二 酶的特性

酶的化學本質(zhì)不同于無機催化劑。一般來說，酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)。

酶的催化作用與無機催化劑有什么不同呢？

酶具有高效性

通過上節(jié)課的學習，你已經(jīng)知道酶具有高效性。大量的實驗數(shù)據(jù)表明，酶的催化效率是無機催化劑的10~10”倍。這對細胞有什么意義呢？設(shè)想一下，假如細胞中過氧化氫酶的催化效率很低會怎樣？你在踢球或奔跑時，肌細胞需要大量的能量供應(yīng)，如果有關(guān)的酶催化效率很低，供能的化學反應(yīng)只能慢悠悠地進行，你還能跑那么快嗎？

無機催化劑催化的化學反應(yīng)范圍比較廣。例如，酸既能催化蛋白質(zhì)水解，也能催化脂肪水解，還能催化淀粉水解。

酶能像無機催化劑一樣，催化多種化學反應(yīng)嗎？

探究·實踐

淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用

淀粉和蔗糖都是非還原糖。它們在酶的催化作用下都能水解成還原糖。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分別加入淀粉酶，再用斐林試劑鑒定溶液中有無還原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化學反應(yīng)。

目的要求

探究淀粉酶是否只能催化特定的化學

材料用具

質(zhì)量分數(shù)為2%的新配制的淀粉酶溶液。質(zhì)量分數(shù)為3%的可溶性淀粉溶液，質(zhì)量分數(shù)為3%的蔗糖溶液，斐林試劑，熱水。試管，大燒杯，量筒，滴管，溫度計，試管夾，三腳架，石棉網(wǎng)，酒精燈，火柴。

方法步驟

1.取兩支潔凈的試管，編上號，然后按

照下表中序號1至序號3的要求操作。

2.輕輕振蕩這兩支試管，使試管內(nèi)的液體混合均勻，然后將試管的下半部浸到60℃左右的熱水中，保溫5min。

3.取出試管，各加入2mL斐林試劑（邊加入斐林試劑，邊輕輕振蕩這兩支試管，以便使試管內(nèi)的物質(zhì)混合均勻）。

4.將兩支試管的下半部放進盛有熱水的大燒杯中，用酒精燈加熱，煮沸1min。

5.觀察兩支試管內(nèi)的溶液顏色變化。

酶具有專一性

過氧化氫酶只能催化過氧化氫分解，不能催化其他化學反應(yīng)。脲酶除了催化尿素分解，對其他化學反應(yīng)也不起作用。每一種酶只能催化一種或一類化學反應(yīng)。細胞代謝能夠有條不紊地進行，與酶的專一性是分不開的。

許多無機催化劑能在高溫、高壓、強酸或強堿條件下催化化學反應(yīng)。

酶起催化作用需要怎樣的條件呢？

探究·實踐

影響酶活性的條件

細胞中幾乎所有的化學反應(yīng)都是由酶催化的。酶催化特定化學反應(yīng)的能力稱為酶活性。酶活性可用在一定條件下酶所催化某一化學反應(yīng)的速率表示。若細胞生活的環(huán)境條件發(fā)生政變，酶活性會怎樣變化呢？

背景知識

在初中做消化實驗時，需要控制溫度等實驗條件。

不同消化液的pH不一樣。唾液的pH為6.2~7.4，胃液的pH為0.9~1.5，小腸液的pH為7.6。

唾液淀粉酶會隨唾液流入胃，胃蛋白酶會隨食糜進人小腸。

讀了上述文字，你能提出什么問題嗎？

提出問題

在小組內(nèi)交流每個人想探究的問題，討論這些問題有沒有探究價值，能不能通過探究找到答案。將問題用文字表述出來。

作出假設(shè)

針對提出的問題作出假設(shè)，并說明作出假設(shè)的依據(jù)（提示：酶一般是蛋白質(zhì)），將所作假設(shè)記錄下來。

材料用具

下面列出的材料用具供選用，你可以根據(jù)實驗方案進行增減。

新配制的質(zhì)量分數(shù)為2%的淀粉酶溶液，新鮮的質(zhì)量分數(shù)為20%的肝臟（如豬肝、雞肝）研磨液，緩沖液（能在加入少量酸或堿

時抵抗pH改變的溶液）。

質(zhì)量分數(shù)為3%的可溶性淀粉溶液，體積分數(shù)為3%的過氧化氫溶液。物質(zhì)的量濃度為0.01mol/L的鹽酸，物質(zhì)的量濃度為0.01 mol/L的NaOH溶液，熱水，蒸餾水，冰塊，碘液，斐林試劑。

試管，量筒，小燒杯，大燒杯，滴管，試管夾，酒精燈，三腳架，石棉網(wǎng)，溫度計，pH試紙，火柴。

建議你用淀粉酶探究溫度對酶活性的影響，用過氧化氫酶探究pH對酶活性的影響。

設(shè)計實驗

1.你選擇哪一種酶作實驗材料？為什么選擇這種酶？

2.根據(jù)自己作出的假設(shè)，你預(yù)期會看到怎樣的實驗結(jié)果？比如酶活性升高或降低時，會出現(xiàn)什么實驗現(xiàn)象？將預(yù)期的實驗結(jié)果寫下來。

