摘要:
该高中生物学高考复习课件聚焦“降低化学反应活化能的酶”专题,依据高考评价体系系统梳理了酶的本质与作用、作用机理、特性及影响因素四大核心考点,通过近五年真题分析明确“实验探究酶特性”占比38%、“影响酶促反应速率因素分析”占比32%的高频考点,归纳出实验设计、曲线分析等典型题型。
课件亮点在于“考点精讲+真题演练+素养提升”的三维备考策略,如以2022年全国乙卷酶组分功能实验为案例,运用科学思维解析变量控制与结果分析,通过“探究温度对酶活性影响”实验方案设计培养探究实践能力。特设“易错点警示”(如混淆酶活性与反应速率)和“答题模板”,助力学生掌握实验设计步骤与曲线辨析技巧,教师可据此开展针对性复习,提升备考效率。
内容正文:
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第八讲:
降低化学反应活化能的酶
必属精品
1
考点1 酶的本质、作用
1.酶本质的探索历程:
核糖体的rRNA就是催化肽键形成的酶
酶的化学本质
酶的来源
酶的功能
酶是活细胞产生的一类具有催化作用的有机物,其中绝大多数的酶是蛋白质,少数的酶是RNA。
酶的定义:
考点1 酶的本质、作用
教材隐性知识:源于必修1 P79“关于酶本质的探索”:巴斯德认为酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致,没有活细胞就不能产生酒精;李比希却认为引起发酵的只是酵母菌细胞中的某些物质,不一定需要活的细胞。请你利用酵母菌细胞、研磨和过滤装置、葡萄糖溶液等材料设计一个实验来结束这一争论。
提示:将酵母菌细胞研磨粉碎、加水搅拌后过滤,将提取液加入葡萄糖溶液中,也能产生酒精,说明引起发酵的是一种化学物质(模拟毕希纳的实验)。
考点1 酶的本质、作用
2.酶本质和作用:
化学本质 绝大多数是______ 少数是______
合成原料 ________ __________
合成场所 核糖体 主要是细胞核(真核细胞)
来源 一般来说,活细胞(不考虑哺乳动物成熟的红细胞等)都能产生酶
作用场所 条件适宜下,细胞内外或生物体内外均可
生理功能 具有生物__________
作用本质
蛋白质
RNA
氨基酸
核糖核苷酸
催化作用
降低化学反应的活化能
(胞外酶与胞内酶)
考点1 酶的本质、作用
(1)设计思路:从酶的化学本质上来讲,绝大多数的酶是蛋白质,少数的酶是RNA。所以对酶本质的鉴定常常是变相地考查蛋白质或RNA的鉴定方法。
3、鉴定酶的本质
A酶 + 蛋白酶
加入酶的底物
底物没有被催化→A酶是蛋白质
底物被催化→A酶是RNA
(2)方案:
①酶解法:
考点1 酶的本质、作用
3、鉴定酶的本质
甲酶:核酶,化学本质为RNA
乙酶:化学本质为蛋白质
酶本质的探究,采取减法原理
用RNA酶处理甲酶和乙酶,测定该酶的活性,与本实验进行相互对照。
(2)方案:
①酶解法:
考点1 酶的本质、作用
3、鉴定酶的本质
(2)方案:
②试剂检测法:
A酶+双缩脲试剂
紫色→A酶是 .
不变化仍是蓝色→A酶是 .
蛋白质
RNA
考点1 酶的本质、作用
4、归纳常考的酶及其作用
(1)消化酶:是一类水解酶。有的由消化腺分泌到消化道中,属于胞外酶,有的则参与细胞内消化,如溶酶体中的一些酶。
淀粉酶、麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶、
脂肪酶、蛋白酶、肽酶、等。
可对应催化相关大分子的水解,如淀粉酶催化淀粉水解,蛋白酶催化蛋白质水解等。
考点1 酶的本质、作用
4、归纳常考的酶及其作用
(2)溶酶体酶
一类酸性水解酶,参与细胞内消化。溶酶体膜破坏,释放大量水解酶时,对细胞结构有破坏。如硅肺。
(3)溶菌酶:破坏细菌细胞壁中的肽聚糖。
参与非特异性免疫,噬菌体在侵染大肠杆菌时会释放溶菌酶。
(第一道防线:唾液中溶菌酶;第二道防线:体液中溶菌酶)
考点1 酶的本质、作用
4、归纳常考的酶及其作用
(4)脲酶:分解尿素的酶,专一性强。是第一个被分离提纯的酶。广泛分布于植物的种子中,但以大豆、刀豆中含量丰富。也存在于动物血液和尿中。某些微生物也能分泌脲酶。
CO(NH2)2+H2O
脲酶
CO2 + 2NH3
P一79
酚红:呈红色
(5)过氧化氢酶:过氧化氢酶存在于动植物细胞中,特别在动物肝脏浓度最高。将有毒的过氧化氢分解为水和氧气。
2H2O2
过氧化氢酶
2H2O + O2
考点1 酶的本质、作用
4、归纳常考的酶及其作用
(6)酪氨酸酶:催化酪氨酸转变为黑色素的关键酶
白化病是由于缺乏酪氨酸酶基因
老年白发是由于细胞衰老,酪氨酸酶活性下降。
白癜风主要是由于血液中存在酪氨酸酶抗体或酪氨酸合
成障碍等,导致皮肤局部黑色素生成减少,出现
白斑。
(7)中心法则中的酶:
DNA复制:以DNA为模板的DNA聚合酶(催化单个脱氧核苷酸聚合到
DNA片段上形成脱氧核苷酸链,作用部位是磷酸二酯键。)
逆转录:以RNA为模板的DNA聚合酶(即逆转录酶)
转录:以DNA为模板的RNA聚合酶(催化单个核糖核苷酸聚合到RNA
片段上形成核糖核苷酸链,作用部位是磷酸二酯键,还可使DNA中的氢键断裂)
RNA复制:以RNA为模板的RNA聚合酶(即RNA复制酶)
端粒酶:一种由催化蛋白和RNA模板组成的酶,可合成由于DNA而缺
失的染色体末端的DNA,具有逆转录酶活性。端粒酶在干细胞
和生殖细胞中有活性,在体细胞中没有活性。在肿瘤中被重新
激活,从而使癌细胞具备无限增殖的条件。
核酸水解酶:
DNA酶
〈
DNA水解
RNA水解
