1、二 酶 的 特 性 概念认知自主学习一、酶的特性 1.高效性:(1)含义:与_相比,酶的催化效率更高。(2)意义:使_快速进行。2.专一性:(1)实验方案:无机催化剂 细胞代谢(2)实验结论:一种酶只能催化_反应。(3)意义:使细胞代谢有条不紊地进行。一种或一类 3.酶的作用条件较温和:(1)酶促反应对应最适温度和pH的点分别是_和_。(2)酶的活性较低,空间结构稳定,酶的活性可恢复的点是_。(3)空间结构遭到破坏,酶永久失活不可恢复的点是_。b e a c、d、f【警示】(1)酶的高效性和作用条件较温和都是与无机催化剂相比。(2)温度过高、过酸、过碱都会使酶变性失活,无法恢复。二、影响酶活性
2、的条件 1.酶活性:酶催化特定_的能力。2.酶活性的表示方法:一定条件下,_。3.探究温度对酶活性的影响:(1)变量:自变量_;因变量_。(2)物质:反应物淀粉;酶_(3)检验试剂:_ 化学反应 酶所催化某一化学反应的速率 温度 酶的活性 淀粉酶 碘液 4.探究pH对酶活性的影响:(1)变量:自变量_;因变量酶的活性(2)物质:反应物_;酶_(3)观测指标:气泡产生速率【点拨】控制温度时,先将酶和反应物放在同一温度条件下,然后再混合。pH H2O2 H2O2酶【质疑批判】酶为生活添姿彩,在很多日常的生产生活和工业生产中都需要酶。以下是某同 学了解的关于酶的知识:新采摘的糯玉米煮熟后可以较好地保
3、持甜味。溶菌酶可以破坏细菌的细胞壁,也可以损伤人体的细胞膜。加酶洗衣服比普通洗衣粉去污能力更强,但是不能用开水溶解。胃蛋白酶能催化唾液淀粉酶的水解。唾液淀粉酶在100 逐渐降低到37 过程中酶的活性升高。你的判断:正确的结论有_。【思维激活】1.我们吃芹菜时无论咀嚼多长时间,都感觉不到甜味,吃馒头时很快就有甜味了,你知道是什么原因吗?提示:口腔中含有淀粉酶但不含纤维素酶,淀粉酶将淀粉水解成麦芽糖产生了甜味。2.人在感冒发烧时,常出现厌食、恶心等不良症状,如果体温过高还可能会出现生命危险。请结合酶的知识解释出现这一现象的原因。提示:感冒发烧时,体温升高,酶的活性降低,如果温度过高酶会失活,从而导
4、致细胞代谢不能进行。【教材开发】P84与社会的联系 问题:探究pH对酶活性的影响时,能否选择淀粉酶?提示:不能,淀粉在酸性条件下可以水解,实验中的自变量不唯一,影响实验结果的分析。能力形成合作探究学习任务一:酶特性的实验方案设计【探究活动】(科学探究实验方案设计)1.酶的高效性和专一性:(1)高效性 步骤 1 H2O2溶液 H2O2溶液 2 FeCl3 H2O2酶 现象 较多气泡 大量气泡 结论 酶具有高效性(2)专一性 探讨:探究酶的专一性实验中,能否使用碘液进行检验?说明你的理由。提示:不可以,碘液无法检测蔗糖是否发生水解。步骤 1 淀粉+淀粉酶 蔗糖+淀粉酶 2 等量斐林试剂,水浴加热相
5、同时间 现象 出现砖红色沉淀 无颜色变化 结论 酶具有专一性 2.影响酶活性的条件:(1)温度 步骤 试管 1 1 2 2 3 3 淀粉溶液 2 mL/2 mL/2 mL/淀粉酶溶液/1 mL/1 mL/1 mL 不同温度下处理5 min 0 60 100 将同一温度下的两种物质混合后保温5 min 滴加碘液 1滴 1滴 1滴 结果(现象)变蓝 不变蓝 变蓝(2)pH 向多支试管中分别加入等量的H2O2酶 向各试管中加入等量的pH不同的缓冲液 加入等量的H2O2溶液 观察试管内气体产生速率 探讨:探究温度对酶活性影响的实验中,为什么不能选用H2O2酶呢?提示:H2O2的分解受温度的影响,导致实
