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生物必修1《分子与细胞》第三章 细胞的代谢第二节 酶是生物催化剂第1课时学案
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这是一份生物必修1《分子与细胞》第三章 细胞的代谢第二节 酶是生物催化剂第1课时学案，共14页。
第1课时 酶的概念及专一性和高效性
知识点一 酶的发现与酶的本质
1．酶的发现过程
(1)18世纪末：意大利科学家斯帕兰扎尼的实验说明了__胃液中有一种能消化肉的物质__。
(2)19世纪50年代：巴斯德提出酒精发酵是__酵母菌代谢活动__的结果，李比希则认为，__酒精发酵__仅仅是一种化学反应，与酵母菌的活动无关，最多只需要酵母菌中的某种物质参与而已。
(3)1897年：德国的毕希纳证明促使酒精发酵的是__酵母菌中的某种物质——酶__，而不是__酵母菌本身__。
(4)1926年：美国的萨姆纳得到__脲酶__结晶后，证明酶的本质是__蛋白质__。
(5)20世纪80年代初：科学家发现极少数特殊的酶是__RNA__。
2．酶的本质
绝大多数酶是__蛋白质__；少数的酶是__RNA__，我们称这一类酶是__核酶__。
小思考：
(1)酶与双缩脲试剂反应，一定会出现紫色吗？
(2)酶的基本单位一定是氨基酸吗？
【答案】(1)不一定，少数酶是RNA。
(2)不一定，少数酶是RNA，其基本单位是核糖核苷酸。
知识点二 酶是生物催化剂
1．酶与底物结合，形成__酶底物复合物__，然后这个复合物发生一定的__形状__变化，使底物变成产物，并从复合物上脱落，同时酶分子又__恢复原状__。
2．酶与无机催化剂的共性：促使反应物发生化学变化，本身却不发生__化学__变化。
3．酶的作用是__降低化学反应的活化能__，使得化学反应加快。
4．酶作用的强弱用__酶活性__表示。
知识点三 酶的特性
1．酶的催化活性极高：由于酶通过与底物分子结合，使化学反应极易进行，所以反应效率__极高__。
2．酶有专一性： 由于酶分子的结构只适合与一种或是一类分子结合，所以一种酶只能催化__一种__底物或__少数几种__相似底物的反应。
3．酶的催化作用受多种条件的影响：pH、__温度__和某些化合物等都能影响酶的作用。酶通常在一定pH范围内才能起作用，而且在某一pH下作用__最强__。
知识点四 活动：探究酶的专一性
1．实验原理
还原糖(如麦芽糖、葡萄糖)遇本尼迪特试剂在热水浴后会出现__红黄色__沉淀。淀粉水解得到麦芽糖，而蔗糖水解后可得到葡萄糖；淀粉与蔗糖都__不是__还原糖。
2．实验过程(见实验记录表)
3．结论：淀粉酶只能催化__淀粉__水解，而不能催化分解蔗糖；而蔗糖酶只能催化__蔗糖__水解，而不能催化分解淀粉，说明酶具有专一性。
4．如果5号试管内呈现轻度阳性反应，你认为该怎样解释？你能设计一个实验来检验自己的假设吗？
【答案】少量淀粉分解成麦芽糖。可再用一支同样的试管只加入3 mL淀粉溶液，其他处理条件相同，用本尼迪特试剂检测，若出现红黄色沉淀说明解释正确。
知识点五 活动：探究酶催化的高效性
1．实验原理
过氧化氢在自然条件下分解缓慢，肝脏或马铃薯中的过氧化氢酶能将H2O2催化分解成H2O和O2。用新鲜的鸡肝匀浆(或马铃薯匀浆)和二氧化锰使过氧化氢分解，通过观察气泡数目和比较对卫生香的助燃程度可以了解过氧化氢酶的催化效率。
2．实验流程及结论
【提醒】探究酶的高效性和探究酶是否具有催化特性的实验对比，前者的自变量为催化剂的类型；后者的自变量为酶的有无。下表为探究酶是否具有催化特性的实验流程及结论。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)酶是活细胞产生的，因此只能在活细胞中发挥催化作用。( × )
(2)酶既可作为催化剂，又可作为另一化学反应的底物。( √ )
(3)酶在发挥催化作用的过程中形状不发生改变。( × )
(4)酶在发挥催化作用的过程中需要消耗ATP。( × )
(5)酶可催化底物发生化学变化，而此过程中酶本身却不发生化学变化。( √ )
(6)当用蔗糖酶分别作用于淀粉和蔗糖来进行酶的专一性验证时，可用碘碘化钾溶液检测反应是否进行。( × )
(7)验证酶具有高效性，可将加酶组与不加酶组进行对照。( × )
2．案例分析：活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。如图为酶的作用模型，请据图回答下列问题：
(1)从图中可以看出，没有酶催化时，发生化学反应需要的活化能__高__；有酶催化时，发生化学反应需要的活化能__低__；a指__酶所降低的活化能__。因此，酶催化作用的本质是__降低化学反应的活化能__。
(2)酶的化学本质是__蛋白质或RNA__，酶起作用的部位是__细胞内或细胞外__。
【解析】(1)从图中可以看出，没有酶催化时，发生化学反应需要的活化能较高，有酶催化时，发生化学反应需要的活化能较低，因此，酶催化作用的本质是降低化学反应的活化能。 (2)酶的化学本质是蛋白质或RNA，酶在细胞内和细胞外都能起作用。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 酶的概念、本质及作用机理))
