科学·技术·社会　酶为生活添姿彩课堂实录

第五章

第一节

《降低化学反应活化能的酶》学案

【自主学习】完成填空

一、酶在细胞代谢中的作用

问题探讨

1773年，斯帕兰札尼做了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间后，他把小笼子取出来，发现笼内的肉块消失了。

讨论1：斯帕兰札尼设计的实验巧妙之处在哪里？ 讨论2：这个实验要解决什么问题？ 讨论3：是什么物质使肉块消失了？ 讨论4：这个实验证明了什么？ 讨论5：怎样才能证明你的推测？ 1.细胞代谢：_______每时每刻都进行着许多 ，是细胞生命活动的 。

2.实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解

（1）

实验原理过程和现象记录

H2O2―→_______+_____ 3+新鲜肝脏中有较多的____________。实验中每滴FeCl3溶液中的Fe数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的______倍。

（2）

控制变量

自变量：在实验过程中__________的变量。

因变量：随_________变化而变化的变量。

无关变量：除_______外，实验过程中还存在的一些对实验结果__________的可变因素。

对照实验：除了一个因素以外，其余因素都__________的实验

单一变量原则：在对照实验中，除了____________外，其他变量都应当_________。

3.酶的作用原理

（1）活化能：分子从______转变为容易发生化学反应的_________所需要的能量。

（2）原理：同无机催化剂相比，酶__________的作用更显著，因而催化效率更高。

（3）意义：使细胞代谢能在________条件下______进行。

二．酶的本质

1.探索历程

科学家

法国

巴斯德

德国

李比希

德国

毕希纳

美国

萨姆纳

实验推论或结论

糖类变成酒精一定有 存在

只有在 ，酵母细胞中的某些物质才能引起发酵。

发现不含酵母细胞的提取液同样能引起发酵并将酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶

从刀豆中提取脲酶结晶，并证明其本质是 第

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美国

切赫和奥特曼

发现少数 也具有生物催化功能

2.酶的本质：大多数是 ，少数是 。

探究点一

酶的本质和作用

1．完成下表并理解酶的本质及生理作用。

化学本质

绝大多数是______ 少数是______ ______ __________ 合成原料

______ ______ 合成场所

____________ 生理作用

来源

一般来说，______都能产生酶

作用场所

____内、外或______外均可

2.分析下列示意图，探讨以下几个问题：

(1)活化能指什么？

(2)酶催化作用的本质是什么？

(3)酶与无机催化剂相比有哪些相同之处？

三、酶的催化作用 是细胞生命活动的基础。

（一）相关概念

1．酶促反应：酶所催化的化学反应称为酶促反应。

2．底物：在酶促反应中被酶催化的物质。

3．产物：经酶催化所产生的物质。

4．酶的活性：酶所具有的催化能力。

5．酶的失活（酶失活）：酶失去催化能力。

6．活化能：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。

（二）酶的作用原理 （三）酶具有催化作用

★实验1：比较过氧化氢在不同条件下的分解

3+1．实验原理：过氧化氢在加热、化学催化剂Fe,生物催化剂酶的作用下，可以分解为水和氧气。化学反应式如下： 2．材料用具：略

3．实验步骤：

降低化学反应活化能的酶学案

试管

号

1 2 3 4 3%的过氧化

氢溶液

2mL 2mL 2mL 2mL 控制变量

实验处理

不处理

90℃左右水浴加热

滴加3.5%FeCl3溶液2滴

滴加20%肝脏研磨液2滴

气泡多少

基本无气泡产生

很少

较多

很多

点燃的卫生香检测

燃烧但不猛烈

燃烧猛烈

3．实验步骤：

试管号

1 2 3%的过氧化

氢溶液

2mL 2mL 控制变量

实验处理

滴加3.5%FeCl3溶液2滴

滴加20%肝脏研磨液2滴

气泡多少

较多

很多

点燃的卫生香检测

燃烧但不猛烈

燃烧猛烈

讨论6：与1号试管相比，2号试管出现了什么不同的现象？这一现象说明什么？

讨论7：为什么加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率？加热起了什么作用？

讨论8：在细胞内能通过加热来提高反应速率吗？ 讨论9：3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？

讨论10：3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？为什么说酶对于细胞内化学反应的进行至关重要？

