2020-2021学年生物新教材人教必修1学案：第5章第1节第2课时酶的特性和影响酶活性的条件含解析

第2课时
酶的特性和影响酶活性的条件
课标内容要求核心素养对接
1.酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。

2．实验：探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素。

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。

1．酶的高效性
(1)含义：与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。

(2)意义：使细胞代谢快速进行。

2．酶的专一性
(1)含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。

(2)锁钥模型：
图中A表示酶，B表示被酶催化的底物，E和F表示催化后的产物，而C和D则表示不能被该酶催化的物质。

(3)意义：使细胞代谢有条不紊地进行。

3．酶的作用条件较温和
(1)温度对酶活性的影响(如图1)：
①ab段表示随温度升高，酶活性逐渐增强；b点时，酶活性最高，此点所对应的温度为最适温度；bc段表示随温度升高，酶活性逐渐减弱。

②a点时酶活性较低，但酶的空间结构稳定。

③c点时酶活性丧失，其原因是高温使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。

(2)pH对酶活性的影响(如图2)：
①de段表示随pH升高，酶活性逐渐增强；e点时，酶活性最高，此点所对应的pH为最适pH；ef段表示随pH升高，酶活性逐渐减弱。

②d点和f点时酶活性丧失，其原因是过酸、过碱使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．每一种酶只能催化一种或一类化学反应。

() 2．高温、低温都使酶活性降低，二者的作用实质不同。

() 3．在测定胃蛋白酶活性时，将溶液的pH由10降到2的过程中，胃蛋白酶的活性将逐渐增强。

() 4．如果以淀粉为底物，以淀粉酶为催化剂探究温度影响酶活性的实验，则酶促反应的速率既可以用淀粉的分解速率表示，也可以用淀粉水解产物的生成速率表示。

() 5．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。

() 6．探究酶的最适pH，需要在酶的最适温度条件下进行。

() 提示：1.√ 2.√
3．×胃蛋白酶在pH为10时，空间结构已遭到破坏，因此降低pH不会使胃蛋白酶的活性再增强。

4．√ 5.√ 6.√
酶的特性及相关实验的分析
1．酶的专一性实验设计
(1)实验原理
①淀粉、蔗糖均为非还原糖，不能与斐林试剂共热产生砖红色沉淀。

②淀粉酶可以催化淀粉水解为还原糖，但不能催化蔗糖水解。

(2)实验设计思路
①自变量：反应物的不同。

②无关变量：溶液的量、温度等。

③因变量：溶液是否出现砖红色沉淀。

2．探究不同温度对酶活性的影响
(1)实验原理：淀粉遇碘变蓝，根据不同温度下相同时间内反应后的溶液是否出现蓝色以及蓝色的深浅可以判断淀粉被水解的量，从而判断不同温度下酶的活性。

(2)实验过程：
影响酶的活性。

3．探究pH对酶活性的影响
(1)实验原理：过氧化氢可在过氧化氢酶的作用下分解产生氧气和水，根据不同pH下气泡产生的快慢可判断过氧化氢酶的活性。

(2)实验过程
①取8支洁净的试管并编号，分别加入等量新鲜的肝脏研磨液。

②用盐酸或NaOH溶液调整出不同的pH(如5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、
8.5、9.0)。

③分别滴加等量的过氧化氢溶液并摇匀。

④用点燃但无火焰的卫生香来检测氧气的生成情况。

(3)实验结论：酶发挥催化作用需要适宜的pH，pH偏高或偏低都会影响酶的活性。

4．实验注意事项
(1)在探究温度影响酶活性的实验中，不宜选用H2O2溶液，原因是H2O2的分解本身受温度影响，温度越高，H2O2分解越快。

(2)在探究pH影响酶活性的实验中，不宜选用淀粉溶液，原因是酸性溶液会使淀粉水解。

(3)在探究温度影响酶活性的实验中，选取淀粉和淀粉酶，一般用碘液检测实验结果，不宜选用斐林试剂检验，原因是使用斐林试剂需要加热，实验步骤较为烦琐，且可能影响实验的自变量。

