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1、高中生物中酶知识的梳理与整合 安徽东至 徐少华“酶”，是高中生物学知识体系中的一个重要环节，几乎贯穿着整个高中课本。为了帮助大家更好地理解和掌握这部分内容，本文就高中阶段有关酶的知识进行了总结和归纳.一.酶的化学本质 酶是一类具有生物催化作用的有机物。绝大多数酶是蛋白质,少数酶是 RNA.二.酶的产生场所与作用场所 酶是在活细胞中产生的,所有的活细胞均可以产生酶.酶既可以在细胞内发挥作用,比如线粒体内的呼吸氧化酶和叶绿体中的光合作用酶等,也可以分泌到细胞外起作用,比如唾液淀粉酶、胃蛋白酶等各种消化酶.不仅如此,在体外适宜的条件下酶也具有催化作用,比如可以把唾液淀粉酶加入到试管里,在适宜的条件下
2、催化淀粉的水解反应.三.酶与一般的催化剂(一)共性 作为具有催化作用的一类物质,酶与一般的催化剂具有一些共性:仅能改变化学反应速率,而不能改变化学反应的平衡点.只需要微量就可以使相应的化学反应加速进行,而本身的质与量都不会发生变化.(二)特性 与一般催化剂相比,酶还具有以下特性:1.高效性:一般而言,酶催化反应的速率比非催化反应的速率高 108-1020倍,比其他无机催化剂催化反应的速率高 1071013倍.2.专一性:一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应.例如,淀粉酶只能催化淀粉的水解,而对蔗糖不起作用;二肽酶可以催化任何两个氨基酸组成的二肽的水解反应,但是不能催化多肽的水解.3.
3、易失活:由于大多数酶都是蛋白质,所以凡是能使蛋白质变性的因素,如强酸、强碱、高温、重金属盐、X 射线、紫外线等，都能使酶的空间结构遭到破坏,导致酶完全失去活性而不可恢复.所以,酶一般要求比较温和的条件,比如常温、常压、接近中性的酸碱度等.四.影响酶促反应的因素:影响酶促反应的因素主要有温度、PH 值、底物浓度、酶浓度等.1.温度与酶活性 每种酶只能在一定限度的温度范围内起作用.酶表现最大活性时的温度叫做酶的最适温度.低于最适温度时,随着温度的降低,活性也下降,到一定范围内酶的催化效率为零,但是此时酶的活性仍保留。温度恢复到最适时,酶的活性逐步增加直至最大.高于最适温度时,随着温度的上升,酶的活
4、性迅速下降,到一定限度时会因为变性而失去活性。此时即使再恢复到最适温度,酶的活性也无法恢复.图像表示如图 1.2.PH与酶活性 每种酶只能在一定限度的 PH 范围内起作用.酶表现最大活性时的 PH 叫做酶的最适 PH.稍高或稍低于最适 PH,酶的活性都会降低;偏离最适 PH 越远,酶活性就越低.过酸或过碱时酶本身会因为变性而失去活性,即使再恢复到最适 PH,酶的活性也无法恢复.图像表示如图 2.值得特别指出的是,酶的最适 PH 一般接近于中性,但是胃蛋白酶的最适 PH 为 1.52.2.图 1 图 2 3.底物浓度与酶促反应速率 在底物(反应物)浓度较低时,反应速率随底物浓度的增加而加快;在底
5、物浓度较高时,反应速率仍随底物浓度的增加而加快,但是并不显著;在底物浓度很高且达到一定浓度时,反应速率达到最大值.此时酶已经被底物所饱和,即使再增加底物浓度,反应速率也几乎不再加快.图像表示如图 3.4.酶浓度与酶促反应速率 在酶促反应中,如果底物浓度足够大,足以使酶饱和,而且反应系统中不含有抑制酶活性的物质及其他不利于酶发挥作用的因素时,酶促反应的反应速率与酶浓度成正比.图像表示如图 4.图 3 图 4 五高中生物学中常见的酶 1.物质代谢中的酶：淀粉酶：主要有唾液腺分泌的唾液淀粉酶、胰腺分泌的胰淀粉酶和肠腺分泌的肠淀粉酶。可催化淀粉水解成麦芽糖。麦芽糖酶：主要有胰腺分泌的胰麦芽糖酶和肠腺分
6、泌的肠麦芽糖酶。可催化麦芽糖水解成葡萄糖。脂肪酶：主要有胰腺分泌的胰脂肪酶和肠腺分泌的肠脂肪酶。可催化脂肪分解为脂肪酸和甘油。需要指出的是，脂肪分解前往往需要经过肝脏分泌的胆汁的乳化作用形成脂肪微粒。蛋白酶：主要有胃腺分泌的胃蛋白酶和胰腺分泌的胰蛋白酶。可催化蛋白质水解成多肽链。肽酶：由肠腺分泌。可催化多肽链水解成氨基酸。转氨酶：催化蛋白质代谢过程中氨基转换过程。例如人体中的谷丙转氨酶（GPT），能够把谷氨酸上的氨基转移给丙酮酸，从而形成丙氨酸和酮戊二酸（见图 5）。谷丙转氨酶在肝脏中的含量最多，当肝脏发生病变时谷丙转氨酶就大量释放到血液中。因此临床上常把化验人体血液中这种酶的含量作为诊断是否
