酶的作用和本质:
1.酶的作用:降低活化能。
(1)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。
(2)作用机理:酶能降低化学反应所需的活化能,使一个原本在较温和条件下不能进行的反应可以高效快速地进行。
2.酶的本质及实验验证
(1)酶本质的探索
时间 |
发现者 |
实验过程及现象 |
实验结论 |
1773年 |
意大利科学家斯帕兰札尼 |
将装有肉块的小金属笼子让鹰吞下,一段时间后取出,发现笼内的肉块不见了 |
说明胃具有化学性消化的作用 |
1836年 |
德国科学家施旺 |
从胃液中提取出了消化蛋白质的物质 |
这就是胃蛋白酶 |
1926年 |
美国科学家萨姆纳 |
从刀豆种子中提取出脲酶的结晶,并进行了证明脲酶是蛋白质的化学实验 |
证明脲酶是一种蛋白质 |
20世纪30年代 |
许多科学家 |
提取多种酶的蛋白质结晶 |
酶是一类具有生物催化作用的蛋白质 |
20世纪 80年代 |
美国科学家切赫和奥特曼 |
少数RNA也具有生物催化功能 |
少数的酶是RNA |
(2)酶的本质
化学本质 |
绝大多数是蛋白质 |
少数是RNA |
合成原料 |
氨基酸 |
核糖核苷酸 |
合成场所 |
核糖体 |
细胞核(真核生物)(主要) |
来源 |
一般来说,活细胞都能产生酶 |
(3)酶化学本质的实验验证
①证明某种酶是蛋白质
实验组:待测酶液+双缩脲试剂一—是否出现紫色反应。
对照组:标准蛋白质溶液+双缩脲试剂——出现紫色反应。
②证明某种酶是RNA
实验组:待测酶液+吡罗红染液——是否呈现红色。
对照组:标准RNA溶液+吡罗红染液——出现红色。
酶的特性及应用:
1、酶的特性
(1)高效性:酶的催化效率是无机催化剂的107~ 103倍,这说明酶具有高效性的特点。
(2)专一性:每一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应,这说明酶的催化作用具有专一性的特点,酶的专一性的解释常用“锁和钥匙学说”。
(3)温和性:绝高温都能使蛋白质其他化学键的断裂永久失活。但低温酶活性可以恢复。
2、酶的特性在生产生活中的应用
(1)人在发烧时,不想吃东西,其原因是温度过高导致消化酶的活性降低。
(2)唾液淀粉酶随食物进入胃内,不能继续将淀粉分解为麦芽糖。原因是唾液淀粉酶的最适pH在7左
(3)胰岛素制剂是治疗糖尿病的有效药物,只能注射,不能口服,其原因是胰岛素是一种蛋白质,若口服会被蛋白酶水解。
1、酶的作用和特性的实验探究:
1.酶的催化作用实验探究对照组:反应物+清水检测反应物不被分解;实验组:反应物+等量的相应酶溶液检测反应物被分解。
2.酶的专一性实验搽究此实验中的自变量可以是不同反应物,也可以是不同酶溶液,因变量是反应物是否被分解。
(1)设计思路一:换反应物不换酶
实验组:反应物+相应酶溶液检测反应物被分解;
对照组:另一反应物+等量相同酶溶液检测反应物不被分解。
(2)设计思路二:换酶不换反应物
实验组:反应物+相应酶溶液检测反应物被分解;
对照组:相同反应物+等量另一种酶溶液检测反应物不被分解。
3.酶的高效性实验探究
对照组:反应物+无机催化剂检测底物分解速率;
实验组:反应物+等量酶溶液检测底物分解速率。
实验中自变量是无机催化剂和酶,因变量是底物分解速率。
4.酶作用的适宜条件的探究
(1)最适温度的探究实验原理
①淀粉+淀粉酶——麦芽糖;麦芽糖+斐林试剂—一产生砖红色沉淀;淀粉+碘——蓝色。
②温度影响淀粉酶活性,从而影响淀粉的分解,滴加碘液后,根据蓝色深浅来判断淀粉分解状况,进而推断出酶活性变化。
(2)最适pH的探究实验原理
①2H202+过氧化氢酶——2H2O+O2
②pH影响酶的活性,从而影响氧气的生成速度,可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成速度的快慢。
(3)实验探究思路
①最适温度的探究思路
②最适pH的探究思路
2、易错点拨:
(1)在酶的最适pH探究实验中,操作时必须先将酶置于不同环境条件下(加清水、加氢氧化钠、加盐酸),然后再加入反应物。不能把酶加入反应物在酶的作用下先发生水解。
