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第2課時　酶的特性
學有目標——課標要求必明 記在平時——核心語句必背
1.闡明酶的高效性、專一性和作用條件較溫和。2.通過相關的實驗和探究，嘗試控制自變量、觀察和檢測因變量，設置對照組和重復組。 1.酶的特性是高效性、專一性和作用條件的溫和性。2.酶具有高效性的原因：與無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著。3.過酸、過堿或溫度過高都會使酶因空間結構被破壞而失活。4.在一定的低溫下，酶的活性被抑制，但空間結構穩定，在適宜溫度下其活性可恢復。
[主干知識梳理]
一、酶的特性
1．酶具有高效性
(1)含義：酶的催化效率是無機催化劑的107～1013倍。
(2)意義：使細胞代謝快速進行。
2．酶具有專一性
(1)含義：每一種酶只能催化一種或一類化學反應。
(2)意義：使細胞代謝能夠有條不紊地進行。
3．酶的作用條件較溫和
(1)酶活性：酶催化特定化學反應的能力稱為酶活性。可用在一定條件下酶所催化某一化學反應的速率表示。
(2)酶所催化的化學反應一般是在比較溫和的條件下進行的。過酸、過堿或溫度過高，都會使酶的空間結構遭到破壞，使酶永久失活。低溫只能使酶的活性降低，但酶的空間結構穩定，在適宜的溫度下酶的活性會升高。
(3)曲線分析
①P點：最適溫度；Q點：最適pH。
②偏離P點或Q點：酶的活性降低。
③過酸、過堿或溫度過高：酶失活。
二、細胞代謝有序進行的原因
1．原因：細胞中的各類化學反應之所以能有序進行，還與酶在細胞中的分布有關。
2．實例：植物葉肉細胞中，與光合作用有關的酶分布在葉綠體內，與呼吸作用有關的酶分布在細胞質基質和線粒體內，這樣，光合作用與呼吸作用在細胞內不同的區室同時進行，就可以互不干擾了。
[邊角知識發掘]
1．下面是酶活性受pH影響的示意圖，其中正確的是________。(填編號)
提示：酶活性受pH的影響，在最適pH時，酶活性最高，pH過低或過高，酶分子結構受到破壞，酶活性喪失，不可恢復；在最適pH范圍內，酶活性隨pH增大而增加，超過了最適pH，酶活性隨pH增大而降低。
答案：A
2．閱讀教材P84第二段正文，說出酶制劑適于在低溫(0～4 ℃)下保存的原因：____________________________________________________。
答案：在0 ℃左右時，酶的活性很低，但酶的空間結構穩定，在適宜的溫度下酶的活性可以升高
3．閱讀教材P85“科學·技術·社會”，結合下列材料，完成有關問題。
多酶片是一種復方制劑，它主要是由胰酶、胃蛋白酶復合而成的一種藥物，其說明書的部分內容如下。
[性狀]本品為腸溶衣與糖衣的雙層包衣片，內層為胰酶，外層為胃蛋白酶。
[適應癥]用于消化不良、食欲缺乏。
[用法用量]口服。一次2～3片，一日3次。
[注意事項]本品在酸性條件下易破壞，故服用時切勿嚼碎。
問題：
(1)酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物，具有____________________________等特性。由于胰酶和胃蛋白酶________________________________，故可以加工成多酶片保存，方便患者使用。服用多酶片時不能嚼碎的原因是___________________________________。
