第7講-降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶

第三單元細胞的能量供應(yīng)和利用第7講降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶12考點一酶的本質(zhì)和作用教材隱性知識：源于必修1P79“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”：巴斯德認為釀酒中的發(fā)酵是由酵母菌細胞的存在所致，沒有活細胞就不能產(chǎn)生酒精；李比希卻認為引起發(fā)酵的只是酵母菌細胞中的某些物質(zhì)，不一定需要活的細胞。請你利用酵母菌細胞、研磨和過濾裝置、葡萄糖溶液等材料設(shè)計一個實驗來結(jié)束這一爭論。提示：將酵母菌細胞研磨粉碎、加水?dāng)嚢韬筮^濾，將提取液加入葡萄糖溶液中，也能產(chǎn)生酒精，說明引起發(fā)酵的是一種化學(xué)物質(zhì)(模擬畢希納的實驗)。1.酶本質(zhì)的探索歷程(1)絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA(核酶)核糖體的rRNA就是催化肽鍵形成的酶（P二65）(2)酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化活性的有機物。(3)胞外酶與胞內(nèi)酶3化學(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)是______少數(shù)是______合成原料__________________合成場所核糖體細胞核(真核細胞)來源一般來說，活細胞(哺乳動物成熟的紅細胞除外)都能產(chǎn)生酶作用場所細胞內(nèi)外或生物體內(nèi)外均可生理功能具有生物__________作用本質(zhì)蛋白質(zhì)RNA氨基酸核糖核苷酸催化作用降低化學(xué)反應(yīng)的活化能RNA酶唾液淀粉酶2.酶的本質(zhì)及生理功能43.酶的作用原理酶-底物復(fù)合物1）鎖鑰學(xué)說：認為整個酶分子的天然構(gòu)象具有剛性結(jié)構(gòu)，酶表面具有特定的形狀。E與S的結(jié)合如同一+-把鑰匙對一把鎖一樣。2）誘導(dǎo)契合學(xué)說：酶表面并沒有一種與底物互補的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補形狀,從而有利于底物的結(jié)合。酶酶-底物復(fù)合物5酶并未供給反應(yīng)物能量，只是降低了反應(yīng)物反應(yīng)的活化能，從而使處于容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)的反應(yīng)物分子增多。6思考：能產(chǎn)生激素的細胞一定能合成酶嗎?能合成酶的細胞一定能產(chǎn)生激素嗎?兩者的區(qū)別是什么?項目酶激素來源及作用場所活細胞產(chǎn)生；細胞內(nèi)或細胞外發(fā)揮作用專門的內(nèi)分泌腺或特定部位細胞產(chǎn)生；一般細胞外發(fā)揮作用化學(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA固醇類、多肽、蛋白質(zhì)、氨基酸衍生物、脂質(zhì)生物功能催化作用調(diào)節(jié)作用共性在生物體內(nèi)均屬高效能物質(zhì)，即含量少、作用大、生物代謝不可缺少酶和激素的比較7A.設(shè)計思路：從酶的化學(xué)本質(zhì)上來講，絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)的酶是RNA。所以對酶本質(zhì)的鑒定常常是變相地考查蛋白質(zhì)或RNA的鑒定方法。②某種酶+蛋白酶加入酶的底物底物沒有被催化→該酶是蛋白質(zhì)底物被催化→該酶是RNAB.方案:4.鑒定酶的本質(zhì)酶本質(zhì)的探究，常采取減法原理同理也可用RNA酶處理甲酶和乙酶，測定該酶的活性，與本實驗進行相互對照。①“試劑鑒定法”鑒定酶的化學(xué)本質(zhì)：利用雙縮脲試劑與蛋白質(zhì)作用產(chǎn)生紫色反應(yīng)的原理設(shè)計實驗方案。8例1：(多選)關(guān)于人體內(nèi)酶和激素的敘述，錯誤的是()A．酶和激素的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)B．酶和激素都與物質(zhì)和能量代謝有關(guān)C．能產(chǎn)生激素的細胞不一定能產(chǎn)生酶D．能產(chǎn)生酶的細胞不一定能產(chǎn)生激素E．激素一經(jīng)靶細胞接受并起作用后就被滅活，酶反應(yīng)前后不改變F．激素產(chǎn)生后一般作用于其他細胞G．激素和酶都具有高效性，非細胞條件下也能發(fā)揮作用ACG9例2：豬籠草是一種食蟲植物，為了驗證豬籠草分泌液中有蛋白酶，某學(xué)生設(shè)計了兩組實驗，如圖所示，在35℃水浴中保溫一段時間后，甲、乙試管中加入適量的雙縮脲試劑，丙、丁試管中不加任何試劑，下列對實驗現(xiàn)象的預(yù)測正確的是（）A.甲和乙中溶液都呈紫色；丙和丁中蛋白塊消失B.甲中溶液呈紫色，乙中溶液不呈紫色；丙中蛋白塊消失，丁中蛋白塊不消失C.甲和乙中溶液呈紫色；丙中蛋白塊消失、丁中蛋白塊不消失D.甲和乙中溶液都不呈紫色；丙中蛋白塊消失、丁中蛋白塊不消失E.只需實驗②就可以證明分泌液中含有蛋白酶CE10歸納總結(jié)關(guān)注?？嫉拿讣捌渥饔肁.消化酶：是一類水解酶。有的由消化腺分泌到下消化道中,屬于胞外酶，有的則參與細胞內(nèi)消化，如溶酶體中的一些酶。

