【高中生物】2023-2024学年 人教版 必修一 酶的特性

第2课时酶的特性1.运用结构与功能观解释酶的功能与其空间结构之间的关系,归纳影响酶活性的因素。2.通过建立模型,解释温度、pH对酶活性的影响,阐明酶的高效性和专一性。3.合理设计探究温度、pH对酶活性影响的实验步骤,规范实施实验,提升探究实验的设计与分析能力。目标素养知识概览一、酶具有高效性1.含义酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍。2.意义可以使生命活动更加高效地进行。二、酶具有专一性1.含义每一种酶只能催化一种或一类化学反应。2.意义使细胞代谢能够有条不紊地进行。3.探究实验:淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用

微判断1基于酶的作用特性,判断下列表述是否正确。1.酶具有专一性和高效性。(

)2.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。()3.酶既可以作为催化剂,也可以作为另一个反应的底物。()4.由于酶在化学反应前后性质和数量都没有发生变化,所以酶具有高效性。()√√√×微训练1研究表明,一分子过氧化氢酶能在1min内催化5×105个过氧化氢分子分解成氧气和水,相当于Fe3+催化效率的109倍,但是过氧化氢酶对蔗糖的水解却不起作用。这个事实说明酶具有(

)A.多样性、稳定性B.高效性、多样性C.高效性、专一性D.高效性、稳定性答案:C解析:一分子过氧化氢酶相当于Fe3+催化效率的109倍,说明酶具有高效性;过氧化氢酶只能催化过氧化氢的分解,而对蔗糖的水解不起作用,说明酶具有专一性。三、酶的作用条件较温和酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。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,在适宜的温度下酶的活性会升高。1.酶的作用需要适宜的温度在一定条件下,酶活性最高时的温度称为该酶的最适温度。在一定温度范围内,酶促反应速率随温度的升高而升高;但当温度升高到一定程度时,酶促反应速率不仅不再加快,反而会随着温度的升高而下降。2.酶的作用需要适宜的pH在一定条件下,酶活性最大时的pH称为该酶的最适pH。偏离该pH,不论升高还是降低,酶促反应速率都会下降。微判断2基于酶的作用条件及相关探究实验,判断下列表述是否正确。1.如果以淀粉为底物、以淀粉酶为催化剂探究温度对酶活性的影响,则酶促反应速率既可以用淀粉的分解速率表示,也可以用淀粉水解产物的生成速率表示。()2.在探究pH对酶活性影响的实验中,不选择淀粉作实验材料,原因是酸能促进淀粉水解。()√√3.探究酶的最适pH,需要在酶的最适温度条件下进行。()4.高温、低温、强碱、强酸都会使酶失活。()5.酶活性最高时的温度不适合酶的保存。(

)√×√微训练21.将酶的特性与原因连线。2.人体胃蛋白酶的最适pH为1.5,某同学将胃蛋白酶溶液的pH从10.0调至1.5,此时胃蛋白酶的活性将(

)A.不断上升 B.没有变化C.先升后降 D.先降后升答案:B解析:每种酶都具有最适pH,此时活性最高,过酸或过碱均会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活。胃蛋白酶的最适pH为1.5,当其处于pH为10.0的环境中时,会变性失活。一