(2)在酶的最适温度探究实验中,酶溶液和反应物混合之前,需要把两者先分别放在各自所需温度下保温一段时间。若选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度,检测的试剂宜先用碘液,不应该选用斐林试剂。因选用斐林试剂需热水浴加热,而该实验中需严格控制温度。
知识拓展:
1、利用酶的专一性也可探究某种酶的化学本质是蛋白质还是RNA:将某种酶用蛋白酶或核糖核酸酶处理,根据处理后的酶液是否还有催化作用予以判断。
2、一般情况下,加热也能加快化学反应速率,其作用机理是直接供能,使底物分子从常态转变为易发生反应的活跃状态,其过程并不改变活化能的大小。
3、人体消化道各段消化酶的最适pH:
口腔:唾液淀粉酶,最适pH为6.8(中性);
胃:胃蛋白酶,最适pH为1.5-2.2(酸性);
小肠:肠液、胰液中的各种酶,最适pH为8.0~9.0(弱碱性)。
胃液的pH在2左右,唾液淀粉酶在胃中会使失活并以蛋白质的形式被胃蛋白酶水解
4、植物体内的酶最适pH大多在4.5-6.5之间。
例 下列有关酶的反应与作用叙述,正确的是 ( )
A.酶具有催化作用是因为酶可以提高反应的活化能
B.酶的合成原料是氨基酸或脱氧核苷酸
C.所有的酶都在核糖体上合成
D.所有的酶都是有机物
答案D
5、具有专一性的物质归纳
(1)酶:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。如限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列,并在特定的切点上切割DNA分子。
(2)载体:某些物质通过细胞膜时需要载体协助,不同物质所需载体不同,载体的专一性是细胞膜选择透过性的基础。
(3)激素:激素特异性地作用于靶细胞、靶器官,其原因在于它的靶细胞膜或胞内存在与该激素特异性结合的受体。
(4)tRNA:tRNA有61种,每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
(5)抗体:一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合。
探究影响酶活性的条件:一、探究温度对酶活性的影响:
1、实验目的:
(1)初步学会探索温度和pH对酶活性的影响的方法。
(2)探索淀粉酶在不同温度和pH下催化淀粉水解的情况。
2、实验原理:
(1)淀粉遇碘后,形成紫蓝色的复合物。
(2)淀粉酶可以使淀粉逐步水解成麦芽糖和葡萄糖(淀粉水解过程中,不同阶段的中间产物遇碘后,会呈现红褐色或红棕色。)麦芽糖和葡萄糖遇碘后不显色。
注:市售a-淀粉酶的最适温度约60℃
3、方法步骤:
序号 |
加入试剂或处理方法 |
试管 |
A |
B |
C |
a |
b |
c |
1 |
可溶性淀粉溶液 |
2mL |
2mL |
2mL |
/ |
/ |
/ |
新鲜淀粉酶溶液 |
/ |
/ |
/ |
1mL |
1mL |
1mL |
2 |
保温5min |
60℃ |
100℃ |
0℃ |
60℃ |
100℃ |
0℃ |
3 |
将a液加入到A试管, b液加入到B试管, c液加入到C试管中,摇匀 |
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4 |
保温5min |
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5 |
滴入碘液,摇匀 |
60℃ |
100℃ |
0℃ |
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6 |
观察现象并记录 |
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二、不同pH值对酶活性的影响(原理、目的参照温度的相关内容)
1、实验步骤:
序号 |
加入试剂或处理方法 |
试管 |
1 |
2 |
3 |
1 |
注入新鲜的淀粉酶溶液 |
1mL |
1mL |
1mL |
2 |
注入蒸馏水 |
1mL |
/ |
/ |
3 |
注入氢氧化钠溶液 |
/ |
1mL |
/ |
4 |
注入盐酸 |
/ |
/ |
