2024-2025學(xué)年新教材高中生物第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第1節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶第2課時酶的特性學(xué)案新人教版必修1

PAGE11-第2課時酶的特性課標(biāo)要求核心素養(yǎng)1.分析酶的高效性和專一性。2.探究影響酶活性的條件。3.分析影響酶促反應(yīng)的條件。1.生命觀念——建立模型：通過建立溫度、pH對酶活性的影響等數(shù)學(xué)模型，理解影響的規(guī)律和實質(zhì)。2.科學(xué)探究——試驗思路及設(shè)計：合理設(shè)計探究溫度、pH對酶活性影響的試驗步驟，規(guī)范實施試驗，探究影響的規(guī)律。學(xué)問導(dǎo)圖新知預(yù)習(xí)·雙基夯實一、酶的特性1．酶具有高效性(1)含義：酶的催化效率是無機催化劑的__107～1013__倍。(2)意義：使細(xì)胞代謝__快速__進(jìn)行。2．酶具有專一性(1)含義：每一種酶只能催化__一種或一類__化學(xué)反應(yīng)。(2)意義：使細(xì)胞代謝能夠__有條不紊__地進(jìn)行。3．酶的作用條件較溫柔(1)酶活性：可用在肯定條件下酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的__速率__表示。(2)酶所催化的化學(xué)反應(yīng)一般是在__比較溫柔__的條件下進(jìn)行的。過酸、過堿或溫度過高，都會使酶的__空間結(jié)構(gòu)__遭到破壞，使酶永久__失活__。低溫只能使酶的活性__降低__，但酶的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在相宜的溫度下酶的活性會__上升__。二、酶特性的探究試驗探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用(1)試驗原理：淀粉和蔗糖都是非還原糖。它們在酶的催化作用下都能水解成__還原糖__。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分別加入淀粉酶，再用__斐林試劑__檢測溶液中有無還原糖，就可以看出淀粉酶是否只催化特定的化學(xué)反應(yīng)。(2)方法步驟試管編號操作步驟12可溶性淀粉溶液2mL－__蔗糖__溶液－2mL簇新的淀粉酶溶液2mL__2mL__60℃保溫5min新配制的__斐林試劑__2mL2mL水浴加熱1min視察__溶液顏色的變更__(3)試驗結(jié)論淀粉酶能催化淀粉水解不能催化蔗糖水解，說明酶具有專一性。┃┃活學(xué)巧練__■(1)酶具有專一性、高效性，且受溫度和pH的影響。(√)(2)蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)的水解而不能催化淀粉的水解，這一現(xiàn)象體現(xiàn)了酶的專一性。(√)(3)由于酶在化學(xué)反應(yīng)前后性質(zhì)和數(shù)量沒變更，所以酶具有高效性。(×)(4)高溫柔低溫均能破壞酶的結(jié)構(gòu)使其失去活性。(×)(5)人體在發(fā)熱感冒時，常出現(xiàn)厭食惡心現(xiàn)象，這與人體內(nèi)酶的活性有關(guān)，說明酶活性的發(fā)揮離不開相宜的溫度等。(√)(6)酶活性最高時的溫度適合酶的保存。(×)(7)pH影響酶活性的試驗中試驗材料不選擇淀粉，緣由是酸能促進(jìn)淀粉水解。(√)(8)探究酶的最適pH，須要在酶的最適溫度條件下進(jìn)行。(√)思索：1．人體口腔內(nèi)的唾液淀粉酶進(jìn)入胃之后還能接著發(fā)揮作用嗎？