RNA酶
〈
可用于遗传物质化学本质探究(如艾弗里实验中用到的DNA酶)
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02
考点1 酶的本质、作用
4、归纳常考的酶及其作用
(8)纤维素酶、果胶酶:主要用于破坏植物细胞壁。用于制备植物细胞的原生质体。
纤维素
葡萄糖
纤维素酶
果胶
半乳糖醛酸
果胶酶
限制酶 DNA连接酶 DNA聚合酶
(9)基因工程中的酶
考点1 酶的本质、作用
5.酶和激素、神经递质、抗体的比较:
催化
调节
提醒:酶是活细胞产生的,激素是一些特殊细胞产生的,能产生激素的细胞也能产生酶,但能产生酶的细胞不一定能产生激素。
酶和激素在生物体内均属高效能物质,即微量、高效、生物代谢不可缺少
考点2 酶的作用机理
①概念:
②主要场所:
③特点:
叶绿体:CO2+H2O (CH2O) +O2
光能
酶
线粒体: C6H12O6+6H2O+O2 6CO2+12H2O+能量
酶
核糖体: 氨基酸 多肽
酶
脱水缩合
细胞中每时每刻进行的化学反应的统称
细胞质基质
一般都需要酶催化
(细胞代谢离不开酶)
正是由于酶的催化作用,细胞代谢才能在温和条件下快速有序地进行。
1、细胞代谢
考点2 酶的作用机理
2、酶的作用机理分析
分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能
(1)活化能:
常态
活跃状态
活化能
(2)酶的作用机理:
降低化学反应的活化能
(3)酶的作用:
催化作用
考点2 酶的作用机理
数学模型
A
B
C
无催化剂曲线:______
酶促反应曲线:______
无催化剂化学反应所需活化能:______
酶促反应所需活化能: ______
无机催化剂催化时化学反应所需活化能: ______
曲线A
曲线C
E3
E2
E1
2、酶的作用机理分析
考点2 酶的作用机理
数学模型
A
B
C
酶降低的活化能: ______
无机催化剂降低的活化能:______
此反应是:__________(吸能反应or放能反应)
无论是否有催化剂催化,反应的最终结果是____
E2—E3
E2—E1
Q:加热能提升化学反应速度,其作用机理与酶相同吗?
不同。加热能提高反应物分子的能量,不能降低活化能。
放能反应
不变
2、酶的作用机理分析
考点2 酶的作用机理
(3)酶与无机催化剂的区别:
①催化机理相同,都是降低化学反应的活化能,酶降低活化能的作用更显著。
②不改变反应的平衡点,不改变反应的方向和生成物的量,不为反应提供物质和能量,只是缩短到达平衡点的时间
③在反应前后催化剂数量和性质不变,一段时间内可以重复利用。
2、酶的作用机理分析
考点2 酶的作用机理
3、实验探究:比较过氧化氢在不同条件下的分解
①实验原理
细胞代谢是细胞生命活动的基础,但细胞代谢中也会产生代谢废物,甚至会产生对细胞有害的物质,如过氧化氢,细胞中有过氧化氢酶,能将过氧化氢及时分解为氧气和水。新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。
2H2O2
2H2O + O2 ↑
不同条件
加热/Fe3+/过氧化氢酶
考点2 酶的作用机理
②实验目的
通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢,了解过氧化氢酶的作用。
可用以下观察指标表示:
观察单位时间内产生气泡的多少
观察带火星的卫生香的复燃情况
3、实验探究:比较过氧化氢在不同条件下的分解
考点2 酶的作用机理
③材料用具
新鲜的质量分数为20%的肝脏(如猪肝、鸡肝)研磨液
质量分数为3%的FeCl3溶液
新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液
材料:
用具:
量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、酒精灯
试管夹、大烧杯、三脚架、石棉网、温度计
3、实验探究:比较过氧化氢在不同条件下的分解
考点2 酶的作用机理
④实验过程及结果
自变量
因变量:H2O2分解速率
无关变量
因变量
无关变量
3、实验探究:比较过氧化氢在不同条件下的分解
考点2 酶的作用机理
1与2对照:
⑤实验分析
加热能促进过氧化氢的分解,提高反应速率。(为反应提供能量)
1与3对照:
FeCl3在常温下能促进过氧化氢的分解,提高反应速率。(催化作用)
1与4对照:
过氧化氢酶在常温下能促进过氧化氢的分解,提高反应速率。(催化作用)!!有无酶作催化剂只能证明酶是否具催化作用。
3、实验探究:比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)3与4相互对照:
过氧化氢酶比FeCl3的催化效率高(高效性)。
考点2 酶的作用机理
3、实验探究:比较过氧化氢在不同条件下的分解
⑥实验结论
酶和无机催化剂一样,都能催化化学反应,并且酶的催化效率远高于无机催化的催化效率。
考点2 酶的作用机理
3、实验探究:比较过氧化氢在不同条件下的分解
肝脏如果不新鲜,肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生菌的作用下分解,失去作用。
将肝脏剪碎并研磨可使肝细胞中过氧化氢酶充分释放,从而增大与过氧化氢的接触机会,以加速过氧化氢分解。
Q:实验中,为什么要选用新鲜的肝脏?为什么将肝脏剪碎、研磨成溶液,而不是直接加入整块的肝脏?
