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高中生物浙科版 (2019)必修1《分子与细胞》第三章 细胞的代谢第二节 酶是生物催化剂集体备课课件ppt
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第二节 酶是生物催化剂 1.酶的概念和本质:酶是由活细胞产生的一类生物催化剂,大多数酶是蛋白质,极 少数酶是RNA。2.酶的特点(1)具有促使反应物发生化学变化而本身却不发生化学变化的特点。(2)酶分子有一定的空间结构,能和底物分子结合。
3.酶与底物结合示意图
4.酶活性:一般是指单位时间内底物的消耗量或产物的生成量。酶作用的强弱可 用酶活性表示。易错警示a.酶的本质并非全为蛋白质,极少数酶为RNA。酶的基本单位为氨基酸或核糖核苷酸。b.并非具有分泌功能的细胞才能产生酶,活细胞一般都能产生酶。c.酶既可以在细胞内发挥作用,也可以在细胞外或生物体外发挥作用,如各种消化 酶。
1.酶的专一性:由于酶分子的结构只适合与一种或者一类分子结合,所以一种酶只 能催化一种底物或者少数几种相似底物的反应。2.探究酶的专一性(1)实验原理①淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在相关酶的催化作用下都能水解成还原糖。②还原糖能够与本尼迪特试剂发生反应,生成红黄色沉淀。(2)注意事项①该实验反应温度为37 ℃恒温,原因是唾液淀粉酶的最适温度是37 ℃,同时排除 温度对实验的干扰。②本实验检测试剂不能使用碘-碘化钾溶液,因为碘-碘化钾溶液无法检测蔗糖是 否水解。
2 |酶的催化功能具有专一性
1.活化能的概念及酶作用机理(1)活化能:化学反应进行时需要吸收能量以断开反应分子的化学键,使反应物活 化并完成化学反应生成产物,这种化学反应过程中所需要的能量被称为活化能。(2)酶作用机理:降低化学反应的活化能,使得化学反应加快。
3 酶的催化功能具有高效性
B表示无催化剂时反应所需的活化能;C表示有无机催化剂时反应所需的活 化能;D表示有酶时反应所需的活化能;A表示酶降低的活化能。2.酶的高效性:与无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著,催化效率更高。3.探究酶催化的高效性(1)实验原理①过氧化氢在自然条件下分解缓慢,过氧化氢酶和二氧化锰可催化过氧化氢分 解。②通过观察气泡生成速率或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)注意事项①实验要用新鲜的鸡肝或生的马铃薯块茎,其中的过氧化氢酶活性高。②实验中鸡肝或生马铃薯块茎要制成匀浆。过氧化氢酶主要存在于细胞中,若没有制成匀浆,会导致实验现象不明显。
1.影响因素:pH、温度、底物浓度、有机溶剂、重金属离子、酶的浓度、酶的激 活剂和抑制剂等。2.pH:酶通常在一定pH范围内才起作用,而且在某一pH下作用最强。
4 | 酶的催化功能受多种条件的影响
3.温度:酶促反应都有一个最适温度,在此温度以上或以下,酶活性均会下降。这是因为温度对酶促反应的影响有两个方面:其一,温度升高,反应物分子具有的能量增加,反应速度加快;其二,酶是蛋白质,酶分子本身会随温度的升高而发生空间结构改变,导致热变 性。温度升得越高,酶变性的速率越快,升到一定温度,酶将完全失去活性。这两个作用叠加在一起,使得酶所催化的反应表现出最适温度。
4.pH对过氧化氢酶的影响(1)实验原理①过氧化氢酶催化过氧化氢分解产生水和氧气,pH影响过氧化氢酶的活性,从而 影响单位时间氧气的生成量。②用倒置量筒中的气体量来表示氧气的生成量。(2)注意事项:不宜用淀粉和淀粉酶作实验材料,因为在该实验中要设置酸性处理 组,而酸(H+)会促进淀粉的水解,从而影响实验结果。
判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。1.酶在催化反应完成后立即被降解成氨基酸或核糖核苷酸。 ( )
提示:酶催化化学反应前后化学性质不变,酶本身不发生化学变化,不会被降解。
