5.1 酶的作用与本质、酶的特性

第五章细胞的能量供应和利用第1节酶的作用和本质一、酶在细胞代谢中的作用1细胞代谢(1)场所：_内。(2)实质：各种_的总称。(3)意义：细胞_的基础。2实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解。(1)实验过程和现象试管编号加入物质处理现象(气泡多少)12 mL H2O2溶液不做处理_22 mL H2O2溶液90水浴加热_32 mL H2O2溶液加2滴FeCl3溶液_42 mL H2O2溶液加2滴肝脏研磨液_(2)控制变量相关概念a自变量：在实验过程中_的变量。b因变量：_的变量。c无关变量：除自变量外，实验过程中还存在的一些对实验结果造成影响的_。原则：在对照实验中，除了要_外，其他变量都应当_。3酶的作用原理(1)活化能：分子从_所需要的能量。(2)原理：同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用_，因而_更高。(3)意义：使细胞代谢能在_的条件下快速进行。二、酶的本质1探索历程(1)巴斯德之前：发酵是_反应，与_无关。(2)巴斯德：发酵与酵母细胞有关，发酵是_而不是_在起作用。李比希：引起发酵的是酵母细胞中的_，但是这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。(3)毕希纳：酵母细胞中的_能够在_破碎后继续起催化作用，就像在_中一样。(4)萨姆纳：酶是_。(5)20世纪80年代初又发现：_也具有生物催化功能。2酶的本质(1)合成场所：_内。(2)本质：具有_的有机物，其中绝大多数是_，少数是_。知识点一酶在细胞代谢中的作用1下表是“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验设计的相关内容。请回答：试管编号加入材料处理方法实验现象12 mL H2O2溶液2滴清水室温无气泡22 mL H2O2溶液2滴清水90水浴加热少量气泡，带火星的卫生香不复燃32 mL H2O2溶液2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液室温较多气泡，带火星的卫生香复燃42 mL H2O2溶液2滴肝脏研磨液室温大量气泡，带火星的卫生香猛烈复燃(1)对照组是_，实验组是_(填试管编号)。(2)比较1号和2号试管，你得出的结论是_；比较3号和4号试管，你得出的结论是_。(3)某同学按照表中方法做了这个实验，结果3号试管和4号试管的现象刚好相反，他的实验失败的原因可能是： _。知识点二酶的本质2下列有关酶的叙述，正确的是 ()酶是有分泌功能的细胞产生的有的从食物中获得，有的在体内转化而来活细胞一般都能产生酶绝大多数酶是蛋白质有的酶是RNA酶在代谢中有多种功能酶在细胞代谢、生殖和发育中起调控作用酶只是起催化作用ABCD3关于酶的叙述中，正确的是 ()A酶只有在生物体内才能起催化作用 B酶都有消化作用C新陈代谢的调节过程需要酶的参与 D酶都是在核糖体上合成的答案 知识清单一、1.(1)活细胞(2)化学反应(3)生命活动2.(1)基本无气泡产生有气泡产生有气泡产生有大量气泡产生(2)a.人为改变b随自变量变化而变化 c可变因素观察的变量始终保持相同3.(1)常态转变为容易发生化学反应的活跃状态(2)更显著催化效率(3)温和二、1.(1)纯化学生命活动(2)整个细胞细胞中的某些物质某些物质(3)某些物质酵母细胞活酵母细胞(4)蛋白质(5)少数RNA2.(1)活细胞(2)催化作用蛋白质RNA对点训练1(1)1号试管2、3、4号试管(2)加热能提高过氧化氢分解速率过氧化氢酶比Fe3的催化效率高得多(3)肝脏研磨液不新鲜；没有换滴管，用滴过肝脏研磨液的滴管滴FeCl3溶液解析(1)实验过程中可以变化的因素称为变量，其中人为改变的变量称为自变量，随着自变量的变化而变化的变量称为因变量。