高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》二 酶的特性第2课时导学案

这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》二 酶的特性第2课时导学案，共11页。

1．分析酶的高效性和专一性。
2．探究影响酶活性的条件。
3．分析影响酶促反应的条件。
核心素养
1．生命观念——建立模型：通过建立温度、pH对酶活性的影响等数学模型，理解影响的规律和实质。
2．科学探究——实验思路及设计：合理设计探究温度、pH对酶活性影响的实验步骤，规范实施实验，探究影响的规律。
知识点一 酶的特性
必备知识·夯实双基
1．酶具有高效性
(1)含义：酶的催化效率是无机催化剂的_107～1013__倍。
(2)意义：使细胞代谢_快速__进行。
2．酶具有专一性
(1)含义：每一种酶只能催化_一种或一类__化学反应。
(2)意义：使细胞代谢能够_有条不紊__地进行。
3．酶的作用条件较温和
(1)酶活性：可用在一定条件下酶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。过酸、过碱或温度过高，都会使酶的_空间结构__遭到破坏，使酶永久_失活__。低温只能使酶的活性_降低__，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会_恢复__。
活学巧练
1.酶具有专一性、高效性，且受温度和pH的影响。( √ )
2．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。( √ )
3．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。( × )
4．高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。( × )
深入探讨
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
淀粉和蔗糖都是非还原糖，但淀粉水解后会生成麦芽糖，蔗糖水解后会产生葡萄糖和果糖，麦芽糖、葡萄糖和果糖都是还原糖。下表为比较淀粉酶对淀粉和蔗糖的催化作用实验，请分析：
(1)1号试管有砖红色沉淀生成，2号试管不出现砖红色沉淀，说明什么？你能从该实验得到什么结论？
提示：1号试管有砖红色沉淀生成，说明产生了还原糖，淀粉被水解；2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有被水解。
结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有专一性。
(2)上述实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂？
提示：不能，因为碘液只能检测淀粉的有无，而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色。
(3)该实验的自变量和因变量分别是什么？
提示：自变量：底物的种类；因变量：底物是否被淀粉酶水解。
(4)本实验的设计思路是什么？你还有其他设计思路吗？
提示：本实验设计思路：探究同一种酶是否能催化不同底物水解。
另一种设计思路：探究不同种类的酶能否催化同一种底物的水解。
课内探究·名师点睛
1．酶的高效性及实验验证
(1)实验组：底物＋酶→底物分解速率(或产物形成速率)。
(2)对照组：底物＋无机催化剂→底物分解速率(或产物形成速率)。
(3)酶具有高效性的曲线(如图)
2．酶的专一性及实验设计
(1)思路：同一种酶催化不同的化学反应。
(2)实验设计
(3)酶专一性的曲线
典例剖析
典例1 下列实验或现象能说明酶的高效性的是( B )
①唾液中有唾液淀粉酶，把唾液稀释10倍后，催化淀粉完全水解的速度仍快于无机催化剂
②取两支洁净的试管，分别加入等量的淀粉溶液，然后向其中一支试管中加入适量的淀粉酶溶液，另一支试管中加入等量的蒸馏水，一段时间后，检测淀粉的分解情况 ③在两支盛有适量过氧化氢溶液的试管中，分别加入等量过氧化氢酶和FeCl3溶液，观察气泡的释放速率
A．①②③ B．①③
C．③ D．②③
解析： 酶相对于无机催化剂来说具有高效性。把唾液稀释后催化淀粉完全水解的速度仍快于无机催化剂，说明酶具有高效性。
变式训练❶ 下列关于酶的专一性的叙述，不正确的是( B )
A．过氧化氢酶只能催化过氧化氢的分解，不能催化其他化学反应
