2019-2020学年新教材高中生物 第5章 细胞的能量供应和利用 5-1-2 酶的特性教学案 新人教版必修1

第2课时酶的特性1分析相关实验，理解酶的高效性和专一性的含义。2通过探究实验，归纳温度和ph变化对酶活性的影响，并能分析有关曲线。3进一步尝试控制自变量、观察和检测因变量，体验对照实验和重复实验的方法。知识点1酶具有高效性请仔细阅读教材第81页，完成下面的问题。1在比较肝脏研磨液(过氧化氢酶)和氯化铁对过氧化氢的催化效率实验中(如图)，试管甲产生的气泡比试管乙多，说明与无机催化剂相比，酶的催化作用具有高效性。2含义：酶的催化效率比无机催化剂高许多，大约是无机催化剂的1071013倍。3意义：有利于细胞内的生化反应快速地进行。知识点2酶具有专一性请仔细阅读教材第8182页，完成下面的问题。1淀粉和蔗糖不是还原糖，但淀粉水解后会生成麦芽糖，蔗糖水解后产生葡萄糖和果糖，它们都是还原糖。下表为比较唾液淀粉酶对淀粉和蔗糖的催化作用实验：试管编号12可溶性淀粉2 ml/蔗糖溶液/2 ml新鲜的唾液1 ml1 ml37 保温5分钟新制的斐林试剂2 ml2 ml水浴加热实验现象有砖红色沉淀没有砖红色沉淀(1)1号试管有砖红色沉淀生成，说明产生了还原糖，淀粉被水解；2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有被水解。(2)实验结论：唾液淀粉酶只催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，说明酶具有专一性。2肽酶能催化多种多肽水解为氨基酸，是否说明肽酶没有专一性？提示：不是。肽酶催化的是一类反应，也说明肽酶具有专一性。3由以上探究可知，一种酶只能催化一种或一类化学反应，酶的作用具有专一性。知识点3酶的作用条件较温和请仔细阅读教材第8284页，完成下面的问题。1酶活性的概念：酶对化学反应的催化效率。2影响酶活性的主要因素：温度和ph。(1)在最适宜的温度和ph条件下，酶的活性最高。温度和ph偏高或偏低，酶活性都会明显降低。(2)过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。低温时酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高。3实验：探究温度对酶活性的影响(1)1号试管无明显变化说明淀粉完全水解，2、3号试管呈蓝色说明淀粉没有发生水解。(2)该实验说明：淀粉酶在60_时活性最高，温度偏高或者偏低都会影响酶的活性，使酶活性降低，因此酶的作用需要适宜的温度。(3)不能在反应后加入新制的斐林试剂来判断试管中的淀粉是否水解，因为该实验的自变量为温度，斐林试剂的反应需要水浴加热。(4)不能用h2o2来研究温度对酶活性的影响，因为h2o2加热会分解。4实验：探究ph对酶活性的影响(1)1号试管中有大量的气泡产生，说明过氧化氢酶的活性很高，2、3号试管无明显气泡，说明过氧化氢酶的活性很低。(2)该实验说明：酶的作用需要适宜的ph，ph偏高或偏低都会使酶活性降低。(3)该实验中，能否在加入肝脏研磨液后，直接加入3%过氧化氢溶液，然后再调节ph?提示：不能。因为在调节ph之前，试管中已经发生了剧烈反应，从而影响实验结果。5结合上述实验在下面坐标中绘出温度和ph对酶活性影响的曲线图，如下图所示：由两个曲线图可以看出，在最适的温度和ph条件下，酶的活性最高。温度和ph偏高或偏低，酶活性都会明显降低。过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。在0 左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，当温度适宜时酶活性会升高，因此，酶制剂适宜在低温条件下保存。要点一与酶有关的曲线分析1.表示酶高效性的曲线(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，是无机催化剂的1071013倍。(2)当底物量一定时，酶只能缩短达到反应平衡所需的时间，不改变产物的最大生成量。