（人教通用）2020版高考生物大一輪復(fù)習(xí) 第三單元 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用 熱點(diǎn)題型一 酶的相關(guān)拓展實(shí)驗(yàn)講義.docx

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酶的相關(guān)拓展實(shí)驗(yàn) 一、鑒定酶的本質(zhì) 某科研小組經(jīng)研究得知X酶存在于人的肝細(xì)胞中，能將糖原分解為還原糖。酶必須保持正常的結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮催化作用，請(qǐng)利用這一原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究X酶的化學(xué)本質(zhì)究竟是蛋白質(zhì)還是RNA。簡要寫出實(shí)驗(yàn)思路，并預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論(要求：實(shí)驗(yàn)包含可相互印證的甲、乙兩個(gè)組)。 審題關(guān)鍵 (1)據(jù)題干可知，X酶的功能是能將糖原分解為還原糖。 (2)聯(lián)想到蛋白酶可以改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)從而使其失去功能。 (3)RNA酶可以催化RNA發(fā)生水解從而使其失去功能。 (4)若X酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，被蛋白酶處理后，則不能將糖原分解為還原糖。 (5)若X酶的化學(xué)本質(zhì)是RNA，被RNA酶處理后，則不能將糖原分解為還原糖。 (6)題干中要求設(shè)計(jì)甲、乙兩組實(shí)驗(yàn)，二者之間要能相互印證，因此聯(lián)想相互對(duì)照。 答案　(1)實(shí)驗(yàn)思路：甲組：將X酶用蛋白酶處理，再與糖原溶液混合，在適宜條件下保持一段時(shí)間后，檢測(cè)是否有還原糖的產(chǎn)生。乙組：將X酶用RNA酶處理，再與糖原溶液混合，在適宜條件下保持一段時(shí)間后，檢測(cè)是否有還原糖的產(chǎn)生。 (2)預(yù)期結(jié)果及結(jié)論：①若甲組有還原糖生成，乙組沒有還原糖生成，則說明X酶的化學(xué)本質(zhì)是RNA；②若甲組沒有還原糖生成，乙組有還原糖生成，則說明X酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。 鑒定酶本質(zhì)的兩種常用方法 1．試劑檢測(cè)法 從酶的化學(xué)本質(zhì)上來講，絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)的酶是RNA。因此可利用雙縮脲試劑與蛋白質(zhì)作用產(chǎn)生紫色反應(yīng)，RNA與吡羅紅染液作用顯紅色的原理設(shè)計(jì)鑒定方案： 2．酶解法 從酶的化學(xué)本質(zhì)上來講，絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)的酶是RNA。酶必須保持正常的結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮催化作用，因此可以分別利用蛋白酶和RNA酶處理某酶，再觀察其功能是否受影響來確定該酶的本質(zhì)。設(shè)計(jì)鑒定方案： 1．現(xiàn)有無標(biāo)簽的稀蛋清、葡萄糖、淀粉和淀粉酶溶液(淀粉酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，可將淀粉水解成還原糖)各一瓶，可用雙縮脲試劑、斐林試劑和淀粉溶液將它們鑒定出來。 (1)用一種試劑將上述4種溶液區(qū)分為兩組，這種試劑是____________，其中稀蛋清和________將發(fā)生________色反應(yīng)。 (2)用________試劑區(qū)分不發(fā)生顯色反應(yīng)的一組溶液。產(chǎn)生_________現(xiàn)象的為________溶液。 (3)區(qū)分發(fā)生顯色反應(yīng)一組溶液的方法、鑒定結(jié)果及結(jié)論分別是： 方法：將淀粉溶液分別與發(fā)生顯色反應(yīng)的兩種溶液混合，一段時(shí)間后，用________試劑在一定條件下分別處理上述兩種混合液。 結(jié)果：其中一組產(chǎn)生了________________，另一組無明顯現(xiàn)象。 結(jié)論：發(fā)生顯色反應(yīng)的是__________溶液，不發(fā)生顯色反應(yīng)的是____________溶液。 答案　(1)雙縮脲試劑　淀粉酶　紫　(2)斐林　磚紅色沉淀　葡萄糖　(3)斐林　磚紅色沉淀　淀粉酶　稀蛋清 解析　(1)由于稀蛋清和淀粉酶溶液的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應(yīng)，而葡萄糖和淀粉屬于糖類，不能與雙縮脲試劑發(fā)生顯色反應(yīng)，所以可以用雙縮脲試劑將4種溶液分為兩組，其中稀蛋清和淀粉酶將發(fā)生紫色反應(yīng)。(2)葡萄糖屬于還原糖，可用斐林試劑鑒定，產(chǎn)生磚紅色沉淀。(3)淀粉酶能將淀粉分解為麥芽糖，麥芽糖屬于還原糖，所以加入淀粉后，用斐林試劑鑒定后出現(xiàn)磚紅色沉淀的則為淀粉酶。所以可以將淀粉溶液分別與發(fā)生顯色反應(yīng)的兩種溶液混合，一段時(shí)間后，用斐林試劑分別處理上述兩種混合液，觀察到無顏色變化的溶液是稀蛋清溶液，出現(xiàn)磚紅色的是淀粉酶溶液。 二、驗(yàn)證酶的高效性與專一性 已知2H2O2===2H2O＋O2↑，可以通過觀察反應(yīng)過程中O2的生成速率(即氣泡從溶液中釋放的速率)來判斷H2O2分解反應(yīng)的速率。