第7讲-降低化学反应活化能的酶

第三单元细胞的能量供应和利用第7讲降低化学反应活化能的酶12考点一酶的本质和作用教材隐性知识：源于必修1P79“关于酶本质的探索”：巴斯德认为酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致，没有活细胞就不能产生酒精；李比希却认为引起发酵的只是酵母菌细胞中的某些物质，不一定需要活的细胞。请你利用酵母菌细胞、研磨和过滤装置、葡萄糖溶液等材料设计一个实验来结束这一争论。提示：将酵母菌细胞研磨粉碎、加水搅拌后过滤，将提取液加入葡萄糖溶液中，也能产生酒精，说明引起发酵的是一种化学物质(模拟毕希纳的实验)。1.酶本质的探索历程(1)绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA(核酶)核糖体的rRNA就是催化肽键形成的酶（P二65）(2)酶是活细胞产生的具有催化活性的有机物。(3)胞外酶与胞内酶3化学本质绝大多数是______少数是______合成原料__________________合成场所核糖体细胞核(真核细胞)来源一般来说，活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生酶作用场所细胞内外或生物体内外均可生理功能具有生物__________作用本质蛋白质RNA氨基酸核糖核苷酸催化作用降低化学反应的活化能RNA酶唾液淀粉酶2.酶的本质及生理功能43.酶的作用原理酶-底物复合物1）锁钥学说：认为整个酶分子的天然构象具有刚性结构，酶表面具有特定的形状。E与S的结合如同一+-把钥匙对一把锁一样。2）诱导契合学说：酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状,从而有利于底物的结合。酶酶-底物复合物5酶并未供给反应物能量，只是降低了反应物反应的活化能，从而使处于容易发生化学反应的活跃状态的反应物分子增多。6思考：能产生激素的细胞一定能合成酶吗?能合成酶的细胞一定能产生激素吗?两者的区别是什么?项目酶激素来源及作用场所活细胞产生；细胞内或细胞外发挥作用专门的内分泌腺或特定部位细胞产生；一般细胞外发挥作用化学本质绝大多数是蛋白质，少数是RNA固醇类、多肽、蛋白质、氨基酸衍生物、脂质生物功能催化作用调节作用共性在生物体内均属高效能物质，即含量少、作用大、生物代谢不可缺少酶和激素的比较7A.设计思路：从酶的化学本质上来讲，绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。所以对酶本质的鉴定常常是变相地考查蛋白质或RNA的鉴定方法。②某种酶+蛋白酶加入酶的底物底物没有被催化→该酶是蛋白质底物被催化→该酶是RNAB.方案:4.鉴定酶的本质酶本质的探究，常采取减法原理同理也可用RNA酶处理甲酶和乙酶，测定该酶的活性，与本实验进行相互对照。①“试剂鉴定法”鉴定酶的化学本质：利用双缩脲试剂与蛋白质作用产生紫色反应的原理设计实验方案。8例1：(多选)关于人体内酶和激素的叙述，错误的是()A．酶和激素的化学本质都是蛋白质B．酶和激素都与物质和能量代谢有关C．能产生激素的细胞不一定能产生酶D．能产生酶的细胞不一定能产生激素E．激素一经靶细胞接受并起作用后就被灭活，酶反应前后不改变F．激素产生后一般作用于其他细胞G．激素和酶都具有高效性，非细胞条件下也能发挥作用ACG9例2：猪笼草是一种食虫植物，为了验证猪笼草分泌液中有蛋白酶，某学生设计了两组实验，如图所示，在35℃水浴中保温一段时间后，甲、乙试管中加入适量的双缩脲试剂，丙、丁试管中不加任何试剂，下列对实验现象的预测正确的是（）A.甲和乙中溶液都呈紫色；丙和丁中蛋白块消失B.甲中溶液呈紫色，乙中溶液不呈紫色；丙中蛋白块消失，丁中蛋白块不消失C.甲和乙中溶液呈紫色；丙中蛋白块消失、丁中蛋白块不消失D.甲和乙中溶液都不呈紫色；丙中蛋白块消失、丁中蛋白块不消失E.只需实验②就可以证明分泌液中含有蛋白酶CE10归纳总结关注常考的酶及其作用A.消化酶：是一类水解酶。有的由消化腺分泌到下消化道中,属于胞外酶，有的则参与细胞内消化，如溶酶体中的一些酶。

