2024年高中生物新教材同步必修第一册 第5章 第1节　第2课时　酶的特性

第2课时酶的特性[学习目标]1.阐明酶的高效性、专一性和作用条件较温和。2.通过探究“影响酶活性的条件”，培养科学探究能力。一、酶具有高效性和专一性1．酶具有高效性(1)酶的高效性是指同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。(2)酶的催化效率是无机催化剂的107～1013倍，说明酶具有高效性。2．酶具有专一性(1)酶的专一性是指每一种酶只能催化一种或一类化学反应。而无机催化剂催化的范围比较广，如酸能催化蛋白质、脂肪和淀粉水解。(2)实例：脲酶只能催化尿素分解。判断正误(1)二肽酶能催化多种二肽水解，不能说明酶具有专一性()(2)催化脂肪酶水解的酶是蛋白酶()答案(1)×(2)√解析(1)酶的专一性是指每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。(2)脂肪酶的化学本质是蛋白质，可由蛋白酶水解。任务一：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用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。如表为比较淀粉酶对淀粉和蔗糖的催化作用实验，请分析回答下列问题：试管编号12可溶性淀粉溶液2mL－蔗糖溶液－2mL新鲜的淀粉酶溶液2mL2mL60℃水浴保温5min新配制的斐林试剂2mL2mL水浴加热2min实验现象有砖红色沉淀没有砖红色沉淀(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，说明什么？你能从该实验得到什么结论？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)上述实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂？提示不能，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。(3)该实验的自变量和因变量分别是什么？提示自变量：底物的种类；因变量：底物是否被淀粉酶水解。(4)本实验的设计思路是什么？你还有其他设计思路吗？提示本实验设计思路：探究同一种酶是否能催化不同底物水解。另一种设计思路：探究不同种类的酶能否催化同一种底物的水解。1．酶具有高效性的曲线2．酶具有专一性的曲线1．下列实验或现象能说明酶的高效性的是()①唾液中有唾液淀粉酶，把唾液稀释10倍后，催化淀粉完全水解的速度仍快于无机催化剂②取两支洁净的试管，分别加入等量的淀粉溶液，然后向其中一支试管中加入适量的淀粉酶溶液，另一支试管中加入等量的蒸馏水，一段时间后，检测淀粉的分解情况③在两支盛有适量过氧化氢溶液的试管中，分别加入等量过氧化氢酶和FeCl3溶液，观察气泡的释放速率A．①②③B．①③C．③D．②③答案B解析酶相对于无机催化剂来说具有高效性。把唾液稀释后催化淀粉完全水解的速度仍快于无机催化剂，说明酶具有高效性。2．下列关于酶的专一性的叙述，不正确的是()A．过氧化氢酶只能催化过氧化氢的分解，不能催化其他化学反应B．每一种酶只能催化一种化学反应的进行C．催化唾液淀粉酶水解的酶是蛋白酶D．二肽酶能催化由不同氨基酸脱水缩合成的二肽的水解答案B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，B错误。二、酶的作用条件较温和1．酶活性酶催化特定化学反应的能力称为酶活性，可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。2．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。科学家采用定量分析的方法，分别得到了酶活性受温度和pH影响的示意图。(1)酶活性受温度影响示意图(如图)在一定条件下，酶活性最大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加快；但当温度升高到一定限度时，酶促反应速率不仅不再加快，反而随着温度的升高而下降。(2)酶活性受pH影响示意图(如图)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。(3)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，因此，酶制剂适宜在低温下保存。判断正误(1)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()(2)pH影响酶活性的实验中实验材料不选择淀粉，原因是酸能促进淀粉水解()(3)探究影响酶活性的条件实验中，至少要设置三组实验()(4)市售α-淀粉酶的最适温度在50～75℃，而来自人体的唾液淀粉酶的最适温度在37℃左右()(5)低温、高温、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()答案(1)√(2)√(3)√(4)√(5)×解析(5)高温、过酸、过碱条件下酶的活性都很低，因该条件下酶的空间结构都发生了不可逆的改变。