人教版高考生物必修1同步学案第5章 第1节 第2课时 酶的特性.docx
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人教版高考生物必修1同步学案第5章第1节第2课时酶的特性
第2课时 酶的特性
一、酶的高效性和专一性
1.高效性
2.专一性
二、酶的作用条件较温和
1.酶活性
(1)含义:
酶对化学反应的催化效率。
(2)影响酶活性的主要因素:
温度和pH。
2.探究影响酶活性的条件
阅读教材P83~84“探究”,将下列实验过程补充完整。
(1)温度对酶活性的影响:
试管步骤
1
1′
2
2′
3
3′
淀粉溶液
2mL
/
2mL
/
2mL
/
淀粉酶溶液
/
1mL
/
1mL
/
1mL
不同温度下处理5min
100_℃(或0_℃)
60℃
0_℃(或100_℃)
将同一温度下的两种物质混合后保温5_min
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
(2)pH对酶活性的影响:
①实验过程:
a.取8支洁净的试管编号,分别加入等量新鲜的肝脏研磨液。
b.用盐酸或NaOH溶液调整出不同的pH(如5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)。
c.分别滴加等量的过氧化氢溶液并摇匀。
d.用点燃但无火焰的卫生香来检测氧气的生成情况。
②结论:
酶的催化作用需要适宜的pH,过高或过低都会影响酶的活性。
(3)温度和pH对酶活性的影响
下列是温度和pH对酶活性的影响示意图,请写出其中某点或某段表示的含义。
温度(t/℃)
酸碱度(pH)
①P点:
最适温度;Q点:
最适pH。
②偏离P点或Q点:
酶的活性降低。
[共研探究]
酶与无机催化剂相比,有很多共同点,也有不同点,结合下面内容探究酶的高效性和专一性。
1.酶的高效性
(1)在比较肝脏研磨液(过氧化氢酶)和氯化铁对过氧化氢的催化效率实验中(如图),试管甲产生的气泡比试管乙多,说明与无机催化剂相比,酶的催化作用具有高效性。
(2)高效性的含义:
酶的催化效率比无机催化剂高,大约是无机催化剂的107~1013倍。
(3)高效性的意义:
有利于细胞内的生化反应快速高效地进行。
2.酶的专一性
(1)淀粉和蔗糖不是还原糖,但淀粉和淀粉酶反应生成麦芽糖,蔗糖水解后产生葡萄糖和果糖,它们都是还原糖。
下表为比较新鲜唾液(唾液淀粉酶)对淀粉和蔗糖的催化作用实验:
试管编号
1
2
可溶性淀粉
2mL
/
蔗糖溶液
/
2mL
新鲜的唾液
1mL
1mL
37℃保温5分钟
新制的斐林试剂
2mL
2mL
水浴加热
实验现象
有砖红色沉淀
没有砖红色沉淀
①1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。
②实验结论:
淀粉酶只催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解,说明酶具有专一性。
(2)肽酶能催化多种多肽水解为氨基酸,是否说明肽酶没有专一性?
提示:
不是。
酶的专一性是指每一种酶只能催化一种或一类化学反应,肽酶催化的是一类反应,也说明其具有专一性。
综上所述,一种酶只能催化一种或一类化学反应,酶具有专一性。
[总结升华]
酶具有专一性的原因
每种蛋白质都有特定的空间结构,酶催化反应时,酶蛋白分子首先与底物分子结合。
但酶分子能否与底物分子结合,取决于酶分子的活性部位与底物分子在空间构象上是否对应,如下图:
[对点演练]
1.下表是某同学为验证酶的专一性而设计的实验方案,a~d代表试管,①~⑦代表实验步骤。
对该实验方案的有关评价,错误的是( )
a
b
c
d
①
淀粉溶液2mL
蔗糖溶液2mL
唾液淀粉酶溶液2mL
唾液淀粉酶溶液2mL
②
50~65℃温水中水浴加热10min
③
将c倒入a,将d倒入b
④
50~65℃温水中水浴加热10min
⑤
加入现配的斐林试剂溶液2mL
⑥
37℃恒温水浴
⑦
观察并记录颜色变化
A.淀粉酶的用量属于自变量
B.②和④会影响酶的活性
C.②④和⑥的温度设置错误
D.④和⑤的顺序有误
解析:
