第5章_第1讲_降低反应活化能的酶_第2讲_ATP.ppt

第一节降低化学反应活化能的酶 第五章细胞的能量供应和利用 回归教材 构建知识网络 一 酶本质的探索 发酵是纯化学反应 与生命活动无关 发酵与整个活细胞的活动有关 发酵与细胞中某种物质有关 酵母细胞中的某物质能在细胞外起作用 酶是蛋白质 巴斯德之前 巴斯德 李比希 毕希纳 萨姆纳提取脲酶 少数rna具有生物催化功能 切赫和奥特曼 酶的本质及生理功能 降低化学反应的活化能 酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物 细胞内 外或生物体外均可 酶与激素的比较 如何探究某种酶的本质 例1 下列关于生物体内酶的叙述正确的是 是由有分泌功能的细胞产生的 有的从食物获得 有的在体内转化而来 凡是活细胞都能产生酶 绝大多数酶是蛋白质 少数酶是rna 有的酶是蛋白质 有的酶是固醇 酶在代谢中有多种功能 酶在新陈代谢和生殖发育中起调控作用 酶只是起催化作用a b c d c 同无机催化剂相比 酶降低活化能的作用更显著 因而催化效率更高 大量实验数据表明 酶的催化效率大约是无机催化剂的107 1013倍 酶和一般催化剂的比较 酶促反应 由酶催化的化学反应称为酶促反应 酶促反应过程示意图 底物 活性部位 酶 产物 合成反应 酶促反应过程示意图 酶的活性中心往往与底物分子在空间结构上有特殊的匹配关系 当酶与底物结合时 启动化学反应的发生 如合成反应或分解反应 分解反应 底物 产物 酶和一般催化剂的比较 共性 具催化效率 用量少 反应前后酶的性质和数量均没有变化 可降低反应的活化能不同 酶的催化效率高 即高效性 逐 探究一p43 例1 二 酶的特性及实验 1 与无机催化剂相比酶具有 高效性 专一性 酶的催化效率是无机催化剂的107 1013倍 酶可在1s内完成非酶体系需要3年 30万年时间的反应 一种酶只能催化一种或一类反应 如何证明酶具有高效性 实验 比较过氧化氢酶和fe3 的催化效率 原理 教材p78新鲜的肝脏中含有过氧化氢酶 fe3 是一种无机催化剂 它们都可以催化过氧化氢酶分解成水和氧 观察比较产生气泡的量 以及收集到的氧气使无火焰的卫生香燃烧的猛烈程度得出结论 比较过氧化氢在不同条件下的分解速率 无关变量 对照组 实验组 对照实验原则 2ml 2ml 2ml 2ml 3 3 3 3 常温 90 fecl3 肝脏研磨液 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴 不明显 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 设计实验的主要原则 单一变量原则设置对照实验原则 自变量 人为改变的变量 要研究的变量 因变量 因 随 自变量的变化而发生变化的变量 无关变量 实验过程可能还会存在一些可变因素 对实验的结果造成影响 这些可变因素为无关变量 对照组 一般来说 是指保持原有状态 未做处理 或已知影响因素所造成结果的一组实验 实验组 人为改变条件 人为特别处理 或未知实验结果的一组实验 比较过氧化氢在不同条件下的分解 对照组 实验组 自变量 无关变量 因变量 试管1 试管2 试管3和4 温度 催化剂的种类 h2o2的浓度与剂量 催化剂的浓度与剂量等 单位时间内产生气泡的多少 加法原理 与常态相比 人为增加某种影响因素的原理 减法原理 与常态相比 人为去除某种因素即减法原理 实验中自变量的控制方式 实验要排除无关变量干扰 所有用生物材料要相同 数量 质量 长度 体积 来源和生理状况等 所用实验器具要相同 大小 型号等 所用实验试剂要相同 成分 浓度 体积等 