2025届高三生物一轮复习课件： 第8讲 酶和ATP（3）-探究酶的专一 性和影响酶促反应速率的条件

第8讲 酶和ATP 课程要求 考点1 酶的本质和作用 考点2 酶的特性 考点3 影响酶促反应因素及曲线分析 考点4 与酶有关的实验探究 考点5 ATP的结构与功能 [细节] 代谢的含义： 细胞中每时每刻发生的化学反应，统称细胞代谢。 代谢的主要场所是？ 细胞质基质！ 03 探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 1.酶促反应和酶活性: Ⅰ．酶促反应：酶所催化的化学反应一般是在__________的条件下进行的。 Ⅱ．酶活性 (1)定义：酶催化特定__________的能力。 (2)表示方法：可用一定条件下酶催化某一化学反应的______表示。 比较温和 化学反应 速率 2.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用: Ⅰ．实验原理 (1)淀粉和蔗糖为非还原糖。在酶的催化作用下都能水解成________。 (2)在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用__________鉴定溶液中有无还原糖，就可看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 还原糖 斐林试剂 酶活性≠酶促反应速率 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 2.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用: Ⅱ．实验步骤 试管编号 1 2 注入可溶性淀粉溶液 2 mL － 注入蔗糖溶液 － ___ mL 注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL ___ mL 60 ℃水浴保温5 min 新配制的______试剂 2 mL 2 mL 水浴2 min 实验现象 _________ _______________ 2 2 该实验的自变量是____________；因变量是______________________。 无关变量 。 底物的种类 底物是否被淀粉酶水解 pH、温度、底物和酶的浓度 斐林 出现砖红色沉淀 不出现砖红色沉淀 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 2.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用: Ⅱ．实验步骤 试管编号 1 2 注入可溶性淀粉溶液 2 mL － 注入蔗糖溶液 － ___ mL 注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL ___ mL 60 ℃水浴保温5 min 新配制的______试剂 2 mL 2 mL 水浴2 min 实验现象 有砖红色沉淀 没有砖红色沉淀 2 2 斐林 说明产生了还原糖，淀粉被水解 说明蔗糖没有被水解 结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有专一性 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 3.探究温度对酶活性的影响: 温度影响酶的活性，从而影响 ，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。 淀粉的水解 (1)实验原理: ①反应原理： ①鉴定原理： 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 (2)实验步骤与现象: 试管编号 试管1 试管1′ 试管2 试管2′ 试管3 试管3′ 实验步骤 一 1 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 1 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 1 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 二 放入0 ℃冰水中约5 min 放入60 ℃热水中约5 min 放入100 ℃热水中约5 min 三 将1与1′试管内的液体混合后继续在0 ℃冰水内放置10 min 将2与2′试管内的液体混合后继续在60 ℃热水内放置10 min 将3与3′试管内的液体混合后继续在100 ℃热水内放置10 min 四 取出试管各加入两滴碘液，振荡 实验现象 ______ ________ ______ 变蓝 不变蓝 变蓝 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 3.