2.酶在反应中起调节作用,反应过程中酶会发生形状变化。 ( )
提示:酶只起催化作用,促进化学反应的进行。在催化过程中酶会发生形状的 改变。
3.探究酶的专一性活动中可以用本尼迪特试剂或者碘-碘化钾溶液进行结果检测, 其中用本尼迪特试剂现象更明显。 ( )
提示:探究酶的专一性活动中,检测试剂不能使用碘-碘化钾溶液,因为碘-碘化 钾溶液无法检测蔗糖是否被水解。
4.探究酶催化的高效性活动中将新鲜的鸡肝或生的马铃薯块茎煮熟,会缩短反应 时间。 ( )
提示:实验要用新鲜的鸡肝或生的马铃薯块茎,因为新鲜的鸡肝或生的马铃薯 块茎中的过氧化氢酶活性高。如果将鸡肝或马铃薯块茎煮熟,过氧化氢酶将由于 高温失活。
5.探究pH对过氧化氢酶的影响活动中,每次实验完成可以不用冲洗反应小室,直 接进行下一pH条件下的实验。 ( )
提示:每次实验完成都要反复冲洗反应小室,否则影响pH。
1.酶解法鉴定酶的本质 从酶的化学本质上来讲,绝大多数的酶是蛋白质,极少数的酶是RNA。酶必 须保持正常的结构才能发挥催化作用,因此可以分别利用蛋白酶和RNA酶处理某 酶,再观察其功能是否受影响来确定该酶的本质。设计方案如图:
2.验证酶的高效性(1)设计思路:通过对不同类型催化剂(主要是酶与无机催化剂)催化底物的反应速 率进行比较,得出结论。(2)设计方案
(3)酶高效性相关曲线分析①酶的催化效率高于无机催化剂。②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间(即改变反应速率),不能改变化学反应的 平衡点和方向。3.验证酶的专一性(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。
4.探究酶的最适温度、最适pH(1)原理:在适宜的温度、pH条件下,酶可以较快地催化反应的进行,低于或高于最适条件,酶催化能力均会降低。(2)思路:设置一系列等梯度的不同温度、pH条件,检测相关条件下的反应速率,以 反映酶的活性,从而找出酶的最适温度和最适pH。(3)实例:以过氧化氢酶催化过氧化氢分解的实验探究酶的最适pH。
典例 某同学进行有关酶的实验:组1:2%H2O2溶液3 mL;组2:2%H2O2溶液3 mL+少许马铃薯匀浆;组3:2%H2O2溶液3 mL+少许MnO2。下列叙述正确的是 ( )A.实验的自变量是催化剂的种类B.该实验可说明酶的作用具有专一性C.马铃薯不制成匀浆对实验结果无影响D.实验结果可用点燃后无明火的卫生香放在试管口检测
思路点拨 准确分析自变量是解题的关键。组1和组2对照实验说明酶具有催化能力,组 2和组3对照实验说明酶催化的高效性。
解析 组1和组2的自变量为是否加酶,组2和组3的自变量是加入催化剂的种类,A 错误;组2和组3自变量是加入催化剂的种类,一个是酶,一个是无机催化剂,可以说 明酶催化具有高效性,不能说明酶的作用具有专一性,B错误;马铃薯不制成匀浆 会导致其与H2O2溶液的接触面积减少,影响酶的活性,进而对实验结果产生影响,C 错误;H2O2分解会产生氧气,故实验结果可用点燃后无明火的卫生香放在试管口 检测产生的O2对卫生香的助燃程度,D正确。
酶活性受温度、pH、酶的激活剂和抑制剂等因素的影响。酶抑制剂是指能 与酶结合并降低酶活性的分子,可分为竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂两类。竞 争性抑制剂是产生竞争性抑制作用的抑制剂,它与被抑制的酶的底物通常有结构 上的相似性,能与底物竞相争夺酶分子上的活性位点,从而产生酶活性的可逆的 抑制作用(如图A、B所示)。非竞争性抑制剂在化学结构和分子形状上与底物无 相似之处,在活性部位以外的地方与酶结合,引起酶的构象发生变化,导致活性部 位不能再结合底物(如图C所示)。若底物先与活性部位结合,就会导致酶的非竞 争性抑制剂结合部位的构象改变,致使非竞争性抑制剂无法再与酶结合。
问题1 影响酶促反应速率的因素有哪些?提示 有机溶剂、重金属离子、酶的浓度、反应物浓度、温度、pH、酶的抑制 剂、酶的激活剂等。问题2 请据图分析,提高底物浓度能否减弱竞争性抑制剂对酶活性的影响?说出
问题1 影响酶促反应速率的因素有哪些?