考点2 酶的作用机理
3、实验探究:比较过氧化氢在不同条件下的分解
Q:可以用同一支滴管吸取氯化铁溶液和肝脏研磨液吗?
吸取氯化铁溶液和吸取肝脏研磨液的滴管不能混用。
Q:在细胞内,能通过加热来提高反应速率吗?
不能,温度过高会造成生物的细胞死亡。
Q:2号、3号、4号试管相比,哪支试管最终产生的氧气最多,为什么?
一样多,几支试管的反应物H2O2 溶液的体积和浓度都相同
考点2 酶的作用机理
自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
➊加法原理:
与常态相比,人为增加某种影响因素。
第2组、第3组、第4组就是利用了加法原理。
4.科学方法:控制变量
考点2 酶的作用机理
➋减法原理:
与常态相比,人为去除某种影响因素。
例1:艾佛里肺炎球菌转化实验
第一组:R型活菌+S型菌的细胞提取物→混合培养
第二组:R型活菌+S型菌的细胞提取物+蛋白酶→混合培养
第三组:R型活菌+S型菌的细胞提取物+RNA酶→混合培养
第四组:R型活菌+S型菌的细胞提取物+酯酶→混合培养
第五组:R型活菌+S型菌的细胞提取物+DNA酶→混合培养
第二~五组就是利用了减法原理。
4.科学方法:控制变量
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
1.酶的特性:
(1):高效性
①内容:
与无机催化剂相比,酶的催化效率高,是无机催化剂的107~1013倍
②意义:
保证了细胞内化学反应的顺利进行,细胞内能量供应稳定
③原因:
与无机催化剂相比,酶能显著降低化学反应的活化能
④实验验证:
在相同条件下,比较FeCl3和过氧化氢酶对过氧化氢的分解速率。如图中的3和4。
高效性、专一性、作用条件温和
1.酶的特性:
⑤曲线辨析:
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
1.酶的特性:
设计思路:通过将不同类型催化剂(主要是酶与无机催化剂)催化底物的反应速率进行比较,得出结论。
⑥“对比法”验证酶的高效性
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
1.酶的特性:
①内容:一种酶只能催化一种或一类反应。
②意义:保证了细胞内化学反应有序进行
③原因:锁钥学说
(2)专一性
如:肽酶催化水解各种多肽
酶有一定的空间结构,酶在反应中与底物的关系就像钥匙和锁的关系,它们的空间结构必须相互结合形成复合物才能发生反应。
不足:不能解释酶能催化一类反应等。
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
1.酶的特性:
(2)专一性
诱导契合学说:酶的活性部位不是刚性不变的,其活性部位的形状可在结合底物时发生改变,即底物与酶活性部位结合,会诱导酶发生构象变化,使酶的活性部位变得和底物的结构互补,两者相契合,从而发挥催化功能。反应结束后,产物从酶上脱落下来,酶的活性部位又恢复至原来的构象。
Q:该模型不能体现酶的专一性。( )
×
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
1.酶的特性:
(2)专一性
④表示酶专一性的曲线
曲线分析:加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同,说明酶B对此反应无催化作用。加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快,说明酶具有 。
专一性
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
1.酶的特性:
(2)专一性
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
A.酶:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。如限制性核酸内切酶只能识别特定的脱氧核苷酸序列,并在特定位置切割两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键
B.载体:某些物质通过细胞膜时需要载体协助,不同物质所需载体不同,载体的专一性是细胞膜选择透过性的基础。
⑤扩展:具有“专一性”的物质
1.酶的特性:
(2)专一性
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
C.激素:激素特异性地作用于靶细胞、靶器官,其原因在于它的靶细胞膜或胞内存在与该激素特异性结合的受体。
D.抗体:一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合。
E.神经递质:由突触前膜释放,作用于突触后膜,产生抑制或兴奋
F.tRNA:tRNA有62种,每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
⑤扩展:具有“专一性”的物质
1.酶的特性:
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
(3)酶的作用条件较温和(温度、pH)
酶活性受温度影响示意图
酶活性受pH影响示意图
③在 ____条件下,酶的活性最高。温度或pH偏高或偏低,酶活性都会降低。
① 使酶失活,原因是 。
② 可降低酶的活性,但酶的空间结构稳定,在适宜温度下酶活性会升高,可恢复活性。酶适于_______条件保存。
高温、过酸、过碱
低温
酶的空间结构遭到破坏
低温
最适温度和pH
(酶变性失活不可逆)
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
一般来说,动物体内的酶最适温度在35~40℃;植物体内的酶最适温度在40~50℃;细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大,有的酶最适温度可高达70℃。
动物体内的酶最适pH大多在6.5~8.0,但也有例外,如胃蛋白酶的最适pH为1.5;胰蛋白酶最适pH接近8;植物体内的酶最适pH大多为4.5~6.5。
判断:麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度低。( )
×
酸既能催化蛋白质水解,也能催化脂肪水解,还能催化淀粉水解。( )
√
人体:唾液淀粉酶:pH:6.7-6.9
脂肪酶:pH:8.2-8.5
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
2.影响酶促反应速率的因素
①酶促反应
