第5章 第1节 第2课时 酶的特性（Word教参）-【优化指导】2025-2026学年高中生物必修1 分子与细胞（人教版2019 不定项版）

第2课时　酶的特性 课时目标 1.运用结构与功能观，分析酶的专一性。(生命观念) 2．通过模型构建，说明酶的专一性和影响酶活性的因素。(科学思维) 3．设计实验方案，探究酶的专一性和温度、pH对酶活性的影响。(科学探究) 4．通过酶在生产生活中的应用实例，认同酶在生产应用上的环保节能的特点。(社会责任) 一、酶的特性 1．高效性 (1)含义：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。 (2)理解：酶的催化效率是无机催化剂的107～1013倍，说明酶具有高效性。 2．专一性 (1)含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 (2)意义：保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。 3．酶的作用条件较温和 (1)酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。 (2)温度和pH对酶活性的影响示意图 ①在最适温度和pH条件下，酶的活性最高。 ②温度和pH偏高或偏低，酶活性都会明显降低。 二、酶特性的相关实验探究 1．淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 (1)实验原理 ①淀粉和蔗糖都是非还原糖，在酶的催化作用下都能水解成还原糖。 ②在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 (2)方法步骤 操作步骤 试管1 试管2 注入可溶性淀粉溶液 2 mL — 注入蔗糖溶液 — 2 mL 注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2_mL 60 ℃保温5 min 注入新配制的斐林试剂 2 mL 2 mL 水浴加热，煮沸1 min 观察溶液颜色变化 (3)实验结论 淀粉酶能催化淀粉水解而不能催化蔗糖水解，说明酶具有专一性。 2．影响酶活性的条件 (1)酶活性：酶催化特定化学反应的能力。 (2)酶活性的表示方法：一定条件下酶所催化某一化学反应的速率。 ◆名师点睛 1．酶的高效性和作用条件较温和都是与无机催化剂相比较而言的。 2．温度过高、过酸、过碱都会使酶变性失活，酶活性无法恢复。 ◆视野拓展 酶制剂的保存 　酶制剂具有催化效率高、高度专一性、作用条件温和、降低能耗、减少化学污染等特点。一般情况下，酶制剂都是保存在低温条件下或者加甘油分装冻在零下20摄氏度到零下80摄氏度条件下，严禁反复冻融。有的酶制剂能在常温下保存，如真菌淀粉酶制剂常温下半年的酶活力保存率达到95%以上，1年的酶活力保存率可达到90%以上。 ◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”) 1．加酶洗衣粉不能在高温下使用，因为高温下酶的活性会降低。 (　　√　　) 2．加酶洗衣粉可用来清洗羊毛和真丝质地的衣物。 (　　×　　) 提示：羊毛和真丝的主要成分是蛋白质，而加酶洗衣粉中有蛋白酶，会损伤衣物。 3．高温、低温都会使酶活性降低，两者的作用实质不同。 (　　√　　) 4．在测定胃蛋白酶活性时，将溶液的pH由10降到2的过程中，胃蛋白酶的活性将逐渐增强。 (　　×　　) 提示：胃蛋白酶的最适pH为1.5，在pH为10时，胃蛋白酶的活性已经丧失，在降到2的过程中活性不变。 5．酶能调节机体内的代谢，增大反应速率。 (　　×　　) 提示：酶只能起催化作用，不能调节机体内的代谢。 6．酶活性最高时的温度适合酶的保存。 (　　×　　) 提示：酶适合保存在低温条件下。 ◆思维启迪 1．胃液中的胃蛋白酶进入小肠还会起作用吗？ 提示：胃蛋白酶的最适pH为1.5，而小肠液的pH为7.6，胃蛋白酶进入小肠后会失去活性，所以不会再起作用。 2．