2表示酶专一性的图像和曲线(1)含义：酶对底物具有严格的选择性，一种酶只能催化一种或一类化学反应。(2)图像图中a表示酶，b表示被a催化的底物，e、f表示b被分解后产生的物质，c、d表示不能被a催化的物质。(3)曲线在底物中加入酶a，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶a能催化底物的反应。在底物中加入酶b，反应速率和未加酶时相同，说明酶b不能催化底物的反应。3酶促反应与反应时间的关系曲线(1)甲、乙、丙三图的时间t0、t1和t2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)t0t1段，因反应物较充足，所以反应速率较高，反应物消耗较快，生成物生成速度快。t1t2段，因反应物含量较少，所以反应速率降低，反应物消耗较慢，生成物生成速率较低。t2时，反应物被消耗干净，生成物也不再增加，此时反应速率为0。4酶的作用条件较温和(1)温度和ph对酶促反应速率的影响在一定温度(ph)范围内，随温度(ph)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏。从丙图可以看出：纵坐标为反应物剩余量，剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢；图示ph7时，反应物剩余量最少，反应速率最快；反应溶液ph的变化不影响酶作用的最适温度。(2)底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度的增加而加快，但当底物浓度达到一定值后，受酶数量限制，酶促反应速率不再增加。【典例1】如图所示，甲表示植物的淀粉酶与人的淀粉酶活性受ph影响的情况，乙表示3种脱氢酶(a、b、c)的活性受温度影响的情况。下面的说法中正确的是()aph4时，植物淀粉酶的活性最高b若细胞质由中性变为酸性，人的淀粉酶的活性渐渐升高c乙中，活性温度范围最广的酶是bd乙中，无法确定酶c活性的最适温度解析本题考查影响酶活性的因素以及学生正确识图和提取有用信息的能力。由甲图可知ph6时，植物淀粉酶的活性最高，人的淀粉酶的适宜ph为6至8。由乙图看出酶b的活性温度范围最小，酶c的活性正处于随温度升高而增大的过程中，无法看出其最适温度。答案d针对训练1下图是某研究小组利用过氧化氢酶探究h2o2分解条件而获得的实验结果，相关叙述错误的是()a图一可以得出酶具有高效性b图一bc段产生的原因可能是底物数量(浓度)有限c图二bc段产生的原因可能是过氧化氢酶数量(浓度)有限d图三可以得出ph越小或越大，酶活性越高解析图一表示过氧化氢酶比fe3催化h2o2分解的效率高；图一bc段产生的原因是h2o2全部分解，随时间延长，o2产生量不再增加；图二bc段o2产生速率不再增加，是因为反应液中酶的数量有限；图三中纵坐标表示的是溶液中的h2o2量，h2o2量越多，表示酶的活性越低。答案d要点二酶特性的实验设计1.验证酶的高效性(1)设计思路验证酶高效性的方法是“对比法”，即通过对不同类型催化剂(主要是与无机催化剂作比较)催化底物反应速率进行比较，得出结论。(2)设计方案项目实验组对照组材料等量的同一种底物试剂与底物相对应的酶溶液等量的无机催化剂现象反应速率很快；或反应用时短反应速率缓慢；或反应用时长结论酶具有高效性(3)实验操作2验证酶的专一性(1)设计思路验证酶专一性的方法也是“对比法”，常见的有两种方案：底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。(2)设计方案(3)实验操作3探究酶的最适温度和最适ph(1)设计思路组别编号12n实验材料等量的同种底物温度(ph)t1(a1)t2(a2)tn(an)衡量指标相同时间内，各组酶促反应中生成物量的多少，或底物剩余的多少实验结论生成物量最多的一组，或底物剩余最少的一组所处温度(或ph)为最适温度(或ph)(2)实验操作探究酶的最适温度探究酶的最适pho2的产生速率(1)若底物选择淀粉和蔗糖，用淀粉酶来验证酶的专一性时，检测底物是否被分解的试剂“宜”选用斐林试剂，“不宜”选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。