高三一輪復(fù)習生物：酶的本質(zhì)、作用和特性課件

3.1酶的本質(zhì)、作用和特性一、細胞代謝1、概念：細胞代謝細胞中每時每刻都進行的許多化學反應(yīng)，統(tǒng)稱為細胞代謝物質(zhì)代謝能量代謝細胞代謝類型同化作用：異化作用：自養(yǎng)型、異養(yǎng)型需氧型、厭氧型、兼性厭氧型（主要場所：細胞質(zhì)基質(zhì)）二、酶的本質(zhì)和作用1.酶的本質(zhì)的探索歷程巴斯德畢希納薩姆納VS李比希其他科學家切赫和奧爾特曼發(fā)酵與死酵母細胞中的物質(zhì)有關(guān)發(fā)酵與活酵母細胞有關(guān)死酵母細胞中的物質(zhì)和活酵母細胞都能引起發(fā)酵從刀豆種子中提取出脲酶；證明脲酶是蛋白質(zhì)證明胃蛋白酶等許多酶也是蛋白質(zhì)少數(shù)酶是RNA發(fā)酵是純化學反應(yīng)，與生命活動無關(guān)巴斯德之前把能引起發(fā)酵的物質(zhì)稱為釀酶核糖體的rRNA就是催化肽鍵形成的酶二、酶的本質(zhì)和作用2.酶的本質(zhì)和功能酶絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA氨基酸或核糖核苷酸細胞內(nèi)外或生物體內(nèi)外均可一般情況下（除哺乳動物成熟紅細胞等），活細胞都能產(chǎn)生酶具有生物催化作用（作用本質(zhì)是降低反應(yīng)的活化能）本質(zhì)合成原料來源功能合成場所作用場所核糖體、細胞核（真核細胞）等酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物二、酶的本質(zhì)和作用1.巴斯德認為釀酒中的發(fā)酵是由酵母菌細胞的存在所致，沒有活細胞就不能產(chǎn)生酒精；李比希卻認為引起發(fā)酵的只是酵母菌細胞中的某些物質(zhì)，不一定需要活的細胞。請你利用酵母菌細胞、研磨和過濾裝置、葡萄糖溶液等材料設(shè)計一個實驗來結(jié)束這一爭論[深挖教材]將酵母菌細胞研磨粉碎、加水攪拌后過濾，將提取液加入葡萄糖溶液中，也能產(chǎn)生酒精，說明引起發(fā)酵的是一種化學物質(zhì)(模擬畢希納的實驗)。2.設(shè)計簡單的實驗驗證從大豆種子中提取的脲酶是蛋白質(zhì)，請說明實驗思路。向脲酶溶液和蛋白質(zhì)溶液中分別加入等量的雙縮脲試劑，若都出現(xiàn)紫色反應(yīng)，則說明脲酶是蛋白質(zhì)。二、酶的本質(zhì)和作用3.如圖表示A、B兩種酶用同一種蛋白酶處理后酶活性與處理時間的關(guān)系，據(jù)圖分析：不相同。A酶能抵抗該種蛋白酶的降解，其化學本質(zhì)不是蛋白質(zhì)而是RNA；B酶能被蛋白酶破壞，活性降低，化學本質(zhì)為蛋白質(zhì)。（3）欲讓A、B兩種酶的變化趨勢換位，應(yīng)用哪種酶處理？B酶被降解的過程中其分子結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，從而使其活性喪失。（1）A、B兩種酶的化學本質(zhì)是否相同？（2）B酶活性改變的原因是什么？應(yīng)用RNA水解酶處理。二、酶的本質(zhì)和作用3.正確理解有關(guān)酶的本質(zhì)和作用項目錯誤說法正確理解產(chǎn)生場所具有分泌功能的細胞才能產(chǎn)生化學本質(zhì)蛋白質(zhì)作用場所只在細胞內(nèi)起催化作用溫度影響低溫和高溫均使酶變性失活作用酶具有調(diào)節(jié)、催化等多種功能來源有的可來源于食物等活細胞(不考慮哺乳動物成熟的紅細胞等)有機物(大多數(shù)為蛋白質(zhì)，少數(shù)為RNA)可在細胞內(nèi)、細胞外、體外發(fā)揮作用低溫只抑制酶的活性，不會使酶變性失活；高溫使酶變性失活酶只起催化作用酶只在生物體內(nèi)合成二、酶的本質(zhì)和作用項目酶激素來源及作用場所活細胞產(chǎn)生；細胞內(nèi)或細胞外發(fā)揮作用化學本質(zhì)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA生物功能催化作用作用機制共性4.酶和激素的比較專門的內(nèi)分泌腺或特定部位細胞產(chǎn)生；一般細胞外發(fā)揮作用固醇類、多肽、蛋白質(zhì)、氨基酸衍生物、脂質(zhì)調(diào)節(jié)作用在生物體內(nèi)均屬高效能物質(zhì)，即含量少、作用大、生物代謝不可缺少酶的作用——催化，在化學反應(yīng)前后，質(zhì)量和性質(zhì)不變激素的作用——調(diào)節(jié)，作為信號分子在發(fā)揮完作用后被滅活二、酶的本質(zhì)和作用A.消化酶：是一類水解酶。有的由消化腺分泌到下消化道中,屬于胞外酶，有的則參與細胞內(nèi)消化，如溶酶體中的一些酶。