可對應(yīng)催化相關(guān)大分子的水解，如淀粉酶催化淀粉水解，蛋白酶催化蛋白質(zhì)水解等。比如淀粉酶、麥芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶、脂肪酶、蛋白酶、肽酶等。B.溶酶體酶：一類酸性水解酶，參與細胞內(nèi)消化。溶酶體膜破壞，釋放大量水解酶時，對細胞結(jié)構(gòu)有破壞。如硅肺。C.溶菌酶：破壞細菌細胞壁中的肽聚糖。D.脲酶：分解尿素的酶，專一性強。是第一個被分離提純的酶。廣泛分布于植物的種子中，但以大豆、刀豆中含量豐富。也存在于動物血液和尿中。某些微生物也能分泌脲酶。CO(NH2)2+H2O脲酶CO2+2NH311E.過氧化氫酶：過氧化氫酶存在于動植物細胞中，特別在動物肝臟濃度最高。將有毒的過氧化氫分解為水和氧氣。2H2O2過氧化氫酶2H2O+O2F.酪氨酸酶：催化酪氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏氐年P(guān)鍵酶。白化病是由于缺乏酪氨酸酶基因老年白發(fā)是由于細胞衰老，酪氨酸酶活性下降。白癜風(fēng)主要是由于血液中存在酪氨酸酶抗體或酪氨酸合成障礙等，導(dǎo)致皮膚局部黑色素生成減少，出現(xiàn)白斑。G.纖維素酶、果膠酶：主要用于破壞植物細胞壁。纖維素葡萄糖纖維素酶果膠半乳糖醛酸果膠酶H.基因工程中的酶限制酶DNA連接酶Taq酶12I.中法則中的酶：DNA復(fù)制：以DNA為模板的DNA聚合酶（催化單個脫氧核苷酸聚合到

DNA片段上形成脫氧核苷酸鏈，作用部位是磷酸二酯鍵。）逆轉(zhuǎn)錄：以RNA為模板的DNA聚合酶(即逆轉(zhuǎn)錄酶)轉(zhuǎn)錄：以DNA為模板的RNA聚合酶（催化單個核糖核苷酸聚合到RNA

片段上形成核糖核苷酸鏈，作用部位是磷酸二酯鍵。）RNA復(fù)制：以RNA為模板的RNA聚合酶(即RNA復(fù)制酶)端粒酶：一種由催化蛋白和RNA模板組成的酶，可合成由于DNA而缺

失的染色體末端的DNA，具有逆轉(zhuǎn)錄酶活性。端粒酶在干細胞

和生殖細胞中有活性，在體細胞中沒有活性。在腫瘤中被重新

激活，從而使癌細胞具備無限增殖的條件。

核酸水解酶：DNA酶〈DNA水解RNA水解RNA酶〈可用于遺傳物質(zhì)化學(xué)本質(zhì)探究（如艾弗里實驗中用到的DNA酶）13例3.（多選）下列關(guān)于酶的說法正確的是()A.酶具有催化作用，并都能與雙縮脲試劑反應(yīng)呈紫色B.酶分子在催化反應(yīng)完成后立即被降解成氨基酸C.淀粉酶溶液中加入蛋白酶不會導(dǎo)致淀粉酶活性發(fā)生變化D.在適宜的溫度、pH等條件下，酶的催化及信息傳遞功能最強E.酶既可以作為催化劑，也可以作為另一個反應(yīng)的底物F.酶的合成均需要經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯G.RNA聚合酶具有識別作用H.酶通過提供反應(yīng)所需的活化能提高反應(yīng)速率I.蛋白酶能催化不同的蛋白質(zhì)水解，因此酶不具有專一性J.酶是由具有分泌功能的細胞產(chǎn)生的EG14考點二酶的特性及影響酶促反應(yīng)速率的因素（1）.專一性只有特定形狀的底物才能和酶結(jié)合，如:過氧化氫酶、胰蛋白酶等酶的專一性：一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)底物濃度反應(yīng)速率底物A+酶A底物A+酶B只有酶A能催化底物A參與的反應(yīng)，說明酶具有專一性意義：保證了細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)有序進行1.酶的特性15歸納總結(jié)具有專一性的物質(zhì)歸納16（2）.高效性bacd反應(yīng)過程能量初態(tài)（反應(yīng)物）終態(tài)（產(chǎn)物）活躍狀態(tài)E1：無催化劑