為什么？提示：不能。因為胃內(nèi)pH很低，導(dǎo)致唾液淀粉酶失活。2．在最適的pH或溫度下酶促反應(yīng)肯定能進(jìn)行嗎？提示：不肯定。例如在最適pH條件下，將溫度調(diào)至100℃，那么即使在最適pH時，多數(shù)酶也會丟失活性，反應(yīng)不能進(jìn)行。3．持續(xù)發(fā)燒不退有時會危及人的生命，你知道其中的緣由嗎？提示：酶的影響因素發(fā)生很小的變更時，酶活性就會發(fā)生很大的變更。人體中酶的最適溫度一般為37℃，當(dāng)人體體溫高于或低于這個溫度時，機體中酶活性就會大大降低，細(xì)胞內(nèi)的各種生物化學(xué)反應(yīng)就不能正常進(jìn)行了。學(xué)霸記憶·素養(yǎng)積累重點呈現(xiàn)1．酶的特性是高效性、專一性和作用條件的溫柔性。2．酶具有高效性的緣由是：與無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著。3．過酸、過堿或溫度過高，都會使酶因空間結(jié)構(gòu)被破壞而失活。4．在肯定的低溫下，酶的活性被抑制，但空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在相宜溫度下其活性可復(fù)原。課內(nèi)探究·名師點睛學(xué)問點酶的特性1．酶具有高效性(1)酶的高效性一般是通過酶與無機催化劑的比照來說明的。(2)在酶的高效性的驗證明驗中，所用的生物材料必需是簇新的。2．酶專一性的試驗分析(1)思路①eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(試驗組：底物＋相應(yīng)酶液\o(→,\s\up7(檢測))底物被分解,比照組：另一底物＋相同酶液\o(→,\s\up7(檢測))底物沒被分解))②eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(試驗組：底物＋相應(yīng)酶液\o(→,\s\up7(檢測))底物被分解,比照組：相同底物＋另一酶液\o(→,\s\up7(檢測))底物沒被分解))(2)實例步驟1淀粉＋淀粉酶蔗糖＋淀粉酶2等量斐林試劑，水浴加熱相同時間現(xiàn)象出現(xiàn)磚紅色沉淀無顏色變更結(jié)論酶具有專一性┃┃典例剖析__■典例1(2024·江蘇省徐州市高一)在如圖所示的試驗中，下列敘述錯誤的是(C)A．本試驗要留意限制環(huán)境溫度B．本試驗的自變量是催化劑的種類C．本試驗?zāi)苷f明酶的催化具有專一性D．兩試管的氣泡生成的速率不同解析：本試驗是驗證酶的高效性的試驗，自變量是催化劑的種類，溫度是無關(guān)變量，且過氧化氫的分解受溫度的影響很大，因此要留意限制環(huán)境溫度，A、B正確；本試驗用酶與無機催化劑比照，說明白酶的催化作用具有高效性，C錯誤；由于酶具有高效性，因此在其他條件都相同的條件下，加入過氧化氫酶的試管內(nèi)的氣泡生成速率明顯大于加入氯化鐵的試管，D正確。┃┃變式訓(xùn)練__■1．(2024·山東省德州市高一)為探究酶的某種特性，現(xiàn)用可溶性淀粉溶液、蔗糖溶液(兩者都是非還原糖)以及淀粉酶溶液、斐林試劑等材料進(jìn)行了如下試驗，下列敘述正確的是(B)操作步驟操作項目試管12①注入可溶性淀粉溶液2mL/②注入蔗糖溶液/2mL③注入淀粉酶溶液2mL2mLA．試驗的自變量是淀粉酶溶液B．試驗的無關(guān)變量有溫度、pH等C．試驗結(jié)果的檢測可用碘液代替斐林試劑D．試驗?zāi)康氖翘骄棵傅母咝越馕觯簱?jù)表格內(nèi)容可知，本試驗的兩個試管中所用的酶是相同的，而底物不同，因此該試驗是探究酶的專一性，自變量是底物的種類即淀粉溶液與蔗糖溶液，A、D錯誤；試驗中溫度、pH、溶液的體積等都屬于無關(guān)變量，B正確；碘液與蔗糖及蔗糖水解后的產(chǎn)物都不發(fā)生反應(yīng)，用碘液無法檢測蔗糖是否被水解，因此不能用碘液代替斐林試劑，C錯誤。