所用处理方法要相同 培养条件等 问题 如何证明酶具有专一性 实验原理 淀粉 非还原糖 麦芽糖 还原糖 蔗糖 非还原糖 葡萄糖 果糖 还原糖 还原糖 斐林试剂砖红色沉淀 实验 探究淀粉酶对蔗糖的作用 淀粉酶 水浴加热 实验设计思路 用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖水解 再用斐林试剂鉴定水解产物 根据是否有砖红色沉淀出现来判断淀粉酶对二者是否都有催化作用 从而探究酶的专一性 蔗糖酶 证明酶具有专一性的实验 蔗糖溶液 60oc5min 淀粉溶液 沸腾2min 实验结果 实验结论 淀粉酶可以催化淀粉水解而不能催化蔗糖水解反应 酶具有专一性 自变量 因变量 讨论 1 这个实验说明酶具有什么特性 2 该实验中能否将斐林试剂改为碘液 探究 酶的特性 酶的催化作用 1 一般实验设计思路实验组 底物 相应酶液检测底物是否被分解对照组 底物 等量蒸馏水检测底物不被分解 2 实验结果分析 根据底物性质利用相应试剂检测 若底物被分解 则证明酶具有催化作用 否则不具有催化作用 3 实验变量 自变量是相应酶液的有无 因变量是底物是否被分解 探究温度对淀粉酶活性的影响 淀粉遇碘形成蓝色化合物 淀粉酶可以使淀粉逐步水解成麦芽糖和葡萄糖 麦芽糖和葡萄糖遇碘后 不形成蓝色化合物 实验原理 探究 影响酶促反应速率的因素 不变蓝 变蓝 变蓝 结论 温度是影响酶促反应速率的重要因素之一 温度对酶促反应的影响有两个方面 1 在一定温度内 化学反应速度随着温度的升高而加快 2 酶分子本身会随着温度的升高而发生热变性 且变性速率加快 升高到一定温度 酶将变性失活 结论 在最适宜温度下酶的活性最高 温度偏高或偏低酶的活性都会明显降低 酶促反应速率最快时的环境温度称为该酶促反应的最适温度 一般地 动物体内的酶最适温度在35 40 之间 植物体内的酶最适温度在40 50 之间 细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大 温度对酶活性的影响 探究ph对过氧化氢酶的影响 过氧化氢溶液和缓冲液 ph5 0 ph6 0 ph7 0 ph8 0 一起加入试管中 再加入等量新鲜肝脏研磨液液 观察试管中气泡的情况 来探究ph对过氧化氢酶活性的影响 结果 当缓冲液是ph7 0时 量筒中收集的气体的体积最大 思路 探究 影响酶促反应速率的因素 2 探究ph对过氧化氢酶活性的影响 最适ph 结论 在最适ph下 酶的活性最高 ph偏高或偏低酶的活性都会明显降低 探究 影响酶促反应速率的因素 ph对酶活性的影响 三 与酶有关的曲线分析1 什么是酶的催化活性 2 怎样用坐标图表示酶催化化学反应的高效性 单位时间内底物的减少量或产物的生成量 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所需时间 不改变化学反应的平衡点 3 酶只能催化已存在的化学反应 3 怎样用坐标图表示酶专一性 加入酶b的反应速率与无酶条件下的反应速率相同 而加入酶a的反应速率随反应物浓度增大明显加快 说明酶b对此反应无催化作用 进一步说明酶具有专一性 4 温度和ph对酶活性的影响 甲曲线表明 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 乙曲线表明 酶的催化能力的发挥有一个最适ph 在低于最适ph时 随着ph的降低 酶的催化能力逐渐降低 高于最适ph时 随着ph的升高 酶的活性逐渐下降 不同酶的最适ph值不同 最适温度也不同 高温 过酸和过碱的环境破坏酶的空间结构 使酶失活 低温并不破坏酶的空间结构 但使酶的活性下降 温度升高可恢复其活性 5 