【高中生物】2023-2024學(xué)年 人教版 必修一 酶的特性

第2課時(shí)酶的特性1.運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀解釋酶的功能與其空間結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,歸納影響酶活性的因素。2.通過建立模型,解釋溫度、pH對(duì)酶活性的影響,闡明酶的高效性和專一性。3.合理設(shè)計(jì)探究溫度、pH對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)步驟,規(guī)范實(shí)施實(shí)驗(yàn),提升探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與分析能力。目標(biāo)素養(yǎng)知識(shí)概覽一、酶具有高效性1.含義酶的催化效率是無機(jī)催化劑的107~1013倍。2.意義可以使生命活動(dòng)更加高效地進(jìn)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(xué)反應(yīng)。2.意義使細(xì)胞代謝能夠有條不紊地進(jìn)行。3.探究實(shí)驗(yàn):淀粉酶對(duì)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(zhì)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(gè)反應(yīng)的底物。()4.由于酶在化學(xué)反應(yīng)前后性質(zhì)和數(shù)量都沒有發(fā)生變化,所以酶具有高效性。()√√√×微訓(xùn)練1研究表明,一分子過氧化氫酶能在1min內(nèi)催化5×105個(gè)過氧化氫分子分解成氧氣和水,相當(dāng)于Fe3+催化效率的109倍,但是過氧化氫酶對(duì)蔗糖的水解卻不起作用。這個(gè)事實(shí)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(dāng)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(duì)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(xué)反應(yīng)一般是在比較溫和的條件下進(jìn)行的。過酸、過堿或溫度過高,會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞,使酶永久失活。在0℃左右時(shí),酶的活性很低,但酶的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,在適宜的溫度下酶的活性會(huì)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(shí)的溫度稱為該酶的最適溫度。在一定溫度范圍內(nèi),酶促反應(yīng)速率隨溫度的升高而升高;但當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí),酶促反應(yīng)速率不僅不再加快,反而會(huì)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(shí)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(yīng)速率都會(huì)下降。微判斷2基于酶的作用條件及相關(guān)探究實(shí)驗(yàn),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(duì)酶活性的影響,則酶促反應(yīng)速率既可以用淀粉的分解速率表示,也可以用淀粉水解產(chǎn)物的生成速率表示。()2.在探究pH對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中,不選擇淀粉作實(shí)驗(yàn)材料,原因是酸能促進(jìn)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(jìn)行。()4.高溫、低溫、強(qiáng)堿、強(qiáng)酸都會(huì)使酶失活。()5.酶活性最高時(shí)的溫度不適合酶的保存。(

)√×√微訓(xùn)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(xué)將胃蛋白酶溶液的pH從10.0調(diào)至1.5,此時(shí)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(shí)活性最高,過酸或過堿均會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞,使酶永久失活。胃蛋白酶的最適pH為1.5,當(dāng)其處于pH為10.0的環(huán)境中時(shí),會(huì)變性失活。一

酶的特性及其驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)問題探究1.閱讀教科書第81頁“探究·實(shí)踐:淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的水解作用”,回答下列問題。(1)1號(hào)試管有磚紅色沉淀生成,2號(hào)試管不出現(xiàn)磚紅色沉淀,這說明了什么?你能從該實(shí)驗(yàn)得出什么結(jié)論?提示:1號(hào)試管有磚紅色沉淀生成,說明產(chǎn)生了還原糖,淀粉被水解,2號(hào)試管不出現(xiàn)磚紅色沉淀,說明蔗糖沒有被水解。結(jié)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的鑒定試劑?請(qǐng)說明理由。提示:不能,因?yàn)榈庖褐荒軝z測(cè)淀粉是否被水解,而蔗糖分子不管是否被水解都不會(huì)使碘液變色。(3)該實(shí)驗(yàn)的自變量和因變量分別是什么?該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)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(diǎn)模式圖,請(qǐng)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(jié)構(gòu)相匹配,才能催化相應(yīng)化學(xué)反應(yīng)。歸納總結(jié)1.酶具有高效性(1)相關(guān)曲線:(2)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:①實(shí)驗(yàn)組:底物+酶→測(cè)定底物分解速率(或產(chǎn)物生成速率)。②對(duì)照組:底物+無機(jī)催化劑→測(cè)定底物分解速率(或產(chǎn)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(chǎn)生的物質(zhì),C、D表示不能被A催化的物質(zhì)。②酶和被催化的反應(yīng)物分子都有特定的結(jié)構(gòu)。(2)曲線模型:酶A對(duì)底物A有催化作用,對(duì)底物B沒有催化作用,說明酶的催化作用具有專一性。(3)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:②現(xiàn)象:向?qū)嶒?yàn)組和對(duì)照組中都加入斐林試劑,并水浴加熱,只有實(shí)驗(yàn)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(xué)反應(yīng)一般是在比較溫和的條件下進(jìn)行的。過酸、過堿或溫度過高,都會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞,使酶永久失活。低溫只能使酶的活性降低,不會(huì)使酶失活。典例剖析【例1】

