高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》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二 酶的特性第2课时导学案

第2课时　酶的特性

课程标准

1.简述酶的特性。

2．说明酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。

素养达成

设疑激趣

你吃过多酶片吗？多酶片为什么能助消化？多酶片通常为肠溶衣与糖衣的双层包衣片，内层为胰酶，外层为胃蛋白酶，为什么要进行这样的设计包裹呢？

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探究点一　酶的高效性和专一性

1.淀粉和蔗糖不是还原糖，但淀粉水解后会生成麦芽糖，蔗糖水解后会产生葡萄糖和果糖，它们都是还原糖。下表为比较新鲜的唾液(唾液淀粉酶)对淀粉和蔗糖的催化作用实验，请分析：

(1)1号试管有砖红色沉淀生成，2号试管不出现砖红色沉淀，说明什么？

(2)上述实验说明了什么？

(3)上述实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂？

(4)肽酶能催化多种多肽水解为氨基酸，是否说明肽酶没有专一性？

2．如图可以解释酶具有专一性及其原理，据图分析各字母代表什么意义？

[名师提醒1]

(1)为了实验的严谨性，实验前应先检查淀粉溶液、蔗糖溶液中是否有还原性杂质，简便可行的方法是实验前用斐林试剂检测待测溶液，若产生砖红色沉淀，说明待测溶液中含有还原性杂质，不能用于此实验。

(2)用淀粉、蔗糖和淀粉酶来探究酶的专一性时，无论蔗糖是否发生水解，都不与碘液发生颜色反应，因此不能用碘液代替斐林试剂。

[名师提醒2]

酶催化效率高低的检测指标

(1)单位时间内生成物的生成量。

(2)单位时间内反应物的减少量。

(3)达到平衡点所用时间的长短等。

1.验证酶的高效性

(1)设计思路

验证酶高效性的方法是“对比法”，即通过对不同类型催化剂(主要是与无机催化剂作比较)催化底物反应速率进行比较，得出结论。

(2)设计方案

(3)表示曲线：

2．验证酶的专一性

(1)设计思路

验证酶专一性的方法也是“对比法”，常见的有两种方案：底物相同酶不同或底物不同酶相同，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。

(2)设计方案

(3)曲线模型：

①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。

②加入酶A的反应速率在一定范围内随反应物浓度的增大明显加快，说明酶A可催化该反应，即酶具有专一性。

1．(合格考)研究表明：一分子过氧化氢酶能在1分钟内使5×105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．(合格考)纺织工业上的褪浆工序常用两种方法：化学法：需用NaOH7克/升～9克/升在70℃～80℃条件下作用12小时，褪浆率仅为50%～60%；加酶法：用少量细菌淀粉酶在适宜温度时只需5分钟，褪浆率达100%，这一事实说明(　　)

A.酶具有多样性B．酶具有高效性

C.酶具有专一性D．酶具有溶解性

3．(等级考)如图表示一个酶促反应，它所能反映酶的一个特性和a、b、c最可能的物质依次是(　　)

A.高效性　蛋白酶　蛋白质　多肽

B.专一性　麦芽糖酶　麦芽糖　葡萄糖

C.专一性　淀粉酶　淀粉　麦芽糖

D.高效性　脂肪酶　脂肪　甘油和脂肪酸

4．(等级考)(不定项)在一块含有淀粉的琼脂块的四个固定位置，分别用不同方法处理，如图所示，将上述实验装置放入37℃恒温箱中，保温处理24小时后，用碘液冲浸该琼脂块。关于该实验的描述正确的是(　　)

A.该实验中只有1组和2组变蓝色，原因都是酶的空间结构被破坏

B.3组变蓝色，4组不变蓝，说明酶具有专一性

C.2组煮沸的唾液若冷却后使用，实验结果也会变蓝色

D.1组和4组的自变量是酸处理和高温处理

探究点二　酶的作用条件较温和

1.探究温度对酶活性的影响

(1)同一温度下的淀粉和淀粉酶为什么要预热到同一温度再混合？

(2)能否用过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响？

(3)在探究温度对淀粉酶活性的影响的实验中能否用斐林试剂来检测？

2．探究pH变化对过氧化氢酶催化作用影响的实验

(1)该实验结果说明了酶的活性和pH有什么关系？

(2)该实验中，能否在加入肝脏研磨液后，直接加入3%过氧化氢溶液，然后再调节pH?