1mL |
5 |
注入可溶性淀粉溶液 |
2mL |
2mL |
2mL |
6 |
60℃水浴保温5min |
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7 |
加入斐林试剂,边加边振荡 |
2mL |
2mL |
2mL |
8 |
水浴加热煮沸1min |
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9 |
观察3支试管中溶液颜色变化边记录 |
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2、实验结论:影响酶活性的因素有温度和PH值有关。
易错点拨:
1、在酶的最适pH探究实验中,操作时必须先将酶置于不同环境条件下(加清水、加氢氧化钠、加盐酸),然后再加入反应物。不能把酶加入反应物在酶的作用下先发生水解。
2、在酶的最适温度探究实验中,酶溶液和反应物混合之前,需要把两者先分别放在各自所需温度下保温一段时间。若选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度,检测的试剂宜先用碘液,不应该选用斐林试剂。因选用斐林试剂需热水浴加热,而该实验中需严格控制温度。
探究酵母菌的呼吸方式:
一.实验原理:
(1)酵母菌是一种单细胞真菌,在有氧和无氧的条件下都能生存,属于兼性厌氧菌,因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。
方程式:有氧呼吸:C
6H
12O
6+6H
2O+O
26CO
2+12H
2O+能量;无氧呼吸: C
6H
12O
62C
2H
5OH+2CO
2+能量
(2)CO
2可使澄清石灰水变混浊,也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短,可以检测酵母菌培养CO
2的产生情况。
(3)橙色的重铬酸钾溶液,在酸性条件下与乙醇(酒精)发生化学反应,在酸性条件下,变成灰绿色。
实验装置:
二.方法步骤:
提出问题→作出假设→设计实验→(包括选择实验材料.选择实验器具、确定实验步骤、设计实验记录表格)→实施实验→分析与结论→表达与交流。
(1)酵母菌培养液的配制
取20g新鲜的食用酵母菌,分成两等份,分别放入锥形瓶A(500mL)和锥形瓶B(500mL)中 ,再分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液
(2)检测CO
2的产生
用锥形瓶和其他材料用具组装好实验装置(如上图),并连通橡皮球(或气泵),让空气间断而持续地依次通过3个锥形瓶(约50min)。然后将实验装置放到25-35℃的环境中培养8-10h。
(3)检测洒精的产生
各取2mL酵母菌培养液的滤液,分别注入2支干净的试管中。向试管中分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液(体积分数为95%-97%)并轻轻振荡,使它们混合均匀,观察试管中溶液的颜色变化。
三.实验现象及分析
(1)现象:甲、乙装置中石灰水都变混浊,装置甲混浊快且程度高。装置乙中的B溶液由橙色变成灰绿色,装置甲中的A溶液不变色。
(2)分析:①酵母菌有氧和无氧条件下都产生 CO2;②酵母菌在有氧比无氧时放出的CO2多且快; ③无氧时酵母菌分解葡萄糖产生酒精。
(3)实验结论:酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水;在无氧条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生酒精,还产生少量的二氧化碳。
知识点拨:
1、将装置甲连通橡皮球,让空气间断而持续地依次通过3个锥形瓶,既保证O2的充分供应,又使进入A瓶的空气先经过含NaOH溶液的锥形瓶,洗除空气中的CO2,保证第三个锥形瓶的澄清石灰水变混浊是由于酵母菌有氧呼吸产生CO2所致。
2、装置乙中,B瓶应封门放置一段时间后,待酵母菌将B瓶中的氧消耗完,再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。