請(qǐng)用所給的實(shí)驗(yàn)材料和用具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使其能同時(shí)驗(yàn)證過氧化氫酶具有催化作用和高效性。要求寫出實(shí)驗(yàn)步驟，預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并回答下列問題： 實(shí)驗(yàn)材料與用具：適宜濃度的H2O2溶液，蒸餾水，3.5%FeCl3溶液，0.01%過氧化氫酶溶液，恒溫水浴鍋，試管。 (1)實(shí)驗(yàn)步驟： ①________________________________________________________________________。 ②________________________________________________________________________。 ③________________________________________________________________________。 (2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)及結(jié)論：整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，不同處理的試管中O2的釋放速率從快到慢依次是_____________________________________________________________，由此可得出的結(jié)論是_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (3)如果僅將實(shí)驗(yàn)中的恒溫水浴改為80℃，重做上述實(shí)驗(yàn)，O2釋放的速率最快的是______________________________________________________________________________， 原因是________________________________________________________________________。 審題關(guān)鍵 (1)據(jù)題可知，該實(shí)驗(yàn)的目的是同時(shí)驗(yàn)證過氧化氫酶具有催化作用和高效性。 (2)酶的催化作用和高效性是指分別與無催化劑和無機(jī)催化劑相對(duì)照，加快所催化反應(yīng)的速率的現(xiàn)象，所以本實(shí)驗(yàn)的自變量為無催化劑、酶和無機(jī)催化劑(FeCl3)。 (3)由題干可知，本實(shí)驗(yàn)的因變量為H2O2分解反應(yīng)的速率，表觀因變量為氣泡從溶液中釋放的速率。無關(guān)變量有H2O2溶液量、溫度及保溫時(shí)間和蒸餾水、FeCl3溶液、過氧化氫酶溶液等液體的使用量等。 (4)80℃恒溫水浴條件下FeCl3催化作用加快，而過氧化氫酶因高溫變性而失去了活性。 答案　(1)①取3支試管，各加入等量且適量的H2O2溶液，放入37℃恒溫水浴鍋中保溫適當(dāng)時(shí)間　②分別向上述3支試管中加入等量且適量的蒸餾水、FeCl3溶液和過氧化氫酶溶液　③觀察各試管中釋放氣泡的快慢 (2)加酶溶液的試管、加FeCl3溶液的試管、加蒸餾水的試管　過氧化氫酶具有催化作用和高效性 (3)加FeCl3溶液的試管　在此溫度下，過氧化氫酶因高溫變性而失去了活性，而FeCl3仍有催化活性 1．驗(yàn)證酶的高效性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模型 項(xiàng)目 實(shí)驗(yàn)組 對(duì)照組 材料 等量的同一種底物 試劑 與底物相對(duì)應(yīng)的酶溶液 等量的無機(jī)催化劑 現(xiàn)象 反應(yīng)速率很快，或反應(yīng)用時(shí)短 反應(yīng)速率緩慢，或反應(yīng)用時(shí)長 結(jié)論 酶具有高效性 2.驗(yàn)證酶專一性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模型 項(xiàng)目 方案一 方案二 實(shí)驗(yàn)組 對(duì)照組 實(shí)驗(yàn)組 對(duì)照組 材料 同種底物(等量) 與酶相對(duì)應(yīng)的底物 另外一種底物 試劑 與底物相對(duì)應(yīng)的酶 另外一種酶 同一種酶(等量) 現(xiàn)象 發(fā)生反應(yīng) 不發(fā)生反應(yīng) 發(fā)生反應(yīng) 不發(fā)生反應(yīng) 結(jié)論 酶具有專一性 酶具有專一性 2．甲、乙兩位同學(xué)圍繞酶的特性，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)運(yùn)用你所學(xué)的知識(shí)，指出該兩位同學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中存在的問題并提出修改方案。 (1)甲同學(xué)探究酶的高效性：取一支試管，加入2mLH2O2，再加2滴新鮮土豆研磨液，觀察到產(chǎn)生大量氣泡，用帶火星的衛(wèi)生香檢測(cè)，衛(wèi)生香猛烈燃燒，說明酶的催化作用具有高效性。 存在問題：______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 修訂方案：______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (2)乙同學(xué)利用下列相應(yīng)的材料和用具設(shè)計(jì)驗(yàn)證酶具有催化性和專一性的實(shí)驗(yàn)。 備選材料用具：蛋白質(zhì)塊，脂肪塊，牛胰蛋白酶溶液，牛胰淀粉酶溶液，蒸餾水，雙縮脲試劑，試管若干，恒溫水浴鍋，時(shí)鐘等。 實(shí)驗(yàn)步驟：①取兩支潔凈的相同試管，編號(hào)為甲、乙。