資源簡介

第5章 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用
第1節(jié) 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶
二　酶的特性
素養(yǎng)導(dǎo)引
1.生命觀念:運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀,說出酶的專一性
2.科學(xué)思維:通過模型構(gòu)建,說明酶的專一性和影響酶活性的因素。
3.科學(xué)探究:通過設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案,探究酶的專一性和溫度、pH對酶活性的影響。
4社會責(zé)任:通過酶在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用實(shí)例,認(rèn)同酶在生產(chǎn)應(yīng)用上的環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)。
　　細(xì)胞的代謝離不開酶的催化,人體中有8 000多種酶,它們各司其職,催化不同的反應(yīng),共同維持生物體生命活動的正常進(jìn)行。
觀看視頻《人體中的酶》。
　思考:
　(1)不同的酶催化的反應(yīng)不同,說明酶的催化具有什么特性
　(2)人體口腔中的酶進(jìn)入胃中是否還能發(fā)揮作用呢
一、酶的特性
1.高效性:
(1)含義:與無機(jī)催化劑相比,酶的催化效率更高。
(2)意義:保證了細(xì)胞代謝的快速進(jìn)行;保證了細(xì)胞內(nèi)能量供應(yīng)的穩(wěn)定 。
　[思考]　酶具有高效性的實(shí)質(zhì)是什么
提示:與無機(jī)催化劑相比,酶降低活化能的作用更顯著。
2.專一性:
(1)含義:每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。
(2)意義:保證了細(xì)胞代謝能夠有條不紊地進(jìn)行。
3.酶的作用條件較溫和:
(1)酶所催化的化學(xué)反應(yīng)的條件:比較溫和。
(2)影響酶活性的因素:溫度、pH。
(3)特點(diǎn):在最適宜的溫度和pH條件下,酶的活性最高。溫度和pH偏高或偏低,酶活性都會降低。
　[思考]　酶會失去活性嗎
提示:會。過酸、過堿或溫度過高,會使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞,使酶永久失活。
二、影響酶活性的條件
1.酶活性:酶催化特定反應(yīng)的能力。
2.酶活性的表示方法:一定條件下,酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的速率。
3.建議用淀粉酶探究溫度對酶活性的影響,用過氧化氫酶探究pH對酶活性的影響。
　[思考]　用過氧化氫酶探究溫度對酶活性的影響可以嗎 為什么
提示:不可以。加熱可以加速過氧化氫分解。
　加酶洗衣粉中添加了多種酶制劑,如堿性蛋白酶制劑和堿性脂肪酶制劑等。這些酶制劑不僅可以有效去污,而且對人體無害。加酶洗衣粉受到了人們的普遍歡迎。請結(jié)合所學(xué)知識判斷:
1.加酶洗衣粉不能在高溫下使用,因?yàn)楦邷叵旅傅幕钚詴档汀?(√)
2.加酶洗衣粉可用來清洗羊毛和真絲質(zhì)地的衣物。 (×)
分析:羊毛和真絲的主要成分是蛋白質(zhì),而加酶洗衣粉中有蛋白酶,會損傷衣物。
學(xué)習(xí)任務(wù)一:酶特性的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計
1.酶的高效性:
步驟 1 H2O2溶液 H2O2溶液