探究温度对酶活性的影响: (2)实验步骤与现象: 在最适温度条件下，酶的活性最高，高温、低温都影响酶的活性 (3)实验结论: 先保温再混合 避免在未达到预设的温度时反应物与酶接触发生反应，影响实验结果。 缩小温度梯度，重复进行上述实验。进一步探究淀粉酶的最适温度 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 4.探究pH对酶活性的影响: pH影响酶的活性，从而影响O2的生成速率，可用____________________的情况来检验O2的生成速率。 带火星的卫生香燃烧 (1)实验原理: ①反应原理： ①鉴定原理： (2)实验设计思路: H2O2酶溶液+ pH1缓冲液 +H2O2溶液 H2O2酶溶液+ pHn缓冲液 +H2O2溶液 . . . O2产生速率 先调pH再混合 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 4.探究pH对酶活性的影响: 试管编号 试管1 试管2 试管3 实验步骤 一 2滴过氧化氢酶溶液 二 1 mL蒸馏水 1 mL物质的量浓度为0.01 mol/L的盐酸溶液 1 mL物质的量浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液 三 2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液 实验现象 ________________ ________________ ______________ (3)实验结论：___________________________________________。 卫生香燃烧猛烈 卫生香燃烧不猛烈 卫生香燃烧不猛烈 在最适pH条件下，酶的活性最高，过酸、过碱都影响酶的活性 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 探究温度对酶活性的影响: 思考②：为何不选斐林试剂鉴定？ 斐林试剂检测需要水浴加热，该实验严格控制温度 H2O2本身在不同温度分解速率不同，导致实验出现两个自变量，不符合单一变量原则。 思考①：实验材料可不可以选H2O2? 思考③：为什么选肝脏研磨液和过氧化氢，而不选淀粉酶和淀粉？ 酸性条件下淀粉会分解 探究pH对酶活性的影响: 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 P551．在探究温度对酶活性影响的实验设计中，下列操作及材料的选取合理的是(　　) A．选用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液和碘液 B．选用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液和斐林试剂 C．选用过氧化氢溶液和新鲜的肝脏研磨液 D．将酶和底物在室温下混合后置于不同温度下保温 A 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 碘液可以使淀粉变蓝色，经淀粉酶处理过的淀粉溶液遇碘液后蓝色变浅，实验结果明显，因此可以用碘液进行检验，A正确；斐林试剂在检验还原糖时需要水浴加热，B错误；温度会影响过氧化氢的分解，影响实验结果，C错误；探究温度对酶活性的影响时，将酶与底物溶液在不同温度下分别保温后再置于相同温度下混合，D错误。 2．(2023·佛山检测)在“探究pH对过氧化氢酶活性的影响”的实验中，有学习小组对实验进行了改进，改进后的装置如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．装置中①为H2O2溶液，②为过氧化氢酶，两者也可对调 B．待过氧化氢酶与相应pH的磷酸缓冲液接触一段时间后 ，再注入H2O2溶液 C．探究过氧化氢酶的最适pH，可将磷酸缓冲液pH分别 调至2、4、6、7、8、9 D．在水浴条件下，还可以用该装置来探究温度对过氧化 氢酶活性的影响 B 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 “探究pH对过氧化氢酶活性的影响”实验中，应在加入酶之后先分别加入不同pH的缓冲液，调节酶所处的pH为预设pH，然后再加入底物，A错误，B正确；探究过氧化氢酶的最适pH，应设置一系列等浓度梯度的磷酸缓冲液pH，C错误；“探究温度对过氧化氢酶活性的影响”实验中，不可选择过氧化氢作为实验材料，因为过氧化氢本身的分解就受温度的影响，D错误。 P592．(2022·重庆选择性考试)植物蛋白酶M和L能使肉类蛋白质部分水解，可用于制作肉类嫩化剂。某实验小组测定并计算了两种酶在37 ℃、不同pH下的相对活性，结果见下表。下列叙述最合理的是(　　) A．在37 ℃时，两种酶的最适pH均为3 B．在37 ℃长时间放置后，两种酶的活性不变 C．从37 ℃上升至95 ℃，两种酶在pH为5时仍有较高活性 D．