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

學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)

1.通過(guò)探究酶化學(xué)本質(zhì)和特性的實(shí)

1.說(shuō)明酶的作用、本質(zhì)和特性。

驗(yàn)，養(yǎng)成歸納和演繹的科學(xué)思維方式。

2.說(shuō)明溫度和pH對(duì)酶活性的影響。

2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究溫度、酸堿度對(duì)酶促

3.在探究實(shí)驗(yàn)中，學(xué)會(huì)控制自變量以

反應(yīng)的速率的影響，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和

及設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)和重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的能力。

課前自主學(xué)習(xí)自主預(yù)習(xí)。探新知必備知識(shí)感知

一、酶在細(xì)胞代謝中的作用

1.細(xì)胞代謝

⑴概念：細(xì)胞中每時(shí)每刻都進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng),統(tǒng)稱(chēng)為細(xì)胞代謝。

⑵細(xì)胞代謝的條件：需酶的催化。

(3)意義：細(xì)胞代謝是細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。

2.比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解實(shí)驗(yàn)

(1)實(shí)驗(yàn)原理

水浴加熱

2H2。2------------------------------------------?2H2。+€>2

或FeCb溶液或過(guò)氧化氫酶

⑵實(shí)驗(yàn)過(guò)程和現(xiàn)象

試管編號(hào)試劑處理現(xiàn)象

12mLH2O2溶液常溫幾乎無(wú)氣泡產(chǎn)生

22mLH2€>2溶液90℃水浴加熱有較少氣泡

32mLH2O2溶液3.5%FeCb溶液2滴有較多氣泡

42mLH2O2溶液新鮮肝臟研磨液2滴有大量氣泡

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：酶具有催化作用,同無(wú)機(jī)催化劑相比，酶的催化效率更高。

(4)實(shí)驗(yàn)中變量的控制

①自變量：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中人為改變的變量。如本實(shí)驗(yàn)中氯化鐵溶液和肝臟研

磨液等。

②因變量：隨自變量變化而變化的變量。如本實(shí)驗(yàn)中H2O2分解速率。

③無(wú)關(guān)變量：除自變量外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還存在的一些對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響的

可變因素,如肝臟的新鮮程度等。

(5)對(duì)照實(shí)驗(yàn)

①含義：除了一個(gè)因素以外，其余因素都保持不變的實(shí)驗(yàn)。

②原則：除了要觀察的變量外,其他變量都應(yīng)始終保持相同。

3.酶的作用原理

(1)活化能：分子從賞態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量。

(2)原理：酶降低活化能的作用更顯著。

(3)意義：使細(xì)胞代謝能在溫和條件下快速進(jìn)行。

二'酶的本質(zhì)及特性

1.酶的本質(zhì)

'產(chǎn)生場(chǎng)所：活細(xì)胞

＜生理作用：催化作用

、化學(xué)本質(zhì)：蛋白質(zhì)或RNA

2.酶的特性［連線(xiàn)］

W原因

①高效性a.高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿使酶失活

②專(zhuān)一性b.酶降低活化能的作用更顯著

③作用條件較溫和c.一種酶只能催化一種或一類(lèi)化學(xué)反應(yīng)

提示：①一b②一c③一a

3.溫度和pH對(duì)酶活性的影響

(1)低溫時(shí)，酶活性很低，但酶的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

⑵最適溫度或pH,酶的活性最高。

(3)高溫、過(guò)酸或過(guò)堿時(shí)，酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，酶永久失活。

「三基礎(chǔ)診

1.酶在生物體內(nèi)有催化和調(diào)節(jié)作用。)

2.酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的蛋白質(zhì)。（）

3.有些酶中含有核糖。（）

4.有些酶在體外可以發(fā)揮作用。（）

5.酶催化作用能提高化學(xué)反應(yīng)的活化能，使化學(xué)反應(yīng)順利進(jìn)行。

（）

6.pH過(guò)高或過(guò)低都會(huì)改變酶的空間結(jié)構(gòu)。（）

7.在溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，酶均能失去活性。（）

8.溫度、pH主要通過(guò)影響酶活性來(lái)影響酶促反應(yīng)速率。

（）

提示：1.義酶在生物體內(nèi)有催化作用，沒(méi)有調(diào)節(jié)作用。

2.X有些酶是RNAo

3.V

4.V

5.X酶催化作用的原理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。

6.V

7.X溫度過(guò)低時(shí)，酶的活性被抑制，但酶不失活。

8.V

重難問(wèn)題解惑合作探究。攻重難學(xué)科素養(yǎng)形成

W究點(diǎn)”酶的作用和本質(zhì)

