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。