(2)多酶片被腸溶衣與糖衣雙層包被，外層包被應為__________(填“腸溶衣”或“糖衣”)。糖衣以糖漿為主要包衣材料，有一定的防潮、隔絕空氣、掩蓋藥物不良氣味等作用；腸溶衣為一層特殊包裹物質，能很好保護胰酶不會在胃部被破壞的原因是____________________________________________________。
答案：(1)高效性、專一性、作用條件溫和　在常溫下分子結構比較穩定　胰酶會在胃部的酸性環境中變性失活，且會被胃蛋白酶催化水解　(2)糖衣　胃液不能水解破壞腸溶衣
新知探究一　酶的高效性和專一性
[在探究中學]
[任務驅動]　
1．驗證酶的高效性
在比較肝臟研磨液(過氧化氫酶)和FeCl3對過氧化氫的催化效率實驗中(如圖)，試管甲產生的氣泡比試管乙多，說明與無機催化劑相比，酶的催化作用具有高效性。
2．酶的專一性
(1)實驗驗證：淀粉和蔗糖不是還原糖，但淀粉水解后會生成麥芽糖，蔗糖水解后會產生葡萄糖和果糖，麥芽糖、葡萄糖、果糖都是還原糖。下表為比較新鮮唾液(唾液淀粉酶)對淀粉和蔗糖的催化作用實驗，請分析：
　　　　　試管編號操作步驟　　　　　　 1 2
可溶性淀粉溶液 2 mL —
蔗糖溶液 — 2 mL
新鮮的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
2支試管內的液體混合均勻后，60 ℃保溫5 min
新配制的斐林試劑 2 mL 2 mL
煮沸1 min
觀察溶液顏色的變化
①1號試管有磚紅色沉淀生成，2號試管不出現磚紅色沉淀，說明什么？
提示：1號試管中淀粉被水解，2號試管中蔗糖沒有被水解。
②上述實驗說明了什么？
提示：淀粉酶只催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的催化作用具有專一性。
③上述實驗中能否使用碘液代替斐林試劑作為鑒定試劑？
提示：不能。因為碘液只能檢測淀粉是否被水解，蔗糖分子是否被水解都不會使碘液變色。
④肽酶能催化多種多肽水解為氨基酸，是否說明肽酶沒有專一性？
提示：不是。酶的專一性是指每一種酶只能催化一種或一類化學反應，肽酶催化的是一類反應，也說明其具有專一性。
(2)原理分析
如圖可以解釋酶具有專一性及其原理，據圖分析各字母代表什么意義？
提示：圖中A表示酶，B表示被A催化分解的底物，E、F表示B被分解后產生的物質，C、D表示不能被A催化的物質。
[師說重難]　
1．驗證酶的高效性
(1)設計思路
驗證酶高效性的方法是“對比法”，即通過對不同類型催化劑(主要是與無機催化劑作比較)催化底物的反應速率進行比較，得出結論。
(2)設計方案
項目 實驗組 對照組
材料 等量的同一種底物
試劑 與底物相對應的酶溶液 等量的無機催化劑
現象 反應速率很快；或反應用時短 反應速率緩慢；或反應用時長
結論 酶具有高效性
2．驗證酶的專一性
(1)設計思路
驗證酶專一性的方法也是“對比法”，常見的有兩種方案：底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通過觀察酶促反應能否進行得出結論。
(2)設計方案
項目 方案一 方案二
實驗組 對照組 實驗組 對照組
材料 底物相同(等量) 與酶相對應的底物 另外一種底物
試劑 與底物相對應的酶 另外一種酶 同一種酶(等量)
現象 發生反應 不發生反應 發生反應 不發生反應
結論 酶具有專一性
[在應用中悟]
[典例1]　下列實驗或現象能說明酶的高效性的是(　　)
①唾液中有唾液淀粉酶，把唾液稀釋10倍后，催化淀粉完全水解的速度仍快于無機催化劑　