B．每一种酶只能催化一种化学反应的进行
C．催化唾液淀粉酶水解的酶是蛋白酶
D．二肽酶能催化由不同氨基酸脱水缩合成的二肽的水解
解析： 酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应，B错误。
知识点二 酶特性的探究
实验必备知识·夯实双基
探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
(1)实验原理：淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下都能水解成_还原糖__。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用_斐林试剂__检测溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只催化特定的化学反应。
(2)方法步骤
(3)实验结论
淀粉酶能催化淀粉水解不能催化蔗糖水解，说明酶具有专一性。
活学巧练
1.酶促反应速率既可以用反应物的消耗速率表示，也可以用产物的生成速率表示。( √ )
2．pH影响酶活性的实验中实验材料不选择淀粉，原因是酸能促进淀粉水解。( √ )
3．探究影响酶活性的条件实验中，至少要设置三组实验。( √ )
4．市售α-淀粉酶的最适温度在50～75 ℃，而来自人体的唾液淀粉酶的最适温度在37 ℃左右。( √ )
5．低温、高温、过酸、过碱条件下酶的活性都很低，且酶的空间结构都发生了不可逆的改变。( × )
深入探讨
探究温度对酶活性的影响实验
下列3组实验是探究温度对酶活性的影响，请分别从中寻找错误：
实验一
错误：_缺少60_℃的对照组，且不应用斐林试剂作为检测试剂__。
实验二
错误：_未对底物和酶进行保温处理就混合在一起__。
实验三
错误：_不应选用过氧化氢溶液作为反应底物，因为高温条件下，会直接使底物分解加快，而不是通过影响酶的活性来影响底物的分解__。
课内探究·名师点睛
1．探究影响酶活性实验的“四步曲”
(1)分组编号：将实验器具分组编号并装入相应的等量试剂。
(2)控制变量：控制影响酶活性的条件(如温度)，即首先将底物、酶液分别处理到预设的条件。
(3)进行反应：让酶液与底物混合，在预设的条件(如温度、pH等)下反应，无关变量保持相同。
(4)结果检测：检测实验的因变量，观察并记录实验结果。
2．可供参考的实验设计
(1)①探究温度对淀粉酶活性的影响
结论：温度能影响酶的活性。
②探究pH对淀粉酶活性的影响
结论：pH能影响酶的活性。
(2)实验材料的选择：选择实验材料时，要注意排除自变量本身对实验结果的影响，保证自变量只是通过影响酶活性而影响实验结果，不能直接影响实验结果。
(3)若底物选择淀粉和蔗糖，用淀粉酶来验证酶的专一性时，检测底物是否被分解的试剂“宜”选用斐林试剂，“不宜”选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。
(4)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂“宜”选用碘液，“不宜”选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
(5)在探究pH对酶活性影响时，“宜”保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与底物接触，“不宜”在未达到预设pH前就让反应物与酶接触。
(6)在探究温度对酶活性的影响时，“宜”保证酶的最适pH(排除pH干扰)，且将酶和底物分别保温(实验要求的温度)后，再混合继续保温，“不宜”在未分别保温前就让反应物与酶接触。
典例剖析
典例2 探究温度对酶活性影响最合理的实验步骤是( D )
①取3支试管编号，注入2 mL淀粉溶液；另取3支试管编号，各注入1 mL新鲜的淀粉酶溶液 ②将淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉溶液试管中，维持各自的温度5 min ③向各试管滴一滴碘液 ④将6支试管分成三组，每组各有一份淀粉溶液和一份淀粉酶溶液，分别放在60 ℃的热水、沸水和冰水中5 min
⑤观察实验现象
A．①②④③⑤ B．①③②④⑤
C．①③④②⑤ D．①④②③⑤
解析： 根据实验目的可知，实验的自变量为温度，由于实验需要严格控制单一变量，在淀粉溶液和淀粉酶溶液混合之前首先需要将它们各自保温到一定温度，然后再混合，并且混合后还需要在相应的温度条件下保温让其充分反应。因此最合理的实验步骤应为①④②③⑤。