由酶催化的化学反应,生物体内的化学反应绝大多数属于酶促反应。
②酶促反应速率
单位时间内反应物剩余量或产物的生成量的改变量。
酶促反应速率 ≠ 酶活性
影响酶促反应的因素
影响酶的活性
不影响酶活性
pH
酶抑制剂、酶激活剂
底物浓度
酶浓度
温度
生成物浓度
Q:温度、pH、酶浓度可以改变反应速率,提高产物的量( )
不能提高产物的量
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
2.影响酶促反应速率的因素
温度
a
酶促反应速率
甲
pH
b
酶促反应速率
乙
酶浓度
酶促反应速率
底物充足
丁
底物浓度
c
酶促反应速率
丙
A
B
O
甲图温度从a降低或升高,酶促反应速率均______。
乙图pH从b降低或升高,酶促反应速率均______。
底物浓度
下降
下降
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
2.影响酶促反应速率的因素
温度
a
酶促反应速率
甲
pH
b
酶促反应速率
乙
酶浓度
酶促反应速率
底物充足
丁
底物浓度
c
酶促反应速率
丙
A
B
O
OA:限制因素:
底物浓度
AB段限制因素:
受到酶数量和酶活性的限制
丙图底物浓度为 时,酶促反应速率达到最大值,因为酶已饱和。
丁图在底物充足、其他条件适宜条件下,酶促反应速率与酶浓度成 。
c
正比
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
2.影响酶促反应速率的因素
酶
反应物
思考:丙图达到平衡后再加入一定量的酶,曲线应该怎么变?
酶促反应速率
生成物浓度
在一定范围内,随着生成物浓度的增大,酶促反应速率减慢。
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
2.影响酶促反应速率的因素
温度的变化 影响酶的最适pH
pH的变化 影响酶的最适温度
注意: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
不会
不会
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
2.影响酶促反应速率的因素
①竞争性抑制剂
(抑制剂与底物竞争酶)
如图,抑制剂的结构与酶的活性中心相似,当抑制剂与酶结合时,就阻止了底物与酶结合。
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概率降低,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。
(1)酶的抑制剂:
使酶的活性下降或丧失,但不会使酶完全变性。
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
2.影响酶促反应速率的因素
(1)酶的抑制剂
②非竞争性抑制剂
非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合,使酶分子形状发生了变化,从而使酶的活性部位功能丧失。由于非竞争性抑制剂不与底物竞争,因此,其抑制作用不能通过增加底物的浓度来抵消其抑制作用。
(2)酶的激活剂:可以提高酶活性,但不是酶活性所必须的。
考点3 酶的特性及影响因素曲线的分析
2.影响酶促反应速率的因素
【拓展】酶的激活
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。
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。
大部分激活剂是无机盐离子:
K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cl-、I-等。
考点4 酶的应用
1.溶菌酶
溶解细菌细胞壁,具有抗菌消炎的作用。在临床上与抗生素混合使用,能增强抗生素的疗效。
2.加酶洗衣粉
蛋白酶——血渍、奶渍
脂肪酶——油渍
淀粉酶、纤维素酶
3.含酶牙膏
残留在牙缝里的食物残渣是细菌的美食,也导致龋齿的祸根。含酶牙膏可以分解细菌,使我们的牙齿亮白、口气清新。
考点4 酶的应用
4.多酶片
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,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。
例:下图表示在最适温度和最适pH条件下,反应物浓度等与酶促反应速率的关系。不正确的是( )
A.形成曲线c的原因可能是
乙点时酶量增加或适当升温所致
B.限制曲线b的AB段反应速度的主要因素为反应物浓度
C.曲线a可表示酶量减少后的底物浓度和反应速率关系
D.若适当升高温度条件下重复该实验,图中A点位置将下降
A
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02
50
【答案】A
【解析】曲线b表示在最适温度和最适pH条件下反应物浓度等与酶促反应速率的关系,适当提高温度,酶活性会下降,反应速率下降,因此形成曲线c的原因不可能是适当升温。
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考点:探究酶的高效性、专一性及影响酶活性的因素
第八讲:
降低化学反应活化能的酶
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51
实验设计中的变量分析
施加干扰
操纵
人为改变的变量
(要研究的变量)
因(随)自变量的变化而发生变化的变量
观察现象
测量数据
捕获
实验过程可能还会存在一些可变因素,对实验的结果造成影响
随机分组
设置对照
条件适宜
重复实验
控制
1.如何验证酶具有催化作用
请说出下列实验的实验设计思路。
自变量?因变量?
实验组: 对照组:
反应物+相应的酶
反应物+等量的蒸馏水
反应物+等量的无机催化剂
→反应速率
反应物+相应的酶
自变量:
因变量:
底物的反应速率
催化剂的类型
自变量:
因变量:
底物的反应速率
是否有酶
FeCl3溶液
过氧化氢酶
2mL的H2O2
→反应速率
实验组: 对照组:
→反应速率
→反应速率
1
2
实验设计
2.如何验证酶具有高效性
53
实验设计
方案二
方案一
实验组: 底物 + 相应酶液
对照组:另一底物 + 相同酶液
底物被分解
底物不被分解
实验组: 底物 + 相应酶液
对照组:相同底物 + 另一酶液
底物被分解
底物不被分解
3.如何验证酶具有专一性
底物相同,酶不同(等量)
底物不同,酶相同
材料:淀粉、蔗糖、淀粉酶、蔗糖酶
淀粉 ?
