高中人教版 (2019)第1节 细胞是生命活动的基本单位备课ppt课件
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一、酶的特性1.酶具有高效性大量的实验数据表明,酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍。2.酶具有专一性每一种酶只能催化一种或一类化学反应。细胞代谢能够有条不紊地进行,与酶的专一性是分不开的。
3.酶的作用条件较温和与无机催化剂相比,酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。在最适宜的温度和pH条件下,酶的活性最高。温度和pH偏高或偏低,酶活性都会明显降低。
二、影响酶活性的条件1.细胞中几乎所有的化学反应都是由酶催化的。酶催化特定化学反应的能力称为酶活性。酶活性可以用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。
2.酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。下面甲、乙两图分别为温度和pH对同种酶活性的影响示意图。图中P点表示最适温度,Q点表示最适pH,偏离P点或Q点,酶的活性降低。过酸、过碱或温度过高,会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活。0℃左右时,酶的活性明显降低,但酶的空间结构稳定,在适宜的温度下酶的活性会升高。因此,酶制剂适于在低温下保存。
三、酶的分布细胞中的各类化学反应能有序进行,还与酶在细胞中的分布有关。叶肉细胞中光合作用与呼吸作用能在细胞内不同的区室同时进行,是因为与光合作用有关的酶分布在叶绿体内,与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内。
【预习检测】 1.判断正误。(1)酶在细胞内产生,一定要在细胞内发挥作用。( )(2)酶具有专一性、高效性,且受温度和pH的影响。( )(3)蛋白酶只能催化蛋白质的水解,而不能催化淀粉的水解, 这一现象体现了酶的专一性。( )(4)由于酶在化学反应前后性质和数量没改变, 所以酶具有高效性。( )
(5)高温、低温、过碱、过酸都会使酶失活。( )(6)酶活性最高时的温度不适合酶的保存。( )(7)在测定唾液淀粉酶活性时,将溶液的pH由3提升到6的过程中,该酶的活性将不断上升。( )(8)不同酶的最适温度可能相同。( )
答案:①—b ②—a ③—c
合作探究·释疑解惑
知识点一 与酶的特性有关的实验
问题引领1.怎样设计验证酶具有高效性的实验?提示:实验组为底物+生物催化剂(酶) →测定底物分解的速率(或产物生成的速率)对照组为底物+无机催化剂→测定底物分解的速率(或产物生成的速率)
2.探究酶具有专一性(1)该实验有哪两种方案?提示:
(2)实例:验证淀粉酶具有专一性。
答案:等量 出现砖红色沉淀 无颜色变化 酶具有专一性
3.探究温度对酶活性的影响(1)该实验的自变量是什么?pH在该实验中属于什么变量?应如何控制pH?提示:该实验的自变量是温度。pH在该实验中属于无关变量。需要将pH控制在最适条件下。
(2)该实验的步骤如下图所示。为什么要将底物和酶溶液的温度控制到预设的温度后再混合?
提示:使每一组实验严格在预设的温度下进行,如果先将底物和酶混合,再控制温度,则每一组实验的温度是变化的,降低了实验的说服力。
(3)该实验能否选过氧化氢作为底物?为什么?提示:不能。因为H2O2在常温常压时就能分解,加热的条件下分解会加快,影响实验结果。
4.探究pH对酶活性的影响(1)该实验能否选用淀粉和淀粉酶作实验材料?为什么?提示:不能选用淀粉和淀粉酶作实验材料,因为在酸性条件下淀粉分解也会加快,从而影响实验结果。
(2)该实验的步骤如下图所示,为什么要将酶溶液的pH调至实验要求的pH后,再让反应物与酶接触?
