2019-2020年高中生物 （人教大綱版）第一冊(cè) 第三章　生物的新陳代謝 1新陳代謝與酶(備課資料).doc

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2019-2020年高中生物 （人教大綱版）第一冊(cè) 第三章　生物的新陳代謝 1新陳代謝與酶(備課資料) 一、“酶與代謝”一節(jié)的實(shí)驗(yàn)探究法教學(xué) 近年來(lái)，實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)法在生物教學(xué)中被廣泛運(yùn)用，在“酶與新陳代謝”一節(jié)的教學(xué)中，進(jìn)行了嘗試。 1．問題的提出 “酶與新陳代謝”是高中《生物》中“新陳代謝”一章的一個(gè)課題。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，不僅使學(xué)生獲得酶的基礎(chǔ)知識(shí)，而且通過教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、自學(xué)能力和思維能力，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法訓(xùn)練，我對(duì)“酶與新陳代謝”這個(gè)單元課題的教學(xué)設(shè)計(jì)是：先提出單元要解決的有關(guān)酶的幾個(gè)問題，接著讓學(xué)生帶著問題做3組有關(guān)酶的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，然后引導(dǎo)學(xué)生分析每組實(shí)驗(yàn)結(jié)果并得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，即采用“實(shí)驗(yàn)探究法”進(jìn)行酶的教學(xué)。酶的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)用圖解概括如下： 注：3組實(shí)驗(yàn)依次為：H2O2分解的比較實(shí)驗(yàn)；酶作用范圍的實(shí)驗(yàn)；溫度和pH對(duì)酶作用的影響實(shí)驗(yàn)。 2．教學(xué)過程 (1)明確單元課題任務(wù) 本課時(shí)任務(wù)重，復(fù)習(xí)提問主要圍繞著新陳代謝的實(shí)質(zhì)，突出強(qiáng)調(diào)新陳代謝就是生物體或細(xì)胞進(jìn)行的一系列交叉連鎖的生物化學(xué)反應(yīng)，在復(fù)習(xí)提問的基礎(chǔ)上，向?qū)W生闡明細(xì)胞內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)，通常是一系列有序的酶促反應(yīng)，從而引出本單元課題。然后，向?qū)W生說明本單元課題內(nèi)容主要講述酶的來(lái)源、生理作用、化學(xué)本質(zhì)、酶作用的特性及其影響酶作用的因素等，從而使學(xué)生明確本單元課題的教學(xué)任務(wù)。最后，向?qū)W生說明本節(jié)課的教學(xué)方法，并向?qū)W生提出進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的具體要求和注意事項(xiàng)等。 (2)輔導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 表1過氧化氫(H2O2)分解速度的比較實(shí)驗(yàn)及結(jié)果 試管編號(hào) 1 2 3 4 底物(2% H2O2) 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL 反應(yīng)條件 自然分解 Fe3+ 土豆屑 熟土豆屑 現(xiàn)象(氧氣泡) 小而少 大而多 極多 小而少 實(shí)驗(yàn)分析及結(jié)論 ①酶來(lái)源　②作用?