學(xué)問點影響酶活性的因素1．探究溫度對酶活性的影響(1)原理：溫度影響淀粉酶的活性，進(jìn)而影響淀粉的水解，淀粉遇碘液變藍(lán)，依據(jù)是否出現(xiàn)藍(lán)色及藍(lán)色的深淺可以推斷酶的活性。藍(lán)色eq\o(→,\s\up7(碘液))淀粉eq\o(→,\s\up7(淀粉酶))麥芽糖eq\o(→,\s\up7(碘液))無藍(lán)色出現(xiàn)(2)實例1試管1′試管2試管2′試管3試管3′試管試驗步驟12mL淀粉溶液2mL唾液淀粉酶溶液2mL淀粉溶液2mL唾液淀粉酶溶液2mL淀粉溶液2mL唾液淀粉酶溶液2在冰水中水浴5min在37℃水中水浴5min在沸水中水浴5min31與1′試管混合搖勻2與2′試管混合搖勻3與3′試管混合搖勻4冰水中水浴數(shù)分鐘37℃水浴數(shù)分鐘沸水中水浴數(shù)分鐘5取出試管，分別滴加2滴碘液搖勻，視察現(xiàn)象試驗現(xiàn)象呈藍(lán)色無藍(lán)色出現(xiàn)呈藍(lán)色結(jié)論①唾液淀粉酶在37℃時催化淀粉水解，在0℃和100℃時不能發(fā)揮催化作用。②酶的催化作用須要相宜的溫度條件，溫度過高或過低都影響其催化效率2.探究pH對酶活性的影響(以過氧化氫酶催化過氧化氫分解為例)①試驗原理：過氧化氫分解產(chǎn)生水和氧氣，過氧化氫酶可加快過氧化氫的分解，在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的氧氣。pH影響酶的活性，從而影響氧氣的生成量，可依據(jù)點燃但無火焰的衛(wèi)生香燃燒的狀況來檢驗氧氣生成量的多少。②試驗過程步驟項目試管1試管2試管31加入過氧化氫溶液2mL2mL2mL2加入蒸餾水1mL－－3加入鹽酸溶液－1mL－4加入NaOH溶液－－1mL5滴加肝臟研磨液2滴2滴2滴637℃水浴5min5min5min7點燃但無火焰的衛(wèi)生香復(fù)燃不復(fù)燃不復(fù)燃結(jié)論過氧化氫酶在強酸和強堿環(huán)境中不起作用，在中性環(huán)境中能催化過氧化氫快速分解學(xué)問貼士有關(guān)酶試驗設(shè)計的兩點提示(1)探究不同溫度對酶活性的影響時，在加入酶之前，應(yīng)將底物在各自溫度下處理至少5分鐘，確保試管內(nèi)外溫度一樣。(2)探究不同pH對酶活性的影響時，可將過氧化氫酶和H2O2溶液分別調(diào)至同一pH，再混合，以保證反應(yīng)一起先便達(dá)到預(yù)設(shè)pH。(3)探究不同溫度對酶活性的影響時，不宜用斐林試劑，因為斐林試劑與還原糖的反應(yīng)需水浴加熱，而本試驗的自變量為溫度，須嚴(yán)格限制溫度。(4)探究不同溫度對酶活性的影響時，不宜選用過氧化氫酶催化H2O2分解，因為H2O2在加熱條件下會自然分解。┃┃典例剖析__■典例2下圖是溫度影響某種酶活性的曲線圖，據(jù)圖分析正確的是(B)A．A點時酶的結(jié)構(gòu)被破壞B．B點時酶的活性最高C．隨溫度上升酶活性增加D．C點時酶對生化反應(yīng)有抑制作用解析：A點是因為低溫抑制了酶的活性，但酶的結(jié)構(gòu)不會被破壞，一旦溫度上升到相宜溫度時酶活性會復(fù)原，A錯誤。由圖可知B點時酶活性最高，B正確。在最適溫度之前隨著溫度上升酶活性增加，但超過最適溫度后隨著溫度上升酶活性降低，甚至失活，C錯誤。C點時酶活性雖然不是特殊高，但對生化反應(yīng)仍起催化作用，而不是抑制，D錯誤。┃┃變式訓(xùn)練__■2．胃液中的蛋白酶，進(jìn)入小腸后，催化作用大大降低，這是由于(D)A．酶發(fā)揮催化作用只有一次B．小腸內(nèi)的溫度高于胃內(nèi)的溫度C．