高三一轮复习生物：酶的本质、作用和特性课件

3.1酶的本质、作用和特性一、细胞代谢1、概念：细胞代谢细胞中每时每刻都进行的许多化学反应，统称为细胞代谢物质代谢能量代谢细胞代谢类型同化作用：异化作用：自养型、异养型需氧型、厌氧型、兼性厌氧型（主要场所：细胞质基质）二、酶的本质和作用1.酶的本质的探索历程巴斯德毕希纳萨姆纳VS李比希其他科学家切赫和奥尔特曼发酵与死酵母细胞中的物质有关发酵与活酵母细胞有关死酵母细胞中的物质和活酵母细胞都能引起发酵从刀豆种子中提取出脲酶；证明脲酶是蛋白质证明胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质少数酶是RNA发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德之前把能引起发酵的物质称为酿酶核糖体的rRNA就是催化肽键形成的酶二、酶的本质和作用2.酶的本质和功能酶绝大多数是蛋白质，少数是RNA氨基酸或核糖核苷酸细胞内外或生物体内外均可一般情况下（除哺乳动物成熟红细胞等），活细胞都能产生酶具有生物催化作用（作用本质是降低反应的活化能）本质合成原料来源功能合成场所作用场所核糖体、细胞核（真核细胞）等酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物二、酶的本质和作用1.巴斯德认为酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致，没有活细胞就不能产生酒精；李比希却认为引起发酵的只是酵母菌细胞中的某些物质，不一定需要活的细胞。请你利用酵母菌细胞、研磨和过滤装置、葡萄糖溶液等材料设计一个实验来结束这一争论[深挖教材]将酵母菌细胞研磨粉碎、加水搅拌后过滤，将提取液加入葡萄糖溶液中，也能产生酒精，说明引起发酵的是一种化学物质(模拟毕希纳的实验)。2.设计简单的实验验证从大豆种子中提取的脲酶是蛋白质，请说明实验思路。向脲酶溶液和蛋白质溶液中分别加入等量的双缩脲试剂，若都出现紫色反应，则说明脲酶是蛋白质。二、酶的本质和作用3.如图表示A、B两种酶用同一种蛋白酶处理后酶活性与处理时间的关系，据图分析：不相同。A酶能抵抗该种蛋白酶的降解，其化学本质不是蛋白质而是RNA；B酶能被蛋白酶破坏，活性降低，化学本质为蛋白质。（3）欲让A、B两种酶的变化趋势换位，应用哪种酶处理？B酶被降解的过程中其分子结构会发生改变，从而使其活性丧失。（1）A、B两种酶的化学本质是否相同？（2）B酶活性改变的原因是什么？应用RNA水解酶处理。二、酶的本质和作用3.正确理解有关酶的本质和作用项目错误说法正确理解产生场所具有分泌功能的细胞才能产生化学本质蛋白质作用场所只在细胞内起催化作用温度影响低温和高温均使酶变性失活作用酶具有调节、催化等多种功能来源有的可来源于食物等活细胞(不考虑哺乳动物成熟的红细胞等)有机物(大多数为蛋白质，少数为RNA)可在细胞内、细胞外、体外发挥作用低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活；高温使酶变性失活酶只起催化作用酶只在生物体内合成二、酶的本质和作用项目酶激素来源及作用场所活细胞产生；细胞内或细胞外发挥作用化学本质绝大多数是蛋白质，少数是RNA生物功能催化作用作用机制共性4.酶和激素的比较专门的内分泌腺或特定部位细胞产生；一般细胞外发挥作用固醇类、多肽、蛋白质、氨基酸衍生物、脂质调节作用在生物体内均属高效能物质，即含量少、作用大、生物代谢不可缺少酶的作用——催化，在化学反应前后，质量和性质不变激素的作用——调节，作为信号分子在发挥完作用后被灭活二、酶的本质和作用A.消化酶：是一类水解酶。有的由消化腺分泌到下消化道中,属于胞外酶，有的则参与细胞内消化，如溶酶体中的一些酶。