低温抑制了酶的活性，随着温度升高，酶的活性可以逐渐恢复。任务二：探究温度对酶活性的影响实验下列3组实验是探究温度对酶活性的影响，请分别从中寻找错误：实验一序号项目试管121可溶性淀粉溶液5mL5mL2α-淀粉酶溶液3mL3mL3温度0℃90℃4相同温度下两溶液混合混合液混合液5斐林试剂2mL2mL6实验现象错误：缺少60_℃的对照组，且不应用斐林试剂作为检测试剂。实验二序号项目试管1231可溶性淀粉溶液5mL5mL5mL2α-淀粉酶溶液3mL3mL3mL3温度0℃60℃90℃4碘液2滴2滴2滴5实验现象错误：未对底物和酶进行保温处理就混合在一起。实验三序号项目试管1231过氧化氢溶液5mL5mL5mL2温度0℃60℃90℃3过氧化氢酶溶液3mL3mL3mL4实验现象错误：不应选用过氧化氢溶液作为反应底物，因为高温条件下，会直接使底物分解加快，而不是通过影响酶的活性来影响底物的分解。1．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的等量试剂。(2)控制变量：控制影响酶活性的条件(如温度)，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(如温度、pH等)下反应，无关变量保持相同。(4)结果检测：检测实验的因变量，观察并记录实验结果。2．可供参考的实验设计(1)①探究温度对淀粉酶活性的影响序号项目11*22*33*1注入可溶性淀粉溶液保温5min2mL－2mL－2mL－2注入淀粉酶溶液保温5min－1mL－1mL－1mL3温度条件(℃)0601004相同温度下淀粉溶液与淀粉酶溶液混合，保持温度3mL混合液3mL混合液3mL混合液5碘液检验变蓝不变蓝变蓝结论：温度能影响酶的活性。②探究pH对淀粉酶活性的影响序号项目试管1试管2试管31注入新鲜的肝脏研磨液每支试管各1mL2不同pH的处理注入物质的量浓度为0.01mol/L的盐酸溶液1mL注入蒸馏水1mL注入物质的量浓度为0.01mol/L的NaOH溶液1mL3注入过氧化氢溶液每支试管各2mL4用带火星的卫生香进行检验5预期实验现象无反应迅速复燃无反应结论：pH能影响酶的活性。(2)实验材料的选择：选择实验材料时，要注意排除自变量本身对实验结果的影响，保证自变量只是通过影响酶活性而影响实验结果，不能直接影响实验结果。(3)若底物选择淀粉和蔗糖，用淀粉酶来验证酶的专一性时，检测底物是否被分解的试剂“宜”选用斐林试剂，“不宜”选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。(4)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。(5)在探究pH对酶活性影响时，“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后再让反应物与底物接触，“不宜”在未达到预设pH前就让反应物与酶接触。(6)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。3．下列有关酶的实验的叙述，正确的是()A．探究温度和pH对酶活性的影响时，分别选用淀粉和H2O2作为底物B．探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用时，可用碘液检测实验结果C．用H2O2作底物验证酶的高效性时，通过测定气泡或者氧气释放量可达到目的D．探究淀粉酶的最适温度的实验顺序：淀粉＋淀粉酶→置于相应水浴温度下保温5min→滴斐林试剂加热→观察溶液颜色变化答案A解析探究温度对酶活性的影响时可以用淀粉，探究pH对酶活性的影响时可以用H2O2，A正确；探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用时，不能用碘液检测实验结果，因为碘液对蔗糖或蔗糖水解的产物都没有颜色反应，B错误；用H2O2作底物验证酶的高效性时，应设置无机催化剂和酶实验组才能达到目的，C错误；探究淀粉酶的最适温度的实验应先将淀粉、淀粉酶分别置于相应温度下保温，然后再混合继续保温，且本实验不宜选用斐林试剂鉴定，D错误。4．(2023·北京丰台区高一期末)在洗涤剂中添加碱性纤维素酶可大大提高对衣物的洗涤效果。研究人员从某芽孢杆菌菌株中分离纯化出一种碱性纤维素酶，探究其催化作用的最适pH和温度，结果如图。下列相关叙述不正确的是()A．碱性纤维素酶的催化机理是降低反应所需的活化能B．该酶的最适温度在50℃左右C．不同温度下，该酶的最适pH有差异D．30℃酶活性低的原因是空间结构被破坏答案D解析酶的催化活性受温度的影响，低温可以降低酶的活性，但是不会破坏酶的空间结构，D错误。题组一酶的特性1．(2023·山东济南外国语学校高一期末)细胞内进行的各种各样的代谢过程都与酶的特性有关。现有关于酶特性的实例：①人体在奔跑时，依赖肌细胞快速提供大量的能量；②细胞内各种代谢过程能够有条不紊地进行，不相互干扰。下列判断最合理的是()A．①②都主要体现酶的高效性B．①②都主要体现酶的专一性C．