2020_2021学年新教材高中生物第5章细胞的能量供应和利用第1节第2课时酶的特性课件新人教版必修1 52页

第1节　降低化学反应活化能的酶 第 2 课时　酶的特性 课标要求 核心素养 1. 分析酶的高效性和专一性。 2. 探究影响酶活性的条件。 3. 分析影响酶促反应的条件。 1. 生命观念 —— 建立模型：通过建立温度、 pH 对酶活性的影响等数学模型，理解影响的规律和实质。 2. 科学探究 —— 实验思路及设计：合理设计探究温度、 pH 对酶活性影响的实验步骤，规范实施实验，探究影响的规律。 新知预习 · 双基夯实 一、酶的特性 1 ． 酶具有高效性 (1) 含义：酶的催化效率是无机催化剂的 ____________________ 倍。 (2) 意义：使细胞代谢 ________ 进行。 2 ． 酶具有专一性 (1) 含义：每一种酶只能催化 ______________ 化学反应。 (2) 意义：使细胞代谢能够 ____________ 地进行。 10 7 ～ 10 13 快速 一种或一类 有条不紊 3 ． 酶的作用条件较温和 (1) 酶活性：可用在一定条件下酶催化某一化学反应的 ________ 表示。 (2) 酶所催化的化学反应一般是在 ____________ 的条件下进行的。过酸、过碱或温度过高，都会使酶的 ____________ 遭到破坏，使酶永久 ________ 。低温只能使酶的活性 ________ ，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会 ________ 。 速率 比较温和 空间结构 失活 降低 升高 二、酶特性的探究实验 探究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。它们在酶的催化作用下都能水解成 __________ 。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用 ____________ 检测溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只催化特定的化学反应。 还原糖 斐林试剂 (2) 方法步骤 (3) 实验结论 淀粉酶能催化淀粉水解不能催化蔗糖水解，说明酶具有专一性。 试管编号 操作步骤 1 2 可溶性淀粉溶液 2 mL － ________ 溶液 － 2 mL 新鲜的淀粉酶溶液 2 mL ____________ 60 ℃ 保温 5 min 新配制的 ____________ 2 mL 2 mL 水浴加热 1 min 观察 __________________ 蔗糖 2 mL 斐林试剂 溶液颜色的变化 (1) 酶具有专一性、高效性，且受温度和 pH 的影响。 ( 　　 ) (2) 蛋白酶只能催化蛋白质的水解而不能催化淀粉的水解，这一现象体现了酶的专一性。 ( 　　 ) (3) 由于酶在化学反应前后性质和数量没改变，所以酶具有高效性。 ( 　　 ) (4) 高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。 ( 　　 ) √ √ × × (5) 人体在发热感冒时，常出现厌食恶心现象，这与人体内酶的活性有关，说明酶活性的发挥离不开适宜的温度等。 ( 　　 ) (6) 酶活性最高时的温度适合酶的保存。 ( 　　 ) (7)pH 影响酶活性的实验中实验材料不选择淀粉，原因是酸能促进淀粉水解。 ( 　　 ) (8) 探究酶的最适 pH ，需要在酶的最适温度条件下进行。 ( 　　 ) √ × √ √ 思考： 1 ．人体口腔内的唾液淀粉酶进入胃之后还能继续发挥作用吗？为什么？ 提示： 不能。因为胃内 pH 很低，导致唾液淀粉酶失活。 2 ． 在最适的 pH 或温度下酶促反应一定能进行吗？ 提示： 不一定。例如在最适 pH 条件下，将温度调至 100 ℃ ，那么即使在最适 pH 时，多数酶也会丧失活性，反应不能进行。 3 ． 持续发烧不退有时会危及人的生命，你知道其中的原因吗？ 提示： 酶的影响因素发生很小的变化时，酶活性就会发生很大的改变。人体中酶的最适温度一般为 37 ℃ ，当人体体温高于或低于这个温度时，机体中酶活性就会大大降低，细胞内的各种生物化学反应就不能正常进行了。 学霸记忆 · 素养积累 1 ．酶的特性是高效性、专一性和作用条件的温和性。 2 ．酶具有高效性的原因是：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。 