、鄯磻?yīng)條件 表2　酶的特異性實(shí)驗(yàn)及結(jié)果 試管編號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 底物(1mL) 1％葡萄糖液 1％淀粉液 1％淀粉液 1％淀粉液 1％蔗糖液 2％蔗糖液 2％蔗糖液 實(shí)驗(yàn)處理 (1 mL) 蒸餾水 蒸餾水 酵母提取液 稀釋唾液 蒸餾水 酵母提取液 稀釋唾液 反應(yīng)條件 37℃恒溫水浴，保溫10 min 本氏試劑 1滴 1滴 1滴 1滴 1滴 1滴 1滴 鑒定反應(yīng) 酒精燈上煮沸 顏色 磚紅色 藍(lán)色 藍(lán)色 橙色 藍(lán)色 橙色 藍(lán)色 分析結(jié)論 ①催化范圍　　 ②作用條件 表3　酶作用的影響因素實(shí)驗(yàn)及結(jié)果 試管編號(hào) 1 2 3 4 0.5％淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 稀釋唾液 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 實(shí)驗(yàn)處理(3 mL) PH=5.0 緩沖液 pH=6.8 緩沖液 pH=8.0 緩沖液 pH=6.8 緩沖液 溫度條件 37℃恒溫水浴，保溫10 min 冰水浴10 min 碘化鉀－碘溶液 2滴 2滴 2滴 2滴 現(xiàn)象(顏色) 藍(lán)色 棕黃 藍(lán)色 分析結(jié)論 溫度、pH對(duì)酶作用的影響 注：緩沖液配制法 pH＝5.0：0.2 mol／L　磷酸氫二鈉　5.15 mL+0.1 mol／L 　　　　　檸檬酸4.85 mL pH＝6.8：0.2 mol／L　磷酸氫二鈉7.72 mL+0.1 mol／L 　　　　　 檸檬酸2.28 mL pH＝8.0：0.2 mol／L 磷酸氫二鈉9.27 mL+0.1 mol／L 檸檬酸2．28 mL (3)引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 第一組實(shí)驗(yàn)為H2O2分解的比較實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生分析這組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，要抓住下述三個(gè)關(guān)鍵：一是生土豆屑(或鮮肝提取液)比Fe3+催化H2O2分解的速度快得多，這表明酶的催化效率高；二是H2O2酶的來(lái)源，酶不是來(lái)自于外部，而是在活細(xì)胞中產(chǎn)生；三是熟土豆屑不能催化H2O2分解反應(yīng)，這是因?yàn)楦邷厥姑缸冃允Щ睢Ｔ诟邷貤l件下變性而失去其正常功能的特性，是蛋白質(zhì)物質(zhì)固有的特性。這樣，不僅使學(xué)生明確酶的催化效率高，而且為進(jìn)一步揭示酶概念的內(nèi)涵打下基礎(chǔ)。 第二組實(shí)驗(yàn)為酶作用范圍的分析實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生分析這組實(shí)驗(yàn)觀察時(shí)，要抓住下述四個(gè)關(guān)鍵：一是在特定反應(yīng)條件下，葡萄糖遇本氏試劑呈磚紅色，原因在于葡萄糖具有還原性，將Cu2+還原為Cu+，這個(gè)顏色鑒定反應(yīng)是進(jìn)一步分析酶催化底物范圍的對(duì)照；二是各加入1 mL蒸餾水，分別加入1 mL蔗糖液或淀粉液的2支試管，它們遇到本氏試劑不能發(fā)生顏色反應(yīng)或發(fā)生微弱變化，它們是用于分析實(shí)驗(yàn)誤差的對(duì)照；三是分別加入1 mL淀粉液或蔗糖液的2支試管，各加入1 mL新鮮的稀釋唾液，它們遇本氏試劑后，只有盛有淀粉液的試管中呈現(xiàn)橙紅色，這表現(xiàn)唾液淀粉酶只能催化淀粉水解產(chǎn)生出有還原性的葡萄糖等；四是分別加入1 mL蔗糖液或淀粉液的2支試管各加入1 mL酵母提取液，它們遇本氏試劑后，只有盛有蔗糖液的試管中呈紅色，這表明酵母提取液中含有的蔗糖酶只能催化蔗糖水解產(chǎn)生出葡萄糖等單糖。這組實(shí)驗(yàn)為論述酶的特異性提供了充足的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。 第三組實(shí)驗(yàn)主要探究酶作用的影響因素，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，主要抓住兩個(gè)關(guān)鍵：一是比較分析①②③號(hào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，明確pH影響酶的活性，淀粉酶起催化作用的最適pH為6．