(3)本实验能否选用淀粉酶和淀粉作为实验材料？为什么？

[易错提醒]

1．在探究温度影响酶活性的实验中

①不宜选用过氧化氢溶液，原因是过氧化氢的分解本身受温度影响，温度越高，过氧化氢分解越快。

②选取淀粉和淀粉酶，一般用碘液检测实验结果，不宜选用斐林试剂检验，原因是使用斐林试剂需要加热，实验步骤较为烦琐，且可能影响实验的自变量。

2．在探究pH影响酶活性的实验中，不宜选用淀粉溶液，原因是酸性溶液会使淀粉水解。

[归纳拓展]　对酶活性最适值的理解

(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。

(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条件下，多数酶都会丧失其活性，酶促反应无法进行。

[解题技法]　“四看法”分析酶促反应曲线

一、温度和pH对酶活性的影响分析

1．实验课题及变量分析

2.方法步骤

3．实验结论

温度和pH都会影响酶的活性，酶活性的发挥需要较温和的条件；温度过高或过低、pH过大或过小都会影响酶的活性；过氧化氢酶在中性条件下活性最大。

[特别提醒]

(1)实验中所用酶的来源不同，则最适温度也不同：

若淀粉酶为市售的α­淀粉酶，其最适温度为50℃～75℃；若淀粉酶来自人体组织细胞，则最适温度为37℃左右。

(2)实验中操作步骤要规范：

在探究温度对酶活性影响的实验中，操作过程中第一步与第二步不能颠倒；在探究pH对酶活性影响的实验中，操作步骤第二步与第三步也不能颠倒顺序，否则在调节温度或pH的过程中，酶会将淀粉或过氧化氢分解，导致实验失败。

4．曲线分析

在一定温度(或pH)范围内，随温度(或pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制了酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复其活性。

二、影响酶促反应速率的因素

1．酶浓度对酶促反应速率的影响

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呈正相关。

2．反应物浓度对酶促反应速率的影响

通过乙图示可看出：在其他条件适宜、酶量一定的条件下，酶促反应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。

3.温度、pH、抑制剂或激活剂对酶促反应速率的影响

(1)温度、pH、抑制剂或激活剂通过影响酶活性进而影响酶促反应速率。

(2)温度过高、过酸、过碱都会使酶分子结构遭到破坏，酶活性永久性失活，不可再恢复。

(3)低温仅抑制酶的活性，在适宜温度范围内升高温度，酶的活性仍可恢复。

(4)不同的酶最适温度(或pH)不同。

4．影响酶促反应速率的因素及其作用实质

1．(合格考)下列与酶相关的实验的叙述正确的是(　　)

A.pH和温度过高或过低都能使酶变性失活

B.探究酶专一性的实验，对照组不需要加酶

C.温度影响酶活性的实验，不宜选择过氧化氢酶作为研究对象

D.与无机催化剂相比，酶提高反应活化能的作用更显著

2．(合格考)如图曲线b表示在最适温度、最适pH条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析正确的是(　　)

A.增大pH，重复该实验，A、B点位置都不变

B.酶量减少后，图示反应速率可用曲线a表示

C.反应物浓度是限制B点以后反应速率的主要因素

D.B点后，升高温度，曲线将呈现c所示变化

3．(等级考)为了探究温度、pH对酶活性的影响，下列实验设计最合理的是(　　)

4.(等级考)(不定项)如图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是(　　)

A.当温度为t2时，该反应的活化能最高

B.当反应物浓度提高时，t2对应的数值可能会增加

C.温度在t1时比在t2时更适合酶的保存

D.酶的空间结构在t1时比t3时破坏更严重

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1.蔗糖酶使蔗糖水解成葡萄糖和果糖，而对淀粉的水解不起作用，这说明酶具有(　　)

A．高效性B．温和性

C．高效性和专一性D．专一性

2．蔗糖酶能将一分子蔗糖水解为一分子果糖和一分子葡萄糖。如图表示蔗糖酶在最适温度下催化底物水解的模型，下列有关叙述错误的是(　　)

A．该模型能解释酶具有专一性

B．模型中乙表示蔗糖酶，为甲的水解提供反应的活化能

C．模型中乙的化学结构在化学反应的前后不会发生改变

D．若温度适当升高或降低5℃，酶的催化速率都将下降

3．若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活力的实验中，下列操作顺序合理的是(　　)

