【高中生物】2023-2024學年 人教版 必修一 酶的特性

第2課時酶的特性1.運用結構與功能觀解釋酶的功能與其空間結構之間的關系,歸納影響酶活性的因素。2.通過建立模型,解釋溫度、pH對酶活性的影響,闡明酶的高效性和專一性。3.合理設計探究溫度、pH對酶活性影響的實驗步驟,規(guī)范實施實驗,提升探究實驗的設計與分析能力。目標素養(yǎng)知識概覽一、酶具有高效性1.含義酶的催化效率是無機催化劑的107~1013倍。2.意義可以使生命活動更加高效地進行。二、酶具有專一性1.含義每一種酶只能催化一種或一類化學反應。2.意義使細胞代謝能夠有條不紊地進行。3.探究實驗:淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用

微判斷1基于酶的作用特性,判斷下列表述是否正確。1.酶具有專一性和高效性。(

)2.蛋白酶只能催化蛋白質的水解而不能催化淀粉的水解,這一現(xiàn)象體現(xiàn)了酶的專一性。()3.酶既可以作為催化劑,也可以作為另一個反應的底物。()4.由于酶在化學反應前后性質和數(shù)量都沒有發(fā)生變化,所以酶具有高效性。()√√√×微訓練1研究表明,一分子過氧化氫酶能在1min內催化5×105個過氧化氫分子分解成氧氣和水,相當于Fe3+催化效率的109倍,但是過氧化氫酶對蔗糖的水解卻不起作用。這個事實說明酶具有(

)A.多樣性、穩(wěn)定性B.高效性、多樣性C.高效性、專一性D.高效性、穩(wěn)定性答案:C解析:一分子過氧化氫酶相當于Fe3+催化效率的109倍,說明酶具有高效性;過氧化氫酶只能催化過氧化氫的分解,而對蔗糖的水解不起作用,說明酶具有專一性。三、酶的作用條件較溫和酶所催化的化學反應一般是在比較溫和的條件下進行的。過酸、過堿或溫度過高,會使酶的空間結構遭到破壞,使酶永久失活。在0℃左右時,酶的活性很低,但酶的空間結構穩(wěn)定,在適宜的溫度下酶的活性會升高。1.酶的作用需要適宜的溫度在一定條件下,酶活性最高時的溫度稱為該酶的最適溫度。在一定溫度范圍內,酶促反應速率隨溫度的升高而升高;但當溫度升高到一定程度時,酶促反應速率不僅不再加快,反而會隨著溫度的升高而下降。2.酶的作用需要適宜的pH在一定條件下,酶活性最大時的pH稱為該酶的最適pH。偏離該pH,不論升高還是降低,酶促反應速率都會下降。微判斷2基于酶的作用條件及相關探究實驗,判斷下列表述是否正確。1.如果以淀粉為底物、以淀粉酶為催化劑探究溫度對酶活性的影響,則酶促反應速率既可以用淀粉的分解速率表示,也可以用淀粉水解產物的生成速率表示。()2.在探究pH對酶活性影響的實驗中,不選擇淀粉作實驗材料,原因是酸能促進淀粉水解。()√√3.探究酶的最適pH,需要在酶的最適溫度條件下進行。()4.高溫、低溫、強堿、強酸都會使酶失活。()5.酶活性最高時的溫度不適合酶的保存。(

)√×√微訓練21.將酶的特性與原因連線。2.人體胃蛋白酶的最適pH為1.5,某同學將胃蛋白酶溶液的pH從10.0調至1.5,此時胃蛋白酶的活性將(

)A.不斷上升 B.沒有變化C.先升后降 D.先降后升答案:B解析:每種酶都具有最適pH,此時活性最高,過酸或過堿均會使酶的空間結構遭到破壞,使酶永久失活。胃蛋白酶的最適pH為1.5,當其處于pH為10.0的環(huán)境中時,會變性失活。一