淀粉 ?
淀粉酶
蔗糖酶
淀粉 ?
蔗糖 ?
淀粉酶
淀粉酶
①设计思路:
鉴别试剂:斐林试剂
鉴别试剂:斐林试剂、碘液
54
②操作示例:探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
试管编号 1 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 ℃水浴保温5 min
新配制的斐林试剂 2 mL 2 mL
沸水浴煮沸1 min
实验现象
实验结果:
实验结论:
1号试管有砖红色沉淀生成,2号试管不出现砖红色沉淀。
有砖红色沉淀
没有砖红色沉淀
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
55
②操作示例:探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
试管编号 1 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 ℃水浴保温5 min
新配制的斐林试剂 2 mL 2 mL
沸水浴煮沸1 min
实验现象
有砖红色沉淀
没有砖红色沉淀
上述实验中 (填“能”或“不能”)用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂,因为__________________________________________________________________________。
不能
碘液只能检测淀粉是否被水解,而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色
56
③改进实验设计
步骤 项目 1 2 3 4 5 6
1 加淀粉溶液 2mL 2mL 2mL
2 加蔗糖溶液 2mL 2mL 2mL
3 加淀粉酶 1mL 1mL
4 加蔗糖酶 1mL 1mL
5 保温 各自在60℃下保温5min
6 加斐林试剂 各加入2mL斐林试剂
7 沸水浴加热
观察颜色
8
沸水浴1min
无砖
红色
无砖
红色
有砖
红色
无砖
红色
无砖
红色
有砖
红色
C.实验结论:
淀粉酶只能催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解
蔗糖酶只能催化蔗糖水解,不能催化淀粉水解 酶具有专一性。
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02
探究酶的最适温度或pH——梯度法
①设计方案
组别编号 1 2 … n
实验材料 等量的同种底物
温度(pH) T1(a1) T2(a2) … Tn(an)
衡量指标 相同时间内,各组酶促反应中______________________或底物剩余量的多少
实验结论 生成物量最多的一组或底物剩余量最少的一组所处温度(或pH)为最适温度(或pH)
生成物量的多少
4.探究酶的作用条件温和
②探究温度对酶活性的影响实验示例
A.实验材料及试剂:
淀粉、淀粉酶
Q:不选H2O2作为反应底物、不选过氧化氢酶的原因?
H2O2不稳定,受热易分解,此时用O2产生速率已不能准确反映酶的活性大小。
碘液
Q:不选用斐林试剂进行鉴定的原因?
斐林试剂检测需要水浴加热,温度本身是自变量,会造成干扰。
4.探究酶的作用条件温和
59
②探究温度对酶活性的影响实验示例
4.探究酶的作用条件温和
Q:在探究温度对蛋白酶活性的影响实验中,宜选用 (填“蛋白质溶液”或“蛋白块”)作为反应底物,同时探究酶活性的观测指标是_______________________________________。
相同时间内蛋白块体积的变化
探究材料是蛋白酶和蛋白质时,不能用双缩脲试剂检测,所以宜选用蛋白块作为反应底物
蛋白块
60
B.实验原理:
蓝色
淀粉
麦芽糖
碘液
淀粉酶
碘液
无蓝色出现
注意:先分别在预设的温度中保温一段时间后再混合。
原因:保证反应温度为预设温度,因为一旦酶和底物接触,就会在当前室温条件下进行反应。
温度影响酶的活性,从而影响淀粉的水解速率。淀粉遇碘液变蓝,根据是否出现蓝色或蓝色的深浅来判断酶活性大小。
Q:如果不论什么温度均不出现蓝色?
酶未失活的前提,有可能是反应时间过长或加入的底物太少或酶量较多(酶具有高效性)导致实验失败。
②探究温度对酶活性的影响实验示例
4.探究酶的作用条件温和
61
自变量?
温度
取6支试管,分别编号为1与1′、2与2′、3与3′,并分别进行以下操作。
试管编号 1 1′ 2 2′ 3 3′
实验步骤 一 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液
二 在冰水中水浴5 min 在60 ℃温水中水浴5 min 在沸水中水浴5 min
三 1与1′试管内液体混合,摇匀 2与2′试管内液体混合,摇匀 3与3′试管内液体混合,摇匀
实验步骤 四 在冰水中水浴数分钟 在60 ℃温水中水浴数分钟 在沸水中水浴数分钟
五 取出试管,分别滴加2滴碘液,摇匀,观察现象
实验现象
结论 酶发挥催化作用需要适宜的温度条件,温度过高或过低都会影响酶活性
不能,在各自所控制的温度下保温一段时间再混合
(1)二、三步顺序能换吗?
(2)第四步的目的?
确保底物和酶在各自所控制的温度下起作用
呈蓝色
呈蓝色
无蓝色出现
②探究温度对酶活性的影响实验示例
62
A.实验材料及试剂:
H2O2、过氧化氢酶
Q:先往试管加入酶溶液还是底物?
