3.2 酶是生物催化剂 课件 2023—2024学年高一上学期生物浙科版必修1

酶是生物催化剂 两者有什么不同之处? 生物体内有酶存在 体内温和氧化 体外剧烈氧化 本节要点 酶是什么 酶的作用原理 酶活性 一 、酶的发现酶的本质 1、斯帕兰扎尼的实验(18世纪末) 以前，人们认为鸟类 的胃只能磨碎食物 胃液中一定存在 能消化肉块的物质 酶的本质 2、 酵母菌与酒精发酵(19世纪) 巴斯德在发酵的葡萄酒中观察到活的酵母细胞 酶的本质 巴斯德的观点： 酒精发酵是酵母菌代谢活动的结果。 李比希的观点： 酒精发酵仅仅是一种化学反应，与酵 母活动无关，只需酵母菌中某些物质的参 与而已。 酶的本质 3、毕希纳的实验(1897年) 十葡萄糖 证实促使酒精发酵的是酵母中的某种物质—酿 酶，而不是酵母细胞本身。但是 ，毕希纳无法 直接对酶的本质进行鉴定。 1917年-1926年，历时 9年时间，从刀豆种子 中提取出脲酶的结晶， 并实验证实它是一种 蛋白质。 酶的本质 4、 萨母纳尔脲酶的获得(1926年) 小 资 料 ： 20世纪80年代，有一种 叫RnaseP的酶，是由 20%的蛋白质和80%的 RNA构成的，科学家把 其中的蛋白质除去，提 高了Mg²+的浓度，发现 留下来的RNA 同样具有 催化活性，后来进一步 研究发现，某些RNA分 子和那些构成酶的蛋白 质分子一样，都是效率 非常高的生物催化剂。 美国科学家切赫和奥 特曼发现少数RNA也 具有生物催化作用， 称为核酶。 酶的本质 5、核酶的发现(1980s) 奥尔特曼S.Altman 切赫T.R.Cech 二、酶的概念酶的本质 1、定义 酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的 有机物。 产生部位： 活细胞 化学本质： 绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA 生理作用： 催化生化反应进行，是生物催化剂 作用部位： 细胞内外 能改变化学反应速度，而本身性质在反应前后不变。 酶的作用原理 酶-底物复合物学说 底物：受酶催化而发生化学反应的物质。 氨基酸 氨基酸 底物 酶 与底物结合的酶形状发生 改变，形成酶一底物复合物 从这原理中 可知酶催化作用有什么性质? 十 二肽(产物) 酶的形状复原 三、酶的特性 1、酶有专一性 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。 物质B 酶 物质C 物质A 产物 酶 酶2 蔗糖————→葡萄糖十果糖 (还原性糖) 酶1 淀粉 → 麦芽糖 (还原性糖) 实验 一 (1)方案一：用同一种酶催化两种不同物质 淀粉(非还原糖)淀粉酶麦芽糖(还原糖) ① 蔗糖(非还原糖)淀粉酶 蔗糖 ②用淀粉酶分别作用于淀粉和蔗糖后，再用本 尼迪特试剂鉴定，根据是否有砖红色沉淀生成来 判断淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探索 酶的专一性。 (2)方案二：用两种不同酶催化同一种物质 淀粉(非还原糖)淀粉酶 麦芽糖(还原糖) ① 淀粉(非还原糖)蔗糖酶淀粉 ②再用本尼迪特试剂鉴定，从而探究酶的专一性。 