1、名校名 推薦新陳代謝與酶【學習目標】 1知道酶的發(fā)現(xiàn)過程。 2理解酶的性質 ( 主要是高效性、專一性、酶需要適宜條件的特性 ) 。3用實驗探究酶的高效性、酶的專一性?！緦W習障礙】1理解障礙 (1) 如何理解酶與新陳代謝的關系？(2) 如何理解酶的高效性、專一性等特性？(3) 如何理解影響酶催化作用的因素？2解題障礙 (1) 用酶的作用特性去解釋和說明一些生物學現(xiàn)象。(2) 解影響酶的催化作用因素的圖表題。(3) 解有關的實驗設計題?！緦W習策略】1理解障礙的突破 (1) 用“結構與功能相統(tǒng)一”等觀點理解新陳代謝與酶的關系。生命系統(tǒng)既是一個需要維持穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)，又是一個瞬時就會發(fā)生一系列合成、分解的

2、運動著的系統(tǒng)，這是一個矛盾的統(tǒng)一體。新陳代謝中的各種化學反應是在溫度、酸堿度等相對穩(wěn)定的條件下進行的，這些化學反應不能在高溫、高壓、強酸、強堿等條件下進行，可是又要迅速、高效地進行反應，怎樣實現(xiàn)生命系統(tǒng)的這種功能？因此就必須有一種結構或物質存在，來行使其功能。這就是生物催化劑酶。生物體內的物質代謝過程是極其復雜的，如人體從外界攝取的營養(yǎng)物質經(jīng)過變化成為人體自身的組成物質，組成物質又經(jīng)過氧化分解成為代謝的最終產物而排出體外，這些過程中包含著許許多多的生物化學反應。據(jù)估計，人體細胞內發(fā)生化學反應的頻率約為幾百萬次 /min 。這么多的化學反應之所以能夠在平常的溫度、壓力下迅速順利地完成，完全是依靠

3、酶的催化作用。正因為這樣，生物體自我更新的速度是很快的。拿人體來說，體內血液中的紅細胞更新的速度通常為200 萬 /s 以上，大約60 d 左右全部紅細胞要更新一半；肝臟和血漿中的蛋白質，大約10 d 左右要更新一半；皮膚、肌肉等組織中的蛋白質，大約 150 d 左右要更新一半。人在一生 ( 按 60 年計算 ) 中與外界環(huán)境交換各種物質的數(shù)量，大約水為 50000 kg ，糖類為 10000 kg ，脂質為 1000 kg ，蛋白質為 1600 kg 。物質交換的總重量大約相當于人體重量的1200 倍，而實際上現(xiàn)在人類的壽命已經(jīng)大大超過60 歲了。所有這些復雜的代謝活動，只有在酶的參與下才能

4、在常溫、常壓的條件下迅速有序地進行。因此生物體的新陳代謝過程，實際上是由一系列酶所催化的化學反應所組成的反應網(wǎng)絡，這就是功能與結構的和諧統(tǒng)一。(2) 用“遷移法”來幫助理解酶的特性。酶是生物催化劑，因而它既有與一般催化劑相同的性質，也有與一般催化劑不同的特點。酶和一般催化劑的共同點是：第一，酶在催化反應加快進行時，在反應前后酶本身沒有數(shù)量和性質上的改變，因而很少量的酶就可催化大量的物質發(fā)生反應。第二，酶只能催化熱力學上允許進行的反應，而不能使本來不能進行的反應發(fā)生。第三，酶只能使反應加快達到平衡，而不能改變達到平衡時，反應物和產物的濃度。因此，酶既能加快正反應進行，也能加快逆反應進行。酶促反應

5、究竟朝哪個方向進行，取決于反應物和產物的濃度。酶與一般的催化劑相比又有其特點，最突出的是它的高效性和專一性。生物化學理論的遷移A用“酶的中間產物學說”來理解酶的高效性酶具有強大的催化能力，酶的催化能力遠遠超過化學催化劑。例如，碳酸酐酶能夠催化下面的反應：碳酸酐酶是目前已經(jīng)知道的催化反應速度最快的酶之一。每個碳酸酐酶分子催化CO2水合作用- 1 -名校名 推薦形成相同數(shù)量的 H2CO3的速度通常為 6105 個/s 。碳酸酐酶催化上述反應的速度比非酶催化的上述反應速度快 107 倍。如果沒有這種酶， CO2 從組織到血液，然后再通過肺泡呼出體外的過程只能以極其緩慢的速度進行，遠遠不能滿足生物體生