提示:酶具有高效性,把酶和反应物混合后就会立即发生催化反应。将酶溶液的pH调至实验要求的pH后,再让反应物与酶接触,保证了化学反应在实验控制的pH条件下进行。
归纳提升用“梯度法”探究影响酶活性的因素(温度或pH)的实验设计思路设计实验时需设置一系列不同温度(或pH)的实验组进行相互对照,最后根据实验现象得出结论。酶促反应所需时间最短的一组对应的温度(或pH)最接近最适温度(或pH)。相邻组间的差值(即梯度)越小,测定的最适温度(或pH)就越精确。
典型例题现有甲、乙、丙三支试管,先向三支试管内加入2 mL可溶性淀粉溶液,再按下图所示步骤操作,然后分别用斐林试剂检验。下列分析错误的是( )
A.甲试管和乙试管对照,说明酶具有专一性B.甲试管和丙试管对照,说明酶活性受高温影响C.实验结果是甲试管内出现砖红色沉淀D.实验结果是乙试管和丙试管内出现砖红色沉淀
解析:甲试管与乙试管对照,底物相同,酶不同,可证明酶的专一性。甲试管和丙试管对照,酶相同,温度不同,可以说明温度影响酶的活性。甲试管中,淀粉在唾液淀粉酶的作用下水解生成还原糖,用斐林试剂检验,在水浴加热条件下会出现砖红色沉淀。乙试管中胃蛋白酶不能催化淀粉水解,丙试管中唾液淀粉酶失活,两试管中均不出现砖红色沉淀。答案:D
【变式训练】 通过实验研究温度对a、b、c三种酶相对活性(%)的影响,结果如下表。下列说法错误的是( )
A.a酶和b酶的最适温度为30 ℃左右B.不论温度为多少,酶的用量一定会影响实验结果C.该实验中,自变量有两个,分别为温度和酶的种类D.三种酶中较适应高温环境的是c酶解析:从表中信息可知,a酶和b酶在20 ℃和40 ℃时对应的酶活性均比30 ℃时对应的酶活性低,可见这两种酶的最适温度为30 ℃左右;在一个能使酶失活的高温条件下,酶的用量不会影响实验结果;该实验中温度和酶的种类均为自变量。答案:B
知识点二 与酶相关的曲线模型分析
问题引领1.酶具有高效性(1)图中曲线a、b、c代表酶的是 。 (2)与 相比,酶的催化效率更高。 (3)酶只能缩短化学反应的 ,不改变化学反应的结果。 答案:(1)a (2)无机催化剂 (3)时间
2.温度和pH对酶活性的影响甲、乙两图分别是温度和pH对酶活性的影响的数学模型,请分析比较甲、乙两图,回答下列问题。
(1)分析两曲线的起点。图甲曲线起点酶活性不为0的原因和图乙曲线起点酶活性为0的原因分别是什么?提示:低温仅仅降低酶的活性,但不会使酶失活;pH过低(或强酸)会使酶失活。(2)图甲,随着温度的变化,酶的活性是如何变化的?提示:AB段随着温度升高,酶的活性逐渐升高;BC段随着温度升高,酶的活性逐渐降低。
(3)图乙,若曲线起点与横坐标的交点对应的pH为3,则将pH由3调至其最适pH,该酶的活性如何变化?提示:不发生变化,因为在pH为3时,酶已经失活。
3.底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响
(1)图甲,在其他条件适宜、酶浓度一定的情况下,酶促反应速率随底物浓度的改变怎样变化? 提示:在一定范围内,随着底物浓度的增大,酶促反应速率逐渐增大,当达到一定底物浓度时,反应速率不再增大。(2)分析图甲曲线不同区段限制酶促反应速率的因素。 提示:AB段限制因素是底物浓度;B点以后限制因素是酶浓度(酶数量)。
(3)在底物充足、其他条件适宜的情况下,乙图中酶促反应速率随酶浓度如何变化?提示:反应速率随酶浓度的增加而增大。
归纳提升用曲线模型表示影响酶促反应的因素
1.底物浓度、酶浓度与酶促反应速率的关系(图1、图2)(1)图1:在其他条件适宜、酶量一定的情况下,酶促反应速率随底物浓度增加而加快,但当底物达到一定浓度后,受酶数量和酶活性限制,酶促反应速率不再增加。(2)图2:在底物充足、其他条件适宜的情况下,酶促反应速率与酶浓度成正比。
2.温度和pH与酶促反应速率的关系(图3)(1)图3:温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的;底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触面积来影响酶促反应速率的,并不影响酶的活性。(2)图3:反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度;反应溶液温度的变化也不改变酶作用的最适pH。
3.反应时间与酶促反应的关系(图4、图5、图6)(1)图4、图5、图6的时间t0、t1和t2是一致的。(2)随着反应的进行,底物因被消耗而减少,生成物因积累而增多。(3)t0~t1段,因底物较充足,反应速率较大,底物消耗较快,生成物生成较快。t1~t2段,因底物含量较少,反应速率减小,反应物消耗较慢,生成物生成较慢。t2时,底物全部被消耗,生成物也不再增加,此时反应速率为0。