7、患肝炎等疾病的一项重要指标。图 5 除此之外，常见的还有光合作用酶、呼吸氧化酶、ATP合成酶等，这里不再赘述。2.遗传变异中的酶：解旋酶：在 DNA复制或者转录时，解旋酶可以将 DNA分子的两条多脱氧核苷酸链中配对的碱基从氢键处断裂，从而使两条螺旋的双链解开。DNA/RNA聚合酶：分别催化脱氧核苷酸聚合成 DNA链以及核糖核苷酸聚合成 RNA链的反应。逆转录酶：催化以 RNA为模板、以脱氧核糖核苷酸为原料合成 DNA的过程。3.生物工程中的酶：限制性内切酶：主要存在于微生物中，一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的位点上切割 DNA 分子。据此，可以用限制性内切酶切割获得
8、基因工程中所需要的目的基因。目前已经发现了 200多种限制性内切酶。DNA连接酶：如果将经过同一种内切酶剪切而成的两段 DNA比喻为断成两截的梯子，那么 DNA连接酶可以把梯子的“扶手”的断口处（注意：不是连接碱基对，碱基对可以依靠氢键连接），即两条 DNA黏性末端之间的缝隙“缝合”起来。据此，可以在基因工程中用以连接目的基因和运载体。纤维素酶和果胶酶：在植物细胞工程中植物体细胞杂交时，需要事先用纤维素酶和果胶酶分解植物细胞的细胞壁，从而获得有活力的原生质体，然后诱导不同植物的原生质体融合。胰蛋白酶：在动物细胞工程的动物细胞培养中，需要用胰蛋白酶将取自动物胚胎或幼龄动物的器官和组织分散成单个的
9、细胞，然后配制成细胞悬浮液进行培养。4.微生物代谢调节中的酶：微生物代谢的调节主要包括两种方式：酶合成的调节和酶活性的调节。酶合成的调节是指只有在环境中存在某种物质的情况下合成特定诱导酶的调节方式。这里涉及到两种酶:组成酶-指微生物细胞中一直存在的酶。它们的合成只受遗传物质的控制。例如大肠杆菌细胞中分解葡萄糖的酶；诱导酶-指环境中存在某种物质的情况下才合成的酶。例如大肠杆菌细胞中分解乳糖的酶。酶活性的调节则是由于代谢过程中产生的物质与酶结合，导致酶的结构发生可逆性的变化，从而改变了酶活性的调节方式。例如谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸过程中的谷氨酸脱氢酶。巩固练习：1.请根据下图推测所代表的物质依次是
10、 A 激素、酶、蛋白质 B.蛋白质、激素、酶 c.酶、蛋白质、激素 D.蛋白质、酶、激素 2.合成过氧化氢酶的原料、场所以及其溶液中加入双缩脲试剂后的现象依次为：A.脱氧核苷酸、细胞核、溶液呈紫色 B.DNA、核糖体、溶液呈蓝色 C.氨基酸、核糖体、砖红褐色沉淀 D.氨基酸、核糖体、溶液呈紫色 3.某工厂生产的一种生物活性洗衣粉的包装上有如下说明：下列叙述不正确的是：这种洗衣粉较容易清除衣物上的奶渍、蛋清污渍等 温水条件下蛋白酶的活性最强 该洗衣粉可以洗涤各种污渍 该碱性蛋白酶能够将蛋白质水解成氨基酸 羊毛、丝质类衣物可以用该洗衣粉洗涤。A.B.C.D.4.有一种酶催化反应 P Q-R。在下图
11、中，实线 E 表示没有酶时此反应的进程，P、Q、R分别表示 P、Q、R 的浓度。在 t1时将催化此反应的酶加入到反应混合物中。图中能表示加入酶后此反应的进程的曲线是：5.将 2mL体积分数为 3%的过氧化氢溶液分别加入 a、b 两支试管中，再在 a 试管加入 2 滴新鲜的肝脏研磨液，b 试管中加入 4 滴新鲜的肝脏研磨液。下图横轴为反应时间，纵轴为底物 浓度，其中能正确表示时间和底物浓度关系的是 6.蛋白质代谢是在多种酶的参与下完成的，使肽键断裂的酶是 A.呼吸酶 B.蛋白酶 C.转氨酶 D.脱氨基酶 7.将乳清蛋白、淀粉、胃蛋白酶、唾液淀粉酶和适量水混合装入一容器，调整 PH 至 2.0，保
