1、第二节 酶是生物催化剂说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质,酶活性受到环境因素(如pH和温度)的影响。1.通过对酶的本质及功能的分析,形成结构与功能观,构建酶催化作用机理的模型,培养科学思维能力。2.通过观察、提问及实验结果分析,探究酶的特性,并能利用酶的相关特性解答社会生产中的一些问题,培养科学探究能力和社会责任意识。3.对常见因素,如温度、pH等对酶促反应速率的影响,能自主进行实验设计并能对实验结果进行分析、讨论,具备一定的实验探究与分析能力。课时1酶的本质、催化机理及特性一、绝大多数酶是蛋白质1.酶的发现过程时间科学家主要观点18世纪末斯帕兰扎尼胃液中有一种能消化肉的物质19世纪巴
2、斯德酒精发酵是酵母菌代谢活动的结果19世纪李比希酒精发酵仅仅是一种化学反应,与酵母菌的活动无关,最多只需要酵母菌中的某种物质参与而已1897年毕希纳促使酒精发酵的是酵母菌中的某种物质(后来被命名为酶),而不是酵母菌细胞本身1926年萨姆纳分离得到脲酶,其化学本质是蛋白质20世纪80年代初发现极少数特殊的酶是RNA,称为核酶2.酶的本质及催化机理(1)酶的本质:酶是由活细胞产生的一类生物催化剂,大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA。(2)酶的催化机理。酶与底物结合示意图。酶促反应过程。底物+酶酶-底物复合物复合物形状发生一定变化酶(恢复原状)+产物。(3)酶活性的表示:一般指单位时间内底物的消耗量或
3、产物的生成量。唾液淀粉酶催化淀粉产生麦芽糖,在这个过程中唾液淀粉酶的结构会发生改变吗?唾液淀粉酶会与麦芽糖形成酶-底物复合物还是与淀粉形成酶-底物复合物?提示:催化过程中,唾液淀粉酶的结构发生改变。淀粉为该酶催化的底物,麦芽糖为该催化反应的产物,酶与底物结合,即酶与淀粉结合形成酶-底物复合物。二、酶的催化功能具有专一性和高效性1.探究酶的专一性(1)实验原理。酶的催化:蔗糖酶催化蔗糖水解产生葡萄糖和果糖,淀粉酶催化淀粉水解产生麦芽糖。指示剂与颜色反应:本尼迪特试剂与还原糖反应产生红黄色沉淀。(2)实验分组。设置对照组。1号试管:质量分数为1% 3 mL淀粉溶液+2 mL本尼迪特试剂;2号试管:
4、质量分数为2% 3 mL蔗糖溶液+2 mL本尼迪特试剂;4号试管:稀释200倍的新鲜唾液1 mL+质量分数为2% 3 mL蔗糖溶液+2 mL本尼迪特试剂;5号试管:蔗糖酶溶液1 mL+质量分数为1% 3 mL淀粉溶液+2 mL本尼迪特试剂。设置实验组。3号试管:稀释200倍的新鲜唾液1 mL+质量分数为1% 3 mL淀粉溶液+2 mL本尼迪特试剂;6号试管:蔗糖酶溶液1 mL+质量分数为2% 3 mL 蔗糖溶液+2 mL本尼迪特试剂。(3)实验结论:酶具有专一性。(4)专一性含义:酶分子的结构只适合与一种或一类分子结合,所以一种酶只能催化一种底物或少数几种相似底物的反应,如蔗糖酶只能催化蔗糖的
5、水解,而不能催化麦芽糖的水解。2.探究酶催化的高效性(1)实验原理。过氧化氢酶及二氧化锰均能催化过氧化氢分解产生H2O和 O2。通过无明火的卫生香复燃速度可比较过氧化氢酶及二氧化锰的催化效率。(2)实验步骤。试管编号122%H2O2溶液3 mL3 mL二氧化锰少许新鲜的鸡肝匀浆少许气泡释放量大量较多卫生香燃烧剧烈较强结论酶具有高效性(3)酶的作用机理:酶可以降低化学反应的活化能,使反应极易进行,反应效率极高。加酶洗衣粉能较容易清除衣物上的污渍,但不同的加酶洗衣粉具有特定的清洗对象,如蛋白酶洗衣粉不能用于丝质及羊毛衣料的洗涤,试分析原因。提示:酶的催化具有专一性,丝质及羊毛衣料的主要成分是蛋白质
6、,使用加蛋白酶洗衣粉会分解损坏衣物。自主学习检测教材基础熟记于心1.酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质。()提示:酶是活细胞产生的一类具有催化作用的有机物,大部分酶的本质为蛋白质,少部分酶的本质为RNA。2.酶能与底物分子结合,使化学反应极易进行。()3.胃蛋白酶可催化多种蛋白质水解。()4.酶催化作用的实质提高化学反应的活化能,使化学反应顺利进行。()提示:酶催化反应的机理是降低化学反应的活化能。5.酶只有在生物体内才起催化作用。()提示:只要条件适宜,酶可在细胞内或细胞外甚至体外发挥作用。6.向两组等量H2O2溶液中分别加入一定量的H2O2酶溶液和蒸馏水,两者产生的气泡速率差异比较大,说
7、明酶的催化具有高效性。()提示:向两组等量H2O2溶液中分别加入一定量的H2O2酶溶液和蒸馏水只能证明酶具有催化作用;欲证明酶的催化作用具有高效性,需要将加酶组与加无机催化剂组进行比较。任务一阐明酶的本质与催化机理任务突破1 归纳总结酶的产生部位、本质及常见种类酶内容解释产生部位活细胞活细胞(除哺乳动物成熟红细胞)产生,在细胞内或细胞外发挥作用本质大多数是蛋白质,少数是RNA合成原料:氨基酸或核糖核苷酸;合成场所:核糖体或细胞核功能生物催化剂反应前后其本身数量和化学性质不变种类按存在部位分胞内酶:合成后在细胞内起作用,如需氧呼吸酶胞外酶:合成后分泌到细胞外起作用,如消化酶按功能分水解酶:在物质
