2024年新教材高中生物第五章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第1節(jié)第2課時酶的特性學(xué)案新人教版必修1

PAGE1-第2課時酶的特性學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)1.理解酶的高效性和專一性的含義。2．歸納溫度和pH變更對酶活性的影響，并能分析有關(guān)曲線。3．進(jìn)一步嘗試限制自變量，視察和檢測因變量，體驗比照試驗和重復(fù)試驗的試驗方法。1.科學(xué)思維：通過建立溫度、pH等對酶活性的影響的數(shù)學(xué)模型，理解溫度、pH等對酶活性的影響規(guī)律和實(shí)質(zhì)。2．科學(xué)探究：體驗探究環(huán)境因素影響酶活性的試驗設(shè)計思路，規(guī)范試驗步驟。3．社會責(zé)任：通過學(xué)習(xí)酶的作用機(jī)理及特性，能夠說明發(fā)燒使人食欲減退以及加酶洗衣粉運(yùn)用方法等生產(chǎn)生活實(shí)際例子。學(xué)問點(diǎn)一酶的高效性和專一性1．酶的高效性(1)含義：酶的催化效率比無機(jī)催化劑高很多，大約是無機(jī)催化劑的eq\o(□,\s\up4(1))107～1013倍。(2)意義：可以使生命活動更加高效地進(jìn)行。2．酶的專一性(1)無機(jī)催化劑催化的化學(xué)反應(yīng)范圍比較eq\o(□,\s\up4(2))廣。例如，酸既能催化eq\o(□,\s\up4(3))蛋白質(zhì)水解，也能催化eq\o(□,\s\up4(4))脂肪水解，還能催化eq\o(□,\s\up4(5))淀粉水解。(2)探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用①試驗原理：淀粉和蔗糖都是eq\o(□,\s\up4(6))非還原糖。它們在酶的催化作用下都能水解成還原糖。還原糖能夠與eq\o(□,\s\up4(7))斐林試劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成eq\o(□,\s\up4(8))磚紅色的氧化亞銅沉淀。②目的要求：探究淀粉酶是否只能催化eq\o(□,\s\up4(9))特定的化學(xué)反應(yīng)。③設(shè)計思路：④試驗步驟(思路一)：a.取eq\o(□,\s\up4(12))兩支干凈的試管，編上號，然后依據(jù)下列要求操作b．輕輕振蕩兩支試管，使試管內(nèi)的液體混合勻稱，然后將試管的下半部浸到eq\o(□,\s\up4(13))60_℃左右的熱水中，保溫5min。c．取出兩支試管，各加入2mLeq\o(□,\s\up4(14))斐林試劑，振蕩混勻。d．將兩支試管的下半部放進(jìn)盛有eq\o(□,\s\up4(15))熱水的大燒杯中，用酒精燈加熱，煮沸1min。e．視察兩支試管內(nèi)的溶液顏色變更。⑤試驗結(jié)果：1號試管有磚紅色沉淀生成，說明產(chǎn)生了eq\o(□,\s\up4(16))還原糖，淀粉eq\o(□,\s\up4(17))有水解；2號試管不出現(xiàn)磚紅色沉淀，說明蔗糖eq\o(□,\s\up4(18))沒有水解。⑥試驗結(jié)論：淀粉酶只催化eq\o(□,\s\up4(19))淀粉水解，不能催化eq\o(□,\s\up4(20))蔗糖水解，酶具有eq\o(□,\s\up4(21))專一性。(3)酶專一性含義：每一種酶只能催化eq\o(□,\s\up4(22))一種或一類化學(xué)反應(yīng)。例：過氧化氫酶只能催化eq\o(□,\s\up4(23))過氧化氫分解。二肽酶能催化全部二肽水解。(4)酶專一性意義：使細(xì)胞代謝有條不紊地進(jìn)行。eq\a\vs4\al(問題思索)依據(jù)前面所說酶的學(xué)問，如何設(shè)計試驗證明酶的高效性，嘗試寫出試驗自變量、因變量以及試驗思路？提示：①自變量：催化劑種類。②因變量：底物分解速率。③試驗思路試驗組：底物＋生物催化劑(酶)→底物分解速率(或產(chǎn)物形成的速率)比照組：底物＋無機(jī)催化劑→底物分解速率(或產(chǎn)物形成的速率)eq\a\vs4\al(問題思索)本試驗?zāi)芊襁\(yùn)用碘液來進(jìn)行顏色鑒定？提示：不能。因蔗糖無論是否水解都不會與碘液產(chǎn)生特定顏色。eq\a\vs4\al(問題思索)本試驗過程是否有不合理之處？