在37 ℃、pH为3～11时， M更适于制作肉类嫩化剂 D 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 根据表格数据可知，在37 ℃时，M的适宜pH为5～9，而L的适宜pH为5左右，A不合理；酶适宜在低温条件下保存，在37 ℃长时间放置后，两种酶的活性会发生改变，B不合理；酶发挥作用需要适宜的温度，高温会导致酶变性失活，因此从37 ℃上升至95 ℃，两种酶在pH为5时可能都已经失活，C不合理；在37 ℃、pH为3～11时，M比L的相对活性高，因此M更适于制作肉类嫩化剂，D合理。 酶如果保存在常温下，他的活性由于没有被抑制，一直表现出来，一段时间后就会钝化，从而导致活性下降甚至活性丧失 5.影响酶促反应速率的因素: 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 5.影响酶促反应速率的因素: ①酶浓度 酶浓度 [E] 反应速率 底物充足 在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度呈正相关。 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 5.影响酶促反应速率的因素: ①酶浓度 a 底物有限 b c N 酶浓度 反应速率 0 ab： 在一定的酶浓度范围内（0-N），随酶浓度的增加，反应速率增加 b： 当酶浓度增大到某一值时（N），反应速率达到最大值，不再增加 酶浓度较低，底物没有完全被酶结合 底物完全被酶结合 ab的限制因素： 酶浓度 bc的限制因素： 底物浓度 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 5.影响酶促反应速率的因素: ②底物浓度 a b M 酶浓度一定 底物浓度 [S] 反应速率 O ab： 在一定底物浓度范围内（0，M）随底物浓度的增加，反应速率增加 b： 当底物浓度增大到某一值时（M），反应速率达到最大值，不再增加 酶没有完全被底物结合 酶完全被底物结合 bc限制因素： 酶浓度 ab限制因素： 底物浓度 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 5.影响酶促反应速率的因素: ②底物浓度 a b c M 酶浓度一定 底物浓度 [S] 反应速率 O 思考：再加入一定量的酶，曲线应该怎么变？ 不变 加快 思考：左图中，达到平衡b时，增加底物，酶促反应速率_______。增加酶的数量，反应速率______。 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 5.影响酶促反应速率的因素: ②底物浓度 产物浓度 ③ O 时间 ② ① 曲线②：在①的基础上，酶浓度增加一倍 曲线③：在①的基础上，反应物浓度增加一倍 反应溶液中ph的变化不会影响酶作用的最适温度 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 知识拓展 酶的激活 指有些酶在合成和初分泌时，不表现有催化活性，这种无活性状态的酶的前身物称为酶原。酶原在一定条件下，受某种因素的作用，酶原分子的部分肽键被水解，使分子结构发生改变，形成酶的活性中心，无活性的酶原转化成有活性的酶称酶原的激活。 提高酶活性的物质，称为酶的激活剂。 激活剂: 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 知识拓展 酶的激活 有些酶在有激活剂存在时才有活性或性较高。 大部分激活剂是无机盐离子，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cl-、I-等。 如：Cl- 是α-淀粉酶的激活剂； 又如：Mg2+是DNA聚合酶的激活剂(P选三77) 如胃蛋白酶原进入胃腔后，在HCl作用下，从酶原分子中脱去一个小分子肽段后，转变成有活性的胃蛋白酶。 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 知识拓展 酶的抑制 有活性 无活性 1.不可逆抑制：抑制剂与酶形成牢固的共价键导致酶持久失活。 2.可逆抑制： ​抑制剂与酶分子上某些必需基团反应，引起酶活力下降甚至丧失，通常并不破坏整体构象。（但变构抑制剂与酶活性位点以外的位点结合，也会引起酶结构的构象变化） 竞争性抑制剂 非竞争性抑制剂 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 ，所以不会使酶变性 由于竞争性抑制剂与底物竞争酶。因此，增大底物浓度，就是使抑制剂与酶结合的减少，从而减少抑制作用。因此，竞争性抑制剂的抑制作用可以通过增大底物浓度来抵消其抑制作用。例如某些重金属可以与酶分子中的巯基反应，产生抑制作用。 变构抑制：抑制剂与酶活性位点以外的位点结合，引起酶结构的构象变化 知识拓展 酶的抑制 由于它们的分子相似性，竞争性抑制剂能够与底物竞争酶上的结合位点。 可逆抑制—— ①竞争性抑制： 竞争性抑制剂的作用取决于抑制剂和底物的相对浓度。 