12、存于 37的水浴锅内。一段时间后，容器内剩余的物质是 A.淀粉、胃蛋白酶、多肽、水 B.唾液淀粉酶、麦芽糖、胃蛋白酶、多肽、水 C.唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水 D.唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水 8 下列符合图示含义的是 A 随 pH 值从 5 升高到 7，酶的活性逐渐降低 B 随 pH 值从 5 升高到 7，酶的最适温度不变 C 温度从 0 一 A 变化过程中，酶的活性逐渐降低 D 该酶的最适 pH 值为 7 9.下图中分别表示某酶的作用部位。相应的酶依次是 A.解旋酶、内切酶、连接酶 B.内切酶、解旋酶、连接酶 C 连接酶、解旋酶、内切酶 D.连接酶、内切酶、解旋酶 10.下列关于生物
13、工程中常用的几种酶的叙述，错误的是 A一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列，能用于提取目的基因 BDNA连接酶可把目的基因与运载体黏性末端的碱基黏合，能形成重组 DNA C纤维素酶、果胶酶可分解细胞壁，能用于植物体细胞杂交 D胰蛋白酶能使动物组织分散成单个细胞，能用于动物细胞培养 11.下列关于微生物代谢调节的叙述中正确的是 A.酶合成的调节比酶活性的调节更精细、更快速 B.诱导酶一旦产生，其活性就将一致保持下去 C.在微生物体内，一般先进行酶合成的调节，再进行酶活性的调节 D.细胞膜通透性的改变可以解除代谢产物对酶活性的抑制 12根据下图回答问题：（1）当终产物合成过量时，往往会导致合
14、成途径中断，原因是谷氨酸抑制了_的活性，这属于_的调节。（2）假设 B 酶只有在细胞内出现某种中间产物后才能合成，则B 酶是一种_酶.（3）假设人们想利用葡萄糖、谷氨酸棒状杆菌生产 a 酮戊二酸，请你利用现有的知识，设计一个大量积累 a 酮戊二酸的方案。13胰蛋白酶作用于一定量的某种物质（底物），温度保持 37，pH 保持在最适值，生成物量与反应时间关系如下图，请回答下列问题：（1）该酶作用的底物是_，作用后的生成物是_ （2）在 140分钟后，曲线变成水平，这是因为_。（3）若增加胰蛋白酶浓度，其他条件不变，请在原图上画出生成物量变化的示意曲线。（4）若胰蛋白酶浓度和其他条件不变，反应液 p
15、H 值由 2 逐渐升高到 10，则酶催化反应的速度将_，原因是_。（5）下图中能正确表示胰蛋白酶对底物的分解速度和温度关系的是 参考答案：1.D 绝大多数酶的化学本质是蛋白质,只有少数酶是 RNA；部分激素的化学本质实蛋白质。2.D 过氧化氢的化学本质是蛋白质。3.D 奶渍、蛋清、羊毛、丝质类衣物等的化学成份是蛋白质，而蛋白酶可以水解蛋白质。酶发挥作用需要温和的条件。4.C 酶仅能改变化学反应速率,而不能改变化学反应的平衡点.5.C 在一定条件下，酶促反应的反应速率与酶浓度成正比。6.B 7.A 酶的活性受温度和 pH 的影响，本题中的温度 37是酶的适宜温度，但是 pH 不适宜，胃蛋白的适宜
16、 pH 为 1.82.2。唾液淀粉酶是在 pH 约为 7 时，活性最强。所以在 pH为 2 的环境中，乳清蛋白和唾液淀粉酶都被分解为多肽，而淀粉仍存在。8.B 从图中可以看出：在 0 A 段，随着温度的升高，剩余的反应物越来越少，这说明单位时间内参加反应了的反应物越多，反应速度越快；同样的道理，随着 pH 从 5 升高到 7，酶的活性先增强后降低；pH 的变化并没有影响酶的最适宜温度。9.B 10.B DNA连接酶“缝合”的是两条 DNA黏性末端之间的缝隙，而黏性末端的碱基之间的黏合依赖于氢键 11.D 12.（1）谷氨酸脱氢酶 酶活性（2）诱导酶（3）方案一、对谷氨酸棒状杆菌进行诱变处理，利用选择性培养基从中选育出不能合成谷氨酸脱氢酶的菌种。方案二、利用基因工程手段，对控制合成谷氨酸脱氢酶的基因进行改造，使其不能合成谷氨酸脱氢酶。13(1)蛋白质 多肽 (2)底物量一定，底物已被消耗尽 (3)见右图 (4)不变 在 pH2 时，酶已经失活 (5)C 解析：解题时要注意：酶具有专一性和高效性，并且受一定温度、pH 的影响，胰蛋白酶有活性的 pH 值范围为 7.88.4，可把蛋白质水解为多肽，并且要注意题干是一定量的底物。