8；二是比較分析②和④的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，明確溫度對(duì)酶活性的影響，低溫抑制酶的活性但不能使酶變性失活，淀粉酶作用的最適溫度為37℃。 (4)總結(jié)歸納出實(shí)驗(yàn)結(jié)論 ①酶的概念 來(lái)源：活細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的。 作用：加快代謝反應(yīng)的速度。 化學(xué)本質(zhì)：一類特殊的蛋白質(zhì)。 ②酶作用的特性 從催化效率看，有高效性。 從催化底物范圍看，有專一性。 從酶的活性看，酶變性后會(huì)失活。 ③酶作用的影響因素 高溫使酶變性失活，低溫抑制酶活性。 要求適宜的pH。 ④酶與代謝的關(guān)系 促使許多代謝反應(yīng)依次連鎖進(jìn)行。 保證代謝反應(yīng)在常溫、常壓下迅速完成。 3．教學(xué)體會(huì) (1)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)法有利于激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣。用實(shí)驗(yàn)探究法組織酶與代謝的教學(xué)，學(xué)生始終置身于親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和積極思考的學(xué)習(xí)情境中，感覺到自己智慧的力量，體驗(yàn)到創(chuàng)造的歡樂，從而激發(fā)探究新事物的求知欲和濃厚的學(xué)習(xí)興趣。例如，在引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之前，教師讓部分學(xué)生匯報(bào)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生都很積極；在分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論的教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生都渴望得到發(fā)表自己見解的機(jī)會(huì)。 (2)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)法有利于正確處理教師主導(dǎo)與學(xué)生主體的關(guān)系，在這節(jié)課的教學(xué)活動(dòng)中，教師的主導(dǎo)作用主要體現(xiàn)在啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，一方面通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)設(shè)問題情況，啟發(fā)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)研究探索新事物；另一方面通過引導(dǎo)學(xué)生探究活動(dòng)，指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)途徑和方法。學(xué)生的主體作用主要表現(xiàn)在學(xué)習(xí)過程的主動(dòng)性、積極性和獨(dú)立性，即獨(dú)立地完成3組實(shí)驗(yàn)操作，積極主動(dòng)地探索酶的來(lái)源、作用和本質(zhì)，以及影響酶作用的因素，并通過實(shí)驗(yàn)分析得出科學(xué)結(jié)論。 (3)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)法有利于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰退季S能力。以實(shí)驗(yàn)探究法組織酶與代謝的教學(xué)活動(dòng)，是以學(xué)生實(shí)驗(yàn)為核心的，學(xué)生在系列實(shí)驗(yàn)操作過程中，觀察到各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，提示出同類事物共同的關(guān)鍵特征，從而得出相應(yīng)的結(jié)論。