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第2課時　影響酶促反應速率的因素
[學習目標]　1.歸納影響酶促反應速率的因素。2.設計實驗探究pH和溫度變化對酶活性的影響。
1．酶活性
(1)酶活性是指酶催化生化反應的能力，酶催化作用的效率可以通過酶催化生化反應的速率來衡量。
(2)酶活性不僅與反應體系中的酶濃度和底物濃度等有密切關系，還受多種環境因素如溫度、pH等的影響。
2．探究pH對酶活性的影響
(1)實驗操作
①將若干同樣大小(如1 cm2)的濾紙片浸入酵母菌液，取出后晾干，濾紙片上附著過氧化氫酶。
②在四只燒杯中盛入體積分數為2%，pH分別為5、7、9、11的H2O2溶液(溫度相同)，將濾紙片分別放入燒杯中。濾紙片接觸液面后會下沉，直至燒杯底部。
③及時記錄濾紙片從液面下沉到浮出液面所用的時間(t)。以1/t為縱坐標(代表酶促反應速率)、pH為橫坐標，繪制曲線圖。
(2)實驗結果的曲線圖
3．pH對酶活性的影響
(1)酶活性會受到pH的影響，適宜pH一般在6～8之間。
(2)酶活性最大時的pH稱為酶的最適pH。
(3)在過酸或過堿條件下，酶活性一般會明顯降低，甚至會變性失活。
4．溫度對酶活性的影響
(1)在一定的溫度范圍內，酶活性隨著溫度的升高而上升，超過一定溫度后，酶活性反而下降。
(2)在一定條件下，酶活性最高時的溫度稱為酶的最適溫度。
(3)不同生物體內酶的最適溫度有所不同。如：動物體內酶的最適溫度一般為 35～40 ℃，植物體內酶的最適溫度一般為45～50 ℃。
(4)適當升高溫度，能加快生化反應速率，但溫度過高會使酶變性失活，從而降低生化反應速率。適當降低溫度，可以抑制酶活性，降低生化反應速率，但一般不會使酶失活。
判斷正誤
(1)在測定胃蛋白酶活性時，將溶液的pH由10降到2的過程中，胃蛋白酶的活性將逐漸增強(　　)
(2)酶具有專一性、高效性，且受溫度和pH的影響(　　)
(3)探究酶的最適pH，需要在酶的最適溫度條件下進行(　　)
(4)高溫、低溫都使酶活性降低，二者的作用實質相同(　　)
答案　(1)×　(2)√ 　(3)√ 　(4)×
一、探究溫度對酶活性的影響
分析以下實驗，回答相關問題：
取六支試管編號 A A′ B B′ C C′
分別加入1 mL 淀粉 唾液淀粉酶 淀粉 唾液淀粉酶 淀粉 唾液淀粉酶
分別保溫5 min 0 ℃ 37 ℃ 100 ℃
將兩試管混合搖勻 A′加入A中 B′加入B中 C′加入C中
分別保溫5 min 0 ℃ 37 ℃ 100 ℃
取出冷卻滴加碘液 1滴 1滴 1滴
實驗結果 變藍 不變藍 變藍
(1)為什么要先將底物控制到預設溫度，再混合反應？
提示　酶具有高效性，若酶和底物沒有在對應溫度混合，一經混合就已發生反應，降低了實驗的說服力。
(2)分析實驗結果，你有什么結論？
提示　B試管中的淀粉被完全水解了，A、C號試管中的淀粉沒有被水解，說明酶活性受溫度的影響。酶發揮催化作用需要適宜的溫度條件，溫度偏高或偏低，都會影響酶活性。
(3)能否在反應后加入新配制的斐林試劑觀察是否有磚紅色沉淀生成，來判斷試管中的淀粉是否被水解了？
提示　不能。因為這個實驗要嚴格控制溫度，而斐林試劑的反應需要水浴加熱。
(4)能否用過氧化氫和過氧化氫酶來做這個實驗？
提示　不能。在不同溫度下過氧化氫本身就存在分解速率的差異，會干擾實驗結果。