变式训练❷ (2022·山东省临沂第一中学高一月考)下列有关酶的探究实验的叙述，合理的是( C )
A．探究pH对酶活性的影响，用α-淀粉酶分别在pH为1、7、14条件下催化淀粉水解，用斐林试剂检测比较还原糖的产生情况
B．探究温度对酶活性的影响用α－淀粉酶分别在100 ℃、60 ℃、0 ℃下催化淀粉水解，用斐林试剂检测比较还原糖的产生情况
C．探究酶的专一性，用α-淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖水解，检测是否有还原糖生成
D．探究酶的高效性，实验中的自变量是酶的种类和用量
与酶促反应速率有关的曲线分析
1．底物浓度影响酶促反应速率曲线的分析
(1)底物浓度较低时，酶促反应速率与底物浓度成正比，即随底物浓度的增加而加快。
(2)当所有的酶都与底物结合后，再增加底物浓度，酶促反应速率不再加快(此时限制酶促反应速率的因素是酶的数量)。
2．酶浓度影响酶促反应速率曲线的分析
在有足够底物且不受其他因素影响的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
3．温度和pH共同作用对酶活性的影响
(1)反应溶液中pH的变化不影响酶作用的最适温度。
(2)反应溶液中温度的变化不影响酶作用的最适pH。
易错提醒：(1)适当增加酶的浓度会提高反应速率，但生成物的量不会增加；若适当增加反应物的浓度，提高反应速率的同时生成物的量也增加。
(2)不同因素影响酶促反应速率的本质不同
①温度和pH通过影响酶的活性而影响酶促反应速率。
②底物浓度和酶浓度通过影响酶与底物的接触而影响酶促反应速率，并不影响酶的活性。
③抑制剂、激活剂也影响酶活性。
典例3 如图表示在最适温度下，某种酶的催化反应速率与反应物浓度之间的关系。下列有关叙述正确的是( C )
A．适当提高反应温度，B点向右上方移动
B．在B点适当增加酶浓度，反应速率不变
C．在A点提高反应物浓度，反应速率加快
D．在C点提高反应物浓度，产物不再增加
解析：在最适温度下酶的活性最高，温度偏高或偏低，酶的活性都会明显降低，即B点会向左下方移动，A错误；在B点增加酶的浓度，反应速率加快，B错误；从题图看出，在C点提高反应物浓度，反应速率不再加快，但产物的量还会增加，D错误。
典例4 (2022·河南省三门峡市高一)将某种酶运用到工业生产前，需测定使用该酶的最佳温度范围。下图中的曲线①表示在各种温度下该酶活性相对于最高酶活性的百分比。将该酶在不同温度下保温足够长的时间，再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性，即下图中的曲线②，由此得到的数据为酶的热稳定性数据。据此作出的判断，正确的是( C )
A．由曲线①可知65 ℃是该酶活性最高的温度
B．曲线②的各数据点是在对应温度下测得的
C．该酶的热稳定性在70 ℃之后急剧下降
D．该酶使用的最佳温度是80 ℃
解析：由曲线①可知，该酶活性最高的温度是80 ℃，A项错误；由于曲线②是将该种酶在不同温度下保温足够长的时间，再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性，而酶活性最高的温度为80 ℃，因此曲线中数据均为80 ℃下测得的数据，B项错误；曲线②显示，该酶的热稳定性从30 ℃开始不断下降，在70 ℃后急剧下降，C项正确；酶的最佳温度可以认为是既能使酶具有高的催化活性，又能维持较长时间的稳定，所以该酶使用的最佳温度范围是60 ℃～70 ℃，D项错误。
学霸记忆
1.酶的特性是高效性、专一性和作用条件的温和性。
2．酶具有高效性的原因是：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。
3．过酸、过碱或温度过高，都会使酶因空间结构被破坏而失活。
4．在一定的低温下，酶的活性被抑制，但空间结构稳定，在适宜温度下其活性可恢复。
1．某研究性学习小组按下表进行了实验操作，发现试管2比试管1产生了明显多的气泡。该实验说明了( B )
A.酶具有专一性 B．酶具有高效性
C．酶具有多样性 D．酶是蛋白质
解析： 根据表中信息可以看出，该实验的自变量是催化剂的种类(酶和无机催化剂)，因变量是过氧化氢分解速率的快慢；根据题干中“试管2比试管1产生了明显多的气泡”可推知，过氧化氢酶的催化效率比无机催化剂FeCl3要高，因此该实验说明了酶具有高效性，故选B。
2．下列与酶相关实验的叙述中，正确的是( D )
A．探究酶的高效性时，自变量可以是酶的种类
B．探究淀粉酶的专一性时，自变量只能是酶的种类