淀粉酶、麥芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶、脂肪酶、蛋白酶、肽酶、等。5.關(guān)注?？嫉拿讣捌渥饔每蓪?yīng)催化相關(guān)大分子的水解，如淀粉酶催化淀粉水解，蛋白酶催化蛋白質(zhì)水解等。二、酶的本質(zhì)和作用B.溶酶體酶:一類酸性水解酶，參與細胞內(nèi)消化。溶酶體膜破壞，釋放大量水解酶時，對細胞結(jié)構(gòu)有破壞。如硅肺。C.溶菌酶：參與非特異性免疫破壞細菌細胞壁中的肽聚糖。D.脲酶：CO(NH2)2+H2O脲酶CO2+2NH3分解尿素的酶，專一性強。是第一個被分離提純的酶。廣泛分布于植物的種子中，但以大豆、刀豆中含量豐富。也存在于動物血液和尿中。某些微生物也能分泌脲酶。E.過氧化氫酶：2H2O2過氧化氫酶2H2O+O2過氧化氫酶存在于動植物細胞中，特別在動物肝臟濃度最高。將有毒的過氧化氫分解為水和氧氣。二、酶的本質(zhì)和作用F.中心法則中的酶：DNA復(fù)制：逆轉(zhuǎn)錄：轉(zhuǎn)錄：RNA復(fù)制：端粒酶：DNA酶DNA水解RNA水解RNA酶〈可用于遺傳物質(zhì)化學本質(zhì)探究（如艾弗里實驗中用到的DNA酶）以DNA為模板的DNA聚合酶（催化單個脫氧核苷酸聚合到DNA片段上形成脫氧核苷酸鏈，作用部位是磷酸二酯鍵。）以RNA為模板的DNA聚合酶(即逆轉(zhuǎn)錄酶)一種由催化蛋白和RNA模板組成的酶，可合成由于DNA而缺失的染色體末端的DNA，具有逆轉(zhuǎn)錄酶活性。端粒酶在干細胞和生殖細胞中有活性，在體細胞中沒有活性。在腫瘤中被重新激活，從而使癌細胞具備無限增殖的條件。以DNA為模板的RNA聚合酶（催化單個核糖核苷酸聚合到RNA片段上形成核糖核苷酸鏈，作用部位是磷酸二酯鍵。）以RNA為模板的RNA聚合酶(即RNA復(fù)制酶)