可对应催化相关大分子的水解，如淀粉酶催化淀粉水解，蛋白酶催化蛋白质水解等。比如淀粉酶、麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶、脂肪酶、蛋白酶、肽酶等。B.溶酶体酶：一类酸性水解酶，参与细胞内消化。溶酶体膜破坏，释放大量水解酶时，对细胞结构有破坏。如硅肺。C.溶菌酶：破坏细菌细胞壁中的肽聚糖。D.脲酶：分解尿素的酶，专一性强。是第一个被分离提纯的酶。广泛分布于植物的种子中，但以大豆、刀豆中含量丰富。也存在于动物血液和尿中。某些微生物也能分泌脲酶。CO(NH2)2+H2O脲酶CO2+2NH311E.过氧化氢酶：过氧化氢酶存在于动植物细胞中，特别在动物肝脏浓度最高。将有毒的过氧化氢分解为水和氧气。2H2O2过氧化氢酶2H2O+O2F.酪氨酸酶：催化酪氨酸转变为黑色素的关键酶。白化病是由于缺乏酪氨酸酶基因老年白发是由于细胞衰老，酪氨酸酶活性下降。白癜风主要是由于血液中存在酪氨酸酶抗体或酪氨酸合成障碍等，导致皮肤局部黑色素生成减少，出现白斑。G.纤维素酶、果胶酶：主要用于破坏植物细胞壁。纤维素葡萄糖纤维素酶果胶半乳糖醛酸果胶酶H.基因工程中的酶限制酶DNA连接酶Taq酶12I.中法则中的酶：DNA复制：以DNA为模板的DNA聚合酶（催化单个脱氧核苷酸聚合到

DNA片段上形成脱氧核苷酸链，作用部位是磷酸二酯键。）逆转录：以RNA为模板的DNA聚合酶(即逆转录酶)转录：以DNA为模板的RNA聚合酶（催化单个核糖核苷酸聚合到RNA

片段上形成核糖核苷酸链，作用部位是磷酸二酯键。）RNA复制：以RNA为模板的RNA聚合酶(即RNA复制酶)端粒酶：一种由催化蛋白和RNA模板组成的酶，可合成由于DNA而缺

失的染色体末端的DNA，具有逆转录酶活性。端粒酶在干细胞

和生殖细胞中有活性，在体细胞中没有活性。在肿瘤中被重新

激活，从而使癌细胞具备无限增殖的条件。

核酸水解酶：DNA酶〈DNA水解RNA水解RNA酶〈可用于遗传物质化学本质探究（如艾弗里实验中用到的DNA酶）13例3.（多选）下列关于酶的说法正确的是()A.酶具有催化作用，并都能与双缩脲试剂反应呈紫色B.酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸C.淀粉酶溶液中加入蛋白酶不会导致淀粉酶活性发生变化D.在适宜的温度、pH等条件下，酶的催化及信息传递功能最强E.酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物F.酶的合成均需要经过转录和翻译G.RNA聚合酶具有识别作用H.酶通过提供反应所需的活化能提高反应速率I.蛋白酶能催化不同的蛋白质水解，因此酶不具有专一性J.酶是由具有分泌功能的细胞产生的EG14考点二酶的特性及影响酶促反应速率的因素（1）.专一性只有特定形状的底物才能和酶结合，如:过氧化氢酶、胰蛋白酶等酶的专一性：一种酶只能催化一种或一类化学反应底物浓度反应速率底物A+酶A底物A+酶B只有酶A能催化底物A参与的反应，说明酶具有专一性意义：保证了细胞内化学反应有序进行1.酶的特性15归纳总结具有专一性的物质归纳16（2）.高效性bacd反应过程能量初态（反应物）终态（产物）活跃状态E1：无催化剂

E2：无机催化剂E3：有机催化剂（酶）E1E2E3▲与无机催化剂相比，酶能更显著地降低反应的活化能，从而使反应更有效地进行abc时间产物浓度加酶不加催化剂加无机催化剂酶只能缩短达到平衡的时间，不能改变平衡点17（3）.酶的作用条件温和淀粉酶37℃户外植物中的某种酶最适温度15℃ABCAB：在一定温度范围内，酶促反应速率随温度的升高而加快B：在最适温度时，酶促反应速率最快BC：超过最适温度，酶促反应速率随温度升高而减慢，直至酶失活。注意：①低温降低酶活性，但不会破坏酶分子结构，温度适宜时，酶的催化作用可以恢复。②低温下酶空间结构稳定,所以酶一般在低温条件下保存。③在强酸强碱下，都是破坏酶的结构。18例4:（高考题重组）关于酶的叙述，错误的是(

)A．同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中B．低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构C．同一个体各种体细胞酶的种类相同、数量不同、代谢不同D．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物E．水的跨膜运输、CO2的固定都需要酶的参与F．酶催化效率高是因为其降低化学反应活化能的作用显著G.用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是RNABCE19例5.温度会影响酶促反应速率，其作用机理可用下图坐标曲线表示。其中a表示底物分子具有的能量，b表示温度对酶空间结构的影响，c表示酶促反应速率与温度的关系。下列说法正确的是()A.随着温度的升高，底物分子具有的活化能增加B.处于曲线c中1、2位点酶分子活性是相同的C.酶促反应速率是底物分子的能量与酶空间结构共

同作用的结果D.酶适于低温保存，原因是底物分子的能量低C202.影响酶促反应速率的因素21(1)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响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