4.实验的结论 5.实验中的相关变量

自变量

在实验中人为改变的变量

试管2 试管3 试管4 因变量

无关变量

随自变量变化而变化的变量

除自变量外，实验中对实验结果造成影响的变量

4．结论：

5．分析讨论：

①实验的自变量：

②因变量：

★实验2：证明酶具有专一性

实验组：底物＋相应酶液→底物分解 对照组：相同底物＋另一种酶液→底物不分解

或：实验组：底物＋相应酶液→底物分解 对照组：另一底物＋相同酶液→底物不分解

实验中：自变量： 不同底物或酶液 因变量：底物是否被分解或有无产物生成 无关变量：试剂的量、反应温度、pH等

★实验3：探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用

1．原理：

淀粉和蔗糖不具还原性，与斐林试剂不发生反应。用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂鉴定，根据是否有砖红色沉淀来判定淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探究酶的专一性。

2．材料用具：略

3．实验步骤：

操作序号

1 2 3 4 5 6 7 项目

注入3%的可溶性淀粉溶液

注入3%的蔗糖溶液

注入新鲜淀粉酶溶液，并振荡

60℃温水保温

注入斐林试剂，并振荡

水溶加热

现象

1号试管

2mL / 2mL 5min 2mL 1min 砖红色沉淀

2号试管

/ 2mL 2mL 5min 2mL 1min 无砖红色沉淀

6.对照实验：

四、酶的特性

（一）特性：（1）高效性

（2）专一性

（3）作用条件较温和(需适宜的温度、pH) （二）如何证明酶具有高效性和专一性？

★实验1、验证酶具有高效性

实验组：底物＋生物催化剂（酶）→底物分解速率（产物形成速率）

对照组：底物＋无机催化剂→底物分解速率（产物形成速率）

（可设置四组：室温；高温；无机催化剂；有机催化剂）

实验中：自变量：

催化剂

因变量：底物分解速率或产生生成速率

无关变量：

试剂的量、反应温度、pH等

3+★实验2：比较过氧化氢酶与Fe的催化效率

3+1．原理：过氧化氢在化学催化剂Fe,生物催化剂酶的作用下，可以分解为水和氧

2．材料用具：略

降低化学反应活化能的酶学案

4．结论： 5．分析讨论：

（1）为什么要将试管浸到60℃的温水保温？

因为：一是淀粉酶在60℃左右时，催化效率最高；二是温度在这个实验设计中是无关变量，在60℃的温水中保温可排除温度对实验结果的干扰。

（2）为什么用斐林试剂而不用碘液？

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____________________________________________________

（2）酶在反应前后有没有发生质和量的变化？

自变量：___________ 因变量：_________________无关变量：（3）每一种酶都能催化所有化学反应吗？___________________________ 酶___________________________ 促（4）酶能改变化学反应平衡吗？___________________________________ 反★实验4：探究温度对淀粉酶活性的影响。

应1．实验原理：

（5）酶与无机催化剂有何异同？

速率（1）淀粉遇碘后，形成蓝色的复合物。

五、影响酶促反应的因素

（2）淀粉酶可以使淀粉逐步水解成麦芽糖和葡萄糖，麦芽糖和葡萄糖遇碘后不显色。

（一）酶的活性：影响酶活性的因素一定会影响酶促反应的速率。

0注：市售a-淀粉酶的最适温度约60C 温度

1．表示方法：以单位时间内底物的减少量或产物的生成量来表示。

2．方法步骤：

酶

2．影响因素：

促（1）取3支试管，编上号（A、B、C），然后分别注入2mL可溶性淀粉溶液；

反

（1）温度：

（2）另取3支试管，编上号（a、b、c），然后分别注入1mL新鲜淀粉酶溶液；

应

图示含义：在较低温度时，随着温度的升高，酶的活性也逐渐增强，达

速（3）将装有淀粉溶液和酶溶液的试管分成3组，分别放入沸水、

率0热水（约60C）和冰块中，维持各自的温度5min；

到最适温度时，酶的活性最高，但高于最适温度后酶的催化能力会

（4）分别将淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉溶液中，摇匀后，维持各自的温度5min；