(2)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂“宜”选用碘液，“不宜”选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。(3)在探究酶的适宜温度的实验中，“不宜”选择过氧化氢(h2o2)和过氧化氢酶作实验材料，因为过氧化氢(h2o2)在常温常压时就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。(4)在探究ph对酶活性影响时，“宜”保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的ph调至实验要求的ph后再让反应物与底物接触，“不宜”在未达到预设ph前，让反应物与酶接触。【典例2】为了探究温度、ph对酶活性的影响，下列实验设计合理的是()实验编号探究课题选用材料与试剂温度对酶活性的影响过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液温度对酶活性的影响新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液ph对酶活性的影响新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液ph对酶活性的影响新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林试剂a.实验b实验c实验d实验解析本题通过探究温度、ph对酶活性的影响，考查学生的实验分析能力。过氧化氢受热会加快分解，不宜用于探究温度对酶活性的影响；溶液的ph会影响淀粉的水解，并且碘液可与碱反应，斐林试剂可与酸反应，不宜用淀粉酶探究ph对酶活性的影响；一般用过氧化氢酶探究ph对酶活性的影响，用淀粉酶探究温度对酶活性的影响。答案b针对训练2某同学为了探究温度对唾液淀粉酶催化作用的影响，设计了下表所示的实验。其他同学看了该实验设计后，提出了下列修改意见，其中正确的是()a.1号试管不必加入2 ml蒸馏水，而应该加入2 ml新鲜唾液b2号试管不必加入2 ml新鲜唾液，而应该加入2 ml蒸馏水c2号试管应该保持在37 环境中进行恒温处理d1号试管应加入2 ml新鲜唾液，并保持在0 环境中进行恒温处理解析1号试管不必加入2 ml蒸馏水，而应该加入2 ml新鲜唾液，a正确；2号试管不必加入2 ml蒸馏水，而应该加入2 ml新鲜唾液，b错误；2号试管应该保持在0 环境中进行恒温处理，c错误；1号试管和2号试管的温度应不同，d错误。答案a附：练习与应用参考答案一、概念检测1d2.b3.d二、拓展应用1这个模型中a代表某类酶，b代表反应底物，c和d代表反应产物。这个模型的含义是酶a与底物b专一性结合，催化化学反应的发生，生成产物c和d。这个模型揭示了酶的专一性。2(1)a点：随着反应底物浓度的增加，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底物浓度的增加而升高，维持在相对稳定的水平。(2)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催化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(如图甲所示)。(3)原曲线表明，b点是酶的数量限制了反应速率，这时加入少量的酶，会使反应速率加快(如图乙所示)。课后作业(十五) 合格性考试必做题1下列关于酶特性实验设计的叙述中，正确的是()a验证酶的专一性时，自变量只能是酶的种类b验证酶的高效性时，自变量是酶的浓度c探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度d探究酶催化作用的最适ph时，应设置过酸、过碱、中性三组解析验证酶的专一性时，自变量可以是反应物的种类或酶的种类。验证酶的高效性时，自变量是催化剂的种类。