6、验中的自变量不唯一,影响实验结果的分析。【易错陷阱】选择实验材料及试剂的两个误区(1)易错选检测试剂。检测试剂使用碘液不能使用斐林试剂:探究温度对酶活性影响。(2)易错选底物和酶。底物和酶的选择:温度对酶活性影响实验中选择淀粉和淀粉酶,pH对酶活性影响实验中选择H2O2和H2O2酶。【知识拓展】影响酶活性的因素(1)温度和pH均通过影响酶的空间结构影响酶的活性。(2)激活剂:凡是能提高酶活性的物质,都是激活剂。许多酶只有当某一种激活剂存在时,才表现出催化活性或强化催化活性。激活剂种类有很多,有无机阳离子、无机阴离子、有机化合物。(3)抑制剂:能减弱、抑制甚至破坏酶活性的物质。竞争性抑制:与底物
7、结构类似的物质争先与酶的活性中心结合,从而降低酶促反应速度,这种作用称为竞争性抑制;非竞争性抑制:抑制剂与酶活性中心以外的位点结合,底物仍和酶的活性中心结合,但酶不显示活性,这种作用称为非竞争性抑制。【素养案例】(2020浙江7月选考)为研究酶的影响因素,进行了“探究pH对过氧化氢酶的影响”的活动。下列叙述错误的是()A.反应小室应保持在适宜水温的托盘中 B.加入各组反应小室中含有酶的滤纸片的大小和数量应一致 C.将H2O2加到反应小室中的滤纸片上后需迅速加入pH缓冲液 D.比较各组量筒中收集的气体量可判断过氧化氢酶作用的适宜pH范围【思维流程】【解析】选C。本题主要考查pH对过氧化氢酶活性的
8、影响实验。本实验自变量是pH,无关变量是温度、滤纸片的大小和数量及酶的用量,根据实验等量原则,温度应保持相同而且适宜,各组反应小室中含有酶的滤纸片的大小和数量要求一致,酶的用量也要一致,A、B项正确;应将反应小室稍微立起,使有滤纸片的一侧在上面,然后依次小心加入pH缓冲液和H2O2溶液,此时混合液不能与滤纸片接触,C项错误;比较各组量筒中收集的气体量,可以反映在不同pH条件下过氧化氢酶的活性大小,从而判断过氧化氢酶的适宜pH范围,D项正确。【素养迁移】若等待反应完成后再比较各组量筒内的气体量,能否确定过氧化氢酶的最适pH范围?提示:不能,反应完成后各组量筒内的气体量基本相同。【题后反思】pH对
9、过氧化氢酶影响的实验的变量控制(1)自变量是过氧化氢酶所处环境的pH。(2)因变量是过氧化氢酶的活性,通过相同时间内过氧化氢酶催化反应释放的气体量反映。(3)其他条件为无关变量,应保持相同且适宜。【典题加练】1.物质甲作为抑制剂能与蔗糖酶结合或分离,从而改变蔗糖酶的活性。在适宜温度和pH等条件下,某同学将蔗糖酶和物质甲的混合液均分为若干份,分别加入不同浓度的等量蔗糖溶液中,检测发现,蔗糖的水解速率随蔗糖溶液浓度的升高而增大。下列分析与该实验相符的是()A.物质甲与蔗糖酶的结合使酶降低活化能的能力增强 B.物质甲与蔗糖酶的结合能改变酶的高效性和专一性 C.蔗糖溶液浓度的升高能导致物质甲与蔗糖酶的
10、分离 D.反应体系中没有物质甲时,蔗糖溶液的浓度会改变酶活性【解析】选C。根据题意可知,物质甲属于抑制剂,即物质甲与蔗糖酶的结合使酶降低活化能的能力降低,导致酶活性降低,A项错误;物质甲与蔗糖酶的结合能降低酶活性,从而改变酶的高效性,但不改变专一性,B项错误;蔗糖溶液浓度的升高能导致物质甲与蔗糖酶的分离,从而使酶活性升高,蔗糖的水解速率增大,C项正确;反应体系中没有物质甲时,蔗糖溶液的浓度不会改变酶活性,只是改变酶促反应速率,D项错误。2.某兴趣小组为了探究温度对酶活性的影响,用打孔器获取新鲜的厚度为5 mm的三片土豆,进行了以下实验。有关叙述不正确的是()A.土豆片的厚度是该实验的自变量 B