(5)如何進一步探究淀粉酶的最適溫度？
提示　縮小溫度梯度，重復進行上述實驗。
二、分析酶活性受溫度和pH影響的曲線
分析以下圖示，回答相關問題：
(1)分析圖1和圖2，描述溫度和pH是如何影響酶活性的？
提示　在最適溫度和pH條件下，酶的活性最高，溫度和pH偏高或偏低，酶活性都會明顯降低。
(2)為什么酶制劑適宜在低溫下保存？
提示　溫度過高會使酶的空間結構遭到破壞，使酶永久失活。在低溫下，酶活性很低，但酶的空間結構穩定，在適宜的溫度下酶活性會升高。因此，酶制劑適宜在低溫下保存。
(3)胃蛋白酶進入小腸還能不能發揮催化作用，為什么？
提示　不能，因為胃液的pH為2.0，小腸液的pH為7.8左右，胃蛋白酶進入小腸會失活。
1．探究影響酶活性的因素，總的設計思路和設計方案
(1)探究酶的最適溫度
①設計思路
②設計方案
(2)探究酶的最適pH
①設計思路
②設計方案
2．探究影響酶活性的因素實驗中的注意事項
(1)在探究酶的最適溫度的實驗中，材料不能用H2O2溶液，因為H2O2本身的分解受溫度影響，溫度越高，分解越快。
(2)在探究酶的最適溫度或pH的實驗中，不能把酶與反應物混合后再控制相應的條件。應先將酶、反應物分別置于對應的溫度或pH條件下，然后再混合。
(3)在探究pH對酶活性的影響實驗中，計時不是記錄濾紙片從燒杯底部到浮出液面所用的時間，而是記錄從液面下沉到浮出液面所用的時間，原因是濾紙片接觸H2O2溶液即開始催化H2O2水解。
1．(2022·江蘇東海高一期中)甲、乙兩圖是溫度、pH對酶活性影響的數學模型。下列有關說法錯誤的是(　　)
A．甲、乙兩圖中B點對應的溫度和pH分別是酶的最適溫度和最適pH
B．甲、乙兩圖中A點對應的溫度或pH對酶活性的影響不相同
C．甲、乙兩圖中C點對應的溫度或pH對酶活性的影響相同
D．保存酶制品最好選擇兩圖中B點對應的溫度和pH
答案　D
解析　低溫條件下，酶活性很低，但酶的空間結構穩定，酶制品最好在低溫條件下保存，D錯誤。
2．(2022·江蘇海安高一期末)南酸棗內含有多酚氧化酶，因能氧化多酚類物質極易發生褐變，很大程度上影響了其品質，科研人員用南酸棗粗酶液和鄰苯二酚(多酚類物質)探究溫度對多酚氧化酶活性的影響。實驗步驟如下：
①制備南酸棗粗酶液：取適量南酸棗肉，加入100 mL pH＝7的磷酸鹽緩沖液，混合攪拌，置于冷凍離心機中離心，取上清液，4 ℃保存備用。
②取16支試管，分為A、B、C、D、E、F、G、H八組，每組兩支試管，其中一支試管加入0.5 mL鄰苯二酚和磷酸鹽緩沖液，另一支試管加入0.5 mL的南酸棗粗酶液。
③將八組試管分別置于不同溫度水浴保溫5 min。
④將每組兩支試管中的溶液混合后在原水浴中保溫，5 min后檢測試管中鄰苯二酚的含量，計算多酚氧化酶的活性，實驗結果如圖所示。
(1)多酚氧化酶催化多酚類物質氧化的機理是 。
(2)步驟①和②中均加入pH＝7的磷酸鹽緩沖溶液的目的是控制 變量。步驟③將八組試管分別置于不同溫度水浴保溫5 min的目的是 。
(3)實驗結果顯示 條件下多酚氧化酶的活性最高， 條件下鄰苯二酚的含量最高，此時酶的空間結構是否遭到破壞？ 。
(4)為了在運輸和儲藏中減輕褐變，請你依據研究結果給出合理的建議： 。
(5)科研人員在研究中發現，一定濃度的乳酸能抑制多酚氧化酶的活性，其原理是 。
答案　(1)降低化學反應的活化能　(2)無關　保證了反應開始即是預設溫度　(3)50 ℃　10 ℃　否