下面為某同學(xué)進(jìn)行的有關(guān)酶的實(shí)驗(yàn),基本過程如下表所示。試管編號(hào)1234質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的淀粉溶液/mL2—2—質(zhì)量分?jǐn)?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(shí)驗(yàn)結(jié)果

據(jù)此分析下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

)A.4支試管都需要在37℃恒溫水浴中保溫B.1號(hào)試管與2號(hào)試管對(duì)照時(shí)自變量是底物種類,與3號(hào)試管對(duì)照時(shí)自變量是酶的種類C.出現(xiàn)磚紅色沉淀的試管是1號(hào)和3號(hào)D.若要縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)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(hào)和4號(hào)。學(xué)以致用1.下圖表示一個(gè)酶促反應(yīng),它所反映的酶的一個(gè)特性和a、b、c可能表示的物質(zhì)依次是(

)A.高效性、蛋白酶、蛋白質(zhì)、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(yīng)表明,a在反應(yīng)前后形態(tài)、結(jié)構(gòu)未改變,故a是酶分子,b是底物,c是產(chǎn)物。a與b特異性結(jié)合后,在a的作用下,b分解為兩分子物質(zhì),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(gè)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(xué)利用淀粉酶和過氧化氫酶分別進(jìn)行了溫度和pH對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)方案如下表所示。實(shí)驗(yàn)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(zhì)混合后保溫5min滴加碘液1滴1滴1滴結(jié)果(現(xiàn)象)變藍(lán)不變藍(lán)變藍(lán)結(jié)論酶的催化作用需在適宜的溫度下進(jìn)行,溫度過高或過低都會(huì)影響酶的活性實(shí)驗(yàn)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(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果氣泡較多氣泡較少或沒有氣泡較少或沒有5.將點(diǎn)燃的衛(wèi)生香放入試管內(nèi)液面的上方燃燒劇烈燃燒較弱燃燒較弱(1)該同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)一操作時(shí),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(shí)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(shí),溫度一致,不會(huì)因?yàn)閮烧呋旌隙l(fā)生溫度變化,使實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。(2)若要在實(shí)驗(yàn)一的基礎(chǔ)上探究淀粉酶更精準(zhǔn)的最適溫度范圍,應(yīng)該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?提示:在實(shí)驗(yàn)一的基礎(chǔ)上再設(shè)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(yīng)速率的大小,最終確定最適溫度范圍。(3)實(shí)驗(yàn)二中若將步驟2與步驟3調(diào)換順序,實(shí)驗(yàn)還能成功嗎?為什么?提示:不能。酶具有高效性,若先加酶,后調(diào)pH,在加HCl或NaOH溶液前,反應(yīng)可能已經(jīng)結(jié)束了,無法判斷各自反應(yīng)速率的大小。(4)在上述兩實(shí)驗(yàn)中,無關(guān)變量分別有哪些?實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)無關(guān)變量的要求是什么?提示:實(shí)驗(yàn)一中無關(guān)變量有pH、淀粉溶液的量、淀粉酶溶液的量。實(shí)驗(yàn)二中無關(guān)變量有溫度、加入試管中的各種溶液的量。實(shí)驗(yàn)過程中無關(guān)變量應(yīng)相同且適宜。2.底物和酶的濃度是影響酶促反應(yīng)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(yīng)速率的因素主要是什么?圖甲中當(dāng)?shù)孜镞_(dá)到一定濃度后,酶促反應(yīng)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(yīng)速率隨底物濃度增加而增大,但當(dāng)?shù)孜镞_(dá)到一定濃度后,酶促反應(yīng)速率不再增大,原因是受到酶數(shù)量和酶活性的限制。(2)請(qǐng)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(yīng)速率成正比。歸納總結(jié)1.探究酶發(fā)揮催化作用的適宜條件(1)實(shí)驗(yàn)課題及變量分析:課題名稱用淀粉酶探究溫度對(duì)酶活性的影響用過氧化氫酶探究pH對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)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(duì)酶活性的影響用過氧化氫酶探究pH對(duì)酶活性的影響自變量的設(shè)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(biāo)加碘液后溶液顏色的變化氧氣產(chǎn)生的速率無關(guān)變量pH等溫度等(2)方法步驟:(3)注意事項(xiàng):①探究溫度(或pH)對(duì)酶活性的影響時(shí),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(shí)間再混合。②在探究溫度對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)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(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)中,不宜選用淀粉溶液,原因是酸性條件會(huì)促進(jìn)淀粉的水解。④在探究溫度對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)中,選取淀粉和淀粉酶作實(shí)驗(yàn)材料,需用碘液檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)驗(yàn)的自變量,進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2.影響酶促反應(yīng)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(yīng)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(yīng)速率隨底物濃度的增大而加快,當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值時(shí),酶促反應(yīng)速率達(dá)到最大,再繼續(xù)增大底物濃度,酶促反應(yīng)速率不再增加。(3)溫度、pH對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響:①溫度、pH通過影響酶活性對(duì)酶促反應(yīng)速率產(chǎn)生影響。②溫度過高、pH過高或過低都會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞,進(jìn)而使酶永久失活,不可再恢復(fù)。③低溫僅抑制酶的活性,在適宜溫度范圍內(nèi),升高溫度,酶的活性會(huì)恢復(fù)。④不同酶的最適溫度(或pH)不同。(4)影響酶促反應(yīng)速率的因素及其作用實(shí)質(zhì):典例剖析【例2】