11、.新鲜土豆组织中含有过氧化氢酶 C.高温和低温都能影响过氧化氢酶的活性 D.该实验无法确定过氧化氢酶的最适温度 实验步骤 土豆片A 土豆片B 土豆片C 处理 静置 煮熟后冷却 冰冻 滴加3%H2O2 1滴 1滴 1滴 观察实验现象 产生大量气泡 几乎不产生气泡 产生少量气泡【解析】选A。在实验中,自变量是由实验者操纵、掌握的变量。因变量是随自变量的变化而产生变化的变量,本实验中自变量为温度,温度的改变会引起酶活性的改变,A项错误;由表可知,在土豆片A中会分解产生大量的气泡,所以可以推测新鲜土豆组织中含有过氧化氢酶,B项正确;由表可知,在土豆片A中会分解产生大量的气泡,在土豆片B中,由于高温使酶
12、失活,几乎不会被分解产生气泡,在土豆片C中,由于低温使酶活性降低,分解产生少量的气泡,通过对比实验结果,可以推测出高温和低温都能影响过氧化氢酶的活性,C项正确;由表可知,本实验中实验组温度梯度设置的太大,实验组太少,所以无法确定过氧化氢酶的最适温度,D项正确。学习任务二:与酶相关的曲线【情境探究】下面请看某工厂生产的一种加酶洗衣粉包装袋的使用说明书 思考:为什么使用温水洗涤衣物效果更好?提示:温度影响酶的活性,用温水可增强酶的活性,洗涤效果更好。【探究活动】(科学思维模型与建模)1.温度和pH对酶促反应的影响曲线模型:(1)温度和pH与酶促反应速率关系 解读:在低于最适温度范围内,随着温度的升
13、高,酶的活性逐渐增强,超过最适温度后,酶的活性逐渐减弱,甚至失去活性。低于或高于最适pH酶的活性都会降低,甚至会失去活性。(2)在底物的量一定的条件下,不同温度下产物的量与时间的关系 解读:该酶的最适温度范围在2060 之间;60 时酶失去活性,而20 时酶的活性降低,并未失去活性,升高温度酶的活性可以恢复。探讨:结合上图,如果上述温度条件下,将底物的量增加一倍,上述三个温度的曲线的最大值将如何变化?提示:20 和40 曲线最大值增加一倍,60 曲线最大值不变。2.底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响曲线模型:(1)底物浓度 底物浓度较低时,酶促反应速率与底物浓度成正比,即随底物浓度的增加而增加。
14、当底物浓度达到一定值后,酶的浓度一定,再增加底物浓度,酶促反应速率不再增加。(2)酶浓度 在有足够底物而又不受其他因素影响的情况下,酶促反应速率与酶浓度成正比。探讨:温度、pH、底物浓度和酶的浓度都会影响酶促反应速率,作用机制有何不同?提示:温度和pH通过影响酶的活性影响反应速率,酶的浓度和底物浓度通过影响酶与底物的结合从而影响酶促反应速率。【易错陷阱】酶的活性两个误区(1)将酶从低温环境逐渐恢复到最适温度时,酶的活性可恢复,若从高温、过酸或过碱的环境逐渐恢复到最适温度或pH时,酶已经失去活性,不可恢复。(2)温度、pH等因素会影响酶的活性,进而影响反应速率,但是不会影响酶的最适温度和pH。【