探究酶催化作用的最适ph时，应设置酸性中性碱性多组不同ph的实验组，使实验尽可能精确。答案c2如图为蔗糖酶作用机理示意图，下列说法正确的是()a蔗糖酶的化学本质是rnab该示意图说明酶具有高效性c一分子蔗糖可以水解为2分子葡萄糖d蔗糖酶不能催化麦芽糖水解是因为它们不能结合形成酶底物复合物解析此图表明酶的专一性，蔗糖酶只能催化分解蔗糖，而不能催化分解麦芽糖，其原因是酶与底物不能结合。蔗糖酶的化学本质是蛋白质。蔗糖是由葡萄糖和果糖脱水缩合形成的二糖。答案d3血液凝固是一系列酶促反应过程，采集到的血液在体外下列哪种温度条件下凝固最快()a0 b15 c25 d35 解析越接近人的体温，血液凝固越快。答案d4在一块含有淀粉的琼脂块的四个固定位置，分别用不同方法处理，如图所示。将上述实验装置放入37 恒温箱中，保温处理24 h后，用碘液冲浸该琼脂块，可见其上面呈蓝色的斑块个数是()a1 b2 c3 d4解析和斑块处的唾液淀粉酶失活，处无唾液淀粉酶，因此不能使淀粉水解，加碘后变蓝色。答案c5我国科学家成功研制出检测sars病毒的酶联免疫试剂，专用于“非典”的快速诊断。此试剂具有准确、灵敏、快速、方便和经济等优点，一个测试板可同时检测96个样品，1小时左右获得检测结果，它所用的是()a酶的高效性和专一性原理b酶的专一性原理c酶的识别原理d酶的高效性解析由题意“此试剂具有准确、灵敏、快速、方便和经济等优点，一个测试板可同时检测96个样品”可体现酶的高效性和专一性。答案a6加酶洗衣粉在温水中比在沸水和冷水中的洗涤效果好，这说明()a酶的活性受ph影响b酶具有高效性c酶的活性受温度影响d酶具有专一性解析分析题干，加酶洗衣粉在温水中比用沸水和冷水的洗涤效果都好，比较的是酶在不同温度条件下的活性变化，自变量是温度。故选c。答案c7胃蛋白酶进入小肠后就丧失其催化作用，原因是()a离开最适宜的ph为1.5的酸性环境b肠内只有多肽，没有蛋白质c小肠内温度最低d其作用被其他蛋白酶代替解析胃蛋白酶进入小肠后，由于ph过高，即碱性环境下使胃蛋白酶活性丧失，不能再起催化作用了。故选a。答案a8下列环境因素的改变会使人体唾液淀粉酶的活性逐渐增大的是()a温度由0 上升到37 b温度由100 降低到37 cph由2上升到7dph由12降低到7解析唾液淀粉酶的最适温度是37摄氏度左右，最适ph是7左右。低温可以降低酶的活性，温度升高，活性会逐渐恢复，a正确；高温使酶的空间结构发生改变，使酶失活，b错误；过酸使酶的空间结构发生改变，使酶失活，c错误；过碱使酶的空间结构发生改变，使酶失活，d错误。故选a。答案a9胰蛋白酶作用于一定量的某种物质(底物)，温度保持在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 min后，曲线变成水平，这是因为_。(3)若增加胰蛋白酶浓度，其他条件不变，请在原图上画出生成物量变化的相应曲线。(4)若胰蛋白酶浓度和其他条件不变，反应液ph由2逐渐升高到10，则酶催化反应的速度将_，原因是_。(5)下图中能正确表示胰蛋白酶对底物的分解速率和温度关系的是_。解析酶具有专一性，一种酶只能催化某一种或一类化学反应，第(1)小题蛋白酶只能催化蛋白质水解。酶催化反应，只能改变反应速率，不能改变反应结果，故第(3)小题画坐标曲线时，反应速率加快，时间缩短，最终生成物量不变。受ph影响，酶在强酸或强碱环境中会因结构改变而变性失活。酶受温度的影响，低温影响酶活性，但不变性失活，随温度升高，反应速率加快，超过最适温度，随温度升高而下降，但第(5)小题侧重于考查胰蛋白酶的最适温度为37 。另外第(2)小题考查化学反应的常识，随着反应时间推移，反应底物的耗尽，生成物量不再增加。答案(1)蛋白质(2)底物量一定，底物已被耗尽(3)见下图(4)不变在ph2时酶已经失活(5)c等级性考试必做题10如图表示人体内某种消化酶在体外最适温度条件下，反应物浓度对酶催化反应速率的影响，据图分析，下列说法正确的是()a如果在a点时，温度再提高5 ，则反应速率上升b在其他条件不变的情况下，在b点时，往反应物中加入少量同样的酶，反应速率不变c在a点时，限制反应速率的因素是反应物的浓度d在c点时，限制反应速率的因素是反应物的浓度和酶的浓度解析在a点时，随着反应物浓度的增加，反应速率也增加，表明限制反应速率的因素是反应物的浓度。