1．概念和本质
酶是一类由活细胞产生的生物催化剂，大多数是蛋白质，少数为RNA。
2．催化认识
酶所催化的反应称为酶促反应，酶促反应中被酶作用的物质称为底物，经反应生成的物质称为产物。
3．有关酶的学说
(1)中间产物学说：酶促反应中，底物首先与酶结合形成不稳定的中间产物，这个中间产物进一步分解，形成产物并释放出酶，该过程可以表示为：
S(底物)＋E(酶)→SE(中间产物)→P(产物)＋E(酶)
(2)酶具有专一性的主要理论假说有“锁钥学说”和“诱导契合学说”，都强调的是酶空间结构和底物空间结构的相互吻合，因此酶的空间结构一旦发生改变或丧失，酶的专一性也就没有了，如图是锁钥学说示意图。
【提醒】关于酶的常见错误
eq \a\vs4\al(典例) 下列关于酶的叙述，错误的是( B )
A．酶在细胞内、外均可发挥催化作用
B．酶促反应速率的快慢即为酶活性
C．酶与双缩脲试剂不一定发生紫色反应
D．酶在催化过程中会发生可逆性的形状改变
【解析】酶是由活细胞产生的，其在细胞内、外均可发挥催化作用，A正确；影响酶促反应速率的因素除了酶活性外，还有酶的浓度、底物浓度等，而酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力，受温度、pH等因素影响，B错误；双缩脲试剂能与蛋白质发生紫色反应，但有少数酶的化学本质是RNA，所以酶与双缩脲试剂不一定发生紫色反应，C正确；酶在催化化学反应前后性质和数量没有改变，但在催化过程中会发生可逆性的结构改变，酶与底物形成复合物，反应完成后再恢复，D正确。
1．20世纪80年代科学家发现了一种RnaseP酶，是由20%蛋白质和80%RNA组成的，如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2＋的浓度，他们发现留下来的RNA仍然具有这种酶相同的活性，这一结果表明( C )
A．酶的化学本质是蛋白质
B．酶是由蛋白质和RNA组成的
C．RNA也具有生物催化作用
D．绝大多数酶的化学本质是蛋白质
【解析】RnaseP酶是由20%蛋白质和80%RNA组成的，将其中的蛋白质除去，留下来的RNA仍具有这种酶的活性，这一结果表明RNA具有生物催化作用，C正确，A、B、D均错误。
2．下图表示某反应进行时，有酶参与和无酶参与的能量变化，则下列叙述错误的是( C )
A.此反应为吸能反应
B．曲线Ⅰ表示无酶参与时的反应
C．E2代表有酶催化时所降低的活化能
D．其他条件相同时E4越大，则酶的催化效率越高
【解析】反应产物的能量值比反应物的高，因此该反应为吸能反应，A正确；曲线Ⅰ是没有酶催化条件下的能量变化，B正确；酶降低的活化能为E4，C错误；酶降低的活化能E4越大，酶的催化效率越高，D正确。
3．下图表示酶与底物结合示意图，下列相关叙述错误的是( D )
A.D表示酶底物复合物
B．酶在反应过程中会发生形变
C．图示过程可能发生在核糖体中
D．图中A酶也可以催化F的水解
【解析】D表示酶底物复合物，A正确；酶在反应过程中会发生形变，但反应前后不变，B正确；图示过程可表示氨基酸的脱水缩合，所以可能发生在核糖体中，C正确；酶具有专一性，图中A酶能催化B与C合成F，因而不能催化F的水解，D错误。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 酶的专一性实验分析))
1．酶的专一性实验
(1)本实验设计了1号和2号试管作为对照，用以证明淀粉和蔗糖是非还原糖。
(2)试管1、3、5相互对照，说明：淀粉酶能将淀粉催化水解，而蔗糖酶不能；试管2、4、6相互对照，说明：蔗糖酶能将蔗糖催化水解，而淀粉酶不能。
从而说明：一种底物的反应只能被一种酶来催化。
(3)试管1、3、4相互对照，说明：淀粉酶只能催化淀粉水解，而不能催化蔗糖水解；试管2、5、6相互对照，说明：蔗糖酶只能催化蔗糖水解，而不能催化淀粉水解，从而说明：一种酶只能催化一种底物的反应。
(4)两组对照都证明了酶具有专一性。
(5)酶的专一性是指每一种酶只能催化一种底物或几种相似的底物，肽酶催化的是多肽类物质的反应，也说明其具有专一性。
(6)本实验的指示剂为本尼迪特试剂，不可以用碘碘化钾来替代。
(7)37 ℃恒温水浴中保温的原因是：37 ℃是唾液淀粉酶的最适温度，保证淀粉被分解为麦芽糖。
2．酶的专一性的实验探究方法——对比法
(1)设计思路：常见的方案有两种，即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。
(2)设计方案
eq \a\vs4\al(典例) 某同学“探究酶的专一性”的活动过程如下表所示。下列叙述正确的是( C )
单位：mL
A．该实验的可变因素是底物和酶
B．该实验的因变量是溶液颜色变化
C．该实验的检测试剂可换成碘碘化钾溶液
D．若组3出现阳性反应，说明蔗糖酶能催化淀粉水解
【解析】本实验的自变量是酶的种类，A错误；该实验的因变量是淀粉是否被水解，B错误；碘碘化钾溶液遇淀粉变蓝，可以作为检测试剂，C正确；若组3出现阳性反应，可能的原因是蔗糖中混有还原糖，不能说明蔗糖酶能催化淀粉水解，D错误。