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 知识拓展 酶的抑制 非竞争抑制剂与活性位点以外的位点结合，改变酶的形状并降低反应速率。 可逆抑制—— ②非竞争性抑制： 非竞争性抑制剂的抑制作用不能通过增加底物的浓度来抵消。 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 知识拓展 酶的抑制 竞争性抑制剂抑制作用能通过增加底物的浓度来抵消。 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 例7:(2021·湖北选择性考试)使酶的活性下降或丧失的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂主要有两种类型：一类是可逆抑制剂(与酶可逆结合，酶的活性能恢复)；另一类是不可逆抑制剂(与酶不可逆结合，酶的活性不能恢复)。已知甲、乙两种物质(能通过透析袋)对酶A的活性有抑制作用。 实验材料和用具：蒸馏水，酶A溶液，甲物质溶液，乙物质溶液，透析袋(人工合成半透膜)，试管，烧杯等。为了探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，提出以下实验设计思路，请完善该实验设计思路，并写出实验预期结果。 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 (1)实验设计思路 取______支试管(每支试管代表一个组)，各加入等量的酶A溶液，再分别加等量_________________________，一段时间后， 。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液，再测定各自的酶A活性。 (2)实验预期结果与结论 若出现结果①：_______________________________。 结论①：甲、乙均为可逆抑制剂。 两 甲物质溶液、乙物质溶液 透析后，两组的酶A活性均比透析前酶A的活性高　 测定各试管中酶A的活性 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 若出现结果②：___________________________________________。 结论②：甲、乙均为不可逆抑制剂。 若出现结果③：_____________________________________________。 结论③：甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂。 若出现结果④：___________________________________________。 结论④：甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂。 透析前后，两组的酶A活性均不变 加甲物质溶液组，透析后酶A的活性比透析前高，加乙物质溶液组，透析前后酶A的活性不变 加甲物质溶液组，透析前后酶A的活性不变， 加乙物质溶液组，透析后酶A的活性比透析前高 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 [解析]　(1)分析题意可知，实验目的是探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，则实验的自变量为甲、乙物质的有无，因变量为酶A的活性，实验设计应遵循对照与单一变量原则，故可设计实验如下： 取两支试管，各加入等量的酶A溶液，再分别加等量甲物质溶液、乙物质溶液(单一变量和无关变量一致原则)，一段时间后，测定各试管中酶A的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液，再测定各自的酶A活性。 (2)据题意可知，甲物质和乙物质对酶A的活性有抑制作用，但作用机理未知，且透析前有甲物质和乙物质的作用，透析后无甲物质和乙物质的作用，前后对照可推测两种物质的作用机理，可能的情况有①若甲、乙均为可逆抑制剂，则酶A的活性能恢复，故透析后，两组的酶A活性均比透析前酶A的活性高。 ②若甲、乙均为不可逆抑制剂，则两组中酶A的活性均不能恢复，故透析前后，两组的酶A活性均不变。③若甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂，则甲组中活性可以恢复，而乙组不能恢复，故加甲物质溶液组，透析后酶A的活性比透析前高，加乙物质溶液组，透析前后酶A的活性不变。④若甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂，则甲组中活性不能恢复，而乙组能恢复，故加甲物质溶液组，透析前后酶A的活性不变，加乙物质溶液组，透析后酶A的活性比透析前高。 酶的应用 果胶酶：溶解细胞壁中的果胶 加酶洗衣粉：去污力更强 含酶牙膏：分解细菌，清新口气 多酶片： 治疗消化不良 溶解细菌的细胞壁：抗菌消炎 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 酶的应用 ①溶菌酶能够溶解细菌的________，具有抗菌消炎的作用。