1．为了探究温度、pH对酶活性的影响，下列实验设计合理的是()
实验编号探究课题选用材料与试剂
①温度对酶活性的影响过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液
②温度对酶活性的影响新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
③pH对酶活性的影响新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
④pH对酶活性的影响新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林试剂
C．实验③D．实验④
B[过氧化氢受热会分解，不宜用作探究温度对酶活性影响的实验的底物，一般用淀粉和淀粉酶探究温度对酶活性的影响，A错误；淀粉遇碘变蓝，如果淀粉全部分解，则遇碘不会发生颜色变化，B正确；酶具有专一性，淀粉在蔗糖酶
的作用下不会分解，C错误；淀粉在淀粉酶的作用下发生水解，在酸的作用下同样发生水解，故研究pH对酶活性的影响不能选用淀粉作为底物，一般用过氧化氢和过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响，D错误。

]
2．请用所给的实验材料和用具，设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性。

要求完成实验设计、补充实验步骤、预测实验结果、得出结论，并回答问题。

实验材料与用具：适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4种溶液，斐林试剂、试管、37 ℃恒温水浴锅、50～65 ℃水浴锅。

(1)若“＋”代表加入适量的溶液，“－”代表不加溶液，甲、乙等代表试管标号，请用这些符号完成下表实验设计(把答案填在下面的表格中)。

①按照上表中的设计，取试管、加溶液。

②____________________________________________________
____________________________________________________。

③____________________________________________________
____________________________________________________。

④____________________________________________________
____________________________________________________。

(3)结果预测：_________________________________________
____________________________________________________。

(4)结论：_____________________________________________
____________________________________________________。

(5)在上述实验中，如果仅将37 ℃恒温水浴锅的温度调到20 ℃，而在其他条
件不变的情况下重做上述实验，出现砖红色试管中的颜色会比37 ℃时的浅，其原因是__________________________________________。

[解析]根据题设条件分析可知，此实验要验证酶的专一性，既可以同种底物不同酶，也可以同种酶不同底物。

学生需要注意的是题干中的检测试剂只有斐林试剂，因此实验设计时应考虑的是淀粉和蔗糖本身都是非还原糖，而二者的水解产物均为还原糖，还原糖可用斐林试剂进行检测。

因此设计实验时，可选择底物为蔗糖和淀粉，酶选择唾液淀粉酶，或者底物选蔗糖或淀粉中的一种，酶选择蔗糖酶和唾液淀粉酶，从而形成对照。

进而依次分组编号进行实验，观察对应的实验现象即可。

[答案](1)如表所示：
溶液试管蔗糖溶液淀粉溶液蔗糖酶溶液
唾液淀粉酶溶
液
甲＋－＋－
乙－＋－＋
丙＋－－＋
丁－＋＋－
混匀，50～65 ℃水浴一段时间④观察实验现象并记录实验结果
(3)含有蔗糖和蔗糖酶溶液的试管(试管甲)，以及含有淀粉和唾液淀粉酶溶液的试管(试管乙)中出现砖红色沉淀，其他试管中不出现砖红色沉淀
(4)酶的催化作用具有专一性
(5)20 ℃低于酶的最适温度，酶活性低，水解产生的还原糖少
酶的相关曲线分析
1．酶的高效性
(1)曲线
加入酶、无机催化剂和不加催化剂时，化学反应达到平衡点时所需时间不同。

(2)要素解读
①催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。

②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。

2．酶的专一性
(1)曲线
分别向蔗糖溶液和麦芽糖溶液中加入麦芽糖酶，底物剩余量不同。

(2)要素解读
①加入麦芽糖酶，蔗糖剩余量不变，而麦芽糖剩余量减少。

②麦芽糖酶不能催化蔗糖水解，可以催化麦芽糖水解。

3．底物浓度影响酶促反应速率
(1)曲线
(2)要素解读
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增加。

②当底物浓度达到一定值后，再增加底物浓度，酶促反应速率不再增加。

4．酶浓度影响酶促反应速率
(1)曲线
(2)要素解读
在有足够底物而又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。

5．温度和pH共同作用对酶活性的影响
(1)曲线
(2)要素解读
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。

深化探究：酶浓度和底物浓度对反应速率的影响和温度、pH对反应速率的影响，本质上有什么不同？
提示：温度、pH通过影响酶活性影响反应速率；酶浓度、底物浓度通过影响酶与底物的接触面积影响酶促反应速率。