1．某同学探究酶的专一性的实验设计如表所示：
相关叙述错误的是( B )
A．1%的淀粉溶液中常加入一定量的氯化钠
B．指示剂可以用碘碘化钾溶液代替
C．利用本尼迪特试剂能检测出试管3有还原糖生成
D．淀粉溶液中有杂质可能会导致试管5出现红黄色沉淀现象
【解析】氯离子为唾液淀粉酶的激活剂，所以为保障酶的活性，1%的淀粉溶液中常加入一定量的氯化钠，A正确；指示剂不能用碘碘化钾溶液代替，因为碘碘化钾溶液只能证明淀粉是否被水解，不能证明蔗糖是否被水解，B错误；利用本尼迪特试剂能检测出试管3有还原糖生成，C正确；5号试管出现红黄色沉淀，可能是淀粉溶液中有杂质，如含有还原糖，D正确。
2．在探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的催化作用时，实验人员设置了如下方案，下列叙述正确的是( D )
注：“＋”表示有；“－”表示无；最后一行“＋”的多少表示颜色的深浅。
A．②④对照，可用来验证酶的专一性
B．由①②③对照可推测出淀粉酶的最适温度为60 ℃
C．本实验的变量只有一个：实验的反应温度
D．本实验的实验原理之一是本尼迪特试剂与还原糖在热水浴加热条件下产生红黄色沉淀
【解析】根据对照实验的单一变量原则，②和⑤形成对照实验，可验证酶的专一性，A错误；由①②③对照只可推测出在所给温度下，60 ℃最接近淀粉酶的最适温度，B错误；本实验共有两个自变量：温度和底物的种类，C错误；本实验的实验原理之一是本尼迪特试剂与还原糖在热水浴加热条件下产生红黄色沉淀，D正确。
3．下表为甲、乙两位同学用相同材料和试剂进行“探究酶的专一性”的活动过程。甲做了1～3组，乙做了4～6组。
单位：mL
下列叙述错误的是( B )
A．甲同学实验的检测试剂可换成碘碘化钾溶液
B．甲、乙同学单独做的实验都不能探究酶的专一性
C．若组4出现红黄色沉淀，则乙同学的实验无法证明酶的专一性
D．甲、乙同学的实验组合在一起能排除更多无关变量的干扰
【解析】分析两位同学设计的实验过程，甲、乙同学是用相同底物(淀粉或蔗糖)和不同的酶(唾液淀粉酶和蔗糖酶)探究酶的专一性，都通过加入本尼迪特试剂检测是否有还原糖产生达到实验目的。甲同学实验的检测试剂可换成碘碘化钾溶液检测底物——淀粉是否被全部水解，A正确；结合前面的分析，两位同学都能达到实验目的，B错误；组1和组4本身为对照组，若出现阳性反应，说明底物中混有还原糖，则无法证明酶的专一性，C正确；甲、乙同学的实验组合在一起能排除更多无关变量的干扰，如能同时排除两种底物是否分别混有还原糖，同时排除两种酶的催化活性等无关变量，D正确。
1．下列关于酶的叙述中，错误的是( B )
A．酶具有专一性
B．酶都是由细胞中的核糖体合成的
C．酶在细胞外也能发挥作用
D．酶与底物结合时形状发生改变
【解析】酶的作用具有专一性，A正确；酶的化学本质是蛋白质或RNA，蛋白质的合成场所是核糖体，而RNA的合成场所不是核糖体，B错误；酶在细胞外也能发挥作用，C正确；酶参与化学反应过程中，与底物结合后其形状均要发生改变，但是作用过后保持不变，D正确。
2．瑞典研究人员发现了一种促进脂肪细胞生成的蛋白质——抗酒石酸酸性磷酸酶。这一发现有望为治疗肥胖症开辟新途径。下列有关叙述不正确的是( D )
A．抗酒石酸酸性磷酸酶与油脂的共有元素有C、H、O
B．在适宜条件下，蛋白酶可以将抗酒石酸酸性磷酸酶水解
C．抗酒石酸酸性磷酸酶遇双缩脲试剂呈现紫色
D．理论上可以通过促进抗酒石酸酸性磷酸酶的功能来治疗肥胖症
【解析】根据题干可知，抗酒石酸酸性磷酸酶是一种蛋白质，因此与油脂共有的元素有C、H、O，故A正确；由于抗酒石酸酸性磷酸酶是蛋白质，故可以被蛋白酶水解，故B正确；蛋白质与双缩脲试剂发生紫色反应，故C正确；根据题干可知，抗酒石酸酸性磷酸酶的作用是促进脂肪细胞的生成，故理论上可以降低抗酒石酸酸性磷酸酶的活性来治疗肥胖症，故D错误。
3．下列关于酶的叙述，正确的是( B )
A．鸡肝或马铃薯块茎是否制成匀浆对酶促反应速率没有影响
B．酶的催化机理是能显著降低化学反应的活化能
C．H2O2溶液中加入过氧化氢酶后出现大量气泡，说明酶具有高效性
D．只比较唾液淀粉酶对蔗糖和淀粉的作用不能证明酶具有专一性
【解析】鸡肝或马铃薯块茎制成匀浆后，与反应物的接触面积更大，将加快反应速率，A错误；酶的催化机理是能显著降低化学反应的活化能，B正确；H2O2溶液中加入过氧化氢酶后出现大量气泡，说明酶具有催化作用，C错误；唾液淀粉酶不能分解蔗糖，而能分解淀粉，此实验能证明酶具有专一性，D错误。
4．某同学为研究酶的特性，进行了一系列相关实验，结果如下表所示，下列叙述错误的是( C )
A.本实验的可变因素是酶的种类、温度、酶的有无
B．试管 A、B 对照可证明酶的专一性，鉴定试剂可用碘碘化钾溶液
C．试管 A、C 对照，可证明酶具有高效性，鉴定试剂可用本尼迪特试剂
D．试管 A、D、E 对照可证明酶活性受温度的影响，鉴定试剂可用碘碘化钾溶液