學(xué)生既要?jiǎng)邮植僮鳎忠獎(jiǎng)友塾^察和動(dòng)腦思考，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、觀察能力和思維能力。 (4)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)法有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。酶與代謝實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)的過程，體現(xiàn)出生物科學(xué)的探究過程，包括提出問題、進(jìn)行假設(shè)、實(shí)驗(yàn)設(shè)汁、實(shí)驗(yàn)操作、觀察和測(cè)量、分析現(xiàn)象或數(shù)據(jù)、得出結(jié)論和驗(yàn)證等。通過這種教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生不僅初步了解實(shí)驗(yàn)科學(xué)的探究過程和科學(xué)家的工作方法，而且培養(yǎng)了對(duì)科學(xué)的興趣，逐步養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，不斷探求新知識(shí)的精神和合作精神。 二、先天性代謝失調(diào) 先天性代謝失調(diào)的概念首由加羅德(Garrod，1908)提出。它又稱先天性代謝缺陷(inborn　errors of metabolism)。從嚴(yán)格的意義上講，它也是分子病，同屬生化遺傳學(xué)范疇。 1．先天性代謝缺陷的本質(zhì) (1)先天性代謝缺陷的本質(zhì)　先天性代謝缺陷的本質(zhì)是中間代謝紊亂。人體內(nèi)一切代謝過程都是在酶的催化和調(diào)解下進(jìn)行的。體內(nèi)酶或酶系統(tǒng)缺陷將導(dǎo)致中間代謝紊亂，出現(xiàn)臨床癥狀。在這類疾病中，有兩種不同的表現(xiàn)：(1)由于遺傳的缺陷導(dǎo)致酶的功能低下或缺乏，從而所催化的代謝途徑阻抑，其生成物減缺；致使代謝底物或由底物衍生的代謝物在體內(nèi)積聚。例如，黑尿癥即因缺乏尿黑酸氧化酶，其底物尿黑酸不能進(jìn)一步氧化分解而積聚。(2)與此相反，個(gè)別變異導(dǎo)致酶蛋白結(jié)構(gòu)改變，從而使活力增高，酶促生成產(chǎn)物增加。近年發(fā)現(xiàn)一種痛風(fēng)，由于磷酸核苷焦磷酸合成酶結(jié)構(gòu)變異，酶活力增高3倍，磷酸核苷焦磷酸的合成大大加速。由其生成的終末產(chǎn)物尿酸在體內(nèi)大量增加?；啬蛩岬娜芙舛群苄。^多的尿酸鹽在結(jié)締組織中沉積而出現(xiàn)痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎。 (2)遺傳控制與臨床癥狀　近代分子生物學(xué)的研究表明，酶(蛋白質(zhì))的生物合成是由基因控制的，基因通過酶的生成速率來(lái)調(diào)節(jié)代謝。因此，先天性代謝缺陷是由于酶結(jié)構(gòu)的缺陷或生成量的異常所致。其中，有的缺陷酶與正常酶只有單個(gè)氨基酸的差異，例如葡萄糖 －6磷酸脫氫酶，B型酶肽鏈中的天冬酰胺被天冬氨酸所代替即成A型，其酶活性較正常的B型低lO％；另一變異型G6pD Hektoen，其活性增高4倍。這些改變，皆源于結(jié)構(gòu)基因DNA中單個(gè)堿基的替換。就是說，酶缺陷的根源是結(jié)構(gòu)基因的突變。 資料表明，先天性代謝缺陷多為常染色體隱性遺傳，所謂顯性或隱性，按照經(jīng)典遺傳學(xué)的概念，叫做表型(pkenotype)，實(shí)指臨床癥狀，事實(shí)上，在雜合體中，正常等位基因和致病基因均作表達(dá)，正常酶和缺陷酶共存。雜合體之所以不表現(xiàn)性狀，是因就正常代謝的需要量來(lái)衡量，單個(gè)正常基因的酶活力足以保持機(jī)體的相對(duì)穩(wěn)定。因此，就原發(fā)缺陷而言，在分子水平上，其遺傳方式當(dāng)屬共顯性(codominance)。這里強(qiáng)調(diào)的是，在不同的知識(shí)層面上，具有不同的定義方法和依據(jù)，從而，其結(jié)論可以不同。就是說，顯性或隱性是相對(duì)概念。 (3)先天性代謝缺陷的類型 先天性代謝缺陷癥涉及面很廣，種類繁多，癥狀各異。為研究方便，通常是以代謝物為線索，例如糖代謝缺陷、脂肪代謝缺陷、氨基酸代謝缺陷等；又如在氨基酸代謝中，再循各類氨基酸的代謝通徑逐一進(jìn)行揭示；芳香族氨基酸代謝病、支鏈氨基酸代謝病、含硫氨基酸代謝病、咪唑氨基酸代謝病等。本篇只擇糖代謝和氨基酸代謝各一病種適作簡(jiǎn)介。 2．苯酮尿癥 本酮尿癥（phenylketonuria，PKU）是芳香族氨酸中苯丙氨酸代謝缺陷癥。苯丙氨酸是必需氨基酸，它在體內(nèi)代謝的主要途徑是轉(zhuǎn)化為酪氨酸，并且其大部分功能是在轉(zhuǎn)化成酪氨酸之后實(shí)現(xiàn)的。它們的代謝缺陷是最常見和最引人注目的。 （1）致病機(jī)理　苯丙氨酸氧化為酪氨酸的反應(yīng)在肝中進(jìn)行。此癥的直接原因是這一轉(zhuǎn)化中所需的苯丙氨酸羧化酶缺陷，致使這一過程受阻，從而苯丙氨酸經(jīng)由次要途徑，通過轉(zhuǎn)氨作用生成苯丙酮酸（下圖）。此癥即因病人尿中排出大量苯丙酮酸而得名。 苯丙氨酸積聚是此癥產(chǎn)生臨床癥狀的基礎(chǔ)。它通過代謝旁路轉(zhuǎn)變?yōu)楸奖岷?，并可進(jìn)一步代謝為苯乙酸；苯乙酸與組織中的谷氨酰胺結(jié)合為苯乙酰谷氨酰胺，由尿液排出（鼠臭味）。這些旁路產(chǎn)物抑制了腦組織內(nèi)谷氨酸脫羧酶的活性，使其脫羧產(chǎn)物γ-氨基丁酸減少。后者影響腦組織的發(fā)育與功能。 （2）臨床癥狀　智力低下是本病的基本特征。嬰兒生后第二、三個(gè)月開始異常。通常，皮膚、毛皮和虹膜色素減退；易流涎、出汗（鼠嗅）；肌緊張，猿猴步；約半數(shù)患兒痙攣性癲癇。智商多在20（白癡）以下。常在3歲內(nèi)夭折，少數(shù)可活至20歲。 （3）遺傳基礎(chǔ)　致病基因位于第1染色體；表現(xiàn)為隱性遺傳。我國(guó)發(fā)病率為1/1000，致病基因攜帶者約1/50。 順便敘及，從上圖中可見，當(dāng)酪氨酸酶或尿黑酸氧化酶缺陷，則分別是白化癥(albinism)和黑尿癥(alcaptonuria)的病因。 3．葡萄糖-6-磷酸脫氫酶缺陷癥 此癥為磷酸戊糖旁路代謝病，病因是紅細(xì)胞中葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(glucose -6-　phosphate dehydrogenase, G6PD)缺陷；臨床上分做兩型：Ⅰ型和Ⅱ型。 （1）致病機(jī)理　在紅細(xì)胞中，G6PD以輔酶Ⅱ?yàn)檩o酶使葡萄糖–6-磷酸脫氫為葡萄糖酸–6-磷酸；氧化型輔酶（NADP）還原為還原型（NADPH）。NADPH又是谷胱還原酸（GR）的輔酶，可使氧化型谷胱甘肽（GSSG）轉(zhuǎn)化為還原態(tài)（GSH）下圖。 當(dāng)G6PD缺乏，則不能正常地將輔酶轉(zhuǎn)化為還原態(tài)，從而也就不能使GSSG轉(zhuǎn)化為GSH。而還原的GSH是保持紅細(xì)胞膜完整性的必要條件。由于抗氧化劑GSH的減少，HBβ鏈中半胱氨酸的－SH基被氧化，使4條肽鏈解開，導(dǎo)致Hb變性，形成珠蛋白小體（Heinz小體）會(huì)附著于紅細(xì)胞膜上；膜收縮蛋白中的－SH基也被氧化形成雙硫鍵（－S－S－），結(jié)為胞膜多肽聚集物，使細(xì)胞變形性降低。當(dāng)流經(jīng)肝竇、脾竇時(shí)，紅細(xì)胞被滯留、破壞而溶血。 此癥Ⅱ型在有誘因時(shí)才發(fā)病。例如食用蠶豆，故又稱蠶豆?。╢avism），在服用伯胺喹啉或磺胺類氧化性藥物時(shí)，其病理更為復(fù)雜。 （2）臨床癥狀　此癥典型病癥為溶血性貧血。Ⅰ型為非血球形細(xì)胞溶血性貧血，臨床表現(xiàn)為輕度至中度，有黃疸，肝脾腫大，網(wǎng)織紅細(xì)胞增多。Ⅱ型多表現(xiàn)為急性血管內(nèi)溶血，并有頭痛、惡心、黃疸、肝脾腫大、血紅蛋白尿；嚴(yán)重者可發(fā)生脫水、休克、腎功能衰竭，甚至死亡。 （3）遺傳基礎(chǔ)　致病基因X連鎖（Xq28）遺傳。女性雜合體中有一部分可表現(xiàn)性狀，應(yīng)屬具有不同表現(xiàn)度的不完全顯性（inplete dominance）。 目前，已發(fā)現(xiàn)先天性代謝缺陷xx多種，在遺傳性疾病中占最大比重，無(wú)論在醫(yī)學(xué)上或是對(duì)于人口的優(yōu)生都至關(guān)重要。 