必修一第五章第一節(jié)酶

1、第一節(jié)第一節(jié) 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶一酶的作用和本質(zhì)一酶的作用和本質(zhì)斯帕蘭扎尼實驗斯帕蘭扎尼實驗過程：過程：現(xiàn)象：現(xiàn)象：推測：推測：證明：證明：本實驗?zāi)茏C明：本實驗?zāi)茏C明：問題探討問題探討肉塊放入小金屬籠內(nèi)，讓鷹吞下肉塊放入小金屬籠內(nèi)，讓鷹吞下肉塊消失了肉塊消失了是胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)將肉塊分解了是胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)將肉塊分解了收集胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，看看這些物質(zhì)在體外是收集胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，看看這些物質(zhì)在體外是否也能將肉塊分解否也能將肉塊分解胃具有化學(xué)消化的作用胃具有化學(xué)消化的作用一、酶的作用和本質(zhì)一、酶的作用和本質(zhì)1.1.細(xì)胞代謝細(xì)胞代謝：細(xì)胞中每時每刻都進(jìn)行著許多：細(xì)胞中每時每刻都

2、進(jìn)行著許多 化學(xué)化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝是反應(yīng)，統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝是生命活動的基礎(chǔ)。生命活動的基礎(chǔ)。2.2.酶在代謝中的作用酶在代謝中的作用 合成合成代謝（代謝（同化同化作用）作用）分解分解代謝（代謝（異化異化作用）作用）酶在細(xì)胞代謝中的作用2 H2O2 2 H2O + O21.1.常溫下反應(yīng)常溫下反應(yīng)2.2.加熱加熱3.Fe3.Fe3+3+做催化劑做催化劑4.4.過氧化氫酶過氧化氫酶豬肝研磨液豬肝研磨液加入試管直接觀察加入試管直接觀察酒精燈加熱酒精燈加熱滴加滴加FeClFeCl3 3溶液溶液步驟步驟試管編號試管編號 說明說明1 12 23 34 4 一一 H H2 2O O2 2 濃度濃度劑量劑

3、量二二劑量劑量結(jié)結(jié)果果氣泡產(chǎn)生氣泡產(chǎn)生衛(wèi)生香燃燒衛(wèi)生香燃燒結(jié)論結(jié)論2ml2ml2ml2ml2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%3%3%3%3%9090FeClFeCl3 3自變量自變量因變量因變量無關(guān)變量無關(guān)變量y=ky=kx xy=kx+zy=kx+z變量變量步驟試管編號說明1234 一 H2O2 濃度劑量二劑量結(jié)果氣泡產(chǎn)生衛(wèi)生香燃燒結(jié)論2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%90FeCl3自變量自變量因變量因變量無關(guān)變量無關(guān)變量對照組對照組實驗組實驗組對照實驗對照實驗酶在細(xì)胞代謝中的作用 正是由于酶的催化作用，細(xì)胞代謝才能在溫正是由于酶的催化作用，細(xì)胞代謝才能在溫和的條件下快速進(jìn)行。和

4、的條件下快速進(jìn)行。各條件使反應(yīng)加快的本質(zhì)：各條件使反應(yīng)加快的本質(zhì)：加熱：加熱： FeFe3+3+：酶：酶：提高分子的能量提高分子的能量降低化學(xué)反應(yīng)的活化能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能更顯著地降低化學(xué)反應(yīng)的活化能更顯著地降低化學(xué)反應(yīng)的活化能 分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所躍狀態(tài)所需要的能量需要的能量稱為稱為 加熱加熱主要特點主要特點參與反應(yīng)，不提供能量參與反應(yīng)，不提供能量降低反應(yīng)所需的活化能降低反應(yīng)所需的活化能本身的量與化學(xué)性質(zhì)不變本身的量與化學(xué)性質(zhì)不變催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的作用催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的作用75無催化劑催化無催化劑催化29過氧化氫酶過氧化氫酶5