为什么芹菜无论咀嚼多长时间，都感觉不到甜，而咀嚼馒头时间长了，就会有甜味？ 提示：人的唾液中含淀粉酶，淀粉酶可将淀粉分解为具有甜味的麦芽糖，却不能将纤维素分解。 任务一__酶特性的实验方案设计 1．在探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用实验中，能否用碘液代替斐林试剂进行检测？ 答案：不能。因为碘与蔗糖及蔗糖的水解产物都不发生反应。 2．能否用过氧化氢溶液和过氧化氢酶来探究温度对酶活性的影响？为什么？ 答案：不能。因为过氧化氢受热易分解，温度越高，过氧化氢分解越快，会对实验结果造成干扰。 3．为什么不选择淀粉和淀粉酶做pH影响酶活性的实验？ 答案：酸性条件下淀粉易分解，影响实验结果；碱性条件下碘与淀粉不会变蓝色。 1．酶的高效性及实验验证 (1)实验组：底物＋酶―→底物分解速率(或产物形成速率)。 (2)对照组：底物＋无机催化剂―→底物分解速率(或产物形成速率)。 2．酶的专一性及实验设计 (1)思路：同一种酶催化不同的化学反应。 (2)实验设计 步骤 1 淀粉＋淀粉酶 蔗糖＋淀粉酶 2 等量斐林试剂，水浴加热相同时间 现象 出现砖红色沉淀 无颜色变化 结论 酶具有专一性 3.探究温度对酶活性的影响 (1)原理：温度影响淀粉酶的活性，进而影响淀粉的水解，淀粉遇碘变蓝，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅可以判断酶的活性。 蓝色淀粉麦芽糖无蓝色出现 (2)实验过程 分组 1试管 1′试管 2试管 2′试管 3试管 3′试管 实验步骤 1 2 mL 淀粉 溶液 2 mL 淀粉酶 溶液 2 mL 淀粉 溶液 2 mL 淀粉酶 溶液 2 mL 淀粉 溶液 2 mL 淀粉酶 溶液 2 在冰水中水浴5 min 在37 ℃水中水浴5 min 在沸水中水浴5 min 3 1与1′试管混合摇匀 2与2′试管混合摇匀 3与3′试管混合摇匀 4 在冰水中水浴数分钟 在37 ℃水中水浴数分钟 在沸水中水浴数分钟 5 取出试管，分别滴加2滴碘液摇匀，观察现象 现象 变蓝 不变蓝 变蓝 结论 ①唾液淀粉酶在37 ℃时催化淀粉水解，在0 ℃和100 ℃时不能发挥催化作用 ②酶的催化作用需要适宜的温度条件，温度过高或过低都会影响其催化效率 4.探究pH对酶活性的影响 (1)原理：过氧化氢分解产生水和氧气，过氧化氢酶可加快过氧化氢的分解，在短时间内产生大量的氧气。pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成速率，可根据点燃但无火焰的卫生香的复燃情况来检验氧气的生成速率。 (2)实验过程 步骤 项目 试管1 试管2 试管3 1 加入过氧化氢溶液 2 mL 2 加入蒸馏水 1 mL — — 3 加入盐酸溶液 — 1 mL — 4 加入NaOH溶液 — — 1 mL 5 滴加肝脏研磨液 2滴 6 37 ℃水浴 5 min 7 点燃但无火 焰的卫生香 复燃 不复燃 不复燃 结论 过氧化氢酶在强酸和强碱环境中不起作用，在中性环境中能催化过氧化氢快速分解 有关酶实验设计的“宜”与“不宜” (1)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂“宜”选用碘液，“不宜”选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。 (2)在探究pH对酶活性的影响时，“宜”保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与酶接触，“不宜”在未达到预设pH前就让反应物与酶接触。 (3)在探究温度对酶活性的影响时，“宜”保证酶的最适pH(排除pH干扰)，且将酶和底物分别保温(实验要求的温度)后，再混合继续保温，“不宜”在未分别保温前就让反应物与酶接触。 1．现有甲、乙、丙三支试管，先向三支试管内分别加入2 mL可溶性淀粉溶液，再按下图所示步骤操作，然后分别用斐林试剂检验。下列分析不正确的是 (　　) A.该实验的自变量是温度和酶的种类 B.甲试管内出现砖红色沉淀，乙试管内无砖红色沉淀，说明酶具有专一性 C.