【解析】本实验的自变量是酶的有无、酶的种类、温度，A正确；试管A、B作对照可证明酶的专一性，鉴定试剂用碘碘化钾溶液，检测反应底物淀粉溶液是否被催化分解，未被分解的呈蓝色，B正确；若要探究酶的高效性，应再添加一组无机催化剂做对照组，酶的催化与空白组对照，不能证明酶的催化作用具有高效性，C错误；A、D、E三支试管只有反应温度不同，其他无关变量一致，故可证明酶活性受温度影响，D正确。
5．如图表示“酶的催化效率”实验的过程，下列叙述错误的是( D )
A.如图所示操作后，还需要将试管口塞上橡胶塞
B．若在1号试管中加入块状的肝脏，则反应速率减慢
C．与1号相比，2号试管的气泡产生较慢
D．开展实验时的温度控制相同即可
【解析】题图所示操作后，还需要将试管口塞上橡胶塞，通过点燃过的卫生香的复燃情况，观察氧气的产生情况，A正确；肝细胞内有过氧化氢酶，不研磨肝脏，则过氧化氢酶不能释放出来，若在1号试管中加入块状的肝脏，则反应速率减慢，B正确；与无机催化剂相比，酶具有高效性，与1号相比，2号试管的气泡产生较慢，C正确；温度属于该实验的无关变量，各组的无关变量的设置要遵循等量性原则，实验过程中的温度都要控制相同且适宜，D错误。知识目标
核心素养
1.描述酶的发现过程。
2．举例说明酶是生物催化剂，说明酶的催化活性极高。
3．说明酶具有专一性。
4．分析酶的催化作用受很多因素的影响
通过学习，尤其是内容中的实验学习，让学生形成生命观念，解释生命现象；通过分析实验原理，发展学生的科学思维，形成严谨科学的态度。通过设计、实施实验，提升学生的科学探究能力，加深对生物学探究方法的理解和运用
试管
1
2
3
4
5
6
本尼迪特试剂
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
1%的淀粉溶液
3 mL
－
3 mL
－
3 mL
－
2%的蔗糖溶液
－
3 mL
－
3 mL
－
3 mL
新鲜唾液
－
－
1 mL
1 mL
－
－
蔗糖酶溶液
－
－
－
－
1 mL
1 mL
实验结果
试管编号
1
2
H2O2溶液
3 mL
3 mL
MnO2
少许
－
鸡肝匀浆(马铃薯匀浆)
－
少许
单位时间内气泡释放量
较多
多
卫生香燃烧
较强
剧烈
结论
酶具有高效性
试管编号
1
2
H2O2溶液
3 mL
3 mL
鸡肝匀浆(马铃薯匀浆)
－
少许
单位时间内气泡释放量
很少
多
卫生香燃烧
很弱
剧烈
结论
酶具有催化特性
项目
酶
来源及作用场所
活细胞产生；在细胞内或细胞外发挥作用
化学本质
绝大多数是蛋白质，少数是RNA
合成场所
核糖体或细胞核(真核生物)
合成原料
氨基酸或核糖核苷酸
生物功能
催化作用，作用后保持不变
项目
错误说法
解释
产生场所
具有分泌功能的细胞
活细胞(哺乳动物成熟红细胞等极少数特殊细胞除外)
化学本质
蛋白质
有机物(大多数为蛋白质，少数为RNA)
作用场所
只在细胞内起催化作用
可在细胞内、细胞外、体外发挥作用
作用
酶具有催化、调节等多种功能
酶只具有催化功能
来源
有的可来自食物等
酶只能在活细胞内合成
试管
1
2
3
4
5
6
1%的淀
粉溶液
3 mL
－
3 mL
－
3 mL
－
2%的蔗
糖溶液
－
3 mL
－
3 mL
－
3 mL
新鲜
唾液
－
－
1 mL
1 mL
－
－
蔗糖酶
溶液
－
－
－
－
1 mL
1 mL
温度
处理
37 ℃恒温水浴保温15 min
本尼迪
特试剂
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
水浴
加热
沸水浴2～3 min
实验
结果
不出现
红黄色
沉淀
不出现
红黄色
沉淀
出现红
黄色
沉淀
不出现
红黄色
沉淀
不出现
红黄色
沉淀
出现红
黄色
沉淀
项目
方案一
方案二
实验组
对照组
实验组
对照组
材料
同一种底物(等量)
与酶相对
应的底物
另外
一种底物
试剂
与底物相
对应的酶
另外
一种酶
同一种酶
(等量)
现象
发生反应
不发生反应
发生反应
不发生反应
结论
酶具有专一性
酶具有专一性
组别
1
2
3
1%的淀粉溶液
3
3
3
新鲜唾液
1
蔗糖酶溶液
1
本尼迪特试剂
2
2
2
试管
1
2
3
4
5
6
本尼迪特试剂(mL)
2
2
2
2
2
2
1%的淀粉溶液(mL)
3
－
3
－
3
－
2%的蔗糖溶液(mL)
－
3
－
3
－
3
新鲜唾液(mL)
－
－
1
1
－
－
蔗糖酶溶液(mL)
－
－
－
－
1
1
实验结果
试管编号
①
②
③
④
⑤
⑥
2 mL3%的淀粉溶液
＋
＋
＋
－
－
－
2 mL3%的蔗糖溶液
－
－
－
＋
＋
＋
1 mL2%的淀粉酶溶液
＋
＋
＋
＋
＋
＋
温度(80 ℃)
40
60
80
40
60
80
2 mL本尼迪特试剂
＋
＋
＋
＋
＋
＋
红黄色颜色深浅
＋＋
＋＋＋
＋
－
－
－
组别
1
2
3
4
5
6
1%的淀粉溶液
3
3
3
2%的蔗糖溶液
3
3
3
新鲜唾液
1
1
蔗糖酶溶液
1
1
本尼迪特试剂
2
2
2
2
2
2
试管
试管 A
试管 B
试管 C
试管 D
试管 E
1%淀粉溶液
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