5、4用膠態(tài)鉑催化用膠態(tài)鉑催化活化能活化能/ kJ.mol-1條件條件. 無機(jī)無機(jī)催化劑催化劑酶的作用：酶的作用： 同無機(jī)催化劑相比，酶同無機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作降低活化能的作用更顯著用更顯著，因而，因而催化效率更高催化效率更高。 3.3.酶的本質(zhì)酶的本質(zhì)A.A.酶本質(zhì)的探索：酶本質(zhì)的探索：（1 1）18571857年，法國年，法國 巴斯德巴斯德 通過顯微鏡觀察，提出釀酒中發(fā)酵是由于酵通過顯微鏡觀察，提出釀酒中發(fā)酵是由于酵母細(xì)胞的存在母細(xì)胞的存在結(jié)論：結(jié)論：沒有活細(xì)胞的參與，糖類是不可能變成酒沒有活細(xì)胞的參與，糖類是不可能變成酒精的精的(2)(2)德國德國 李比希李比希結(jié)論：結(jié)論：發(fā)酵是酵

6、母細(xì)胞中的某些物質(zhì)，但這些物發(fā)酵是酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)，但這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用（3 3）德國）德國 畢希納畢希納過程：過程：結(jié)論：將酵母細(xì)胞中引起發(fā)酵的物質(zhì)稱為結(jié)論：將酵母細(xì)胞中引起發(fā)酵的物質(zhì)稱為 釀酶釀酶（4 4）美國）美國 薩姆納薩姆納 19261926年，從刀豆種子中提出年，從刀豆種子中提出脲酶結(jié)晶，脲酶是脲酶結(jié)晶，脲酶是一種蛋白酶一種蛋白酶 2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代年代, ,相繼提出了相繼提出了多種酶的蛋白結(jié)晶多種酶的蛋白結(jié)晶結(jié)論：結(jié)論：酶是一類具有催化作用的蛋白質(zhì)酶是一類具有催化作用的蛋白質(zhì)（5 5）2020世紀(jì)世

7、紀(jì)8080年代年代 切赫、奧特曼切赫、奧特曼發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)少數(shù)少數(shù)RNARNA也具有生物催化作用也具有生物催化作用結(jié)論：結(jié)論： 酶是具有催化作用的有機(jī)物，其中絕大多數(shù)是酶是具有催化作用的有機(jī)物，其中絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNARNAB.B.酶的定義酶的定義：酶：酶：是是活細(xì)胞活細(xì)胞產(chǎn)生的具有生物產(chǎn)生的具有生物催化作用催化作用的的有機(jī)物有機(jī)物。絕大多數(shù)的酶是絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)，少數(shù)的酶是，少數(shù)的酶是RNARNA怎樣驗證酶的存在？怎樣驗證酶的存在？ 與雙縮脲反應(yīng)與雙縮脲反應(yīng)催化脂肪酶水解的酶是？主要的合成部位？催化脂肪酶水解的酶是？主要的合成部位？ 判斷：酶是蛋白質(zhì)判斷：酶是蛋白

8、質(zhì)所有的細(xì)胞都能產(chǎn)生酶所有的細(xì)胞都能產(chǎn)生酶酶在細(xì)胞代謝中的作用 正是由于酶的催化作用，細(xì)胞代謝才能在溫正是由于酶的催化作用，細(xì)胞代謝才能在溫和的條件下快速進(jìn)行。和的條件下快速進(jìn)行。各條件使反應(yīng)加快的本質(zhì)：各條件使反應(yīng)加快的本質(zhì)：加熱：加熱： FeFe3+3+：酶：酶：提高分子的能量提高分子的能量降低化學(xué)反應(yīng)的活化能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能更顯著地降低化學(xué)反應(yīng)的活化能更顯著地降低化學(xué)反應(yīng)的活化能 為了驗證加酶洗衣粉是否比普通洗衣粉有更為了驗證加酶洗衣粉是否比普通洗衣粉有更強(qiáng)的去污力，有一個生物實驗小組把同樣的臟布條強(qiáng)的去污力，有一個生物實驗小組把同樣的臟布條放在不同的燒杯內(nèi)浸泡放在不同的燒杯內(nèi)浸泡燒

9、杯燒杯條件條件水量水量水溫水溫浸泡時浸泡時間間1 1加酶洗加酶洗衣粉衣粉500mL4020min2 2普通洗普通洗衣粉衣粉500mL6020min這樣設(shè)計行不行？1.1.高效性高效性 （意義）（意義）2.2.專一性專一性一種酶一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)3.3.作用條件比較溫和作用條件比較溫和二、酶的特性二、酶的特性 酶酶與無機(jī)催化劑相比的共性與特性與無機(jī)催化劑相比的共性與特性(1)酶與無機(jī)催化劑的共性酶與無機(jī)催化劑的共性可降低分子的活化能可降低分子的活化能 ，使化學(xué)反應(yīng)更易進(jìn)行；，使化學(xué)反應(yīng)更易進(jìn)行；改變化學(xué)反應(yīng)速度，本身不被消耗；改變化學(xué)反應(yīng)速度，本身不被消耗

