浙科版生物必修1 第3章 第3节 酶.docx
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浙科版生物必修1第3章第3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。
探讨
：
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
：
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
紫色→酶是蛋白质
已知蛋白质液
紫色
探讨
：
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。
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
1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RNA
B．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】 C
2．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，下列实验能达到目的的是（ ）
【导学号：
36500074】
实验① 实验②
A．实验①B．实验②
C．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：
2H2O2
2H2O＋O2。
（2）实验步骤
编号
步骤
1
2
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
1
2
3
4
5
6
本尼迪特试剂
2mL
2mL
2mL
2mL
2mL
2mL
1%淀粉溶液
3mL
－
3mL
－
3mL
－
2%蔗糖溶液
－
3mL
－
3mL
－
3mL
新鲜唾液
－
－
1mL
1mL
－
－
蔗糖酶溶液
－
－
－
－
1mL
1mL
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。
探讨
：
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
：
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
：
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
：
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。
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】 D
2．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。
A B C
（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，两试管内的反应情况分别是：
甲：
________，乙________。
【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
2H2O2
2H2O＋O2
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5.0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0.5min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＝6.0、pH＝7.0、pH＝8.0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
探讨
：
请绘出pH影响酶促反应速率的坐标曲线。
提示：
探讨
：
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
：
在1～5号试管内分别加入2mL0.5mo1/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
1
2
3
4
5
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。
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
2．pH对酶活性的影响
（1）实验原理
①H2O2
H2O＋O2
②pH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
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
pH
①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】 B
2．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】 B
2．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】 A
3．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，用少量细菌淀粉酶，在适宜温度时只需5分钟，褪浆率达100%，这一事实说明（ ）
【导学号：
36500076】
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
【解析】 由题意可知，少量淀粉酶比NaOH褪浆所用时间短得多，褪浆率高得多，说明酶具有高效性。
【答案】 B
4．如图表示在不同条件下，酶促反应速率的变化曲线，试分析回答下列问题：
（1）酶促反应速率可以用________来表示。
（2）曲线Ⅱ和曲线Ⅰ相比较，酶促反应速率慢，这是因__________________
____________________________________________________________________。
（3）图中AB段和BC段影响酶促反应速率的主要限制因子分别是________和________。
（4）若想探究酶的最适pH，至少应设计________种不同的pH。
（5）请在原图中绘出在酶浓度相对值为1、温度为25℃条件下的酶促反应速率曲线。
【解析】 酶促反应速率可用底物消耗速率（或产物生成速率）表示。
图中曲线Ⅱ与曲线Ⅰ的不同在于反应温度不同，AB段说明影响反应速率的因素是底物浓度，而BC段影响因素则是酶浓度。
在探究pH（或温度）对酶活性影响时，通常设置高、适、低三个条件。
【答案】
（1）底物消耗速率（或产物生成速率）
（2）温度降低，酶活性降低
（3）底物浓度 酶浓度 （4）3
（5）如下图虚线所示。
课堂小结：
网络构建
核心回扣
1.酶是具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
2.酶具有促使反应物发生化学变化，而本身却不发生化学变化的特点。
3.酶作用的强弱用酶活性表示。
4.酶的高效性：
与无机催化剂相比，酶具有更强的催化效率。
5.酶的专一性：
一种酶只能催化一种底物或几种相似底物的反应。
6.影响酶活性的因素有pH、温度，pH过高过低，温度过高都会使酶失活。
7.在一定低温下，酶的活性低，空间结构稳定，并未失活，在适宜温度下酶的活性可升高。
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