3 ．过酸、过碱或温度过高，都会使酶因空间结构被破坏而失活。 4 ．在一定的低温下，酶的活性被抑制，但空间结构稳定，在适宜温度下其活性可恢复。 课内探究 · 名师点睛 1 ． 酶具有高效性 (1) 酶的高效性一般是通过酶与无机催化剂的对照来说明的。 (2) 在酶的高效性的验证实验中，所用的生物材料必须是新鲜的。 一 酶的特性 (2) 实例 步骤 1 淀粉＋淀粉酶 蔗糖＋淀粉酶 2 等量斐林试剂，水浴加热相同时间 现象 出现砖红色沉淀 无颜色变化 结论 酶具有专一性 (2020 · 江苏省徐州市高一 ) 在如图所示的实验中，下列叙述错误的是 ( 　　 ) A ．本实验要注意控制环境温度 B ．本实验的自变量是催化剂的种类 C ．本实验能说明酶的催化具有专一性 D ．两试管的气泡生成的速率不同 典例剖析 典例 1 C 解析： 本实验是验证酶的高效性的实验，自变量是催化剂的种类，温度是无关变量，且过氧化氢的分解受温度的影响很大，因此要注意控制环境温度， A 、 B 正确； 本实验用酶与无机催化剂对照，说明了酶的催化作用具有高效性， C 错误；由于酶具有高效性，因此在其他条件都相同的条件下，加入过氧化氢酶的试管内的气泡生成速率明显大于加入氯化铁的试管， D 正确。 1 ． (2019 · 山东省德州市高一 ) 为探究酶的某种特性，现用可溶性淀粉溶液、蔗糖溶液 ( 两者都是非还原糖 ) 以及淀粉酶溶液、斐林试剂等材料进行了如下实验，下列叙述正确的是 ( 　　 ) 变式训练 操作步骤 操作项目 试管 1 2 ① 注入可溶性淀粉溶液 2 mL / ② 注入蔗糖溶液 / 2 mL ③ 注入淀粉酶溶液 2 mL 2 mL A ．实验的自变量是淀粉酶溶液 B ．实验的无关变量有温度、 pH 等 C ．实验结果的检测可用碘液代替斐林试剂 D ．实验目的是探究酶的高效性 答案： B 解析： 据表格内容可知，本实验的两个试管中所用的酶是相同的，而底物不同，因此该实验是探究酶的专一性，自变量是底物的种类即淀粉溶液与蔗糖溶液， A 、 D 错误；实验中温度、 pH 、溶液的体积等都属于无关变量， B 正确；碘液与蔗糖及蔗糖水解后的产物都不发生反应，用碘液无法检测蔗糖是否被水解，因此不能用碘液代替斐林试剂， C 错误。 1 ． 探究温度对酶活性的影响 (1) 原理：温度影响淀粉酶的活性，进而影响淀粉的水解，淀粉遇碘液变蓝，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅可以判断酶的活性。 二 影响酶活性的因素 (2) 实例 1 试管 1 ′ 试管 2 试管 2 ′ 试管 3 试管 3 ′ 试管 实验步骤 1 2 mL 淀粉溶液 2 mL 唾液淀粉酶溶液 2 mL 淀粉溶液 2 mL 唾液淀粉酶溶液 2 mL 淀粉溶液 2 mL 唾液淀粉酶溶液 2 在冰水中水浴 5 min 在 37 ℃ 水中水浴 5 min 在沸水中水浴 5 min 3 1 与 1 ′ 试管混合摇匀 2 与 2 ′ 试管混合摇匀 3 与 3 ′ 试管混合摇匀 1 试管 1 ′ 试管 2 试管 2 ′ 试管 3 试管 3 ′ 试管 实验步骤 4 冰水中水浴数分钟 37 ℃ 水浴数分钟 沸水中水浴数分钟 5 取出试管，分别滴加 2 滴碘液摇匀，观察现象 实验现象 呈蓝色 无蓝色出现 呈蓝色 结论 ① 唾液淀粉酶在 37 ℃ 时催化淀粉水解，在 0 ℃ 和 100 ℃ 时不能发挥催化作用。 ② 酶的催化作用需要适宜的温度条件，温度过高或过低都影响其催化效率 2. 探究 pH 对酶活性的影响 ( 以过氧化氢酶催化过氧化氢分解为例 ) ① 实验原理：过氧化氢分解产生水和氧气，过氧化氢酶可加快过氧化氢的分解，在短时间内产生大量的氧气。 pH 影响酶的活性，从而影响氧气的生成量，可根据点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成量的多少。 ② 实验过程 步骤 项目 试管 1 试管 2 试管 3 1 加入过氧化氢溶液 2 mL 2 mL 2 mL 2 加入蒸馏水 1 mL － － 3 加入盐酸溶液 － 1 mL － 4 加入 NaOH 溶液 － － 1 mL 5 滴加肝脏研磨液 2 滴 2 滴 2 滴 6 37 ℃ 水浴 5 min 5 min 5 min 7 点燃但无火焰的卫生香 复燃 不复燃 不复燃 结论 过氧化氢酶在强酸和强碱环境中不起作用，在中性环境中能催化过氧化氢快速分解 知识贴士 有关酶实验设计的两点提醒 (1) 探究不同温度对酶活性的影响时，在加入酶之前，应将底物在各自温度下处理至少 5 分钟，确保试管内外温度一致。 (2) 探究不同 pH 对酶活性的影响时，可将过氧化氢酶和 H 2 O 2 溶液分别调至同一 pH ，再混合，以保证反应一开始便达到预设 pH 。 (3) 探究不同温度对酶活性的影响时，不宜用斐林试剂，因为斐林试剂与还原糖的反应需水浴加热，而本实验的自变量为温度，须严格控制温度。 (4) 探究不同温度对酶活性的影响时，不宜选用过氧化氢酶催化 H 2 O 2 分解，因为 H 2 O 2 在加热条件下会自然分解。 下图是温度影响某种酶活性的曲线图，据图分析正确的是 ( 　　 ) A ． A 点时酶的结构被破坏 B ． B 点时酶的活性最高 C ．随温度升高酶活性增强 D ． C 点时酶对生化反应有抑制作用 典例剖析 典例 2 B 解析： A 点是因为低温抑制了酶的活性，但酶的结构不会被破坏，一旦温度升高到适宜温度时酶活性会恢复， A 错误。由图可知 B 点时酶活性最高， B 正确。在最适温度之前随着温度升高酶活性增强，但超过最适温度后随着温度升高酶活性降低，甚至失活， C 错误。 C 点时酶活性虽然不是特别高，但对生化反应仍起催化作用，而不是抑制， D 错误。 2 ．胃液中的蛋白酶，进入小肠后，催化作用大大降低，这是由于 ( 　　 ) A ．酶发挥催化作用只有一次 B ．小肠内的温度高于胃内的温度 C ．小肠内的 pH 比胃内的 pH 低 D ．小肠内的 pH 比胃内的 pH 高 解析： 胃蛋白酶适于在胃内的酸性环境下发挥作用，小肠内的 pH 比胃内的 pH 高，会导致胃蛋白酶变性失活，选 D 。 变式训练 D 指点迷津 · 拨云见日 与酶有关的曲线解读 1 ． 酶高效性的曲线 ( 如图中甲 ) (1) 催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 (2) 酶只能缩短达到化学反应平衡点所需的时间，不会改变化学反应的平衡点。 (3) 酶只能催化已存在的化学反应。 2 ． 酶专一性的曲线 ( 如图中乙 ) (1) 在 A 反应物中加入酶 A ，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶 A 催化 A 反应物参加的反应。 (2) 在 A 反应物中加入酶 B ，反应速率和未加酶时相同，说明酶 B 不催化 A 反应物参加的反应。 3 ． 影响酶活性的曲线 ( 如图 ) (1) 在一定条件下，酶活性最大时的温度 ( 或 pH) 称为该酶的最适温度 ( 或 pH) 。 (2) 在一定温度 ( 或 pH) 范围内，随温度 ( 或 pH) 的升高，酶的活性增强；当温度 ( 或 pH) 升高到一定限度时，酶活性会随温度 ( 或 pH) 的升高而减弱。 (3) 过酸、过碱、高温会破坏酶的空间结构，导致酶永久失活，而低温时酶的活性降低，不会失活。 4 ． 酶和反应物的浓度与反应速率的关系曲线 ( 如图 ) (1) 反应速率与酶浓度的关系：在反应物充足，其他条件均适宜的情况下，反应速率与酶浓度成正比 ( 如图中甲 ) 。 (2) 反应速率与反应物浓度的关系：在酶量一定的条件下，在一定范围内，反应速率会随着反应物浓度的增加而增大，但当反应物浓度达到一定值后，由于受酶数量或酶活性的限制，反应速率不再增大 ( 如图中乙 ) 。 5 ． 反应时间对酶促反应速率的影响 ( 如图 ) (1) 甲、乙、丙三图中的时间 t 0 、 t 1 、和 t 2 是一致的。 (2) 随着反应的进行，反应物因被消耗而减少，生成物因生成而增多。 (3) t 0 ～ t 1 段，因为反应物较充足，所以反应速率较快，反应物消耗较快，生成物生成速度较快。 t 1 ～ t 2 段，因为反应物的量减少，所以反应速率降低，反应物消耗较慢，生成物生成速率较慢。 t 2 时，反应物被耗尽，生成物也不再增加，此时反应速率为 0 。 图甲是过氧化氢酶活性 ( v ) 受 pH 影响的曲线，图乙表示在最适温度下， pH ＝ b 时过氧化氢分解产生的 O 2 量随时间 (t) 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 ( 　　 ) 典例 3 A ． pH ＝ a 时， e 点下移， d 点左移 B ．适当降低温度， e 点不移， d 点右移 C ． pH ＝ c 时， e 点为 0 D ．