新鲜唾液
1 mL
－
－
1 mL
1 mL
蔗糖酶
－
1 mL
－
－
－
恒温水浴
37 ℃
37 ℃
37 ℃
0 ℃
80 ℃
第1课时 酶的概念及专一性和高效性
知识点一 酶的发现与酶的本质
1．酶的发现过程
(1)18世纪末：意大利科学家斯帕兰扎尼的实验说明了__胃液中有一种能消化肉的物质__。
(2)19世纪50年代：巴斯德提出酒精发酵是__酵母菌代谢活动__的结果，李比希则认为，__酒精发酵__仅仅是一种化学反应，与酵母菌的活动无关，最多只需要酵母菌中的某种物质参与而已。
(3)1897年：德国的毕希纳证明促使酒精发酵的是__酵母菌中的某种物质——酶__，而不是__酵母菌本身__。
(4)1926年：美国的萨姆纳得到__脲酶__结晶后，证明酶的本质是__蛋白质__。
(5)20世纪80年代初：科学家发现极少数特殊的酶是__RNA__。
2．酶的本质
绝大多数酶是__蛋白质__；少数的酶是__RNA__，我们称这一类酶是__核酶__。
小思考：
(1)酶与双缩脲试剂反应，一定会出现紫色吗？
(2)酶的基本单位一定是氨基酸吗？
【答案】(1)不一定，少数酶是RNA。
(2)不一定，少数酶是RNA，其基本单位是核糖核苷酸。
知识点二 酶是生物催化剂
1．酶与底物结合，形成__酶底物复合物__，然后这个复合物发生一定的__形状__变化，使底物变成产物，并从复合物上脱落，同时酶分子又__恢复原状__。
2．酶与无机催化剂的共性：促使反应物发生化学变化，本身却不发生__化学__变化。
3．酶的作用是__降低化学反应的活化能__，使得化学反应加快。
4．酶作用的强弱用__酶活性__表示。
知识点三 酶的特性
1．酶的催化活性极高：由于酶通过与底物分子结合，使化学反应极易进行，所以反应效率__极高__。
2．酶有专一性： 由于酶分子的结构只适合与一种或是一类分子结合，所以一种酶只能催化__一种__底物或__少数几种__相似底物的反应。
3．酶的催化作用受多种条件的影响：pH、__温度__和某些化合物等都能影响酶的作用。酶通常在一定pH范围内才能起作用，而且在某一pH下作用__最强__。
知识点四 活动：探究酶的专一性
1．实验原理
还原糖(如麦芽糖、葡萄糖)遇本尼迪特试剂在热水浴后会出现__红黄色__沉淀。淀粉水解得到麦芽糖，而蔗糖水解后可得到葡萄糖；淀粉与蔗糖都__不是__还原糖。
2．实验过程(见实验记录表)
3．结论：淀粉酶只能催化__淀粉__水解，而不能催化分解蔗糖；而蔗糖酶只能催化__蔗糖__水解，而不能催化分解淀粉，说明酶具有专一性。
4．如果5号试管内呈现轻度阳性反应，你认为该怎样解释？你能设计一个实验来检验自己的假设吗？
【答案】少量淀粉分解成麦芽糖。可再用一支同样的试管只加入3 mL淀粉溶液，其他处理条件相同，用本尼迪特试剂检测，若出现红黄色沉淀说明解释正确。
知识点五 活动：探究酶催化的高效性
1．实验原理
过氧化氢在自然条件下分解缓慢，肝脏或马铃薯中的过氧化氢酶能将H2O2催化分解成H2O和O2。用新鲜的鸡肝匀浆(或马铃薯匀浆)和二氧化锰使过氧化氢分解，通过观察气泡数目和比较对卫生香的助燃程度可以了解过氧化氢酶的催化效率。
2．实验流程及结论
【提醒】探究酶的高效性和探究酶是否具有催化特性的实验对比，前者的自变量为催化剂的类型；后者的自变量为酶的有无。下表为探究酶是否具有催化特性的实验流程及结论。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)酶是活细胞产生的，因此只能在活细胞中发挥催化作用。( × )
(2)酶既可作为催化剂，又可作为另一化学反应的底物。( √ )
(3)酶在发挥催化作用的过程中形状不发生改变。( × )
(4)酶在发挥催化作用的过程中需要消耗ATP。( × )
(5)酶可催化底物发生化学变化，而此过程中酶本身却不发生化学变化。( √ )
(6)当用蔗糖酶分别作用于淀粉和蔗糖来进行酶的专一性验证时，可用碘碘化钾溶液检测反应是否进行。( × )
(7)验证酶具有高效性，可将加酶组与不加酶组进行对照。( × )
2．案例分析：活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。如图为酶的作用模型，请据图回答下列问题：
(1)从图中可以看出，没有酶催化时，发生化学反应需要的活化能__高__；有酶催化时，发生化学反应需要的活化能__低__；a指__酶所降低的活化能__。因此，酶催化作用的本质是__降低化学反应的活化能__。
(2)酶的化学本质是__蛋白质或RNA__，酶起作用的部位是__细胞内或细胞外__。
【解析】(1)从图中可以看出，没有酶催化时，发生化学反应需要的活化能较高，有酶催化时，发生化学反应需要的活化能较低，因此，酶催化作用的本质是降低化学反应的活化能。 (2)酶的化学本质是蛋白质或RNA，酶在细胞内和细胞外都能起作用。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 酶的概念、本质及作用机理))
1．概念和本质
酶是一类由活细胞产生的生物催化剂，大多数是蛋白质，少数为RNA。
2．催化认识
