5.1降低化学反应活化能的酶课件-2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

第五章 细胞的能量供应和利用 第1节 降低化学反应活化能的酶 广东省四会市四会中学　方仲扬 长期以来，人们一直认为动物消化食物吸收营养就像磨豆腐那样——把食物磨碎后将营养过滤到体内，而不能滤过的残渣则形成粪便排出去，而不认为在消化的过程中发生了化学反应。 问题探讨 1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼做了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间后，他把小笼子取出来，发现笼内的肉块消失了。 讨论 斯帕兰扎尼在研究鹰的 消化作用 1.为什么要将肉块放在金属笼内？ 便于取出实验材料(肉块)，排除物理消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学消化。 2.是什么物质使肉块消失了？ 3.怎样才能证明你的推测？ 是胃内的化学物质将肉块分解了。 收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。 酶的发现和细胞代谢 后来，科学家发现胃液中含有大量的盐酸，于是推测盐酸是使食物分解的物质。 1835年，德国科学家施旺通过实验发现，胃腺分泌物中有一种物质，将它与盐酸混合后，对肉类的分解能力远远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。 随着对细胞研究的不断深入，人们认识到，细胞的生活需要物质和能量。能量的释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现。 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。 主要场所：细胞质基质 意义：细胞代谢是细胞生命活动的基础 常见的化学反应条件剧烈：如高温、高压、强酸、强碱等 细胞内的环境是很温和的：常温、常压、水溶液环境、pH接近中性。 在细胞较为温和的环境中，各种生化反应如何高效有序的进行呢？ 细胞中的化学反应和体外的化学反应有什么区别呢? 引用 淀粉在唾液淀粉酶的作用下，分解成了麦芽糖。引出酶 5 一、酶的作用和本质 (一)酶在细胞代谢中的作用 资料：细胞代谢是细胞生命活动的基础，但代谢也会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢，体内过氧化氢过多会导致皮肤发黄，毛发（包括头发）变白 ，会加速人体衰老。幸而细胞中含有过氧化氢酶能将过氧化氢及时分解，变成氧和水。 ☞细胞代谢离不开酶 2H2O2 2H2O + O2↑ 过氧化氢酶 下面我们就以“过氧化氢在不同条件下的分解”为例，探究酶的作用。 探究·实践 比较过氧化氢在不同条件下的分解 1.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。 观察指标： 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 2.实验原理 2H2O2 2H2O + O2 反应条件 加热是化学反应的常见条件 Fe3+是无机催化剂 新鲜的肝脏中含有过氧化氢酶 不同条件 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 (1)材料： (2)用具： 量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、酒精灯等 “新鲜的肝脏”—H2O2酶数量多、活性强 “研磨液”—增加H2O2酶与反应物的接触面积 步骤 试管编号 1 2 3 4 一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3% 剂量 2ml 2ml 2ml 2ml 二 反应条件 常温 90℃ FeCl3 新鲜肝脏研磨液 剂量 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴 结果 气泡产生 卫生香燃烧 4.实验设计及现象 2ml H2O2溶液 1号 2滴FeCl3溶液 2滴肝脏研磨液 2号 2ml H2O2溶液 90℃水浴 3号 2ml H2O2溶液 3号 4号 4号 气泡：几乎无 少量 较多 大量 复燃不明显 明显 步骤 试管编号 1 2 3 4 一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3% 剂量 2ml 2ml 2ml 2ml 二 反应条件 常温 90℃ FeCl3 新鲜肝脏研磨液 剂量 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴 结果 气泡产生 卫生香燃烧 4.