10、；只能催化熱力學(xué)允許進(jìn)行的反應(yīng)；只能催化熱力學(xué)允許進(jìn)行的反應(yīng)；加快化學(xué)反應(yīng)速度，縮短達(dá)到平衡時間，但不改變平加快化學(xué)反應(yīng)速度，縮短達(dá)到平衡時間，但不改變平衡點。衡點。(2)酶的作用特性酶的作用特性高效性：催化效率很高，使反應(yīng)速度明顯加快；高效性：催化效率很高，使反應(yīng)速度明顯加快；專一性：任何一種酶只作用于一種或幾種相關(guān)的專一性：任何一種酶只作用于一種或幾種相關(guān)的化合物，化合物，這這就是酶對底物的專一性；就是酶對底物的專一性；反應(yīng)條件的溫和性：酶促反應(yīng)在常溫、常壓、生理反應(yīng)條件的溫和性：酶促反應(yīng)在常溫、常壓、生理pH條件條件下進(jìn)行。下進(jìn)行。酶活性酶活性：酶對化學(xué)反應(yīng)的催化效率酶對化學(xué)反應(yīng)的催化效

11、率 最適最適的溫度和的溫度和PHPH條件下，條件下， 酶的活性最高酶的活性最高不同的酶具有不同的不同的酶具有不同的最適最適的溫度和最適的溫度和最適PHPH過酸、過堿或溫度過高，會使酶的過酸、過堿或溫度過高，會使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到空間結(jié)構(gòu)遭到破壞破壞，使酶，使酶永久失活永久失活。（不可逆不可逆）低溫，不破壞酶的空間結(jié)構(gòu)，只是低溫，不破壞酶的空間結(jié)構(gòu)，只是降低酶的活性降低酶的活性。（可恢復(fù)可恢復(fù)） 總結(jié)酶總結(jié)酶1.1.產(chǎn)生部位和作用部位：產(chǎn)生部位和作用部位： 所有的所有的活細(xì)胞活細(xì)胞 細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞外、體外細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞外、體外2.2.作用：作用： 催化作用催化作用 降低活化能降低活化能3.3.本質(zhì)：有

12、機(jī)物（絕大多數(shù)、少數(shù)）本質(zhì)：有機(jī)物（絕大多數(shù)、少數(shù)） 具備蛋白質(zhì)的性質(zhì)具備蛋白質(zhì)的性質(zhì)（合成受遺傳物質(zhì)的控制、與雙縮脲反應(yīng)為紫色、（合成受遺傳物質(zhì)的控制、與雙縮脲反應(yīng)為紫色、可水解為氨基酸）可水解為氨基酸）4.4.同無機(jī)催化劑一樣，同無機(jī)催化劑一樣， 只改變反應(yīng)速率只改變反應(yīng)速率，不能改變反應(yīng)方向和終產(chǎn)，不能改變反應(yīng)方向和終產(chǎn)物的濃度，在物的濃度，在化學(xué)反應(yīng)前后本身不發(fā)生改變化學(xué)反應(yīng)前后本身不發(fā)生改變。底物濃度和酶濃度對酶促反應(yīng)的影響底物濃度和酶濃度對酶促反應(yīng)的影響動物腦組織中含有豐富的谷氨酸脫羧酶，能專一催化動物腦組織中含有豐富的谷氨酸脫羧酶，能專一催化1 mol谷氨酸分解為谷氨酸分解為1

13、mol氨基丁酸和氨基丁酸和1 mol CO2。某科。某科研小組從小鼠的腦中得到該酶后，在谷氨酸起始濃度為研小組從小鼠的腦中得到該酶后，在谷氨酸起始濃度為10 mol/L、最適溫度、最適、最適溫度、最適pH的條件下，對該酶的的條件下，對該酶的催化反應(yīng)過程進(jìn)行研究，結(jié)果見圖甲和圖乙。下列有關(guān)說法正確的是催化反應(yīng)過程進(jìn)行研究，結(jié)果見圖甲和圖乙。下列有關(guān)說法正確的是 ()A.二氧化碳濃度增加到一定程度以后不再增加，原因是酶失活二氧化碳濃度增加到一定程度以后不再增加，原因是酶失活B.乙圖中當(dāng)酶濃度增加到一定程度后催化反應(yīng)速率不再增加乙圖中當(dāng)酶濃度增加到一定程度后催化反應(yīng)速率不再增加C.乙圖中催化反應(yīng)速率