(4)低溫運輸和儲藏　(5)乳酸能破壞多酚氧化酶的空間結構
題組一　pH對酶活性的影響
1．在“探究pH對過氧化氫酶活性的影響”實驗中，為設置過氧化氫酶溶液的不同pH，有同學按如圖所示進行操作。其中向試管丙中加入的溶液X可選用(　　)
A．KCl溶液 B．NaOH溶液
C．肝臟研磨液 D．過氧化氫溶液
答案　B
2．(2022·江蘇揚州高一期末)下列各圖能正確表示pH對酶活性影響的是(　　)
答案　B
3．要探究pH對酶活性的影響，應選擇表中進行實驗的一組試管是(　　)
試管 內容物 條件
① 1 mL 10%雞蛋清溶液＋1 mL清水 35～38 ℃水浴，pH＝5
② 1 mL 10%雞蛋清溶液＋1 mL胰蛋白酶 35～38 ℃水浴，pH＝5
③ 1 mL 10%雞蛋清溶液＋1 mL胰蛋白酶 35～38 ℃水浴，pH＝9
④ 1 mL 10%雞蛋清溶液＋1 mL胰蛋白酶 4 ℃水浴，pH＝9
A.①和④ B．②和③
C．①和③ D．②和④
答案　B
解析　要探究pH對酶活性的影響，需要將pH設置為單一變量，其他的應為無關變量，無關變量應相同且適宜，故選B。
4．如圖所示為不同pH對作用于同一底物的兩種酶活性的影響。下列有關敘述正確的是(　　)
A．在兩種不同的pH條件下，酶1活性可能相同
B．酶1和酶2都能催化同一底物體現了酶的專一性
C．在任何溫度條件下，pH＝6時，酶2的活性高于酶1
D．將酶1由pH＝8轉移到pH＝3的環境中，酶活性逐漸上升
答案　A
解析　由圖分析可知，在最適pH的兩側，在兩種不同的pH條件下，酶1活性可能相同，A正確；酶的專一性是指一種酶只能催化一種或一類化學反應，B錯誤；高溫能使酶變性失活，若在高溫環境條件下，pH＝6時，酶1和酶2都失去活性，則酶1的活性等于酶2，C錯誤；過酸、過堿都能使酶變性失活，pH＝8的環境下，酶1的空間結構被破壞，即使轉移到pH＝3的環境中，酶的活性也不能恢復，所以將酶1由pH＝8轉移到pH＝3的環境中，酶活性不變，D錯誤。
題組二　溫度對酶活性的影響
5．(2022·江蘇無錫高一期末)下圖為某同學在探究酶活性的影響因素時，根據實驗結果繪制的柱狀圖。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．該實驗的自變量為溫度
B．起始H2O2的量為該實驗的無關變量
C．該實驗的速率也可以用1 min內O2的產生量表示
D．100 ℃下H2O2剩余量最少，說明100 ℃下酶活性最高
答案　D
解析　100 ℃下H2O2剩余量最少，說明高溫使H2O2分解，高溫條件下酶已失去活性，D錯誤。
6．為了研究溫度對某種酶活性的影響，設置三個實驗組：a組(20 ℃)、b組(40 ℃)和c組(60 ℃)，測定各組在不同反應時間內的產物濃度(其他條件相同)，結果如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A．40 ℃是該酶的最適溫度
B．b組T1以后產物濃度不再增加的原因是底物被耗盡
C．通過c組可以看出，該酶在60 ℃時失活
D．若a組增加反應物濃度，T1對應的數值會提高
答案　A