15、素养案例】(2020山东合格考)利用麦芽酿造啤酒时,需要利用-淀粉酶催化淀粉的水解。如图为适宜pH条件下,温度对-淀粉酶活性影响的曲线。下列叙述错误的是()A.温度为Ta时,-淀粉酶的活性受抑制 B.温度为Tb时,-淀粉酶的空间结构遭到破坏 C.随温度的升高,-淀粉酶的活性持续升高 D.温度为T0时,淀粉水解速率最快 【思维流程】【解析】选C。Ta时温度较低,酶的活性降低,A正确;Tb时温度过高,酶的空间结构被破坏,酶失去活性,B正确;低于最适温度T0时,随温度升高酶的活性升高,超过T0时随温度升高酶的活性降低,C错误;-淀粉酶最适温度为T0,此时酶的活性最高,酶促反应速率最快,淀粉的分解速率
16、最快,D正确。【素养迁移】(1)如果将该-淀粉酶从温度Tb降低到T0时淀粉酶的活性如何变化?提示:不变,因为在Tb时,酶失去了活性。(2)在鉴定-淀粉酶催化淀粉水解的速率实验中,实验结果的检测试剂使用斐林试剂还是碘液呢?提示:使用碘液,斐林试剂需要加热,会改变原有温度条件,会影响实验结果。【题后反思】“三步”分析酶促反应曲线(1)识标:理解图中纵坐标和横坐标的含义,一般横坐标表示温度、pH、反应时间等,纵坐标表示反应速率。(2)明点:分析图中起止点、最高点的含义,一般起点为零,最高点表示最适pH或温度,酶的活性最大,止点表示酶的活性为零或生成物的量最大。(3)析图:根据原理判断曲线的变化情况,
17、具体看曲线上升或下降趋势,从而确定酶促反应速率的变化趋势。【典题加练】1.如图表示胃蛋白酶的活性与温度、pH之间的关系,下列叙述错误的是()A.温度和pH都会影响胃蛋白酶的活性 B.胃蛋白酶的最适温度是37 C.胃蛋白酶的最适pH一定是2.0 D.温度为0 时酶的空间结构保持稳定【解析】选C。由题图可知,当pH一定温度不同时,胃蛋白酶的活性不同,当温度一定pH不同时,胃蛋白酶的活性也不同,说明胃蛋白酶的活性受温度和pH的影响,A项正确;据题图可推断胃蛋白酶的最适温度为37,B项正确;由题图知,胃蛋白酶的最适pH为2.0左右,C项错误;温度为0 时酶的活性降低,但是空间结构没有被破坏,仍然保持相
18、对稳定,D项正确。2.如图表示在最适温度下,某种酶反应速率与反应物浓度之间的关系。下列有关叙述正确的是()A.若在A点时升高反应温度,则反应速率加快 B.若在B点时提高酶的浓度,则反应速率不变 C.若在A点时提高反应物浓度,则反应速率加快 D.若在C点时提高反应物浓度,则产物不再增加【解析】选C。在最适温度下酶的活性最高,温度偏高或偏低,酶的活性都会降低,因此在A点时升高反应温度,反应速率会降低,A项错误;在B点时提高酶的浓度,反应速率会加快,B项错误;在A点时提高反应物浓度,反应速率将加快,C项正确;在C点时提高反应物浓度,反应速率不再加快,但产物的量将增加,D项错误。学情诊断课堂测评1.(
19、水平1概念检测)细胞中几乎所有的化学反应都是由酶催化的,人体内有8000多种酶,下列有关酶的特性的叙述,合理的是_。胃蛋白酶只能催化蛋白质的水解,不能催化蔗糖的水解 唾液淀粉酶需要在低温、低pH条件下保存 果胶酶可以催化细胞壁中的果胶水解,使果汁变的清亮 胃蛋白酶的最适pH为7左右 可使用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响【解析】选。酶具有专一性,胃蛋白酶可以催化蛋白质的水解不能催化蔗糖等其他物质的水解,正确;唾液淀粉酶的最适pH在7左右,在低pH的条件下会失去活性,因此保存淀粉酶需要在低温、pH为7的条件下保存,错误;果胶酶催化细胞壁中的果胶水解,从而使果汁清亮,正确;胃蛋白酶的最适pH为1.