［問(wèn)題探究］

1.在“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”的四組實(shí)驗(yàn)中，哪一組為對(duì)照

組？滴加過(guò)肝臟研磨液的滴管可否再去滴加FeCb溶液？

提示：第1組。不能。否則少量的過(guò)氧化氫酶帶到滴加FeCh溶液的實(shí)驗(yàn)組中，

干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.加熱和無(wú)機(jī)催化劑都可降低化學(xué)反應(yīng)的活化能嗎？

提示：加熱只能提高反應(yīng)速率，無(wú)機(jī)催化劑可降低活化能。

3.甲、乙兩種酶用同一種蛋白酶處理，酶活性與處理時(shí)間的關(guān)系如下圖所示,

請(qǐng)思考:

(1)甲、乙兩種酶的化學(xué)本質(zhì)是否相同？

提示：觀察曲線(xiàn)圖可知，甲酶的活性始終保持不變，表明甲酶能抵抗該種蛋

白酶的降解，則甲酶的化學(xué)本質(zhì)不是蛋白質(zhì)而是RNA,乙酶能被蛋白酶破壞，活

性降低，則乙酶為蛋白質(zhì)。

(2)乙酶活性改變的機(jī)制是什么？

提示：乙酶被降解的過(guò)程中其分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，從而使其活性喪失。

「歸納總結(jié)1

L酶本質(zhì)的探索

巴斯德之前

2.酶的本質(zhì)和作用原理

(1)酶的本質(zhì)

化學(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)少數(shù)是RNA

合成原料氨基酸核糖核甘酸

合成場(chǎng)所核糖體細(xì)胞核(主要)

來(lái)源一般活細(xì)胞中，均能產(chǎn)生

生理功能具有生物催化功能

(2)酶的作用機(jī)理

酶和其他催化劑均能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，分析如下:

。反應(yīng)過(guò)程

①圖中ac和be段分別表示無(wú)催化劑催化和有酶催化時(shí)反應(yīng)進(jìn)行所需要的活

化能。

②若將酶變?yōu)闊o(wú)機(jī)催化劑，則力在縱軸上向上移動(dòng)。用加熱的方法不能降低

活化能，但會(huì)提供能量。

易錯(cuò)提醒：有關(guān)酶的四個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)

(1)酶并不都是蛋白質(zhì)，有的酶是RNA。

(2)酶不僅在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，在細(xì)胞外和體外都可以發(fā)揮作用。

(3)酶作用的實(shí)質(zhì)是降低了化學(xué)反應(yīng)的活化能，不是提供能量。

(4)酶并不是具有分泌功能的細(xì)胞才能產(chǎn)生，活細(xì)胞都能產(chǎn)生酶。

對(duì)成■回■

1.下列關(guān)于酶的敘述中正確的是()

A.酶能調(diào)節(jié)生物體的生命活動(dòng)

B.一般說(shuō)來(lái)，活細(xì)胞都能產(chǎn)生酶

C.酶都是在核糖體上合成的

D.所有的酶與雙縮服試劑發(fā)生作用，都可產(chǎn)生紫色反應(yīng)

B［本題考查的是酶的產(chǎn)生、化學(xué)本質(zhì)和作用。酶具有催化作用，不能調(diào)節(jié)

生物體的生命活動(dòng)；酶由活細(xì)胞產(chǎn)生；酶絕大部分是蛋白質(zhì)，在核糖體上合成，

可與雙縮腺試劑發(fā)生紫色反應(yīng)，少部分是RNA,不是在核糖體上合成，不能與雙

縮腺試劑反應(yīng)呈紫色。］

2.下圖為酶的作用模型，識(shí)圖并結(jié)合有關(guān)知識(shí)判斷下列敘述有誤的是()