淀粉酶、麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶、脂肪酶、蛋白酶、肽酶、等。5.关注常考的酶及其作用可对应催化相关大分子的水解，如淀粉酶催化淀粉水解，蛋白酶催化蛋白质水解等。二、酶的本质和作用B.溶酶体酶:一类酸性水解酶，参与细胞内消化。溶酶体膜破坏，释放大量水解酶时，对细胞结构有破坏。如硅肺。C.溶菌酶：参与非特异性免疫破坏细菌细胞壁中的肽聚糖。D.脲酶：CO(NH2)2+H2O脲酶CO2+2NH3分解尿素的酶，专一性强。是第一个被分离提纯的酶。广泛分布于植物的种子中，但以大豆、刀豆中含量丰富。也存在于动物血液和尿中。某些微生物也能分泌脲酶。E.过氧化氢酶：2H2O2过氧化氢酶2H2O+O2过氧化氢酶存在于动植物细胞中，特别在动物肝脏浓度最高。将有毒的过氧化氢分解为水和氧气。二、酶的本质和作用F.中心法则中的酶：DNA复制：逆转录：转录：RNA复制：端粒酶：DNA酶DNA水解RNA水解RNA酶〈可用于遗传物质化学本质探究（如艾弗里实验中用到的DNA酶）以DNA为模板的DNA聚合酶（催化单个脱氧核苷酸聚合到DNA片段上形成脱氧核苷酸链，作用部位是磷酸二酯键。）以RNA为模板的DNA聚合酶(即逆转录酶)一种由催化蛋白和RNA模板组成的酶，可合成由于DNA而缺失的染色体末端的DNA，具有逆转录酶活性。端粒酶在干细胞和生殖细胞中有活性，在体细胞中没有活性。在肿瘤中被重新激活，从而使癌细胞具备无限增殖的条件。以DNA为模板的RNA聚合酶（催化单个核糖核苷酸聚合到RNA片段上形成核糖核苷酸链，作用部位是磷酸二酯键。）以RNA为模板的RNA聚合酶(即RNA复制酶)

核酸水解酶：二、酶的本质和作用G.酪氨酸酶：催化酪氨酸转变为黑色素的关键酶白化病:老年白发:白癜风:是由于缺乏酪氨酸酶基因是由于细胞衰老，酪氨酸酶活性下降。主要是由于血液中存在酪氨酸酶抗体或酪氨酸合成障碍等，导致皮肤局部黑色素生成减少，出现白斑。H.纤维素酶、果胶酶：主要用于破坏植物细胞壁。纤维素葡萄糖纤维素酶用于制备植物细胞的原生质体限制酶DNA连接酶Taq酶I.基因工程中的酶:三、酶的作用机理1.实验探究：比较过氧化氢在不同条件下的分解①实验原理：细胞代谢是细胞生命活动的基础，但细胞代谢中也会产生代谢废物，甚至会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢，细胞中有过氧化氢酶，能将过氧化氢及时分解为氧气和水。新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。②实验目的：通过比较过氧化氢在不同条件下的分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。2H2O22H2O+O2常温/高温/Fe3＋/过氧化氢酶③材料用具：A.材料：新鲜的质量分数为20%的肝脏(如猪肝、鸡肝)研磨液质量分数为3%的FeCl3溶液新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液B.用具：量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、酒精灯、试管夹、大烧杯、三脚架、石棉网、温度计三、酶的作用机理自变量因变量无关变量因变量无关变量变量说明④实验过程及结果单一变量原则对照实验的目的是排除无关变量的干扰，从而确定自变量与因变量的关系。三、酶的作用机理1与2对照：⑤实验分析加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(为反应提供能量)1与3对照：FeCl3在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(催化作用)1与4对照：过氧化氢酶在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率(催化作用)3与4对照：过氧化氢酶比FeCl3的催化效率高。⑥实验结论酶和无机催化剂一样，都能催化化学反应，并且酶的催化效率远高于无机催化的催化效率。三、酶的作用机理科学方法：控制变量和设计对照实验1.变量①变量:实验过程中变化的因素称为变量。②自变量:实验过程中，人为控制的对实验对象进行处理的因素叫做自变量。③因变量:因自变量改变而变化的变量叫做因变量。④无关变量:除自变量外，实验过程中存在一些对实验结果造成影响的可变因素，叫做无关变量。⑤单一变量:实验过程中除自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致。三、酶的作用机理2.对照实验