2 FeCl3 H2O2酶
現(xiàn)象 較多氣泡 大量氣泡
結(jié)論 酶具有高效性
　[思考探究]　試分析該實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量和無關(guān)變量。
提示:自變量為催化劑的種類,因變量是氣泡的多少,過氧化氫溶液的量及濃度、催化劑的量等為無關(guān)變量。
2.酶的專一性:
(1)淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用:
步驟 1 淀粉+淀粉酶 蔗糖+淀粉酶
2 等量斐林試劑,水浴加熱相同時間
現(xiàn)象 出現(xiàn)磚紅色沉淀 無顏色變化
結(jié)論 酶具有專一性
　[思考探究]　能否使用碘液對上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn) 為什么
提示:不能,碘液無法檢測蔗糖是否水解。
(2)酶專一性理論模型的構(gòu)建:
模型解讀:酶催化反應(yīng)的反應(yīng)物稱為酶的底物,酶的專一性體現(xiàn)在酶與底物的特異性結(jié)合。
　　　　　　　【方法規(guī)律】
對比法驗(yàn)證酶的專一性
(1)設(shè)計思路:常見的方案有兩種,即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同。
(2)設(shè)計方案。
①
?、?br/>3.影響酶活性的條件:
(1)溫度對酶活性的影響:
步驟 試管
1 1' 2 2' 3 3'
淀粉溶液 2 mL — 2 mL — 2 mL —
淀粉酶溶液 — 1 mL — 1 mL — 1 mL
不同溫度下處理5 min 0 ℃ 60 ℃ 100 ℃
將同一溫度下的兩種物質(zhì)混合后保溫5 min
滴加碘液 1滴 1滴 1滴
結(jié)果(現(xiàn)象) 變藍(lán) 不變藍(lán) 變藍(lán)
①將淀粉與淀粉酶在相應(yīng)溫度下保溫一段時間再混合。
②實(shí)驗(yàn)要保持酶的最適pH。
③通過滴加碘液觀察溶液是否變藍(lán)判斷淀粉是否被分解,不變藍(lán)說明淀粉已經(jīng)被分解。
④實(shí)驗(yàn)結(jié)論:溫度過高或過低都會影響酶的活性。
　[思考探究]　探究溫度對酶活性的影響時,淀粉在淀粉酶的催化作用下被分解為麥芽糖,請思考能否用斐林試劑替代碘液進(jìn)行檢測。
提示:不可以,該實(shí)驗(yàn)的自變量是溫度,用斐林試劑檢測時需要水浴加熱,這樣會干擾自變量。
　　　【深化探究】如何設(shè)計實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探究淀粉酶的最適溫度
提示:縮小溫度梯度,增加實(shí)驗(yàn)組次,重復(fù)進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)。
(2)pH對酶活性的影響:
步驟 項(xiàng)目 試管1 試管2 試管3
1 新鮮的肝臟研磨液 2滴 2滴 2滴
2 注入不同pH的溶液+緩沖液 1 mL蒸餾水 1 mLHCl 1 mL NaOH溶液
3 注入等量的過氧化氫 2 mL 2 mL 2 mL
4 觀察現(xiàn)象 有大量氣泡產(chǎn)生 無明顯氣泡產(chǎn)生 無明顯氣泡產(chǎn)生
注意事項(xiàng):
①本實(shí)驗(yàn)中步驟2、3一定不能顛倒,否則會使H2O2過早分解。
②本實(shí)驗(yàn)不宜選用淀粉酶催化淀粉水解,因?yàn)榈矸墼谒嵝詶l件下也會發(fā)生水解反應(yīng)。
　[思考探究]　試分析試管2、3氣泡產(chǎn)生極少的原因。