沒(méi)有酶催化

有晦催化

反應(yīng)過(guò)程

A.無(wú)酶催化時(shí)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所需的活化能較高

B.酶起作用的部位是細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外

C.酶的基本組成單位是氨基酸或核糖核甘酸

D.圖中的a指發(fā)生化學(xué)反應(yīng)需提供的能量

D［圖示的a是有酶催化時(shí)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)降低的活化能。］

挈究點(diǎn)”酶的特性及相關(guān)曲線(xiàn)分析

［問(wèn)題探究］

1.許多加酶洗衣粉標(biāo)有“請(qǐng)勿用60C以上的熱水，以免洗衣粉失效”。你

能說(shuō)出其中的理論依據(jù)嗎？

提示：溫度過(guò)高會(huì)影響酶的活性，甚至酶會(huì)因高溫變性而失活。

2.過(guò)酸、過(guò)堿、高溫、低溫對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響一樣嗎？

提示：不一樣，過(guò)酸、過(guò)堿、高溫都會(huì)使酶變性失活，而低溫只是抑制酶的

活性，酶分子結(jié)構(gòu)未被破壞，溫度升高可恢復(fù)活性。

3.從蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)方面分析，在過(guò)酸、過(guò)堿或溫度過(guò)高的條件下，酶

為什么會(huì)失活？該如何保存酶？

提示：過(guò)酸、過(guò)堿和高溫使蛋白質(zhì)變性失活，應(yīng)在低溫和適宜pH下保存酶。

［歸納總結(jié)1

1.表示酶高效性的曲線(xiàn)(圖1)

生

成

卻

物W

的

速r------酶A

量5

率匕_,酶B味加酶)

O

1234,

A反應(yīng)物濃度

反應(yīng)時(shí)間

圖1圖2

(1)與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶的催化效率更高。

(2)催化劑只會(huì)縮短達(dá)到化學(xué)平衡所需的時(shí)間，不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)。

2.表示酶專(zhuān)一性的曲線(xiàn)(圖2)

(1)在A反應(yīng)物中加入酶A,反應(yīng)速率較未加酶時(shí)明顯加快，說(shuō)明酶A催化A

反應(yīng)物的反應(yīng)。

(2)在A反應(yīng)物中加入酶B,反應(yīng)速率和未加酶時(shí)相同，說(shuō)明酶B不催化A反

應(yīng)物的反應(yīng)。

3.底物濃度和酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響

酶

施

促

促

反

反

應(yīng)

應(yīng)

速

速

率

率O

悔濃度

甲乙(在底物充足情況下)

(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

加而加快，但當(dāng)?shù)孜镞_(dá)到一定濃度后，受酶數(shù)量和酶活性限制，酶促反應(yīng)速率不

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。

4.溫度、pH對(duì)酶活性的影響

酶

的

活胃蛋白醉/\儂白醒

性

01234567891011121314pH

(1)圖a說(shuō)明：①在最適pH時(shí)，酶的催化作用最強(qiáng)，高于或低于最適pH,酶

的催化作用將減弱。

②過(guò)酸、過(guò)堿都會(huì)使酶失活。

③不同的酶最適pH不同。

(2)圖b說(shuō)明：①在一定溫度范圍內(nèi)，隨溫度的升高，酶的催化作用增強(qiáng)，超

過(guò)這一范圍酶催化作用將減弱。

②低溫只會(huì)抑制酶的活性，而高溫會(huì)使酶失活。

(3)圖c說(shuō)明：反應(yīng)溶液中酸堿度的變化不影響酶作用的最適溫度。

易錯(cuò)提醒：(1)適量增加酶的濃度會(huì)提高反應(yīng)速率，但生成物的量不會(huì)增加;

若適當(dāng)增加反應(yīng)物的濃度，提高反應(yīng)速率的同時(shí)生成物的量會(huì)增加。

（2）不同因素影響酶促反應(yīng)速率的本質(zhì)不同。

①溫度和pH是通過(guò)影響酶的活性而影響酶促反應(yīng)速率的。

②底物濃度和酶濃度是通過(guò)影響酶與底物的接觸而影響酶促反應(yīng)速率的，并

不影響酶的活性。

頷b對(duì)糜練利?