酶的特性及其驗證實驗問題探究1.閱讀教科書第81頁“探究·實踐:淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用”,回答下列問題。(1)1號試管有磚紅色沉淀生成,2號試管不出現(xiàn)磚紅色沉淀,這說明了什么?你能從該實驗得出什么結論?提示:1號試管有磚紅色沉淀生成,說明產生了還原糖,淀粉被水解,2號試管不出現(xiàn)磚紅色沉淀,說明蔗糖沒有被水解。結論:淀粉酶只能催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解,酶的作用具有專一性。(2)能否使用碘液作為實驗結果的鑒定試劑?請說明理由。提示:不能,因為碘液只能檢測淀粉是否被水解,而蔗糖分子不管是否被水解都不會使碘液變色。(3)該實驗的自變量和因變量分別是什么?該實驗的設計思路是什么?提示:自變量:底物的種類。因變量:底物是否被淀粉酶水解。該實驗的設計思路:探究同一種酶是否能催化不同底物水解。2.下圖是蔗糖酶的專一性特點模式圖,請據(jù)圖分析酶具有專一性的原因。提示:酶的活性部位必須與底物分子的空間結構相匹配,才能催化相應化學反應。歸納總結1.酶具有高效性(1)相關曲線:(2)實驗驗證:①實驗組:底物+酶→測定底物分解速率(或產物生成速率)。②對照組:底物+無機催化劑→測定底物分解速率(或產物生成速率)。2.酶具有專一性(1)物理模型:①圖中A表示酶,B表示被A催化的底物,E、F表示B被分解后產生的物質,C、D表示不能被A催化的物質。②酶和被催化的反應物分子都有特定的結構。(2)曲線模型:酶A對底物A有催化作用,對底物B沒有催化作用,說明酶的催化作用具有專一性。(3)實驗驗證:②現(xiàn)象:向實驗組和對照組中都加入斐林試劑,并水浴加熱,只有實驗組中出現(xiàn)磚紅色沉淀。3.酶的作用條件較溫和酶所催化的化學反應一般是在比較溫和的條件下進行的。過酸、過堿或溫度過高,都會使酶的空間結構遭到破壞,使酶永久失活。低溫只能使酶的活性降低,不會使酶失活。典例剖析【例1】

下面為某同學進行的有關酶的實驗,基本過程如下表所示。試管編號1234質量分數(shù)為3%的淀粉溶液/mL2—2—質量分數(shù)為3%的蔗糖溶液/mL—2—2新鮮唾液/mL11——蔗糖酶溶液/mL——11斐林試劑/mL2222實驗結果

據(jù)此分析下列有關敘述錯誤的是(

)A.4支試管都需要在37℃恒溫水浴中保溫B.1號試管與2號試管對照時自變量是底物種類,與3號試管對照時自變量是酶的種類C.出現(xiàn)磚紅色沉淀的試管是1號和3號D.若要縮短實驗時間,可將唾液或蔗糖酶的量增加到2mL答案:C解析:根據(jù)酶的專一性可知,淀粉酶只能催化淀粉水解,蔗糖酶只能催化蔗糖水解,即出現(xiàn)磚紅色沉淀的試管是1號和4號。學以致用1.下圖表示一個酶促反應,它所反映的酶的一個特性和a、b、c可能表示的物質依次是(

)A.高效性、蛋白酶、蛋白質、多肽B.專一性、淀粉酶、淀粉、麥芽糖C.專一性、麥芽糖酶、麥芽糖、葡萄糖D.高效性、脂肪酶、脂肪、甘油和脂肪酸答案:C解析:題圖所示酶促反應表明,a在反應前后形態(tài)、結構未改變,故a是酶分子,b是底物,c是產物。a與b特異性結合后,在a的作用下,b分解為兩分子物質,說明酶具有專一性。淀粉是多糖,是由葡萄糖分子縮合而成的生物大分子,在淀粉酶的作用下可生成多個麥芽糖。麥芽糖是二糖,一分子麥芽糖水解生成兩分子葡萄糖。二