②取兩支潔凈的試管，分別加入等量的淀粉溶液，然后向其中一支試管中加適量的淀粉酶溶液，另一支試管中加入等量的蒸餾水，一段時間后，檢測淀粉的分解情況　
③在兩支盛有適量過氧化氫溶液的試管中，分別加入等量過氧化氫酶和FeCl3 溶液，觀察氣泡的釋放速率
A．①②③　　　　　　 B．①③
C．③ D．②③
[解析]　酶的高效性指的是酶與無機催化劑相比，其催化效率更高。
[答案]　B
[典例2]　(2019·浙江4月選考)為研究酶的特性，進行了實驗，基本過程如下表所示：
步驟 基本過程 試管A 試管B
1 加入2%過氧化氫溶液 3 mL 3 mL
2 加入馬鈴薯勻漿 少許 —
3 加入二氧化錳 — 少許
4 檢測
據此分析，下列敘述錯誤的是(　　)
A．實驗的可變因素是催化劑的種類
B．可用產生氣泡的速率作檢測指標
C．該實驗能說明酶的作用具有高效性
D．不能用雞肝勻漿代替馬鈴薯勻漿進行實驗
[解析]　比較試管A和試管B中加入的物質，可知本實驗的自變量是催化劑的種類，A正確；本實驗的檢測指標可以是產生氣泡的速率，B正確；馬鈴薯勻漿中含有過氧化氫酶，二氧化錳屬于無機催化劑，通過比較二者催化過氧化氫分解的情況，可以證明酶具有高效性，C正確；雞肝勻漿中也含有過氧化氫酶，所以可以用雞肝勻漿代替馬鈴薯勻漿進行實驗，D錯誤。
[答案]　D
[在訓練中評]
1．如圖表示酶的催化反應過程，下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．此圖可反映酶的專一性
B．圖中d可表示酶
C．圖中b可表示被催化的底物
D．圖中e、f可表示b分解后的產物
解析：選B　圖示表明一種酶只能水解一種物質，說明酶具有專一性；圖中a在化學反應前后不發生改變，代表酶；a將b分解為e和f，故圖中b可表示被催化的底物，e和f代表產物。
2．下表是某同學為驗證酶的專一性而設計的實驗方案，a～d 代表試管，①～⑦代表實驗步驟。對該實驗方案的有關評價，錯誤的是(　　)
a b c d
① 淀粉溶液2 mL 蔗糖溶液2 mL 唾液淀粉酶溶液2 mL 唾液淀粉酶溶液 2 mL
② 50～65 ℃溫水中水浴加熱 10 min
③ 將c倒入a，將d倒入b
④ 50～65 ℃溫水中水浴加熱 10 min
⑤ 加入現配的斐林試劑溶液 2 mL
⑥ 37 ℃恒溫水浴
⑦ 觀察并記錄顏色變化
A.唾液淀粉酶的用量屬于自變量
B．②和④會影響酶的活性
C．②④和⑥的溫度設置錯誤
D．⑥的設置應為50～65 ℃水浴2 min
解析：選A　由題干信息可知，驗證酶專一性的方式是用同一種酶催化不同物質的反應，因此唾液淀粉酶的用量在不同實驗組應完全相同，不屬于自變量；②和④的溫度超過了唾液淀粉酶的最適溫度，會影響酶的活性；②④的溫度應設置為37 ℃恒溫水浴，⑥應設置為50～65 ℃溫水中水浴加熱2 min。
新知探究二　溫度和pH對酶活性的影響
[在探究中學]
[任務驅動]　
1．探究溫度對酶活性的影響
　　試管步驟　　 1 1′ 2 2′ 3 3′
3%的可溶性淀粉溶液 2 mL — 2 mL — 2 mL —
2%的淀粉酶溶液 — 1 mL — 1 mL — 1 mL
不同溫度下處理5 min 100 ℃(或0 ℃) 60 ℃ 0 ℃(或100 ℃)
將同一溫度下的兩種物質混合后保溫5 min
滴加碘液 1滴 1滴 1滴
結果(現象) 變藍 不變藍 變藍
結論 酶的催化作用需在適宜的溫度下進行，溫度過高或過低都會影響酶的活性
(1)同一溫度下的淀粉和淀粉酶為什么要預熱到同一溫度再混合？
提示：保證反應一開始就達到預設溫度，不會因為混合而改變溫度。