E2：無機催化劑E3：有機催化劑（酶）E1E2E3▲與無機催化劑相比，酶能更顯著地降低反應(yīng)的活化能，從而使反應(yīng)更有效地進行abc時間產(chǎn)物濃度加酶不加催化劑加無機催化劑酶只能縮短達到平衡的時間，不能改變平衡點17（3）.酶的作用條件溫和淀粉酶37℃戶外植物中的某種酶最適溫度15℃ABCAB：在一定溫度范圍內(nèi)，酶促反應(yīng)速率隨溫度的升高而加快B：在最適溫度時，酶促反應(yīng)速率最快BC：超過最適溫度，酶促反應(yīng)速率隨溫度升高而減慢，直至酶失活。注意：①低溫降低酶活性，但不會破壞酶分子結(jié)構(gòu)，溫度適宜時，酶的催化作用可以恢復(fù)。②低溫下酶空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,所以酶一般在低溫條件下保存。③在強酸強堿下，都是破壞酶的結(jié)構(gòu)。18例4:（高考題重組）關(guān)于酶的敘述，錯誤的是(

)A．同一種酶可存在于分化程度不同的活細胞中B．低溫能降低酶活性的原因是其破壞了酶的空間結(jié)構(gòu)C．同一個體各種體細胞酶的種類相同、數(shù)量不同、代謝不同D．酶既可以作為催化劑，也可以作為另一個反應(yīng)的底物E．水的跨膜運輸、CO2的固定都需要酶的參與F．酶催化效率高是因為其降低化學(xué)反應(yīng)活化能的作用顯著G.用蛋白酶去除大腸桿菌核糖體的蛋白質(zhì)，處理后的核糖體仍可催化氨基酸的脫水縮合反應(yīng)。由此可推測核糖體中能催化該反應(yīng)的物質(zhì)是RNABCE19例5.溫度會影響酶促反應(yīng)速率，其作用機理可用下圖坐標(biāo)曲線表示。其中a表示底物分子具有的能量，b表示溫度對酶空間結(jié)構(gòu)的影響，c表示酶促反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系。下列說法正確的是()A.隨著溫度的升高，底物分子具有的活化能增加B.處于曲線c中1、2位點酶分子活性是相同的C.酶促反應(yīng)速率是底物分子的能量與酶空間結(jié)構(gòu)共

同作用的結(jié)果D.酶適于低溫保存，原因是底物分子的能量低C202.影響酶促反應(yīng)速率的因素21(1)底物濃度和酶濃度對酶促反應(yīng)的影響①甲圖：在其他條件適宜、酶量一定的情況下，酶促反應(yīng)速率隨底物濃度增加而