1、探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用 第一步：1ml 水 水 水 淀粉酶淀粉酶 第二步：3ml 淀粉 蔗糖 淀粉酶淀粉蔗糖 第三步：各试管充分摇匀后，37℃保温15分钟 第四步：各试管加2ml 本尼迪特试剂 结论：淀粉酶分解淀粉，不分解蔗糖 s淀酶十蔗糖十本 淀酶十淀粉十本 实验结果 3淀酶十本 2蔗糖十本 1 淀 粉 十 本 4 2、探究蔗糖酶和淀粉酶对蔗糖的作用 第一步：1ml 水 水 水 淀粉酶蔗糖酶 第二步：3ml 蔗糖淀粉酶蔗糖酶蔗糖蔗糖 第三步：各试管充分摇匀后，37℃保温15分钟 第四步：各试管加2ml 本尼迪特试剂 结论：蔗糖酶分解蔗糖，淀粉酶不分解蔗糖 4淀酶十蔗糖十本 5蔗酶十蔗糖十本 实验结果 淀粉酶十本 蔗酶十本 蔗糖+本 1 2 m 讨论： 1、1号2号试管作用 2、为什么要37℃保 温15分钟 排除底物本身与本 尼迪特的反应 唾液定粉酶的最是 温度是37℃ 结论：酶具有专一性 2、酶催化的高效性 酶活性：是酶催化一定化学反应的能力， 一般 是指单位时间内底物的消耗量或产物的生成量。 酶的催化效率远远大于无机催化剂 事实1 CO₂+H₂O= H₂CO₃ 每个碳酸酐酶分子每秒能够催化6×105个CO₂, 比非酶(无机催化剂)反应快107倍。 实验二：酶的催化效率 实验原理I:H₂O₂ 在体外可被无机催化剂Fe³+分 解 为H₂O 和O₂, 在体内可被H₂O₂ 酶分解为H₂O 和O₂ 实验原理2: H₂O₂ 酶可从动植物体内获得 - - - - - - - - ------ -新鲜的肝脏或马铃薯 ▶实 验 原 理 3 : 每 滴FeCl₃ 溶液中的Fe³+ 数，大约 是肝脏研磨液中H₂O₂ 酶分子数的25万倍 1.该实验说明了什么,能得出什么结论? 酶具有高效性 2.实验时，对实验材料-----肝脏的选择有什么 要求?为什么要将肝脏制备为研磨液? 新鲜的；增大接触面积，加快反应速率 试管 序号 H₂O₂ 溶液 肝脏研 磨液 FeCl₃ 溶液 观察单位时间内氧气的生 成量 1 2ml 2滴 多，能使带火星的卫生香复燃 2 2ml 2滴 不能复燃 实验2 酶的名称 最适pH 过氧化氢酶(肝) 6.8 唾液淀粉酶(口腔) 6.8 脂肪酶(小肠) 8.3 胰蛋白酶(小肠) 8.0～ 9.0 胃蛋白酶(胃) 1.5～ 2.2 酶活 多因素的影响 胃蛋白酶淀粉酶 胰蛋白酶 唾 液 性受许 催化效率 ·不同的酶最适pH 不同， 一般酶的最适pH 值 在4~8之间 ·过酸和过碱会使酶的空间结构遭到破坏 酶活性受许多因素的影响 (1)pH 值对酶活性的影响： v/mmol 0 6 最适 pH 10 图3-4 酶的活性受pH 的影响 胰蛋白酶 pH 酶活性受许多因素的影响 探 究 ：pH对酶活性的影响 (1)实验原理 ① 2H₂O₂ 过氧化氢酸H₂0+0₂ ②pH可影响酶活性，从而影响0₂ 的产生量， 据O₂产生量的多少可判断pH对酶活性的影响。 (2)实验程序 步 骤 实验操作 内容 试管1 试管2 试管3 1 注入等量过氧化 氢酶溶液 2滴 2滴 2滴 2 注入不同pH 的溶液 1 mL蒸 馏水 1 mL盐酸 1 mL NaOH 3 注入等量的 H₂O₂溶 液 2 mL 2 mL 2 mL 4 观察现象 有大量气 泡产生 无气泡 产生 无气泡 产生 提醒 实验程序中2、3步一定不能颠 倒，否则实验失败。 酶活性受许多因素的影响 酶活性受许多因素的影响 设计实验验证温度对酶活性的影响 试剂和材料：淀粉溶液、淀粉酶溶液、3%过氧化氢、 过氧化氢酶溶液、本尼迪特试剂、碘-碘化钾溶液、 水浴锅(温度可调)若干、试管若干、其他器具均 可提供。( 试剂等不要求全部使用，自己任选即可) 要求：1、实验步骤要具体完善 2、预期实验结果 3、实验方案可行 ②温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解。 滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅 来判断酶的活性。 (1)实验原理 ① 淀粉 一 碘液 蓝色 酶活性受许多因素的影响 探究温度对酶活性的影响 → 麦芽糖 碘液 无蓝色出现 淀粉酶 酶活性受许多因素的影响 (2)实验设计程度 ①取淀粉、淀粉酶分别放入试管 ②各自在所控制的温度下处理一段时间 ③淀粉与相应温度的淀粉酶混合 ④在各自所控制的温度下保温一段时间 ⑤滴加 碘 液 ，观察颜色变化 步骤顺 序 试管1 试管1’ 试管2 试管2 ’ 试管3 3%淀粉 液 2ml 2ml 2ml 2%淀粉 酶液 1ml 1ml 1ml 温度预 处理 0℃保温5min 60℃保温5min 100℃保温5min 混合后 摇匀 混合 混合 混合 控制温 度 0℃保温5min 60℃保温5min 100℃保温5min 加碘 1滴 1滴 1滴 预期现 象 ? ? ? 试 管 3 ’ 【思考】 酶活性受许多因素的影响 1、为什么用相同温度处理淀粉溶液或酶溶液? 防止混合时，由于两种溶液的温度不同而使混合 后温度发生变化，反应温度不是操作所要控制的 温度，影响实验结果 2、能得出什么结论?本实验能否用斐林该试剂 检测?为什么? 温度会影响酶的活性；不能，因为用斐林该试剂 检测时，需要水浴加热。 3、在上述实验中，自变量是什么?无关变量是 什么? 自变量是不同的温度；无关变量是可溶性淀粉溶 液、新鲜淀粉酶溶液、碘液的量 酶活性受许多因素的影响 (1)本实验不宜选用过氧化氢酶催化H₂O₂分解，因为 过氧化氢酶催化的底物过氧化氢在加热的条件下分解 也会加快。 (2)本实验不宜选用斐林试剂鉴定，温度是干扰 条件。 (3)本实验中第②、③步一定不能颠倒顺序，否 则会使实验失败，即先控制条件再混合。 酶活性受许多因素的影响 (2)温度对酶活性的影响： 高温、低温都影响酶的活性 酶活性 1、不同的酶有不同的最适温度，在最适温度下，酶的 活力最大，酶促反应的速度最大。 2、低于或高于酶作用的最适温度，酶活力均会下降。 3、低温抑制酶活力，但酶空间结构保持稳定；高温使 空间结构发生改变，酶活力无法恢复。 最适温度 最适温度 酶促反应速度 温度 1、 温 度 2 、pH 高温、低温、PH 值变化 7 过高温、过酸碱 ★影响酶促反应速率的因素： 影响活性 变性失活 37 温度℃ 酶的活性 酶的活性 3、酶的浓度： 在一定浓度 范围内，反应速率随酶浓 度的升高而加快。 4、底物浓度： 在一定浓度 范围内，反应速率随浓 度的升高而加快，但达 到一定浓度，反应速率 不再变化 ★影响酶促反应速率的因素： 酶促反应速率 酶促反应速率 酶的浓度 底物浓度 一 时 间 (1)催化剂可加快化学反应速率，与无机催化 剂相比，酶的催化效率更高。 (2)酶只能缩短达到化学反应平衡所需时间，不 改变化学反应的平衡点。 (3)酶只能催化已存在的化学反应。 考点分析与酶有关的曲线分析 1.酶催化活性的表示方法 单位时间内底物的减少量或产物的生成量。 2.表示酶高效性的曲线 力加入西每无机催化剂 未力西每 衡 点 加入酶B的反应速率与无酶条件下的反应速率相 同，而加入酶A的反应速率随反应物浓度增大明 显加快，说明酶B对此反应无催化作用，进一步 说明酶具有专一性。 西每 促 反 应 速 率 甲 西每A 西 每 ) 4.温度、pH 影响酶活性的曲线 3.表示酶专一性的曲线 甲、乙两曲线表明： (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，酶的催化作用逐渐 减弱。 (2)酶的催化能力的发挥有一个最适pH,在低于 最适pH时，随着pH的降低，酶的催化能力逐渐降 低；高于最适pH时，随着pH的升高，酶的活性逐 渐下降。 (3)过酸、过碱、高温都会使酶失活，而低温只是抑 制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活 性。 6.酶浓度 在底物充足、其他条件适宜且 固定的条件下，酶促反应速率 与酶浓度成正比。 5.底物浓度 酶量一定的条件下，在一定范 围内随着底物浓度的增加，反 度后不再增加，原因是受到酶数量和酶活性的 限制。 反 应 酶浓度[E] 应速率也增加，但达到一定浓 底物浓度[s] 速率 应 速 率 反 (1)纵坐标为反应物剩余量，剩的越多，生成物越少， 反应速率越慢。 (2)图示pH=7时，反应物剩余量最少，应为最适pH。 (3)当pH改变时，最适温度保持不变。 支 应 物 乘 剩 余 量 ( 相 对 量 ) 0.5 13 温 度 1 H 7.影响酶活性的曲线(多因素) O 对位训练 右图表示酶活性与温度的关系。 下列叙述正确的是 ( ) A.当反应温度由t₂调到最适温度 时，酶活性下降 B.当反应温度由t₁ 调到最适温度 时，酶活性上升 C.酶活性在t₂时比t₁ 高，故t₂时更适合酶的保存 D.酶活性在t₁ 时比t₂低，表明t₁ 时酶的空间结构 破坏更严重 酶活性 温度/℃ 1、大多数酶在水解过程中，通常能得到多肽， 最后能得到氨基酸，这说明 ( C ) A.大多数酶石油或细胞产生的 B.大多数酶是生物催化剂 C.大多数酶的化学本质是蛋白质 D. 大多数酶的基本组成单位是多肽 2、酶的基本组成单位是 ( D ) A. 氨基酸 B. 核苷酸 C. 核糖核苷酸 D.A 或C 4、在测定胃蛋白酶活性时，将溶液pH由10降到2 的过程中，胃蛋白酶的活性将( B ) A.不断上升B.没有变化 C.先升后降D.先降后升 5、在其他条件不变而酶浓度增加时，下列图 中能正确表示生成物量变化的是(图中虚线为酶 浓度增加后的变化曲线)( C )。 生成物量 生成物量 生成物量 生成物量 生 成 0 反 应 时 间 0 反应时间 0 反应时间 0 反 应 时 间 A B C D 生成生量 生 成生量 生量 6、 在编号为1—4的4支试管内各注10ml3% 过氧化氢溶液， 1号试管作为对照， 2号试管内迅速放入新鲜猪肝1—2小块， 3号试管放入一枚锈铁钉 4号试管内放入煮熟的猪肝1—2小块。 根据实验过程回答下列问题： (1)立即出现大量气泡的试管是_2 号，这种气泡是什么气 体?氧气。 产生大量气泡的原因 新鲜猪肝内的过氧化氢酶催化过氧化氢分解产生氧气 (2)4号试管内有什么变化?没 有。 理由是煮熟猪肝内的过氧化氢酶被高温破坏，失去活性 (3)2号试管和3号试管内都能产生气体，就产生气体的速度和数量 不同说明酶的作用具有高效性 7、图中A 、B 、C三图依次表示酶浓度一定时，反应速度和反 应物浓度、温度、PH 值的关系。请据图回答下列问题： ( 1 ) 图A 中，反应物达到某一浓度时，反应速度不再上升， 其原因是一受反应液中酶浓度的限制(或酶的数量不足) ( 2 ) 图B中 ，a 点所对应的温度是—酶反应的最适温度 ( 3 ) 图B中 ，a 点到b点曲线急剧下降，其原因是— 温度升高使酶活性下降 (4)将装有酶与反应物的甲、乙两试管分别放入12℃和75℃ 水浴锅中，20min中后取出转入37℃的水浴锅中保温，两试管 内反应分别应为： 反度 皮 反应墙度 反皮物沫度 反皮遗度 蕴度(℃) $$