选A 由题干信息可知,验证酶专一性的方式是用同一种酶催化不同物质的反应,因此淀粉酶的用量在不同实验组应完全相同,不属于自变量,A错误;酶的催化活性受温度影响,B正确;由于唾液淀粉酶的最适温度是37℃左右,而斐林试剂与还原糖发生反应的最适温度是50~65℃,因此②④和⑥的温度设置错误,C正确;加入现配的斐林试剂溶液2mL后,需要在50~65℃温水中水浴加热10min,D正确。
[共研探究]
由于多数酶是容易变性的蛋白质,所以酶的作用需要温和的条件。
结合教材提供的材料用具设计相关的实验过程,请分析:
1.实验一:
温度变化对工业淀粉酶(适宜温度60℃)催化作用的影响
步骤
试管编号
1
2
3
加入3%可溶性淀粉溶液
2mL
2mL
2mL
提供环境温度
60℃的水
沸水
冰块
保温
5min
5min
5min
注入2%新鲜淀粉酶溶液
1mL
1mL
1mL
继续保温
5min
5min
5min
滴入碘液
1滴
1滴
1滴
实验现象
无明显颜色变化
蓝色
蓝色
(1)1号试管无明显变化说明淀粉发生水解,2、3号试管呈蓝色说明淀粉没有发生水解。
(2)该实验说明:
该工业淀粉酶在60_℃时活性最高,温度偏高或者偏低都会影响酶的活性,使酶活性降低,因此酶的作用需要适宜的温度。
(3)不能在反应后加入新制的斐林试剂来判断试管中的淀粉是否水解,因为该实验的自变量为温度,斐林试剂的反应需要水浴加热。
2.实验二:
pH变化对过氧化氢酶催化作用的影响
步骤
试管编号
1
2
3
20%肝脏研磨液
1mL
1mL
1mL
蒸馏水
1mL
5%氢氧化钠溶液
1mL
5%盐酸溶液
1mL
3%过氧化氢溶液
2mL
2mL
2mL
振荡试管
结果
有大量气泡产生
无明显气泡
无明显气泡
(1)1号试管中有大量的气泡产生,说明过氧化氢酶的活性很高,2、3号试管无明显气泡,说明过氧化氢酶的活性很低。
(2)该实验说明:
酶的作用需要适宜的pH,pH偏高或偏低都会使酶活性降低。
(3)该实验中,能否在加入肝脏研磨液后,直接加入3%过氧化氢溶液,然后再调节pH?
提示:
不能。
因为在调节pH之前,试管中已经发生了剧烈反应,从而影响实验结果。
3.影响酶活性的因素
(1)阅读教材P85内容,总结影响酶活性的因素有哪些?
提示:
温度、pH、抑制剂或激活剂等。
(2)温度或pH对酶活性的影响
数学模型
影响酶活性的因素及判断标准
①影响因素:
温度
②理由:
低温抑制酶的活性,不破坏酶分子结构,高温破坏酶分子结构,导致永久性失活
①影响因素:
pH
②理由:
过酸或过碱都会导致酶分子结构被破坏,使酶活性永久性丧失
模型解读
AB段:
当温度低于最适温度时,酶活性随温度的升高而升高
BC段:
当温度高于最适温度时,酶活性随温度的升高而降低,甚至失活
AB段:
当pH低于最适pH时,酶活性随pH的降低而降低,甚至失活
BC段:
当pH高于最适pH时,酶活性随pH的升高而降低,甚至失活
[总结升华]
1.酶的高效性
曲线
曲线解读
①酶与无机催化剂都具有催化能力,与无机催化剂相比,酶的催化效率更高,即酶具有高效性
②酶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.浓度对酶促反应速率的影响
曲线
曲线解读
在底物充足,其他条件适宜的情况下,酶浓度与酶促反应速率呈正相关
(1)加入酶A时,一定范围内,反应速率随底物浓度的增加而增加;当底物浓度超过一定范围后,反应速率不再改变
(2)酶A促进酶促反应进行,而酶B不能,说明酶具有专一性
3.影响酶促反应速率的因素及其作用实质
(1)温度、pH、抑制剂或激活剂通过影响酶的活性对酶促反应速率起到影响作用。
(2)温度过高、过酸、过碱都会使酶分子结构遭到破坏,酶活性永久性失活,不可再恢复。
(3)低温仅抑制酶的活性,在适宜温度范围内,升高温度酶的活性可以恢复。
温度、pH、酶浓度、底物浓度、抑制剂或激活剂与酶促反应速率的关系如下所示
[对点演练]
2.影响酶催化反应速率的因素有温度、反应物浓度、酶浓度等。
如图表示在最适温度下,某种酶的催化反应速率与反应物浓度之间的关系,下列说法正确的是( )
A.若在B点增加酶的浓度,反应速率会减慢
B.若在A点提高反应温度,反应速率会加快
C.若在C点增加反应物浓度,反应速率将加快
D.若在A点增加反应物浓度,反应速率将加快
解析:
选D 增加酶的浓度,反应速率会加快;由于已经处于最适温度下,若提高温度,酶活性降低,反应速率下降;C点限制因素已经不是反应物浓度,增加反应物浓度反应速率也不增加。