提示:HCl和NaOH使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞,使酶失活,無法催化反應(yīng)進(jìn)行。
【學(xué)習(xí)加點(diǎn)料】
1.思維易錯:依據(jù)探究實(shí)驗(yàn),請思考應(yīng)如何保存酶制劑。
提示:低溫、適宜pH條件下保存酶制劑。
2.教材開發(fā):教材P84[相關(guān)信息]拓展
有的細(xì)菌體內(nèi)的酶最適溫度可高達(dá)70°C,胃蛋白酶的最適pH為1.5,由此你可聯(lián)想到什么問題 唾液淀粉酶到了胃液后還能發(fā)揮作用嗎 (注:唾液的pH為6.2~7.4)
提示:這些細(xì)菌生活環(huán)境的溫度比較高;胃蛋白酶分布在胃液中,胃液為酸性環(huán)境(回答合理即可)。胃液的酸性環(huán)境使唾液淀粉酶變性失活,無法發(fā)揮作用。
　現(xiàn)有甲、乙、丙三支試管,先向三支試管內(nèi)分別加入2 mL可溶性淀粉溶液①,再按如圖所示步驟操作,然后分別用斐林試劑檢驗(yàn)②。下列分析不正確的是 (　　)
A.該實(shí)驗(yàn)的自變量是溫度和酶的種類
B.甲試管內(nèi)出現(xiàn)磚紅色沉淀,乙試管內(nèi)無磚紅色沉淀,說明酶具有專一性
C.甲試管和丙試管對照,說明高溫會影響酶的活性
D.丙試管的操作應(yīng)該先加入酶,再煮沸
[解題思維]
提取關(guān)鍵點(diǎn) ①三支試管內(nèi)分別加入2 mL可溶性淀粉溶液②用斐林試劑檢驗(yàn)
轉(zhuǎn)化知識點(diǎn) 自變量的判斷、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析、溫度對酶活性的影響
排除障礙點(diǎn) 探究溫度對酶活性影響時,應(yīng)使酶達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)設(shè)溫度,再與底物混合
【解析】選D。根據(jù)上述分析可知,該實(shí)驗(yàn)的自變量是溫度和酶的種類,A正確;唾液淀粉酶可將淀粉分解形成麥芽糖,麥芽糖是還原性糖,用斐林試劑檢測可出現(xiàn)磚紅色沉淀,胃蛋白酶不能分解淀粉,淀粉是非還原性糖,用斐林試劑檢測不出現(xiàn)磚紅色沉淀,所以若甲試管內(nèi)出現(xiàn)磚紅色沉淀,乙試管內(nèi)不出現(xiàn),可說明酶具有專一性,B正確;甲試管和丙試管的自變量是溫度,高溫可使酶的空間結(jié)構(gòu)被破壞,可說明高溫會影響酶的活性,C正確;酶具有高效性,丙試管中若先加入酶,再煮沸,會有部分淀粉分解成麥芽糖,加入斐林試劑檢驗(yàn),可出現(xiàn)磚紅色沉淀,不能與甲形成對照,D錯誤。
　[借題發(fā)揮]　實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,分別向甲、乙、丙三支試管加入等量的雙縮脲試劑,出現(xiàn)紫色反應(yīng)的試管是哪一支
提示:三支試管均變紫色,唾液淀粉酶和胃蛋白酶的本質(zhì)均為蛋白質(zhì),變性后的唾液淀粉酶仍可與雙縮脲呈現(xiàn)紫色反應(yīng)。
1.(2022·鹽城高一檢測)分別向A、B兩試管中加入2 mL的3%的過氧化氫溶液,然后向A中滴加2滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的FeCl3溶液,向B中滴加2滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的豬肝研磨液,結(jié)果后者比前者產(chǎn)生氧氣泡快。以上實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了酶具有 (　　)
A.多樣性 B.催化性