核酸水解酶：二、酶的本質(zhì)和作用G.酪氨酸酶：催化酪氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏氐年P(guān)鍵酶白化病:老年白發(fā):白癜風:是由于缺乏酪氨酸酶基因是由于細胞衰老，酪氨酸酶活性下降。主要是由于血液中存在酪氨酸酶抗體或酪氨酸合成障礙等，導(dǎo)致皮膚局部黑色素生成減少，出現(xiàn)白斑。H.纖維素酶、果膠酶：主要用于破壞植物細胞壁。纖維素葡萄糖纖維素酶用于制備植物細胞的原生質(zhì)體限制酶DNA連接酶Taq酶I.基因工程中的酶:三、酶的作用機理1.實驗探究：比較過氧化氫在不同條件下的分解①實驗原理：細胞代謝是細胞生命活動的基礎(chǔ)，但細胞代謝中也會產(chǎn)生代謝廢物，甚至會產(chǎn)生對細胞有害的物質(zhì)，如過氧化氫，細胞中有過氧化氫酶，能將過氧化氫及時分解為氧氣和水。新鮮肝臟中有較多的過氧化氫酶。②實驗?zāi)康模和ㄟ^比較過氧化氫在不同條件下的分解的快慢，了解過氧化氫酶的作用。2H2O22H2O+O2常溫/高溫/Fe3＋/過氧化氫酶③材料用具：A.材料：新鮮的質(zhì)量分數(shù)為20%的肝臟(如豬肝、雞肝)研磨液質(zhì)量分數(shù)為3%的FeCl3溶液新配制的體積分數(shù)為3%的過氧化氫溶液B.用具：量筒、試管、滴管、試管架、衛(wèi)生香、火柴、酒精燈、試管夾、大燒杯、三腳架、石棉網(wǎng)、溫度計三、酶的作用機理自變量因變量無關(guān)變量因變量無關(guān)變量變量說明④實驗過程及結(jié)果單一變量原則對照實驗的目的是排除無關(guān)變量的干擾，從而確定自變量與因變量的關(guān)系。三、酶的作用機理1與2對照：⑤實驗分析加熱能促進過氧化氫的分解，提高反應(yīng)速率。(為反應(yīng)提供能量)1與3對照：FeCl3在常溫下能促進過氧化氫的分解，提高反應(yīng)速率。(催化作用)1與4對照：過氧化氫酶在常溫下能促進過氧化氫的分解，提高反應(yīng)速率(催化作用)3與4對照：過氧化氫酶比FeCl3的催化效率高。⑥實驗結(jié)論酶和無機催化劑一樣，都能催化化學反應(yīng)，并且酶的催化效率遠高于無機催化的催化效率。三、酶的作用機理科學方法：控制變量和設(shè)計對照實驗1.變量①變量:實驗過程中變化的因素稱為變量。②自變量:實驗過程中，人為控制的對實驗對象進行處理的因素叫做自變量。③因變量:因自變量改變而變化的變量叫做因變量。④無關(guān)變量:除自變量外，實驗過程中存在一些對實驗結(jié)果造成影響的可變因素，叫做無關(guān)變量。⑤單一變量:實驗過程中除自變量的因素外，其余因素(無關(guān)變量)都保持一致。三、酶的作用機理2.對照實驗