提示 有机溶剂、重金属离子、酶的浓度、反应物浓度、温度、pH、酶的抑制剂、酶的激活剂等。
问题2 请据图分析,提高底物浓度能否减弱竞争性抑制剂对酶活性的影响?说出你的理由。
提示 能,提高底物浓度,可使竞争性抑制剂与酶活性部位结合的概率降低。
问题3 改变反应速率与改变生成物量的方法是否一致?
提示 不完全一致,影响酶活性的因素及底物浓度等均可改变反应速率,但只有底物浓度能最终决定生成物量的多少。
辨别影响酶促反应速率的各种曲线图(1)温度、pH等对酶促反应速率的影响曲线分析
①甲、乙图分别表示温度、pH对酶促反应速率的影响。低温抑制酶的活性,升 高温度可使酶活性恢复;高温使酶活性丧失,降温不能恢复酶活性。pH过低或过 高均使酶活性丧失,不再恢复。因此,应在低温和适宜pH下保存酶。②丙图表示在酶浓度一定的情况下,一定范围内增加底物浓度,酶促反应速率随 之加快,超过一定范围后,酶促反应速率不再随之增加。“饱和点”出现的主要 原因是酶量有限,存在酶的饱和现象。③丁图表示在底物充足的情况下,酶促反应速率与酶浓度成正比。
(2)不同操作对生成物量的影响曲线分析
A B C
①底物一定的情况下,达到平衡后的生成物总量也是固定的,曲线斜率可表示反 应速率。②由红线改变成绿线的可能操作:A——底物浓度和酶浓度均增大;B——底物浓 度不变,酶浓度增大;C——反应达到平衡后补充底物。
典例 如图曲线b表示在最适温度和最适pH条件下,反应物浓度与酶促反应速率的关系。分析正确的是 ( ) A.pH增大后重复该实验,曲线上A点和B点位置都不变B.反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素C.酶量增加后重复该实验,酶促反应速率可用曲线a表示D.B点后升高温度,酶促反应速率将呈现曲线c所示变化
第二节 酶是生物催化剂 1.酶的概念和本质:酶是由活细胞产生的一类生物催化剂,大多数酶是蛋白质,极 少数酶是RNA。2.酶的特点(1)具有促使反应物发生化学变化而本身却不发生化学变化的特点。(2)酶分子有一定的空间结构,能和底物分子结合。
3.酶与底物结合示意图
4.酶活性:一般是指单位时间内底物的消耗量或产物的生成量。酶作用的强弱可 用酶活性表示。易错警示a.酶的本质并非全为蛋白质,极少数酶为RNA。酶的基本单位为氨基酸或核糖核苷酸。b.并非具有分泌功能的细胞才能产生酶,活细胞一般都能产生酶。c.酶既可以在细胞内发挥作用,也可以在细胞外或生物体外发挥作用,如各种消化 酶。
1.酶的专一性:由于酶分子的结构只适合与一种或者一类分子结合,所以一种酶只 能催化一种底物或者少数几种相似底物的反应。2.探究酶的专一性(1)实验原理①淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在相关酶的催化作用下都能水解成还原糖。②还原糖能够与本尼迪特试剂发生反应,生成红黄色沉淀。(2)注意事项①该实验反应温度为37 ℃恒温,原因是唾液淀粉酶的最适温度是37 ℃,同时排除 温度对实验的干扰。②本实验检测试剂不能使用碘-碘化钾溶液,因为碘-碘化钾溶液无法检测蔗糖是 否水解。
2 |酶的催化功能具有专一性
1.活化能的概念及酶作用机理(1)活化能:化学反应进行时需要吸收能量以断开反应分子的化学键,使反应物活 化并完成化学反应生成产物,这种化学反应过程中所需要的能量被称为活化能。(2)酶作用机理:降低化学反应的活化能,使得化学反应加快。
3 酶的催化功能具有高效性
B表示无催化剂时反应所需的活化能;C表示有无机催化剂时反应所需的活 化能;D表示有酶时反应所需的活化能;A表示酶降低的活化能。2.酶的高效性:与无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著,催化效率更高。3.探究酶催化的高效性(1)实验原理①过氧化氢在自然条件下分解缓慢,过氧化氢酶和二氧化锰可催化过氧化氢分 解。②通过观察气泡生成速率或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)注意事项①实验要用新鲜的鸡肝或生的马铃薯块茎,其中的过氧化氢酶活性高。②实验中鸡肝或生马铃薯块茎要制成匀浆。过氧化氢酶主要存在于细胞中,若没有制成匀浆,会导致实验现象不明显。