1.我国科学家成功研制检测SARS病毒的酶联免疫试剂,专用于“非典”的快速诊断。
此试剂具有准确、灵敏、快速、方便和经济等优点,一个测试板可同时测96个样品,1小时左右获得检测结果,它所用的是( )
A.酶的高效性和专一性原理
B.酶的专一性原理
C.酶的识别原理
D.酶的高效性
解析:
选A 题中体现的是酶的高效性和专一性。
2.下面是酶活性受pH影响的示意图,其中正确的是( )
解析:
选A 酶活性受pH的影响,在最适pH时,酶活性最高,pH过低或过高,酶分子结构受到破坏,酶活性丧失,不可恢复;在最适pH范围内,酶活性随pH增大而增加,超过了最适pH,酶活性随pH增大而降低。
3.如图表示酶的催化反应过程,下列有关叙述错误的是( )
A.此图可反映酶的专一性
B.图中D可表示酶
C.图中B可表示被催化的底物
D.图中E、F可表示B分解后的产物
解析:
选B 图示表明一种酶只能水解一种物质,说明酶具有专一性,A正确;图中A在化学反应前后不发生改变,代表酶,B错误;A将B分解为E和F,故图中B可表示被催化的底物,E和F代表产物,C、D正确。
4.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。
(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________。
解析:
(1)反应物浓度通过增加与酶的接触面积,加快酶促反应速率,图A中曲线表明在反应物浓度较低时,酶有剩余,随反应物浓度增加,反应速率加快,当所有酶分子全部参与催化反应后,再增加反应物浓度,酶促反应速率不再增加。
(2)温度通过影响酶的活性影响酶促反应速率,图B中曲线的b点酶活性最强,此点对应的温度是酶的最适温度。
(3)图C中曲线的c点酶活性最强,此点对应的pH是该酶的最适pH,超过最适pH,酶活性随pH增大而减弱,因为过酸或过碱都会使酶分子结构受到破坏,导致酶永久失活,不可再恢复。
(4)高温时酶分子结构被破坏,酶活性永久性丧失,不可再恢复,低温时,只是抑制了酶的活性,当温度升至最适温度时,其活性恢复。
所以甲试管中反应速度加快,乙试管中反应不能进行。
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
【基础题组】
1.下列关于温度对酶活性影响的叙述,错误的是( )
A.不同酶的最适温度可能相同
B.随着温度降低,酶促反应的活化能下降
C.酶活性最高时的温度不适合该酶的保存
D.高温下酶失活是酶空间结构破坏的结果
解析:
选B 不同酶的最适温度可能相同,也可能不同。
在一定的温度范围内随着温度的降低,酶的活性下降,而酶促反应的活化能是不会降低的。
酶应保存在低温环境下。
高温、强酸、强碱都能破坏酶的空间结构。
2.下列关于酶的叙述,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.酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率
D.酶既可以作为催化剂,也可以作为另一个反应的底物
解析:
选B 有些酶是生命活动所必需的,如与呼吸作用有关的酶在分化程度不同的细胞中都存在,A正确;导致酶空间结构发生破坏变形的因素有:
过酸、过碱、高温等,低温只能降低酶的活性,不会破坏其空间结构,B错误;酶的作用实质为降低化学反应所需的活化能从而提高反应速率,C正确;酶是蛋白质或者RNA,本身是催化剂,也可作为底物被蛋白酶或RNA酶降解,D正确。
3.如图表示酶活性与温度的关系,下列叙述正确的是( )
A.当反应温度由t2调到最适温度时,酶活性下降
B.当反应温度由t1调到最适温度时,酶活性上升
C.酶活性在t2时比t1高,故t2时更适合酶的保存
D.酶活性在t1时比t2低,表明t1时酶的空间结构破坏更严重
解析:
选B 随着温度的升高,酶活性逐渐上升,当达到一定温度后,温度继续升高,酶活性反而下降,其中酶活性最高时所对应的温度称为最适温度。
反应温度由t1调到最适温度时,酶活性上升。
保存酶时应该选择低温保存。
t1时酶活性受到抑制,但酶的空间结构没有被破坏。
4.将乳清蛋白、淀粉、胃蛋白酶、唾液淀粉酶和适量水混合装入一容器内,调整pH至1.5,保存于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、胃淀粉酶、水