实验设计及现象 不明显 少量 较多 大量 / / 不明显 复燃明显 思考：2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的O2 最多，为什么？ 一样多，几支试管的H2O2 溶液的体积和浓度都相同 1. 与1号试管相比，2号试管出现了什么不同的现象？这一现象说明什么？ 🤔 讨论 2号试管放出的气泡多，这一现象说明加热促进过氧化氢的分解，提高反应速率。 2. 在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？ 不能 FeCl3溶液 新鲜肝脏研磨液 3. 3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？ 说明FeCl3中的Fe3+和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。 4. 3号试管与4号试管相比，哪支试管中反应速率快？这说明什么？为什么说酶对细胞内化学反应的顺利进行至关重要？ 4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。 5.分析实验，得出结论 FeCl3溶液 新鲜肝脏研磨液 1与2对照→加热能促进H2O2的分解(为反应提供能量) 1与3对照→FeCl3在常温下能促进H2O2的分解(催化作用) 1与4对照→H2O2酶在常温下能促进H2O2的分解(催化作用) 3与4对照→H2O2酶比FeCl3的催化效率高 实验结论：酶具有催化作用，同无机催化剂相比，酶的催化效率更高 科学方法 控制变量和设计对照实验 ①变量：实验过程中变化的因素称为变量。 ②自变量：实验过程中，人为控制的对实验对象进行处理的因素叫做自变量。如:“加热、加Fe3+、加肝脏研磨液”。 ③因变量：因自变量改变而变化的变量叫做因变量。如:“H2O2分解速率” ④无关变量：除自变量外，实验中还存在的一些对实验结果造成影响的可变因素，叫做无关变量。如：“反应物浓度、用量、反应时间”等 (1)实验中相关变量 (2)对照实验： ①概念：除自变量的因素外，其余因素（无关变量）都保持一致，并将结果进行比较的实验。 ②原则：单一变量原则，除自变量外，其他无关变量保持相同且适宜。 ③一般需要设置对照组和实验组： 对照组： 实验组： 不进行自变量处理的一组 经过自变量处理的一组（加法或减法） 对照组 实验组 (3)对照实验设计的一般步骤 自变量 因变量 无关变量 (相同且适宜) (控制) (检测) 对照实验的目的是排除无关变量的干扰，确定自变量与因变量的关系。 根据实验目的和器材，分析实验的自变量，找出主要的无关变量，明确因变量的检测方法。 一般步骤： 第一步：分组编号，统一处理(注意“均分、实验对象状态一致”等) 第二步：控制自变量（实验组、对照组） 第三步：检测因变量（观测指标 试管编号 步骤 1 2 3 4 一 二 三 观察 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 2滴 2滴 几乎无 少量 较多 大量 / / 变亮 复燃 反应条件 无关变量 H2O2浓度 H2O2剂量 气泡产生 对照组 实验组 自变量 因变量 对照实验 变量 相同且适宜 单一变量原则 带火星的卫生香 注意：多组相同装置在相同条件下同一时间进行实验，将数据取平均值，减少偶然性。 平行重复原则 无关变量：压强，试管洁净程度，过氧化氢是否新配制等 将某植物花冠切成大小和形状相同的细条，分为a、b、c、d、e和f组(每组的细条数相等)，取上述6组细条分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，浸泡相同时间后测量各组花冠细条的长度，结果如图所示。假如蔗糖溶液与花冠细胞之间只有水分交换，则(　　) (4)对照的类型 空白对照、自身对照、相互对照、条件对照 Fe3+做催化剂 过氧化氢酶 ①空白对照 不给对照组做任何实验处理，这里的”空白”绝不是什么影响因素都不给予，而是针对实验组所要研究的实验因素给予空白。 1号试管即为空白对照 ②自身对照 对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不另设对照组。(不同处理的前后对照) 紫色洋葱鳞片叶外表皮 滴加3%的蔗糖溶液，低倍镜观察 滴加清水后，低倍镜观察 → → 制成装片， 低倍镜观察 → ③相互对照 不另设对照组，而是几个实验组之间相互对照，其中的每一组既是实验组也是其他组的对照组。 2、3、4为相互对照 Fe3+做催化剂 过氧化氢酶 幼小蝌蚪不处理 幼小蝌蚪饲喂甲状腺激素 幼小蝌蚪饲喂甲状腺抑制剂 条件对照就是给对照组施加跟自变量不同程度或反向处理，目的是与实验组形成对照。 ④条件对照 虽给对照组施以某种实验因素的处理。