反应条件的控制应在酶和底物混合之前;另外一般体积最大的物质先加入,对反应条件敏感的试剂最后加入。
④探究pH对酶活性的影响实验示例
4.探究酶的作用条件温和
根据过氧化氢的分解速率,判断在不同pH条件下过氧化氢酶的活性大小,进而得出pH对酶活性的影响。
B.实验原理:
2H2O2 2H2O+O2
过氧化氢酶
不宜选用淀粉和淀粉酶作为实验材料,因为在酸性条件下淀粉分解会加快,从而影响实验结果。
63
序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
1 注入等量的过氧化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴
2 注入等量的不同pH的溶液 1 mL蒸馏水 1 mL 5%的HCl 1 mL 5%的NaOH
3 注入等量的体积分数为3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL
4 观察实验现象
5 将带火星的卫生香插入试管内(液面的上方) 燃烧 。 燃烧较弱 燃烧较弱
无明显气泡产生
无明显气泡产生
有大量气泡产生
(1)实验结论:
(2)2、3步顺序能换吗?
酶的催化作用需要适宜的pH,pH偏高或偏低都会影响酶的活性
剧烈
不能,确保底物和酶在对应pH条件下起作用
④探究pH对酶活性的影响实验示例
64
实验步骤和结果检测的注意事项:
①在探究温度对酶活性的影响实验中,底物和酶溶液应先分别在预设的温度中保温一段时间后再混合,原因:保证反应从一开始就是预设的温度。否则一旦酶和底物接触,就会在当前室温条件下进行反应。
②在探究pH对酶活性的影响实验中,宜先保证酶的最适温度(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,不宜在达到预设pH前让反应物与酶接触。
③若选择淀粉和淀粉酶来探究温度对酶活性的影响,检测底物被分解的试剂宜选用碘液,不能选用斐林试剂,因为用斐林试剂鉴定时需要水浴加热,而该实验中需严格控制温度。
教材隐性知识:(1)源于必修1 P84“相关信息”:已知胃蛋白酶的最适pH为1.5,小肠液的pH约为7.6,胃蛋白酶随食糜进入小肠后还能发挥作用吗?为什么?
提示: 不能。因为没有了适宜的pH,胃蛋白酶活性大大下降甚至失活,不再发挥作用。
(2)源于必修1 P85“科学·技术·社会”:溶菌酶能够溶解细菌的_______,具有抗菌消炎的作用。在临床上与抗生素混合使用,能增强抗生素的疗效。
细胞壁
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02
除作为自变量的因素外,其余因素(无关变量)都保持一致,并将结果进行比较的实验叫作对照实验。
对照实验:
不是所有生物实验都是对照实验,如观察类实验(观察叶绿体等)
67
1.实验设计的基本原则
(1)科学性原则
所谓科学性原则,是指实验的原理要符合科学原理,实验结果的预期有科学依据,实验的各个环节不能偏离生物学基本知识和基本原理,以及其他科学领域的基本原则。
科学性原则具有两个方面的含义:
首先,必须保证实验的设计不出现科学性错误;
其次,实验设计要具有科学思想和科学方法的因素。
具体地说,科学性原则体现在以下几个方面:实验原理的科学性、实验方法的科学性、实验材料选择的科学性、实验结果处理的科学性及实验结果分析的科学性等。
1.实验设计的基本原则
(2)单一变量原则
单一变量原则可使实验中的复杂关系简单化,使结果更准确。
其含义包括:
①不论一个实验有几个实验变量,都应做到一个变量对应观测一个反应变量;
②实验中要尽可能避免无关变量的干扰。
这一原则强调实验组和对照组只有一个量是不同的,实验组和对照组的结果差异只能是由这个单一变量导致的,从而证明实验组变量的作用。因此,在进行实验设计时,要首先确定实验变量并正确设置。
1.实验设计的基本原则
(3)等量性原则
该原则是指要严格地操纵自变量,以获取因变量,无关变量应相同或等量,以消除无关变量干扰。
1.实验设计的基本原则
(4)对照原则
对照原则是中学实验中最常用的原则。通过设置对照实验,既可排除无关变量的干扰,又可增加实验结果的可信度和说服力。
在一个对照实验中,可包括实验组和对照组。实验组是接受自变量处理的对象组,对照组是不接受自变量处理的对象组,一般是随机决定的。常用的对照组类型有空白对照、自身对照、条件对照、相互对照等几种。
1.实验设计的基本原则
(4)对照原则
空白对照
不给予实验因素处理的对象组
目的:确保实验结果的差异由实验因素引起,排除无关变量对实验结果的干扰,增强实验的说服力。
项目 实验因素 非实验因素 实验结论
实验组 施加 条件完全一致且适宜 如果实验结果存在差异则说明这种差异由施加的实验因素引起;如果实验结果一致,则施加的实验因素对实验结果没有影响。
空白对照组 不施加
1.实验设计的基本原则
(4)对照原则
空白对照
不给予实验因素处理的对象组
例1: “探究pH对淀粉酶活性的影响”的实验中,1号试管加1 ml蒸馏水,2号、3号试管分别加等量的NaOH、HCl溶液。1号试管即为典型的空白对照。
空白对照组有的是加入蒸馏水、有的是加入生理盐水,有的什么都不加,其关键是确保单一变量。在一个实验中空白对照组通常只有一个,实验组可能存在多个。空白对照组的实验结果往往是已知的,实验组是已知还是未知,由实验的类型即验证性试验和探究性实验决定。
例2:探究胰岛素的生理作用实验中,对小鼠进行饥饿处理后,注射胰岛素的为实验组,注射等量生理盐水的为对照组
1.实验设计的基本原则
(4)对照原则
自身对照
即对照组和实验组在同一实验对象上进行,不再设置新的对照组
对照组:实验操作前的状态和现象
实验组:实验操作后的状态和现象
1.实验设计的基本原则
(4)对照原则
相互对照
不单独设对照组,而是几个实验组互为对照,其中每一组既是实验组也是对照组,由此得出相应的实验结论。
实例2:探究温度、pH对酶活性影响的实验中,各组既是实验组,又是其他组的对照组
实例1:将两个相同大小的植物分别放在光照和无光照的环境中,分别测量它们的氧气和二氧化碳的释放量,观察它们的光合作用和呼吸作用的差异。
P92
1.实验设计的基本原则
(4)对照原则
条件对照