C.專一性 D.高效性
【解析】選D。新鮮豬肝研磨液含有過氧化氫酶,酶與無機(jī)催化劑相比,降低化學(xué)反應(yīng)活化能的作用更顯著,即酶具有高效性。
2.如圖為蔗糖酶作用機(jī)理示意圖,下列說法正確的是 (　　)
A.圖示過程體現(xiàn)了酶的高效性
B.圖示過程體現(xiàn)了酶的專一性
C.1分子蔗糖可以水解為2分子葡萄糖
D.蔗糖酶能催化麥芽糖的水解
【解析】選B。酶的高效性是與無機(jī)催化劑作對照,該圖只是體現(xiàn)了酶的專一性,不能體現(xiàn)酶的高效性,A錯誤,B正確;分析題圖可知,蔗糖的兩個組成單位不同,因此一分子蔗糖水解成一分子的葡萄糖和一分子的果糖,C錯誤;蔗糖酶的結(jié)構(gòu)使其不能與麥芽糖結(jié)合形成酶-底物復(fù)合物,因此蔗糖酶不能催化麥芽糖水解,D錯誤。
學(xué)習(xí)任務(wù)二:與酶相關(guān)的曲線
1.溫度和pH與酶促反應(yīng)速率的關(guān)系:
(1)判斷:甲圖代表溫度對酶活性的影響,乙圖代表pH對酶活性的影響。
(2)判斷依據(jù):圖中A點(diǎn)的位置。
①低溫下酶活性低,酶促反應(yīng)速率低。
②低pH(強(qiáng)酸)可使酶變性失活,酶促反應(yīng)速率降為0。
(3)兩圖中的B點(diǎn)分別代表最適溫度和最適pH,此時,酶活性最高。
(4)溫度不同,酶活性可能相同;pH不同,酶活性也可能相同。
　[思考探究]　(1)置于甲圖B溫度下的酶溶液,不斷升高溫度,酶活性會發(fā)生怎樣的變化
提示:酶活性會降低。
(2)置于乙圖A點(diǎn)pH環(huán)境中的酶溶液,不斷升高pH,酶活性會發(fā)生怎樣的變化
提示:不變,酶已變性失活。
　　　　　　　【拓展歸納】
關(guān)于酶活性的兩點(diǎn)提醒
(1)將酶從低溫環(huán)境逐漸恢復(fù)到最適溫度時,酶的活性可恢復(fù),若從高溫、過酸或過堿的環(huán)境逐漸恢復(fù)到最適溫度或pH時,酶已經(jīng)失去活性,不可恢復(fù)。
(2)溫度、pH等因素會影響酶的活性,進(jìn)而影響反應(yīng)速率,但是不會影響酶的最適pH和溫度。
2.底物濃度和酶濃度對酶促反應(yīng)的影響曲線:
(1)在一定范圍內(nèi),隨著底物濃度的增大,酶促反應(yīng)速率逐漸增大,當(dāng)達(dá)到一定底物濃度時,反應(yīng)速率不再增大。AB段限制因素是底物濃度;B點(diǎn)以后限制因素是酶濃度(酶數(shù)量)(圖甲)。
(2)在底物充足(其他條件適宜且固定)的條件下,酶促反應(yīng)速率與酶的濃度成正比(圖乙)。
　　　　　　　【深化探究】溫度、pH、底物濃度和酶的濃度都會影響酶促反應(yīng)速率,作用機(jī)制有何不同
提示:溫度和pH通過影響酶的活性影響反應(yīng)速率,酶的濃度和底物濃度通過影響酶與底物的結(jié)合從而影響酶促反應(yīng)速率。
　　　　　　　【拓展歸納】
抑制酶活性的兩個模型
模型Ⅱ中的抑制劑與底物競爭酶的活性位點(diǎn),從而降低酶對底物的催化效應(yīng);模型Ⅲ中的抑制劑和酶活性位點(diǎn)以外的其他位點(diǎn)結(jié)合,能改變酶的構(gòu)型,使酶不能與底物結(jié)合,從而使酶失去催化活性。
【學(xué)習(xí)加點(diǎn)料】
思維易錯:(1)一定量的過氧化氫溶液加入適量酶后,氧氣產(chǎn)生總量與時間的關(guān)系:
試分析A點(diǎn)后O2產(chǎn)生總量不變的限制因素是什么。
提示:O2產(chǎn)生總量不變,說明反應(yīng)已經(jīng)結(jié)束,此時限制因素為H2O2的量。
(2)在酶數(shù)量一定的條件下,氧氣產(chǎn)生速率與H2O2濃度的關(guān)系:
該圖中,B點(diǎn)后的限制因素是什么
提示:B點(diǎn)后O2產(chǎn)生速率不隨H2O2濃度的改變而改變,此時影響因素為酶的濃度。
　(2022·天津高一檢測)某實(shí)驗(yàn)小組在Ta和Tb兩個溫度條件下,測定了淀粉酶在不同的pH條件下催化淀粉完全水解所需的時間①,結(jié)果如圖所示(TaA.曲線①表示在Ta溫度下測定的結(jié)果
B.在這兩個溫度條件下,淀粉酶的最適pH相同
C.向反應(yīng)液中滴加堿液,pH從1→7過程中,淀粉酶活性逐漸恢復(fù)
D.曲線②條件下,升高一定的溫度,該曲線可能移動到曲線①的上方
[解題思維]
提取關(guān)鍵點(diǎn) ①不同溫度、不同pH條件,淀粉完全水解所需時間②Ta轉(zhuǎn)化知識點(diǎn) 曲線圖分析、溫度和pH對酶活性的影響
排除障礙點(diǎn) 強(qiáng)酸會使酶變性失去活性,再改變pH對酶的活性不會產(chǎn)生影響
【解析】選C。根據(jù)題干中“Ta　[借題發(fā)揮]　試分析該實(shí)驗(yàn)的自變量和因變量。
提示:自變量為溫度、pH,因變量為淀粉完全水解所需要的時間。
1.(2022·洛陽高一檢測)在溫度和pH均最適宜情況下,測得酶促反應(yīng)速率與底物濃度關(guān)系如圖所示。則當(dāng)?shù)孜餄舛却笥趍時,提高反應(yīng)速率的方法是 (　　)
A.增加酶的數(shù)量 B.增加底物濃度
C.降低pH D.增加溫度
【解析】選A。分析圖示可知,當(dāng)?shù)孜餄舛却笥趍時,底物濃度增大,反應(yīng)速率不再增加,可能是受到酶數(shù)量的限制,增加酶的數(shù)量,可以提高反應(yīng)速率,A正確,B錯誤;該實(shí)驗(yàn)是在溫度和pH均最適宜情況下進(jìn)行的,降低pH或增加溫度,反應(yīng)速率均降低,C、D錯誤。
2.如圖為用不同溫度處理α-淀粉酶催化淀粉水解反應(yīng)的曲線圖,用以測試酶的催化效率與溫度的關(guān)系,下列敘述不正確的是 (　　)
A.0~70 ℃之間,隨著溫度上升,酶的活性逐漸增強(qiáng)
B.在70~100 ℃之間,隨著溫度上升,酶的活性迅速下降
C.α-淀粉酶作用的最適溫度是70 ℃
D.溫度超過70 ℃,α-淀粉酶的活性喪失
【解析】選D。在0~70 ℃之間,隨著溫度上升,酶的催化效率逐漸增大,說明酶的活性逐漸增強(qiáng),A正確;在70~100 ℃之間,隨著溫度上升,酶的催化效率迅速減少,說明酶的活性迅速下降,B正確;在70 ℃時,酶的催化效率最大,說明α-淀粉酶作用的最適溫度是70 ℃,C正確;溫度超過70 ℃,隨著溫度上升,α-淀粉酶的活性迅速減少直至喪失,D錯誤。
　　　　　　　【方法規(guī)律】
“三看法”分析酶促反應(yīng)曲線
一看橫縱坐標(biāo):一般橫坐標(biāo)表示溫度、反應(yīng)時間等,縱坐標(biāo)則表示反應(yīng)速率。
二看起止點(diǎn):分析起止點(diǎn)、最高點(diǎn)的含義,一般起點(diǎn)為零,最高點(diǎn)對應(yīng)的橫坐標(biāo)表示最適溫度或者pH,止點(diǎn)表示酶活性為零或生成物的量最大。
三看趨勢:具體看曲線的上升或下降趨勢,從而確定酶促反應(yīng)速率的變化趨勢。
　　　　【補(bǔ)償訓(xùn)練】
　　如圖表示胃蛋白酶活性與溫度、pH之間的關(guān)系。下列敘述錯誤的是 (　　)
A.溫度和pH都會影響胃蛋白酶的活性
B.胃蛋白酶的最適溫度是37 ℃
C.胃蛋白酶的最適pH一定是2.0
D.溫度為0 ℃時酶的空間結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定
