学年高中生物必修一第5章第1节降低化学反应活化能的酶

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1、第5章 细胞的能量供应和利用 第1节 降低化学反应活化能的酶,一、酶的作用和本质 1.酶在细胞代谢中的作用 (1),细胞内,化学反应,(2)比较过氧化氢在不同条件下的分解: 实验原理:,FeCl3溶液,过氧化氢酶,实验过程和现象:,FeCl3溶液,肝脏研磨液,少量气泡,产生场所：_ 生理作用：_ 化学本质：_,2.酶的作用原理和本质 (1)酶的作用原理: 活化能:分子从_转变为容易发生化学反应的_状态 所需要的能量。 作用机制:同无机催化剂相比,酶降低_的作用更显著, 因而催化效率更高 结果:正是由于酶的催化作用,细胞代谢才能在_条件下 快速进行 (2)酶的本质,常态,活跃,活化能,温和,活细

2、胞,催化作用,蛋白质或RNA,二、酶的特性 1.酶的特性(连线),2.温度和pH对酶活性的影响,过高,过高或过低,【思考辨析】 1.判断正误 (1)酶是活细胞产生的,只能在细胞内起作用。 ( ) 【分析】酶是活细胞产生的,只要条件适宜,酶在细胞内、细胞 外和体外都能发挥作用。 (2)所有的酶都是在核糖体上合成的。 ( ) 【分析】酶的本质是蛋白质或RNA,蛋白质是在核糖体上合成的, 而RNA不是在核糖体上合成的。,(3)在温度过高或过低时,酶均能失去活性。 ( ) 【分析】酶在温度过高时会失活,而在低温条件下酶的活性降 低。 (4)酶是通过降低活化能来起到催化作用的。 ( ),2.问题思考 (

3、1)在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中,自变量有哪些?如何衡量自变量对因变量的作用? 提示：自变量有90水浴加热、3.5%的FeCl3溶液2滴、20%的肝脏研磨液2滴;可以通过产生气泡的多少或使卫生香燃烧的程度来衡量自变量对因变量的作用。 (2)从蛋白质的结构和特点等方面来分析,在强酸、强碱或温度过高的条件下,酶为什么会失活?该如何保存酶? 提示：在强酸、强碱或温度过高的条件下,蛋白质的空间结构遭到破坏,其生物活性就会丧失。应该在适宜的温度和pH等条件下保存酶。,一、酶的作用、本质及高效性的相关实验分析 1.酶的概念和作用机理 (1)酶的概念:,(2)酶的作用机理: 酶和其他催化剂均能

4、降低化学反应的活化能,分析如下:,图中ac和bc段分别表示无催化剂和酶催化时反应进行所需要的活化能。 若将酶变为无机催化剂,则b在纵轴上向上移动。 用加热的方法不能降低活化能,但会提供活化能。,2.“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验分析,结论:过氧化氢酶的催化效率高于FeCl3溶液等无机催化剂的催化效率,所以酶的催化作用具有高效性。 【警示钟】 对酶作用本质的错误理解 (1)酶的作用并不是为反应提供能量,而是降低了反应发生所需要的能量。 (2)蛋白酶并不会使所有酶失去活性,有少部分酶的化学本质是RNA。,【学而后思】 “比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中,为什么要用新鲜的肝脏研磨液?

5、提示：若肝脏研磨液不新鲜,肝细胞内过氧化氢酶的活性会降低。,命题角度 1 酶化学本质的分析 【典例训练1】 甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理,酶活性与处理时间的关系如右图所示。下列分析错误的是 ( ) A.甲酶能够抗该种蛋白酶降解 B.甲酶不可能是具有催化功能的RNA C.乙酶的化学本质为蛋白质 D.乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变,【解题关键】解答本题的关键是通过图中蛋白酶对两种酶的作用结果来判断两种酶的化学本质,然后逐项分析。 【解析】选B。酶的作用具有专一性,用蛋白酶处理后,蛋白质类酶的活性会因其分子结构改变而逐渐降低,非蛋白质类酶的活性不受影响。酶的化学本质是蛋白质或RNA,因此乙酶