②取5mL牛胰蛋白酶溶液加到甲試管中，再取等量牛胰淀粉酶溶液加到乙試管中。③將兩支試管置于恒溫水浴鍋中，保溫(37℃)5分鐘。④分別加入等體積等質(zhì)量的蛋白質(zhì)塊，其他條件相同且適宜。⑤一段時(shí)間后，分別加入等量的雙縮脲試劑進(jìn)行檢測(cè)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 上述實(shí)驗(yàn)步驟中，有二處明顯錯(cuò)誤，請(qǐng)找出這二處錯(cuò)誤并更正 第一處錯(cuò)誤：__________________________________________________________________。 修訂方案：____________________________________________________________________。 第二處錯(cuò)誤：__________________________________________________________________。 修訂方案：____________________________________________________________________。 答案　(1)存在問題：甲同學(xué)缺少對(duì)照實(shí)驗(yàn) 修訂方案：增加對(duì)照組，用FeCl3溶液做對(duì)照 (2)第一處錯(cuò)誤：缺少對(duì)照組 修訂方案：增設(shè)一組加5mL蒸餾水和等體積等質(zhì)量蛋白質(zhì)塊的試管 第二處錯(cuò)誤：不能用雙縮脲試劑檢測(cè) 修訂方案：應(yīng)直接觀測(cè)蛋白質(zhì)塊體積的大小 三、探究酶的最適溫度或最適pH 為了探究某種淀粉酶的最適溫度，某同學(xué)進(jìn)行了如圖所示的實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)步驟如下： 步驟①：取10支試管，分為五組。每組兩支試管中分別加入1mL某種淀粉酶溶液和2mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的淀粉溶液。 步驟②：將每組淀粉酶溶液和淀粉溶液混合并搖勻。 步驟③：將裝有混合溶液的五支試管(編號(hào)1、2、3、4、5)分別置于15℃、25℃、35℃、45℃、55℃水浴中。反應(yīng)過程中每隔1分鐘從各支試管中取出一滴反應(yīng)液，滴在比色板上，加1滴碘液顯色。 回答下列問題： (1)實(shí)驗(yàn)原理：淀粉在淀粉酶的催化作用下分解成還原糖；淀粉酶的活性受溫度影響；用碘液可檢測(cè)淀粉，因?yàn)榈矸塾龅庖鹤兯{(lán)，根據(jù)藍(lán)色深淺來推斷淀粉酶的活性。 (2)該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)存在一個(gè)明顯的錯(cuò)誤，即步驟②前應(yīng)__________________________________ _______________________________________________________________________________。 (3)在本實(shí)驗(yàn)中，各組溶液的pH要保證______________，該實(shí)驗(yàn)?zāi)芊襁x用斐林試劑檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果？__________，理由是_________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (4)糾正實(shí)驗(yàn)步驟后，進(jìn)行操作。一段時(shí)間后，當(dāng)?shù)?組試管中的反應(yīng)物與碘液混合開始呈棕黃色時(shí)，各組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下表所示(“＋”表示藍(lán)色程度)。 組別 1 2 3 4 5 處理溫度/℃ 15 25 35 45 55 結(jié)果 ＋＋ ＋ 棕黃色 ＋ ＋＋ 分析上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得出該淀粉酶的最適溫度在____________________之間。某同學(xué)在進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)的過程中，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)時(shí)間過長。為縮短反應(yīng)時(shí)間，請(qǐng)你提出合理的改進(jìn)措施：________________________________________________________________________。 審題關(guān)鍵 (1)本實(shí)驗(yàn)的目的是探究某種淀粉酶的最適溫度。 (2)該實(shí)驗(yàn)中在酶溶液和反應(yīng)物混合之前，需要先把兩者分別放在各自所需溫度下保溫一段時(shí)間。 (3)本實(shí)驗(yàn)的自變量為溫度，因變量為酶的活性變化，本實(shí)驗(yàn)通過淀粉遇碘液變藍(lán)的深淺來推斷其變化，而各溶液pH屬于無關(guān)變量，要保證相同且適宜。 (4)低溫抑制了酶的活性，但結(jié)構(gòu)未被破壞，溫度恢復(fù)升高時(shí)仍會(huì)有催化功能，所以該實(shí)驗(yàn)不能選用斐林試劑檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 (5)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，第3組試管開始呈棕黃色，說明此試管中已經(jīng)沒有淀粉了，因此淀粉酶的最適溫度介于25℃和45℃之間。