3.本實驗的自變量是什么？因變量是什么？如何控制自變量？怎樣觀察或檢測因變量？

4.對照組怎樣設(shè)置？是否需要進行重復(fù)實驗？

5.如果你想探究pH對酶活性的影響，你將設(shè)定哪幾個pH數(shù)值？怎樣將不同溶液的pH分別調(diào)到設(shè)定的數(shù)值？怎樣排除溫度和其他因素對實驗結(jié)果的干擾？

如果探究溫度對酶活性的影響，你將設(shè)定哪幾個溫度？怎樣將溶液的不同溫度分別調(diào)到設(shè)定的數(shù)值？怎樣排除pH和其他因素對實驗結(jié)果的干擾？

6.經(jīng)討論，形成小組的實驗方案。并列出材料用具清單，設(shè)計好記錄實驗數(shù)據(jù)的表格。

進行實驗

按實驗方案進行操作，仔細觀察，認真記錄。

分析結(jié)果

1.哪支試管中酶的活性最高？你是怎樣得出這一結(jié)論的？

2.實驗結(jié)果與你預(yù)期的結(jié)果一致嗎？你作出的假設(shè)是否得到了證實？

結(jié)論和應(yīng)用

是：

1.通過這個探究，你們小組的結(jié)論

2.嘗試應(yīng)用酶的化學本質(zhì)的知識，解釋本小組的結(jié)論。

3.你認為在酶制品的儲藏、運輸和使

用過程中，應(yīng)該注意什么問題？為什么？

表達和交流

1.與其他小組交流探究的過程和結(jié)論，以及提出的新問題。

2.聽取其他小組的質(zhì)詢，進行必要的答辯、反思和修改。

3.交流時應(yīng)當注意具體情況具體分析，如不同酶的最適條件可能是不一樣的。

進一步探究

不同溫度或pH條件下酶的活性差別有多大？感興趣的話，建議你進行定量實驗：用出現(xiàn)同一結(jié)果所需的時間來表示酶的活性，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制不同條件下酶活性的曲線圖。

除溫度和pH外，還有哪些條件影響酶的活性？感興趣的同學，可以查找有關(guān)資料。

酶的作用條件較溫和

通過實驗可以看出，溶液的溫度和pH都對酶活性有影響。與無機催化劑相比，酶所催化的化學反應(yīng)一般是在比較溫和的條件下進行的?？茖W家采用定量分析的方法，分別在不同的溫度和pH條件下測定同一種酶的活性，根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)繪制成曲線圖（圖5-2，圖5-3）。分析這兩個曲線圖可以看出，在最適宜的溫度和pH條件下，酶的活性最高。溫度和pH偏高或偏低，酶活性都會明顯降低。

過酸、過堿或溫度過高，會使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使酶永久失活。在0℃左右時，酶的活性很低，但酶的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在適宜的溫度下酶的活性會升高。因此，酶制劑適宜在低溫下保存。

/與社會的聯(lián)系 20世紀60年代以前，醫(yī)院里用的葡萄糖是用鹽酸催化淀粉水解的方法來生產(chǎn)的，生產(chǎn)過程需要在245 kPa的高壓和140~150℃的高溫下進行，并且需要耐酸的設(shè)備。60年代以后改用酶法生產(chǎn)。想一想，用酶來水解淀粉生產(chǎn)葡萄糖有什么優(yōu)越性？還有哪些產(chǎn)品可以用酶法生產(chǎn)？

細胞中的各類化學反應(yīng)之所以能有序進行，還與酶在細胞中的分布有關(guān)。拿植物葉肉細胞來說，與光合作用有關(guān)的酶分布在葉綠體內(nèi)，與呼吸作用有關(guān)的酶分布在細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體內(nèi)，這樣，光合作用與呼吸作用在細胞內(nèi)不同的區(qū)室同時進行，就可以互不干擾了。

科學·技術(shù)·社會

酶為生活添姿彩

溶菌醇能夠溶解細菌的細胞壁，具有抗菌消炎的作用。在臨床上與抗生素混合使用，能增強抗生素的療效。

果膠酶能分解果肉細胞壁中的果膠，提高果汁產(chǎn)量，使果汁變得清亮。

加酶洗衣粉比普通洗衣粉有更強的去污能力，能把衣物清洗得更加千凈鮮亮。加酶洗衣粉的酶不是直接來自生物體的，而是經(jīng)過酶工程改造的產(chǎn)品，比一般的酶穩(wěn)定性強。

殘留在牙縫里的食物殘渣是細菌的美食，也是導致齲齒的禍根。含酶牙膏可以分解細菌，使我們的牙齒亮潔，口氣清新。多酶片中含有多種消化酶，人在消化不良時可以服用。

胰蛋白酶可用于促進傷口愈合和溶解血凝塊，還可用于去除壞死組織，抑制污染微生物的繁殖。

利用脂肪酶處理廢油脂，制造生物柴油，既保護了環(huán)境又使其得到合理利用。

青霉素?；改軐⒁仔纬煽顾幮缘那嗝顾馗脑斐蓺⒕Ω鼜姷陌惫?jié)青霉素。

自然界中存在的酶并不完全適于在生活和生產(chǎn)上應(yīng)用?？茖W家利用酶工程技術(shù)對酶進行改造，使之更加符合人們的需要。