首先，它已成為威脅人類健康的一類重要疾病，也是嬰兒和兒童死亡的重要原因之一。其中，僅G6PD缺陷者，全世界在1億人以上，有100種以上的變異型。我國(guó)主要分布于長(zhǎng)江以南，廣東籍居民的發(fā)病率高達(dá)8.6％。其次，癥狀具有終生性，卻無(wú)有效治療方法（例如苯酮尿癥應(yīng)用限食療法，G6PD缺陷采用輸血措施）?；颊呒词拱Y狀消失，但其遺傳組成不變，致病基因依然在群體中傳遞，成為優(yōu)生的最大課題。第三，從嚴(yán)格的意義上講，藥物敏感性（已獨(dú)立為藥物遺傳學(xué)）亦屬先天性代謝缺陷。雖然機(jī)體在正常情況下并無(wú)臨床癥狀，但限制了某些非遺傳性疾病的用藥。在這個(gè)意義上，等于擴(kuò)大了病種的范圍?；诖?，醫(yī)學(xué)界認(rèn)定先天性代謝缺陷已成為當(dāng)代重大的醫(yī)學(xué)問題，絕非危言聳聽。 三、人類對(duì)酶的應(yīng)用 人類對(duì)于酶的應(yīng)用，有著一個(gè)從無(wú)意識(shí)使用到自覺應(yīng)用的過程。比如，自古以來(lái)，在釀造啤酒、做面包、做乳酪這一類加工工藝中人們都曾不自覺地涉及到了酶的應(yīng)用。 19世紀(jì)中期，著名的法國(guó)科學(xué)家巴斯德在實(shí)驗(yàn)中觀察到，葡萄汁被釀造成葡萄酒是由一種叫酵母菌的微生物在起作用?？墒?，在細(xì)菌的作用下，酒又會(huì)變質(zhì)，產(chǎn)生醋酸或乳酸。大約到了19世紀(jì)末期，有人發(fā)現(xiàn)從酵母中制得的提取液，能使葡萄汁變成葡萄酒，葡萄酒又變成醋酸或乳酸，并證明這些變化都是酵母細(xì)胞或細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的酶在起作用。后來(lái)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，酶在細(xì)胞外也能夠起催化作用。從此，酶的應(yīng)用便提高到了自覺應(yīng)用的新階段。 如今，酶的應(yīng)用在食品、醫(yī)療、紡織、發(fā)酵、制革等方面已經(jīng)取得了豐碩的成果。 在食品方面。利用淀粉酶、淀粉轉(zhuǎn)葡萄糖苷酶和葡萄糖淀粉酶可將淀粉轉(zhuǎn)變成葡萄糖和各種糖漿；利用葡萄糖異構(gòu)酶可將甜味不及蔗糖的葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)樘鸲缺日崽歉叩枚嗟墓?；利用蛋白酶降低面粉中的蛋白質(zhì)含量，使制成的餅干更加松脆；利用淀粉轉(zhuǎn)葡萄糖苷酸制成低熱量啤酒等等。在醫(yī)療方面，用于疾病的醫(yī)冶。例如，胰凝乳蛋白酶可用于白內(nèi)障摘除手術(shù)，使手術(shù)簡(jiǎn)化，成功率提高；胰蛋白酶對(duì)消除組織壞死，消炎止痛，愈合傷口有明顯效果；尿激酶、鏈激酶可用于治療靜脈血栓、脈管炎；彈性蛋白酶對(duì)血管硬化有一定療效；溶菌酶能破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，用于治療咽喉炎、鼻炎、口腔潰瘍等病。另外，急性淋巴血友病、青霉素過敏癥、消化不良等，均可利用各種酶進(jìn)行治療。在紡織工業(yè)中，過去人們采用腐蝕性強(qiáng)的化學(xué)藥物除去織物上的淀粉，如今改用淀粉酶進(jìn)行，操作變得更加安全和容易。在皮革制造工業(yè)中，細(xì)菌蛋白酶可用于皮革的脫毛；狗糞和鴿糞中的酶可除去生皮上的某些蛋白質(zhì)，使皮革更加柔軟，更有韌性。在洗滌劑的生產(chǎn)中，添加少量的酶可提高洗滌劑的去污力。 四、酶的化學(xué)本質(zhì) 20世紀(jì)80年代以前，科學(xué)家一直以為酶的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)。后來(lái)的科學(xué)研究表明，一些RNA分子也具有酶的催化作用。如RNasep酶，便是20%的蛋白質(zhì)和80%的RNA組成的，若將酶中的蛋白質(zhì)除去，發(fā)現(xiàn)留下來(lái)的RNA仍然具有與該種酶相同的催化活性?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，某些RNA分子同構(gòu)成酶的蛋白質(zhì)分子一樣，都是效率非常高的生物催化劑。