①主要体现酶的高效性，②主要体现酶的专一性D．①主要体现酶的专一性，②主要体现酶的高效性答案C2．如图表示过氧化氢分解的过程，实验说明酶具有的特性是()A．专一性 B．高效性C．多样性 D．酶的作用条件较温和答案B解析分析题图曲线可知，该实验的自变量是催化剂的种类，未加酶的实验作为空白对照，与加入无机催化剂相比，加入酶的实验组最先达到平衡点，说明酶的催化作用具有高效性。3．如表是有关淀粉酶的探究实验，“＋”表示加，“－”表示不加。下列叙述正确的是()试管编号122mL3%淀粉溶液＋－2mL3%蔗糖溶液－＋1mL2%淀粉酶溶液＋＋结果检测滴加斐林试剂并水浴加热实验结果砖红色无砖红色A.实验的目的是探究pH对淀粉酶活性的影响B．能用碘液对实验的结果进行检测C．实验中的自变量是催化剂的种类D．实验结果说明淀粉酶具有专一性答案D解析分析题表信息可知，该实验中的单一变量为底物的种类而不是pH，故实验目的不是探究pH对淀粉酶活性的影响，A、C错误；本实验不可用碘液对实验结果进行检测，因为不管淀粉酶能否催化蔗糖水解，溶液都不变色，B错误。题组二探究影响酶活性的条件4．(2023·辽宁大连高一期末)下列实例中，不能说明“酶的作用条件较温和”的是()A．人发高烧时，浑身无力，食欲下降B．唾液淀粉酶进入胃后失活，不再催化淀粉的水解C．平原地区的人进入西藏后产生“高原反应”D．用沸水泡过的加酶洗衣粉洗涤效果不佳答案C解析平原地区的人进入西藏后产生“高原反应”是由于氧气浓度低导致，不能说明“酶的作用条件较温和”，C符合题意。5．嫩肉粉是以蛋白酶为主要成分的食品添加剂，就酶的作用特点而言，下列使用方法中最佳的是()A．炒肉的过程中加入B．肉炒熟后起锅前加入C．先用沸水溶解后与肉片混匀，炒熟D．室温下与肉片混匀，放置一段时间，炒熟答案D解析炒肉过程中加入，高温会使蛋白酶失去活性，A错误；肉炒熟后起锅前温度也很高，此时加入，蛋白酶的活性会降低甚至失去活性，B错误；用沸水溶解后，高温会使蛋白酶失去活性，C错误；室温下与肉片混匀，让蛋白酶促进蛋白质水解的反应作用一段时间后，再炒熟，效果好，D正确。6．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()A．不断上升 B．没有变化C．先升后降 D．先降后升答案B解析胃蛋白酶的最适pH是1.5，当处在pH为10的溶液中，由于碱性过大而失去活性。因此，将溶液pH由10降到2的过程中，胃蛋白酶不再具有活性，所以活性不发生变化，B正确。7．探究温度对酶活性影响最合理的实验步骤是()①取3支试管编号，注入2mL淀粉溶液；另取3支试管编号，各注入1mL新鲜的淀粉酶溶液②将淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉溶液试管中，维持各自的温度5min③向各试管滴一滴碘液④将6支试管分成三组，每组各有一份淀粉溶液和一份淀粉酶溶液，分别放在60℃的热水、沸水和冰水中5min⑤观察实验现象A．①②④③⑤ B．①③②④⑤C．①③④②⑤ D．①④②③⑤答案D解析根据实验目的可知，实验的自变量为温度，由于实验需要严格控制单一变量，在淀粉溶液和淀粉酶溶液混合之前首先需要将它们各自保温到一定温度，然后再混合，并且混合后还需要在相应的温度条件下保温让其充分反应。因此最合理的实验步骤应为①④②③⑤。8.(2022·山东省临沂第一中学高一月考)下列有关酶的探究实验的叙述，合理的是()A．探究pH对酶活性的影响，用α-淀粉酶分别在pH为1、7、14条件下催化淀粉水解，用斐林试剂检测比较还原糖的产生情况B．探究温度对酶活性的影响用α-淀粉酶分别在100℃、60℃、0℃下催化淀粉水解，用斐林试剂检测比较还原糖的产生情况C．探究酶的专一性，用α-淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖水解，检测是否有还原糖生成D．探究酶的高效性，实验中的自变量是酶的种类和用量答案C解析探究pH影响酶的催化活性，底物不能用淀粉，因为淀粉可在酸性条件下水解，A错误；探究温度对酶活性的影响，用α-淀粉酶分别在100℃、60℃、0℃下催化淀粉水解，不能用斐林试剂检测比较还原糖的产生情况，因为斐林试剂需要水浴加热，会影响实验设置的温度变量，B错误；在“探究酶的高效性”实验中，自变量是催化剂的种类(酶、无机催化剂)，用量是无关变量，应遵循等量性原则，D错误。9．(2022·河北邢台第一中学高一月考)1959年，科学家D.E.Koshland提出了诱导契合学说。该学说认为酶蛋白的构象在底物的诱导下发生相应的变化，从而使酶和底物结合，并引起底物发生反应。图1到图3表示酶F催化底物分解的过程，图4表示底物类似物甲与酶F结合却不被分解。下列说法错误的是()A．图示过程可用于解释酶的专一性B．高温会影响酶F的空间结构，进而影响图示过程的发生C．若向存在酶F和底物的反应体系中加入物质甲，会引起底物反应速率减慢D．物质甲不被分解的原因是酶F未能发生构象改变答案D解析据题图可知，酶可以分解底物，但却不能分解底物类似物甲，说明酶具有专一性，A正确；酶的化学本质大多数是蛋白质，少数是RNA，高温会破坏酶的空间结构使酶失活，进而影响图示过程的发生，B正确；因酶的数量有限，而底物类似物甲也会与酶结合，故若向存在酶F和底物的反应体系中加入物质甲，则能与底物结合的酶数量减少，进而导致底物反应速率减慢，C正确；物质甲不能被分解的原因是酶具有专一性，D错误。