底物浓度与酶促反应速率的关系 酶量一定的条件下 在一定范围内随着底物浓度的增加 反应速率也增加 但达到一定浓度后不再增加 原因是受到酶数量和酶活性的限制 6 用坐标图表示酶浓度与酶促反应速率的关系 在底物充足 其他条件适宜且固定的条件下 酶促反应速率与酶浓度成正比 怎样表示酶的活性大小 通常以单位时间内底物减少的量或产物生成的量 即反应的速度 来表示酶活性的大小 在底物的量有限的情况下 酶制剂的量不同 温度不同 或ph不同 皆可导致酶的活性不同 从而导致出现上图中的现象 例1 出现下图情况的可能原因主要有哪些 酶促反应速度的影响因素分析 若酶浓度一定 酶反应速率随底物 反应物 浓度变化的曲线是怎样的 若酶的浓度增加时 曲线应如何变化 例2 2003 上海高考题 下图纵轴为酶反应速度 横轴为底物浓度 其中正确表示酶量增加1倍时 底物浓度和反应速率关系的是 b 例3 2007广东 动物脑组织中含有丰富的谷氨酸脱羧酶 能转一催化1mol谷氨酸分解为1mol 氨基丁酸和1molco2 某科研小组从小鼠的脑中得到该酶后 在谷氨酸起始浓度为10mmol l 最适温度 最适ph值的条件下 对该酶的催化反应过程进行研究 结果见下图 胜券p57 请根据以上实验结果 回答下列问题 1 在图2 1 5画出反应过程中谷氨酸浓度随时间变化的曲线 请用 1 标注 1 2 当一开始时 将混合物中谷氨酸脱羧酶的浓度增加50 或降低反应温度10 请在图2 1 5中分别画出理想条件下co2浓度随时间变化的曲线 请用 2 标注酶浓度增加后的变化曲线 用 3 标注温度降低后的变化曲线 并分别说明原因 2 原因是 酶量增加50 酶催化反应速率相应提高 反应完成所需时间减少 原因是 温度降低 酶催化反应速率下降 但酶并不失活 反应完成所需时间增加 3 重金属离子能与谷氨酸脱羧酶按比例牢固结合 不可解离 迅速使酶失活 在反应物浓度过量的条件下 向反应混合物种加入一定量的重金属离子后 请在图2 1 6中画出催化反应速率随酶浓度变化的曲线 请用 4 标注 并说明其原因 3 原因 一定量的重金属离子使一定量的酶失活 当加入的酶量使重金属完全与酶结合后 继续加入的酶开始表现酶活力 此时酶的催化反应速率与酶浓度变化的直线关系不变 例4 下列符合下图所示含义的是 a 随ph从5升高到7 酶的活性逐渐降低b 随ph从5升高到7 酶的最适温度不变c 温度从0到a变化过程中 酶的活性逐渐降低d 该酶的最适ph值为7 b 1 纵坐标为反应物剩余量 剩的越多 生成物越少 反应速率越慢 2 图示ph 6时 反应物剩余量最少 应为最适ph 3 当ph改变时 最适温度保持不变 例5 下图表示在不同条件下 酶促反应的速率变化曲线 下列说法中错误的是 a 酶促反应的速率可用底物消失所需的时间 或产物生成的速率 来表示b 和 相比较 酶促反应速率不同是因为它们的酶浓度和温度不同c ab段影响酶促反应速率的主要限制因子是底物浓度d 若想探究不同温度对酶活性的影响 至少应设计3种不同的温度 和 相比较 的酶促反应速率慢 这是由温度低 酶活性降低导致的 b 例6 将一个土豆 含有过氧化氢酶 切成大小和厚薄相同的若干片 放入盛有一定体积和浓度的过氧化氢溶液的针筒中 如下图所示 以探究酶促反应的相关问题 根据实验现象与数据分析答题 1 若土豆片为4片时 每隔5分钟收集一次数据 根据数据绘制出如上曲线图 20分钟后 气体量不再增加的原因是 过氧化氢量有限 2 若土豆片为8片时 和上述实验所得的曲线 实线 相比 实验结果的曲线最可能是下列图中的虚线 如果要获得更多的气体 在不改变溶液体积的条件下 可采取的方法是 其结果可用图中的虚线表示 气体量时间 3 为保证上述实验的科学性 