(2)从表中数据得出什么结论，关键看自变量是什么，然后看结果是什么。(3)实验误差分析主要从材料的选择是否合理、操作步骤是否规范等方面进行分析。知识链接(1)变量：实验过程中可以变化的因素。(2)自变量：实验要研究的因素，即人为改变的量。(3)因变量：随自变量的变化而变化的变量。(4)无关变量：不是要研究的因素，但对实验结果会造成影响，这样的变量称为无关变量。(5)实验原则：实验设计时，除自变量外，其余因素都保持不变的设计为对照实验，对照实验贯彻了三大原则：单因子变量原则；对照原则；等量原则。(6)实验组与对照组接受自变量处理的实验为实验组；没接受自变量处理的实验为对照组。2D酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。活细胞几乎都能产生酶，且酶只有催化作用。方法点拨酶本质的证明实验(1)证明某种酶的化学本质是蛋白质实验组：待测酶溶液双缩脲试剂检测是否出现紫色反应；对照组：已知蛋白质溶液双缩脲试剂出现紫色反应。(2)证明某种酶的化学本质是RNA实验组：待测酶溶液吡罗红染液检测是否出现红色；对照组：已知RNA溶液吡啰红染液出现红色。3C酶虽然是由活细胞产生的，但它的催化作用不一定非在生物体内，只要条件适宜，体内体外都可起催化作用，故A项不正确。酶的催化作用表现在多方面，有的酶促进物质合成，有的酶促进物质分解，只有消化酶才能促进消化，故B也不正确。调节新陈代谢的物质有激素、维生素、无机盐等，酶对代谢过程的化学反应起催化作用，故C正确。在核糖体上合成的物质是蛋白质，所以只有蛋白质类的酶才在核糖体上合成，少数RNA也是酶，不能在核糖体上合成，故D也不正确。知识链接酶知识的正误辨析正确说法错误说法产生场所凡是活细胞都能产生(不考虑成熟红细胞)具有分泌功能的细胞才能产生化学本质有机物(或多数是蛋白质，少数为RNA)蛋白质作用场所既可在细胞内，也可在细胞外、体外发挥作用只在细胞内有催化作用温度影响低温影响酶的活性，不破坏酶的结构，高温使酶变性失活低温引起酶的变性失活作用酶只起催化作用酶具有调节、催化等多种功能来源生物体内合成有的来源于食物酶的特性一、酶的特性1酶作为生物催化剂，同样具有一般催化剂的特点。(1)改变化学反应_，降低反应的_。(2)不改变化学反应的_，反应前后本身并_。2酶的特性(1)酶具有_，是一般催化剂的1071013倍。(2)酶具有高度的_。(3)酶的作用条件_(对环境条件的改变十分敏感)。二、影响酶活性的因素酶所催化的化学反应一般是在比较_下进行的。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，酶的活性都会明显降低；过酸、过碱或温度过高，会使酶的_遭到破坏，使酶_，不再恢复活性。低温可使酶的_明显下降，但在适宜的条件下活性可以_，因此酶适于_下保存。知识点一酶的高效性和专一性1研究表明：一分子过氧化氢酶能在1分钟内使5105个过氧化氢分子分解成氧和水，相当于Fe3催化速率的109倍，但是对糖的水解却不起作用，这个事实说明酶分别具有()A多样性，稳定性B高效性，多样性C高效性，专一性D高效性，稳定性2某同学在验证“酶的专一性”时，设计并进行如下实验：A实验原理：淀粉遇碘变蓝，麦芽糖遇碘不变蓝。唾液中含有唾液淀粉酶，不含有蔗糖酶，所以只能催化淀粉水解为麦芽糖，而不能催化蔗糖水解。B实验步骤：取A、B、C三支洁净试管，按下表中顺序进行操作：操作步骤分组加入2 mL淀粉糊加入2 mL蔗糖溶液加入2 mL清水加入2 mL稀释唾液30水浴滴入数滴碘液观察结果试管A30 min变蓝试管B30 min不变蓝试管C30 min不变蓝C.通过该实验，这位同学得出的结论是：唾液淀粉酶只能分解淀粉，不能分解蔗糖，证明了“酶具有专一性”。请根据以上内容回答下述问题：(1)该同学实验设计所用的实验原理 ()A不正确B无法验证淀粉是否被分解C非常好D无法验证蔗糖是否被分解(2)该实验中采用两组对照，它们分别是_、_，分别比较的是_。