所以，概括地說，絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)的酶是RNA。 具有酶活性的蛋白質(zhì)分為簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)兩類。簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)類的酶只有氨基酸組成，不含其他物質(zhì)，如胃蛋白酶。結(jié)合蛋白質(zhì)類的酶是由蛋白質(zhì)與輔因子組成的，如乳酸脫氫酶、轉(zhuǎn)氨酶。組成這類酶的蛋白質(zhì)部分叫酶蛋白，輔因子部分叫做輔酶或輔基。酶蛋白和輔酶單獨(dú)存在時(shí)，都沒有催化能力，只有兩者結(jié)合在一起，才能起到酶的催化作用。這種完整的酶分子叫做全酶。 五、酶的作用機(jī)理 鎖和鑰匙學(xué)說。當(dāng)酶和底物結(jié)合時(shí)，底物的結(jié)構(gòu)和酶的活動(dòng)中心結(jié)構(gòu)十分吻合，就像一把鑰匙配一把鎖一樣。酶的這種互補(bǔ)形狀，使酶只能與對(duì)應(yīng)的化合物契合，從而排斥了那些形狀、大小不適合的化合物，這就是“鎖和鑰匙學(xué)說”。 誘導(dǎo)契合學(xué)說。認(rèn)為酶并不是事先就以一種與底物互補(bǔ)的形狀存在，而是在受到誘導(dǎo)之后才形成互補(bǔ)的形狀。底物與酶結(jié)合，就誘導(dǎo)酶蛋白的構(gòu)象發(fā)生相應(yīng)的變化，從而使酶和底物契合而形成酶——底物絡(luò)合物，即“誘導(dǎo)契合學(xué)說”。 六、酶的特性 作為生物催化劑，酶有許多特性。 首先，酶具有高效率的催化能力。酶比一般化學(xué)催化劑的催化效率高出幾百萬(wàn)倍，與沒有催化劑的反應(yīng)相比，最高可高出1017倍。例如，碳酸酐酶催化二氧化碳與水合成碳酸的反應(yīng)是已知最快的酶催化反應(yīng)之一。每一個(gè)酶分子在1秒鐘內(nèi)可以使105個(gè)二氧化碳分子發(fā)生水合反應(yīng)。如果沒有這種酶，二氧化碳從組織到血液，然后再通過肺泡呼出體外的過程只能以極其緩慢的速度進(jìn)行，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生物體生存的要求。 酶作用的專一性很強(qiáng)。酶作用的專一性主要有兩方面的含義：一是指酶對(duì)于被作用的底物（反應(yīng)物）是專一的。當(dāng)?shù)孜镌诿复呋掳l(fā)生反應(yīng)，首先必須與酶的活性部位有適當(dāng)?shù)钠鹾?，所以只有特定結(jié)構(gòu)的分子才能作為某一個(gè)酶的底物，這就是酶對(duì)底物的專一性。二是指酶對(duì)于被催化的反應(yīng)是專一的。一個(gè)酶可能有幾個(gè)類似的底物，但只能催化某一類特定的化學(xué)反應(yīng)，這叫做酶反應(yīng)的專一性。 酶在生物體內(nèi)參與每一次反應(yīng)之后，它本身的性質(zhì)和數(shù)量都不會(huì)發(fā)生改變。 易失活。酶的化學(xué)本質(zhì)大多數(shù)是蛋白質(zhì)，受熱或遇酸和堿易變性，失去活性，它可在常溫、常壓等比較溫和的條件下進(jìn)行催化反應(yīng)。 在酶的四大特性中，高效率的催化能力和作用的專一性是酶的兩個(gè)最重要的特性。 七、影響酶作用的因素 溫度的影響。在一定的溫度范圍（0～40℃)內(nèi)，酶的催化作用速度隨著溫度的降低而降低，隨著溫度的升高而升高。一般地，溫度每升高10℃，反應(yīng)速度約提高1倍。超過60℃，絕大多數(shù)酶就會(huì)因結(jié)構(gòu)破壞而失去活性。 pH的影響。酶對(duì)環(huán)境中的pH十分敏感。酶只有在一定的pH范圍內(nèi)才能表現(xiàn)出活性，超過這個(gè)范圍，酶就失去活性了。一般地，酶的最適pH在4～8之間。但是，各種酶的最適pH不相同，甚至可以相差很大。如胃蛋白酶最適pH為1.8～2.2，胰蛋白酶最適pH為8.0～9.0。 八、典型例題分析 ［例1］在測(cè)定胃蛋白酶活性時(shí)，將溶液的pH由10降到2的過程中，胃蛋白酶的活性將( ) A.不斷上升 B.沒有變化 C.先升后降 D.先降后升 分析：酶的催化作用需要適宜的pH，小于或大于此值，酶的活性都要下降。