《二 酶的特性》知識(shí)清單

《二酶的特性》知識(shí)清單一、引入：面包店的故事咱們先來(lái)講個(gè)有趣的事兒。我家附近有個(gè)面包店，每次路過(guò)都能聞到香噴噴的面包味。面包之所以能變得松軟可口，這里面可就有酶的功勞啦。面包師在制作面包的時(shí)候，會(huì)用到酵母，酵母里含有酶。這酶就像一個(gè)個(gè)小小的魔法師，悄無(wú)聲息地改變著面團(tuán)的性質(zhì)，讓它膨脹起來(lái)。這就是我們要學(xué)習(xí)的酶的特性在生活中的一個(gè)小例子。二、酶的特性概述1、高效性定義：酶的催化效率比無(wú)機(jī)催化劑要高得多。舉例：就像我們?cè)诨瘜W(xué)課上做的實(shí)驗(yàn)，過(guò)氧化氫分解。如果沒(méi)有催化劑，過(guò)氧化氫分解得很慢。要是加了無(wú)機(jī)催化劑（如氯化鐵），分解速度會(huì)加快一些。但是如果加入了過(guò)氧化氫酶，那分解速度就超級(jí)快了。在面包店的例子里，酵母里的酶能快速地讓面團(tuán)發(fā)生各種反應(yīng)，比如果糖發(fā)酵等反應(yīng)，如果靠普通的化學(xué)反應(yīng)，那可就慢得多了，可能我們等一天也吃不上松軟的面包。解釋：酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的作用更顯著。活化能就像是一個(gè)門檻，化學(xué)反應(yīng)要進(jìn)行就得跨過(guò)這個(gè)門檻。酶就像給反應(yīng)物開了個(gè)特快通道，讓它們更容易跨過(guò)這個(gè)門檻，所以反應(yīng)就快很多。2、專一性定義：一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。舉例：我有一次去醫(yī)院做檢查，看到醫(yī)生給糖尿病患者檢測(cè)血糖。人體中分解葡萄糖的是葡萄糖氧化酶，它只能作用于葡萄糖，不能去分解其他的糖類。這就像一把鑰匙開一把鎖，葡萄糖是那把鎖，葡萄糖氧化酶就是對(duì)應(yīng)的鑰匙。在面包店呢，酵母里的淀粉酶只能分解淀粉，把淀粉變成麥芽糖等糖類，它不能去分解蛋白質(zhì)或者脂肪，各司其職。解釋：酶的活性中心就像是那把鑰匙的齒，只有和特定的底物（被催化的物質(zhì)）形狀相匹配，才能發(fā)生催化作用。底物就像鎖眼，得對(duì)上號(hào)才能起作用。3、作用條件較溫和溫度適宜溫度：不同的酶有不同的最適溫度。一般來(lái)說(shuō)，動(dòng)物體內(nèi)的酶最適溫度在3540℃之間，植物體內(nèi)的酶最適溫度在4050℃之間。舉例：我們知道魚生活在水里，它體內(nèi)的酶在正常水溫下能很好地工作。要是把魚從水里撈出來(lái)，放在高溫或者低溫環(huán)境下，魚很快就會(huì)死掉。因?yàn)轸~體內(nèi)的酶在這種不適宜的溫度下，催化效率大大降低，生理機(jī)能就紊亂了。在面包店，酵母發(fā)酵的時(shí)候也需要合適的溫度，如果溫度太低，酵母里的酶活性低，面團(tuán)發(fā)酵就很慢；溫度太高，酶可能就失活了，面團(tuán)就發(fā)不起來(lái)了。解釋：溫度過(guò)高，會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，就像把一個(gè)精心搭建的積木城堡給推倒了，酶就失去活性了；溫度過(guò)低，酶的活性會(huì)降低，就像人在寒冷的時(shí)候行動(dòng)遲緩一樣。pH適宜pH：不同的酶有不同的最適pH。比如胃蛋白酶的最適pH是1.52.2，這是因?yàn)槲咐锸撬嵝原h(huán)境；而胰蛋白酶的最適pH是78。舉例：我曾經(jīng)腸胃不舒服，醫(yī)生說(shuō)可能是胃酸分泌不正常影響了胃蛋白酶的活性。胃里的pH如果偏離了胃蛋白酶的最適pH，它就不能很好地分解蛋白質(zhì)了。就像面包店在制作一些特殊面包時(shí)，如果水質(zhì)的pH不合適，可能會(huì)影響酵母里某些酶的活性，進(jìn)而影響面包的口感和發(fā)酵效果。解釋：pH過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)影響酶分子中某些基團(tuán)的解離狀態(tài)，從而影響酶的活性中心與底物的結(jié)合，就像把鑰匙的齒給弄變形了，就很難插進(jìn)鎖眼了。