小腸內(nèi)的pH比胃內(nèi)的pH低D．小腸內(nèi)的pH比胃內(nèi)的pH高解析：胃蛋白酶適于在胃內(nèi)的酸性環(huán)境下發(fā)揮作用，小腸內(nèi)的pH比胃內(nèi)的pH高，會導(dǎo)致胃蛋白酶變性失活，選D。指引迷津·撥云見日與酶有關(guān)的曲線解讀1．酶高效性的曲線(如圖中甲)(1)催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)速率，與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。(2)酶只能縮短達(dá)到化學(xué)反應(yīng)平衡點所需的時間，不會改變更學(xué)反應(yīng)的平衡點。(3)酶只能催化已存在的化學(xué)反應(yīng)。2．酶專一性的曲線(如圖中乙)(1)在A反應(yīng)物中加入酶A，反應(yīng)速率較未加酶時明顯加快，說明酶A催化A反應(yīng)物參與的反應(yīng)。(2)在A反應(yīng)物中加入酶B，反應(yīng)速率和未加酶時相同，說明酶B不催化A反應(yīng)物參與的反應(yīng)。3．影響酶活性的曲線(如圖)(1)在肯定條件下，酶活性最大時的溫度(或pH)稱為該酶的最適溫度(或pH)。(2)在肯定溫度(或pH)范圍內(nèi)，隨溫度(或pH)的上升，酶的活性增加；當(dāng)溫度(或pH)上升到肯定限度時，酶活性會隨溫度(或pH)的上升而減弱。(3)過酸、過堿、高溫會破壞酶的空間結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致酶永久失活，而低溫時酶的活性降低，不會失活。4．酶和反應(yīng)物的濃度與反應(yīng)速率的關(guān)系曲線(如圖)(1)反應(yīng)速率與酶濃度的關(guān)系：在反應(yīng)物足夠，其他條件均相宜的狀況下，反應(yīng)速率與酶濃度成正比(如圖中甲)。(2)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系：在酶量肯定的條件下，在肯定范圍內(nèi)，反應(yīng)速率會隨著反應(yīng)物濃度的增加而增大，但當(dāng)反應(yīng)物濃度達(dá)到肯定值后，由于受酶數(shù)量或酶活性的限制，反應(yīng)速率不再增大(如圖中乙)。5．反應(yīng)時間對酶促反應(yīng)速率的影響(如圖)(1)甲、乙、丙三圖中的時間t0、t1、和t2是一樣的。(2)隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物因被消耗而削減，生成物因生成而增多。(3)t0～t1段，因為反應(yīng)物較足夠，所以反應(yīng)速率較快，反應(yīng)物消耗較快，生成物生成速度較快。t1～t2段，因為反應(yīng)物的量削減，所以反應(yīng)速率降低，反應(yīng)物消耗較慢，生成物生成速率較慢。t2時，反應(yīng)物被耗盡，生成物也不再增加，此時反應(yīng)速率為0。典例3圖甲是過氧化氫酶活性(v)受pH影響的曲線，圖乙表示在最適溫度下，pH＝b時過氧化氫分解產(chǎn)生的O2量隨時間(t)的變更。若該酶促反應(yīng)過程中變更某一初始條件，以下變更正確的是(B)A．pH＝a時，e點下移，d點左移B．適當(dāng)降低溫度，e點不移，d點右移C．pH＝c時，e點為0D．