酶在生命活動中起什么作用?
消化道中的唾液淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶是大家比較熟悉的酶。其實在細(xì)胞中,幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都有酶的參與。酶具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點?在細(xì)胞的生命活動中酶起什么作用?讓我們從觀察酶催化反應(yīng)開始,認(rèn)識酶的特點,并學(xué)習(xí)探究環(huán)境因素對酶活性的影響。
思考與討論:1. 指出本實驗中的對照組,說明其在實驗中的作用。2. 描述試管 B、C 的實驗現(xiàn)象,并嘗試分析肝臟中過氧化氫酶的作用。
動物肝臟細(xì)胞中有豐富的過氧化氫酶,可催化過氧化氫(H2O2)的分解,放出 O2。FeCl3 是無機(jī)催化劑,也可催化 H2O2 分解。通過比較兩種催化反應(yīng)的氣泡產(chǎn)生量,可以判斷酶的催化效率。取 3 支試管,分別標(biāo)記為 A、B、C。加入試劑和材料,并用封口膜蓋住試管口。觀察各試管內(nèi)氣泡產(chǎn)生情況。然后,用帶火星的線香插入各試管內(nèi)測試火光亮度變化,并將實驗結(jié)果記錄在表中。
在“觀察酶的催化作用”實驗中看到,H2O2 在常溫下分解緩慢;加入新鮮的動物肝臟勻漿液后,H2O2 迅速分解,釋放出 O2,說明肝臟中的過氧化氫酶可以加快反應(yīng)速率。
H2O2分解的反應(yīng)式如下: 從反應(yīng)式中可以看到,酶既不是反應(yīng)物,也不是產(chǎn)物,而是起催化劑的作用。在反應(yīng)中,酶可以重復(fù)使用,反應(yīng)物稱為酶的底物。
(1)酶的來源:是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化能力的生物大分子(環(huán)境條件允許,酶在脫離了生命機(jī)體后仍然有催化活性) (2)生理作用:催化作用 (3)化學(xué)本質(zhì):
我們將酶催化特定化學(xué)反應(yīng)的能力稱為酶活性,也叫酶活力,可用其在一定條件下催化某一化學(xué)反應(yīng)的速率表示。 應(yīng)用:洗衣粉中的超效加酶。
(1)酶具有高效性 旺盛的生命活動需要快速的化學(xué)反應(yīng)作為基本保障。酶具有非常高的催化效率(高效性)。例如,單個過氧化氫酶分子在1s內(nèi)可以催化四千萬個過氧化氫分子分解。
(2)酶具有專一性 細(xì)胞中已知的酶有數(shù)千種,每一種酶通常只催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)(專一性)。 例如,催化黑色素合成的酶一旦缺乏或功能減退,就可能會引起白化病。
2.酶的功能與其分子結(jié)構(gòu)相關(guān)
酶的命名:習(xí)慣上根據(jù)酶的底物或所催化的反應(yīng)來命名。 例如,胰蛋白酶是胰腺產(chǎn)生的催化蛋白質(zhì)水解的酶,DNA聚合酶是催化DNA合成的酶。
酶的功能與其分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。酶分子上有與底物結(jié)合并起催化作用的空間區(qū)域,稱為活性中心。底物只有與酶的活性中心契合時才能被催化。反應(yīng)完成后,酶釋放出產(chǎn)物,又會接受下一個底物分子進(jìn)行新一輪反應(yīng)。
有一些物質(zhì)會對酶產(chǎn)生抑制作用,引起酶的活性降低或喪失,這類物質(zhì)統(tǒng)稱為酶抑制劑。常見的抑制形式有: ①抑制劑與底物競爭酶的活性中心,減少底物與酶的有效結(jié)合; ②抑制劑與酶的其他部位結(jié)合,改變了酶的空間結(jié)構(gòu),使酶的活性中心不能與底物有效結(jié)合。
許多農(nóng)藥和藥物是依據(jù)這種機(jī)理設(shè)計的,如除草劑草甘膦、鎮(zhèn)痛的布洛芬以及多種抗癌藥物等,一些外源性的毒素也是通過酶活性抑制途徑對生物體產(chǎn)生毒性的。
3.酶活性受環(huán)境因素影響-溫度影響
酶通常在其適合的溫度時活性最高,如人體內(nèi)酶的最適溫度范圍是 35~40℃,低于或高于最適溫度,酶活性均會降低。高溫會破壞酶的空間結(jié)構(gòu),產(chǎn)生不可逆的變化,使酶活性喪失。
酶活性受環(huán)境因素影響-溫度影響
不同種類的生物,其細(xì)胞中的酶有各自最適溫度。例如,一些生活在高溫溫泉中的微生物甚至能在100 ℃水體中生存,它們細(xì)胞中的酶在高溫環(huán)境下活性較高。
水分子環(huán)境酸堿度對酶活力影響很大。每一種酶都有其最適的pH范圍,與其發(fā)揮作用的環(huán)境pH一致。
酶活性受環(huán)境因素影響-pH影響
例如,口腔內(nèi)的唾液淀粉酶適合中性環(huán)境,胃蛋白酶的最適pH范圍則在2左右,而胰腺分泌的胰蛋白酶在小腸工作,適應(yīng)弱堿性的環(huán)境。
實驗4-2 研究溫度對淀粉酶活性的影響
0.005%淀粉酶溶液、0.25%可溶性淀粉溶液、DNS試劑、5%NaOH溶液、燒杯、試管、滴管、玻璃棒、溫度計、分光光度計、冰塊、恒溫水浴鍋等。
1.測定的吸光度與酶活性之間的關(guān)系是什么?2.描述你繪制的曲線,解釋溫度對酶活性的影響。從曲線中能否得出該淀粉酶反應(yīng)的最適溫度?
1.在小型圓底燒瓶內(nèi)盛等量的H2O2,并向瓶中迅速加入等量的如圖中的物質(zhì),燒瓶口緊包著一個小氣球,使燒瓶沉于燒杯底部的同一位置。下列相關(guān)分析正確的是(  )A.實驗中的自變量是溫度B.肝臟研磨液中的H2O2酶通過提供能量而起催化作用C.上述裝置中,沉入底部的燒瓶最先浮起的是圖3D.圖1與圖2對照或圖2與圖3對照,均能說明酶具有高效性
2.在生物體內(nèi),各種化學(xué)反應(yīng)之所以能有條不紊地進(jìn)行是因為(  )A.酶的催化效率具有高效性B.酶的種類具有多樣性C.酶的催化作用具有專一性D.酶的空間結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性
3.嫩肉粉是以蛋白酶為主要成分的食品添加劑,就酶的作用特點而言,下列使用方法中最佳的是(  )A.炒肉的過程中加入B.肉炒熟后起鍋前加入C.先用沸水溶解后與肉片混勻,炒熟D.室溫下與肉片混勻,放置一段時間,炒熟

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第2節(jié) 酶催化細(xì)胞的化學(xué)反應(yīng)

版本: 滬科技版(2020)

年級: 必修1

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