14、增加的原因是隨著酶濃度的增大，酶的乙圖中催化反應(yīng)速率增加的原因是隨著酶濃度的增大，酶的 活性逐漸增加活性逐漸增加D.將甲的縱坐標(biāo)改成乙中的催化反應(yīng)速率，坐標(biāo)曲線和原曲線將甲的縱坐標(biāo)改成乙中的催化反應(yīng)速率，坐標(biāo)曲線和原曲線 不一樣不一樣D在其他條件適宜的情況下，下列因素對酶活性的影響在其他條件適宜的情況下，下列因素對酶活性的影響可用可用右圖右圖表示的表示的是是 ( () ) A. A.溫度溫度 B.B.反應(yīng)物濃度反應(yīng)物濃度 C.pH C.pH D.D.抑制劑濃度抑制劑濃度B科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種RNasep酶，由20%的蛋白質(zhì)和80%的RNA組成。如果將這種酶中的蛋白質(zhì)除去，他們發(fā)現(xiàn)留下來的RNA 仍然

15、具有與這種酶相同的催化活性，這一結(jié)果表明 () A.酶是由RNA和蛋白質(zhì)組成的 B.某些RNA具有催化作用 C.酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì) D.絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNAB在生物化學(xué)反應(yīng)中，當(dāng)?shù)孜锱c酶的活性位點形成互補(bǔ)結(jié)構(gòu)時，可催化底物發(fā)生變化，如圖甲在生物化學(xué)反應(yīng)中，當(dāng)?shù)孜锱c酶的活性位點形成互補(bǔ)結(jié)構(gòu)時，可催化底物發(fā)生變化，如圖甲所示。酶的抑所示。酶的抑制劑是與酶結(jié)合并降低酶活性的分子。競爭性抑制劑與底物競爭酶的活性位點，非競爭性抑制劑和酶活性位制劑是與酶結(jié)合并降低酶活性的分子。競爭性抑制劑與底物競爭酶的活性位點，非競爭性抑制劑和酶活性位點以外的其他位點結(jié)合，從而抑制酶的活性，如圖甲點以外的其

16、他位點結(jié)合，從而抑制酶的活性，如圖甲、所示。圖乙表示發(fā)生競爭性抑制和非競爭性抑制所示。圖乙表示發(fā)生競爭性抑制和非競爭性抑制時，底物濃度與起始反應(yīng)速率的變化曲線圖。請據(jù)圖回答下列問題：時，底物濃度與起始反應(yīng)速率的變化曲線圖。請據(jù)圖回答下列問題：(1)當(dāng)?shù)孜锱c酶活性位點具有互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)時，酶才能與底物結(jié)合，這說明酶的催化作用具有當(dāng)?shù)孜锱c酶活性位點具有互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)時，酶才能與底物結(jié)合，這說明酶的催化作用具有 。(2)青霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)與細(xì)菌合成細(xì)胞壁的底物相似，故能抑制細(xì)菌合成細(xì)胞壁的相關(guān)酶的活性，其原因是青霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)與細(xì)菌合成細(xì)胞壁的底物相似，故能抑制細(xì)菌合成細(xì)胞壁的相關(guān)酶的活性，其原因是 。(3)

17、據(jù)圖乙分析，隨著底物濃度升高，抑制效力變得越來越小的是據(jù)圖乙分析，隨著底物濃度升高，抑制效力變得越來越小的是抑制劑，原因是抑制劑，原因是 。(4)唾液淀粉酶在最適溫度條件下的底物濃度與起始反應(yīng)速率的變化如圖丙。若將溫度提高唾液淀粉酶在最適溫度條件下的底物濃度與起始反應(yīng)速率的變化如圖丙。若將溫度提高5，請在圖丙中繪出相，請在圖丙中繪出相應(yīng)變化曲線應(yīng)變化曲線。專一性青霉素能與這些酶的活性位點結(jié)合青霉素能與這些酶的活性位點結(jié)合(或酶活性位點被封閉或酶活性位點被封閉)，使細(xì)菌合成細(xì)胞壁的底物與酶活性位點結(jié)合的機(jī)會下降，使細(xì)菌合成細(xì)胞壁的底物與酶活性位點結(jié)合的機(jī)會下降競爭性競爭性底物濃度越高，底物與酶活