20、5,错误;温度会使过氧化氢分解,影响实验结果,不能使用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响,错误。2.(水平1)“果酒放久了易产生沉淀”,只要加入少量蛋白酶后就可使沉淀消失,而加入其他酶则无济于事,这说明()A.酶的化学成分是蛋白质 B.酶的催化作用具有专一性 C.酶的催化作用受环境影响 D.酒中的这种沉淀是氨基酸【解析】选B。在果酒的沉淀中含有蛋白质,加入蛋白酶可使蛋白质水解,而其 他酶则不能水解蛋白质,体现了酶的专一性。3.(水平2)乳糖不耐受是一种由于乳糖酶分泌少、不能完全消化分解母乳或牛乳中的乳糖所引起的非感染性腹泻。如图是乳糖酶分解乳糖的示意图,它表明()A.乳糖酶具有专一性 B.乳糖酶
21、催化合成反应 C.乳糖酶具有高效性 D.乳糖酶活性容易受温度影响【解析】选A。如图所示,酶的活性部位特异性结合乳糖,具有专一性,A正确;如图的反应催化了乳糖分解为葡萄和半乳糖的分解反应,B错误;图中没将酶与其他催化剂作比较,未体现出酶的高效性,C错误;图中没有将酶置于一系列温度下测定其活性,未体现乳糖酶活性容易受温度影响,D错误。4.(水平2教材改编题)如图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。在一定的温度和pH条件下,B点以前和以后反应速率的限制因素是()A.酶的数量和反应物浓度 B.反应物浓度和酶的数量 C.反应物浓度和反应物浓度 D.酶的数量和酶的数量【解析】选B。曲线图中
22、,B点之前,随着曲线的上升,酶促反应速率逐渐加快,说明B点以前限制酶促反应速率的因素是反应物浓度;而B点之后,随着曲线的上升,酶促反应速率不再加快,说明B点以后限制酶促反应速率的因素是酶的数量,B正确。5.(水平2)胃蛋白酶在pH由2上升到10的过程中,其活性变化情况为()【解析】选C。胃蛋白酶的最适pH是1.5,当pH逐渐升高时,胃蛋白酶的活性逐渐降低,且在pH为10的溶液中,由于碱性过大而使胃蛋白酶失去活性。因此,将溶液pH由2上升到10的过程中,胃蛋白酶的活性逐渐降低直至0,故选C。【能力挑战题组】1.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
23、.温度由100 降低到37 C.pH由2上升到7 D.pH由12降低到7【解析】选A。人体唾液淀粉酶的最适温度是37 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遭到破坏,使酶失活,B错误;过酸使酶的空间结构遭到破坏,使酶失活,C错误;过碱使酶的空间结构遭到破坏,使酶失活,D错误。2.如图所示,甲、乙、丙三图表示酶浓度一定时,反应速率和反应物浓度、温度、pH的关系。下列相关分析不正确的是()A.图甲中,因反应液中酶的数量有限,当反应物达到一定浓度时,反应速率不再上升 B.图乙中,a点对应的温度称为最适温度 C.图乙中,温度超过a点后反应速率
24、急剧下降,其原因是高温条件下酶变性失活 D.图丙中,pH从6上升到10的过程中,酶活性先增强,后降低【解析】选D。图甲中,因反应液中酶的数量有限,当反应物达到一定浓度时,反应速率不再上升,A正确;图乙中,最高点a点对应的温度称为最适温度,B正确;图乙中,温度超过a点后,由于高温条件下酶空间结构破坏甚至失活,反应速率急剧下降,C正确;图丙中,pH=6时酶变性失活不可恢复,故pH从6上升到10的过程中,酶活性不变,D错误。3.为了从三种微生物中获取碱性淀粉酶,某兴趣小组制备了三种微生物的淀粉酶提取液进行实验(溶液中酶浓度相同),实验步骤和结果如下表所示:实验步骤 试管编号 试管1 试管2 试管3