解析　分析曲線圖可知，在b組(40 ℃)，反應達到化學平衡所需要的時間最短，故在三個溫度(20 ℃、40 ℃、60 ℃)條件下，40 ℃時該酶的活性最高，說明該酶的最適溫度是40 ℃左右，但不一定是40 ℃，A錯誤；看圖可知，c組(60 ℃)產物濃度最后沒有達到與a組和b組相同的產物濃度，說明高溫下酶已經失活，C正確；若a組增加反應物濃度，則底物完全分解產生更多的產物需要的時間會延長，所以T1對應的數值會提高，D正確。
7.如圖表示酶的活性與溫度的關系。下列敘述正確的是(　　)
A．隨著溫度的升高，酶活性一直升高
B．溫度在t2時比在t1時更適合酶的保存
C．酶的空間結構在t1時比t3時破壞更嚴重
D．溫度為t2時，酶降低活化能的作用最顯著
答案　D
解析　結合圖示可知，隨著溫度的升高，酶活性先升高后下降，A錯誤；低溫適合酶的保存，因此t1更適合，B錯誤；高溫破壞酶的結構，t3溫度較高，對酶的結構破壞更大，C錯誤；溫度為t2時，酶活性最大，反應更容易發生，酶降低活化能的作用最顯著，D正確。
8．下列關于探究溫度、pH對酶活性影響的實驗材料與試劑的選用，最合理的是(　　)
選項 探究實驗 選用材料與試劑
A 溫度對酶活性的影響 過氧化氫溶液、過氧化氫酶
B 溫度對酶活性的影響 新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林試劑
C pH對酶活性的影響 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
D pH對酶活性的影響 過氧化氫溶液、過氧化氫酶
答案　D
解析　過氧化氫的分解受溫度影響，不可用于探究溫度對酶活性的影響，A錯誤；蔗糖酶不能分解淀粉，且斐林試劑的使用需要水浴加熱，有溫度干擾，不能用來探究溫度對酶活性的影響，B錯誤；淀粉在酸性條件下易水解，不可用于探究pH對酶活性的影響，C錯誤；可用過氧化氫的分解探究pH對酶活性的影響，D正確。
選擇題9～10題為單選題，11～13題為多選題。
9．(2022·江蘇揚州高一期末)影響酶催化反應速率的因素有溫度、反應物濃度、酶的濃度等。如圖表示在最適溫度下，某種酶的催化反應速率與反應物濃度之間的關系。下列有關敘述正確的是(　　)
A．在a點增加反應物濃度，反應速率將加快
B．在c點增加反應物濃度，反應速率將加快
C．若在a點提高反應溫度，反應速率會加快
D．若在b點增加酶的濃度，反應速率會減慢
答案　A
解析　從圖示可以看出，在c點時限制催化速率的因素可能是酶濃度，因此增加反應物濃度，反應速率不再加快，B錯誤；該實驗是在最適溫度下進行的，在最適宜的溫度下酶活性最高，溫度偏高或偏低，酶活性都會明顯降低，在a點適當提高反應溫度，反應速率會降低，C錯誤；在b點增加酶的濃度，反應速率加快，D錯誤。
10．下列有關酶的實驗探究問題的敘述，錯誤的是(　　)
A．一般不用過氧化氫酶探究溫度對酶活性的影響，原因是H2O2受熱易分解
B．一般不用淀粉酶探究pH對酶活性的影響，原因是淀粉可在酸性條件下分解
C．探究溫度對淀粉酶活性影響的實驗中，選用斐林試劑鑒定實驗結果
D．探究酶活性影響因素的實驗中，通過控制自變量不同，建立對照或對比實驗
答案　C
解析　斐林試劑的檢測需要水浴加熱，故探究溫度對淀粉酶活性影響的實驗中，不能選用斐林試劑鑒定實驗結果，C錯誤。
11．(2022·江蘇徐州高一期末)下列有關酶特性的實驗設計中，不合理的是(　　)
選項 實驗目的 主要實驗步驟
A 酶催化具有高效性 實驗組：2 mL 3% H2O2＋1 mL過氧化氫酶，保溫5 min 對照組：2 mL 3% H2O2＋1 mL蒸餾水，保溫5 min