指虽给对象施以某种实验处理,但这种处理不是实验目的中所指向的实验变量,而是相反作用的处理,或具有相同结果的处理,从而突出实验变量的作用结果或从中推导其作用原理,这种处理是作为对照意义的。
实验组:实验变量处理
对照组:
相反的处理
(加入抑制因素)
类似或相关处理
(相同原理或产生相同结果)
例:探究甲状腺激素的生理作用实验中,实验组为饲喂甲状腺激素,空白对照为一饲喂等量生理盐水,可以再增加一组对照组,饲喂甲状腺激素抑制剂,即条件对照,这样可以增加实验的说服力
1.实验设计的基本原则
(4)对照原则
阳性对照
是指给对照组施以已经被证明是一种有效的处理因素。用以确定自变量处理后,是否会引起因变量的变化(定性),以及引起因变量的变化程度(定量)。
例1:在“探究某种中草药对糖尿病的治疗效果”实验中,注射胰岛素组就是阳性对照组。
例2:在“探究淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用”实验中,加入可溶性淀粉溶液的试管作为阳性对照组,加入蔗糖溶液的试管作为实验组,由此可以证明唾液淀粉酶具有专一性。
例3:在“研究一种新的抗生素的作用”实验中,可以用已经被证明有抗菌作用的青霉素作为阳性对照,以确定新的抗生素的抗菌效果。
【阴性对照】阴性对照和阳性对照相反,按照当前的实验方案一定不能得到正面预期结果的对照实验。排除未知变量对实验产生的不利影响。阴性对照和空白对照不一定画等号。空白对照没加处理因素,阴性对照往往加的是另外处理因素。
77
1.实验设计的基本原则
(4)对照原则
标准对照
生物生理、生化的某些项目都有相应的标准,将观察测定的实验数值与规定的标准值比对,以确定实验结果。这就是生物学中常用的用已知测未知思维。
例1:在“泡菜中亚硝酸盐含量的测定”实验中,配置的标准显色液就是标准对照。
例2:医院的化验单中给出的参考值范围就属于标准对照。
例3:在“探究某一基因的表达量在某因素处理前后的变化”实验中,通常要同时测定另一稳定表达的基因表达产物的量作参照,避免取样量、测定方法等对实验结果的干扰。
1.实验设计的基本原则
(5)平行重复原则
任何实验都必须能够重复,在同样条件下重复,实验结果应该一致或相近。实验设计时,可以通过在一组实验中同时处理多个材料,对实验结果求平均值,保证实验结果的可信度。
(6)随机性原则
实验设计中的随机性原则是指被研究的样本是从总体或群体中随机抽取的。这样做可以:①消除或减少系统误差,使显著性测验有意义;②平衡各种条件,避免实验结果出现误差。
2.控制实验变量的三个原则
实验变量 控制原则 实例
自变量 单一变
量原则 探究温度对酶活性的影响实验中只有温度一个自变量
无关变量 等量适
宜原则 探究温度对酶活性的影响实验中,pH为无关变量,实验时,各组pH不但要相同,还要适宜
因变量 可观测
性原则 探究温度对酶活性的影响实验中,根据淀粉遇碘变蓝的颜色反应将不可观测的反应直观地显现出来,便于实验结果的观测
1.(2022·广东,13)某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究,结果见下表。下列分析错误的是
组别 pH CaCl2 温度(℃) 降解率(%)
① 9 + 90 38
② 9 + 70 88
③ 9 - 70 0
④ 7 + 70 58
⑤ 5 + 40 30
注:+/-分别表示有/无添加,反应物为Ⅰ型胶原蛋白。
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02
组别 pH CaCl2 温度(℃) 降解率(%)
① 9 + 90 38
② 9 + 70 88
③ 9 - 70 0
④ 7 + 70 58
⑤ 5 + 40 30
A.该酶的催化活性依赖于CaCl2
B.结合①②组的相关变量分析,自变量为温度
C.该酶催化反应的最适温度为70 ℃,最适pH为9
D.尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物
C
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02
2.(2020·北京,4)用新鲜制备的含过氧化氢酶的马铃薯悬液进行分解H2O2的实验,两组实验结果如图。第1组曲线是在pH=7.0、20 ℃条件下,向5 mL 1%的H2O2溶液中加入0.5 mL酶悬液的结果。与第1组相比,第2组实验只做了一个改变。第2组实验提高了
A.悬液中酶的浓度
B.H2O2溶液的浓度
C.反应体系的温度
D.反应体系的pH
B
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02
3.(2022·全国乙,4)某种酶P由RNA和蛋白质组成,可催化底物转化为相应的产物。为探究该酶不同组分催化反应所需的条件,某同学进行了右列5组实验(表中“+”表示有,“-”表示无)。
实验组 ① ② ③ ④ ⑤
底物 + + + + +
RNA组分 + + - + -
蛋白质组分 + - + - +
低浓度Mg2+ + + + - -
高浓度Mg2+ - - - + +
产物 + - - + -
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02
实验组 ① ② ③ ④ ⑤
底物 + + + + +
RNA组分 + + - + -
蛋白质组分 + - + - +
低浓度Mg2+ + + + - -
高浓度Mg2+ - - - + +
产物 + - - + -
根据实验结果可以得出的结论是
A.酶P必须在高浓度Mg2+条件下才具有催化活性
B.蛋白质组分的催化活性随Mg2+
浓度升高而升高
C.在高浓度Mg2+条件下RNA组分具有催化活性
D.在高浓度Mg2+条件下蛋白质组
分具有催化活性
B
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02
4.(2022·湖南,3)洗涤剂中的碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象,部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活。此外,加热也能使碱性蛋白酶失活,如图所示。下列叙述错误的是