过氧化氢量增加， e 点不移， d 点左移 答案： B 解析： pH 由 b → a 时，酶的活性降低，化学反应速率减慢，到达化学反应平衡所需的时间延长，但 pH 改变不会改变化学反应的平衡点，故 e 点不移， d 点右移， A 项错误；图乙是在最适温度下绘制的，若温度降低，则酶活性降低，化学反应速率减慢，到达化学反应平衡所需的时间延长，但温度降低不会改变化学反应的平衡点，故 d 点右移， e 点不移， B 项正确； pH ＝ c 时，过碱条件破坏酶的空间结构使酶失活、不能催化过氧化氢分解，但过氧化氢在常温下也能分解，所以 e 点不为 0 ， C 项错误；过氧化氢量增加时，达到化学反应平衡所需时间延长，且化学反应的平衡点升高，即 e 点上移， d 点右移， D 项错误。 规律方法 　分析影响酶促反应速率因素的曲线图的一般方法 (1) 识标：理解图中纵坐标和横坐标的含义，一般横坐标表示温度、 pH 、反应时间等，纵坐标表示反应速率等。 (2) 明点：分析图中起止点和最高点的含义，一般起点为零，最高点表示最适温度或 pH ，酶的活性最大，止点表示酶的活性为零或生成物的量最大。 (3) 析图：根据相关原理判断曲线的变化情况，具体看曲线是上升还是下降，从而确定酶促反应速率的变化趋势。 (2019 · 河南省三门峡市高一 ) 将某种酶运用到工业生产前，需测定使用该酶的最佳温度范围。下图中的曲线①表示在各种温度下该酶活性相对于最高酶活性的百分比。将该酶在不同温度下保温足够长的时间，再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性，即下图中的曲线②，由此得到的数据为酶的热稳定性数据。据此作出的判断，正确的是 ( 　　 ) 典例 4 A ．曲线①可知 65 ℃ 是该酶活性最高的温度 B ．曲线②的各数据点是在对应温度下测得的 C ．该酶的热稳定性在 70 ℃ 之后急剧下降 D ．该酶使用的最佳温度是 80 ℃ 答案： C 解析： 由曲线 ① 可知，该酶活性最高的温度是 80 ℃ ， A 项错误；由于曲线 ② 是将该种酶在不同温度下保温足够长的时间，再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性，而酶活性最高的温度为 80 ℃ ，因此曲线中数据均为 80 ℃ 下测得的数据， B 项错误；曲线 ② 显示，该酶的热稳定性从 30 ℃ 开始不断下降，在 70 ℃ 后急剧下降， C 项正确；酶的最佳温度可以认为是既能使酶具有高的催化活性，又能维持较长时间的稳定，所以该酶使用的最佳温度范围是 60 ℃ ～ 70 ℃ ， D 项错误。  探究 · 实践 ⇨ P81 1 ． 提示： 有，实验不排除偶然性，结论只能验证不能完全相信。 2 ． 提示： ①加入淀粉酶溶液后， 60 ℃ 热水中保温 5 min 的目的是什么？ ( 利于淀粉酶发挥作用 ) ② 能否在加入淀粉酶溶液后直接加入斐林试剂？ ( 不能，斐林试剂会使淀粉酶失活 ) 。 本实验的结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。  练习与应用 ⇨ P85 一、概念检测 1 ． D 　嫩肉粉能分解蛋白质，能分解蛋白质的酶是蛋白酶。 2 ． B 　唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质，催化蛋白质水解的酶是蛋白酶。 3 ． D 　可溶性糖转化为淀粉是酶促反应，高温可以使可溶性糖转化为淀粉的酶的空间结构发生改变而失去活性，可溶性糖不能转化成淀粉，从而保持其甜味， D 正确。 二、拓展应用 1 ． 提示： 这个模型中 A 代表某类酶， B 代表反应物， C 和 D 代表产物。这个模型的含义是：酶 A 与底物 B 专一性地结合，催化反应的发生，生成产物 C 和 D 。这个模型揭示了酶的专一性。 2 ． (1) 提示： A 点：随着反应物浓度的增加，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物浓度的增加而升高，维持在相对稳定的水平。 (2) 提示： 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反应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，如图曲线 Ⅰ 。 (3) 提示： 该曲线表明， B 点的反应物的浓度足够大，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。如图曲线 Ⅱ 。