為了加快反應(yīng)，在不改變自變量的情況下，可適當(dāng)增加酶量或適當(dāng)降低底物的濃度。 答案　(2)先將五組試管分別在15℃、25℃、35℃、45℃、55℃的水浴中保溫一段時(shí)間 (3)相同且適宜　不能　利用斐林試劑檢測(cè)時(shí)需要水浴加熱，會(huì)改變各試管的溫度，最終影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果 (4)25～45℃　增加淀粉酶的量或濃度(或降低底物的量或濃度) “梯度法”探究酶的最適溫度或pH (1)探究酶的最適溫度 ①設(shè)計(jì)思路 ②設(shè)計(jì)方案 (2)探究酶的最適pH ①設(shè)計(jì)思路 ②設(shè)計(jì)方案 3．下面的表格分別是某興趣小組探究溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)步驟和探究過氧化氫酶作用的最適pH的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。據(jù)此回答下列問題： 探究溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)一) 實(shí)驗(yàn)步驟 分組 甲組 乙組 丙組 ①α淀粉酶溶液 1mL 1mL 1mL ②可溶性淀粉溶液 5mL 5mL 5mL ③控制溫度 0℃ 60℃ 90℃ ④將新鮮α淀粉酶溶液與可溶性淀粉溶液混合后分別恒溫 ⑤測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)淀粉的____________ 探究過氧化氫酶作用的最適pH的實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)二) 組別 A組 B組 C組 D組 E組 pH 5 6 7 8 9 H2O2完全分解所需時(shí)間(秒) 300 180 90 192 284 (1)pH在實(shí)驗(yàn)一中屬于________變量，而在實(shí)驗(yàn)二中屬于________變量。 (2)實(shí)驗(yàn)一的①②③步驟為錯(cuò)誤操作，正確的操作應(yīng)該是___________________________。實(shí)驗(yàn)一的⑤步驟最好選用____________(試劑)測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)淀粉的_____________________。 (3)如將實(shí)驗(yàn)一的新鮮α淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液換為新鮮肝臟研磨液和H2O2溶液，你認(rèn)為是否科學(xué)？________。為什么？_____________________________________________。 (4)分析實(shí)驗(yàn)二的結(jié)果，可得到的結(jié)論是___________________________________________ ______________________________________________________________________________； 在該預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上要進(jìn)一步探究該過氧化氫酶的最適pH，可在pH為______之間設(shè)置梯度。 答案　(1)無關(guān)　自　(2)使新鮮α淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分別達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后再混合(其他合理答案也可)　碘液　剩余量　(3)不科學(xué)　因?yàn)闇囟葧?huì)直接影響H2O2的分解　(4)該過氧化氫酶的最適pH約為7，pH降低或升高酶活性均降低(或在pH為5～7的范圍內(nèi)，隨pH的升高該過氧化氫酶活性升高；在pH為7～9的范圍內(nèi)，隨pH的升高該過氧化氫酶活性降低)　6～8 解析　(1)實(shí)驗(yàn)一探究的是溫度對(duì)酶活性的影響，因此自變量是溫度，因變量是酶活性，pH屬于無關(guān)變量；而實(shí)驗(yàn)二是探究過氧化氫酶作用的最適pH，自變量是pH。(2)探究溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該先使酶和底物分別達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，然后再將底物和酶混合進(jìn)行反應(yīng)，否則會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，實(shí)驗(yàn)一的①②③步驟為錯(cuò)誤操作。淀粉遇碘液變藍(lán)，因此實(shí)驗(yàn)一的⑤步驟最好選用碘液測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)淀粉的剩余量，單位時(shí)間內(nèi)淀粉的剩余量越多，說明酶活性越低。(3)溫度會(huì)直接影響H2O2的分解，因此實(shí)驗(yàn)一的新鮮α淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液不能換為新鮮肝臟研磨液和H2O2溶液。(4)由實(shí)驗(yàn)二的結(jié)果可知，在pH為5～7的范圍內(nèi)，隨pH的升高該過氧化氫酶活性升高；在pH為7～9的范圍內(nèi)，隨pH的升高該過氧化氫酶活性降低；該過氧化氫酶作用的最適pH約為7，pH降低或升高酶活性均降低。在該預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上要進(jìn)一步探究該過氧化氫酶的最適pH，可在pH為6～8之間設(shè)置梯度。