6、的化学本质是蛋白质,甲酶的化学本质是RNA。酶的生理作用都是催化作用。,命题角度 2 酶高效性的实验分析 【典例训练2】(2013邢台高一检测)某同学为了探究“植物体内有关过氧化氢酶催化过氧化氢分解的问题”设计了如下实验,将四种植物器官各称取3 g,切成小薄片放入试管中,编号后进行实验。(备注:“+”表示有,“/”表示无),以下分析不正确的是 ( ) A.试管1在本实验中起空白对照的作用 B.不同植物组织器官中过氧化氢酶的活性或含量可能不同 C.表中材料胡萝卜直根中过氧化氢酶的催化活性最高 D.若用以上各器官的研磨液3 g,实验组的反应速率都加快 【解题关键】解答本题的关键是: (1)找出本实

7、验中的自变量及自变量的作用本质; (2)通过反应现象分析植物材料与因变量的关系。,【解析】选C。实验中的自变量是不同植物的器官,其中试管1中没有加入催化剂,属于对照组;由于加入的各种植物组织都是3 g,但不同植物组织中酶的含量是不同的,所以通过实验结果不能判断出酶的活性高低,只能反映出酶促反应速率的快慢。将以上各器官研磨后,过氧化氢与过氧化氢酶接触的机会增多,实验组的反应速率都会加快。,【互动探究】 (1)若上述实验各器官过氧化氢酶的含量是相同的,哪一组酶的活性最高? 提示：马铃薯块茎中酶的活性最高。 (2)上述实验中若酶的活性不同,会是由温度不同引起的吗? 提示：不会。因为实验中的无关变量是

8、相同的。,二、酶特性的相关实验 1.高效性 (1)表示曲线: (2)实验验证: 实验组:底物+生物催化剂(酶)底物分解速率(或产物形成的速率) 对照组:底物+无机催化剂底物分解速率(或产物形成的速率),2.专一性 (1)原因:酶只能催化与其结构互补的底物。 (2)实验验证: 实验组:淀粉+淀粉酶麦芽糖 对照组:蔗糖+淀粉酶不分解,仍为蔗糖 现象:两组中都加入斐林试剂,并水浴加热,只有组中出现砖红色沉淀。,3.温度和pH对酶活性的影响 (1)实验课题及变量分析:,(2)方法步骤:,【学而后思】 验证酶专一性的实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂? 提示：不能。因为碘液只能检测淀粉是否被水解

9、,蔗糖分子是否被水解都不会使碘液变色。,【典例训练3】(2012福建高考)回答下列问题。 大菱鲆是我国重要的海水经济鱼类。研究性学习小组尝试对大菱鲆消化道中蛋白酶的活性进行研究。 (1)查询资料得知,18时,在不同pH条件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶活性如图1。由图可知,在各自最适pH下,三种蛋白酶催化效率最高的是 。,(2)资料表明大菱鲆人工养殖温度常年在1518之间。学习小组假设:大菱鲆蛋白酶的最适温度在1518间。他们设置15、16、17、18的实验温度,探究三种酶的最适温度。 探究实验中以干酪素为底物。干酪素的化学本质是 ,可用 试剂鉴定。 胃蛋白酶实验组和幽门盲囊蛋白酶实验组的pH应分

10、别控制在 。 为了控制实验温度,装有酶和底物的试管应置于_ 中以保持恒温。单位时间内 可以表示蛋白酶催化效率的高低。,实验结果如图2,据此能否确认该假设成立? 。 理由是: 。,【解题关键】解答本题的关键是:(1)通过分析图1明确各种酶的最适pH。(2)酶的活性代表酶的催化效率。(3)图2中各种酶的催化效率并未达到峰值。 【解析】(1)由坐标图中三种酶的活性可知,在最适pH时,幽门盲囊蛋白酶的活性最高,因此幽门盲囊蛋白酶的催化效率最高。,(2)本实验探究蛋白酶的最适温度,因此实验需要的底物为蛋白质,鉴定蛋白质可用双缩脲试剂,该试剂可与蛋白质发生紫色反应。测定酶的最适温度时,应提供最适的外界环境