甲试管和丙试管对照，说明高温会影响酶的活性 D.丙试管的操作应该先加入酶，再煮沸 [答题指导] D　解析：根据题图分析可知，该实验的自变量是温度和酶的种类，A正确；唾液淀粉酶可将淀粉分解成麦芽糖，麦芽糖是还原糖，用斐林试剂检测可出现砖红色沉淀，胃蛋白酶不能分解淀粉，淀粉是非还原糖，用斐林试剂检测不出现砖红色沉淀，所以甲试管内出现砖红色沉淀，乙试管内不出现，说明酶具有专一性，B正确；甲试管和丙试管的自变量是温度，两者对照可说明高温会影响酶的活性，C正确；酶具有高效性，丙试管中若先加入酶，再煮沸，会有部分淀粉分解成麦芽糖，影响实验结果，D错误。 2．(2024·邢台高一检测)凝乳酶能催化乳汁凝固，常用于奶酪的生产。某同学对凝乳酶进行了相关实验，结果如表所示。下列有关实验的分析，错误的是 (　　) 组别 A B C D E F 水浴温度/℃ 10 20 30 40 50 60 凝乳时间/min 不凝 7.0 4.0 1.5 4.0 不凝 A.该实验的目的是探究温度对凝乳酶活性的影响 B．实验中各组所加凝乳酶量和乳汁量属于无关变量，应保持相同且适宜 C．若将A组的温度逐渐加热至40 ℃，乳汁将凝固 D．凝乳酶发挥作用的最适温度为40 ℃ D　解析：结合题中所给表格可知，本实验自变量为温度，因变量为凝乳时间，该实验的目的是探究温度对凝乳酶活性的影响，A正确；实验中各组所加凝乳酶量和乳汁量属于无关变量，会影响实验结果，应保持相同且适宜，B正确；低温不会破坏酶的空间结构，若将A组的温度逐渐加热至40 ℃，酶活性逐渐升高，乳汁将凝固，C正确；本实验温度梯度较大，通过以上实验，只能确定凝乳酶的最适温度在40 ℃左右，不能得出“凝乳酶发挥作用的最适温度为40 ℃”的结论，D错误。 探究影响酶活性实验的“四步曲” (1)分组编号：将实验器具分组编号并装入相应等量试剂。 (2)控制变量：控制影响酶活性的条件(如温度、pH等)，即首先将底物、酶液分别处理到预设的条件。 (3)进行反应：让酶液与底物混合，在预设的条件下反应，无关变量保持相同。 (4)结果检测：检测实验的因变量，观察并记录实验结果。 任务二__与酶相关的曲线分析 下图是温度和pH与酶促反应速率的关系的示意图。 [问题探究] 1．置于图甲B点温度下的酶溶液，不断升高温度，酶活性会发生怎样的变化？ 答案：酶活性会明显降低，直至完全失活。 2．置于图乙A点pH下的酶溶液，不断升高pH，酶活性会发生怎样的变化？为什么？ 答案：不变，因为酶已变性失活。 3．底物浓度影响酶促反应速率的曲线中，当底物达到一定浓度后，酶促反应速率不再增加，其原因是什么？ 答案：受酶浓度(或酶数量)的限制。 1．酶和反应物的浓度与反应速率的关系 (1)反应速率与酶浓度的关系：在反应物充足，其他条件均适宜的情况下，反应速率与酶浓度成正比(如图甲)。 (2)反应速率与反应物浓度的关系：在酶量一定的条件下，在一定范围内，反应速率会随着反应物浓度的增加而增大，但当反应物浓度达到一定值后，由于受酶浓度(或酶数量)的限制，反应速率不再增大(如图乙)。 2．酶的高效性和专一性曲线 (1)酶的高效性 (2)酶的专一性 3．温度和pH对酶促反应速率的影响曲线 (1)在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。 (2)在低于最适温度和pH的一定范围内，随着温度和pH的升高，酶的活性逐渐增强；超过最适温度和pH后，酶的活性逐渐减弱，甚至失去活性。 (3)过酸、过碱或温度过高，会使酶永久失活。 关于酶活性的两个易错提醒 (1)将酶从低温环境逐渐恢复到最适温度时，酶的活性可恢复，但若从高温、过酸或过碱的环境逐渐恢复到最适温度或pH，酶已经失去活性，不可恢复。 (2)温度、pH等因素会影响酶的活性，进而影响反应速率，但是不会影响酶的最适温度和最适pH。 1．利用麦芽酿造啤酒时，需要利用α­淀粉酶催化淀粉的水解。如图为适宜pH条件下，温度对α­淀粉酶活性影响的曲线。下列叙述不正确的是 (　　) A．温度为Ta时，α­淀粉酶的活性受抑制 B．温度为Tb时，α­淀粉酶的空间结构遭到破坏 C．随温度的升高，α­淀粉酶的活性持续升高 D．