B.唾液淀粉酶、麦芽糖、胃蛋白酶、多肽、水
C.淀粉、胃蛋白酶、多肽、水
D.唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水
解析:
选C 不同的酶具有不同的最适pH,唾液淀粉酶的最适pH为7左右,胃蛋白酶的最适pH在1.5左右,酶在过酸或过碱条件下,都会永久性失活,不可恢复;根据题意可知,将混合液调至pH=1.5时,唾液淀粉酶完全丧失活性,其本质又是蛋白质,因此在胃蛋白酶作用下,被分解成多肽,所以在溶液中最终会有淀粉、胃蛋白酶、多肽和水存在。
5.如图所示为过氧化氢被分解的速度曲线,其体现了酶的( )
①化学本质 ②高效性
③催化特性 ④作用条件较温和
A.①④ B.③④
C.①②D.②③
解析:
选D ①过氧化氢酶的本质为蛋白质,但从图中不能看出;②酶的催化效率比无机催化剂更高,使得反应速率更快,体现了高效性;③酶是高效的催化剂,这一点从酶能催化反应进行可以得出;④酶所催化的化学反应一般是在较温和的条件下进行的,但从图中无法得出这一信息。
6.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.没有活性
C.先升后降D.先降后升
解析:
选B 每种酶都有一个最适pH,若所处的环境过酸或过碱会使酶分子结构遭到破坏,从而失活。
胃蛋白酶的最适pH为1.5,当其处于pH为10.0的溶液中时,已失去活性。
7.图中的新鲜土豆片与H2O2接触后,产生的现象及推测错误的是( )
A.若有大量气体产生,则可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶
B.若增加新鲜土豆片的数量,则量筒中产生气体的速度加快
C.一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限
D.为保证实验的严谨性,需要控制温度等无关变量
解析:
选C 土豆片中的过氧化氢酶能重复利用,只要有H2O2,反应就能进行,气体量不再增加的原因是H2O2已分解完。
8.纺织工业上的褪浆工序常用两种方法:
化学法,需用NaOH7~9g/L,在70~80℃条件下作用12h,褪浆率仅为50%~60%;加酶法,用少量细菌淀粉酶在适宜温度下,只需5min,褪浆率达100%。
这说明( )
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:
选B 加酶法与化学法相比,加酶法催化效率较高,且少量的酶就具有较强的催化效率,说明酶具有高效性。
【能力题组】
9.如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( )
A.①B.②
C.③D.④
解析:
选A 从图中可以看出①参与催化反应,并能在反应前后保持结构和性质不变,应为酶。
10.将胃蛋白酶溶液的pH由1.5调高至12的过程中,其催化活性表现为图中的(纵坐标代表催化活性,横坐标代表pH)( )
解析:
选B 胃蛋白酶的最适宜pH范围是1.5~2.2,在pH由1.5调至12的过程中,酶分子结构逐渐被破坏,酶活性逐渐丧失,最终会完全丧失活性。
11.(2016·大连二十一中高一期末)如图分别表示温度、pH与酶活性的关系,下列叙述不正确的是( )
A.曲线A上的b点对应的温度表示该酶的最适温度
B.人体内胃蛋白酶的活性与曲线B相似
C.曲线B、C说明不同的酶有不同的最适pH
D.酶活性随温度的升高而增强
解析:
选D 曲线A是酶的活性与温度的关系曲线,b点对应的温度是酶的最适温度,A正确;人体内胃蛋白酶的最适pH为1.5,呈酸性,与B曲线相似,B正确;曲线B、C反映了不同的酶有不同的最适pH,C正确;在一定范围内,酶的活性随温度的升高而增强,超过最适温度,酶的活性随温度的升高而下降,温度过高,会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活,D错误。
12.如图为某酶促反应过程,它所反映的酶某一特性以及字母a、b、c最有可能代表的物质依次是( )
A.高效性、蛋白酶、蛋白质、多肽
B.专一性、麦芽糖酶、麦芽糖、葡萄糖
C.专一性、淀粉酶、淀粉、麦芽糖
D.高效性、脂肪酶、脂肪、甘油和脂肪酸
解析:
选C 从图示过程可知:
a是酶,b是该酶的底物,d不是该酶的底物,c表示b被分解后形成的相同小分子物质,该小分子物质含有两个基本单位。
该过程反映了酶的专一性。
a最可能是淀粉酶,b是淀粉,淀粉被分解成麦芽糖,麦芽糖由两分子葡萄糖组成。
13.下面三个图中的曲线是某研究小组围绕探究H2O2分解条件而获得的实验结果。
试回答下列有关问题:
(1)图1、2、3所代表的实验中,实验自变量依次为________、________、________。
(2)根据图1可以得出的实验结论是____________________________________________。
(3)图2曲线bc段产生的最可能原因是__________________________________________。
(4)根据你的理解,图3曲线纵坐标最可能代表____________________________________。
解析:
(1)图1的两条曲线中一组加入过氧化氢酶,另一组加入Fe3+,所以自变量为催化剂的种类,图2、3中只有一条曲线,则横坐标即为自变量。
(2)图1中两条曲线对比,加过氧化氢酶的反应速率快,而并未改变平衡点,说明酶具有高效性。
(3)图2中bc段反应速率不再变化,而H2O2是过量的,因此酶数量(浓度)是限制因素。
(4)图3中横坐标为温度,而曲线表示的含义与酶活性的曲线刚好相反,所以应表示反应物剩余量的多少。
答案:
(1)催化剂种类 H2O2浓度 温度
(2)酶的催化作用具有高效性 (3)反应受过氧化氢酶数量(浓度)的限制 (4)溶液中H2O2的剩余量
14.某小组在“探究影响酶活性的条件”的实验中,提出“过氧化氢酶的活性是否受pH影响”的问题,并设计实验的操作步骤如下:
①取甲、乙两个试管,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、乙试管内加入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)过氧化氢分解速率是本实验的因变量,可观测的指标是______________________。
(2)作为对照实验,上述操作步骤中存在明显的缺陷,请写出修改方案:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
在完成改进方案后,预期的实验结果是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(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,而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的时间来表示酶的活性。
该建议中,所需的时间越长,酶的活性越________________________________________________________________________。
解析:
依据本实验的研究目的,可判断本实验的自变量是pH,故至少需要设置酸性、中性和碱性三组实验;实验的因变量是酶的活性,检测指标是单位时间内产生气泡的数量。
由于过氧化氢酶的最适pH是中性,故在酸性或碱性条件下,单位时间内气泡产生量较少。
过氧化氢酶属于蛋白质,其活性受温度影响,低温影响酶的活性,但并不破坏酶的空间结构;高温使酶变性失活,这种活性的改变是不可逆的。
若以不同pH下出现同一结果所需的时间来表示酶的活性,则所需时间越长,说明酶活性越低;所需时间越短,说明酶活性越高。
答案:
(1)单位时间内试管中产生的气泡数量
(2)增加丙试管,在第②步中加1mL蒸馏水,其他步骤与实验组相同 单位时间内,甲、乙试管中产生的气泡数量较少,丙试管中产生气泡的数量较多 (3)过氧化氢酶的本质是蛋白质,高温可使蛋白质变性,而冷藏条件下蛋白质不会变性 (4)低(或弱)
15.以下是某同学关于酶特性的实验操作步骤,请根据要求回答:
步骤
操作方法
试管
甲
乙
1
注入可溶性淀粉溶液
2mL
/
2
注入蔗糖溶液
/
2mL
3
注入斐林试剂
2mL
2mL
4
注入新鲜的某种酶溶液
2mL
2mL
5
酒精灯隔水加热
2min
6
观察现象
A
B
(1)甲、乙两支试管内各物质的量要求相同的目的是
_____________________________________________________