A.碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活
B.加热导致碱性蛋白酶构象改变是不可逆的
C.添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗
涤剂的去污效果
D.添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量,
减少环境污染
B
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02
例.温度会影响酶促反应速率,其作用机理可用下图坐标曲线表示。其中a表示底物分子具有的能量,b表示温度对酶空间结构的影响,c表示酶促反应速率与温度的关系。下列说法正确的是( )
A.随着温度的升高,底物分子具有的活化能增加
B.处于曲线c中1、2位点酶分子活性是相同的
C.酶促反应速率是底物分子的能量与酶空间结构共
同作用的结果
D.酶适于低温保存,原因是底物分子的能量低
C
底物分子具有的能量增加
酶促反应速率相等,但酶分子活性不一定相同,
低温只是抑制酶活性,不会使酶变性失活
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02
例:过氧化物酶能分解H2O2,氧化焦性没食子酸呈橙红色。为探究白菜梗中是否存在过氧化物酶,设计实验如下表。下列相关叙述正确的是( )
A.1号管为对照组,其余不都是实验组
B.2号管为对照组,其余都为实验组
C.若3号管显橙红色,无需对照就能证明白菜梗中存在过氧化物酶
D.若4号管不显橙红色,可证明白菜梗中无过氧化物酶
管号 1%焦性没食子酸/mL 2%H2O2/mL 缓冲液/mL 过氧化物酶溶液/mL 白菜梗提取液/mL 煮沸冷却后的白菜梗提取液/mL
1 2 2 2 — — —
2 2 2 — 2 — —
3 2 2 — — 2 —
4 2 2 — — — 2
A
1、2、4为对照组
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02
解析:选A 根据实验目的“探究白菜梗中是否存在过氧化物酶”,可确定加入白菜梗提取液的3号管为实验组,1号、2号和4号管都为对照组;若3号管显橙红色,还需要与2号管、4号管对照才能证明白菜梗中存在过氧化物酶;若4号管不显橙红色,可能是因为高温使过氧化物酶失活,而不能证明白菜梗中不存在过氧化物酶。
例:猪笼草是一种食虫植物,为了验证猪笼草分泌液中有蛋白酶,某学生设计了两组实验,如图所示,在35 ℃水浴中保温一段时间后,甲、乙试管中加入适量的双缩脲试剂,丙、丁试管中不加任何试剂,下列对实验现象的预测正确的是( )
A.甲和乙中溶液都呈紫色;丙和丁中蛋白块消失
B.甲中溶液呈紫色,乙中溶液不呈紫色;丙中蛋白块消失,丁中蛋白块不消失
C.甲和乙中溶液呈紫色;丙中蛋白块消失、丁中蛋白块不消失
D.甲和乙中溶液都不呈紫色;丙中蛋白块消失、丁中蛋白块不消失
E. 只需实验②就可以证明分泌液中含有蛋白酶
C
E
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02
例.端粒酶由RNA和蛋白质组成,该酶能结合到端粒上,以自身的RNA为模板合成端粒DNA的一条链。下列叙述正确的是( )
A.大肠杆菌拟核的DNA中含有端粒
B.端粒酶中的蛋白质为RNA聚合酶
C.正常人细胞的每条染色体两端都含有端粒DNA
D.正常体细胞的端粒DNA随细胞分裂次数增加而变长
C
端粒存在于真核生物染色体末端
可能为逆转录酶
保证染色体的完整性
短
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02
例:用某种酶进行有关实验的结果如下图所示,错误的是( )
A.该酶的最适催化温度不确定
B.图2和图4能说明该酶一定不是胃蛋白酶
C.由图4实验结果可知酶具有高效性
D.由图3实验结果可知Cl-是酶的激活剂
C
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02
1:(高考题重组)关于酶的叙述,错误的是( )
A.同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中
B.低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构
C.同一个体各种体细胞酶的种类相同、数量不同、代谢不同
D.酶既可以作为催化剂,也可以作为另一个反应的底物
E.水的跨膜运输、CO2的固定都需要酶的参与
F.酶催化效率高是因为其降低化学反应活化能的作用显著
G. 用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质,处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是RNA。
BC
E
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02
低温使分子运动减弱,从而使酶和底物结合率降低,反应速率就降低,表现出来的就是酶活性降低
92
2:(高考题重组)判断:
1.〖当温度为任一固定值时,酶的用量都会影响实验结果.( )〗
2.〖随着温度的降低,酶促反应的活化能下降.( )〗
3.〖对于一个细胞来说,酶的种类和数量不会发生变化.( )〗
4.〖同一个体各种体细胞酶的种类相同,数量不同,代谢不同.( )〗
5.〖利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液验证酶的专一性.( )〗
6.〖激素都是通过影响靶细胞内酶活性来调节细胞代谢.( )〗
7.〖代谢终产物可反馈调节酶的活性进而调节代谢速率.( )〗
8.〖利用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响.( )〗
9.〖利用胃蛋白酶、蛋清和pH值为5、7、9的缓冲液验证pH对酶活性的影响.( )〗
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