温度为T0时，淀粉分解速率最快 C　解析：Ta时温度较低，酶的活性受抑制，A正确；Tb时温度过高，酶的空间结构被破坏，酶失去活性，B正确；低于最适温度T0时，随温度升高酶的活性升高，超过T0时随温度升高酶的活性降低，C错误；α­淀粉酶最适温度为T0，此时酶的活性最高，酶促反应速率最快，淀粉的分解速率最快，D正确。 2．(不定项) (2025·石家庄高一检测)带鱼加工过程中产生的下脚料富含优质蛋白，利用木瓜蛋白酶处理，可以变废为宝。研究小组进行实验确定木瓜蛋白酶的最适用量和最适pH，下列说法错误的是 (　　) 注：酶解度是指下脚料中蛋白质的分解程度。 A．木瓜蛋白酶最适添加量应为0.024% B．木瓜蛋白酶最适pH应为6.5 C．偏酸、偏碱破坏酶空间结构使酶解度降低 D．该酶只能在最适pH条件下测出活性 AD　解析：结合图示可知，木瓜蛋白酶添加量应控制在0.020%，因为超过该值，酶解度不再增加，A错误；结合图示可知，木瓜蛋白酶最适pH应为6.5，B正确；酶的作用条件较温和，偏酸、偏碱破坏酶空间结构使其失活，酶解度降低，C正确；酶在非最适pH条件下，也可能有活性，也能测出活性，但是最适pH条件下测出的活性是最高的，D错误。 超氧化物歧化酶抗衰老的机制——科学探究 超氧化物歧化酶(SOD)能消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质，具有抗衰老的特殊效果，其含有的金属离子对增强酶的热稳定性有重要影响。资料报道，当反应温度为88 ℃，时间为15～30 min时对SOD的活性影响不大。 如图是通过光催化反应装置分别在四种条件下检测紫外光对DNA损伤的相关曲线(TiO2表示二氧化钛，是一种光催化剂；UV表示紫外光)。 Ⅰ 组：黑暗处理曲线a(TiO2/DNA体系)、 Ⅱ 组：紫外光处理曲线b(UV/DNA体系)、 Ⅲ 组：光催化曲线c(UV/TiO2/DNA体系)、 Ⅳ 组：光催化引入SOD曲线d(UV/TiO2/SOD/DNA体系)。 设计1：考查信息获取与知识迁移能力 (1)根据SOD的化学性质，我们可以利用________________________的方法来除去一部分其他杂质蛋白。 设计2：考查长句表达能力与科学探究 (2)实验中设计黑暗处理作为对照组的目的是________________________。曲线b说明______________________________________。曲线c、d说明 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)高温变性(或88 ℃环境下处理15～30 min) (2)证明TiO2不会损伤DNA　无TiO2(催化剂)的条件下，紫外光对DNA损伤很小　在有TiO2的条件下，紫外光对DNA损伤很大，而SOD能够明显延缓或抑制DNA的损伤 解析：(1)当反应温度为88 ℃，时间为15～30 min时对SOD的活性影响不大，而部分其他杂质蛋白在该条件下已经失活，故可利用这个特性来除去其他杂质蛋白。(2)黑暗处理组为TiO2/DNA体系，设计黑暗处理作为对照组的目的是证明TiO2不会损伤DNA。紫外光处理曲线b(UV/DNA体系)说明没有TiO2(催化剂)的条件下，紫外光对DNA的损伤很小。光催化曲线c(UV/TiO2/DNA体系)说明在有TiO2的条件下，紫外光对DNA的损伤非常严重，300 min时，DNA几乎全部损伤；而光催化引入SOD曲线d(UV/TiO2/SOD/DNA体系)，由于有SOD存在，DNA损伤明显变缓，说明SOD能够明显延缓或抑制DNA的损伤。 1．下列各项因素中，不能破坏酶的分子结构，从而使酶失活的是 (　　) A．强酸 B．强碱 C．低温 D．高温 C　解析：强酸、强碱、高温都会破坏酶的空间结构使酶失活，A、B、D不符合题意；低温能降低酶的活性，但不会使酶变性失活，C符合题意。 2．(2025·成都高一检测)如图表示在最适温度下，麦芽糖酶的催化速率与麦芽糖量的关系。有关叙述正确的是 (　　) A．a点时，麦芽糖酶全部参与催化 B．如果温度上升5 ℃，b点向左下方移动 C．