下列有關(guān)“探究影響酶活性的條件”實(shí)驗(yàn)的敘述,正確的是(

)A.若要探究pH對(duì)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(guān)變量B.若要探究溫度對(duì)酶活性的影響,可選擇新鮮肝臟研磨液和過氧化氫溶液進(jìn)行反應(yīng)C.若要探究溫度對(duì)淀粉酶活性的影響,應(yīng)將淀粉與淀粉酶兩溶液混合后再調(diào)溫度D.若要探究溫度對(duì)淀粉酶活性的影響,不可選擇斐林試劑對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)答案:D解析:若要探究pH對(duì)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(cè)指標(biāo),A項(xiàng)錯(cuò)誤。若要探究溫度對(duì)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(jìn)行反應(yīng),因?yàn)闇囟葧?huì)影響過氧化氫的分解速率,B項(xiàng)錯(cuò)誤。若要探究溫度對(duì)淀粉酶活性的影響,應(yīng)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(shí)間再混合,C項(xiàng)錯(cuò)誤。若要探究溫度對(duì)淀粉酶活性的影響,不可選擇斐林試劑對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè),因?yàn)殪沉衷噭┬柙谒〖訜釛l件下才會(huì)發(fā)生特定的顏色反應(yīng),而該實(shí)驗(yàn)需要嚴(yán)格控制溫度,D項(xiàng)正確。學(xué)以致用2.某同學(xué)研究溫度和pH對(duì)某酶促反應(yīng)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(yīng)的最適溫度為35℃左右,最適pH為8左右B.當(dāng)pH為8時(shí),影響酶促反應(yīng)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(yīng)的最適溫度也隨之變化D.當(dāng)pH為任一固定值時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果都可以證明溫度對(duì)酶促反應(yīng)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(shí),酶促反應(yīng)速率相對(duì)較快,溫度高于或低于35

℃、pH大于或小于8時(shí),酶促反應(yīng)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(dāng)pH為8時(shí),不同溫度下酶促反應(yīng)速率不同,此時(shí)溫度為影響酶促反應(yīng)速率的主要因素。在一定范圍內(nèi),隨pH的升高或降低,該酶促反應(yīng)的最適溫度均為35

℃左右。但當(dāng)pH過高或過低時(shí),酶會(huì)變性失活,不同溫度下的反應(yīng)速率可能相同,此時(shí)溫度已不再影響酶促反應(yīng)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(guān)敘述錯(cuò)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(yīng)提供活化能C.模型中乙的化學(xué)結(jié)構(gòu)在化學(xué)反應(yīng)前后不會(huì)發(fā)生改變D.若溫度適當(dāng)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(jié)合,如鑰匙和鎖的關(guān)系,題圖能夠解釋酶具有專一性。酶的作用機(jī)理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。酶的結(jié)構(gòu)在反應(yīng)前后不會(huì)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(huì)減弱,催化效率都將下降。2.為了比較甲、乙兩種酶對(duì)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(jìn)行了相關(guān)的研究,結(jié)果如下圖。下列說法正確的是(

)A.甲酶對(duì)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(cè)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(cè)定pH對(duì)酶活性影響時(shí)溫度應(yīng)設(shè)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(duì)溫度的耐受程度比甲酶大。在pH為6~7的環(huán)境中,幾乎測(cè)不到甲酶的活性。20

℃時(shí)甲、乙兩種酶活性都較低,不宜用來測(cè)定pH對(duì)酶活性的影響。3.用某種酶進(jìn)行有關(guān)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如下圖所示。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是(

)A.圖1說明該酶在30℃左右時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,酶具有高效性D.由圖4實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,酶具有專一性答案:C解析:題圖1表示溫度對(duì)酶活性的影響,由題圖1可知,該酶在30

℃左右時(shí)催化效率較高,A項(xiàng)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(xiàng)正確。題圖3不能反映酶具有高效性,C項(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)正確。4.為了研究溫度對(duì)某種酶活性的影響