25、pH=8缓冲液(mL)1 1 1 甲提取液(mL)0.8 乙提取液(mL)0.8 丙提取液(mL)0.8 各试管放入45 的恒温水浴中保温适宜时间 淀粉溶液(mL)2 2 2 取出上述三支试管,冷却后滴入碘液 颜色深浅程度+-+(“+”表示颜色变化的深浅,“-”表示不变色)(1)该实验的自变量是_,无关变量有_(写出两种)。(2)本实验应增加一组对照实验,对照组应加入pH=8的缓冲液1 mL和_,对照组的颜色变化深浅程度为_(用“+”或“-”表示)。(3)根据上述结果,三种淀粉酶中活性最强的是_。(4)本实验还可以用_试剂检测生成物来判断实验结果。若用该试剂检验,还需要_处理。【解析】(1)该
26、实验的目的是比较甲、乙、丙三种微生物所产生的淀粉酶的活性,因而实验的自变量是不同的淀粉酶,其他如pH、温度、提取液的量和浓度等都为无关变量,应相同且适宜。(2)根据对照实验的基本原则,增加的对照组中应加入pH=8的缓冲液1 mL和蒸馏水0.8 mL、淀粉溶液2 mL,对照组由于没有加入淀粉酶,淀粉不会被分解,因此加入碘液时颜色最深,深度应大于1、2、3组,故深度可为+。(3)由表中实验结果可知,第二组不变蓝,说明淀粉完全被水解,因此三种淀粉酶中活性最强的是乙。(4)由于淀粉的水解产物为麦芽糖,是一种还原糖,可用斐林试剂检测生成物来判断实验结果。若用该试剂检验,还需要(水浴)加热处理。答案:(1
27、)淀粉酶的种类(不同来源的淀粉酶)各组间pH、温度、加入提取物的量和浓度、淀粉溶液的量和浓度等(任写两种,合理即可)(2)蒸馏水0.8 mL、淀粉溶液2 mL+(3)乙 (4)斐林(水浴)加热 素养发展创新应用素材 酶与蜂蜜 中国是世界第一养蜂大国,蜂产品产量和出口量以及蜂群数量位居世界首位。蜂蜜中的淀粉酶活性是衡量蜂蜜品质的重要指标。科研人员以新鲜椴树蜂蜜为实验材料,经过不同加工条件处理后,在相同条件下检测蜂蜜中的淀粉酶活性(淀粉酶活性以淀粉酶值表示,即1 g蜂蜜中的淀粉酶在一定条件下可催化1%淀粉溶液的毫升数),结果如下表所示。请回答:探究(1)淀粉酶的化学本质是_。淀粉酶只能水解淀粉,说
28、明酶具有_。使用双缩脲试剂_(填“可以”或“不可以”)准确检测蜂蜜中淀粉酶的含量,理由是_。(2)本实验探究的是_对蜂蜜中淀粉酶活性的影响。(3)国家标准规定合格的蜂蜜产品淀粉酶值应在8以上。根据上述实验结果,提出加工蜂蜜和生活中蜂蜜的食用各提出一条建议。【解析】(1)绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA,酶是生物催化剂,不参与化学反应,只是起催化作用,所以反应前后不发生改变。酶具有高效性和专一性。高温或过酸过碱都会使酶的分子结构发生改变而失去活性。淀粉酶的化学本质是蛋白质。淀粉酶只能水解淀粉,说明酶具有专一性。使用双缩脲试剂不可以准确检测蜂蜜中淀粉酶的含量,理由是蜂蜜中除淀粉酶外还含有其他蛋白
29、质(蜂蜜中还含有其他非酶类蛋白质)。(2)本实验探究的是加工温度和加工时间对蜂蜜中淀粉酶活性的影响。(3)合格的蜂蜜产品淀粉酶值应在8以上,加工蜂蜜的条件为:30、40 条件下加工不超过3小时;50、60 条件下加工不超过2小时;70 条件下加工不超过1小时;另外为了保证淀粉酶值,食用时,不要用过高温度的水冲饮,不要加热食用。答案:(1)蛋白质 专一性 不可以 蜂蜜中除淀粉酶外还含有其他蛋白质(蜂蜜中还含有其他非酶类蛋白质)(2)加工温度和加工时间 (3)加工:30、40 条件下加工不超过3小时;50、60 条件下加工不超过2小时;70 条件下加工不超过1小时。食用:不要用温度太高的水冲饮,不要加热食用。