6、存的需要。酶具有這樣強大的催化能力，可以用酶的中間產物學說來解釋：酶在催化某一底物 ( 被酶催化的物質 ) 時，先與底物結合成一種不穩(wěn)定的中間產物，這種中間產物極為活潑，很容易發(fā)生化學反應而變成反應物，并且放出酶。按照中間產物學說，酶促反應( 需酶催化的反應) 可以寫成下式：B用“酶的誘導契合學說”來理解酶的專一性：酶具有高度的專一性，這就是說，一種酶只能作用于一種底物，或一類分子結構相似的底物，促使底物進行一定的化學反應，產生一定的反應產物。酶的這種高度的專一性，可以用“誘導契合學說”來解釋：酶對于它所作用的底物有著嚴格的選擇，酶和底物結合時，酶并不是事先就以一種與底物互補的形狀存在，而是在

7、受到誘導之后才形成互補的形狀。這種方式如同一只手伸進手套之后才誘導手套的形狀發(fā)生變化一樣。底物一旦結合上去，就能誘導酶蛋白的空間結構發(fā)生相應的變化，從而使酶和底物契合而形成酶底物絡合物，這就是科學家們普遍支持的“誘導契合學說”( 見下圖 ) 。底物的結構和酶的活動中心的結構的這種互補形狀，使酶只能與對應的化合物契合，從而排斥了那些形狀、大小不適合的化合物，這就是酶作用的專一性。 用來說明酶專一性催化作用的基本原理的學說還有“鎖和鑰匙學說” ，見本節(jié)教材復習題二圖示，在此不再贅述。(3) 用“內外因法”來理解酶的催化作用受溫度、 pH 影響的機理。唯物辯證法認為外因是變化的條件，內因是變化的根據(jù)

8、，外因通過內因而起作用。用此方法可以找出事物變化的根本原因。酶起催化作用所需條件雖然不象一般催化劑那樣苛刻，如要求高溫、高壓，但它還是需要一些特定的環(huán)境條件的。這些條件就是影響酶催化作用的外因，主要是溫度與pH；影響酶催化作用的內因是由酶本身的性質蛋白質所決定的。我們主要研究其外因。溫度：酶的催化效率又稱酶的活性或活力。酶促反應與普通的化學反應一樣，一般說來，環(huán)境溫度升高，酶的活性隨之提高，但不是無止境的。隨著溫度升高，酶的穩(wěn)定性也越來越低，表現(xiàn)為酶的活性急速喪失。某種酶在某一溫度下能表現(xiàn)出最大的活性，這個溫度稱為該種酶的最適溫度。就大多數(shù)酶來講，最適溫度在40左右，溫度繼續(xù)升高，酶的活性會顯

9、著下降，以致完全喪失催化能力。這是因為酶是一種蛋白質，蛋白質加溫到70 90就會變性沉淀，如雞蛋清在開水里一煮就凝固成白色固體一樣。各種酶能忍受高溫的限度不同，絕大多數(shù)酶在60 70的溶液中即受到很大破壞。酶的活性隨溫度變化的示意圖如下圖。 酸堿度 (pH) ：酸堿度對酶的催化作用有很大影響，主要體現(xiàn)在兩個方面：一是同一種酶在- 2 -名校名 推薦不同的 pH 下活性不同，如上圖。二是各種酶的最適pH 不同，過酸或過堿都會降低酶的活性。例如胃蛋白酶在酸性(pH1 5) 環(huán)境下活性最高，胰蛋白酶在微堿性(pH8) 環(huán)境下活性最高，大部分酶在中性環(huán)境下活性最高。 例 1 在酶法生產葡萄糖時，pH