酶所催化的反应称为酶促反应，酶促反应中被酶作用的物质称为底物，经反应生成的物质称为产物。
3．有关酶的学说
(1)中间产物学说：酶促反应中，底物首先与酶结合形成不稳定的中间产物，这个中间产物进一步分解，形成产物并释放出酶，该过程可以表示为：
S(底物)＋E(酶)→SE(中间产物)→P(产物)＋E(酶)
(2)酶具有专一性的主要理论假说有“锁钥学说”和“诱导契合学说”，都强调的是酶空间结构和底物空间结构的相互吻合，因此酶的空间结构一旦发生改变或丧失，酶的专一性也就没有了，如图是锁钥学说示意图。
【提醒】关于酶的常见错误
eq \a\vs4\al(典例) 下列关于酶的叙述，错误的是( B )
A．酶在细胞内、外均可发挥催化作用
B．酶促反应速率的快慢即为酶活性
C．酶与双缩脲试剂不一定发生紫色反应
D．酶在催化过程中会发生可逆性的形状改变
【解析】酶是由活细胞产生的，其在细胞内、外均可发挥催化作用，A正确；影响酶促反应速率的因素除了酶活性外，还有酶的浓度、底物浓度等，而酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力，受温度、pH等因素影响，B错误；双缩脲试剂能与蛋白质发生紫色反应，但有少数酶的化学本质是RNA，所以酶与双缩脲试剂不一定发生紫色反应，C正确；酶在催化化学反应前后性质和数量没有改变，但在催化过程中会发生可逆性的结构改变，酶与底物形成复合物，反应完成后再恢复，D正确。
1．20世纪80年代科学家发现了一种RnaseP酶，是由20%蛋白质和80%RNA组成的，如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2＋的浓度，他们发现留下来的RNA仍然具有这种酶相同的活性，这一结果表明( C )
A．酶的化学本质是蛋白质
B．酶是由蛋白质和RNA组成的
C．RNA也具有生物催化作用
D．绝大多数酶的化学本质是蛋白质
【解析】RnaseP酶是由20%蛋白质和80%RNA组成的，将其中的蛋白质除去，留下来的RNA仍具有这种酶的活性，这一结果表明RNA具有生物催化作用，C正确，A、B、D均错误。
2．下图表示某反应进行时，有酶参与和无酶参与的能量变化，则下列叙述错误的是( C )
A.此反应为吸能反应
B．曲线Ⅰ表示无酶参与时的反应
C．E2代表有酶催化时所降低的活化能
D．其他条件相同时E4越大，则酶的催化效率越高
【解析】反应产物的能量值比反应物的高，因此该反应为吸能反应，A正确；曲线Ⅰ是没有酶催化条件下的能量变化，B正确；酶降低的活化能为E4，C错误；酶降低的活化能E4越大，酶的催化效率越高，D正确。
3．下图表示酶与底物结合示意图，下列相关叙述错误的是( D )
A.D表示酶底物复合物
B．酶在反应过程中会发生形变
C．图示过程可能发生在核糖体中
D．图中A酶也可以催化F的水解
【解析】D表示酶底物复合物，A正确；酶在反应过程中会发生形变，但反应前后不变，B正确；图示过程可表示氨基酸的脱水缩合，所以可能发生在核糖体中，C正确；酶具有专一性，图中A酶能催化B与C合成F，因而不能催化F的水解，D错误。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 酶的专一性实验分析))
1．酶的专一性实验
(1)本实验设计了1号和2号试管作为对照，用以证明淀粉和蔗糖是非还原糖。
(2)试管1、3、5相互对照，说明：淀粉酶能将淀粉催化水解，而蔗糖酶不能；试管2、4、6相互对照，说明：蔗糖酶能将蔗糖催化水解，而淀粉酶不能。
从而说明：一种底物的反应只能被一种酶来催化。
(3)试管1、3、4相互对照，说明：淀粉酶只能催化淀粉水解，而不能催化蔗糖水解；试管2、5、6相互对照，说明：蔗糖酶只能催化蔗糖水解，而不能催化淀粉水解，从而说明：一种酶只能催化一种底物的反应。
(4)两组对照都证明了酶具有专一性。
(5)酶的专一性是指每一种酶只能催化一种底物或几种相似的底物，肽酶催化的是多肽类物质的反应，也说明其具有专一性。
(6)本实验的指示剂为本尼迪特试剂，不可以用碘碘化钾来替代。
(7)37 ℃恒温水浴中保温的原因是：37 ℃是唾液淀粉酶的最适温度，保证淀粉被分解为麦芽糖。
2．酶的专一性的实验探究方法——对比法
(1)设计思路：常见的方案有两种，即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。
(2)设计方案
eq \a\vs4\al(典例) 某同学“探究酶的专一性”的活动过程如下表所示。下列叙述正确的是( C )
单位：mL
A．该实验的可变因素是底物和酶
B．该实验的因变量是溶液颜色变化
C．该实验的检测试剂可换成碘碘化钾溶液
D．若组3出现阳性反应，说明蔗糖酶能催化淀粉水解
【解析】本实验的自变量是酶的种类，A错误；该实验的因变量是淀粉是否被水解，B错误；碘碘化钾溶液遇淀粉变蓝，可以作为检测试剂，C正确；若组3出现阳性反应，可能的原因是蔗糖中混有还原糖，不能说明蔗糖酶能催化淀粉水解，D错误。
1．某同学探究酶的专一性的实验设计如表所示：
相关叙述错误的是( B )
A．1%的淀粉溶液中常加入一定量的氯化钠
B．指示剂可以用碘碘化钾溶液代替