①對照實驗：

除作為自變量的因素外，無關(guān)變量都保持一致，并將結(jié)果進行比較的實驗。

②對照的類型：空白對照、自身對照、相互對照、條件對照空白對照不給對照組做任何實驗處理，這里的”空白”絕不是什么影響因素都不給予，而是針對實驗組所要研究的實驗因素給與空白。Fe3+做催化劑過氧化氫酶1號試管即為空白對照三、酶的作用機理自身對照對照組和實驗組都在同一研究對象上進行，不另設(shè)對照組。(不同處理的前后對照)紫色洋蔥鱗片葉外表皮滴加3%的蔗糖溶液，低倍鏡觀察滴加清水后，低倍鏡觀察→→制成裝片，低倍鏡觀察?！嗷φ詹涣碓O(shè)對照組，而是幾個實驗組之間相互對照，其中的每一組既是實驗組也是其他組的對照組。2、3、4為相互對照Fe3+做催化劑過氧化氫酶三、酶的作用機理空白對照：幼小蝌蚪不處理實驗組：幼小蝌蚪飼喂甲狀腺激素條件對照組：幼小蝌蚪飼喂甲狀腺抑制劑條件對照雖給對照組施以某種實驗因素的處理。但這種處理是作為對照因素的，不是所要研究的實驗因素。這種處理不包括實驗研究給定的自變量。目的是更有效的比較實驗組和對照組的結(jié)果。三、酶的作用機理3.實驗原則1.對照原則：在實驗中，一般需要設(shè)置對照組。通過設(shè)置對照組，既能排除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響，又能增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。2.單一變量原則（等量原則）：實驗組和對照組只能有自變量這一種處理因素不同。其他可能對實驗結(jié)果造成影響的無關(guān)變量在實驗組和對照組中應(yīng)完全相同，且處于最適宜的狀態(tài)。3.平行重復(fù)原則：在同樣條件下重復(fù)實驗，以消除偶然誤差。4.科學性原則：實驗方案嚴謹，選材合適恰當，實驗步驟科學規(guī)范。三、酶的作用機理4.自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”?加法原理：與常態(tài)相比，人為增加某種影響因素。第2組、第3組、第4組就是利用了加法原理。?減法原理：與常態(tài)相比，人為去除某種影響因素。例1：艾佛里肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗第二組：R型活菌+S型菌的細胞提取物+蛋白酶→混合培養(yǎng)第一組：R型活菌+S型菌的細胞提取物→混合培養(yǎng)第三組：R型活菌+S型菌的細胞提取物+RNA酶→混合培養(yǎng)第四組：R型活菌+S型菌的細胞提取物+酯酶→混合培養(yǎng)第五組：R型活菌+S型菌的細胞提取物+DNA酶→混合培養(yǎng)第二~五組就是利用了減法原理。例2.研究甲狀腺激素的功能第1組：健康的動物不做處理(空白對照)第2組：健康的動物飼喂一定量的甲狀腺激素(加法原理)第3組：將健康的動物甲狀腺摘除(減法原理)三、酶的作用機理2.酶的作用原理分析加熱：為反應(yīng)物分子提供能量(活化能），使其達到活躍狀態(tài)Fe3+：降低化學反應(yīng)的活化能酶：更顯著地降低化學反應(yīng)的活化能（作用機理）活躍狀態(tài)活化能是分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應(yīng)的活化態(tài)所需要的能量。三、酶的作用機理①表示無酶催化時反應(yīng)進行需要的活化能的是

段。②表示有酶催化時反應(yīng)進行所需要的活化能的是

段。③酶降低的活化能是

段。④若將酶變?yōu)闊o機催化劑，則B在縱軸上向

移動。ACBCAB上與無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，催化效率更高。三、酶的作用機理教材隱性知識：（人教版必修1P78圖拓展）酶作為生物催化劑，與無機催化劑相比，在發(fā)揮作用過程中有哪些共同特點？酶除了具有催化功能外，可以調(diào)節(jié)生命活動嗎？共同點：①只能催化自然條件下能發(fā)生的化學反應(yīng)。②化學反應(yīng)前后酶的數(shù)量和性質(zhì)均不變。③加快化學反應(yīng)的速率（降低化學反應(yīng)的活化能），縮短達到化學平衡的時間，但不能改變化學反應(yīng)的方向和化學平衡，不能改變最終生成物的量。催化是酶唯一的功能，它不具調(diào)節(jié)功能，也不作為能源（或組成）物質(zhì)。三、酶的作用機理3.酶的特性酶的專一性每一種酶只能催化一種或一類的化學反應(yīng)酶的催化效率是無機催化劑的107