三、酶特性相關(guān)的實(shí)驗(yàn)1、驗(yàn)證酶的高效性實(shí)驗(yàn)原理：通過(guò)比較酶和無(wú)機(jī)催化劑對(duì)同一化學(xué)反應(yīng)的催化速率來(lái)驗(yàn)證酶的高效性。實(shí)驗(yàn)材料：新鮮的豬肝（含有過(guò)氧化氫酶）、氯化鐵溶液、過(guò)氧化氫溶液、試管、滴管等。實(shí)驗(yàn)步驟：取兩支潔凈的試管，分別標(biāo)記為A和B。在A試管中加入2mL過(guò)氧化氫溶液，然后加入少許新鮮豬肝研磨液；在B試管中加入2mL過(guò)氧化氫溶液，再加入幾滴氯化鐵溶液。觀察兩支試管中產(chǎn)生氣泡的速率。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：A試管中產(chǎn)生氣泡的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于B試管。結(jié)論：酶具有高效性。注意事項(xiàng)：豬肝要新鮮，因?yàn)槊溉绻胖脮r(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能會(huì)失活。實(shí)驗(yàn)中使用的各種試劑的量要準(zhǔn)確，這樣才能保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。2、驗(yàn)證酶的專一性實(shí)驗(yàn)原理：利用一種酶只能催化一種或一類底物的特性，用不同的底物與酶反應(yīng)，觀察反應(yīng)情況。實(shí)驗(yàn)材料：淀粉酶溶液、蔗糖酶溶液、淀粉溶液、蔗糖溶液、斐林試劑、試管、酒精燈等。實(shí)驗(yàn)步驟：取四支潔凈的試管，分別標(biāo)記為1、2、3、4。在1號(hào)試管中加入2mL淀粉溶液和1mL淀粉酶溶液；在2號(hào)試管中加入2mL蔗糖溶液和1mL淀粉酶溶液；在3號(hào)試管中加入2mL淀粉溶液和1mL蔗糖酶溶液；在4號(hào)試管中加入2mL蔗糖溶液和1mL蔗糖酶溶液。將四支試管放在適宜溫度下反應(yīng)一段時(shí)間。然后向四支試管中分別加入斐林試劑，搖勻后放入盛有開水的大燒杯中水浴加熱。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：1號(hào)試管中出現(xiàn)磚紅色沉淀，2、3號(hào)試管中沒(méi)有磚紅色沉淀，4號(hào)試管中出現(xiàn)磚紅色沉淀。結(jié)論：淀粉酶只能催化淀粉水解，蔗糖酶只能催化蔗糖水解，證明了酶的專一性。注意事項(xiàng)：斐林試劑要現(xiàn)配現(xiàn)用。水浴加熱的溫度和時(shí)間要控制好，這樣才能準(zhǔn)確觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。3、探究溫度對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)原理：不同溫度下酶的活性不同，通過(guò)檢測(cè)底物的分解情況來(lái)判斷酶的活性。實(shí)驗(yàn)材料：淀粉酶溶液、淀粉溶液、碘液、試管、溫度計(jì)、恒溫水浴鍋等。實(shí)驗(yàn)步驟：取三支潔凈的試管，分別標(biāo)記為A、B、C。在三支試管中分別加入2mL淀粉溶液。將A試管放入0℃的冰水中，B試管放入60℃的恒溫水浴鍋中，C試管放入100℃的沸水中，分別保溫5分鐘。然后向三支試管中分別加入1mL淀粉酶溶液，繼續(xù)在各自溫度下保溫5分鐘。最后向三支試管中分別加入幾滴碘液，觀察溶液顏色的變化。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：A試管中溶液變藍(lán)，說(shuō)明淀粉沒(méi)有被完全分解；B試管中溶液不變藍(lán)，說(shuō)明淀粉被完全分解；C試管中溶液變藍(lán)，說(shuō)明淀粉沒(méi)有被完全分解。結(jié)論：淀粉酶在60℃左右活性最高，溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響酶的活性。注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要控制好各個(gè)試管的溫度，避免溫度波動(dòng)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。加入淀粉酶溶液后要迅速攪拌，使酶和底物充分接觸。