C．利用本尼迪特试剂能检测出试管3有还原糖生成
D．淀粉溶液中有杂质可能会导致试管5出现红黄色沉淀现象
【解析】氯离子为唾液淀粉酶的激活剂，所以为保障酶的活性，1%的淀粉溶液中常加入一定量的氯化钠，A正确；指示剂不能用碘碘化钾溶液代替，因为碘碘化钾溶液只能证明淀粉是否被水解，不能证明蔗糖是否被水解，B错误；利用本尼迪特试剂能检测出试管3有还原糖生成，C正确；5号试管出现红黄色沉淀，可能是淀粉溶液中有杂质，如含有还原糖，D正确。
2．在探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的催化作用时，实验人员设置了如下方案，下列叙述正确的是( D )
注：“＋”表示有；“－”表示无；最后一行“＋”的多少表示颜色的深浅。
A．②④对照，可用来验证酶的专一性
B．由①②③对照可推测出淀粉酶的最适温度为60 ℃
C．本实验的变量只有一个：实验的反应温度
D．本实验的实验原理之一是本尼迪特试剂与还原糖在热水浴加热条件下产生红黄色沉淀
【解析】根据对照实验的单一变量原则，②和⑤形成对照实验，可验证酶的专一性，A错误；由①②③对照只可推测出在所给温度下，60 ℃最接近淀粉酶的最适温度，B错误；本实验共有两个自变量：温度和底物的种类，C错误；本实验的实验原理之一是本尼迪特试剂与还原糖在热水浴加热条件下产生红黄色沉淀，D正确。
3．下表为甲、乙两位同学用相同材料和试剂进行“探究酶的专一性”的活动过程。甲做了1～3组，乙做了4～6组。
单位：mL
下列叙述错误的是( B )
A．甲同学实验的检测试剂可换成碘碘化钾溶液
B．甲、乙同学单独做的实验都不能探究酶的专一性
C．若组4出现红黄色沉淀，则乙同学的实验无法证明酶的专一性
D．甲、乙同学的实验组合在一起能排除更多无关变量的干扰
【解析】分析两位同学设计的实验过程，甲、乙同学是用相同底物(淀粉或蔗糖)和不同的酶(唾液淀粉酶和蔗糖酶)探究酶的专一性，都通过加入本尼迪特试剂检测是否有还原糖产生达到实验目的。甲同学实验的检测试剂可换成碘碘化钾溶液检测底物——淀粉是否被全部水解，A正确；结合前面的分析，两位同学都能达到实验目的，B错误；组1和组4本身为对照组，若出现阳性反应，说明底物中混有还原糖，则无法证明酶的专一性，C正确；甲、乙同学的实验组合在一起能排除更多无关变量的干扰，如能同时排除两种底物是否分别混有还原糖，同时排除两种酶的催化活性等无关变量，D正确。
1．下列关于酶的叙述中，错误的是( B )
A．酶具有专一性
B．酶都是由细胞中的核糖体合成的
C．酶在细胞外也能发挥作用
D．酶与底物结合时形状发生改变
【解析】酶的作用具有专一性，A正确；酶的化学本质是蛋白质或RNA，蛋白质的合成场所是核糖体，而RNA的合成场所不是核糖体，B错误；酶在细胞外也能发挥作用，C正确；酶参与化学反应过程中，与底物结合后其形状均要发生改变，但是作用过后保持不变，D正确。
2．瑞典研究人员发现了一种促进脂肪细胞生成的蛋白质——抗酒石酸酸性磷酸酶。这一发现有望为治疗肥胖症开辟新途径。下列有关叙述不正确的是( D )
A．抗酒石酸酸性磷酸酶与油脂的共有元素有C、H、O
B．在适宜条件下，蛋白酶可以将抗酒石酸酸性磷酸酶水解
C．抗酒石酸酸性磷酸酶遇双缩脲试剂呈现紫色
D．理论上可以通过促进抗酒石酸酸性磷酸酶的功能来治疗肥胖症
【解析】根据题干可知，抗酒石酸酸性磷酸酶是一种蛋白质，因此与油脂共有的元素有C、H、O，故A正确；由于抗酒石酸酸性磷酸酶是蛋白质，故可以被蛋白酶水解，故B正确；蛋白质与双缩脲试剂发生紫色反应，故C正确；根据题干可知，抗酒石酸酸性磷酸酶的作用是促进脂肪细胞的生成，故理论上可以降低抗酒石酸酸性磷酸酶的活性来治疗肥胖症，故D错误。
3．下列关于酶的叙述，正确的是( B )
A．鸡肝或马铃薯块茎是否制成匀浆对酶促反应速率没有影响
B．酶的催化机理是能显著降低化学反应的活化能
C．H2O2溶液中加入过氧化氢酶后出现大量气泡，说明酶具有高效性
D．只比较唾液淀粉酶对蔗糖和淀粉的作用不能证明酶具有专一性
【解析】鸡肝或马铃薯块茎制成匀浆后，与反应物的接触面积更大，将加快反应速率，A错误；酶的催化机理是能显著降低化学反应的活化能，B正确；H2O2溶液中加入过氧化氢酶后出现大量气泡，说明酶具有催化作用，C错误；唾液淀粉酶不能分解蔗糖，而能分解淀粉，此实验能证明酶具有专一性，D错误。
4．某同学为研究酶的特性，进行了一系列相关实验，结果如下表所示，下列叙述错误的是( C )
A.本实验的可变因素是酶的种类、温度、酶的有无
B．试管 A、B 对照可证明酶的专一性，鉴定试剂可用碘碘化钾溶液
C．试管 A、C 对照，可证明酶具有高效性，鉴定试剂可用本尼迪特试剂
D．试管 A、D、E 对照可证明酶活性受温度的影响，鉴定试剂可用碘碘化钾溶液
【解析】本实验的自变量是酶的有无、酶的种类、温度，A正确；试管A、B作对照可证明酶的专一性，鉴定试剂用碘碘化钾溶液，检测反应底物淀粉溶液是否被催化分解，未被分解的呈蓝色，B正确；若要探究酶的高效性，应再添加一组无机催化剂做对照组，酶的催化与空白组对照，不能证明酶的催化作用具有高效性，C错误；A、D、E三支试管只有反应温度不同，其他无关变量一致，故可证明酶活性受温度影响，D正确。