~1013

倍酶的高效性

酶的作用條件較溫和酶所催化的反應(yīng)一般是在比較溫和的條件下進行的實驗：比較過氧化氫在不同條件下的分解三、酶的作用機理（1）酶具有高效性①內(nèi)容：與無機催化劑相比，酶的催化效率高，是無機催化劑的107~1013倍③意義：保證了細胞內(nèi)化學反應(yīng)的順利進行；保證了細胞內(nèi)能量供應(yīng)穩(wěn)定②原因：與無機催化劑相比，酶能顯著降低化學反應(yīng)的活化能【驗證實驗】在相同條件下，比較FeCl3和過氧化氫酶對過氧化氫的分解速率。三、酶的作用機理（2）酶具有專一性【驗證實驗】探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用②淀粉酶可以催化淀粉水解為還原糖，但不能催化蔗糖水解。實驗原理①淀粉、蔗糖均為非還原糖，不能與斐林試劑共熱產(chǎn)生磚紅色沉淀。不能。因為碘液只能檢測淀粉是否被水解，而蔗糖無論是否被水解都不會使碘液變色。思考：能否用碘液對實驗結(jié)果進行檢測？淀粉（非還原性）

麥芽糖（還原性）淀粉酶蔗糖（非還原性）

葡萄糖+果糖（還原性）？？淀粉酶磚紅色沉淀藍色三、酶的作用機理①內(nèi)容：一種酶只能催化一種或一類反應(yīng)。③意義：保證了細胞內(nèi)化學反應(yīng)有序進行②原因：鎖鑰學說

酶有一定的空間結(jié)構(gòu)，酶在反應(yīng)中與底物的關(guān)系就像鑰匙和鎖的關(guān)系，它們的空間結(jié)構(gòu)必須相互結(jié)合形成復(fù)合物才能發(fā)生反應(yīng)。④表示酶專一性的曲線曲線分析：加入酶B的反應(yīng)速率和無酶條件下的反應(yīng)速率相同，說明酶B對此反應(yīng)無催化作用。加入酶A的反應(yīng)速率隨反應(yīng)物濃度的增大明顯加快，說明酶具有

。專一性如：脲酶——只能催化尿素分解；過氧化氫酶——只能催化過氧化氫分解。二肽酶——可以催化所有的二肽分解三、酶的作用機理A.酶：每一種酶只能催化一種或一類化學反應(yīng)。如限制性核酸內(nèi)切酶只能識別特定的脫氧核苷酸序列，并在特定位置切割兩個脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵；B.轉(zhuǎn)運蛋白：某些物質(zhì)通過細胞膜時需要轉(zhuǎn)運蛋白協(xié)助，不同物質(zhì)所需轉(zhuǎn)運蛋白不同，其專一性是細胞膜選擇透過性的基礎(chǔ)。C.激素：激素特異性地作用于靶細胞、靶器官，其原因在于它的靶細胞膜或胞內(nèi)存在與該激素特異性結(jié)合的受體。D.抗體：一種抗體只能與相應(yīng)的抗原發(fā)生特異性結(jié)合。E.神經(jīng)遞質(zhì)：由突觸前膜釋放，作用于突觸后膜，產(chǎn)生抑制或興奮F.tRNA：tRNA有61種，每種tRNA只能識別并轉(zhuǎn)運一種氨基酸。擴展：具有“專一性”的物質(zhì)當我們討論某種功能時，特異性和專一性可以互用；當我們討論結(jié)構(gòu)時，一般只能使用特異性，不能使用專一性。三、酶的作用機理甲曲線分析：A.在一定溫度(pH)范圍內(nèi)，隨溫度(pH)的升高，酶的催化作用

，超過這一范圍，酶的催化作用逐漸

。B.