A．加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量

B．加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量

C．加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量

D．加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量

4．如图表示酶的活性受温度影响的曲线，有关分析错误的是(　　)

A．图中A和C点酶的结构相同

B.B点表示酶的最大活性

C．D点表示该酶的最适温度

D．同一种酶在不同温度下可以具有相同的催化效率

5．鱼被宰杀后，鱼肉中的腺苷三磷酸(ATP)经过降解生成对鱼肉鲜味贡献最大的物质——肌苷酸(IMP)，但是在酸性磷酸酶(ACP)作用下该物质会进一步降解，导致鱼肉鲜味下降、风味变差。为了研究鱼类的保鲜方法，研究者从常见淡水鱼(草鱼、鱼和鳝鱼)的肌肉中分离纯化得到ACP，并对该酶活性进行了系列研究。相关实验结果如下，分析回答问题：

ACP在不同浓度金属离子中的相对活性

(1)鱼肉保鲜的思路：在IMP降解前能有效________ACP的活性。据图a可知，草鱼ACP活性的最适pH为________左右。

(2)反应温度超过60℃与pH低于3.8，对鳝鱼肌肉ACP活性的影响机理________(选填“相同”或“不同”)，其中pH低于3.8会破坏ACP的________。

(3)由表可知，对ACP活力有激活作用的金属离子是________，可以通过在鱼肉中添加微量的________来抑制鱼肉鲜度的下降。

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练习与应用

一、概念检测

1．D　2.B　3.D

二、拓展应用

1．这个模型中A代表某类酶，B代表反应底物，C和D代表反应产物。这个模型的含义是酶A与底物B专一性结合，催化化学反应的发生，生成产物C和D。这个模型揭示了酶的专一性。

2．(1)A点：随着反应底物浓度的增加，反应速率加快。B点：反应速率在此时达到最高。C点：反应速率不再随反应底物浓度的增加而升高，维持在相对稳定的水平。

(2)如果A点时温度升高10℃，曲线上升的幅度变小。因为图中原曲线表示在最适温度下催化速率随底物浓度的变化。温度高于或低于最适温度，反应速率都会变慢(如图甲所示)。

(3)原曲线表明，B点是酶的数量限制了反应速率，这时加入少量的酶，会使反应速率加快(如图乙所示)。

第2课时　酶的特性

夯基提能·分层突破

探究点一

【师问导学】

1．(1)1号试管中淀粉被水解，2号试管中蔗糖没有被水解。

(2)淀粉酶只催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的催化作用具有专一性。

(3)不能。因为碘液只能检测淀粉是否被水解，蔗糖是否被水解都不会使碘液变色。

(4)不是。酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应，肽酶催化的是一类反应，也说明其具有专一性。

2．图中A表示酶，B表示被A催化分解的底物，E、F表示B被分解后产生的物质，C、D表示不能被A催化的物质。

【随堂检测】

1．解析：

答案：C

2．解析：由题意可知，少量淀粉酶比NaOH褪浆所用时间短得多，褪浆率高得多，说明酶具有高效性。

答案：B

3．解析：由图示可知，图中a在反应前后不变化，则可推断是酶分子，b是反应物，c是产物；反应物与酶分子上的特有结构相吻合，说明酶具有专一性。图示中产物是由两个小分子组成的物质，而b是由多个小分子单位组成的大分子，由此可推断b可能是淀粉，c是麦芽糖，a则是淀粉酶。

答案：C

4．解析：该实验中1组、2组、3组实验均变蓝色，1组与2组变蓝的原因是酶的空间结构被破坏，不能分解淀粉，3组变蓝的原因是酶具有专一性，蔗糖酶只能催化蔗糖水解，不能使淀粉水解，淀粉滴碘液后变蓝，A错误；第3组与第4组底物都是淀粉，第3组用的是蔗糖酶，第4组用的是淀粉酶，通过实验结果可说明酶具有专一性，B正确；第2组唾液被煮沸后，其中的唾液淀粉酶已失活，再冷却后酶的活性不会恢复，淀粉仍不会被分解，滴加碘液后会变蓝，C正确；1组和4组的自变量是唾液是否经过酸处理，D错误。

答案：BC

探究点二

【师问导学】

1．(1)保证反应一开始就达到预设温度，不会因为混合而改变温度。

(2)不宜。探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度，而过氧化氢在高温时会分解，影响对实验结果的分析。