1.影响因素:pH、温度、底物浓度、有机溶剂、重金属离子、酶的浓度、酶的激 活剂和抑制剂等。2.pH:酶通常在一定pH范围内才起作用,而且在某一pH下作用最强。
4 | 酶的催化功能受多种条件的影响
3.温度:酶促反应都有一个最适温度,在此温度以上或以下,酶活性均会下降。这是因为温度对酶促反应的影响有两个方面:其一,温度升高,反应物分子具有的能量增加,反应速度加快;其二,酶是蛋白质,酶分子本身会随温度的升高而发生空间结构改变,导致热变 性。温度升得越高,酶变性的速率越快,升到一定温度,酶将完全失去活性。这两个作用叠加在一起,使得酶所催化的反应表现出最适温度。
4.pH对过氧化氢酶的影响(1)实验原理①过氧化氢酶催化过氧化氢分解产生水和氧气,pH影响过氧化氢酶的活性,从而 影响单位时间氧气的生成量。②用倒置量筒中的气体量来表示氧气的生成量。(2)注意事项:不宜用淀粉和淀粉酶作实验材料,因为在该实验中要设置酸性处理 组,而酸(H+)会促进淀粉的水解,从而影响实验结果。
判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。1.酶在催化反应完成后立即被降解成氨基酸或核糖核苷酸。 ( )
提示:酶催化化学反应前后化学性质不变,酶本身不发生化学变化,不会被降解。
2.酶在反应中起调节作用,反应过程中酶会发生形状变化。 ( )
提示:酶只起催化作用,促进化学反应的进行。在催化过程中酶会发生形状的 改变。
3.探究酶的专一性活动中可以用本尼迪特试剂或者碘-碘化钾溶液进行结果检测, 其中用本尼迪特试剂现象更明显。 ( )
提示:探究酶的专一性活动中,检测试剂不能使用碘-碘化钾溶液,因为碘-碘化 钾溶液无法检测蔗糖是否被水解。
4.探究酶催化的高效性活动中将新鲜的鸡肝或生的马铃薯块茎煮熟,会缩短反应 时间。 ( )
提示:实验要用新鲜的鸡肝或生的马铃薯块茎,因为新鲜的鸡肝或生的马铃薯 块茎中的过氧化氢酶活性高。如果将鸡肝或马铃薯块茎煮熟,过氧化氢酶将由于 高温失活。
5.探究pH对过氧化氢酶的影响活动中,每次实验完成可以不用冲洗反应小室,直 接进行下一pH条件下的实验。 ( )
提示:每次实验完成都要反复冲洗反应小室,否则影响pH。
1.酶解法鉴定酶的本质 从酶的化学本质上来讲,绝大多数的酶是蛋白质,极少数的酶是RNA。酶必 须保持正常的结构才能发挥催化作用,因此可以分别利用蛋白酶和RNA酶处理某 酶,再观察其功能是否受影响来确定该酶的本质。设计方案如图:
2.验证酶的高效性(1)设计思路:通过对不同类型催化剂(主要是酶与无机催化剂)催化底物的反应速 率进行比较,得出结论。(2)设计方案
(3)酶高效性相关曲线分析①酶的催化效率高于无机催化剂。②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间(即改变反应速率),不能改变化学反应的 平衡点和方向。3.验证酶的专一性(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。
4.探究酶的最适温度、最适pH(1)原理:在适宜的温度、pH条件下,酶可以较快地催化反应的进行,低于或高于最适条件,酶催化能力均会降低。(2)思路:设置一系列等梯度的不同温度、pH条件,检测相关条件下的反应速率,以 反映酶的活性,从而找出酶的最适温度和最适pH。(3)实例:以过氧化氢酶催化过氧化氢分解的实验探究酶的最适pH。