B 酶催化具有專一性 實驗組：2 mL 3%可溶性淀粉溶液＋1 mL新鮮唾液，保溫5 min，斐林試劑檢驗 對照組：2 mL 3%蔗糖溶液＋1 mL新鮮唾液，保溫5 min，斐林試劑檢驗
C 探究酶的適宜溫度 5 mL 3%可溶性淀粉溶液＋2 mL新鮮唾液＋碘液，每隔5 min將溶液溫度升高10 ℃，觀察溶液藍色變化
D pH影響酶活性 向三支試管中各加入2 mL 3%可溶性淀粉溶液＋1 mL新鮮唾液，再加入等量不同pH緩沖溶液，在適宜溫度下保溫5 min
答案　ACD
解析　檢驗酶催化具有高效性是酶與無機催化劑相比較而言的，該實驗雖然設置對照組，但缺乏鑒定酶催化具有高效性的措施，A不合理；探究酶作用的適宜溫度，應設置多支試管，并分別設置不同的溫度條件下反應，進行比較，C不合理；驗證pH對酶催化活性的影響，應當注意實驗的順序，先將緩沖液和可溶性淀粉溶液混合，再加入新鮮唾液，如果先將唾液和淀粉溶液混合，唾液淀粉酶和淀粉在相同的pH下開始了反應，導致實驗失敗，D不合理。
12．(2022·江蘇如皋中學高一期末)某同學在研究化合物P對淀粉酶活性的影響時，得到如圖所示的實驗結果。下列有關敘述正確的是(　　)
A．底物濃度與酶促反應速率成正比
B．得到曲線①結果的實驗作為對照
C．P對該酶的活性有抑制作用
D．若反應溫度不斷升高，則a點將持續上移
答案　BC
解析　由曲線可知，在一定范圍內，底物濃度影響著酶促反應速率，即隨著底物濃度增加，酶促反應速率增強，超過一定范圍則不再變化，A錯誤；該實驗的目的是研究化合物P對淀粉酶活性的影響，加入P的是實驗組，故曲線①是對照組，曲線②為實驗組，B正確；由于曲線②在曲線①的下方，說明化合物P對該酶的活性有抑制作用，C正確；實驗中溫度屬于無關變量，對照實驗中各組的無關變量要相同且適宜，最適溫度下酶活性最高，故在最適溫度的基礎上再升高溫度，則酶活性降低，a點下移，D錯誤。
13．動物細胞溶酶體內含多種水解酶。溶酶體酶不作用于細胞正常結構成分的原因是：一方面酶被溶酶體膜包住，另一方面溶酶體內環境與細胞質基質的pH不同，溶酶體內pH≤5，而細胞質基質pH≈7，溶酶體膜上有質子泵維持pH差異，該過程需要線粒體；植物細胞內無溶酶體，但其液泡執行類似的降解功能。下列敘述不正確的是(　　)
A．溶酶體合成的水解酶通過雙層磷脂分子包裹
B．質子穿過溶酶體膜進入溶酶體的方式是主動運輸
C．溶酶體酶在細胞質基質中仍能發揮正常的水解作用
D．細胞液滲透壓較高的主要原因是液泡中含有多種水解酶
答案　ACD
解析　水解酶的本質為蛋白質，由核糖體合成，溶酶體不能合成水解酶，A錯誤；溶酶體內pH≤5，而細胞質基質pH≈7，說明質子是逆濃度梯度穿過溶酶體膜，故進入溶酶體的方式是主動運輸，B正確；細胞質基質的pH和溶酶體內的pH不同，故溶酶體酶在細胞質基質中不能發揮正常的水解作用，C錯誤；細胞液滲透壓較高的主要原因是液泡中含有糖類、無機鹽、色素和氨基酸等，D錯誤。
14．(2022·江蘇泰州中學高一期末)新鮮的荔枝果皮鮮紅誘人，但采摘后保鮮時間短，儲藏時易褐變。果色變化引起果品價值降低，制約荔枝產業發展。研究表明，荔枝果皮顏色的褐變原理包括如下變化。請回答下列問題：
(1)鮮紅的荔枝果皮細胞中含有花色素苷，該色素存在于果皮細胞的 中。
