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1、第5 5章 细胞的能量供应和利用 第1 1节 降低化学反应活化能的酶 1.能说出酶在代谢中的作用及特性。 2.能记住酶的本质。 3.会分析表示酶作用的图解和坐标曲线。 4.能完成影响酶活性条件的实验。 一二 一、酶的作用和本质 1.酶在细胞代谢中的作用 (1)细胞代谢:细胞中每时每刻都进行着许多化学反应,统称为细 胞代谢。 一二 (2)实验:比较过氧化氢在不同条件下的分解 实验设计及现象分析 (注:表中“”表示未加入试剂和无现象发生。) 一二 实验结论:加热能促进H2O2分解;FeCl3溶液和过氧化氢酶都能 促进H2O2的分解,过氧化氢酶的催化效率比FeCl3溶液高。 上述实验中有几组对照实验
2、?自变量、因变量各是什么? 提示:有两组对照实验。第一组(1号和2号):自变量是温度,因变量 是气泡的多少、助燃性的强弱。第二组(3号和4号):自变量是催化 剂(FeCl3溶液、过氧化氢酶),因变量是气泡的多少、助燃性的强弱。 (3)活化能:分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需 要的能量称为活化能。同无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更 显著,因而其催化效率更高,这样细胞代谢就能在温和条件下快速 进行。 一二 2.酶的本质 (1)关于酶本质的探索 1857年以前,许多化学家认为发酵是纯化学过程,与生命活动 无关。 1857年,巴斯德提出酿酒中的发酵是由于酵母细胞的存在,没 有活细胞的
3、参与,是不会引起发酵的。 德国化学家李比希却坚持认为引起发酵的是酵母细胞中的某 些物质,但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。 德国化学家毕希纳发现不含酵母细胞的提取液与活酵母细胞 都能引起发酵,他将引起发酵的物质称为酿酶。 一二 最早从刀豆中提取出脲酶的是美国科学家萨姆纳,他用多种方 法证明脲酶是蛋白质。 20世纪80年代,美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也具有 生物催化功能。 (2)酶的概念:酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,其中绝 大多数酶是蛋白质,少数是RNA。 一二 二、酶的特性 1.酶具有高效性 酶的催化效率大约是无机催化剂的1071013倍。 2.酶具有专一性
4、 每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 3.酶的作用条件较温和 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。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。0 左右的低温虽然使酶的活性 明显降低,但酶的空间结构稳定,在适宜的温度下酶的活性可以升 高。因此,酶制剂适于在低温下保存。 一二 唾液淀粉酶能够催化淀粉分解,但是不能催化蔗糖分解,这说明 了什么? 提示:酶的催化作用具有专一性。 一、与酶有关的曲线分析 1.酶催化活性的表示方法 单位时间内反应物的减少量或产物的生成量。 2.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
5、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的时间,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。 一二三 一二三 3.表示酶专一性的曲线 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a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。 一二三 二、影响酶促反应的因素 常见的影响酶促反应的因素有酶的浓度、反应物浓度、pH、温 度、抑制剂、激活剂等。 1.酶浓度对酶促反应的影响 在反应物足够,其他条件适宜且固定的 条件下,酶促反应的速率与酶的浓度成 正比,如右图所示。 2.反应物浓度对酶促反应的影响