【解析】選C。由題圖知,當(dāng)pH一定溫度不同時,胃蛋白酶的活性不同,當(dāng)溫度一定pH不同時,胃蛋白酶的活性也不同,說明胃蛋白酶活性受溫度和pH的影響,A正確;據(jù)圖可推斷胃蛋白酶的最適溫度為37 ℃,B正確;由題圖知,在溫度相同,pH分別為2.0、2.5、3.0的條件下,胃蛋白酶的催化反應(yīng)速率不同,其中在pH為2.0時酶的催化反應(yīng)速率最強(qiáng),而pH在2.5或3.0時酶的催化反應(yīng)速率均低于pH在2.0時,說明胃蛋白酶的最適pH為2.0左右,C錯誤;溫度為0 ℃時酶的活性降低,但是空間結(jié)構(gòu)沒有被破壞,仍然保持相對穩(wěn)定,D正確。
酶與蜂蜜
　　　中國是世界第一養(yǎng)蜂大國,蜂產(chǎn)品產(chǎn)量和出口量以及蜂群數(shù)量位居世界首位。蜂蜜中的淀粉酶活性是衡量蜂蜜品質(zhì)的重要指標(biāo)?？蒲腥藛T以新鮮椴樹蜂蜜為實(shí)驗(yàn)材料,經(jīng)過不同加工條件處理后,在相同條件下檢測蜂蜜中的淀粉酶活性(淀粉酶活性以淀粉酶值表示,即1 g蜂蜜中的淀粉酶在一定條件下可催化1%淀粉溶液的毫升數(shù)),結(jié)果如表所示。請回答:
加工時間 加工溫度
30 ℃ 40 ℃ 50 ℃ 60 ℃ 70 ℃
1 h 10.9 10.9 10.9 8.3 8.3
2 h 10.9 10.9 10.9 8.3 6.5
3 h 10.9 8.3 6.5 5.0 5.0
探究:
(1)淀粉酶的化學(xué)本質(zhì)是　　　　。淀粉酶只能水解淀粉,說明酶具有　　　　。使用雙縮脲試劑　　　　(填“可以”或“不可以”)準(zhǔn)確檢測蜂蜜中淀粉酶的含量,理由是　 　。
(2)本實(shí)驗(yàn)探究的是　　　　　　　　　　　　　對蜂蜜中淀粉酶活性的影響。
(3)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定合格的蜂蜜產(chǎn)品淀粉酶值應(yīng)在8以上。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,為加工蜂蜜和生活中蜂蜜的食用各提出一條建議。
【解析】(1)淀粉酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。淀粉酶只能水解淀粉,說明酶具有專一性。使用雙縮脲試劑不可以準(zhǔn)確檢測蜂蜜中淀粉酶的含量,理由是蜂蜜中除淀粉酶外還含有其他蛋白質(zhì)(蜂蜜中還含有其他非酶類蛋白質(zhì))。
(2)本實(shí)驗(yàn)探究的是加工溫度和加工時間對蜂蜜中淀粉酶活性的影響。
(3)合格的蜂蜜產(chǎn)品淀粉酶值應(yīng)在8以上,加工蜂蜜的條件為:30 ℃、40 ℃條件下加工不超過3小時;50 ℃、60 ℃條件下加工不超過2小時;70 ℃條件下加工不超過1小時;另外為了保證淀粉酶值,食用時,不要用過高溫度的水沖飲,不要加熱食用。
答案:(1)蛋白質(zhì)　專一性　不可以　蜂蜜中除淀粉酶外還含有其他蛋白質(zhì)(蜂蜜中還含有其他非酶類蛋白質(zhì))
(2)加工溫度和加工時間
(3)加工:30 ℃、40 ℃條件下加工不超過3小時;50 ℃、60 ℃條件下加工不超過2小時;70 ℃條件下加工不超過1小時。
食用:不要用溫度太高的水沖飲,不要加熱食用。
情境載體 情境類型為生活、學(xué)習(xí)和實(shí)踐情境,突出與生活的聯(lián)系
關(guān)鍵能力↓圖文轉(zhuǎn)化 ①經(jīng)過不同條件的處理
②淀粉酶活性以淀粉酶值表示
學(xué)科素養(yǎng) 培養(yǎng)生命觀念中的結(jié)構(gòu)與功能觀、科學(xué)思維中的分析與比較等素養(yǎng)
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