1．如图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。

据图分析正确的是()
A．形成曲线c的原因可能是B点时酶量增加
B．限制曲线b的AB段反应速率的主要因素为酶的数量
C．酶催化反应的原因是为反应提供了活化能
D．若适当升高温度，重复该实验，图中A点位置将上升
A[B点时制约反应速率的因素是酶的浓度，此时若增加酶量反应速率将增大，如曲线c，A正确；限制曲线b的AB段反应速率的主要因素是反应物浓度，B错误；酶催化反应的原因是降低反应所需的活化能，C错误；曲线是在最适温度
下测定的反应物浓度与酶促反应速率的关系，若在适当升高温度条件下重复该实验，酶的活性降低，反应速率降低，故图中A点位置将下降，D错误。

] 2．(2018·山东淄川中学高一上月考)如图表示胰蛋白酶在不同条件下催化某种物质反应速率的变化曲线，请据图回答：
(1)该酶作用的底物是________，酶与无机催化剂相比，具有________性。

(2)图中AB段和BC段影响酶促反应速率的主要限制因素分别是________和________。

(3)Ⅱ和Ⅰ相比较，酶促反应速率慢，这是因为
____________________________________________________
____________________________________________________。

(4)温度过高使酶的活性降低，同时会使酶的________遭到破坏，使酶永久________。

[解析](1)由于酶具有专一性，该酶(胰蛋白酶)作用的底物是蛋白质；与无机催化剂相比，酶具有高效性。

(2)从曲线图可看出，AB段酶促反应速率随底物浓度的增加而加快，由此可知，此段的限制因素是底物浓度；BC段酶促反应速率不随底物浓度增加而变化，且此时温度为37 ℃，为最适温度，由此可知，此段的限制因素应是酶浓度。

(3)Ⅱ和Ⅰ相比较，酶促反应速率慢，这是因为温度较低，酶活性下降。

(4)温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，从而使酶永久失活。

[答案](1)蛋白质高效(2)底物浓度酶浓度(3)温度较低，酶活性较低(4)空间结构失活
[课堂小结]
知识网络构建核心语句归纳
1.酶的催化效率是无机催化剂的107～1013
倍。

2.无机催化剂催化的化学反应范围比较广。

但一种酶只能催化一种或一类化学反应。

3.无机催化剂能在高温、高压、强酸或强碱
条件下催化化学反应。

但酶所催化的化学
反应一般是在比较温和的条件下进行的。

4.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。

在0 ℃左右
时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，
在适宜的温度下酶的活性会升高。

5.酶制剂适宜在低温下保存。

1．若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活力的实验中，下列操作顺序合理的是()
A．加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量B．加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量C．加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量D．加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量C[在测定酶活力的实验中，需要保证pH和温度均相同且适宜，故缓冲液应在加入底物和酶之前加入，只有C项符合要求。

]
2．如图表示某种酶在不同处理条件(a、b、c)下催化某反应生成物的量与反应时间的关系，则处理条件不可能是()
A．温度不同B．pH不同
C．酶量不同D．反应底物的量不同
D[温度能影响酶促反应速率，所以三条曲线的差异可能是由温度不同造成的，A正确；pH能影响酶促反应速率，所以三条曲线的差异可能是由pH不同造成的，B正确；酶的数量能影响酶促反应速率，所以三条曲线的差异可能是由酶制剂的量不同造成的，C正确；反应底物的量不同时，化学反应的平衡点不同，而题图中三条曲线的平衡点相同，说明三条曲线的差异不是由反应底物的量不同造成的，D错误。

]
3．(2019·天津部分区高一上期末)如图表示胃蛋白酶活性与温度、pH之间的关系，以下叙述正确的是()
A．该胃蛋白酶最适pH是3.0
B．胃蛋白酶的活性受温度和pH的影响
C．据图无法推断胃蛋白酶的最适温度
D．随着pH的升高，酶的活性逐渐降低
B[由题图知，在温度相同，pH分别为2.0、2.5、3.0的条件下，胃蛋白酶的催化反应速率不同，其中在pH为2.5时酶的催化反应速率最强，说明该胃蛋白酶的最适pH在2.5左右，A错误；当pH一定、温度不同时，胃蛋白酶的活性不同，当温度一定、pH不同时，胃蛋白酶的活性也不同，说明胃蛋白酶的活性受温度和pH的影响，B正确；据图可推断出胃蛋白酶的最适温度为37 ℃，C错误；由题图知，温度一定时，在最适pH前随着pH的升高，酶的活性逐渐升高，超过最适
pH后随pH的升高，酶的活性逐渐降低，D错误。