迅速下降，最后完全失去催化能力。

PH （5）在3支试管中各滴入1-2滴碘液，摇匀后观察这3支试管中溶液颜色变化并记录；

（改变了酶的空间结构）

思考题1、为什么用不同温度处理淀粉溶液或酶溶液，这是为什么？

（2）pH：

图示含义：酶的催化能力有一个最适pH，在低于最适pH时，随着pH的升

思考题2、在试管A、B、C中分别能观察到什么现象？

高，酶的催化能力也相应升高；高于最适pH，随着pH升高，酶

思考题3、通过上述实验，你能得出什么结论？

酶的活性逐渐下降，最终失活。

促思考题4、在上述实验中，自变量是什么？无关变量是什么？

（改变了酶的空间结构）

反应 （3）底物浓度

速★实验5：探究PH值对酶活性的影响

率图示含义：酶量一定的条件下，在一定范围内随着底物浓度的增加，反

（一）实验原理：

应速率也增加，但达到一定浓度后不再增加，原因是受到酶数量

思考题5、请依据下面所列实验操作步骤，写出该实验的实验原理。

底物浓度

和酶活性影响。

酶 淀粉酶可以使淀粉逐步水解成麦芽糖和葡萄糖，麦芽糖和葡萄糖是还原性糖，遇斐林试剂促（4）酶浓度

反煮沸的情况下会有砖红色沉淀。

应图示含义：在底物充足、其他条件适宜的条件下，反应系统中不含有抵

序号

加入试剂或处理方法

试管

速制酶活性和物质及其他不利于酶发挥作用的因素时，酶促反应速率与酶

率1 2 3 浓度成正比。

1 注入新鲜的淀粉酶溶液

1mL 1mL 1mL （5）激活剂与抑制剂

酶浓度

2 注入蒸馏水

1mL / / 激活剂：可以提高酶的活性，但不是必需的。

3 注入氢氧化钠溶液

/ 1mL / 抑制剂：使酶活性下降，但不会使酶变性。

4 注入盐酸

/ / 1mL 抑制剂可分两种：可逆抑制作用与不可逆的抑制作用。

5 注入可溶性淀粉溶液

2mL 2mL 2mL 探究温度（pH）对酶活性的影响

06 60C水浴保温5min

思路：

7 加入斐林试剂，边加边振荡

2mL 2mL 2mL

底物＋

T(pH)＋酶液

11

8 水浴加热煮沸1min

底物＋T2(pH2)＋酶液

检测

底物分解速

┊

┊

┊

9 观察3支试管中溶液颜色变化变记录

度或产物生

底物＋Tn(pHn)＋酶液

（二）操作步骤：用表格显示实验步骤：（注意操作顺序不能错）

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思考题6、请在上表中填入你所观察到的实验现象。

思考题7、通过上述实验，你能得出什么结论？

思考题8、在上述实验中，自变量是什么？无关变量是什么？

思考题9、探究温度对酶活性的影响实验中是否可以用斐林试剂来检验实验结果？为什么？

七、其它实验：探究底物浓度或酶浓度对酶促反应速率的影响

观察下列变化曲线，回答下列问题：

精选练习

题组一

酶的本质及作用

1．(2011·盐城月考)下列关于酶的叙述，正确的是(多选)(

) A．酶提供反应开始时所必需的能量

B．酶是由活细胞产生的，在生物体内外都能发挥作用

(1)在低于最适温度(pH)的条件下，随着温度(pH)升高，酶促反应速率________，表明酶的C．酶的化学本质并非都是蛋白质

活性________。超过最适温度(pH)，随着温度(pH)升高，酶促反应速率________，表明酶D．一个酶分子只起一次作用，然后就被破坏了

的活性________。温度过高(pH过低或过高)，酶的活性________。

2．(2009·重庆理综，1)下列有关酶的叙述，正确的是(

) (2)温度过低，酶的活性________(低，丧失)；而pH值过低，酶的活性________。

A．高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性

(3)两条酶促变化速率变化曲线表明，酶所催化的化学反应一般是在____________条件进行B．酶是活细胞产生并具有催化作用的蛋白质

的。

C．细胞质基质中有催化葡萄糖分解的酶

探究示例1

下图一表示温度对酶促反应速率的影响示意图，图二的实线表示在温度为a的情D．细胞质中没有作用于DNA的解旋酶

况下生成物量与时间的关系图，则当温度增加一倍时生成物量与时间的关系是(

) 3．(2010·上海生物，22)如图表示细胞中某条生化反应链，图中E1～E5代表不同的酶，A～E代表不同的化合物。据图判断下列叙述中正确的是(

)

A．曲线1

B．曲线2

C．曲线3

D．曲线4 探究示例2

取3支试管分别加入等量的淀粉酶溶液，分为A、B、C 3组，并分别调整到0℃、25℃、100℃，然后在每支试管中加入温度分别为0℃、25℃、100℃的等量淀粉溶液，保持各组温度30 min后，继续进行实验。下列关于该实验的说法，合理的是(

) A．若向3支试管中各加入等量的碘液，试管内液体颜色都可能出现蓝色

B．若向3支试管中各加入等量的斐林试剂，水浴加热一段时间，试管都不出现砖红色沉淀

C．该实验的对照组是A组，实验组是B、C两组

D．只要在0℃和100℃之间每隔10℃设置一个实验组，就可确定该反应的最适温度

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A．若E1催化的反应被抑制，则A的消耗速率加快

B．若E5催化的反应被抑制，则B积累到较高水平

C．若E3的催化速率比E4快，则D的产量比E多

D．若E1的催化速率比E5快，则B的产量比A多

4．通常正常动物细胞中不具有的酶是(

) A．复制DNA所需的酶

B．转录合成RNA所需的酶

C．翻译合成蛋白质所需的酶

D．逆转录合成DNA所需的酶

5．下列各图中，①表示有酶催化的反应曲线，②表示没有酶催化的反应曲线，E表示酶降低的活化能。正确的图解是(

)