(2)荔枝果皮細胞中的酶POD能催化愈創木酚、H2O2等相應底物參與化學反應，其催化作用的機理是 ，其活性受 和 等外界環境因素的影響。與無機催化劑相比，酶的催化功能有三個特性，即 。
(3)科研人員采摘妃子笑、無核和紫娘喜三個品種的荔枝鮮果，定期測定果皮中POD活性，結果如圖所示：
由圖中數據可知，采摘后最易褐變的荔枝品種是 ，理由是 。
答案　(1)液泡　(2)降低化學反應的活化能　溫度　pH　高效性、專一性、作用條件溫和　 (3)無核　采摘后POD活性較高，峰值出現最早
解析　(1)花色素苷是一類水溶性色素，存在于果皮細胞液泡內的細胞液中。(2)酶的作用機理是降低化學反應的活化能，酶活性易受溫度和pH等環境因素的影響，酶作為生物催化劑具有的特性包括高效性、專一性和作用條件溫和。(3)通過曲線分析，采摘后無核品種的POD活性較高，峰值出現最早，采摘后最易發生褐變。
15．某小組探究了溫度對泥鰍腸道內蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活力的影響，實驗結果如圖所示(圖中IU為酶活力單位)。請回答下列問題：
(1)該實驗的自變量有 ，而水體溶氧量、飼養天數屬于 。
(2)已知適合泥鰍活動的環境水溫是18～30 ℃，但泥鰍消化酶的適溫范圍都明顯高于該水溫，表現出泥鰍消化酶對 (填“低溫”或“高溫”)的適應性。若要進一步探究泥鰍腸道內淀粉酶的最適溫度，實驗的思路為 。
(3)泥鰍生活的環境經常遭受重金屬鎘的污染，鎘(Cd2＋)會降低泥鰍體內各種消化酶的活力，從而影響泥鰍的生長繁殖。為了驗證Cd2＋對淀粉酶活力的影響，請根據提供的實驗材料完成下表。
實驗材料：淀粉溶液、泥鰍體內提取的淀粉酶溶液、蒸餾水、含Cd2＋的溶液、斐林試劑、其他相關實驗儀器等。
實驗步驟的目的 簡要操作過程
分組并加 入反應底物 選取四支潔凈的試管，編號為A1、A2、B1、B2(A組試管為實驗組，B組試管為對照組)
向A1、B1試管內各加入2 mL淀粉溶液，置于50 ℃水浴鍋中保溫一段時間
設置對照實驗 先向A2、B2試管內各加入1 mL泥鰍體內提取的淀粉酶溶液
① ，置于50 ℃水浴鍋中保溫一段時間
② 將A組的兩支試管內溶液混合均勻，同時將B組的兩支試管內溶液混合均勻，分別置于50 ℃水浴鍋中保溫一段時間
檢驗實驗結果 ③
答案　(1)溫度和消化酶的種類　無關變量　(2)低溫　在45～55 ℃范圍內進一步縮小溫度梯度，重復上述實驗步驟　(3)①向A2試管內加入一定量的含Cd2＋的溶液、向B2試管內加入等量蒸餾水　②使酶在適宜條件下催化底物反應(或將酶與底物混合，發生催化反應)　③加入斐林試劑，在50～65 ℃條件下隔水加熱(約2 min)，觀察溶液顏色變化
解析　(2)由圖可知，實驗中泥鰍蛋白酶、淀粉酶的最適溫度在50 ℃左右，脂肪酶的最適溫度在40 ℃左右，而適合泥鰍活動的環境水溫是18～30 ℃，泥鰍消化酶的適溫范圍都明顯高于該水溫，表現出泥鰍消化酶對低溫的適應性。若要進一步探究泥鰍腸道內淀粉酶的最適溫度，實驗的自變量是溫度，因變量是淀粉酶的活力，實驗應遵循對照原則、單一變量原則和等量性原則。據圖可知，淀粉酶的最適溫度在50 ℃左右，故可在45～55 ℃范圍內進一步縮小溫度梯度，重復上述實驗步驟，淀粉酶活力最高的溫度為淀粉酶的最適溫度。

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