但这种处理是作为对照因素的，不是所要研究的实验因素。这种处理不包括实验研究给定的自变量。目的是更有效的比较实验组和对照组的结果。 空白对照 实验组 条件对照组 (二)酶的作用机理 加热能促进氧化氢分解，是因为加热使过氧化氢分子得到了能量，从常态转变成容易分解的活跃状态。 活化能 活跃状态分子的平均能量 常态分子的平均能量 1.活化能 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 2.作用机理 加热： 为反应物分子提供能量(活化能），使其达到活跃状态 Fe3+： 降低化学反应的活化能 酶： 与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高 反应物 产物 反应过程 能量 活化能 没有催化剂 无机催化剂 酶 3.意义：使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。 (1)无催化剂时，反应所需的活化能是 段 (2)有酶催化时，反应所需的活化能是 段 (3)ab段表示：_________________ (4)cd段的含义：_____________________ (5)此反应是：__________(吸能反应or放能反应) (6)若将酶改为无机催化剂催化，则b点在纵轴上将 移动 酶降低的活化能 反应前后的能量变化 向上 ac bc 放能反应 【思考】 4.酶与无机催化剂的共性 (1)降低化学反应的活化能，使反应速率加快，缩短达到平衡点的时间。 (2)反应前后性质、数量不变。 (3)只改变反应速率，不改变反应平衡点。（即产物的总量不变） 有催化剂 无催化剂 (三)酶的本质 1.探索历程 巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。 发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某种物质起作用。 引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用 酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起到催化作用，就像在活酵母细胞中一样，并把这种物质称为酿酶。 巴斯德（显微镜观察） 李比希 毕希纳 (1)对酵母菌发酵的探索 VS (2)对酶本质的探索 萨姆纳：从刀豆中提纯脲酶，并证明其化学本质是蛋白质 发现少数RNA具有催化功能，称为核酶。 萨姆纳之后 科学家们获得胃蛋白酶，胰蛋白酶等许多酶的结晶，并证明这些酶的化学本质是蛋白质。 切赫、奥尔特曼 发现了绝大多数酶是蛋白质，少数RNA。 (1)巴斯德和李比希的观点各有什么积极的意义？各有什么局限性？ 🤔 讨论 巴斯德认为发酵与活细胞有关，是合理的；认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用，是不正确的。 毕希纳认为引起发酵的是细胞中的某些物质，是合理的；认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解才能发挥作用，是不正确的。 (2)在科学发展过程中出现争论是正常的。巴斯德和李比希之间出现争论的原因是什么？这一争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用？ 巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。 (4)萨姆纳历时9年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他取得成功靠的是什么样的精神品质？ (5)请给酶下一个比较完整的定义。 萨姆纳历时9年，用正确的科学方法，坚持不懈、百折不饶的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。 酶是活细胞产生的具有催化活性的有机物。 (3)从毕希纳的实验可以得出什么结论？ 毕希纳的实验说明，酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞一样。 🤔 讨论 2.酶的概念 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA。 化学本质 合成原料 合成场所 来源 生理功能 作用场所 作用原理 绝大多数是蛋白质 少数是RNA 氨基酸 核糖核苷酸 核糖体 主要是细胞核 酶只起催化作用，不起调节作用、也不提供能量 降低化学反应的活化能 活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都可以产生 细胞内外或生物体外均可 【思考】设计实验，探究某种酶的化学本质 (1)试剂检测法 A酶+双缩脲试剂 紫色→A酶是 . 不变化→A酶是 . 