寫出緣由。提示：有，加入斐林試劑后，本試驗用的是沸水浴加熱，應(yīng)當(dāng)為溫水浴加熱。題型一酶的高效性和專一性曲線分析[例1]下圖1表示未加酶，加入無機(jī)催化劑，加入酶的反應(yīng)曲線與時間的關(guān)系，圖2表示加入酶A、酶B、未加酶反應(yīng)速率的變更曲線，說法錯誤的是()A．圖1中①表示加入酶，②表示未加酶，③表示加入無機(jī)催化劑B．圖1三條曲線對比說明酶具有催化作用和高效性C．圖1可以得出酶只變更反應(yīng)速率，并沒有變更生成物的量D．圖2中兩條曲線比較表明酶具有專一性解題分析圖1表示未加酶、加入無機(jī)催化劑、加入酶的反應(yīng)曲線與時間的關(guān)系，由題圖知在曲線①、②、③中，曲線①最先達(dá)到平衡點(diǎn)，其次是曲線②，曲線③最終達(dá)到平衡點(diǎn)，可知曲線①、②、③依次代表的是加入酶、加入無機(jī)催化劑、未加入酶的曲線。答案A題型二酶的高效性和專一性試驗分析[例2]下列有關(guān)探究淀粉酶對淀粉和蔗糖作用的試驗，說法錯誤的是()A．設(shè)置2號試管的作用是比照B．此試驗可以用碘液檢測C．5和4不能調(diào)換依次且第5步斐林試劑應(yīng)使溫水浴加熱D．驗證酶的專一性，還可以是底物相同酶不同解題分析由于蔗糖是否發(fā)生水解都不會與碘液發(fā)生顏色反應(yīng)，因此該試驗不能用碘液代替斐林試劑。答案B學(xué)問點(diǎn)二影響酶活性的條件1．酶活性(1)定義：酶催化eq\o(□,\s\up4(1))特定化學(xué)反應(yīng)的實(shí)力。(2)表示方法：可用肯定條件下酶所催化某一化學(xué)反應(yīng)的eq\o(□,\s\up4(2))速率表示。2．探究溫度對酶活性的影響(1)提出問題：eq\o(□,\s\up4(3))溫度對酶的活性會產(chǎn)生怎樣的影響？(2)作出假設(shè)：最適溫度下酶的活性eq\o(□,\s\up4(4))最高。(3)設(shè)計試驗①試驗設(shè)計思路(包括自變量、如何限制自變量、因變量、如何檢測因變量、怎樣對無關(guān)變量進(jìn)行限制、比照試驗)②預(yù)期結(jié)果：eq\o(□,\s\up4(10))熱水和冰塊里的淀粉酶沒有分解淀粉，發(fā)生藍(lán)色反應(yīng)，37_℃的水里的淀粉酶分解淀粉，無明顯顏色反應(yīng)。③材料：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的新配制的淀粉酶溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的可溶性淀粉溶液、緩沖液、熱水、37℃的水、冰塊、碘液、試管、燒杯、滴管、酒精燈等。(4)進(jìn)行試驗(以唾液淀粉酶的催化作用為例)(5)試驗結(jié)果：熱水和冰塊的兩組試驗結(jié)果：eq\o(□,\s\up4(11))呈現(xiàn)藍(lán)色，37℃的水組試驗結(jié)果：eq\o(□,\s\up4(12))無明顯顏色反應(yīng)。(6)試驗結(jié)論：eq\o(□,\s\up4(13))酶的作用須要相宜的溫度，溫度偏高或偏低都會影響酶的活性，使酶活性降低。3．探究pH對酶活性的影響(1)提出問題：eq\o(□,\s\up4(14))pH對酶的活性會產(chǎn)生怎樣的影響？(2)作出假設(shè)：最適pH下酶的活性最高。(3)設(shè)計試驗①材料：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的簇新肝臟研磨液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫、0.01mol/L的氫氧化鈉溶液、0.01mol/L的鹽酸、蒸餾水、試管、滴管等。②試驗設(shè)計思路(包括自變量、如何限制自變量、因變量、如何檢測因變量、怎樣對無關(guān)變量進(jìn)行限制、比照試驗)③預(yù)期結(jié)果：eq\o(□,\s\up4(22))氫氧化鈉和鹽酸兩組無明顯氣泡產(chǎn)生，蒸餾水組有大量氣泡產(chǎn)生。(4)進(jìn)行試驗(5)試驗結(jié)果：氫氧化鈉和鹽酸兩組試驗結(jié)果：eq\o(□,\s\up4(23))無明顯氣泡產(chǎn)生，蒸餾水組試驗結(jié)果：eq\o(□,\s\up4(24))有大量氣泡產(chǎn)生。