1.下圖表示酶活性與溫度的關(guān)系。下列敘述中正確的是（）

A.當(dāng)反應(yīng)溫度由打調(diào)到最適溫度時(shí)，酶活性下降

B.當(dāng)反應(yīng)溫度由力調(diào)到最適溫度時(shí)，酶活性上升

C.酶活性在時(shí)比人時(shí)高，故歷時(shí)更適合酶的保存

D.酶活性在人時(shí)比會(huì)時(shí)低，表明A時(shí)酶的空間結(jié)構(gòu)破壞更嚴(yán)重

B［由圖可知，在一定溫度范圍內(nèi)，隨溫度的升高酶活性增強(qiáng)，〃屬于此區(qū)間；

超過(guò)適宜溫度后，酶活性隨溫度升高而下降，/2屬于此區(qū)間。在高溫沒(méi)有使酶失活

的范圍內(nèi)，酶活性可隨溫度的變化而變化，只有較高的溫度才能破壞酶的空間結(jié)

構(gòu)。］

2.如圖所示在不同條件下的酶促反應(yīng)速率變化曲線(xiàn)，據(jù)圖分析下列敘述錯(cuò)誤

反

應(yīng)￡

速

率

25

u底物濃度

A.影響AB段反應(yīng)速率的主要因素是底物濃度

B.影響B(tài)C段反應(yīng)速率的主要限制因素可能是酶量

C.溫度導(dǎo)致了曲線(xiàn)I和H的反應(yīng)速率不同

D.曲線(xiàn)I顯示，該酶促反應(yīng)的最適溫度為37C

D［圖中有溫度和底物濃度兩個(gè)影響反應(yīng)速率的因素。曲線(xiàn)I在達(dá)到飽和點(diǎn)

前（AB段）限制因素是橫坐標(biāo)表示的因素—底物濃度。達(dá)到飽和點(diǎn)后的限制因素

是底物濃度以外的因素，如溫度、酶的數(shù)量等。曲線(xiàn)I和II的反應(yīng)速率不同是由

溫度不同造成的。曲線(xiàn)I表示的溫度僅比另外兩種溫度更適宜，但不一定是最適

溫度。］

-技法總結(jié)：。)在分析溫度和pH對(duì)酶活性影響的曲線(xiàn)時(shí)，要借助數(shù)學(xué)中分段

函數(shù)的思想，分段描述，即以最適溫度(pH)為界限進(jìn)行表述。

(2)在解答此類(lèi)問(wèn)題時(shí)，要特別關(guān)注縱坐標(biāo)表示的是酶促反應(yīng)速率，還是生成

物的量。

2究點(diǎn)多7探究影響酶活性的條件

［問(wèn)題探究］

1.可否用過(guò)氧化氫酶探究溫度對(duì)酶活性的影響？可否用淀粉酶探究pH對(duì)酶

活性的影響？為什么？

提示：過(guò)氧化氫酶催化的底物是H2O2,H2O2在高溫時(shí)分解。強(qiáng)酸能催化淀

粉水解。這樣實(shí)驗(yàn)中就存在兩個(gè)變量，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果受到干擾。

2.在探究溫度對(duì)淀粉酶活性的影響的實(shí)驗(yàn)中，能否用斐林試劑來(lái)檢測(cè)？

提示：不能。因?yàn)殪沉衷噭┡c還原糖只有在加熱的條件下才有痔紅色沉淀生

成，而該實(shí)驗(yàn)需嚴(yán)格控制不同的溫度。

「歸納總結(jié)1

1.實(shí)驗(yàn)原理

(1)酶活性：酶對(duì)化學(xué)反應(yīng)的催化效率。

(2)淀粉水解

①淀粉檢測(cè)：加入碘液，溶液變藍(lán)色。

②淀粉酶可催化淀粉水解。

③酸性、堿性環(huán)境可以使部分淀粉水解。

⑶H2O2分解

①H2O2可分解為H2O和02。

②H2O2可在H2O2酶的催化作用下快速分解。

③常溫下H2O2易分解，高溫可以使H2O2分解加快。

2.實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與預(yù)期結(jié)果

比較項(xiàng)目探究溫度對(duì)酶活性的影響探究pH對(duì)酶活性的影響

實(shí)驗(yàn)材料淀粉溶液、淀粉酶溶液H2O2溶液、H2O2酶溶液

無(wú)關(guān)反應(yīng)物與酶的量、溶液pH等反應(yīng)物與酶的量、溫度等應(yīng)適

變

變量應(yīng)適宜且相等宜且相等

量

先將反應(yīng)物溶液與酶溶液在各

控自變先將反應(yīng)物溶液與酶溶液分別

梯度溫度下分別保溫，然后混

制量調(diào)至各梯度pH,然后混合

合

因變翟匚檢測(cè)滴加碘液，觀察溶液顏色變化觀察氣泡產(chǎn)生的快慢

預(yù)期結(jié)果酶活性較低時(shí)，溶液變?yōu)樗{(lán)色酶活性較低時(shí)，氣泡產(chǎn)生較慢

特別提醒：酶相關(guān)實(shí)驗(yàn)探究的“宜”與“不宜”