(2)能否用過氧化氫溶液來探究溫度對酶活性的影響？
提示：不能。探究溫度對酶活性的影響時，自變量是溫度，而過氧化氫在高溫時會分解，影響對實驗結果的分析。
(3)在探究溫度對淀粉酶活性的影響的實驗中能否用斐林試劑來檢測？
提示：不能。因為斐林試劑與還原糖只有在加熱的條件下才有磚紅色沉淀生成，而該實驗需嚴格控制不同溫度。
2．探究pH對酶活性的影響
步驟 試管編號
1 2 3
20%的肝臟研磨液 1 mL 1 mL 1 mL
蒸餾水 1 mL — —
0.01 mol/L的氫氧化鈉溶液 — 1 mL —
0.01 mol/L的鹽酸溶液 — — 1 mL
3%的過氧化氫溶液 2 mL 2 mL 2 mL
振蕩試管
結果 有大量氣泡產生 無明顯氣泡 無明顯氣泡
(1)該實驗結果說明了酶的活性和pH有什么關系？
提示：酶發揮催化作用需要適宜的pH，pH偏高或偏低都會使酶活性降低。
(2)該實驗中，能否在加入肝臟研磨液后，直接加入3%的過氧化氫溶液，然后再調節pH
提示：不能。因為酶的作用具有高效性，在調節pH之前，試管中已經發生了劇烈反應，會影響實驗結果。
(3)本實驗能否選用淀粉酶和淀粉作為實驗材料？為什么？
提示：不能。因為淀粉酶催化的底物淀粉在酸性條件下也會發生水解反應。
[師說重難]　
探究酶的最適溫度和最適pH
1．設計思路
組別編號 1 2 … n
實驗材料 等量的同種底物
溫度(pH) T1(a1) T2(a2) … Tn(an)
衡量指標 相同時間內，各組酶促反應中生成物量的多少，或底物剩余量的多少
實驗結論 生成物量最多的一組，或底物剩余量最少的一組所處溫度(或pH)為最適溫度(或pH)
2．實驗操作
(1)探究酶的最適溫度
(2)探究酶的最適pH
O2的產生速率
[在應用中悟]
[典例1]　(2020·揚州期末)據表分析，下列說法錯誤的是(　　)
組別 ① ② ③
3%淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL
2%α 淀粉酶溶液 1 mL 1 mL 1 mL
反應溫度 0 ℃ 60 ℃ 100 ℃
碘液 2滴 2滴 2滴
A.本實驗探究的是溫度對淀粉酶活性的影響
B．α 淀粉酶的濃度是本實驗中的無關變量
C．淀粉溶液和酶溶液需分別保溫后再混合
D．①③組結果均出現藍色，說明酶徹底失活
[解析]　分析表格數據可知，該實驗的自變量是溫度，所以本實驗探究的是溫度對淀粉酶活性的影響；α 淀粉酶的濃度是本實驗中的無關變量；淀粉溶液和酶溶液需分別保溫后再混合，控制無關變量都保持一致；0 ℃時淀粉酶活性很低，并未失活，100 ℃時淀粉酶變性失活。
[答案]　D
[典例2]　(2020·上饒月考)下列有關酶的實驗設計思路的敘述，正確的是(　　)
A．利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液驗證酶的專一性
B．利用過氧化氫、新鮮的豬肝研磨液和FeCl3溶液研究酶的高效性
C．利用過氧化氫和過氧化氫酶探究溫度對酶活性的影響　
D．利用胃蛋白酶、蛋清和pH分別為3、7、11的緩沖液驗證pH對酶活性的影響
[解析]　可以利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和斐林試劑驗證酶的專一性，但不能用碘液，因為蔗糖是否水解無法判斷；過氧化氫、新鮮的豬肝研磨液和FeCl3溶液可以研究酶的高效性；過氧化氫的分解受溫度的影響，所以不能用其探究溫度對過氧化氫酶的影響；胃蛋白酶的最適pH為1.5，因此不能利用胃蛋白酶、蛋清和pH分別為3、7、11的緩沖液驗證pH對酶活性的影響。