過氧化氫量增加，e點不移，d點左移解析：pH由b→a時，酶的活性降低，化學(xué)反應(yīng)速率減慢，到達(dá)化學(xué)反應(yīng)平衡所需的時間延長，但pH變更不會改變更學(xué)反應(yīng)的平衡點，故e點不移，d點右移，A項錯誤；圖乙是在最適溫度下繪制的，若溫度降低，則酶活性降低，化學(xué)反應(yīng)速率減慢，到達(dá)化學(xué)反應(yīng)平衡所需的時間延長，但溫度降低不會改變更學(xué)反應(yīng)的平衡點，故d點右移，e點不移，B項正確；pH＝c時，過堿條件破壞酶的空間結(jié)構(gòu)使酶失活、不能催化過氧化氫分解，但過氧化氫在常溫下也能分解，所以e點不為0，C項錯誤；過氧化氫量增加時，達(dá)到化學(xué)反應(yīng)平衡所需時間延長，且化學(xué)反應(yīng)的平衡點上升，即e點上移，d點右移，D項錯誤。規(guī)律方法分析影響酶促反應(yīng)速率因素的曲線圖的一般方法(1)識標(biāo)：理解圖中縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)的含義，一般橫坐標(biāo)表示溫度、pH、反應(yīng)時間等，縱坐標(biāo)表示反應(yīng)速率等。(2)明點：分析圖中起止點和最高點的含義，一般起點為零，最高點表示最適溫度或pH，酶的活性最大，止點表示酶的活性為零或生成物的量最大。(3)析圖：依據(jù)相關(guān)原理推斷曲線的變更狀況，詳細(xì)看曲線是上升還是下降，從而確定酶促反應(yīng)速率的變更趨勢。典例4(2024·河南省三門峽市高一)將某種酶運用到工業(yè)生產(chǎn)前，需測定運用該酶的最佳溫度范圍。下圖中的曲線①表示在各種溫度下該酶活性相對于最高酶活性的百分比。將該酶在不同溫度下保溫足夠長的時間，再在酶活性最高的溫度下測其殘余酶活性，即下圖中的曲線②，由此得到的數(shù)據(jù)為酶的熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。據(jù)此作出的推斷，正確的是(C)A．曲線①可知65℃是該酶活性最高的溫度B．曲線②的各數(shù)據(jù)點是在對應(yīng)溫度下測得的C．該酶的熱穩(wěn)定性在70℃之后急劇下降D．該酶運用的最佳溫度是80℃解析：由曲線①可知，該酶活性最高的溫度是80℃，A項錯誤；由于曲線②是將該種酶在不同溫度下保溫足夠長的時間，再在酶活性最高的溫度下測其殘余酶活性，而酶活性最高的溫度為80℃，因此曲線中數(shù)據(jù)均為80℃下測得的數(shù)據(jù)，B項錯誤；曲線②顯示，該酶的熱穩(wěn)定性從30℃起先不斷下降，在70℃后急劇下降，C項正確；酶的最佳溫度可以認(rèn)為是既能使酶具有高的催化活性，又能維持較長時間的穩(wěn)定，所以該酶運用的最佳溫度范圍是60℃～70℃，D項錯誤。解疑答惑探究·實踐?P811．提示：有，試驗不解除偶然性，結(jié)論只能驗證不能完全信任。2．提示：①加入淀粉酶溶液后，60℃熱水中保溫5min的目的是什么？(利于淀粉酶發(fā)揮作用)②能否在加入淀粉酶溶液后干脆加入斐林試劑？(不能，斐林試劑會使淀粉酶失活)。本試驗的結(jié)論：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。練習(xí)與應(yīng)用?P85一、概念檢測1．D嫩肉粉能分解蛋白質(zhì)，能分解蛋白質(zhì)的酶是蛋白酶。2．B唾液淀粉酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，催化蛋白質(zhì)水解的酶是蛋白酶。3．D可溶性糖轉(zhuǎn)化為淀粉是酶促反應(yīng)，高溫可以使可溶性糖轉(zhuǎn)化為淀粉的酶的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變更而失去活性，可溶性糖不能轉(zhuǎn)化成淀粉，從而保持其甜味，D正確。二、拓展應(yīng)用1．提示：這個模型中A代表某類酶，B代表反應(yīng)物，C和D代表產(chǎn)物。這個模型的含義是：酶A與底物B專一性地結(jié)合，催化反應(yīng)的發(fā)生，生成產(chǎn)物C和D。