需要控制的其他外界因素有 a c 增加过氧化氢浓度 温度 或光照或气压等 气体量 ml 气体量 ml 气体量 ml 气体量 ml 5 胰蛋白酶作用于一定量的某种物质 底物 温度保持37 ph保持在最适值 生成物量与反应时间关系如下图 请回答下列问题 1 该酶作用的底物是 2 在140分钟后 曲线变成水平 这是因为 3 若增加蛋白质酶浓度 其它条件不变 请在原图上画出生成物量变化的示意曲线 4 若胰蛋白酶浓度和其它条件不变 反应液ph值由2逐渐升高到10 则酶催化反应的速度将 原因是 蛋白质 底物量一定 底物已被消耗尽 反应到平衡 在ph2时酶已经失活 不变 6 下图中能正确表示胰蛋白酶对底物的分解速度和温度关系的是 c 如果温度继续升高 曲线将有怎样的变化 超过最适温度后 随温度的升高曲线将逐渐下降 例 某学生为了验证唾液淀粉酶的特性 设计了以下6组实验 6组实验振荡混合后 都做了如下处理 恒温 37 处理15分钟 各加入2ml斐林试剂 并振荡使之混合 再将6组试管放入沸水浴加热1分钟 请回答 1 几号试管会有砖红色沉淀出现 2 1号和3号试管能否进行对照实验 实验结果能证明什么 3 若要证明唾液淀粉酶的催化活性受ph影响 则最好选择哪两号试管作对照 4 本实验能证明唾液淀粉酶具有专一性吗 为什么 3号和6号 能 实验结果能证明唾液淀粉酶能催化淀粉水解形成还原糖 麦芽糖 而不是由于水的原因 5号和6号 4 能 判断依据是 1号与3号试管对照实验的结果证明唾液淀粉酶能催化淀粉的水解 而2号与4号试管对照实验结果证明唾液淀粉酶不能催化蔗糖水解 因此能说明唾液淀粉酶催化作用具有专一性 1 胃蛋白酶进入小肠后还能不能催化蛋白质分解为多肽 为什么 2 为什么发烧的病人往往食欲不振 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不能正常进行了 3 人体的内环境ph是如何维持稳定的 h2co3 nahco3 nah2po4 na2hpo4 讨论下列问题 例 根据提供的实验材料设计并完成ph对酶活性影响的实验 材料用具 试管 量筒 烧杯 酒精灯 温度计 新鲜唾液 质量分数为3 的可溶性淀粉溶液 质量分数为5 的盐酸 质量分数为5 的naoh溶液 清水 碘液 用正确方法完成实验中的一些步骤 1 第一步 实验至少要取支洁净的试管 编号后分别注入lml新鲜唾液 2 第二步 3 第三步 分别向试管中注入2ml淀粉溶液 振荡后将试管下部浸入装有的烧杯中 这样处理的原因 向3支试管中分别加入1ml盐酸 a 氢氧化钠溶液 b 清水 c 摇匀 3 保证酶活性最大 排除温度对实验的干扰 37 温水 4 第四步 10min后 5 实验结果及分析 6 实验结论应符合下列曲线中的 填字母 分别向3支试管中加入2滴碘液 摇匀 观察试管中颜色变化 结果 a和b试管中溶液变蓝 c试管中溶液不变蓝 说明a和b中仍有淀粉 c中无淀粉 过酸或过碱使酶失活 d 探索温度对酶活性影响最合理的步骤 取3支试管 编号并分别注入2ml淀粉液 分别放在60 的热水 沸水 和冰块中保持5min 再取3支试管 编号并分别注入1ml淀粉酶液 放在60 的热水 沸水 和冰块中保持5min 5min后 将相同温度下的淀粉酶与淀粉液混合摇匀 并在各自的温度下放置5min 在3支试管中各滴入1滴碘液 然后摇匀 观察并记录3支试管中溶液颜色发生的变化情况 通常 一个实验总分为实验组和对照组 实验组 是接受实验变量处理的对象组 对照组 也称控制组 对实验假设而言 是不接受实验变量处理的对象组 按对照的内容和形式上的不同 通常有以下对照类型 1 空白对照 指不做任何实验处理的对象组 例如 在 生物组织中可溶性还原