10．将乳清蛋白、淀粉、胃蛋白酶、唾液淀粉酶和适量的水混合装入一容器中，调整pH至2.0，置于37℃的水浴锅内。过一段时间后容器内剩余的物质是()A．唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水B．唾液淀粉酶、麦芽糖、胃蛋白酶、多肽C．唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水D．淀粉、胃蛋白酶、多肽、水答案D解析在pH＝2的条件下，唾液淀粉酶活性很低，甚至失活，而胃蛋白酶活性较高，所以乳清蛋白和唾液淀粉酶会被胃蛋白酶水解成多肽，而淀粉不能被水解，因此容器内剩余的物质是淀粉、胃蛋白酶、多肽、水，D正确。11．某同学为研究酶的特性，进行了一系列相关实验，结果如表所示，下列叙述错误的是()试剂名称试管A试管B试管C试管D试管E质量分数为1%的淀粉溶液2mL2mL2mL2mL2mL新鲜唾液1mL－－1mL1mL蔗糖酶－1mL－－－恒温水浴37℃37℃37℃0℃80℃A.本实验的自变量是酶的种类、温度、酶的有无B．试管A、B对照可证明酶的专一性，检测试剂可用碘液C．试管A、C对照可证明酶具有高效性，检测试剂可用斐林试剂D．试管A、D、E对照可证明酶活性受温度的影响，检测试剂可用碘液答案C解析试管A、B对照可证明酶的专一性，检测试剂用碘液，检测反应物淀粉是否被催化水解，未被水解的呈蓝色，B正确；若要探究酶的高效性，应再添加一组无机催化剂作对照，酶的催化与空白对照，只能证明酶具有催化作用，C错误；A、D、E三支试管只有反应温度不同，其他无关变量一致，故可证明唾液淀粉酶活性受温度影响，D正确。12．如图所示，曲线b表示最适温度、最适pH条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系。下列分析正确的是()A．升高温度后，图示反应速率可用曲线c表示B．酶量减少后，图示反应速率可用曲线a表示C．酶量是限制曲线AB段反应速率的主要因素D．减小pH，重复该实验，A、B点位置都不变答案B解析曲线b表示在最适温度条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系。若升高温度，会导致酶活性降低，使酶促反应速率减慢，因此不能用曲线c表示，A错误；酶量能影响酶促反应速率，酶量减少后，酶促反应速率会降低，其反应速率可用曲线a表示，B正确；AB段随着反应物浓度的升高，反应速率逐渐加快，说明限制曲线AB段反应速率的主要因素是反应物浓度，C错误；曲线b表示在最适pH条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系。若减小pH，会导致酶活性降低，使酶促反应速率减慢，因此A、B点位置都会下移，D错误。13．下面的表格分别是某兴趣小组探究温度对酶活性影响的实验步骤和探究过氧化氢酶作用的最适pH的实验结果。已知α-淀粉酶作用的最适温度为60℃。据此回答下列问题：探究温度对酶活性影响的实验(实验一)实验步骤分组甲组乙组丙组①新鲜α-淀粉酶溶液1mL1mL1mL②可溶性淀粉溶液5mL5mL5mL③温度0℃60℃90℃④测定单位时间内淀粉的________________探究过氧化氢酶作用的最适pH的实验(实验二)分组A组B组C组D组E组pH56789H2O2完全分解所需时间(秒)30018090192284(1)pH在实验一中属于________变量，而在实验二中属于__________变量。(2)实验一中的对照组为________组。(3)实验一的①②③步骤为错误操作，正确的操作应该是__________________________，实验一的第④步最好选用__________(填试剂名称)测定单位时间内_________________。(4)如将实验一的新鲜α-淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液，你认为是否科学？____________________。为什么？_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)分析实验二的结果，可得到的结论是_____________________________________________________________________________________________________________________________，在该预实验的基础上要进一步探究该过氧化氢酶的最适pH，可在pH为____________之间设置梯度。答案(1)无关自(2)乙(3)使新鲜α-淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别达到预设温度后再混合(其他合理答案也可)碘液淀粉的剩余量(4)不科学因为温度会直接影响H2O2的分解(5)该过氧化氢酶的最适pH约为7，pH降低或升高