(3)你认为应该对该实验的哪一步骤进行改进后才完善？将_并给予_条件。这时试管C的结果为_，说明_，原因是_。知识点二酶的作用条件较温和3甲、乙、丙三图依次表示酶浓度一定时，反应速度和反应物浓度、温度、pH的关系。据图判断下列叙述中不正确的是 ()A甲图表明当反应物浓度超过某一浓度时，反应速率受酶浓度的制约将不再上升B乙图中a点以后，随温度升高酶的活性下降C丙图可以表示胃蛋白酶催化反应的速率曲线D三图说明反应物浓度、温度、pH对反应速率均有影响4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 ()加入物质试管号12稀淀粉糊(mL)22新鲜唾液(mL)2蒸馏水(mL)2恒温处理(15 min)370碘液(滴)22A.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答案 知识清单一、1.(1)速率活化能(2)平衡点不改变2.(1)高效性(2)专一性(3)温和二、温和的条件空间结构永久失活活性恢复低温对点训练1C解析思路导引正确解答该题应围绕酶的特性展开以下思考：(1)过氧化氢酶的催化效率是Fe3的109倍，这说明了什么？(2)过氧化氢酶对糖的水解却不起作用，说明了什么？(3)以上事实说明了酶具有什么特性？知识链接酶对化学反应的影响(1)甲图说明：在底物充足，其他条件适宜的情况下，酶浓度与酶促反应速率成正比。(2)乙图说明：酶A会促进A反应物的酶促反应，酶B则不会，所以酶具有专一性。(3)丙图说明与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。酶只会缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。2(1)D(2)试管A与试管B试管B与试管C清水和唾液对淀粉水解的催化效果的差别、唾液对淀粉和蔗糖水解的催化效果的差别(3)试管C中滴加碘液的步骤换成加入斐林试剂沸水浴加热无颜色变化唾液淀粉酶不能催化蔗糖水解唾液淀粉酶具有专一性解析此实验目的是验证“酶的专一性”，在分析评价实验时，应遵循单一变量原则和对照原则。本题所加试剂不对，蔗糖与碘液不发生颜色反应，不能说明淀粉酶不能催化蔗糖水解，应加入鉴定产物的试剂，如斐林试剂。实验链接设计实验的一般思路，首先找出并分析实验目的，获取实验变量和实验类型，然后设计实验步骤，在步骤设计中遵循基本实验原则，最后预期实验结果。验证性实验只有一种预期结果，而探究性实验则需要做各种可能的结果分析。一切实验都要在可行性的条件下进行，如用碘液检测蔗糖是否水解是不可行的。3C胃蛋白酶的最适pH为1.5，显然丙图曲线不能表示胃蛋白酶催化反应的速率变化。知识链接pH和温度对酶活性的影响(1)甲图说明：在最适pH时，酶的催化作用最强，高于或低于最适pH，酶的催化作用将减弱。过酸过碱都会使酶失活。不同的酶最适pH不同。(2)乙图说明：在一定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围酶催化作用将减弱。低温只会抑制酶的活性，而高温会使酶失活。(3)丙图说明：反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。4A实验的自变量是温度，除两试管控制温度不同之外，其他方面都是相同的。思路导引解答本题首先要掌握实验原理、方法、过程及结果，尤其注意对照实验的设计，要突出单一变量等原则，然后逐项分析。实验链接“探究温度对酶活性影响”实验结果的鉴定方法本实验不宜选用斐林试剂，因为斐林试剂与还原糖只有在加热的条件下才能有砖红色沉淀生成，而该实验需严格控制不同的温度。考点一聚焦酶的本质、作用和特性1酶的本质及生理功能化学本质绝大多数是蛋白质少数是RNA合成原料氨基酸核糖核苷酸合成场所核糖体细胞核(真核细胞)来源一般来说，活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生酶作用场所细胞内外或生物体外均可生理功能具有生物催化作用作用原理降低化学反应的活化能2.