4、探究pH對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)原理：不同pH下酶的活性不同，通過(guò)檢測(cè)底物的分解情況來(lái)判斷酶的活性。實(shí)驗(yàn)材料：過(guò)氧化氫酶溶液、過(guò)氧化氫溶液、不同pH的緩沖溶液（如pH＝5、pH＝7、pH＝9）、試管、滴管等。實(shí)驗(yàn)步驟：取三支潔凈的試管，分別標(biāo)記為X、Y、Z。在三支試管中分別加入2mL過(guò)氧化氫溶液。在X試管中加入1mLpH＝5的緩沖溶液和1mL過(guò)氧化氫酶溶液；在Y試管中加入1mLpH＝7的緩沖溶液和1mL過(guò)氧化氫酶溶液；在Z試管中加入1mLpH＝9的緩沖溶液和1mL過(guò)氧化氫酶溶液。觀察三支試管中產(chǎn)生氣泡的速率。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：Y試管中產(chǎn)生氣泡的速率最快，X和Z試管中產(chǎn)生氣泡的速率較慢。結(jié)論：過(guò)氧化氫酶在pH＝7左右活性最高，pH過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響酶的活性。注意事項(xiàng)：緩沖溶液的pH要準(zhǔn)確配置。實(shí)驗(yàn)中要注意觀察氣泡產(chǎn)生的速率，避免主觀誤差。四、酶特性在生活中的應(yīng)用1、在食品工業(yè)中的應(yīng)用前面提到的面包制作中，酵母中的酶發(fā)揮著重要作用。還有在釀造啤酒的時(shí)候，麥芽中含有的淀粉酶將淀粉分解為麥芽糖，然后酵母菌中的酶再將麥芽糖發(fā)酵成酒精。在制作酸奶的時(shí)候，乳酸菌中的酶將牛奶中的乳糖分解為乳酸，使牛奶變成酸奶。2、在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用許多藥物的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)用到酶。比如抗生素的生產(chǎn)，有些微生物產(chǎn)生的酶可以催化合成抗生素。還有在治療消化不良的時(shí)候，會(huì)給患者服用一些含有消化酶的藥物，像含有淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶的多酶片，幫助人體分解食物中的淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪。3、在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用某些酶可以分解環(huán)境中的污染物。例如，一些細(xì)菌產(chǎn)生的酶可以分解石油中的某些成分，在治理石油污染方面有一定的作用。還有些酶可以分解有機(jī)廢物，將其轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。五、酶特性相關(guān)的典型問(wèn)題1、酶的高效性與反應(yīng)速率的關(guān)系問(wèn)題：酶的高效性是不是意味著反應(yīng)速率是無(wú)限快的呢？答案：不是。雖然酶具有高效性，比無(wú)機(jī)催化劑的催化效率高很多，但它的反應(yīng)速率也受到多種因素的限制。比如底物的濃度，如果底物濃度很低，即使有酶的存在，反應(yīng)速率也不會(huì)很快，因?yàn)闆](méi)有足夠的底物供酶去催化。還有酶的濃度，如果酶的濃度很低，反應(yīng)速率也會(huì)受限，就像面包店中如果酵母的量很少，發(fā)酵的速度就會(huì)很慢，即使酵母里的酶活性很高。2、酶的專一性與生物進(jìn)化的關(guān)系問(wèn)題：酶的專一性對(duì)生物進(jìn)化有什么意義呢？答案：酶的專一性使得生物體內(nèi)的各種化學(xué)反應(yīng)能夠有條不紊地進(jìn)行。在生物進(jìn)化過(guò)程中，生物需要精確地控制各種代謝途徑。如果酶沒(méi)有專一性，就會(huì)亂套了。比如在細(xì)胞呼吸過(guò)程中，不同的步驟需要不同的酶來(lái)催化，如果這些酶沒(méi)有專一性，就可能導(dǎo)致能量產(chǎn)生紊亂，生物就無(wú)法正常生存和進(jìn)化。就像在一個(gè)工廠里，每個(gè)工人（相當(dāng)于酶）都有自己專門的工作（催化特定反應(yīng)），這樣整個(gè)工廠（生物體內(nèi)代謝）才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。