蛋白质 RNA (2)酶解法 A酶+蛋白酶 加入A酶的底物 底物没有被催化→A酶是 . 底物被催化→A酶是 . 蛋白质 RNA 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。 A 1.(2022·南京模拟)20世纪80年代，科学家发现了一种RNaseP酶，是由20%的蛋白质和80%的RNA组成的，如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2＋的浓度，则留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明(　　) A.该RNA具有生物催化作用 B.酶是由RNA和蛋白质组成的 C.酶的化学本质是蛋白质 D.绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA 2.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 C 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 练习与应用 一、概念检测 1.酶对细胞代谢起着非常重要的作用，可以降低化学反应的活化能。下列关于酶的作用特点及本质的叙述，正确的是（ ） A.酶不能脱离生物体起作用 B.酶只有释放到细胞外才起作用 C.所有的酶都是蛋白质 D.酶是具有催化作用的有机物 D 2.酶和无机催化剂都能催化化学反应。与无机催化剂相比，酶具有的特点是（ ） A.能为反应物提供能量 B.能降低化学反应的活化能 C.能在温和条件下催化化学反应 D.催化化学反应更高效 D 二、拓展应用 在本节“探究·实践”中，有同学在原有实验的基础上增加了5号和6号试管，向其中分别加入2mL过氧化氢溶液后，再向5号试管内加入2滴煮沸过的肝脏研磨液，向6号试管内加入2滴蒸馏水。这样做的目的是？ 本小节“探究·实践”涉及的自变量并非只有一个，而是包括温度和催化剂两个变量，1号试管中仅放置了过氧化氢溶液，可以起到对照作用。2号试管与1号试管的区别在于温度，3号试管和4号试管与1号试管的区别在于比1号试管多了催化剂。3号试管与4号试管之间也可以起相互对照作用。加入2滴煮沸过的肝脏研磨液的5号试管，可以与加入新鲜的肝脏研磨液的4号试管作对照；同理，加入2滴蒸馏水的6号试管可以作为3号试管和4号试管的对照组。 二、酶的特性 1.高效性 与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，是无机催化剂的107～1013 倍 (1)定义： (3)意义： 使细胞代谢快速进行 a、b相比说明酶具有高效性 (2)曲线分析： 酶只能改变反应速率，不能改变最终生成物的量。 a、c相比说明酶具有催化作用 Round1：催化效率 (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。 自变量：催化剂的种类 无机催化剂催化的化学反应的范围比较广，比如酸既能催化蛋白质的水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉的水解。 不能 酶能像无机催化剂一样，催化多种化学反应吗？ 资料2：脲酶——只能催化尿素分解。 过氧化氢酶——只能使过氧化氢分解。 肽酶——只能分解多肽，不能分解蛋白质 资料1：口腔里有唾液淀粉酶，为什么塞进牙缝里的肉丝一天后还没被消化？ Round2：催化范围 探究·实践 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 1.实验原理：淀粉和蔗糖都是非还原糖。淀粉和蔗糖在酶的作用下都能水解成还原糖。通过斐林试剂鉴定溶液中是否有还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 2.实验目的：探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 3.实验材料：质量分数为2%的淀粉酶溶液，质量分数为3%的可溶性淀粉溶液，质量分数为3%的蔗糖溶液，斐林试剂，热水。 4.假设 (1)淀粉酶既能催化淀粉水解又能催化蔗糖水解 (2)淀粉酶能催化淀粉水解不能催化蔗糖水解 (3)淀粉酶能催化蔗糖水解不能催化淀粉水解 (4)淀粉酶都不能催化水解 5.实验步骤 序号 项目 试管1 试管2 1 注入可溶性淀粉溶液 2 mL - 2 注入蔗糖溶液 - 2 mL 3 注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL 4 轻轻振荡，水浴保温 60℃ 5min 5 注入斐林试剂 2 mL 2 mL 6 水浴加热 煮沸1min 7 观察现象 砖红色沉淀 蓝色 1 2 6.