(1)若選擇淀粉和淀粉酶探究酶的最適溫度，檢測(cè)底物被分解的試劑“宜”選

用碘液，“不宜”選用斐林試劑，因?yàn)橛渺沉衷噭╄b定時(shí)需水浴加熱，而該實(shí)驗(yàn)

中需嚴(yán)格控制溫度。

(2)在探究酶的適宜溫度的實(shí)驗(yàn)中，“不宜”選擇過(guò)氧化氫(H2O2)和過(guò)氧化氫

酶作實(shí)驗(yàn)材料，因?yàn)檫^(guò)氧化氫(H2O2)在常溫常壓時(shí)就能分解，加熱的條件下分解

會(huì)加快，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

(3)在探究pH對(duì)酶活性影響時(shí)，“宜”保證酶的最適溫度(排除溫度干擾)，且

將酶溶液的pH調(diào)至實(shí)驗(yàn)要求的pH后再讓反應(yīng)物與底物接觸，“不宜”在未達(dá)到

預(yù)設(shè)pH前，讓反應(yīng)物與酶接觸。

頷b對(duì)底練珈

甲、乙兩位同學(xué)圍繞酶的特性進(jìn)行了如下探究實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)你運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，指

出三位同學(xué)實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題，并提出修正方案。

(1)甲同學(xué)探究pH對(duì)酶活性的影響。①取12支試管并編號(hào)為1?12,分別加

入一個(gè)體積為0.3cm3的蛋白塊，調(diào)節(jié)各試管的pH分別為1?12。②同時(shí)向12支

試管內(nèi)各加入相應(yīng)pH的等量的胰蛋白酶。③均放入盛有冰水的大燒杯內(nèi)一段時(shí)

間。④觀察并記錄各試管中蛋白塊消失的時(shí)間。

存在問(wèn)題：O

修正方案：O

（2）乙同學(xué)探究溫度對(duì)酶活性的影響：①取6支試管并編號(hào)為A、Ai、B、Bi、

C、Cio在試管A、B、C中都加入等量的淀粉溶液，在試管Ai、Bi、Ci中都加

入等量且適量的淀粉酶溶液。②將試管A、Ai放入60℃水中，將試管B、Bi放入

100℃水中，將試管C、Ci放入冰水中，維持5min。③分別將等量且適量的淀粉

酶溶液注入相同溫度下的淀粉溶液中，搖勻后，在相應(yīng)溫度下維持5min。④取出

試管，用斐林試劑檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

存在問(wèn)題：。

修正方案：o

［解析］（1）探究pH對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)中，自變量是不同的pH,溫度是無(wú)

關(guān)變量，無(wú)關(guān)變量在各組應(yīng)保持相同且適宜，避免對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。由于實(shí)驗(yàn)

所用的酶是胰蛋白酶，因此該實(shí)驗(yàn)應(yīng)把12支試管放入37℃的水浴中保溫相同時(shí)

間，該溫度是酶的最適溫度。（2）使用斐林試劑檢測(cè)時(shí)要水浴加熱處理，會(huì)改變實(shí)

驗(yàn)中的自變量溫度，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，尤其是冰水組，酶并未失活，在加熱

過(guò)程中活性會(huì)逐漸增強(qiáng)，從而使底物分解。因此可改用碘液檢測(cè)，再根據(jù)顏色深

淺，判斷底物的分解程度。

［答案］⑴無(wú)關(guān)變量（或溫度）不適宜應(yīng)把12支試管放入37C的水浴中保溫

相同時(shí)間（2）檢測(cè)結(jié)果的試劑不合適應(yīng)該是取出試管，各加入等量的碘液

［課堂小結(jié)］

知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)