酶的特性及其验证实验问题探究1.阅读教科书第81页“探究·实践:淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”,回答下列问题。(1)1号试管有砖红色沉淀生成,2号试管不出现砖红色沉淀,这说明了什么?你能从该实验得出什么结论?提示:1号试管有砖红色沉淀生成,说明产生了还原糖,淀粉被水解,2号试管不出现砖红色沉淀,说明蔗糖没有被水解。结论: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。(2)能否使用碘液作为实验结果的鉴定试剂?请说明理由。提示:不能,因为碘液只能检测淀粉是否被水解,而蔗糖分子不管是否被水解都不会使碘液变色。(3)该实验的自变量和因变量分别是什么?该实验的设计思路是什么?提示:自变量:底物的种类。因变量:底物是否被淀粉酶水解。该实验的设计思路:探究同一种酶是否能催化不同底物水解。2.下图是蔗糖酶的专一性特点模式图,请据图分析酶具有专一性的原因。提示:酶的活性部位必须与底物分子的空间结构相匹配,才能催化相应化学反应。归纳总结1.酶具有高效性(1)相关曲线:(2)实验验证:①实验组:底物+酶→测定底物分解速率(或产物生成速率)。②对照组:底物+无机催化剂→测定底物分解速率(或产物生成速率)。2.酶具有专一性(1)物理模型:①图中A表示酶,B表示被A催化的底物,E、F表示B被分解后产生的物质,C、D表示不能被A催化的物质。②酶和被催化的反应物分子都有特定的结构。(2)曲线模型:酶A对底物A有催化作用,对底物B没有催化作用,说明酶的催化作用具有专一性。(3)实验验证:②现象:向实验组和对照组中都加入斐林试剂,并水浴加热,只有实验组中出现砖红色沉淀。3.酶的作用条件较温和酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。过酸、过碱或温度过高,都会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活。低温只能使酶的活性降低,不会使酶失活。典例剖析【例1】

下面为某同学进行的有关酶的实验,基本过程如下表所示。试管编号1234质量分数为3%的淀粉溶液/mL2—2—质量分数为3%的蔗糖溶液/mL—2—2新鲜唾液/mL11——蔗糖酶溶液/mL——11斐林试剂/mL2222实验结果

据此分析下列有关叙述错误的是(

)A.4支试管都需要在37℃恒温水浴中保温B.1号试管与2号试管对照时自变量是底物种类,与3号试管对照时自变量是酶的种类C.出现砖红色沉淀的试管是1号和3号D.若要缩短实验时间,可将唾液或蔗糖酶的量增加到2mL答案:C解析:根据酶的专一性可知,淀粉酶只能催化淀粉水解,蔗糖酶只能催化蔗糖水解,即出现砖红色沉淀的试管是1号和4号。学以致用1.下图表示一个酶促反应,它所反映的酶的一个特性和a、b、c可能表示的物质依次是(

)A.高效性、蛋白酶、蛋白质、多肽B.专一性、淀粉酶、淀粉、麦芽糖C.专一性、麦芽糖酶、麦芽糖、葡萄糖D.高效性、脂肪酶、脂肪、甘油和脂肪酸答案:C解析:题图所示酶促反应表明,a在反应前后形态、结构未改变,故a是酶分子,b是底物,c是产物。a与b特异性结合后,在a的作用下,b分解为两分子物质,说明酶具有专一性。淀粉是多糖,是由葡萄糖分子缩合而成的生物大分子,在淀粉酶的作用下可生成多个麦芽糖。麦芽糖是二糖,一分子麦芽糖水解生成两分子葡萄糖。二