[答案]　B
■易錯提醒
[在訓練中評]
1．(2020·攀枝花調研)如圖表示在某pH范圍內酶a和酶b所催化的反應速率的變化情況，下列有關說法正確的是(　　)
A．將pH由4調至6，酶b的活性逐漸增強
B．在不同溫度下，酶a的最適pH不同
C．酶b具有高效性，酶a不具有高效性
D．pH為5時，兩種酶催化的反應速率相等
解析：選D　酶b的最適pH為6，pH為4時，酶失去活性；在不同溫度下，酶a的最適pH相同；酶都具有高效性；由圖中曲線可以看出，pH為5時，兩種酶催化的反應速率相等。
2．下列有關探究“影響酶活性的條件”實驗的敘述，正確的是(　　)
A．若探究pH對過氧化氫酶活性的影響，則pH是自變量，過氧化氫分解速率是無關變量
B．若探究溫度對酶活性的影響，可選擇新鮮肝臟研磨液和過氧化氫溶液進行反應
C．若探究溫度對淀粉酶活性的影響，應將淀粉與淀粉酶兩溶液混合后再調溫度
D．若探究溫度對淀粉酶活性的影響，不可選擇斐林試劑對實驗結果進行檢測
解析：選D　若探究pH對過氧化氫酶活性的影響，則pH是自變量，過氧化氫分解速率是因變量；若探究溫度對酶活性的影響，不可選擇新鮮肝臟研磨液和過氧化氫溶液進行反應，因為過氧化氫本身的分解就受溫度的影響；若探究溫度對淀粉酶活性的影響，應先將淀粉溶液與淀粉酶溶液在各自所需的溫度下保溫一段時間再混合；若探究溫度對淀粉酶活性的影響，不可選擇斐林試劑對實驗結果進行檢測，因為斐林試劑需在水浴加熱條件下才會發生特定的顏色反應，而該實驗中需嚴格控制溫度。
科學思維——構建與酶有關的數學模型
(一)用曲線模型表示酶的三大特性
1．圖1中酶參與的反應對應曲線A，無機催化劑參與的反應對應曲線B，未加催化劑時的反應對應曲線C，由此說明，與無機催化劑相比，酶的催化作用具有高效性。
2．圖2中加入酶B的反應速率和無酶條件下的反應速率相同，說明酶B對此反應無催化作用；而加入酶A的反應速率在一定范圍內隨反應物濃度的增大明顯加快，說明酶的催化作用具有專一性。
3．(1)圖3中b點表示最適溫度，e點表示最適pH。
(2)溫度在a點時，酶的活性較低，但不會失活；溫度≥c，酶會失活。pH≤d、pH≥f，酶都會失活。
(3)由圖3可知，酶的作用條件較溫和，在最適宜的溫度和pH條件下，酶的活性最高。
(二)用曲線模型表示影響酶促反應的因素
1．反應物濃度、酶濃度與酶促反應速率的關系(圖1、2)
(1)圖1：在其他條件適宜、酶量一定的情況下，酶促反應速率隨反應物濃度增加而加快，但當反應物達到一定濃度后，受酶數量和酶活性限制，酶促反應速率不再增加。
(2)圖2：在反應物充足、其他條件適宜的情況下，酶促反應速率與酶濃度呈正相關。
2．溫度和pH與酶促反應速率的關系(圖3)
(1)圖3：溫度和pH是通過影響酶活性來影響酶促反應速率的；反應物濃度和酶濃度是通過影響反應物與酶的接觸來影響酶促反應速率的，并不影響酶的活性。
(2)圖3：反應溶液pH的變化不影響酶作用的最適溫度；反應溶液溫度的變化也不改變酶作用的最適pH。
[素養評價]
1.(2020·杭州模擬)如圖表示在最適pH、底物濃度一定的條件下，某酶促反應速率在不同溫度條件下的變化曲線。下列敘述錯誤的是(　　)
A．溫度為a時反應速率大的原因是相關酶的活性高
B．溫度超過c后，相關酶將完全失去活性
C．適當升高或降低反應體系的pH，b點都將下移
D．適當提高反應體系中底物的量，a點將右移