3、溫度和pH對(duì)酶活性影響的綜合考慮問(wèn)題：在實(shí)際的生物體內(nèi)，溫度和pH對(duì)酶活性的影響是如何協(xié)同作用的呢？答案：在生物體內(nèi)，溫度和pH是相互關(guān)聯(lián)地影響酶活性的。例如人體的體溫相對(duì)穩(wěn)定在37℃左右，同時(shí)人體的各個(gè)器官和組織也有相對(duì)穩(wěn)定的pH環(huán)境。如果一個(gè)人生病發(fā)燒了，體溫升高，這時(shí)候不僅會(huì)因?yàn)闇囟绕x了酶的最適溫度而影響酶的活性，而且發(fā)燒可能還會(huì)引起體內(nèi)酸堿平衡失調(diào)，進(jìn)一步影響酶的活性。就像在面包店，如果空調(diào)壞了（溫度變化），同時(shí)水質(zhì)的酸堿度也發(fā)生變化，那對(duì)酵母里酶的活性影響就更大了，面包制作就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。六、酶特性相關(guān)的習(xí)題1、下列關(guān)于酶的高效性的說(shuō)法正確的是（）A.酶的高效性是指酶能催化所有的化學(xué)反應(yīng)B.酶的高效性是指酶的催化效率比無(wú)機(jī)催化劑高很多C.酶的高效性是因?yàn)槊改芴峁└嗟哪芰拷o反應(yīng)物D.酶的高效性是因?yàn)槊改苁狗磻?yīng)物的濃度增加答案：B。酶的高效性是指酶的催化效率比無(wú)機(jī)催化劑高很多，A選項(xiàng)錯(cuò)誤，酶只能催化特定的反應(yīng)；C選項(xiàng)錯(cuò)誤，酶不能提供能量給反應(yīng)物，而是降低反應(yīng)的活化能；D選項(xiàng)錯(cuò)誤，酶不能增加反應(yīng)物的濃度。2、在探究溫度對(duì)淀粉酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中，下列操作步驟正確的是（）A.先將淀粉酶和淀粉溶液混合，再分別在不同溫度下保溫B.先將淀粉酶溶液在不同溫度下保溫，再加入淀粉溶液C.先將淀粉溶液在不同溫度下保溫，再加入淀粉酶溶液D.直接將淀粉酶和淀粉溶液在不同溫度下同時(shí)保溫答案：C。在探究溫度對(duì)淀粉酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該先將淀粉溶液在不同溫度下保溫，達(dá)到設(shè)定溫度后再加入淀粉酶溶液，這樣可以準(zhǔn)確地探究溫度對(duì)酶活性的影響。A選項(xiàng)先混合再保溫，在達(dá)到設(shè)定溫度之前酶可能已經(jīng)開始催化反應(yīng)了；B選項(xiàng)先對(duì)酶溶液保溫，再加入淀粉溶液時(shí)可能會(huì)因?yàn)闇囟茸兓绊憣?shí)驗(yàn)結(jié)果；D選項(xiàng)直接同時(shí)保溫操作不規(guī)范。3、某酶在pH＝6時(shí)活性最高，將其放在pH＝8的溶液中一段時(shí)間后，再放回pH＝6的溶液中，該酶的活性（）A.不變B.降低C.升高D.先升高后降低答案：B。酶在pH＝8的溶液中放置一段時(shí)間后，其空間結(jié)構(gòu)可能已經(jīng)遭到破壞，當(dāng)再放回pH＝6的溶液中時(shí)，活性也不能恢復(fù)到原來(lái)的水平，所以活性會(huì)降低。4、一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)，這是因?yàn)椋ǎ〢.酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)B.酶的活性受溫度和pH影響C.酶的活性中心結(jié)構(gòu)具有特異性D.酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的答案：C。一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)是因?yàn)槊傅幕钚灾行慕Y(jié)構(gòu)具有特異性，就像鑰匙和鎖的關(guān)系，只有特定結(jié)構(gòu)的底物才能與酶的活性中心結(jié)合，A選項(xiàng)酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)與酶的專一性沒(méi)有直接關(guān)系；B選項(xiàng)溫度和pH影響酶的活性，但不是酶專一