探究影响酶活性的条件问题探究1.某同学利用淀粉酶和过氧化氢酶分别进行了温度和pH对酶活性的影响实验,实验方案如下表所示。实验一:步骤试管11'22'33'加入淀粉溶液2mL—2mL—2mL—加入淀粉酶溶液—1mL—1mL—1mL步骤试管11'22'33'不同温度下处理5min0℃60℃100℃将同一温度下的两种物质混合后保温5min滴加碘液1滴1滴1滴结果(现象)变蓝不变蓝变蓝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实验二:步骤试管1试管2试管31.加入新鲜肝脏研磨液1mL1mL1mL2.加入不同pH的溶液1mL蒸馏水1mLNaOH溶液1mLHCl溶液3.加入过氧化氢溶液2mL2mL2mL4.预期实验结果气泡较多气泡较少或没有气泡较少或没有5.将点燃的卫生香放入试管内液面的上方燃烧剧烈燃烧较弱燃烧较弱(1)该同学进行实验一操作时,将装酶的试管和装淀粉的试管分别放置在相同温度的水中处理一段时间后再混合,这样做的目的是什么?提示:保证酶和底物混合时,温度一致,不会因为两者混合而发生温度变化,使实验结果准确可靠。(2)若要在实验一的基础上探究淀粉酶更精准的最适温度范围,应该如何设计实验?提示:在实验一的基础上再设置一系列更小梯度的温度,再比较在不同温度条件下酶促反应速率的大小,最终确定最适温度范围。(3)实验二中若将步骤2与步骤3调换顺序,实验还能成功吗?为什么?提示:不能。酶具有高效性,若先加酶,后调pH,在加HCl或NaOH溶液前,反应可能已经结束了,无法判断各自反应速率的大小。(4)在上述两实验中,无关变量分别有哪些?实验过程中对无关变量的要求是什么?提示:实验一中无关变量有pH、淀粉溶液的量、淀粉酶溶液的量。实验二中无关变量有温度、加入试管中的各种溶液的量。实验过程中无关变量应相同且适宜。2.底物和酶的浓度是影响酶促反应速率的因素,观察下面的曲线,分析并回答下列问题。(1)图甲中影响酶促反应速率的因素主要是什么?图甲中当底物达到一定浓度后,酶促反应速率不再增大的原因是什么?提示:在其他条件适宜、酶浓度一定的情况下,酶促反应速率随底物浓度增加而增大,但当底物达到一定浓度后,酶促反应速率不再增大,原因是受到酶数量和酶活性的限制。(2)请解释图乙中曲线出现的原因。提示:在底物充足、其他条件都适宜的情况下,酶浓度与酶促反应速率成正比。归纳总结1.探究酶发挥催化作用的适宜条件(1)实验课题及变量分析:课题名称用淀粉酶探究温度对酶活性的影响用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响实验材料淀粉溶液、唾液淀粉酶溶液肝脏研磨液、过氧化氢溶液自变量温度pH课题名称用淀粉酶探究温度对酶活性的影响用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响自变量的设置方法分别用37℃的水、沸水、冰块处理分别用蒸馏水、盐酸、NaOH溶液处理因变量酶活性酶活性因变量的观察指标加碘液后溶液颜色的变化氧气产生的速率无关变量pH等温度等(2)方法步骤:(3)注意事项:①探究温度(或pH)对酶活性的影响时,一定要让底物和酶各自在所控制的温度(或pH)下处理一段时间再混合。②在探究温度对酶活性的影响实验中,不宜选用过氧化氢溶液,原因是过氧化氢的分解容易受温度影响,温度越高,过氧化氢分解越快。③在探究pH对酶活性的影响实验中,不宜选用淀粉溶液,原因是酸性条件会促进淀粉的水解。④在探究温度对酶活性的影响实验中,选取淀粉和淀粉酶作实验材料,需用碘液检测实验结果,而不宜选用斐林试剂,原因是使用斐林试剂需要水浴加热,可能影响实验的自变量,进而影响实验结果。2.影响酶促反应速率的因素

(1)图甲说明,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。(2)图乙说明,在其他条件适宜且酶量一定的条件下,酶促反应速率随底物浓度的增大而加快,当底物浓度达到一定值时,酶促反应速率达到最大,再继续增大底物浓度,酶促反应速率不再增加。(3)温度、pH对酶促反应速率的影响:①温度、pH通过影响酶活性对酶促反应速率产生影响。②温度过高、pH过高或过低都会使酶的空间结构遭到破坏,进而使酶永久失活,不可再恢复。③低温仅抑制酶的活性,在适宜温度范围内,升高温度,酶的活性会恢复。④不同酶的最适温度(或pH)不同。(4)影响酶促反应速率的因素及其作用实质:典例剖析【例2】