10、先調到6，后調到45。這是因為最初以一種淀粉酶溶液為原料時，該酶的_ ，繼后以糖化酶繼續(xù)作用，該酶的_ 之故。解析：用“內外因法”解。各種酶的最適pH不同，據(jù)題意，催化淀粉最終水解成葡萄糖最先需要淀粉酶后需要糖化酶，pH 先調到 6，后調到4 5，可見這分別是兩種酶的最適pH。答案：最適pH 為 6最適 pH 為 4 52解題障礙的突破(1) 用“系統(tǒng)化”和“具體化 ( 對號入座 ) 法”來解有關酶的特性的問題。按系統(tǒng)化方法將酶的知識形成知識網(wǎng)絡如下圖。具體化 ( 對號入座 ) 是把理論知識用于具體、個別場合的思維方法。在生物學學習中，適用具體化的方式主要有兩種：一是用所學知識應用于生活和生產

11、實踐，分析和解釋一些生命現(xiàn)象；二是用一些生活中的具體事例來說明生物學理論知識。 例 2 能夠促使唾液淀粉酶水解的酶是A淀粉酶B分解酶C 水解酶D 蛋白酶解析：用“系統(tǒng)化”和“具體化( 對號入座 ) 法”解。題目告訴我們這主要是考查酶的功能特性，根據(jù)我們已建立的上述知識網(wǎng)絡將問題對號入座，很明顯題目具體是考查酶的專一性的特點，淀粉酶只能使淀粉水解成麥芽糖；分解酶是具有分解作用的所有酶的總稱；水解酶是催化有機物與水作用形成各類分解產物的酶，包括淀粉酶、蛋白酶等；蛋白酶是只能水解蛋白質的酶。唾液淀粉酶的化學本質是蛋白質，由于酶的催化作用具有專一性的特點。因此，促使其水解的酶只有蛋白酶。答案： D 例

12、 3 新采摘的玉米果穗具有甜味， 但放一段時間后甜味便降低， 如果采摘后放在沸水中浸泡一段時間后再保存，甜味會保留較長一段時間，請回答：(1) 放一段時間后甜味降低的原因是_ 。(2) 沸水浸泡一段時間后再保存，甜味可保留較長時間的原因是_ 。(3) 通過上述實驗可以證明 _ 。解析：用“系統(tǒng)化”和“具體化 ( 對號入座 ) 法”解。玉米的甜味是由某些單糖引起的，放一段時間后甜味便降低，顯然是單糖減少的緣故；如果采摘后放在沸水中浸泡一段時間后再保存，甜味會保留較長一段時間，即單糖減少的速度明顯減慢，單糖這種變化與溫度有關，綜合分析，不難看出這是酶的作用。答案： (1) 在酶的作用下，單糖分解或

13、轉變成淀粉 (2) 高溫使酶失活，抑制了單糖的分解或淀粉的合成 (3) 酶的催化作用受到溫度的影響，高溫可使酶失活(2) 先用“圖文轉換法” ，再用“層析綜合法”來解圖表類問題。- 3 -名校名 推薦在解圖表類問題時，先進行圖文信息轉換，再對其分析。具體分析時，用“層析法”來找出變量間的因果關系。 例 4 下圖表示溫度對酶的催化效率的影響曲線。請據(jù)圖回答：(1) 曲線中的 AB段表明 _ 。(2) 曲線中的 B 點表示 _ 。(3) 曲線中的 BC段表明 _ 。(4) 曲線總體說明 _ 。解析：用“圖文轉換法” 、再用“層析綜合法”來解。本題首先必須看懂曲線圖中兩個變量溫度與催化效率之間的因果

14、關系。然后可以將此圖層析為三段：在AB 段，曲線向上，說明隨著溫度的上升，催化效率加快，說明酶的活性隨溫度的上升而上升；曲線最高點B，就是酶的最適溫度； BC 段，曲線下降，說明酶的活性隨溫度的上升而下降，溫度過高，酶的活性受到抑制。最后，綜合整個圖上的信息，說明酶的催化效率受溫度的影響。答案： (1) 在一定的溫度范圍內，酶的催化效率隨溫度的升高而升高(2)酶作用的最適溫度(3) 如果溫度在達到酶作用的最適溫度后繼續(xù)升高，酶的催化效率就會下降(4)酶的催化效率受溫度的影響(3) 用“求異思維法”來解實驗及設計實驗的問題。所謂 “求異思維法” ( 或稱差異思維法) 是從兩個場合的差異中尋求原因