(3)不宜。因为斐林试剂与还原糖只有在加热的条件下才有砖红色沉淀生成，而该实验需严格控制不同温度。

2．(1)酶的作用需要适宜的pH，pH偏高或偏低都会使酶活性降低。

(2)不能。因为酶的作用具有高效性，在调节pH之前，试管中已经发生了剧烈反应，会影响到实验结果。

(3)不能。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。

【随堂检测】

1．解析：pH过高或过低，以及温度过高都能使酶变性失活，低温会使酶活性下降，但不会使酶的空间结构破坏，A错误；探究酶专一性的实验，对照组也需要加酶，B错误；温度影响酶活性的实验，不宜选择过氧化氢酶作为研究对象，因为过氧化氢分解过程本身就受到温度的影响，C正确；与无机催化剂相比，酶降低反应活化能的作用更显著，D错误。

答案：C

2．解析：增大pH，酶的活性降低，反应速率下降，重复该实验，A、B点下移，A错误；酶量减少，反应速率下降，图示反应速率可用曲线a表示，B正确；B点以后反应速率不随反应物浓度的增加而升高，说明限制B点以后反应速率的主要因素不是反应物浓度，C错误；B点后，升高温度，酶的活性降低，反应速率减小，D错误。

答案：B

3．解析：过氧化氢受热易分解，不宜用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响；淀粉遇碘液会发生颜色变化，而淀粉酶能将淀粉分解，使颜色变浅甚至消失，故可以用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液来探究温度对酶活性的影响；蔗糖酶不能催化淀粉水解；斐林试剂呈碱性，能与酸性物质发生反应，不适合用于探究pH对酶活性的影响，另外酸能催化淀粉的水解，也不适合用淀粉溶液和淀粉酶探究pH对酶活性的影响。

答案：B

4．解析：由图可知，当温度为t2时，酶活性最强，酶降低的活化能最多，此时反应需要的活化能最低，A错误；当反应物浓度提高时，酶促反应速率可能会加快，t2对应的数值可能会增加，B正确；酶应该在低温下保存，C正确；t1时不破坏酶的空间结构，D错误。

答案：BC

高效课堂·实践运用

1．答案：D

2．解析：甲能和乙的活性部位结合，如同钥匙和锁的关系，该模型能够解释酶具有专一性，A正确；分析题图可知，甲表示蔗糖，乙表示蔗糖酶，酶的作用机理是降低化学反应的活化能，B错误；酶的结构在反应前后不会发生改变，C正确；该图表示酶在最适温度下催化底物分解的模型，如果温度升高或降低5℃，酶的活性都会减弱，催化速率都将下降，D正确。

答案：B

3．解析：在测定酶活力的实验中，需要保证pH和温度均相同且适宜，故缓冲液应在加入底物和酶之前加入，只有C项符合要求。

答案：C

4．解析：低温降低酶的活性，但不会使酶的结构发生改变，高温能改变酶的空间结构甚至使其变性失活，故A、C点酶的结构不同，A错误；B点是曲线的最高点，表示该酶的最大活性，B正确；D点位于横坐标上，表示该酶的最适温度，C正确；由题图可知，A、C点对应的温度不同，但酶的活性相同，D正确。

答案：A

5．解析：(1)根据题干信息分析，鱼肉中的腺苷三磷酸(ATP)经过降解生成对鱼肉鲜味贡献最大的物质——肌苷酸(IMP)，但是在酸性磷酸酶(ACP)作用下该物质会被进一步降解，导致鱼肉鲜味下降，所以鱼肉保鲜的思路为：在IMP被降解前采取一定措施抑制ACP的活性。分析图a曲线可以看出，草鱼ACP活性的最适pH值是5.0左右，此时酶的催化活性是最高的。(2)反应温度超过60℃与pH低于3.8，都会改变鳝鱼肌肉中的ACP的空间结构，因此两者的影响机理是相同的。(3)分析表中数据：从草鱼、鱼和鳝鱼中分离得到的ACP在不同种类的金属离子中的活性不同，三种鱼的ACP活性在Ca2＋溶液中都最低，在Zn2＋溶液中都最高，因此可以通过在鱼肉中添加微量的Ca2＋来抑制鱼肉鲜度的下降。

答案：(1)抑制　5.0　(2)相同　空间结构　(3)Zn2＋　Ca2＋