典型例题为了研究温度对某种酶活性的影响,设置三个实验组:A组(20 ℃)、B组(40 ℃)和C组(60 ℃),测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同),结果如下图。请回答下列问题。
(1)三个温度条件下,该酶活性最高的是 组。 (2)在时间t1之前,如果A组温度提高10 ℃,那么A组酶催化反应的速率会 。 (3)如果在时间t2时,向C组反应体系中增加2倍量的底物,其他条件保持不变,那么在t3时,C组产物总量 ,原因是 。
解析:(1)在60 ℃条件下,反应的最终产物浓度比20 ℃和40 ℃条件下小很多,说明酶在60 ℃条件下最终失活。20 ℃与40 ℃条件下相比,40 ℃条件下酶促反应到达反应平衡的时间短,说明40 ℃条件下酶活性较高。(2)在时间t1前,如果A组温度提高10 ℃变成30 ℃,由该酶活性随温度的变化规律可知,30 ℃条件下该酶的活性大于20 ℃条件下的,因此A组酶催化反应的速率会加快。
(3)t2时C组的产物浓度已不再增加,但由A和B组t2时的产物浓度可知,t2时C组底物并未全部参与反应,C组产物浓度不再增加是由于C组温度过高导致t2时酶已经变性失活。因此如果在时间t2时,向C组增加2倍量的底物,在其他条件不变的情况下,t3时产物的总量也不会再增加。答案:(1)B (2)增大 (3)不变 60 ℃条件下,t2时酶已失活,即使增加底物,反应产物总量也不会增加
【变式训练】 1.在最适温度和pH条件下将一定量的淀粉与淀粉酶进行混合,图中曲线①为麦芽糖生成量情况,曲线②或③为在P点时改变某一条件后所得。下列叙述正确的是( )
A.曲线①所示麦芽糖生成速率不断减小说明淀粉酶活性不断降低B.在P点时,若降低温度会得到曲线③,若提高温度会得到曲线②C.在P点时,若适当降低pH、将酶换成无机催化剂均会得到曲线③D.在P点时,若增加一定量的淀粉会得到曲线②
解析:曲线①所示麦芽糖生成速率不断减小,是淀粉不断被消耗,含量减少所致,淀粉酶活性不改变。曲线①是在最适温度条件下得到的,故在P点时提高或降低温度均会得到曲线③。曲线①是在最适pH条件下得到的,故在P点时适当提高或降低pH均会得到曲线③;酶的催化效率高于无机催化剂,故将酶换成无机催化剂也会得到曲线③。在P点时若增加淀粉量会使最终生成的麦芽糖总量增加,而图中曲线②麦芽糖的最终生成量与曲线①相比并未增加。答案:C
2.下图表示改变某一因素前后,淀粉溶液在唾液淀粉酶的作用下水解产生还原糖的结果。请据此分析,改变下列哪种因素才能获得改变后的结果?( )A.温度 B.pHC.淀粉溶液量D.唾液量
解析:改变温度和pH会影响酶的活性,从而影响化学反应速率,但不改变化学反应的平衡点,即产物的最终产量不变,图中实验组的还原糖生成量明显减少。改变底物的量,产物的量则会改变。图中对照组的还原糖生成量一直多于实验组的还原糖生成量,故改变的是淀粉溶液量,即减少了淀粉溶液量。改变唾液量,即唾液淀粉酶的量,会影响化学反应速率,但不改变化学反应的平衡点,即产物的最终产量不变,而图中实验组的还原糖生成量明显减少。答案:C
正确分析同一坐标系中的多条曲线不同的酶具有不同的最适温度和最适pH,比较不同的曲线时,不仅要关注曲线之间的“异”,还要关注曲线之间的“同”。图甲表示pH对植物和人的淀粉酶活性的影响;图乙表示3种脱氢酶(a、b、c)的活性受温度影响的情况。
由图甲可以看出,两条曲线的变化趋势相同,但植物淀粉酶的最适pH在5和6之间,人的淀粉酶的最适pH在7左右。图乙中,在一定温度范围内,三条曲线的变化趋势相同,但酶c活性曲线只是画出了一部分(从图乙无法知道酶c的最适温度)。从图乙可以看出,酶具有活性的温度范围最窄的是酶b。
图1中曲线a表示在最适温度和pH条件下时间与生成物量的关系,图2中曲线b表示在最适温度和pH条件下,底物浓度与酶促反应速率的关系。下列分析正确的是( )
A.图1曲线a,A点后,限制生成物的量不再增加的因素是酶的数量B.图2中,酶减少后,图示酶促反应速率可用曲线f表示C.分别在图2中取B、C点对应的酶促反应速率值,对应图1中的曲线c和dD.减小pH,重复该实验,图2曲线b应变为曲线f;增大pH,应变为曲线e
解析:图1曲线a,A点后,限制因素为底物的浓度。图2中,当反应物浓度一定时,减少酶量,反应速率降低。图2中B、C点的酶促反应速率值是一个定值,不能用曲线c和d表示;图2中曲线b是在最适pH下测定的反应物浓度与酶促反应速率的关系,无论pH增大还是减小,酶促反应速率都会减小,甚至变为0。答案:B
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