(6)試驗結(jié)論：eq\o(□,\s\up4(25))酶的作用須要相宜的pH，pH偏高或偏低都會使酶活性降低。4．通過以上試驗可以看出，溶液的溫度和pH都對酶活性有影響。與無機(jī)催化劑比，酶所催化的化學(xué)反應(yīng)一般是在eq\o(□,\s\up4(26))比較溫柔的條件下進(jìn)行的。eq\a\vs4\al(問題思索)能否在反應(yīng)后加入新配制的斐林試劑視察是否有磚紅色沉淀生成來推斷試管中的淀粉是否水解了？提示：不能。因為這個試驗要嚴(yán)格限制溫度，而斐林試劑運(yùn)用時須要水浴加熱。eq\a\vs4\al(問題思索)能否用過氧化氫和過氧化氫酶來做這個試驗？提示：不能。過氧化氫本身在不同溫度下就存在分解速率差異，會干擾試驗結(jié)果。eq\a\vs4\al(延長拓展)探究溫度對酶活性的影響時，肯定要讓底物和酶在所需的溫度下各自保溫一段時間，再進(jìn)行混合，并且按肯定的溫度梯度多設(shè)幾個試驗組。eq\a\vs4\al(問題思索)能否運(yùn)用斐林試劑作為探究pH對酶活性影響的指示劑？提示：探究pH對酶活性的影響時，不能用斐林試劑作指示劑，因為鹽酸會和斐林試劑中的Cu(OH)2發(fā)生中和反應(yīng)，使斐林試劑失去作用。eq\a\vs4\al(問題思索)能否用淀粉酶催化淀粉的反應(yīng)來做探究pH對酶活性的影響。提示：探究pH對酶活性的影響時，不宜采納淀粉酶催化淀粉的反應(yīng)，因為用作鑒定試劑的碘液會和NaOH發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使碘與淀粉生成藍(lán)色絡(luò)合物的機(jī)會大大削減，而且在酸性條件下淀粉也會水解，從而影響試驗的視察效果。eq\a\vs4\al(延長拓展)探究pH對酶活性的影響試驗時，必需先將酶置于不同環(huán)境條件下(加蒸餾水、加NaOH溶液、加鹽酸)，然后再加入反應(yīng)物。否則反應(yīng)物會在未調(diào)整好pH的狀況下就在酶的作用下發(fā)生反應(yīng)，影響試驗精確性。題型三與酶活性有關(guān)的試驗設(shè)計[例3]如表所示為某愛好小組探究溫度對酶活性影響的試驗步驟和探究過氧化氫酶作用的最適pH的試驗結(jié)果。已知試驗一中淀粉酶的最適溫度為60℃，據(jù)此回答下列問題：(1)pH在試驗一中屬于________變量，而在試驗二中屬于________變量。(2)試驗一的①②③步驟為錯誤操作，正確的操作應(yīng)當(dāng)是____________________________________。試驗一的第⑤步最好選用________(試劑)比較淀粉的________________。(3)如將試驗一的簇新淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液換為簇新肝臟研磨液和H2O2溶液，你認(rèn)為是否科學(xué)？________。為什么？____________________________。(4)分析試驗二的結(jié)果，可得到的結(jié)論是：__________________________________________________________________________________________________________；欲在該預(yù)試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究該過氧化氫酶的最適pH，可在pH為________之間設(shè)置梯度。解題分析(1)試驗一探究的是溫度對酶活性的影響，因此自變量是溫度，因變量是酶活性，pH屬于無關(guān)變量；而試驗二是探究過氧化氫酶作用的最適pH，自變量是pH。(2)探究溫度對酶活性影響的試驗中，應(yīng)當(dāng)先使酶和底物分別達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，然后再將底物和酶混合進(jìn)行反應(yīng)，否則會影響試驗結(jié)果的精確性。斐林試劑檢驗還原糖的試驗須要水浴加熱，可能會影響試驗結(jié)果。淀粉遇碘液變藍(lán)，因此試驗一的第⑤步最好選用碘液比較淀粉的剩余量。(3)溫度會干脆影響H2O2的分解，因此試驗一的簇新淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液不能換為簇新肝臟研磨液和H2O2溶液。