高中生物中酶知识的梳理与整合

酶

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.（产生酶的细胞一定可以产生激素，但产生激素的细胞不一定能产生酶）

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,酶不仅可以在体内作用，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,在适宜的条件下催化淀粉的水解反应.

三. 酶与一般的催化剂

(一)共性

①仅能改变化学反应速率,而不能改变化学反应的平衡点. ②只需要微量就可以使相应

的化学反应加速进行.③反应后性质与质量不改变，可重复使用. (二)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10--10倍,比其他无机催化剂催化反应的速率高10—10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.反应条件温和:

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.

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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.低温只是暂时抑制酶的活性，升温后还会恢复。而高温则会破坏酶的空间结构，降低温度后不可恢复。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.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1.5—2.2.

图1 图2

3.底物浓度与酶促反应速率

在底物(反应物)浓度在一定范围内,反应速率随底物浓度的增加而加快; 在底物浓度很高时,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,如果反应条件适宜，且底物浓度足够大,足以使酶饱和,酶促反应的反应速率与酶浓度成正比.图像表示如图4

五． 高中生物学中常见的酶

1.物质代谢中的酶：

①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。

②麦芽糖酶主要有胰腺分泌的胰麦芽糖酶和肠腺分泌的肠麦芽糖酶。可催化麦芽糖水解成葡萄糖。

③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。

④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。 ⑤肽酶由肠腺分泌。可催化多肽链水解成氨基酸。

⑥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患肝炎等疾病的一项重要指标。

图5

⑦过氧化氢酶 人体肝脏中的过氧化氢酶主要作用就是催化H2O2分解为H2O与O2，使得H2O2不致于与O2在铁螯合物作用下反应生成非常有害的-OH

除此之外，常见的还有光合作用酶、呼吸氧化酶、ATP合成酶等

2.遗传变异中的酶：

①DNA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。

②DNA聚合酶以一条DNA单链为模板，将脱氧核糖核苷酸通过磷酸二酯键连接成为与单链互补的另一条单链。

③RNA聚合酶（转录酶）是以DNA为模板，以四种核糖核苷作底物，催化RNA的合成。作用于磷酸二酯键。

④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：

①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，常在DNA两条链上交错切割产生黏性末端。是基因工程中的“剪刀”。作用于磷酸二酯键。（可以用限制性内切酶切割获得基因工程中所需要的目的基因。） ②DNA连接酶连接相邻核苷酸之间形成磷酸二酯键，以封闭DNA分子中的切口。

是基因工程中的“针线”。（注意：不是连接碱基对，碱基对可以依靠氢键连接）可

以在基因工程中用以连接目的基因和运载体。

③Taq酶Taq酶是从水生嗜热菌中分离出的具有热稳定性的DNA 聚合酶，其作用是通过构建磷酸二酯键将脱氧核苷酸聚合形成脱氧核苷酸链，从而形成双链DNA分子 ④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。 ⑤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细胞，然后配制成细胞悬浮液进行培养。

六、关于酶的实验

1. 酶的化学本质的验证

①证明某种酶是蛋白质：实验组：待测酶液＋双缩脲试剂→是否出现紫色反应。

对照组：已知蛋白液＋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→是否出现红色。

对照组：已知RNA溶液＋吡罗红染液→出现红色。

2.酶的催化作用和高效性的验证实验分析

①实验原理：1、

2、比较H2O2在常温、高温、过氧化氢酶、Fe等不同条件下气泡产生多少或卫生香燃烧剧烈程度，了解过氧化氢酶的作用和意义。 ②实验过程的变量及对照分析 自变量 2号：90℃水浴加热 3号：加入3.5tCl3溶液2滴 4号：加入20%肝脏研磨液2滴 因变量 H2O2分解速度 用产生气泡的 数目多少表示 无关变量 加入H2O2的量；实验 室的温度；FeCl3和肝 脏研磨液的新鲜程度 对照组 实验组 3＋

2、3、1号 4 试管 号试管 ③实验结论：1、酶具有催化作用，同无机催化剂一样都可加快化学反应速率。

2、酶具有高效性，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。

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