C．探究pH对酶活性的影响时，自变量不止一种
D．探究温度对酶活性的影响时，因变量不止一种
解析：探究酶的高效性，自变量是催化剂的种类；探究淀粉酶的专一性，自变量也可以是底物种类；探究pH对酶活性的影响时，自变量就是pH；探究温度对酶活性的影响时，因变量可以是产物的生成速率或底物的消耗速率。
3．紫甘薯收获后在储存过程中甜度会不断增加，这一过程与其含有的β-淀粉酶有关。为了研究紫甘薯中β－淀粉酶的催化活性，进行了如下实验。
①从紫甘薯中提取β-淀粉酶，获得酶液；
②在6支试管中分别加入2 mL pH＝3、pH＝4、pH＝5、pH＝6、pH＝7、pH＝8的缓冲液；
③每支试管中加入1 mL 2%淀粉溶液、0.2 mL酶液，40 ℃条件下保温15 min；
④将所有试管移入沸水浴中处理5 min；
⑤向每支试管中加入适量斐林试剂，水浴加热，检测试管中溶液变化。
分析得到不同pH条件下相对酶活性，结果如图甲所示。
(1)步骤④操作的目的是_终止反应__。
(2)步骤⑤试管内出现的_砖红色沉淀__越多，表明生成的还原糖越_多__，酶的活性越_高__。
(3)β-淀粉酶的最适pH是_7左右__，图乙的A、B、C、D中代表β-淀粉酶的是_A__，此模型可以解释酶具有_专一__性。
(4)在啤酒酿造中添加β－淀粉酶制剂，可以使其口味更清爽。饮用含有β-淀粉酶的啤酒不会影响人体健康，理由是_该酶是蛋白质，可在人体消化酶催化下被分解成氨基酸后吸收、利用__。
解析：(1)步骤④将所有试管移入沸水浴中处理5 min，该操作的目的是终止反应，使酶失活。
(2)β-淀粉酶能将淀粉溶液分解为还原糖，还原糖与斐林试剂水浴加热，会出现砖红色沉淀，试管内出现的砖红色沉淀越多，表明生成的还原糖越多，酶的活性越高。
(3)分析图甲可知：β-淀粉酶的最适pH是7左右，据题分析：图乙的A、B、C、D中代表β-淀粉酶的是A，此模型可以解释酶具有专一性。
(4)含有β-淀粉酶的啤酒不会影响人体健康，因为酶是蛋白质，可在人体消化酶催化下被分解成氨基酸后吸收、利用。
试管编号
1
2
可溶性淀粉溶液
2 mL
—
蔗糖溶液
—
2 mL
新鲜的淀粉酶溶液
2 mL
2 mL
60 ℃水浴保温5 min
新配制的斐林试剂
2 mL
2 mL
水浴加热2 min
实验现象
有砖红
色沉淀
没有砖红
色沉淀
步
骤
1
淀粉＋淀粉酶
蔗糖＋淀粉酶
2
等量斐林试剂，水浴加热相同时间
现象
出现砖红色沉淀
无颜色变化
结论
酶具有专一性
试管编号
操作步骤
1
2
可溶性淀粉溶液
2 mL
－
_蔗糖__溶液
－
2 mL
新鲜的淀粉酶溶液
2 mL
_2_mL__
60 ℃保温5 min
新配制的_斐林试剂__
2 mL
2 mL
水浴加热1 min
观察_溶液颜色的变化__
序号
项目
试管
1
2
1
可溶性淀粉溶液
5 mL
5 mL
2
α-淀粉酶溶液
3 mL
3 mL
3
温度
0 ℃
90 ℃
4
相同温度下两
溶液混合
混合液
混合液
5
斐林试剂
2 mL
2 mL
6
实验现象
序号
项目
试管
1
2
3
1
可溶性淀
粉溶液
5 mL
5 mL
5mL
2
α-淀粉酶溶液
3 mL
3 mL
3 mL
3
温度
0 ℃
60 ℃
90 ℃
4
碘液
2滴
2滴
2滴
5
实验现象
序号
项目
试管
1
2
3
1
过氧化氢溶液
5 mL
5 mL
5 mL
2
温度
0 ℃
60 ℃
90 ℃
3
过氧化氢酶
溶液
3 mL
3 mL
3 mL
4
实验现象
序号
项目
1
1*
2
2*
3
3*
1
注入可溶性淀粉溶液保温5 min
2 mL
—
2 mL
—
2 mL
—
2
注入淀粉酶溶液保温5 min
—
1 mL
—
1 mL
—
1 mL
3
温度条件
(℃)
0
60
100
4
相同温度下淀粉溶液与淀粉酶溶液混合，保持温度
3 mL
混合
液
3 mL
混合
液
3 mL
混合
液
5
碘液检验
变蓝
不变蓝
变蓝
序号
项目
试管1
试管2
试管3
1
注入新鲜的肝脏研磨液
每支试管各1 mL
2
不同pH的处理
注入物质的量浓度为0.01 ml/L的盐酸溶液1mL
注入蒸馏水1 mL
注入物质的量浓度为0.01 ml/L的NaOH溶液1 mL
3
注入过氧
化氢溶液
每支试管各2 mL
4
用带火星的卫生香进行检验
5
预期实
验现象
无反应
迅速复燃
无反应
操作顺序
具体操作
试管
1
2
①
加入体积分数为3%的H2O2溶液
2 mL
2 mL
②
滴加质量分数为3.5%的FeCl3溶液
2滴
—
滴加质量分数为20%的肝脏研磨液(含过氧化氢酶)
—
2滴