后用镊子夹起滤纸片，靠在培养皿壁上，使多余的匀浆流尽(3)贴滤纸：将含有酶的2片滤纸片放入反应小室一侧内壁上粘紧(不要让滤纸片碰到反应小室的瓶口)(4)加溶液：将反应小室稍立起，使贴有滤纸片的一侧壁在上面，然后小心加入pH为的缓冲液2mL，再加入2mL3%的H2O2溶液，不要使上述混合液接触贴在内壁上的滤纸片。将小室塞紧(5)放量筒：将25mL量筒横放于盘中使之灌满水，赶出气泡。将量筒倒立，使筒口一直处于水中(6)连接反应小室和量筒：小心将反应小室平放在盘中的水里。将量筒移至反应小室口上伸出的玻璃管上方(注意实验过程中要一直扶着量筒，保证量筒的位置不动)(7)旋转：将反应小室小心旋转180°，使H2O2溶液与滤纸片接触，同时开始计时(8)记录：分别记录在min和1min时，量筒内气体的体积(9)重复实验：分别测量并记录在pH＝、pH＝、pH＝时过氧化氢在酶的催化作用下，释放的气体的体积(10)对比实验结果：将上述每次实验的记录结果进行对比分析eq\a\vs4\al([合作探讨])探讨eq\a\vs4\al(1)：请绘出pH影响酶促反应速率的坐标曲线。提示：探讨eq\a\vs4\al(2)：下列图示说明了什么？提示：①pH＝6时酶活性最高。②随着pH从5升高到7，酶的最适温度不变。探讨eq\a\vs4\al(3)：在1～5号试管内分别加入2mLmo1/L的过氧化氢溶液，进行如下实验：(过氧化氢酶广泛存在于动植物组织中，它能加快H2O2的分解)试管编号12345加入物质适量唾液锈铁钉生土豆块熟土豆块生土豆块和稀盐酸实验结果几乎无气泡少量气泡大量气泡几乎无气泡少量气泡请说出该实验说明的问题。提示：根据单一变量原则分析：1号与3号对照说明酶具专一性；2号与3号对照说明酶具高效性；3号与4号对照说明温度影响酶的活性，高温能使酶变性失活；3号与5号对照说明pH影响酶的活性。eq\a\vs4\al([思维升华])1．温度对酶活性的影响(1)实验原理温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘—碘化钾溶液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。(2)实验设计思路eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(t1温度下淀粉＋t1温度下淀粉酶,t2温度下淀粉＋t2温度下淀粉酶,⋮⋮⋮,tn温度下淀粉＋tn温度下淀粉酶))eq\o(→,\s\up14(碘—碘化钾溶液))eq\a\vs4\al(检测是否出,现蓝色及蓝色深浅)2．pH对酶活性的影响(1)实验原理①H2O2eq\o(→,\s\up14(过氧化氢酶))H2O＋O2②pH影响酶的活性，从而影响O2的生成量，可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验O2生成量的多少。(2)实验设计思路eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(H2O2溶液＋pH1酶液,H2O2溶液＋pH2酶液,⋮,H2O2溶液＋pHn酶液))eq\o(→,\s\up14(检测))O2的产生速率3．酶的专一性及温和性实验探究中的“变量分析”项目实验变量分析酶的专一性①自变量：不同底物或不同酶液；②因变量：底物是否被分解或有无产物生成；③无关变量：试剂量、反应温度、pH等酶的温和性温度①自变量：一系列温度梯度(至少三组)；②因变量：底物的分解速度或剩余量(产物的生成速度或产生量)；③无关变量：底物浓度、试剂量、酶浓度、pH等pH①自变量：一系列pH梯度(至少三组)；②因变量：底物的分解速度或剩余量(产物的生成速度或产生量)；③无关变量：底物浓度、试剂量、酶浓度、温度等1．如图表示人体内某种酶促反应的反应速率受温度和pH的影响情况，下列解释不正确的是()【导学号：36500075】A．在a点，将酶的浓度增大一倍，反应速率可能增大B．在b点，将酶的浓度增大一倍，反应速率不可能增大C．在c点，将酶的浓度增大一倍，反应速率可能增大D．该图不能反映唾液淀粉酶催化能力的变化特征【解析】题图可以反映温度和pH对酶促反应速率的影响，但是影响反应速率的因素不仅包括温度和pH，还有酶浓度等。在反应底物充足的条件下，增大酶浓度，可以提高反应速率，所以A、C项正确，B项错误。题图显示，该酶的最适pH为2左右，因此这种酶可能是胃蛋白酶，而不会是唾液淀粉酶，D项正确。【答案】B2．某小组在探究“影响酶活性的条件”的实验时，提出“过氧化氢酶的活性是否受pH影响”的问题，并设计实验操作步骤如下：①向甲、乙两试管内各加入2mL新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液。②向甲试管内加入1mL质量分数为5%的盐酸，向乙试管内加入1mL质量分数为5%的氢氧化钠溶液。③向甲、乙两试管内各加入2滴新鲜的质量分数为20%的猪肝研磨液。④观察试管中发生的变化。请依据该小组设计的实验操作步骤，回答下列问题：(1)该实验的自变量是________，过氧化氢分解速率是本实验的________，可观测的指标是________。(2)上述操作步骤中存在明显的缺陷，请指出：________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)将制备好的猪肝研磨液分别进行高温和冷藏处理。经高温处理后，实验效果不明显，冷藏处理不影响实验效果，原因是______________________________________________________________________________________________。(4)在与其他小组进行交流时，有同学建议进行定量实验，以不同pH下出现同一结果所需要的时间来表示酶的活性，并根据实验数据绘制不同条件下酶活性的曲线图。该建议中，所需的时间越长，酶的活性越________。【解析】(1)探究pH影响酶活性的实验中，pH是自变量，过氧化氢的分解速率为因变量。(2)实验应让加酸，加碱与加蒸馏水对照。(3)过氧化氢酶是蛋白质，高温会破坏蛋白质的结构。(4)产生等量的氧气所用的时间越长，说明酶的活性越低。【答案】(1)pH因变量试管中产生的气泡数量(2)缺少加蒸馏水的对照(3)过氧化氢酶是蛋白质，在高温处理时蛋白质变性，而冷藏时蛋白质没有变性(4)低(或弱)1．下列关于酶的叙述中正确的是()A．酶能调节生物体的生命活动B．一般说来，活细胞都能产生酶C．酶都是在核糖体上合成的D．所有的酶与双缩脲试剂发生作用，都可产生紫色反应【解析】本题考查的是酶的产生、化学本质和作用。酶具有催化作用，不能调节生物体的生命活动；酶由活细胞产生；酶绝大部分是蛋白质，在核糖体上合成，可与双缩脲试剂发生紫色反应，少部分是RNA，不是在核糖体上合成，不能与双缩脲试剂反应呈紫色。【答案】B2．下列关于酶催化特性的叙述，正确的是()A．低温降低分子运动速率，抑制酶的活性B．高温激发酶的活性，提高酶促反应速率C．增大底物的浓度，酶促反应速率可以持续上升D．增加酶的物质量，酶促反应的产物量随之增加【解析】低温降低分子运动速率，从而抑制酶的活性；温度过高使酶失活，可降低酶促反应速率；增大底物的浓度，酶促反应速率还受酶浓度的影响。【答案】A3．纺织工业上的褪浆工序常用两种方法：化学法，需用NaOH7～9克/升，在70℃～80℃条件下作用12小时，褪浆率仅为50%～60%；加酶法，