探究影響酶活性的條件問題探究1.某同學利用淀粉酶和過氧化氫酶分別進行了溫度和pH對酶活性的影響實驗,實驗方案如下表所示。實驗一:步驟試管11'22'33'加入淀粉溶液2mL—2mL—2mL—加入淀粉酶溶液—1mL—1mL—1mL步驟試管11'22'33'不同溫度下處理5min0℃60℃100℃將同一溫度下的兩種物質混合后保溫5min滴加碘液1滴1滴1滴結果(現(xiàn)象)變藍不變藍變藍結論酶的催化作用需在適宜的溫度下進行,溫度過高或過低都會影響酶的活性實驗二:步驟試管1試管2試管31.加入新鮮肝臟研磨液1mL1mL1mL2.加入不同pH的溶液1mL蒸餾水1mLNaOH溶液1mLHCl溶液3.加入過氧化氫溶液2mL2mL2mL4.預期實驗結果氣泡較多氣泡較少或沒有氣泡較少或沒有5.將點燃的衛(wèi)生香放入試管內液面的上方燃燒劇烈燃燒較弱燃燒較弱(1)該同學進行實驗一操作時,將裝酶的試管和裝淀粉的試管分別放置在相同溫度的水中處理一段時間后再混合,這樣做的目的是什么?提示:保證酶和底物混合時,溫度一致,不會因為兩者混合而發(fā)生溫度變化,使實驗結果準確可靠。(2)若要在實驗一的基礎上探究淀粉酶更精準的最適溫度范圍,應該如何設計實驗?提示:在實驗一的基礎上再設置一系列更小梯度的溫度,再比較在不同溫度條件下酶促反應速率的大小,最終確定最適溫度范圍。(3)實驗二中若將步驟2與步驟3調換順序,實驗還能成功嗎?為什么?提示:不能。酶具有高效性,若先加酶,后調pH,在加HCl或NaOH溶液前,反應可能已經結束了,無法判斷各自反應速率的大小。(4)在上述兩實驗中,無關變量分別有哪些?實驗過程中對無關變量的要求是什么?提示:實驗一中無關變量有pH、淀粉溶液的量、淀粉酶溶液的量。實驗二中無關變量有溫度、加入試管中的各種溶液的量。實驗過程中無關變量應相同且適宜。2.底物和酶的濃度是影響酶促反應速率的因素,觀察下面的曲線,分析并回答下列問題。(1)圖甲中影響酶促反應速率的因素主要是什么?圖甲中當?shù)孜镞_到一定濃度后,酶促反應速率不再增大的原因是什么?提示:在其他條件適宜、酶濃度一定的情況下,酶促反應速率隨底物濃度增加而增大,但當?shù)孜镞_到一定濃度后,酶促反應速率不再增大,原因是受到酶數(shù)量和酶活性的限制。(2)請解釋圖乙中曲線出現(xiàn)的原因。提示:在底物充足、其他條件都適宜的情況下,酶濃度與酶促反應速率成正比。歸納總結1.探究酶發(fā)揮催化作用的適宜條件(1)實驗課題及變量分析:課題名稱用淀粉酶探究溫度對酶活性的影響用過氧化氫酶探究pH對酶活性的影響實驗材料淀粉溶液、唾液淀粉酶溶液肝臟研磨液、過氧化氫溶液自變量溫度pH課題名稱用淀粉酶探究溫度對酶活性的影響用過氧化氫酶探究pH對酶活性的影響自變量的設置方法分別用37℃的水、沸水、冰塊處理分別用蒸餾水、鹽酸、NaOH溶液處理因變量酶活性酶活性因變量的觀察指標加碘液后溶液顏色的變化氧氣產生的速率無關變量pH等溫度等(2)方法步驟:(3)注意事項:①探究溫度(或pH)對酶活性的影響時,一定要讓底物和酶各自在所控制的溫度(或pH)下處理一段時間再混合。②在探究溫度對酶活性的影響實驗中,不宜選用過氧化氫溶液,原因是過氧化氫的分解容易受溫度影響,溫度越高,過氧化氫分解越快。③在探究pH對酶活性的影響實驗中,不宜選用淀粉溶液,原因是酸性條件會促進淀粉的水解。④在探究溫度對酶活性的影響實驗中,選取淀粉和淀粉酶作實驗材料,需用碘液檢測實驗結果,而不宜選用斐林試劑,原因是使用斐林試劑需要水浴加熱,可能影響實驗的自變量,進而影響實驗結果。2.影響酶促反應速率的因素

(1)圖甲說明,在底物充足,其他條件適宜的情況下,酶促反應速率與酶濃度成正比。(2)圖乙說明,在其他條件適宜且酶量一定的條件下,酶促反應速率隨底物濃度的增大而加快,當?shù)孜餄舛冗_到一定值時,酶促反應速率達到最大,再繼續(xù)增大底物濃度,酶促反應速率不再增加。(3)溫度、pH對酶促反應速率的影響:①溫度、pH通過影響酶活性對酶促反應速率產生影響。②溫度過高、pH過高或過低都會使酶的空間結構遭到破壞,進而使酶永久失活,不可再恢復。③低溫僅抑制酶的活性,在適宜溫度范圍內,升高溫度,酶的活性會恢復。④不同酶的最適溫度(或pH)不同。(4)影響酶促反應速率的因素及其作用實質:典例剖析【例2】