18、性位點結(jié)合的機(jī)會越大，競爭性抑制劑與酶活性位點結(jié)合的機(jī)會越小底物濃度越高，底物與酶活性位點結(jié)合的機(jī)會越大，競爭性抑制劑與酶活性位點結(jié)合的機(jī)會越小 (2009(2009全國卷全國卷)請用所給的實驗材料和請用所給的實驗材料和用具用具，設(shè)計實驗來驗證哺乳動物的蔗糖酶和淀，設(shè)計實驗來驗證哺乳動物的蔗糖酶和淀粉酶的粉酶的催化作用催化作用具有專一性，要求完成實驗設(shè)計、補(bǔ)充實驗步驟、具有專一性，要求完成實驗設(shè)計、補(bǔ)充實驗步驟、預(yù)測實驗預(yù)測實驗結(jié)果、得出結(jié)結(jié)果、得出結(jié)論，并回答問題論，并回答問題。實驗。實驗材料與用具：適宜濃度的蔗糖酶、唾液淀粉酶材料與用具：適宜濃度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、蔗糖、淀粉、淀粉

19、4 4種溶種溶液，斐林試劑、試管、液，斐林試劑、試管、3737恒溫水浴鍋、恒溫水浴鍋、沸水浴鍋。沸水浴鍋。(1)若若“”代表加入適量的溶液，代表加入適量的溶液，“”代表不加溶液代表不加溶液，甲，甲、乙等代表試管標(biāo)號、乙等代表試管標(biāo)號，請請用這些符號完成下表實驗設(shè)計用這些符號完成下表實驗設(shè)計。 溶液溶液試管試管 蔗糖蔗糖溶液溶液淀粉淀粉溶液溶液蔗糖酶蔗糖酶溶液溶液唾液淀粉唾液淀粉酶溶液酶溶液甲甲乙丙丁(2)實驗步驟：實驗步驟： 按照上表中的設(shè)計，取試管、加按照上表中的設(shè)計，取試管、加溶液溶液 (3)結(jié)果預(yù)測：結(jié)果預(yù)測： 。 (4)結(jié)論：結(jié)論： 。 (5)在上述實驗中，如果僅將在上述實驗中，如果僅

20、將37恒溫水浴鍋的溫度調(diào)到恒溫水浴鍋的溫度調(diào)到20，而在其他條件不變的情況下重做上述實驗，出現(xiàn)磚紅色試管中的而在其他條件不變的情況下重做上述實驗，出現(xiàn)磚紅色試管中的顏色會比顏色會比37時的淺，其原因是時的淺，其原因是 ?；靹颍?7恒溫水浴一段時間。取出試管，分別加入適量的斐林試劑，混勻，沸水水浴一段時間。觀察實驗現(xiàn)象并記錄實驗結(jié)果。含有蔗糖和蔗糖酶溶液的試管，以及含淀粉和淀粉酶溶液含有蔗糖和蔗糖酶溶液的試管，以及含淀粉和淀粉酶溶液的試管中出現(xiàn)磚紅色沉淀，其他試管中不出現(xiàn)磚紅色沉淀的試管中出現(xiàn)磚紅色沉淀，其他試管中不出現(xiàn)磚紅色沉淀酶的催化作用具有專一性酶的催化作用具有專一性20低于酶的最適溫度，酶活性低，水解產(chǎn)生的還原糖少低于酶的最適溫度，酶活性低，水解產(chǎn)生的還原糖少(2009(2009全國卷全國卷)已知已知2H2O2 = 2H2O2H2O2 = 2H2OO2O2，可以通過，可以通過觀察觀察反應(yīng)過程中反應(yīng)過程中O2O2的生成速度的生成速度( (即氣泡從溶液中釋放的速度即氣泡從溶液中釋放的速度) )來來判斷判斷H2O2H2O2分解反應(yīng)的速度。請用所給的實驗材料和分解反應(yīng)的速度。請用所給的實驗材料和用具用具設(shè)設(shè)計實驗，使其能同時驗證過氧化氫酶具有計實驗，使其能同時驗證過氧化氫酶