题组二

酶的特性及影响酶促反应的因素

6．(2011·宿迁模拟)如图表示人体内某种酶促反应的反应速率受温度和pH的影响情况，下列解释正确的是(多选)(

) A．在a点，将酶的浓度增大一倍，反应速率可能增大

B．在b点，将酶的浓度增大一倍，反应速率不可能增大

C．在c点，将酶的浓度增大一倍，反应速率可能增大

D．该图不能反映唾液淀粉酶催化能力的变化特征

7．(2010·南通模拟)如图中的曲线是用过氧化氢作实验材料，根据有关实验结果绘制的。其中能说明酶具有高效性的是(

)

题组三

应用提升

8．将刚采摘的甜玉米立即放入沸水中片刻，可保持其甜味。这是因为加热会(

) A．提高淀粉酶活性

B．改变可溶性糖分子结构

C．防止玉米粒发芽

D．破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶活性

9．同一个体内的各类活细胞所含酶的 （ ）

A、种类有差异，数量相同 B、种类有差异，数量不同

C、种类无差异，数量相同 D、种类无差异，数量不同

10．关于酶生理功能的叙述，下列哪一项是正确的（ ）

A、生物体内的化学反应提供能量 B、能加快生物体内的生化反应速度

C、酶是一种高效、专一的无机催化剂 D、能促进生物体内营养物质的运输

11．下列关于酶的叙述中正确的一项是（ ）。 ①

酶是活细胞产生的

；②

酶都有消化功能；③

酶的本质是蛋白质，蛋白质都是酶；

④

酶能够降低化学反应活化能，具有专一性、高效性；⑤

酶促反应与外界条件无关；

⑥

淀粉酶能促进淀粉水解；⑦

酶只有在生物体内才起催化作用 A. ①②③ B. ①②④⑤ C. ①④⑥ D. ①③⑥ 降低化学反应活化能的酶学案

12．下图是人体内某化学反应的图解，其中英文字母代表物质，数字表示反应前、中、后过程，请据图说明：

（1）图中代表酶的是___________。

（2）从图1和图2可以反映出酶具有___________性。

（3）如果D代表二肽，那么E和F能发生的化学反应是___________。

（4）如果D代表蔗糖，

那么A为 ， E和F则是_________和______________ 13．下列A、B、C三图依次表示酶浓度一定时，酶的反应速度与反应物浓度、温度、PH之间的关系。请据图回答：

10

5

2

4

6

8

10

PH C (1) 图A中反应物达到某一浓度时,反应速度不再上升的原因是

。

(2) 图B中，a点所对应的温度称为 。

(3) 图B中，a点到b点曲线急剧下降，其原因主要是高温破坏了该酶的 （ ）

A．肽键 B．肽链 C．空间结构 D．氨基酸

(4) 图C表示了下列哪一种酶催化反应的速率变化曲线？（ ）

A．唾液淀粉酶 B．胃蛋白酶 C．胰蛋白酶 D．植物淀粉酶

（5）将装有酶与反应物的甲、乙两试管分别放入12℃和75℃水浴锅中，20分钟后取出转入37℃的水浴锅中保温，两试管内反应分别应为甲____ _

，乙

。

14、大菱鲆是我国重要的海水经济鱼类。研究性学习小组尝试对大菱鲆消化道中的蛋白酶的活性进行研究。

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（1）查询资料得知，18℃时，在不同pH条件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶活性如图1。由图可知，在各自最适pH下，三种蛋白酶催化效率最高的是_________________。

（2）资料表明大菱鲆人工养殖温度常年在15—18℃之间，学习小组假设：大菱鲆蛋白酶的最适温度在15—18℃间。他们设置15℃、16℃、17℃、18℃的实验温度，探究三种酶的最适温度。

①探究试验中以干酪素为底物。干酪素的化学本质是__________,可用______________试剂鉴定。

②胃蛋白酶实验组合幽门盲囊蛋白酶实验组的pH应分别控制在_________________。

③为了控制试验温度，装有酶和底物的试管应置于_____________中以保持恒温。单位时

间内______________可以表示蛋白酶催化效率高低。

④实验结果如图2，据此能否确认该假设成立？____________。理由是：

________________________________________________________。

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