，但当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率

。加快不再增加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

。正比思考：在甲图中再加入一定量的酶，曲线应该怎么变？在乙图中如果是底物有限的情况下，曲线应该怎么变？22(2)影响酶活性的抑制剂和激活剂拓展A.抑制剂①竞争性抑制剂：抑制剂与底物竞争酶。如图，竞争性抑制剂与底物往往有着类似的结构，可与底物竞争结合酶的活性部位。因为酶的活性部位不能同时既与底物结合又与抑制剂结合，因而在底物和抑制剂之间产生竞争，形成一定的平衡关系。这种抑制作用可以通过增加底物浓度而解除。典型的例子是丙二酸对琥珀酸脱氢酶（底物为琥珀酸）的竞争性抑制和磺胺类药物（对氨基苯磺酰胺）对二氢叶酸合成酶（底物为对氨基苯甲酸）的竞争性抑制。23②非竞争性抑制剂：抑制剂与底物不存在竞争关系。如图，底物与非竞争性抑制剂同时也与酶结合，两者没有竞争作用。虽然底物、抑制剂和酶的结合无竞争性，但两者与酶结合所形成的中间络合物不能直接生成产物，导致了酶催化反应速率的降低。特点：非竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似；底物和抑制剂分别独立地与酶的不同部位相结合；抑制剂对酶与底物的结合无影响，故底物浓度的改变对抑制程度无影响。24B.激活剂提高酶活性的物质，称为酶的激活剂。有些酶在有激活剂存在时才有活性或性较高。大部分激活剂是无机盐离子，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cl-、I-等。有些酶在合成和初分泌时，不表现有催化活性，这种无活性状态的酶的前身物称为酶原。酶原在一定条件下，受某种因素的作用，酶原分子的部分肽键被水解，使分子结构发生改变，形成酶的活性中心，无活性的酶原转化成有活性的酶称酶原的激活。如胃蛋白酶原进入胃腔后，在HCl作用下，从酶原分子中脱去一个小分子肽段后，转变成有活性的胃蛋白酶。25例6：用某种酶进行有关实验的结果如下图所示，错误的是（）A.该酶的最适催化温度不确定B.图2和图4能说明该酶一定不是胃蛋白酶C.由图4实验结果可知酶具有高效性D.由图3实验结果可知Cl－是酶的激活剂C26考点三探究酶的特性和影响酶活性的因素归纳总结酶促反应特点的探究实验①验证酶的高效性

②验证酶的专一性③探究温度对酶活性的影响④探究PH对酶活性的影响

⑥探究底物浓度对酶促反应速率的影响⑦探究酶浓度对酶促反应速率的影响分组编号对照组实验组说明1号2号3号4号相同处理2mL过氧化氢溶液无关变量不同处理常温90℃水浴2滴FeCl3溶液2滴肝脏研磨液自变量气泡产生不明显少量较多大量因变量卫生香复燃不复燃不复燃变亮复燃结果过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样验证酶的高效性27验证酶的专一性方案一酶相同、底物不同①底物1+酶溶液②等量底物2+等量相同酶溶液方案二底物相同、酶不同①底物+酶溶液1②等量相同底物+等量酶溶液2实验步骤一取两支试管，编号1、2二1号试管中加入2mL淀粉溶液2号试管中加入2mL蔗糖溶液三加入淀粉酶溶液2滴，振荡，试管下半部分浸入60℃的水浴中，反应5min。四加入斐林试剂→振荡→60℃水浴2min实验现象砖红色沉淀无变化结论淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解实验步骤一取两支试管，编号1、2二向两支试管中各加入2mL淀粉溶液三1号试管加入2滴淀粉酶溶液2号试管加入2滴蔗糖酶溶液四反应5min后，向两支试管中加入等量的碘液实验现象不变蓝变蓝结论淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。不选碘液鉴定的原因是什么？能不能用斐林试剂鉴定？28探究温度对酶活性的影响实验步骤一1号2号3号二各加入2mL淀粉溶液三0℃保温60℃保温100℃保温三加入0℃保温的淀粉酶2滴加入60℃保温的淀粉酶2滴加入100℃保温的淀粉酶2滴四在各自的温度条件下反应约5min五各加入两滴碘液→振荡实验现象蓝色不变蓝蓝色结论温度对酶的活性有影响，温度偏低或偏高都会降低酶活性思考：①为何不选斐林试剂鉴定？实验要严格控制温度，斐林试剂需加热H2O2常温常压可分解，加热分解更快②实验材料可不可以选H2O2?29探究PH值对酶活性的影响实验步骤一1号2号3号二各加入肝脏研磨液2滴三加蒸馏水1mL等量的5%HCl等量的5%NaOH三各加入3%过氧化氢2mL四反应约5min，记录气泡产生情况实验现象几乎无气泡较多气泡几乎无气泡结论