实验结论： 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶具有专一性 思考：能否用碘液检测？ 不能，碘液不能检测蔗糖是否被分解 同种酶+不同底物 自变量：底物的种类 问：有没有其他验证酶具有专一性实验设计？ 序号 项目 试管1 试管2 1 注入可溶性淀粉溶液 2 mL 2 注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL - 3 注入新鲜的蔗糖酶溶液 - 2 mL 4 轻轻振荡，水浴保温 60℃ 5min 5 注入斐林试剂 2 mL 2 mL 6 水浴加热 煮沸1min 7 观察现象 砖红色沉淀 蓝色 1 2 同种底物+不同酶 自变量：酶的种类 每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 (1)定义： (2)图解： 底物浓度 反应速率 底物A + 酶A 底物A + 酶B 只有酶A能催化底物A参与的反应，说明酶具有_________ 专一性 (3)意义： 保证了细胞代谢能够有条不紊地进行 2.专一性 思考：许多无机催化剂能在高温、高压、强酸或强碱条件下催化化学反应，酶起催化作用需要怎样的条件呢？ 【资料1】 教你洗衣小绝招： ①洗前浸泡三十分钟，效果更佳 ②若衣服太脏，可适当增加用量 ③用温水浸泡效果更好，但水温不要超过60℃ 【资料2】 口腔温度和体温差不多，而当我们口腔中的唾液淀粉酶进入胃中以后，却发现，唾液不再具有催化淀粉分解的功能。提示：唾液PH6.2－7.4,胃液PH0.9－1.5 作出假设：温度和PH会影响酶的活性，酶的作用条件较温和。 Round3：起作用所需条件 探究·实践 影响酶活性的条件 酶活性：酶催化特定化学反应的能力。可用在一定条件下催化某一化学反应的速率表示。(单位时间反应物消耗量或生成物产生量) 1.探究温度对酶活性的影响（定性） 材料用具 淀粉酶溶液、淀粉溶液；过氧化氢酶溶液、过氧化氢溶液；缓冲溶液、物质的量浓度为0.01mol/L的盐酸，物质的量浓度为0.01mol/L的氢氧化钠溶液，热水，冰块，碘液，斐林试剂等。 (1)设计实验 ①选择淀粉和淀粉酶还是过氧化氢和过氧化氢酶作为本实验的实验材料？ 淀粉溶液和淀粉酶，因为加热能促进H2O2的分解速率 (1)设计实验 ②本实验的自变量是什么？如何控制自变量？ 自变量为温度，设置高温（100℃）、低温（0℃）和常温 ③因变量是什么？如何检测因变量？用斐林试剂还是碘液？ 因变量：淀粉酶的活性 用碘液检测，斐林试剂鉴定需要水浴加热，会影响实验结果。 ④怎样排除PH和其他因素等无关变量的干扰？ 无关变量应保持相同且适宜 ⑤如何保证底物和酶的温度一混合就是一样的？（即混合后温度达到我们的预设温度） 各自在相同的温度下保温，再混合 (2)实验设计思路 底物 酶 各自在所控制的温度下保温处理一段时间 底物与对应温度的酶混合 在各自所控制的温度下保温一段时间 检测因变量 注意：底物和酶先分别保温后再混合，保证反应一开始就是预设的温度 (3)实验步骤 1 2 3 4 5 6 7 2ml 2ml 2ml 1ml 1ml 1ml 0℃保温 无关变量 60℃保温 100℃保温 自变量 1、2号试管混合 3、4号试管混合 5、6号试管混合 各加入两滴碘液→振荡 无关变量 变蓝 变蓝 不变蓝 因变量 取洁净试管并编号 1 2 3 4 5 6 加3%的可溶性淀粉溶液 加2%淀粉酶溶液 水浴保温5min 淀粉酶溶液与淀粉溶液混合，摇匀（保持5min） 滴加2滴碘液、振荡 观察实验现象 结论：温度对酶的活性有影响，温度过高或过低都会降低酶的活性 进一步探究 如何找到酶的最适温度（定量）？ 思路：等梯度温度下将肉块和蛋白酶放到一起。 思路：如何获得更加准确的最适温度？ 温度 15℃ 25℃ 35℃ 45℃ 55℃ 65℃ 肉块消失时间 3h 2h 0.8h 0.8h 1.8h 4h 温度 35℃ 37℃ 39℃ 41℃ 43℃ 45℃ 肉块消失时间 0.8h 0.7h 0.4h 0.6h 0.7h 0.8h 此为预实验，能确定酶最适温度的大致值，在35℃ ～ 45℃之间 此为正式实验，能确定酶最适温度是39℃吗？ 不能 51 2.探究PH对酶活性的影响（定性） (1)设计实验 ①选择淀粉和淀粉酶还是过氧化氢和过氧化氢酶作为本实验的实验材料？ 过氧化氢和过氧化氢酶，因为在酸性条件下，酸会水解淀粉 ②本实验的自变量是什么？如何控制自变量？ 自变量为PH，通过分别加入等量的HCl、蒸馏水和NaOH来控制 ③因变量是什么？如何检测因变量？ 因变量：H2O2酶的活性 可以通过观察单位时间内气泡的多少或者卫生香复燃的情况来判断H2O2的分解速率。 (2)实验设计思路 必须在达到预设的pH条件后，再让底物与酶接触，即先调pH再混合，避免在未达到预设的pH时底物与酶接触发生反应，影响实验结果。 另外，本实验中也可以将底物与酶分别调至同一pH再混合，以保证反应开始便达到预设pH。 (3)实验步骤 试管编号 1号 2号 3号 实 验 步 骤 一 各加入肝脏研磨液2滴 二 加蒸馏水1mL 等量的 5%HCl 等量的 5%NaOH 三 各加入3%过氧化氢2mL 四 在37℃条件下反应约5min，记录气泡产生情况 实验现象 结论 有大量气泡 几乎无气泡 几乎无气泡 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 思考：二、三步顺序能换吗? (1)在最适温度和pH条件下，酶的活性最高。温度或pH偏高或偏低，酶活性都会明显降低。 (2)高温、过酸、过碱使酶失活，原因是酶的空间结构遭到破坏。(酶变性失活不可逆) (3)低温条件下酶的活性很低，但酶的空间结构稳定(未变性)，在适宜温度下酶活性会升高。酶适于低温条件保存。 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，随温度的升高，酶的催化作用逐渐减弱。 3.作用条件比较温和 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；植物体内的酶最适pH大多为4.5～6.5。 相关信息 与社会的联系 20世纪60年代以前，医院里用的葡萄糖是用盐酸催化淀粉水解的方法来生产的，生产过程要在245kPa的高压和140-150℃的高温下进行，并且需要耐酸的设备。60年代以后改用酶法生产，想一想，用酶来水解淀粉生产葡萄糖有什么优越性？有哪些产品可以用酶法生产？ 高效性；作用条件温和，常温压下就可以进行 二、酶的特性 Round3：起作用所需条件 酶的作用条件较温和 Round1：催化效率 酶具有高效性 酶与无机催化剂的三场PK Round2：催化范围 酶具有专一性 酶的特性 复杂 高效 温和 有序 细胞代谢 酶的分工分区 叶绿体中含有光合作用的酶，线粒体中含有细胞呼吸的酶，两者分区分工，互不干扰。 溶酶体中的酶（最适pH≈5.0）一般局限在溶酶体中发挥作用，即使少量溶酶体中的酶进入细胞质基质（pH接近中性），也会失去活性。 1.图1是过氧化氢酶活性受pH影响的曲线，图2表示在最适温度下，pH=b时H2O2分解产生O2量随时间的变化。若该酶促反应过程中改变某一初始条件，以下改变正确的是( ) A.pH=c时，e点为0 B.pH=a时，e点下移，d点左移 C.温度降低时，e点不移，d点右移 D.H2O2量增加时，e点不移，d点左移 C 2.(2016·全国Ⅱ，29)为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：A组(20 ℃)、B组(40 ℃)和C组(60 ℃)，测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同)，结果如右图。回答下列问题： (1)三个温度条件下，该酶活性最高的是____组。 B (2)在时间t1之前，如果A组温度提高10 ℃，那么A组酶催化反应的速度会_____。 加快 (3)如果在时间t2时，向C组反应体系中增加2倍量的底物，其他条件保持不变，那么在t3时，C组产物总量_____，原因是______________。 不变 60 ℃条件下，t2时酶已失活，即使增加底物，反应产物总量也不会增加。 (4)生物体内酶的化学本质是_______________，其特性有_________________ (答出两点即可) 蛋白质或RNA 高效性和专一性 A B C 1.酶促反应速率：酶对化学反应的催化效率。 2.酶活性：指酶催化特定化学反应的能力。酶活性的大小可以用酶促反应速率表示。 底物与酶的接触面积(不影响酶活性) 酶活性 温度 pH 抑制剂 激活剂等 影响 底物浓度 酶浓度等 影响 影响 酶促反应速率 酶促反应速率 ≠ 酶活性。有时两者等价，如淀粉酶失活后，淀粉分解速率可视为0；有时两者存在差异，如过氧化氢酶失活后，过氧化氢分解速率不为0。 三、影响酶促反应速率的因素 【拓展】抑制剂、激活剂 Cl-离子是唾液淀粉酶的激活剂 重金属离子Hg2+中毒抑制酶的作用 淀粉酶活性中心的空间构象 淀粉分子 2个关键氨基酸的R基 3.酶促反应速率的影响曲线分析 (1)温度和pH综合对酶促反应速率的影响 不同pH条件下，酶最适温度不变；不同温度条件下，酶最适pH也不变，即反应溶液pH(温度)的变化不影响酶作用的最适温度(pH)。 V：mmol/s 酶浓度 底物充足 加入重金属 V：mmol/s 酶浓度 底物充足 V：mmol/s 底物浓度 酶一定量 底物 酶量 V：mmol/s 底物浓度 酶一定量 （增加一定量酶） 汉水丑生侯伟作品 (2)底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响 反应完成时间 降温 酶量增加 生成物 时间 物质的量 (3)酶的竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂 ①竞争性抑制剂 竞争性抑制剂的结构与酶的底物相似，可与底物竞争性结合酶的活性部位。