下列有關“探究影響酶活性的條件”實驗的敘述,正確的是(

)A.若要探究pH對過氧化氫酶活性的影響,則pH是自變量,過氧化氫的分解速率是無關變量B.若要探究溫度對酶活性的影響,可選擇新鮮肝臟研磨液和過氧化氫溶液進行反應C.若要探究溫度對淀粉酶活性的影響,應將淀粉與淀粉酶兩溶液混合后再調溫度D.若要探究溫度對淀粉酶活性的影響,不可選擇斐林試劑對實驗結果進行檢測答案:D解析:若要探究pH對過氧化氫酶活性的影響,則pH是自變量,過氧化氫的分解速率是因變量的觀測指標,A項錯誤。若要探究溫度對酶活性的影響,不可選擇新鮮肝臟研磨液和過氧化氫溶液進行反應,因為溫度會影響過氧化氫的分解速率,B項錯誤。若要探究溫度對淀粉酶活性的影響,應先將淀粉溶液與淀粉酶溶液各自在所需的溫度下保溫一段時間再混合,C項錯誤。若要探究溫度對淀粉酶活性的影響,不可選擇斐林試劑對實驗結果進行檢測,因為斐林試劑需在水浴加熱條件下才會發(fā)生特定的顏色反應,而該實驗需要嚴格控制溫度,D項正確。學以致用2.某同學研究溫度和pH對某酶促反應速率的影響,得到如下圖所示的曲線。下列分析正確的是(

)A.該酶催化反應的最適溫度為35℃左右,最適pH為8左右B.當pH為8時,影響酶促反應速率的主要因素是底物濃度和酶濃度C.隨pH升高,該酶催化反應的最適溫度也隨之變化D.當pH為任一固定值時,實驗結果都可以證明溫度對酶促反應速率的影響答案:A解析:分析曲線可知,溫度約為35

℃、pH約為8時,酶促反應速率相對較快,溫度高于或低于35

℃、pH大于或小于8時,酶促反應速率均下降,所以該酶的最適溫度為35

℃左右,最適pH為8左右。當pH為8時,不同溫度下酶促反應速率不同,此時溫度為影響酶促反應速率的主要因素。在一定范圍內,隨pH的升高或降低,該酶促反應的最適溫度均為35

℃左右。但當pH過高或過低時,酶會變性失活,不同溫度下的反應速率可能相同,此時溫度已不再影響酶促反應速率。1.蔗糖酶能將一分子蔗糖水解為一分子果糖和一分子葡萄糖。下圖表示蔗糖酶在最適溫度下催化底物水解的模型。下列有關敘述錯誤的是(

)A.該模型能解釋酶具有專一性B.模型中乙表示蔗糖酶,為甲的水解反應提供活化能C.模型中乙的化學結構在化學反應前后不會發(fā)生改變D.若溫度適當升高或降低5℃,酶的催化速率都將下降答案:B解析:甲能和乙的活性部位結合,如鑰匙和鎖的關系,題圖能夠解釋酶具有專一性。酶的作用機理是降低化學反應的活化能。酶的結構在反應前后不會發(fā)生改變。題圖表示酶在最適溫度下催化底物水解的模型,如果溫度升高或降低5

℃,酶的活性都會減弱,催化效率都將下降。2.為了比較甲、乙兩種酶對溫度和pH的耐受程度(即保持活性的范圍)的差異,科研人員進行了相關的研究,結果如下圖。下列說法正確的是(

)A.甲酶對溫度的耐受程度比乙酶大B.在pH為6~7的環(huán)境中,幾乎測不到甲酶的活性C.甲酶活性在任何環(huán)境中都比乙酶高D.測定pH對酶活性影響時溫度應設為20℃B解析:分析題圖可知,乙酶保持活性的溫度范圍大于甲酶,所以乙酶對溫度的耐受程度比甲酶大。在pH為6~7的環(huán)境中,幾乎測不到甲酶的活性。20

℃時甲、乙兩種酶活性都較低,不宜用來測定pH對酶活性的影響。3.用某種酶進行有關實驗的結果如下圖所示。下列有關說法錯誤的是(

)A.圖1說明該酶在30℃左右時催化效率較高B.圖2說明該酶一定不是胃蛋白酶C.由圖3實驗結果可知,酶具有高效性D.由圖4實驗結果可知,酶具有專一性答案:C解析:題圖1表示溫度對酶活性的影響,由題圖1可知,該酶在30

℃左右時催化效率較高,A項正確。胃蛋白酶的最適pH為1.5,由題圖2可知,該酶的最適pH為7,故該酶一定不是胃蛋白酶,B項正確。題圖3不能反映酶具有高效性,C項錯誤。由題圖4可知,該酶可催化麥芽糖水解,但不能催化蔗糖水解,故該酶具有專一性,D項正確。4.為了研究溫度對某種酶活性的影響