15、的方法。為了應用 “求異思維法”來找出現(xiàn)象的原因，必須有兩個場合，即所研究的現(xiàn)象出現(xiàn)的正面場合和所研究現(xiàn)象不出現(xiàn)的反面場合。在這兩個場合中，其他情況都相同，只有一個情況在正面場合中出現(xiàn)，而在反面場合中不出現(xiàn)，那么，這個情況就是被研究現(xiàn)象的原因或部分原因。這種思維方法在生物學實驗中的具體體現(xiàn)主要就是單因子變量及對照實驗的原則。解這類題一定要在實驗操作的基礎上去充分體會實驗的原理及方法，由感性認識上升到理性認識。也可用“求異思維法”來找出變量間的因果關系，從而掌握實驗及設計實驗的方法。 例 5 在編號為 1 4 的 4 支試管內各注入 10 mL 3%過氧化氫溶液， 1 號試管作為對照，在 2 號

16、試管內迅速放入新鮮豬肝 1 2 小塊， 3 號試管內放入一枚銹鐵釘， 4 號試管內放入煮熟豬肝 1 2 小塊，根據(jù)實驗現(xiàn)象回答下列問題：(1) 立即出現(xiàn)大量氣泡的試管為 _號，這種氣泡是什么氣 ?_。產生大量氣泡的原因是 _ 。(2)4 號試管內有什么變化?_ 。理由是 _ 。(3)2 號和 3 號試管內都能產生氣體，就產生氣體的速度和數(shù)量不同，說明原因。_ 。解析：用“求異思維法”解。此題的設計就是本著求異法的邏輯原理將課本中的實驗進行延伸，增設了兩個實驗，1 號試管作為對照，只在試管中加入10 mL 3%的過氧化氫溶液，結果沒有任何現(xiàn)象發(fā)生；2 號試管加入10 mL 3%的過氧化氫溶液和新

17、鮮豬肝1 2 小塊，結果產生氣泡 (O2 ) ；兩種場合，其他情況都相同，只有一個因素不同，那就是2 號試管加了新鮮豬肝，- 4 -名校名 推薦導致產生 O2，即產生 O2 的原因就是豬肝中的過氧化氫酶的作用；這就是從兩個場合的差異中尋求原因的方法。 這其中就體現(xiàn)了單因子變量及對照實驗的原理。同理， 3 號試管內放入10 mL3%的過氧化氫溶液和一枚銹鐵釘，銹鐵釘是為了提供Fe3，F(xiàn)e3作為催化劑也是將過氧化氫分解成水和 O 原因； 4 號試管內放入 10 mL 3%的過氧化氫溶液和煮熟的豬肝1 2 小塊，煮熟的2豬肝中的過氧化氫酶受高溫的影響，酶的結構被破壞從而失去活性，這樣過氧化氫不被分解

18、，沒有任何現(xiàn)象發(fā)生。 2 號試管與3 號試管相比， 產生 O 的速度不同， 2 號試管含有過氧化氫酶，2能將過氧化氫迅速分解產生大量的23 是一般的無機催化劑，雖然能分O，而 3 號試管內的 Fe解過氧化氫，但反應速度很慢，2 號和 3號試管相比說明酶的催化作用具有高效性。答案：(1)2 O 2 新鮮豬肝內的過氧化氫酶迅速催化過氧化氫，將其分解，產生大量 O2 (2) 沒有 煮熟豬肝細胞內的過氧化氫酶被破壞，失去活性(3)酶( 或過氧化氫酶 ) 的作用具有高效性。點評：此實驗將銹鐵釘代替氯化鐵，體現(xiàn)了實驗材料選擇的多樣性，并且銹鐵釘方便易得，所以這也是實驗中可取方法，實驗中我們可以根據(jù)具體情況