典例 某同学进行有关酶的实验:组1:2%H2O2溶液3 mL;组2:2%H2O2溶液3 mL+少许马铃薯匀浆;组3:2%H2O2溶液3 mL+少许MnO2。下列叙述正确的是 ( )A.实验的自变量是催化剂的种类B.该实验可说明酶的作用具有专一性C.马铃薯不制成匀浆对实验结果无影响D.实验结果可用点燃后无明火的卫生香放在试管口检测
思路点拨 准确分析自变量是解题的关键。组1和组2对照实验说明酶具有催化能力,组 2和组3对照实验说明酶催化的高效性。
解析 组1和组2的自变量为是否加酶,组2和组3的自变量是加入催化剂的种类,A 错误;组2和组3自变量是加入催化剂的种类,一个是酶,一个是无机催化剂,可以说 明酶催化具有高效性,不能说明酶的作用具有专一性,B错误;马铃薯不制成匀浆 会导致其与H2O2溶液的接触面积减少,影响酶的活性,进而对实验结果产生影响,C 错误;H2O2分解会产生氧气,故实验结果可用点燃后无明火的卫生香放在试管口 检测产生的O2对卫生香的助燃程度,D正确。
酶活性受温度、pH、酶的激活剂和抑制剂等因素的影响。酶抑制剂是指能 与酶结合并降低酶活性的分子,可分为竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂两类。竞 争性抑制剂是产生竞争性抑制作用的抑制剂,它与被抑制的酶的底物通常有结构 上的相似性,能与底物竞相争夺酶分子上的活性位点,从而产生酶活性的可逆的 抑制作用(如图A、B所示)。非竞争性抑制剂在化学结构和分子形状上与底物无 相似之处,在活性部位以外的地方与酶结合,引起酶的构象发生变化,导致活性部 位不能再结合底物(如图C所示)。若底物先与活性部位结合,就会导致酶的非竞 争性抑制剂结合部位的构象改变,致使非竞争性抑制剂无法再与酶结合。
问题1 影响酶促反应速率的因素有哪些?提示 有机溶剂、重金属离子、酶的浓度、反应物浓度、温度、pH、酶的抑制 剂、酶的激活剂等。问题2 请据图分析,提高底物浓度能否减弱竞争性抑制剂对酶活性的影响?说出
问题1 影响酶促反应速率的因素有哪些?
提示 有机溶剂、重金属离子、酶的浓度、反应物浓度、温度、pH、酶的抑制剂、酶的激活剂等。
问题2 请据图分析,提高底物浓度能否减弱竞争性抑制剂对酶活性的影响?说出你的理由。
提示 能,提高底物浓度,可使竞争性抑制剂与酶活性部位结合的概率降低。
问题3 改变反应速率与改变生成物量的方法是否一致?
提示 不完全一致,影响酶活性的因素及底物浓度等均可改变反应速率,但只有底物浓度能最终决定生成物量的多少。
辨别影响酶促反应速率的各种曲线图(1)温度、pH等对酶促反应速率的影响曲线分析
①甲、乙图分别表示温度、pH对酶促反应速率的影响。低温抑制酶的活性,升 高温度可使酶活性恢复;高温使酶活性丧失,降温不能恢复酶活性。pH过低或过 高均使酶活性丧失,不再恢复。因此,应在低温和适宜pH下保存酶。②丙图表示在酶浓度一定的情况下,一定范围内增加底物浓度,酶促反应速率随 之加快,超过一定范围后,酶促反应速率不再随之增加。“饱和点”出现的主要 原因是酶量有限,存在酶的饱和现象。③丁图表示在底物充足的情况下,酶促反应速率与酶浓度成正比。
(2)不同操作对生成物量的影响曲线分析
A B C
①底物一定的情况下,达到平衡后的生成物总量也是固定的,曲线斜率可表示反 应速率。②由红线改变成绿线的可能操作:A——底物浓度和酶浓度均增大;B——底物浓 度不变,酶浓度增大;C——反应达到平衡后补充底物。
典例 如图曲线b表示在最适温度和最适pH条件下,反应物浓度与酶促反应速率的关系。分析正确的是 ( ) A.pH增大后重复该实验,曲线上A点和B点位置都不变B.反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素C.酶量增加后重复该实验,酶促反应速率可用曲线a表示D.B点后升高温度,酶促反应速率将呈现曲线c所示变化
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