11、,即给各种酶提供最适pH,由图1可知,胃蛋白酶和幽门盲囊蛋白酶的最 适pH分别是2和8。本实验的自变量是温度,因此各组实验应保持恒定的温度,保持恒温的主要方法是通过水浴加热;通过产物的生成量或底物的消耗量可测定蛋白酶的催化效率的高低。由图2可以看出,在1518范围内,随着温度的升高,蛋白酶的活性一直在增强,没有出现下降的拐点,因此,不能得出大菱鲆蛋白酶的最适温度在1518间。,答案：(1)幽门盲囊蛋白酶 (2)蛋白质 双缩脲 2和8 水浴 底物消耗量(或产物生成量) 不能 在1518范围内,随着温度的升高,酶活性一直在增强,没有出现下降的拐点,所以不能得出大菱鲆蛋白酶的最适温度,【互动探究】(

12、1)若胃蛋白酶随食物进入大菱鲆的小肠中,其活性如何变化? 提示：失活,因为小肠中的pH在8左右,而胃蛋白酶在此pH下会失活。 (2)上述题目中,在探究温度对三种酶活性的影响时,各组的pH相同,还是在各自最适pH的条件下? 提示：在各自最适pH的条件下。,【变式备选1】为了探究口腔的分泌液中是否有蛋白酶,某学生设计了两组实验,如下图所示。在37水浴中保温一段时间后,向1、2试管中加入适量双缩脲试剂,3、4试管中不加任何试剂。下列实验能达到目的的是 ( ) A.实验 B.实验 C.实验、实验都能 D.实验、实验都不能,【解析】选B。双缩脲试剂检测的是蛋白质,蛋白酶也是蛋白质,故本题无法从化学特性上

13、达到目的,只有考虑物理特性,如蛋白块的变小或消失。,三、各种因素对酶促反应速率影响的曲线分析 1.酶浓度对酶促反应速率的影响曲线,(1)图甲说明: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)图乙说明: a.与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。 b.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.反应底物浓度对酶促反应速率的影响曲线 (1)加入酶A时,一定范围内随底物浓度的增加反应速率增加,当底物浓度超过一定范围后反应速率不再改变。 (2)酶A会促进该酶促反应的进行,而酶B不会,说明酶具有专一性。,3.pH和温度对酶促反应速率的影响曲线,(1)甲图说明:

14、 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,酶的催化作用将减弱。 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。,【警示钟】 对影响酶活性条件的最适值的两点警示 (1)酶催化反应时,酶不同,其最适pH不同,最适温度不同,但特定的酶最适值为定值,在最适值条件下,催化效率最高。 (2)并非在最适的pH或温度下反应就一定能进行,若将温度调至100,那么,即使在最适pH时,多数酶会丧失活

15、性。,【学而后思】 (1)温度、pH等外界条件的改变可以影响酶的活性,进而影响反应速率,其中温度是如何影响酶活性的?请描述图中曲线及A、B两点的含义。 提示：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,酶的催化作用将减弱。低温只会抑制酶的活性,而高温会使酶失活。,(2)在将胃蛋白酶所处的环境pH从10降到1.5的过程中,酶的活性是如何变化的? 提示：不变,始终为零,因为胃蛋白酶的最适pH为1.5,在pH为10时,酶已经失活。,【典例训练4】(2013玉溪高一检测)如图表示在不同条件下,酶催化反应的速率(或生成物量)的变化情况。以下有关叙述不正确的是 ( ),A.图能用来表示

16、反应物浓度变化与反应时间的关系 B.图虚线表示增加酶浓度后,其他条件不变时,生成物量与反应时间关系的变化情况 C.若图中的实线表示过氧化氢酶对H2O2分解的催化效率,则虚线表示FeCl3溶液对H2O2分解的催化效率 D.图也可以用来表示温度不同的情况下,生成物和反应物的比值与时间的关系,【解题关键】解答本题的关键是分析在不同条件下横纵坐标的关系,也就是自变量和因变量之间的关系;然后分析曲线走势,进行正误判断。 【解析】选C。图可以表示酶促反应中反应物浓度变化和时间的关系,随着反应的进行,反应物越来越少;图中的实线和虚线可以表示同一反应,只是虚线表示反应速率快,到达反应平衡所需时间短,所以若虚线