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 ②非竞争性抑制剂 非竞争性抑制剂指与酶的活性位点以外的部位结合，使酶的活性部位的空间结构改变，使之不能和底物结合。由于非竞争性抑制剂不与底物竞争，其抑制作用不能通过增加底物的浓度来抵消其抑制作用。 小结 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 酶浓度 底物浓度 酶促反应速率 影响 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。 四、酶的应用 2.果胶酶 分解果肉内细胞壁中的果胶，提高果汁产量，使果汁变得澄清。 3.加酶洗衣粉 蛋白酶——血渍、奶渍 脂肪酶——油渍 淀粉酶、纤维素酶 加酶洗衣粉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.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。 5.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。 6.胰蛋白酶可用于促进伤口愈合和溶解血凝块，还可用于去除坏死组织，抑制微生物的繁殖。 7.利用脂肪酶处理废油脂，制造生物柴油，既保护了环境又使其得到合理利用。 8.青霉素酰化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。 1.(2023·广东湛江模拟)已知淀粉在酸性条件下能被水解，如图表示pH对淀粉酶活性的影响结果。下列有关叙述正确的是（　　） A.分析实验结果可知，该淀粉酶的最适pH为7 B.若在强酸条件下淀粉的剩余量较少，则淀粉酶具有活性 C.当pH＝3时，淀粉酶的活性比pH＝9时的活性高 D.分离在pH＝13时的淀粉酶，其能与双缩脲试剂产生紫色反应 D A.实验过程中应将酶和底物混合后在相应 温度下保温 B.应使用pH为5.5的缓冲液配制PPO提取 液和邻苯二酚溶液 C.丝瓜果肉PPO粗提液的制备和保存应在 35 ℃条件下进行 D.可在35～40 ℃间设置温度梯度实验以更精确测定PPO的最适温度 2.丝瓜果肉中邻苯二酚等酚类物质在多酚氧化酶(PPO)的催化下形成褐色物质，褐色物质在410nm可见光下有较高的吸光值(OD值)，且褐色物质越多，OD值越高。经测定PPO的最适pH为5.5。科学家利用丝瓜果肉的PPO粗提液、邻苯二酚、必需的仪器等探究温度对PPO活性的影响，实验结果如下图。下列说法正确的是( ) B 练习与应用 一、概念检测 1.嫩肉粉的主要作用是利用其中的酶对肌肉组织中的有机物进行分解，使肉类制品口感鲜嫩。由此可推测嫩肉粉中能起分解作用的酶是（ ） A.纤维素酶 B.淀粉酶 C.脂肪酶 D.蛋白酶 D B 2.能够促使唾液淀粉酶水解的酶是（ ） A.淀粉酶 B.蛋白酶 C.脂肪酶 D.麦芽糖酶 3.将刚采摘的新鲜糯玉米立即放入85℃水中热烫处理2min，可较好地保持甜味。这是因为加热会（ ） A.提高淀粉酶的活性 B.改变可溶性糖分子的结构 C.破坏淀粉酶的活性 D.破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶的活性 D 二、拓展应用 1.下图表示的是某类酶作用的模型。尝试用文字描述这个模型。这个模型能解释酶的什么特性？ 这个模型中 A 代表某类酶，B 代表底物，C 和 D 代表产物。 这个模型的含义是：酶 A 与底物 B 专一性结合，催化反应的发生，产生了产物 C 和 D。这个模型可以类比解释酶的专一性。 酶活性部位不是刚性不变的，其形状可在结合底物时有所改变，即底物与酶活性部位结合，会诱导酶发生构象变化，使酶的活性中心变得与底物的结构互补，两者相互契合，从而发挥催化功能。 诱导契合学说 79 2.下图表示最适温度下反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。 (1)请解释在A、B、C三点时该化学反应的状况。 A 点：随着反应底物浓度的增加，反应速率加快。 B 点：反应速率在此时达到最高 C 点：反应速率不再随反应底物浓度的增加而升高，维持在相对稳定的水平。 (2)如果从A点开始温度升高10℃，曲线会发生什么变化？为什么？请画出变化后的曲线。 如果 A 点时温度升高 10℃，曲线上升的幅度变小，因为图中原曲线表示在最适温度下催化速率随底物浓度的变化。温度高于或低于最适温度，反应速率都会变慢。 (3)如果在B点时向反应混合物中加入少量同样的酶，曲线会发生什么变化 为什么？请画出相应的曲线。 该曲线表明，B 点的反应底物的浓度足够大，是酶的数量限制了反应速率的提高，这时加入少量的酶，会使反应速率加快。 $