(4)由試驗二的結(jié)果可知，該過氧化氫酶作用的最適pH約為7，pH降低或上升酶活性均降低。欲在該預(yù)試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究該過氧化氫酶的最適pH，可在pH為6～8之間設(shè)置梯度。答案(1)無關(guān)自(2)使簇新淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分別達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后再混合碘液剩余量(3)不科學(xué)因為溫度會干脆影響H2O2的分解(4)該過氧化氫酶的最適pH約為7，pH降低或上升酶活性均降低6～8學(xué)問點(diǎn)三酶的作用條件較溫柔1．溫度對酶活性的影響(1)曲線分析①在eq\o(□,\s\up4(1))最適溫度條件下，酶的活性最高(如B點(diǎn))。溫度偏高或偏低，酶活性都會明顯降低。②低溫(如A點(diǎn))影響酶的活性，但不會使eq\o(□,\s\up4(2))酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，溫度上升后，酶eq\o(□,\s\up4(3))仍能復(fù)原活性。但高溫(如C點(diǎn))會導(dǎo)致eq\o(□,\s\up4(4))酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使其eq\o(□,\s\up4(5))永久失去活性。③酶制劑適于在eq\o(□,\s\up4(6))低溫下保存。(2)各類生物的最適溫度動物體內(nèi)的酶最適溫度在eq\o(□,\s\up4(7))35～40_℃之間；植物體內(nèi)的酶最適溫度在eq\o(□,\s\up4(8))40～50_℃之間；細(xì)菌和真菌體內(nèi)的酶最適溫度差別eq\o(□,\s\up4(9))較大，有的酶最適溫度可高達(dá)eq\o(□,\s\up4(10))70_℃。2．pH對酶活性的影響(1)曲線分析①在eq\o(□,\s\up4(11))最適pH條件下，酶活性最高(如E點(diǎn))。pH偏高和偏低，酶活性都會明顯eq\o(□,\s\up4(12))下降。②過酸(如D點(diǎn))、過堿(如F點(diǎn))都會使eq\o(□,\s\up4(13))酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使酶eq\o(□,\s\up4(14))永久失活。(2)各類生物的最適pH動物體內(nèi)的酶最適pH大多在eq\o(□,\s\up4(15))6.5～8.0之間，但胃蛋白酶比較特別(最適pH在eq\o(□,\s\up4(16))1.5)；植物體內(nèi)的酶最適pH大多在eq\o(□,\s\up4(17))4.5～6.5之間。3．細(xì)胞中的各類化學(xué)反應(yīng)之所以有序進(jìn)行，除了與酶的特性有關(guān)還與酶在細(xì)胞中的eq\o(□,\s\up4(18))分布有關(guān)。易漏邊角(課本P84)與社會的聯(lián)系20世紀(jì)60年頭以前，醫(yī)院里用的葡萄糖是用eq\o(□,\s\up4(19))鹽酸催化淀粉水解的方法來生產(chǎn)的，生產(chǎn)過程須要在245kPa的高壓和140～150℃的高溫下進(jìn)行，并且須要耐酸的設(shè)備。60年頭以后改用eq\o(□,\s\up4(20))酶法生產(chǎn)。eq\a\vs4\al(問題思索)(實(shí)踐應(yīng)用)持續(xù)發(fā)燒不退有時會危及人的生命，你知道其中的緣由嗎？提示：酶的影響因素發(fā)生很小的變更時，酶活性就會發(fā)生很大的變更。人體中酶的最適溫度一般為37℃，當(dāng)人體體溫高于或低于這個溫度時，機(jī)體中酶活性就會大大降低，細(xì)胞內(nèi)的各種生物化學(xué)反應(yīng)就不能正常進(jìn)行了。eq\a\vs4\al(問題思索)影響酶活性的最相宜條件是固定的嗎？提示：酶催化反應(yīng)時，酶不同，其最適pH不同，最適溫度不同，但特定的酶最適值為定值。eq\a\vs4\al(問題思索)在最適的pH或溫度下反應(yīng)肯定能進(jìn)行嗎？提示：不肯定。