19、選擇一些經(jīng)濟、方便的實驗材料，當然這應以不影響實驗結果為原則。另一方面，本題的實驗變量還可以擴展，但總體上應該注意單因子變量和對照?！就竭_綱練習】1在不損傷植物細胞內部結構的情況下，下列哪種物質適用于去除細胞壁A蛋白酶與脂酶B纖維素酶與果膠酶C鹽酸D淀粉酶2在唾液淀粉酶催化淀粉水解的實驗中，將唾液稀釋十倍與唾液原汁催化效果基本相同，這說明了什么 ?_ 。3下圖分別表示胃蛋白酶、唾液淀粉酶、胰蛋白酶在酶濃度一定時，溫度、pH 對酶反應速度的影響，請根據(jù)圖回答下列問題：(1) 圖 A 中， a 點所對應的溫度稱 _ ， a 點到 b 點曲線急劇下降，其原因是_ 。(2) 將裝有唾液淀粉酶與淀粉糊

20、的甲、乙兩試管分別放入10和 75水浴鍋中， 20 min后取出 轉 入37 的 水 浴 鍋 中 保 溫 ， 兩 試 管 內 反 應 分 別 應 為 ： 甲 _ ， 乙_ 。(3)圖 B 中， c 點表示 _ 。(4)在丙試管中裝入胰蛋白酶與淀粉糊，且將溶液的pH 調整至 9，而后放入 37的水浴鍋中保溫 20 min ，試管內的反應為_ ，說明 _ 。4為了驗證pH 對唾液淀粉酶活性的影響，做如下實驗。操作步驟：- 5 -名校名 推薦在 15 號試管中分別加入0 5%淀粉液 2 mL。加完淀粉液后， 向各試管中加入相應的緩沖液3.00 mL使各試管中反應液的pH 穩(wěn)定在5.00 、6.20

21、、6.80 、 7.40 、 8.00 。分別向 1 5 號試管中加入0.5%唾液 1 mL ，然后放入 37恒溫水浴中。反應過程中，每隔1 min 從第 3 號試管中取出一滴反應液，滴在比色板上，加1 滴碘液顯色，待呈橙黃色時，立即取出5 支試管，加碘液顯色并比色，記錄結果。結果見下表：表中“”表示藍色程度。1 號2 號3 號4 號5 號pH5 006206 807 40800結果 ( 顏色 )橙黃色請回答：(1) 實驗過程中為什么要選擇37恒溫 ?_ 。(2)3 號試管加碘液后出現(xiàn)橙黃色，說明什么?_ 。(3) 如果反應速度過快，應當對唾液做怎樣的調整? _ 。(4) 該實驗得出的結論是什

22、么?_ 。5下圖是小麥淀粉酶在不同溫度下的催化效率變化曲線，試根據(jù)圖回答：(1)在 35時，小麥淀粉酶的催化效率 _ 。(2)在 _和 _時， 催化效率都降為 0，但在再回復到35時， 僅_的催化效率恢復，表明 _ ?！就竭_綱練習】參考答案1解析：用“系統(tǒng)化和具體化( 對號入座 ) 法”來解。細胞壁的化學成分主要是纖維素和果膠。答案： B2解析：用“系統(tǒng)化和具體化( 對號入座 ) 法”來解。題目中的唾液稀釋液和唾液都含有淀粉酶，都能催化淀粉水解成葡萄糖和麥芽糖。區(qū)別在于，稀釋后的效果仍和唾液原汁的效果基本相同。由于唾液中的淀粉酶具有高效性的催化作用，稀釋只是使酶的濃度有所下降，但只要酶存在，它就具有高效的催化作用，所以，它們催化效果基本相同，應答酶具有高效性。答案：酶具有高效性3解析：先用“圖文轉換法”、再用“層析綜合法”來解。本題首先必須看懂曲線圖中幾個變量之間的關系。曲線的升降與反應速度的快慢有關。酶活性的強弱，與所催化的反應速度密切相關，酶活性越強所催化的反應速度就越快。因此通過本題，可以幫助我們加深對酶的特性的理解。A 圖，三種酶所催化的反應與溫度的變化相關，在0至 30之間，曲線向上