6、在反应物浓度较低时,随着反应物浓度的 增大,反应速率加快。当反应物浓度达到一 定浓度时,酶分子都参与了反应,反应物浓度 再增大,反应速率不再加快。如右图所示。 一二三 3.pH对酶促反应的影响 每一种酶只能在一定的pH范围内才 表现出活性,超过这个范围,酶就会失 去活性,其特点如下图所示。在一定条 件下,酶在某一特定pH时活性最大,这 个pH称为这种酶的最适pH。 4.温度对酶促反应的影响 在一定温度范围内,酶促反应速率随温度的升 高而加快;但当温度升高到一定值时,酶促反应 速率不但不再加快反而随着温度的升高而下降。 在一定条件下,酶在某一特定温度时活性最大, 这个温度称为这种酶的最适温度,如
7、上图所示。 一二三 5.酶的催化能力与时间的关系 酶的催化能力也不是一成不变的,酶在“工作”了一段时间后会发 生“钝化”现象,即催化能力开始下降,最后失去催化能力,如右图曲 线所示。 一二三 三、与酶相关的实验探究 1.验证酶的本质 (1)验证酶是蛋白质 实验组:待测酶溶液+双缩脲试剂是否出现紫色反应。 对照组:标准蛋白质溶液+双缩脲试剂紫色反应。 变量分析:自变量为待测酶溶液和标准蛋白质溶液;因变量为是 否有紫色反应。 (2)验证酶是RNA 实验组:待测酶溶液+吡罗红试剂是否出现红色。 对照组:标准RNA溶液+吡罗红试剂出现红色。 变量分析:自变量为待测酶溶液和标准RNA溶液;因变量为是否
8、出现红色。 一二三 2.验证酶的催化作用 实验组:底物+相应的酶液底物是否被分解。 对照组:底物+等量蒸馏水底物不被分解。 变量分析:自变量为相应的酶液的有无;因变量为底物是否被分解。 3.验证酶的专一性 (1)方案一:用同种酶催化两种不同的物质 实验组:反应物+相应酶溶液反应物被分解。 对照组:另一种反应物+等量相同酶溶液反应物不被分解。 (2)方案二:用两种不同的酶催化同一物质 实验组:反应物+相应酶溶液反应物被分解。 对照组:相同反应物+等量另一种酶溶液反应物不被分解。 变量分析:方案一中的自变量为不同的反应物,方案二中的自变量 为不同的酶溶液,因变量均为反应物是否被分解。 一二三 4.
9、验证酶的高效性(比较过氧化氢在不同条件下的分解) 一二三 5.探究温度对酶活性的影响 (1)原理 反应原理 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。 一二三 (2)变量分析 6.探究pH对酶活性的影响 (2)鉴定原理:pH影响酶的活性,从而影响O2的生成量,可用点燃但 无火焰的卫生香燃烧的情况来检验O2的生成量。 一二三 特别提醒(1)验证酶的专一性实验中的注意事项 要选择好检测反应物的试剂,如果反应物选择淀粉和蔗糖,酶 溶液为淀粉酶,则适宜选用斐林试剂检测反应物是否被分解,不能 选用碘液,因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。 保证蔗
10、糖的纯度和新鲜程度是做好该实验的关键。 一二三 (2)验证酶的高效性实验中的注意事项 实验时必须用新鲜的、刚从活的动物体中取出的肝脏作实验 材料。肝脏如果不新鲜,肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐 生细菌的作用下分解,使组织中酶分子的数量减少且活性降低。 实验中使用肝脏的研磨液,可以加大肝细胞内过氧化氢酶与试 管中过氧化氢的接触面积,从而加速过氧化氢的分解。 滴加FeCl3溶液和肝脏研磨液时不能共用一支滴管,因为酶的 催化效率具有高效性,少量酶带入FeCl3溶液中就会影响实验结果 的准确性。 过氧化氢分解过程有气泡冒出,若反应一段时间后,不再有气 泡冒出,说明反应结束;若在不增加过氧化氢量的