8、水解时起催化作用;合成酶:在物质合成中起催化作用迁移应用典例1-1 下列关于酶的叙述正确的是(C)A.不能脱离生物体起作用B.均能与双缩脲试剂反应显蓝色C.具有一定的空间结构D.基本单位均为氨基酸解析:在温度、pH等适宜条件下,酶能脱离生物体起作用;酶的化学本质为蛋白质或RNA,具有一定的空间结构,其基本单位为氨基酸或核糖核苷酸;若是蛋白质类酶,可与双缩脲试剂反应,呈紫色,若是RNA类酶,则不与双缩脲试剂发生反应。任务突破2 理解酶的催化机理(1)催化过程中的形变:酶分子具有一定形状,催化反应时,酶与底物结合形成酶底物复合物,酶分子形状发生改变,反应结束,酶分子从复合物上脱落,同时酶分子恢复原
9、状(此过程为可逆的形变)。(2)关于催化过程中活化能的变化。酶分子作为催化剂,不影响分子本身的运动状态,而是通过降低化学反应的活化能,实现生化反应的进行,具体原理如图所示:迁移应用典例1-2 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,而催化剂的作用原理就是降低了反应所需要的活化能。如图表示酶和无机催化剂改变化学反应速率的原理,下列相关叙述正确的是(C)A.酶具有催化作用,是因为能为化学反应提供能量B.酶降低的化学反应的活化能是ECC.酶具有高效性,其实质在于EB-ECEB-EAD.EC和EA分别表示酶和无机催化剂为化学反应提供的活化能解析:酶具有催化作用,是因为能降低化
10、学反应所需要的活化能;从题图可知,EB表示非催化反应的活化能,EC表示酶催化的化学反应的活化能,则该酶降低的活化能是EB-EC;酶具有高效性,其实质在于酶降低活化能的效果比无机催化剂更显著,即EB-ECEB-EA;EC和EA分别表示在酶和无机催化剂条件下化学反应所需的活化能。任务二探究酶催化的高效性与专一性任务突破1 酶的催化具有高效性实验探究的变量与细节分析项目探究酶的高效性自变量催化剂的种类(即无机催化剂和酶)因变量气泡产生速率或无明火的卫生香复燃的速度其他细节采用生马铃薯或新鲜肝脏的原因是过氧化氢酶的活性高,防止微生物对酶的分解等;采用鸡肝或马铃薯匀浆比块状结构效果更佳,原因是匀浆能够增
11、加酶与底物的接触面积,利于酶的催化迁移应用典例2-1 (2022湖州期末)某同学进行了下列有关酶的实验:组1:2 mLH2O2+2滴蒸馏水极少量气泡;组2:2 mLH2O2+2滴新鲜肝脏研磨液大量气泡;组3:2 mLH2O2+少许二氧化锰少量气泡。下列叙述错误的是(C)A.三组实验应置于室温下进行B.本实验的因变量是H2O2的分解速率C.组1和组2对照说明酶具有高效性D.组2和组3反应所需的活化能比组1低解析:温度属于本实验的无关变量,在实验中应该相同且适宜,因此三组实验应置于室温下进行;本实验的因变量是H2O2的分解速率,可用气泡产生量表示;与无机催化剂相比,酶具有高效性,而组1和组2自变量
12、为是否加入H2O2酶,说明酶具有催化作用,不能证明酶的高效性;组2和组3分别是酶和无机催化剂,酶和无机催化剂的催化机理均是降低化学反应的活化能,因此组2和组3反应所需的活化能比组1低。任务突破2 对比法探究酶的催化具有专一性(1)设计思路:常见的方案有两种,即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同,最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。(2)设计方案。项目方案一方案二实验组对照组实验组对照组材料同种底物(等量)与酶相对应的底物另外一种底物试剂与底物相对应的酶另外一种酶同一种酶(等量)现象发生反应不发生反应发生反应不发生反应结论酶具有专一性酶具有专一性(3)酶专一性实验设计时的指示剂选择:探究酶的专
13、一性时,底物种类和酶的种类均可作为自变量。但是不同自变量下,所选的指示剂存在差异。如以淀粉为底物,以淀粉酶和蔗糖酶为自变量时,检测指示剂既可以是本尼迪特试剂,也可以是碘-碘化钾溶液;而底物存在蔗糖溶液时,由于碘-碘化钾溶液不能检测蔗糖是否被分解,因此,该处理下,检测指示剂只能是本尼迪特试剂,而不能选用碘-碘化钾溶液。迁移应用典例2-2 为验证酶的专一性,某同学进行了如下实验。下列叙述正确的是(B)试管号123456本尼迪特试剂2 mL2 mL2 mL2 mL2 mL2 mL1%淀粉溶液3 mL3 mL3 mL2%蔗糖溶液3 mL3 mL3 mL新鲜唾液1 mL1 mL蔗糖酶溶液1 mL1 mLA.该实验的可变因素是酶的种类B.表中1、2、4、5组均属于对照组C.试管3和6的实验结果说明酶的作用具有专一性D.实验中也可用碘-碘化钾溶液作为指示剂解析:由题表分析可知,该实验的可变因素是酶的种类和底物种类;试管1、试管2为空白对照,试管4、试管5为条件对照,这四组均为对照组,试管3和试管6为实验组;试管3和试管6中并不是单一变量,故试管3和6的实验结果不能说明酶的作用具有专一性;实验中不可用碘-碘化钾溶液作为指示剂。
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