解析：選D　溫度為a時反應速率大的原因是相關酶的活性高，A正確；溫度過高會引起酶的空間結構被破壞，從而使酶完全失去活性，B正確；題圖為在最適pH條件下得到的，適當升高或降低反應體系的pH，則最適溫度下的反應速率下降，C正確；適當提高反應體系中底物的量，可能會提高酶促反應速率，使b點上移，但不能改變酶促反應速率的最適溫度，D錯誤。
2．如圖表示在不同條件下，酶催化反應的速率(或生成物量)變化，下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．甲中虛線可表示酶量增加一倍時，底物濃度和反應速率的關系
B．乙中虛線可表示增加酶濃度，其他條件不變時，生成物量的變化示意曲線
C．若乙中的實線表示Fe3＋的催化效率，則虛線可表示過氧化氫酶的催化效率
D．圖丙不能表示在反應開始后的一段時間內，反應速率與時間的關系
解析：選D　底物濃度充足時，酶促反應速率與酶濃度成正比，甲中虛線所示反應速率加快，可表示酶量增加一倍時底物濃度和反應速率的關系；催化劑只能縮短達到化學平衡所需要的時間，但不改變化學反應的平衡點，同時酶的催化效率高，故乙中虛線可表示增加酶濃度，生成物量的變化示意曲線；由于酶具有高效性，若乙中實線表示Fe3＋的催化效率，則虛線可表示過氧化氫酶的催化效率；酶促反應開始時底物濃度高，反應快，后來底物逐漸被分解，反應速率降低，則圖丙能表示在反應開始后的一段時間內，反應速率與時間的關系。
3．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。回答下列問題：
(1)三個溫度條件下，該酶活性最高的是________組。
(2)在時間t1之前，如果A組溫度提高10 ℃，那么A組酶催化反應的速度會________。
(3)如果在時間t2時，向C組反應體系中增加2倍量的底物，其他條件保持不變，那么在t3時，C組產物總量________，原因是__________________________________。
(4)生物體內酶的化學本質是______________________________________，其特性有
____________________________________________________(答出兩點即可)。
解析：(1)在60 ℃條件下，反應的最終產物濃度比20 ℃和40 ℃條件下小很多，說明酶在60 ℃條件下最終失活。20 ℃與40 ℃條件下相比，40 ℃時酶促反應到達反應平衡的時間短，說明40 ℃條件下酶活性較高。(2)在時間t1之前，如果A組溫度提高10 ℃變成30 ℃，由該酶活性隨溫度的變化規律可知，30 ℃條件下的該酶活性大于20 ℃條件下的，因此A組酶催化反應的速度會加快。(3)t2時C組的產物濃度已不再增加，但由A和B組t2時的產物濃度可知，t2時C組底物并未全部被分解，C組產物濃度不再增加是由于溫度過高導致t2時酶已經變性失活。因此如果在時間t2時，向C組反應體系中增加2倍量的底物，在其他條件保持不變的情況下，t3時產物的總量也不會再增加。(4)生物體內酶的化學本質絕大多數是蛋白質，極少數是RNA。酶具有高效性、專一性、作用條件較溫和的特性。
答案：(1)B　(2)加快　(3)不變　60 ℃條件下，t2時酶已失活，即使增加底物，反應產物總量也不會增加
(4)蛋白質或RNA　高效性、專一性、作用條件較溫和(答出兩點即可)
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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