11、前提下,使气泡(O2) 的生成量增加,可采取的措施是提高过氧化氢溶液的浓度。 一二三 (3)探究温度对酶活性的影响实验中的注意事项 实验室使用的-淀粉酶的最适温度为60 。 由于过氧化氢不稳定,因此探究温度对酶活性影响时,不选择 过氧化氢作反应物。 本实验不宜选用斐林试剂鉴定,因为温度会干扰实验结果。 (4)探究pH对酶活性的影响实验中的注意事项 本实验不宜选用淀粉酶,因为淀粉酶催化的底物淀粉在酸性条件 下也会发生水解反应。 题型一题型二题型三 【例1】 右图表示细胞中某条生化反应链,图中E1E5代表不同 的酶,AE代表不同的化合物。据图判断下列叙述正确的是( ) A.若E1催化的反应被抑制,
12、则A的消耗速率加快 B.若E5催化的反应被抑制,则B积累到较高水平 C.若E3的催化速率比E4快,则D的产量比E多 D.若E1的催化速率比E5快,则B的产量比A多 解析:据题干信息知道,若E1催化的反应被抑制,则A的消耗速率减 慢,A项错误;若E5催化的反应被抑制,B可以通过E2催化生成C,进而 生成D、E,所以B不积累,B项错误;若E3的催化速率比E4快,则D的产 量比E多,C项正确;若E1的催化速率比E5快,B可以通过E2催化生成C, 进而生成D、E,所以B不积累,不一定比A多,D项错误。 答案:C 题型一题型二题型三 【例2】 下列操作中,不可能导致淀粉酶活性发生变化的是( ) A.淀粉
13、酶溶液中加入强酸 B.淀粉酶溶液中加入蛋白酶 C.淀粉酶溶液中加入淀粉溶液 D.淀粉酶经高温烘干制成粉剂 解析:温度、pH都会影响酶活性,排除A、D两项;淀粉酶的化学本 质为蛋白质,蛋白酶会将其水解,从而使其活性发生改变,排除B项; 淀粉酶溶液中加入淀粉溶液后,淀粉被水解,但是淀粉酶在反应前 后结构和活性不变,故选C项。 答案:C 题型一题型二题型三 反思领悟反思领悟酶具有高效性、专一性,酶的作用条件较温和。酶的高 效性是相对化学催化剂来说的。酶具有专一性,这就是说,一种酶 只能作用于一种或一类分子结构相似的反应物,促使反应物进行一 定的化学反应,产生一定的反应产物。 题型一题型二题型三 【例
14、3】 对盛有过氧化氢溶液的试管加热或加入催化剂,都能够 促进其分解,下列相关叙述正确的是( ) A.二者的基本原理是相同的 B.前者是使过氧化氢分子的能量提高,而后者不影响过氧化氢分 子的能量 C.两者都可以降低过氧化氢分解反应的活化能 解析:加热主要是使过氧化氢分子的能量提高,达到活化能,使反 应进行,催化剂则是降低过氧化氢分解反应的活化能,从而使反应 作用原理是相同的,只是催化效率不同。 答案:B 题型一题型二题型三 反思领悟酶的催化作用机理是降低化学反应的活化能。 探究方法能力展示 (1)实验评价类试题的一般解题方法“五看”评价法 探究方法能力展示 探究方法能力展示 (2)实验设计修正类
15、题目的解题方法 实验设计的修正,就是在发现问题的基础上提出正确的方案。发 现问题是基础,修正是目的。解题时要对自己的修正方案进行检查, 看有没有科学性错误,注意分析实验原理的科学性、实验材料选择 的科学性、实验方法的科学性、实验结果处理的科学性等。 探究方法能力展示 某同学为了探究pH对人唾液淀粉酶活性的影响,设计了如下实验 步骤。 在A、B、C、D、E 5支试管中分别加入pH为 5.0,6.0,7.0,8.0,9.0的适宜浓度缓冲液5 mL,再分别加入质量分数为 1%的淀粉液1 mL。 各试管中分别加入适当浓度的唾液稀释液1 mL,摇匀。 将5支试管放入70 恒温水浴中,保温时间相同且合适。
16、 取出各试管,分别加入斐林试剂2 mL,摇匀。 观察各试管溶液的颜色,通过颜色深浅判断唾液淀粉酶作用的 最适pH。 上述实验步骤中有两处错误,请更正并说明更正的理由(不考虑 试剂的浓度和加入量、pH梯度以及实验重复次数),以便实验能得 到正确的预期结果。 探究方法能力展示 (1) 。 (2) 。 解析:(1)人的唾液淀粉酶的最适温度为37 ,该实验要探究pH对 人唾液淀粉酶活性的影响,所以实验中温度为无关变量,应保持适 宜且恒定;在70 恒温水浴中,人唾液淀粉酶可能会失活(或活性很 低)。 (2)加入斐林试剂后,应将试管放入盛有5065 温水的大烧杯中 水浴加热,因为斐林试剂与还原糖只有在水浴加热条件下才会产生 砖红色沉淀。 探究方法能力展示 答案:(1)中70 应改为37 。因为人唾液淀粉酶作用的最适 温度为37 (2)中在观察各试管中溶液的颜色之前应将各试管在5065 水浴中加热一段时间。因为只有在水浴加热条件下斐林试剂才会 与还原糖反应显色