這個模型揭示了酶的專一性。2．(1)提示：A點：隨著反應(yīng)物濃度的增加，反應(yīng)速率加快。B點：反應(yīng)速率在此時達(dá)到最高。C點：反應(yīng)速率不再隨反應(yīng)物濃度的增加而上升，維持在相對穩(wěn)定的水平。(2)提示：假如A點時溫度上升10℃，曲線上升的幅度變小。因為圖中原曲線表示在最適溫度下反應(yīng)速率隨底物濃度的變更。溫度高于或低于最適溫度，反應(yīng)速率都會變慢，如圖曲線Ⅰ。(3)提示：該曲線表明，B點的反應(yīng)物的濃度足夠大，是酶的數(shù)量限制了反應(yīng)速率的提高，這時加入少量的酶，會使反應(yīng)速率加快。如圖曲線Ⅱ。訓(xùn)練鞏固·課堂達(dá)標(biāo)1．(2024·江蘇省泰州中學(xué))蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)的水解，不能催化脂肪的水解。這一事實說明(A)A．酶具有專一性 B．酶作用條件溫柔C．酶具有高效性 D．酶具有催化作用解析：酶具有專一性，即一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)，因此蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)的水解，不能催化脂肪的水解，A符合題意，B、C、D不符合題意。2．(2024·湛江一中期末)下列關(guān)于酶的敘述正確的是(A)A．酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物B．一個細(xì)胞中酶的種類和數(shù)量始終不會變更C．酶通過供應(yīng)化學(xué)反應(yīng)的活化能提高反應(yīng)速度D．低溫破壞了酶的空間結(jié)構(gòu)而使酶的活性降低解析：酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，A正確；比如說哺乳動物的紅細(xì)胞剛產(chǎn)生時有線粒體，線粒體內(nèi)部就有相應(yīng)的酶，但紅細(xì)胞成熟后沒有線粒體，相應(yīng)的酶就沒有了，B錯誤；酶通過降低化學(xué)反應(yīng)的活化能加快化學(xué)反應(yīng)速度，C錯誤；低溫不會破壞酶的空間結(jié)構(gòu)，D錯誤。3．(2024·陜西渭南韓城高一期末)在唾液淀粉酶催化淀粉水解試驗中，將唾液稀釋十倍與用唾液原液試驗效果基本相同，這表明酶具有(C)A．專一性 B．作用條件較溫柔C．高效性 D．穩(wěn)定性解析：將唾液稀釋十倍與用唾液原液試驗效果基本相同，說明酶具有高效性。A、B、D不符合題意。本題選C。4．(2024·湖北襄陽高一期末)下圖表示一個反應(yīng)過程，圖中的黑球表示兩個相同的單糖，則下圖中的a、b、c分別表示(B)A．淀粉、淀粉酶、葡萄糖 B．麥芽糖、麥芽糖酶、葡萄糖C．蔗糖、蔗糖酶、果糖 D．乳糖、乳糖酶、葡萄糖解析：淀粉屬于多糖，由許多葡萄糖分子組成，A錯誤；麥芽糖是二糖，由2個葡萄糖分子組成，因此a是麥芽糖，b是麥芽糖酶，c是葡萄糖，B正確；蔗糖是二糖，由1分子果糖和1分子葡萄糖構(gòu)成，水解后的2個單糖不同，C錯誤；乳糖由1分子葡萄糖和1分子半乳糖組成，水解形成的2個單糖不同，D錯誤。5．(不定項)(2024·湖南省隆回縣高一期末)我國工業(yè)酶技術(shù)獲得了國家的重視，下列有關(guān)酶的敘述不正確的是(AB)A．酶的基本組成單位是氨基酸B．有酶參與的反應(yīng)能釋放出更多的能量C．人體中的酶的活性受溫度、pH等的影響，且肯定條件下在體內(nèi)、體外都可起催化作用D．假如某種淀粉酶在pH＝5和8時活性相同，則該酶的最適pH介于5和8之間解析：酶大部分是蛋白質(zhì)，少量是RN