可用斐林试剂鉴定麦芽糖的分解情况 D．因受酶活性的限制，bc段催化速率不再增加 B　解析：a点时，未达到最大催化速率，因此麦芽糖酶未全部参与反应，A错误；图中温度为最适温度，升高或降低温度都会降低酶的活性，b点向左下方移动，B正确；麦芽糖和葡萄糖都具有还原性，无法用斐林试剂鉴定麦芽糖的分解情况，C错误；bc段催化速率不再增加，限制因素为酶的数量，D错误。 3．(2025·乌鲁木齐高一检测)某同学暴饮暴食后出现腹胀、消化不良等症状，医生建议服用多酶片。下图为多酶片的结构示意图。下列叙述正确的是 (　　) A．多酶片宜充分咀嚼，温水送服，可使其更好地发挥作用 B．多酶片中的蛋白酶在将蛋白质分解为肽和氨基酸时提供了能量 C．多酶片中肠溶衣的作用是防止胰酶在碱性环境下失活 D．摄入过多的淀粉和蛋白质可以被多酶片有效分解 D　解析：多酶片有糖衣和肠溶衣包裹，若充分咀嚼，会破坏其包衣结构，导致其中的酶在胃中就被胃酸破坏，无法到达小肠发挥作用，所以不能咀嚼，A错误；酶的作用是降低化学反应的活化能，而不是提供能量，多酶片中的蛋白酶在将蛋白质分解为肽和氨基酸时，是通过降低反应的活化能来实现催化作用的，B错误；由图可知，胰酶在中性或弱碱性条件下活性较强，而胃内是酸性环境，肠溶衣的作用是防止胰酶在胃的酸性环境中失活，使其能在小肠的碱性环境中发挥作用，而不是防止在碱性环境下失活，C错误；多酶片中含有胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰淀粉酶等，可以有效分解蛋白质和淀粉，D正确。 4．(不定项) (2024·济南高一检测)某些酶促反应的产物积累量达到一定浓度时，产物与酶结合降低酶促反应速率。苏氨酸脱氢酶催化苏氨酸合成异亮氨酸的过程如图所示。下列分析错误的是 (　　) A．苏氨酸脱氢酶具有专一性 B．异亮氨酸与苏氨酸脱氢酶结合降低了酶的活化能 C．及时清除异亮氨酸能逐步恢复该酶促反应的速率 D．该机制有利于维持细胞中苏氨酸和异亮氨酸的含量相对稳定 B　解析：每一种酶只能催化一种或一类化学反应，苏氨酸脱氢酶具有专一性，A正确；酶在催化化学反应时，能降低化学反应所需的活化能，其自身不提供活化能，因此异亮氨酸与苏氨酸脱氢酶结合不是降低了酶的活化能，而是降低了酶的活性，B错误；据图分析可知，当异亮氨酸浓度达到一定程度时，会与苏氨酸脱氢酶结合，从而使得苏氨酸不能与苏氨酸脱氢酶结合，则苏氨酸也不能转化为异亮氨酸，若及时清除异亮氨酸，解除对苏氨酸脱氢酶的抑制，则能逐步恢复该酶促反应的速率，C正确；图示为反馈调节，当异亮氨酸浓度达到一定程度时，会与苏氨酸脱氢酶结合，从而抑制酶促反应的进行，使异亮氨酸浓度不至于太高，因此有利于维持细胞中苏氨酸和异亮氨酸的含量相对稳定，D正确。 5．研究者以健康美洲鳗幼鱼为实验材料，取胃、肠和肝胰脏组织制备匀浆并离心，将上清液作为待测酶液，分别测定不同温度和pH下的三种不同来源的蛋白酶活性，结果如下图所示。请据图回答下列问题： (1)根据酶具有________性，研究者以酪蛋白作为酶促反应的反应物来测定酶活性。 (2)据图可知，来自胃、肠、肝胰脏的三种蛋白酶的最适温度依次为________________；在各自的最适pH下，来自________的蛋白酶催化能力最强。 (3)本实验结果________(填“能”或“不能”)作为美洲鳗饲料配制和合理投食的依据，理由是______________________________________。 答案：(1)专一 (2)55 ℃、55 ℃、50 ℃　肠 (3)能　实验材料来自健康美洲鳗幼鱼 解析：(1)酶具有专一性，一种酶只能催化一种或一类化学反应，研究者据此原理选择酪蛋白作为酶促反应的反应物来测定酶活性。(2)据图甲可知，来自胃、肠、肝胰脏的三种蛋白酶的最适温度依次为55 ℃、55 ℃、50 ℃；据图乙可知，不同酶的最适pH不同，在最适pH条件下，不同酶的活性也不同，在各自的最适pH下，来自肠的蛋白酶催化能力最强。(3)分析题意可知，本实验所用的酶来自健康美洲鳗幼鱼，故本实验结果能作为美洲鳗饲料配制和合理投食的依据。 学科网（北京）股份有限公司 $$