在临床上与________混合使用，能增强其疗效。 ②______酶能分解果肉细胞壁中的果胶，提高果汁产量，使果汁变得清亮。 ③加酶洗衣粉（例如，加入__________用于去除血渍，加入_________用于去除油渍等）比普通洗衣粉有更强的去污能力。加酶洗衣粉中的酶不是直接来自生物体的，而是经过酶工程改造的产品，比一般的酶稳定性强。 ④残留在牙缝里的食物残渣是细菌的美食，也是导致龋齿的祸根。含酶牙膏可以__________，使我们的牙齿亮洁。 细胞壁 抗生素 果胶 蛋白酶 脂肪酶 分解细菌 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 酶的应用 ⑤多酶片中含有多种____________，人在消化不良时可以服用。 ⑥胰蛋白酶可用于促进伤口愈合和____________，还可用于去除坏死组织，抑制________的繁殖。 ⑦利用________酶处理废油脂，制造生物柴油，既保护了环境又使其得到合理利用。 ⑧_____________酶能将易形成抗药性的青霉素改造成杀菌力更强的氨苄青霉素。 溶解血凝块 微生物 脂肪 青霉素酰化 消化酶 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 酶的应用 多酶片中含有多种消化酶，人在消化不良时可以服用。 普通糖衣——胃蛋白酶——肠溶衣糖衣——胰酶 外层 内层 胰酶中包括：胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶等。 普通糖衣保护胃蛋白酶(防止胃蛋白酶在到达胃液前被破坏)，在胃液中会分解，释放出胃蛋白酶。 肠溶衣保护胰酶，在胃液中不会分解，在小肠中分解，释放出胰酶。 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 2，7.5 3.探究酶的专一性和影响酶活性的条件 3．(2023·茂名二模)为探究影响酶活性的因素，某同学设计了一个实验方案(见下表)，下列说法错误的是(　　) A．①的实验条件是37 ℃水浴，pH＝8 B．本实验的自变量有不同的温度和pH C．2、3试管研究的问题中，温度属于无关变量 D．增加胃蛋白酶的用量能缩短反应时间 A 试管 底物和试剂 实验条件 1 1 cm3瘦肉块＋4 mL蒸馏水 ① 2 1 cm3瘦肉块＋4 mL胃蛋白酶 37 ℃水浴，pH＝8 3 1 cm3瘦肉块＋4 mL胃蛋白酶 37 ℃水浴，pH＝1.5 4 1 cm3瘦肉块＋4 mL胃蛋白酶 0 ℃水浴，pH＝1.5 分析题意，本实验目的是探究影响酶活性的因素，实验设计应遵循对照与单一变量原则，分析表格可知，①的实验条件是37 ℃水浴，pH＝1.5，A错误；结合表格可知，本实验的自变量有不同的温度(0 ℃和37 ℃)和pH(pH＝8和pH＝1.5)，B正确；2、3试管研究的问题中，实验的自变量是pH，则温度属于无关变量，应保持一致，C正确；酶能提高反应速率，增加胃蛋白酶浓度，其他条件不变，反应速率会加快，底物完全耗尽所需的时间缩短，D正确。 例8.酶的活性中心是指直接将底物转化为产物的部位，它通常包括两个部分：与底物结合的部分称为结合中心；促进底物发生化学变化的部分称为催化中心。下列有关酶的活性中心的叙述，错误的是( ) C A.酶的结合中心决定酶的专一性 B.酶的高效性与酶的催化中心有关 C.低温条件下，酶的催化中心结构不变，而结合中心结构发生了改变 D.pH过高或过低可能会破坏酶的结合中心和催化中心的结构 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 低温条件下，酶催化中心和结构中心都不变 3.下图为最适温度下酶促反应曲线，Km表示反应速率为1/2Vmax时的底物浓度。竞争性抑制剂与底物结构相似，可与底物竞争性结合酶的活性部位；非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合，从而使酶的活性部位功能丧失。下列分析正确的是 （ ） A.适当升高温度，Vmax和Km均会增大 B.加入非竞争性抑制剂，Vmax降低 C.加入竞争性抑制剂，Km值降低 D.Km值越大，酶与底物亲和力越高 B 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 提高温度，酶促反应速率变慢，Vmax变小 Km增大 酶与底物亲和力越高，酶促反应速率越大，则Km值越小 酶 活化能 高效性 专一性 作用条件温和 有机物 生理条件 酶活性 pH 温度 是 降低 具有以下特性 一般为 具有高的 影响因素 主要是蛋白质 少数是RNA 一种酶只能催化一种或一类化学反应 活性中心的空间构象 是指 取决于 激活剂 抑制剂 酶的浓度 底物的浓度 酶促反应速率 影响 3.探究酶的专一性和影响酶促反应速率的条件 2H2O22H2O＋O2。 $$