①对照实验：

除作为自变量的因素外，无关变量都保持一致，并将结果进行比较的实验。

②对照的类型：空白对照、自身对照、相互对照、条件对照空白对照不给对照组做任何实验处理，这里的”空白”绝不是什么影响因素都不给予，而是针对实验组所要研究的实验因素给与空白。Fe3+做催化剂过氧化氢酶1号试管即为空白对照三、酶的作用机理自身对照对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不另设对照组。(不同处理的前后对照)紫色洋葱鳞片叶外表皮滴加3%的蔗糖溶液，低倍镜观察滴加清水后，低倍镜观察→→制成装片，低倍镜观察。→相互对照不另设对照组，而是几个实验组之间相互对照，其中的每一组既是实验组也是其他组的对照组。2、3、4为相互对照Fe3+做催化剂过氧化氢酶三、酶的作用机理空白对照：幼小蝌蚪不处理实验组：幼小蝌蚪饲喂甲状腺激素条件对照组：幼小蝌蚪饲喂甲状腺抑制剂条件对照虽给对照组施以某种实验因素的处理。但这种处理是作为对照因素的，不是所要研究的实验因素。这种处理不包括实验研究给定的自变量。目的是更有效的比较实验组和对照组的结果。三、酶的作用机理3.实验原则1.对照原则：在实验中，一般需要设置对照组。通过设置对照组，既能排除无关变量对实验结果的影响，又能增加实验结果的可信度和说服力。2.单一变量原则（等量原则）：实验组和对照组只能有自变量这一种处理因素不同。其他可能对实验结果造成影响的无关变量在实验组和对照组中应完全相同，且处于最适宜的状态。3.平行重复原则：在同样条件下重复实验，以消除偶然误差。4.科学性原则：实验方案严谨，选材合适恰当，实验步骤科学规范。三、酶的作用机理4.自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”➊加法原理：与常态相比，人为增加某种影响因素。第2组、第3组、第4组就是利用了加法原理。➋减法原理：与常态相比，人为去除某种影响因素。例1：艾佛里肺炎球菌转化实验第二组：R型活菌+S型菌的细胞提取物+蛋白酶→混合培养第一组：R型活菌+S型菌的细胞提取物→混合培养第三组：R型活菌+S型菌的细胞提取物+RNA酶→混合培养第四组：R型活菌+S型菌的细胞提取物+酯酶→混合培养第五组：R型活菌+S型菌的细胞提取物+DNA酶→混合培养第二~五组就是利用了减法原理。例2.研究甲状腺激素的功能第1组：健康的动物不做处理(空白对照)第2组：健康的动物饲喂一定量的甲状腺激素(加法原理)第3组：将健康的动物甲状腺摘除(减法原理)三、酶的作用机理2.酶的作用原理分析加热：为反应物分子提供能量(活化能），使其达到活跃状态Fe3+：降低化学反应的活化能酶：更显著地降低化学反应的活化能（作用机理）活跃状态活化能是分子从常态转变为容易发生化学反应的活化态所需要的能量。三、酶的作用机理①表示无酶催化时反应进行需要的活化能的是

段。②表示有酶催化时反应进行所需要的活化能的是

段。③酶降低的活化能是

段。④若将酶变为无机催化剂，则B在纵轴上向

移动。ACBCAB上与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。三、酶的作用机理教材隐性知识：（人教版必修1P78图拓展）酶作为生物催化剂，与无机催化剂相比，在发挥作用过程中有哪些共同特点？酶除了具有催化功能外，可以调节生命活动吗？共同点：①只能催化自然条件下能发生的化学反应。②化学反应前后酶的数量和性质均不变。③加快化学反应的速率（降低化学反应的活化能），缩短达到化学平衡的时间，但不能改变化学反应的方向和化学平衡，不能改变最终生成物的量。催化是酶唯一的功能，它不具调节功能，也不作为能源（或组成）物质。三、酶的作用机理3.酶的特性酶的专一性每一种酶只能催化一种或一类的化学反应酶的催化效率是无机催化剂的107

~1013

倍酶的高效性

酶的作用条件较温和酶所催化的反应一般是在比较温和的条件下进行的实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解三、酶的作用机理（1）酶具有高效性①内容：与无机催化剂相比，酶的催化效率高，是无机催化剂的107~1013倍③意义：保证了细胞内化学反应的顺利进行；保证了细胞内能量供应稳定②原因：与无机催化剂相比，酶能显著降低化学反应的活化能【验证实验】在相同条件下，比较FeCl3和过氧化氢酶对过氧化氢的分解速率。三、酶的作用机理（2）酶具有专一性【验证实验】探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用②淀粉酶可以催化淀粉水解为还原糖，但不能催化蔗糖水解。实验原理①淀粉、蔗糖均为非还原糖，不能与斐林试剂共热产生砖红色沉淀。不能。因为碘液只能检测淀粉是否被水解，而蔗糖无论是否被水解都不会使碘液变色。思考：能否用碘液对实验结果进行检测？淀粉（非还原性）