例如在最適pH條件下，將溫度調(diào)至100℃，那么即使在最適pH時，多數(shù)酶也會丟失活性，反應(yīng)不能進(jìn)行。eq\a\vs4\al(問題思索)影響酶促反應(yīng)速率的因素有哪些？它們是怎樣影響酶促反應(yīng)速率的？提示：題型四與酶有關(guān)的曲線分析[例4]如圖表示人體內(nèi)某種消化酶在體外最適溫度條件下，反應(yīng)物濃度對酶催化反應(yīng)速率的影響，據(jù)圖分析，下列說法正確的是()A．假如在A點(diǎn)時，溫度再提高5℃，則反應(yīng)速率上升B．在其他條件不變的狀況下，在B點(diǎn)時，往反應(yīng)物中加入少量同樣的酶，反應(yīng)速率不變C．在A點(diǎn)時，限制反應(yīng)速率的因素是反應(yīng)物濃度D．在C點(diǎn)時，限制反應(yīng)速率的因素是反應(yīng)物濃度和酶的濃度解題分析本試驗是在最適溫度條件下進(jìn)行的，若再提高溫度，酶活性會下降，則反應(yīng)速率降低，A錯誤；曲線BC段隨著反應(yīng)物濃度的增加，反應(yīng)速率基本不變，說明此時限制反應(yīng)速率的因素最有可能是酶的數(shù)量，所以B點(diǎn)時，往反應(yīng)物中加入少量同樣的酶，反應(yīng)速率會加快，B、D錯誤；曲線AB段，隨著反應(yīng)物濃度的增加，反應(yīng)速率加快，可知該段影響酶促反應(yīng)速率的因素主要是反應(yīng)物濃度，C正確。答案C[例5]如圖表示酶活性與溫度的關(guān)系。下列敘述正確的是()A．當(dāng)反應(yīng)溫度由t2調(diào)到最適溫度時，酶活性下降B．當(dāng)反應(yīng)溫度由t1調(diào)到最適溫度時，酶活性上升C．酶活性在t2時比t1高，故t2時更適合酶的保存D．酶活性在t1時比t2低，表明t1時酶的空間結(jié)構(gòu)破壞更嚴(yán)峻解題分析由題圖可知，在最適溫度之前，隨溫度上升，酶活性漸漸增加，但在最適溫度之后，隨溫度上升，酶活性漸漸降低甚至失活。t2溫度時，酶活性較低，反應(yīng)溫度由t2調(diào)到最適溫度時，酶的活性上升，A錯誤；t1溫度時，酶活性較低，當(dāng)調(diào)到最適溫度時酶活性會上升，B正確；t2時部分酶因溫度高會變性，而t1時酶活性低，但不會變性，所以t1時更適合酶的保存，C錯誤；t1時酶活性低，但其空間結(jié)構(gòu)沒有被破壞，而t2時酶的空間結(jié)構(gòu)可能被破壞，所以t2時酶的空間結(jié)構(gòu)破壞更嚴(yán)峻，D錯誤。答案B技法提升酶促反應(yīng)曲線分析策略(1)一看橫縱坐標(biāo)。橫坐標(biāo)是自變量，縱坐標(biāo)是因變量。曲線表示縱坐標(biāo)隨橫坐標(biāo)的變更而變更。(2)二看曲線變更。分析同一條曲線升、降或平的變更。(3)三看特別點(diǎn)。特別點(diǎn)：即曲線的起點(diǎn)、終點(diǎn)、頂點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)、交叉點(diǎn)等五點(diǎn)，理解特別點(diǎn)的意義。(4)四看坐標(biāo)系中有幾條曲線。當(dāng)有多條曲線時，應(yīng)從兩個方面分析：①當(dāng)橫坐標(biāo)相同時，對應(yīng)的縱坐標(biāo)之間的關(guān)系；②當(dāng)縱坐標(biāo)相同時，對應(yīng)的橫坐標(biāo)之間的關(guān)系。1．蔗糖酶使蔗糖水解成葡萄糖和果糖，而對淀粉的水解不起作用，這說明酶具有()A．高效性 B．溫柔性C．高效性和專一性 D．專一性答案D2．如圖為蔗糖酶作用機(jī)理示意圖，下列說法正確的是()A．該示意圖說明酶具有高效性B．圖示過程能夠保證酶保持較高的催化活性C．一分子蔗糖可以水解為2分子葡萄糖D．蔗糖酶不能催化麥芽糖水解是因為它們不能結(jié)合形成酶—底物復(fù)合物答案D解析此圖表明酶具有專一性，蔗糖酶只能催化分解蔗糖，而不能催化分解麥芽糖，其緣由是酶與底物不能結(jié)合。蔗糖是由葡萄糖和果糖脫水縮合形成的二糖。3．如圖表示酶的活性受溫度影響的曲線，有關(guān)分析錯誤的是()A．圖中A和C點(diǎn)酶的結(jié)構(gòu)相同B．B點(diǎn)表示酶的最大活性C．D點(diǎn)表示該酶的最適溫度D．同一種酶在不同溫度下可以具有相同的催化效率答案A解析低溫能抑制酶的活性，但不會使酶的結(jié)