酶的作用原理下图曲线表示在无酶催化条件和有酶催化条件下某化学反应的能量变化过程。(1)没有酶催化的反应曲线是。(2)有酶催化的反应曲线是。(3)AC段的含义是在无催化剂的条件下，反应所需要的活化能。(4)BC段的含义是酶降低的活化能。(5)若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则B点在纵轴上将向上移动。3酶的特性(1)酶的高效性与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不能改变化学反应的平衡点。(2)酶的专一性加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶具有专一性。(3)酶的作用条件较温和在最适宜的温度、pH条件下，酶的活性最高，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。一般在低温条件下，酶的活性降低，但不会失活。由低温恢复到适宜温度时，酶活性可以恢复。下图为温度和pH对某种酶影响两曲线从甲和乙图可以看出：反应溶液pH(温度)的变化不影响酶作用的最适温度(pH)，读图乙可知图甲中M点的温度可能介于3337之间，请在图甲中绘出pH8的变化曲线。提示类似于pH7的曲线，整体曲线比pH7的曲线低。4酶的本质及作用的实验验证(1)酶的化学本质的实验验证(2)酶的催化作用的实验验证归纳提升解读影响酶活性因素的相关曲线(1)温度和pH：在一定范围内，随着温度(或pH)升高，酶的活性增强；超过最适温度(或最适pH)，随着温度(或pH)升高，酶的活性降低。低温和高温都能降低酶的活性，但低温不使酶失活，只起到抑制作用，高温能使酶(蛋白质类)变性而失去活性。过酸或过碱都会使酶失去活性。(2)底物浓度：在一定的底物浓度范围内，酶的催化速率随着底物浓度的增加而加快，达到一定浓度后因为酶的数量有限(所有酶都参加了反应)，反应速率变化不明显。(3)反应时间：酶有它的产生和消亡过程，当酶发挥作用一段时间后，由于钝化而使其活性降低，最终被分解。(4)酶的浓度：在一定范围内，随着酶浓度的增加，反应速率加快，之后由于底物有限，反应速率不再增加。与酶相关实验的解题技巧(1)认真审题，准确找出变量，围绕变量设置对照。如：探究酶作用的专一性时，应围绕底物或酶制剂设置变量。探究酶作用的高效性时，应围绕无机催化剂和酶制剂这一单一变量设置对照。探究温度(pH)对酶活性的影响时，应设置不同温度(pH)处理进行对照，并确保变量控制的有效性，即应在底物与酶混合之前，先进行同温处理(或先用pH缓冲液调节酶和底物的pH)，后混合酶和底物。(2)设置实验步骤时，应注意：根据试题要求，确定单一变量，依据实验变量进行合理分组。根据实验材料，结合实验原理，确定实验现象的观测手段。除单一变量外，确保其他实验条件相同且适宜。合理确定操作程序，确保程序合理、表达准确。(3)环境因素对酶活性影响的实验设计案例设计思路：采取对比的手段，将待探究的环境因素施加到实验组上，将其与对照组比较，观察酶促反应速率的变化，就可确定该环境因素对酶活性的影响。设计方案：项目实验组对照组材料等量的同一种底物和等量的同种酶试剂待测的自变量蒸馏水或其他无关变量现象反应速率快或慢正常的反应速率结论反应速率快对酶活性有促进作用；反应速率慢对酶活性有抑制作用；反应速率没有变化无影响考点三(实验)探究影响酶活性的因素1实验原理(1)探究温度对酶活性的影响反应原理：淀粉麦芽糖 蓝色无蓝色出现鉴定原理：温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。(2)探究pH对酶活性的影响反应原理(用反应式表示)：2H2O2过氧化