答案c11如图曲线b表示在最适温度、最适ph条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析正确的是()a增大ph，重复该实验，a、b点位置都不变bb点后，升高温度，酶活性增加，曲线将呈现c所示变化c酶量增加后，图示反应速率可用曲线a表示d反应物浓度是限制曲线ab段反应速率的主要因素解析增大ph，酶的活性减弱，a、b点位置都下降，故a错误；b点后，升高温度，酶活性降低，反应速率下降，故b错误；酶量增加后，反应速率加快，可用曲线c表示，故c错误；限制ab段反应速率的主要因素是反应物浓度，故d正确。答案d12要探究ph对酶活性的影响，应选择表中进行实验的一组试管是()试管内容物条件11 ml 10%鸡蛋清溶液1 ml清水3538 水浴21 ml 10%鸡蛋清溶液1 ml胰蛋白酶3538 水浴，ph531 ml 10%鸡蛋清溶液1 ml胰蛋白酶3538 水浴，ph941 ml 10%鸡蛋清溶液1 ml胰蛋白酶4 水浴，ph9a.1和4 b2和3 c1和3 d2和4解析1和4有两个变量，即温度和ph，且1中没有酶，不遵循实验设计的原则，a错误；2和3只有一个变量，即ph，其他条件都相同且适宜，符合实验设计的原则，b正确；1和3有两个变量，即ph和酶的有无，不遵循实验设计的原则，c错误；2和4也有两个变量，即温度和ph，不遵循实验设计的原则，d错误。答案b13如图甲表示麦芽糖酶催化麦芽糖水解的模型，图乙表示在最适温度下，麦芽糖酶的催化速率与麦芽糖量的关系。下列相关叙述错误的是()a该模型能解释酶的催化具有专一性，其中a代表麦芽糖酶b限制fg段上升的因素是酶的数量，故整个实验中应设置麦芽糖酶的量一定c如果温度升高或降低5 ，f点都将下移d可用斐林试剂鉴定麦芽糖酶是否完成对麦芽糖的催化分解解析该模型具有严格的一一对应关系，能解释酶的催化具有专一性；由于酶在反应前后不发生变化，所以a表示酶，b为麦芽糖，c、d为葡萄糖；在此实验中自变量为麦芽糖量，所以麦芽糖酶的量为无关变量，应保持相同；因为此时温度为最适温度，所以升高或降低温度都会使酶的活性下降，f点将下降；由于反应物麦芽糖和产物萄萄糖都具有还原性，所以不能用斐林试剂去鉴定麦芽糖酶是否完成对麦芽糖的分解。答案d14下图是温度对a、b、c三种酶活性影响的曲线图。下列叙述正确的是()ac酶的最适温度为37 左右bb酶的最适温度高于a酶的最适温度c该图反映了实验的两个自变量，一个因变量d该实验过程不需要考虑ph解析据图无法判断c酶的最适温度；由图可知，b酶的最适温度低于a酶的最适温度；该实验有两个自变量(温度和酶的种类)，一个因变量(酶的活性)；ph会影响酶的活性，为无关变量，应保持不变且适宜。答案c15如图为某酶在不同温度下反应曲线和时间的关系，从图中不能获得的信息是()a酶促反应有最适宜的温度范围b酶因热而失活c酶促反应生成物的量与时间的关系d酶促反应速率和酶量的关系解析酶的催化作用受温度、ph等因素影响。由图中曲线可看出温度在2040 范围内时，生成物的量与时间呈正相关；温度达到50 时，在一定时间内，生成物的量随时间增加，超过一定时间后不再增加，说明酶促反应不再进行，酶失去活性；温度在60 、70 时，酶更易失去活性，由此可看出该酶的最适宜温度范围应在4050 之间。由此图曲线不能得到酶促反应速率与酶量的关系。答案d16如图中表示在一定量淀粉溶液、一定量唾液、37 、ph7时的唾液淀粉酶的作用下分解产生还原糖的结果；表示改变某一因素后的实验结果。请根据此分析，改变的因素应该是()a唾液量b淀粉溶液量cph d温度解析由题图可知，改变某一条件后与改变某一条件之前，达到平衡时生成物的量下降，说明该变化不能影响酶的活性和酶浓度，改变温度和ph会影响酶的活性，改变唾液量，即唾液淀粉酶的量，也会影响化学反应速率，但不改变化学反应平衡点，即产物的量最终不变。该变化应该是反应物浓度变化。答案b17如图所示曲线反映的是某种酶的催化反应速率与反应物浓度的关系，在最适温度和最适ph条件下，a点以前和a点以后反应速率的限