5．如图表示“酶的催化效率”实验的过程，下列叙述错误的是( D )
A.如图所示操作后，还需要将试管口塞上橡胶塞
B．若在1号试管中加入块状的肝脏，则反应速率减慢
C．与1号相比，2号试管的气泡产生较慢
D．开展实验时的温度控制相同即可
【解析】题图所示操作后，还需要将试管口塞上橡胶塞，通过点燃过的卫生香的复燃情况，观察氧气的产生情况，A正确；肝细胞内有过氧化氢酶，不研磨肝脏，则过氧化氢酶不能释放出来，若在1号试管中加入块状的肝脏，则反应速率减慢，B正确；与无机催化剂相比，酶具有高效性，与1号相比，2号试管的气泡产生较慢，C正确；温度属于该实验的无关变量，各组的无关变量的设置要遵循等量性原则，实验过程中的温度都要控制相同且适宜，D错误。知识目标
核心素养
1.描述酶的发现过程。
2．举例说明酶是生物催化剂，说明酶的催化活性极高。
3．说明酶具有专一性。
4．分析酶的催化作用受很多因素的影响
通过学习，尤其是内容中的实验学习，让学生形成生命观念，解释生命现象；通过分析实验原理，发展学生的科学思维，形成严谨科学的态度。通过设计、实施实验，提升学生的科学探究能力，加深对生物学探究方法的理解和运用
试管
1
2
3
4
5
6
本尼迪特试剂
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
1%的淀粉溶液
3 mL
－
3 mL
－
3 mL
－
2%的蔗糖溶液
－
3 mL
－
3 mL
－
3 mL
新鲜唾液
－
－
1 mL
1 mL
－
－
蔗糖酶溶液
－
－
－
－
1 mL
1 mL
实验结果
试管编号
1
2
H2O2溶液
3 mL
3 mL
MnO2
少许
－
鸡肝匀浆(马铃薯匀浆)
－
少许
单位时间内气泡释放量
较多
多
卫生香燃烧
较强
剧烈
结论
酶具有高效性
试管编号
1
2
H2O2溶液
3 mL
3 mL
鸡肝匀浆(马铃薯匀浆)
－
少许
单位时间内气泡释放量
很少
多
卫生香燃烧
很弱
剧烈
结论
酶具有催化特性
项目
酶
来源及作用场所
活细胞产生；在细胞内或细胞外发挥作用
化学本质
绝大多数是蛋白质，少数是RNA
合成场所
核糖体或细胞核(真核生物)
合成原料
氨基酸或核糖核苷酸
生物功能
催化作用，作用后保持不变
项目
错误说法
解释
产生场所
具有分泌功能的细胞
活细胞(哺乳动物成熟红细胞等极少数特殊细胞除外)
化学本质
蛋白质
有机物(大多数为蛋白质，少数为RNA)
作用场所
只在细胞内起催化作用
可在细胞内、细胞外、体外发挥作用
作用
酶具有催化、调节等多种功能
酶只具有催化功能
来源
有的可来自食物等
酶只能在活细胞内合成
试管
1
2
3
4
5
6
1%的淀
粉溶液
3 mL
－
3 mL
－
3 mL
－
2%的蔗
糖溶液
－
3 mL
－
3 mL
－
3 mL
新鲜
唾液
－
－
1 mL
1 mL
－
－
蔗糖酶
溶液
－
－
－
－
1 mL
1 mL
温度
处理
37 ℃恒温水浴保温15 min
本尼迪
特试剂
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
水浴
加热
沸水浴2～3 min
实验
结果
不出现
红黄色
沉淀
不出现
红黄色
沉淀
出现红
黄色
沉淀
不出现
红黄色
沉淀
不出现
红黄色
沉淀
出现红
黄色
沉淀
项目
方案一
方案二
实验组
对照组
实验组
对照组
材料
同一种底物(等量)
与酶相对
应的底物
另外
一种底物
试剂
与底物相
对应的酶
另外
一种酶
同一种酶
(等量)
现象
发生反应
不发生反应
发生反应
不发生反应
结论
酶具有专一性
酶具有专一性
组别
1
2
3
1%的淀粉溶液
3
3
3
新鲜唾液
1
蔗糖酶溶液
1
本尼迪特试剂
2
2
2
试管
1
2
3
4
5
6
本尼迪特试剂(mL)
2
2
2
2
2
2
1%的淀粉溶液(mL)
3
－
3
－
3
－
2%的蔗糖溶液(mL)
－
3
－
3
－
3
新鲜唾液(mL)
－
－
1
1
－
－
蔗糖酶溶液(mL)
－
－
－
－
1
1
实验结果
试管编号
①
②
③
④
⑤
⑥
2 mL3%的淀粉溶液
＋
＋
＋
－
－
－
2 mL3%的蔗糖溶液
－
－
－
＋
＋
＋
1 mL2%的淀粉酶溶液
＋
＋
＋
＋
＋
＋
温度(80 ℃)
40
60
80
40
60
80
2 mL本尼迪特试剂
＋
＋
＋
＋
＋
＋
红黄色颜色深浅
＋＋
＋＋＋
＋
－
－
－
组别
1
2
3
4
5
6
1%的淀粉溶液
3
3
3
2%的蔗糖溶液
3
3
3
新鲜唾液
1
1
蔗糖酶溶液
1
1
本尼迪特试剂
2
2
2
2
2
2
试管
试管 A
试管 B
试管 C
试管 D
试管 E
1%淀粉溶液
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
新鲜唾液
1 mL
－
－
1 mL
1 mL
蔗糖酶
－
1 mL
－
－
－
恒温水浴
37 ℃
37 ℃
37 ℃
0 ℃
80 ℃
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