過酸、過堿都會(huì)使酶的分子因結(jié)構(gòu)破壞而失去活性。對(duì)于胃蛋白酶，它的適宜pH為1.8～2.2，即在pH為2的環(huán)境中，胃蛋白酶的活性最大，但由于溶液的開始pH為10，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于胃蛋白酶的催化作用范圍，因此，會(huì)使酶的結(jié)構(gòu)遭到破壞而失去活性。即使pH逐漸降為適宜值，蛋白酶的活性也不會(huì)恢復(fù)。 答案：B ［例2］關(guān)于酶的性質(zhì)，下列表述錯(cuò)誤的是( ) A.酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化能力的蛋白質(zhì) B.化學(xué)反應(yīng)前后，酶的化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量不變 C.酶的催化效率很高，但易受溫度和酸堿度影響 D.酶具有專一性 分析：酶是生物催化劑，它具有一般催化劑的特性：反應(yīng)前后性質(zhì)和質(zhì)量不變，又具有特性：高效性、專一性、受溫度酸堿度影響，所以B、C、D都是正確的。關(guān)于酶的概念，說明酶是有機(jī)物，大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA。所以，選項(xiàng)A將酶的范圍縮小。 答案：A ［例3］如下圖，分別向4支盛有5mL過氧化氫溶液的試管中加入肝或砂子。請(qǐng)回答： A B C D （1）在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，4支試管的現(xiàn)象分別是什么？ （2）為什么試管B放氧速度比試管A快？ （3）為什么用煮沸冷卻的肝做對(duì)照要比用砂子做對(duì)照更好些？ 分析：在肝臟中含有過氧化氫酶，過氧化氫酶可以使過氧化氫分解為水和氧氣。溫度過高會(huì)使酶的結(jié)構(gòu)遭到破壞而失去活性，煮沸并冷卻的肝中，過氧化氫酶不能發(fā)生催化作用。 答案：（1）A、B兩試管有氧氣放出，試管B釋放氧的速度比試管A快，C、D兩試管無(wú)氣體（氧氣）放出。 （2）因?yàn)樵嚬蹷中是碾碎的肝，擴(kuò)大了酶與反應(yīng)物的接觸面。 （3）因?yàn)橹蠓欣鋮s的肝中有過氧化氫酶，高溫下使酶失去活性，而砂子不是酶，沒有可比性。 ［例4］將乳清蛋白、淀粉、胃蛋白酶、唾液淀粉酶和適量的水混合在一個(gè)容器內(nèi)，調(diào)整pH為2.0，保存在37℃水浴鍋中。一段時(shí)間后，容器內(nèi)剩余的物質(zhì)為( ) A.淀粉、胃蛋白酶、多肽、水 B.唾液淀粉酶、麥芽糖、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 分析：酶的活性受溫度和pH的影響。本題中的溫度37℃是酶的適宜溫度，但pH不適宜，胃蛋白酶的適宜pH為1.8～2.2，唾液淀粉酶是在pH約為7時(shí)，活性最強(qiáng)。所以在pH為2的環(huán)境中，乳清蛋白和唾液淀粉酶都被分解為多肽，而淀粉仍存在。 答案：A ［例5］右圖中表示某種動(dòng)物消化酶的催化反應(yīng)速度與溫度之間關(guān)系的曲線是( ) A.① 　　　　　　　　　　　　B.② C.③ 　　　　　　　　　　　　D.④ 答案：B ［例6］關(guān)于酶特性的實(shí)驗(yàn)，如圖，取標(biāo)號(hào)為A、B、C的三支試管，各加入2mL稀淀粉糊。 （1）在三支試管內(nèi)各滴5滴革蘭氏碘液，搖勻，可見試管內(nèi)溶液呈______色。 （2）再在A管內(nèi)加入2mL胰液，B管內(nèi)加入2mL煮沸的唾液，C管內(nèi)加入2mL唾液，然后將這三支試管放入37℃～40℃水浴鍋中，15～20分鐘后，三支試管內(nèi)溶液有確切變化分別是： A管溶液的顏色______，這是因?yàn)開_______________。 B管溶液的顏色______，這是因?yàn)開_______________。 C管溶液的顏色______，這是因?yàn)開_______________。 答案：（1）藍(lán)色 （2）消失 胰液中的胰淀粉酶將淀粉分解 藍(lán)色 煮沸的唾液中唾液淀粉酶失活 消失 唾液中的唾液淀粉酶使淀粉分解