，但當(dāng)?shù)孜镞_到一定濃度后，受酶數(shù)量的限制，酶促反應(yīng)速率

。加快不再增加②乙圖：在底物充足、其他條件適宜的情況下，酶促反應(yīng)速率與酶濃度成

。正比思考：在甲圖中再加入一定量的酶，曲線應(yīng)該怎么變？在乙圖中如果是底物有限的情況下，曲線應(yīng)該怎么變？22(2)影響酶活性的抑制劑和激活劑拓展A.抑制劑①競爭性抑制劑：抑制劑與底物競爭酶。如圖，競爭性抑制劑與底物往往有著類似的結(jié)構(gòu)，可與底物競爭結(jié)合酶的活性部位。因為酶的活性部位不能同時既與底物結(jié)合又與抑制劑結(jié)合，因而在底物和抑制劑之間產(chǎn)生競爭，形成一定的平衡關(guān)系。這種抑制作用可以通過增加底物濃度而解除。典型的例子是丙二酸對琥珀酸脫氫酶（底物為琥珀酸）的競爭性抑制和磺胺類藥物（對氨基苯磺酰胺）對二氫葉酸合成酶（底物為對氨基苯甲酸）的競爭性抑制。23②非競爭性抑制劑：抑制劑與底物不存在競爭關(guān)系。如圖，底物與非競爭性抑制劑同時也與酶結(jié)合，兩者沒有競爭作用。雖然底物、抑制劑和酶的結(jié)合無競爭性，但兩者與酶結(jié)合所形成的中間絡(luò)合物不能直接生成產(chǎn)物，導(dǎo)致了酶催化反應(yīng)速率的降低。特點：非競爭性抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)不一定與底物的分子結(jié)構(gòu)類似；底物和抑制劑分別獨立地與酶的不同部位相結(jié)合；抑制劑對酶與底物的結(jié)合無影響，故底物濃度的改變對抑制程度無影響。24B.激活劑提高酶活性的物質(zhì)，稱為酶的激活劑。有些酶在有激活劑存在時才有活性或性較高。大部分激活劑是無機鹽離子，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cl-、I-等。有些酶在合成和初分泌時，不表現(xiàn)有催化活性，這種無活性狀態(tài)的酶的前身物稱為酶原。酶原在一定條件下，受某種因素的作用，酶原分子的部分肽鍵被水解，使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，形成酶的活性中心，無活性的酶原轉(zhuǎn)化成有活性的酶稱酶原的激活。如胃蛋白酶原進入胃腔后，在HCl作用下，從酶原分子中脫去一個小分子肽段后，轉(zhuǎn)變成有活性的胃蛋白酶。25例6：用某種酶進行有關(guān)實驗的結(jié)果如下圖所示，錯誤的是（）A.該酶的最適催化溫度不確定B.圖2和圖4能說明該酶一定不是胃蛋白酶C.由圖4實驗結(jié)果可知酶具有高效性D.由圖3實驗結(jié)果可知Cl－是酶的激活劑C26考點三探究酶的特性和影響酶活性的因素歸納總結(jié)酶促反應(yīng)特點的探究實驗①驗證酶的高效性

②驗證酶的專一性③探究溫度對酶活性的影響④探究PH對酶活性的影響

⑥探究底物濃度對酶促反應(yīng)速率的影響⑦探究酶濃度對酶促反應(yīng)速率的影響分組編號對照組實驗組說明1號2號3號4號相同處理2mL過氧化氫溶液無關(guān)變量不同處理常溫90℃水浴2滴FeCl3溶液2滴肝臟研磨液自變量氣泡產(chǎn)生不明顯少量較多大量因變量衛(wèi)生香復(fù)燃不復(fù)燃不復(fù)燃變亮復(fù)燃結(jié)果過氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣驗證酶的高效性27驗證酶的專一性方案一酶相同、底物不同①底物1+酶溶液②等量底物2+等量相同酶溶液方案二底物相同、酶不同①底物+酶溶液1②等量相同底物+等量酶溶液2實驗步驟一取兩支試管，編號1、2二1號試管中加入2mL淀粉溶液2號試管中加入2mL蔗糖溶液三加入淀粉酶溶液2滴，振蕩，試管下半部分浸入60℃的水浴中，反應(yīng)5min。四加入斐林試劑→振蕩→60℃水浴2min實驗現(xiàn)象磚紅色沉淀無變化結(jié)論淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解實驗步驟一取兩支試管，編號1、2二向兩支試管中各加入2mL淀粉溶液三1號試管加入2滴淀粉酶溶液2號試管加入2滴蔗糖酶溶液四反應(yīng)5min后，向兩支試管中加入等量的碘液實驗現(xiàn)象不變藍變藍結(jié)論淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。不選碘液鑒定的原因是什么？能不能用斐林試劑鑒定？28探究溫度對酶活性的影響實驗步驟一1號2號3號二各加入2mL淀粉溶液三0℃保溫60℃保溫100℃保溫三加入0℃保溫的淀粉酶2滴加入60℃保溫的淀粉酶2滴加入100℃保溫的淀粉酶2滴四在各自的溫度條件下反應(yīng)約5min五各加入兩滴碘液→振蕩實驗現(xiàn)象藍色不變藍藍色結(jié)論溫度對酶的活性有影響，溫度偏低或偏高都會降低酶活性思考：①為何不選斐林試劑鑒定？實驗要嚴(yán)格控制溫度，斐林試劑需加熱H2O2常溫常壓可分解，加熱分解更快②實驗材料可不可以選H2O2?29探究PH值對酶活性的影響實驗步驟一1號2號3號二各加入肝臟研磨液2滴三加蒸餾水1mL等量的5%HCl等量的5%NaOH三各加入3%過氧化氫2mL四反應(yīng)約5min，記錄氣泡產(chǎn)生情況實驗現(xiàn)象幾乎無氣泡較多氣泡幾乎無氣泡結(jié)論