麦芽糖（还原性）淀粉酶蔗糖（非还原性）

葡萄糖+果糖（还原性）？？淀粉酶砖红色沉淀蓝色三、酶的作用机理①内容：一种酶只能催化一种或一类反应。③意义：保证了细胞内化学反应有序进行②原因：锁钥学说

酶有一定的空间结构，酶在反应中与底物的关系就像钥匙和锁的关系，它们的空间结构必须相互结合形成复合物才能发生反应。④表示酶专一性的曲线曲线分析：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

。专一性如：脲酶——只能催化尿素分解；过氧化氢酶——只能催化过氧化氢分解。二肽酶——可以催化所有的二肽分解三、酶的作用机理A.酶：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。如限制性核酸内切酶只能识别特定的脱氧核苷酸序列，并在特定位置切割两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键；B.转运蛋白：某些物质通过细胞膜时需要转运蛋白协助，不同物质所需转运蛋白不同，其专一性是细胞膜选择透过性的基础。C.激素：激素特异性地作用于靶细胞、靶器官，其原因在于它的靶细胞膜或胞内存在与该激素特异性结合的受体。D.抗体：一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合。E.神经递质：由突触前膜释放，作用于突触后膜，产生抑制或兴奋F.tRNA：tRNA有61种，每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。扩展：具有“专一性”的物质当我们讨论某种功能时，特异性和专一性可以互用；当我们讨论结构时，一般只能使用特异性，不能使用专一性。三、酶的作用机理甲曲线分析：A.在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用

，超过这一范围，酶的催化作用逐渐

。B.

都会使酶变性失活，而

只是抑制酶的活性，酶分子的结构未被破坏，温度升高可恢复活性。增强减弱过酸、过碱、高温低温乙曲线分析：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pH＝7时，反应物剩余量最少，应为最适pH；反应溶液pH的变化________(填“影响”或“不影响”)酶作用的最适温度。不影响（3）酶的作用条件温和三、酶的作用机理4.影响酶促反应的因素☆酶促反应速率与酶活性不同。酶活性的大小可以用酶促反应速率表示。单位时间内反应物或生成物浓度的改变量。三、酶的作用机理（1）酶浓度酶浓度反应速率底物充足在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度呈正相关。酶浓度反应速率0ab：在一定的酶浓度范围内（0-N），随酶浓度的增加，反应速率增加b点后：当酶浓度增大到某一值时（N），反应速率达到最大值，不再增加酶浓度较低，底物没有完全被酶结合底物完全被酶结合ab限制因素：bc的限制因素：酶浓度底物浓度bca三、酶的作用机理（2）底物浓度底物浓度反应速率ObcMab：在一定底物浓度范围内（0，M），随底物浓度的增加，反应速率增加bc：当底物浓度增大到某一值时（M），反应速率达到最大值，不再增加酶没有完全被底物结合酶完全被底物结合bc限制因素：酶浓度ab限制因素：底物浓度三、酶的作用机理（3）温度和pH据图可知，不同pH条件下，酶最适温度

；不同温度条件下，酶最适pH

，即反应溶液pH(温度)的变化不影响酶作用的最适温度(pH)。不变也不变三、酶的作用机理（4）酶的激活剂

如胃蛋白酶原进入胃腔后，在HCl作用下，从酶原分子中脱去一个小分子肽段后，转变成有活性的胃蛋白酶。

指有些酶在合成和初分泌时，不表现有催化活性，这种无活性状态的酶的前身物称为酶原。酶原在一定条件下，受某种因素的作用，酶原分子的部分肽键被水解，使分子结构发生改变，形成酶的活性中心，无活性的酶原转化成有活性的酶称酶原的激活。大部分激活剂是无机盐离子:K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cl-、I-等。三、酶的作用机理（5）酶的抑制剂竞争性抑制剂

抑制剂与酶的活性中心以外的部位结合，但是不会使酶活性中心的结构改变，因此，不影响酶与底物的结合，这样就形成了底物-酶-抑制剂的三元复合物,但是底物不会被酶催化为产物，从而达到抑制的作用。非竞争性抑制剂

由于竞争性抑制剂与底物竞争酶，因此，增大底物浓度，就是使抑制剂与酶结合的减少，从而减小抑制作用。因此，竞争性抑制剂的抑制作用可以通过增大底物的浓度来抵消其抑制作用。

由于非竞争性抑制剂不与底物竞争，因此，其抑制作用不能通过增加底物的浓度来抵消其抑制作用。三、酶的作用机理5.探究影响酶活性的条件一、探究温度对酶活性的影响

淀粉遇碘变蓝，根据不同温度下相同时间内反应后的溶液是否出现蓝色以及蓝色的深浅可以判断淀粉被水解的量，从而判断不同温度下酶的活性。实验原理蓝色