都會使酶變性失活，而

只是抑制酶的活性，酶分子的結(jié)構(gòu)未被破壞，溫度升高可恢復(fù)活性。增強減弱過酸、過堿、高溫低溫乙曲線分析：縱坐標為反應(yīng)物剩余量，剩余量越多，生成物越少，反應(yīng)速率越慢；圖示pH＝7時，反應(yīng)物剩余量最少，應(yīng)為最適pH；反應(yīng)溶液pH的變化________(填“影響”或“不影響”)酶作用的最適溫度。不影響（3）酶的作用條件溫和三、酶的作用機理4.影響酶促反應(yīng)的因素☆酶促反應(yīng)速率與酶活性不同。酶活性的大小可以用酶促反應(yīng)速率表示。單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生成物濃度的改變量。三、酶的作用機理（1）酶濃度酶濃度反應(yīng)速率底物充足在底物充足、其他條件適宜的情況下，酶促反應(yīng)速率與酶濃度呈正相關(guān)。酶濃度反應(yīng)速率0ab：在一定的酶濃度范圍內(nèi)（0-N），隨酶濃度的增加，反應(yīng)速率增加b點后：當酶濃度增大到某一值時（N），反應(yīng)速率達到最大值，不再增加酶濃度較低，底物沒有完全被酶結(jié)合底物完全被酶結(jié)合ab限制因素：bc的限制因素：酶濃度底物濃度bca三、酶的作用機理（2）底物濃度底物濃度反應(yīng)速率ObcMab：在一定底物濃度范圍內(nèi)（0，M），隨底物濃度的增加，反應(yīng)速率增加bc：當?shù)孜餄舛仍龃蟮侥骋恢禃r（M），反應(yīng)速率達到最大值，不再增加酶沒有完全被底物結(jié)合酶完全被底物結(jié)合bc限制因素：酶濃度ab限制因素：底物濃度三、酶的作用機理（3）溫度和pH據(jù)圖可知，不同pH條件下，酶最適溫度

；不同溫度條件下，酶最適pH

，即反應(yīng)溶液pH(溫度)的變化不影響酶作用的最適溫度(pH)。不變也不變?nèi)?、酶的作用機理（4）酶的激活劑

如胃蛋白酶原進入胃腔后，在HCl作用下，從酶原分子中脫去一個小分子肽段后，轉(zhuǎn)變成有活性的胃蛋白酶。

指有些酶在合成和初分泌時，不表現(xiàn)有催化活性，這種無活性狀態(tài)的酶的前身物稱為酶原。酶原在一定條件下，受某種因素的作用，酶原分子的部分肽鍵被水解，使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，形成酶的活性中心，無活性的酶原轉(zhuǎn)化成有活性的酶稱酶原的激活。大部分激活劑是無機鹽離子:K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cl-、I-等。三、酶的作用機理（5）酶的抑制劑競爭性抑制劑

抑制劑與酶的活性中心以外的部位結(jié)合，但是不會使酶活性中心的結(jié)構(gòu)改變，因此，不影響酶與底物的結(jié)合，這樣就形成了底物-酶-抑制劑的三元復(fù)合物,但是底物不會被酶催化為產(chǎn)物，從而達到抑制的作用。非競爭性抑制劑

由于競爭性抑制劑與底物競爭酶，因此，增大底物濃度，就是使抑制劑與酶結(jié)合的減少，從而減小抑制作用。因此，競爭性抑制劑的抑制作用可以通過增大底物的濃度來抵消其抑制作用。

由于非競爭性抑制劑不與底物競爭，因此，其抑制作用不能通過增加底物的濃度來抵消其抑制作用。三、酶的作用機理5.探究影響酶活性的條件一、探究溫度對酶活性的影響

淀粉遇碘變藍，根據(jù)不同溫度下相同時間內(nèi)反應(yīng)后的溶液是否出現(xiàn)藍色以及藍色的深淺可以判斷淀粉被水解的量，從而判斷不同溫度下酶的活性。實驗原理藍色