]
4．(2019·天津一中高一上期末)下列图表是有关某种酶的实验处理方法及实验结果，其中有关叙述正确的是()
试管Ⅰ试管Ⅱ试管Ⅲ
某酶 2 mL 2 mL 2 mL
pH 8 8 7
温度60 ℃40 ℃40 ℃
反应物 2 mL 2 mL 2 mL
A.
B．该酶比较适合在40 ℃的环境下起作用
C．该酶在中性环境下的催化效率比碱性环境高
D．该酶在作用35 min后便失去活性
B[试管Ⅱ和试管Ⅲ随着反应时间的增加，反应物的浓度逐渐减少，说明甲物质对酶没有抑制作用，A错误；试管Ⅰ和试管Ⅱ的条件区别：Ⅰ温度为60 ℃，Ⅱ温度为40 ℃，由题图结果可以看出，试管Ⅰ底物没有分解，试管Ⅱ底物彻底分解，所以该酶比较适合在40 ℃环境下起作用，B正确；试管Ⅱ与试管Ⅲ条件区别：试管Ⅱ呈弱碱性，试管Ⅲ呈中性，由题图结果可看出试管Ⅱ底物分解彻底时所用时间短，所以该酶在弱碱环境中比中性环境中活性高，C错误；题图中曲线表示在35 min后底物被彻底分解，酶的活性并没有受到影响，D错误。

] 5．某同学利用唾液淀粉酶溶液，以浓度相同的可溶性淀粉溶液和蔗糖溶液为底物来验证酶的专一性和温度可影响酶的活性。

相关试剂均已在各自体系温度下预保温，然后利用甲、乙、丙三支试管做如下实验：
试管编号甲乙丙
体系温度37 ℃37 ℃100 ℃
(1)根据实验目的，在步骤1中，应向乙试管加入________________，向丙试管加入________________。

(2)用斐林试剂检测时，若仅在________试管中有明显的砖红色沉淀生成，则可验证酶的专一性和温度影响酶的活性。

若该同学在操作中错用了双缩脲试剂，则三支试管出现的颜色变化依次是____________，原因是_____________。

(3)有同学认为所用试剂不必做预保温处理。

这种观点________(填“正确”或“不正确”)，理由是__________________。

[解析](1)实验表格中所加酶的种类相同，验证酶的专一性的实验中，实验的自变量为底物的种类，温度则为无关变量，因此甲和乙为一组对照实验，则在步骤1中，乙试管应加入2 mL蔗糖溶液；验证温度可影响酶的活性的实验中，实验的自变量为温度，则底物的种类和用量属于无关变量，因此甲和丙为一组对照实验，故丙试管应加入2 mL可溶性淀粉溶液。

(2)乙试管中唾液淀粉酶不能催化蔗糖水解，丙试管中酶在高温下失活，因此用斐林试剂检测时，若仅在甲试管中有明显的砖红色沉淀生成，则可验证酶的专一性和温度可影响酶的活性。

双缩脲试剂能与蛋白质或多肽发生紫色反应，唾液淀粉酶的本质为蛋白质，故三支试管中的酶均可与双缩脲试剂呈现紫色反应。

(3)酶具有高效性，若不做预保温处理，一旦与底物结合，唾液淀粉酶就会与淀粉发生反应，从而影响实验结果，因此所用试剂都需要做预保温处理。

[答案](1)2 mL蔗糖溶液 2 mL可溶性淀粉溶液(2)甲(浅)紫色、(浅)
紫色、(浅)紫色三支试管中均含有唾液淀粉酶，其本质为蛋白质，可与双缩脲试剂呈现紫色反应(3)不正确酶具有高效性，若不做预保温处理，唾液淀粉酶一旦与底物接触就会催化淀粉发生水解反应，从而影响实验结果。