下列有关“探究影响酶活性的条件”实验的叙述,正确的是(

)A.若要探究pH对过氧化氢酶活性的影响,则pH是自变量,过氧化氢的分解速率是无关变量B.若要探究温度对酶活性的影响,可选择新鲜肝脏研磨液和过氧化氢溶液进行反应C.若要探究温度对淀粉酶活性的影响,应将淀粉与淀粉酶两溶液混合后再调温度D.若要探究温度对淀粉酶活性的影响,不可选择斐林试剂对实验结果进行检测答案:D解析:若要探究pH对过氧化氢酶活性的影响,则pH是自变量,过氧化氢的分解速率是因变量的观测指标,A项错误。若要探究温度对酶活性的影响,不可选择新鲜肝脏研磨液和过氧化氢溶液进行反应,因为温度会影响过氧化氢的分解速率,B项错误。若要探究温度对淀粉酶活性的影响,应先将淀粉溶液与淀粉酶溶液各自在所需的温度下保温一段时间再混合,C项错误。若要探究温度对淀粉酶活性的影响,不可选择斐林试剂对实验结果进行检测,因为斐林试剂需在水浴加热条件下才会发生特定的颜色反应,而该实验需要严格控制温度,D项正确。学以致用2.某同学研究温度和pH对某酶促反应速率的影响,得到如下图所示的曲线。下列分析正确的是(

)A.该酶催化反应的最适温度为35℃左右,最适pH为8左右B.当pH为8时,影响酶促反应速率的主要因素是底物浓度和酶浓度C.随pH升高,该酶催化反应的最适温度也随之变化D.当pH为任一固定值时,实验结果都可以证明温度对酶促反应速率的影响答案:A解析:分析曲线可知,温度约为35

℃、pH约为8时,酶促反应速率相对较快,温度高于或低于35

℃、pH大于或小于8时,酶促反应速率均下降,所以该酶的最适温度为35

℃左右,最适pH为8左右。当pH为8时,不同温度下酶促反应速率不同,此时温度为影响酶促反应速率的主要因素。在一定范围内,随pH的升高或降低,该酶促反应的最适温度均为35

℃左右。但当pH过高或过低时,酶会变性失活,不同温度下的反应速率可能相同,此时温度已不再影响酶促反应速率。1.蔗糖酶能将一分子蔗糖水解为一分子果糖和一分子葡萄糖。下图表示蔗糖酶在最适温度下催化底物水解的模型。下列有关叙述错误的是(

)A.该模型能解释酶具有专一性B.模型中乙表示蔗糖酶,为甲的水解反应提供活化能C.模型中乙的化学结构在化学反应前后不会发生改变D.若温度适当升高或降低5℃,酶的催化速率都将下降答案:B解析:甲能和乙的活性部位结合,如钥匙和锁的关系,题图能够解释酶具有专一性。酶的作用机理是降低化学反应的活化能。酶的结构在反应前后不会发生改变。题图表示酶在最适温度下催化底物水解的模型,如果温度升高或降低5

℃,酶的活性都会减弱,催化效率都将下降。2.为了比较甲、乙两种酶对温度和pH的耐受程度(即保持活性的范围)的差异,科研人员进行了相关的研究,结果如下图。下列说法正确的是(

)A.甲酶对温度的耐受程度比乙酶大B.在pH为6~7的环境中,几乎测不到甲酶的活性C.甲酶活性在任何环境中都比乙酶高D.测定pH对酶活性影响时温度应设为20℃B解析:分析题图可知,乙酶保持活性的温度范围大于甲酶,所以乙酶对温度的耐受程度比甲酶大。在pH为6~7的环境中,几乎测不到甲酶的活性。20

℃时甲、乙两种酶活性都较低,不宜用来测定pH对酶活性的影响。3.用某种酶进行有关实验的结果如下图所示。下列有关说法错误的是(

)A.图1说明该酶在30℃左右时催化效率较高B.图2说明该酶一定不是胃蛋白酶C.由图3实验结果可知,酶具有高效性D.由图4实验结果可知,酶具有专一性答案:C解析:题图1表示温度对酶活性的影响,由题图1可知,该酶在30

℃左右时催化效率较高,A项正确。胃蛋白酶的最适pH为1.5,由题图2可知,该酶的最适pH为7,故该酶一定不是胃蛋白酶,B项正确。题图3不能反映酶具有高效性,C项错误。由题图4可知,该酶可催化麦芽糖水解,但不能催化蔗糖水解,故该酶具有专一性,D项正确。4.为了研究温度对某种酶活性的影响