2025屆高考生物一輪復習第3單元細胞的能量供應和利用素養(yǎng)加強課1酶的相關實驗設計方法教案新人教版必修1

PAGE8-素養(yǎng)加強課1酶的相關試驗設計方法類型一酶的相關試驗設計中的“酶解法”某科研小組經(jīng)探討得知X酶存在于人的肝細胞中，能將糖原分解為還原糖。酶必需保持正常的結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮催化作用，請利用這一原理設計試驗，探究X酶的化學本質(zhì)原委是蛋白質(zhì)還是RNA。簡要寫出試驗思路，并預期試驗結(jié)果及結(jié)論(要求：試驗包含可相互印證的甲、乙兩個組)。[審題指導](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)想到蛋白酶可以水解蛋白質(zhì)從而使其失去功能。(3)RNA酶可以催化RNA發(fā)生水解而使其失去功能。(4)若X酶的化學本質(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)題干中要求設計甲、乙兩組試驗，二者之間要能相互印證，因此聯(lián)想相互比照。[解析]試驗設置甲組和乙組，兩組試驗分別用蛋白酶和RNA酶處理X酶，然后與糖原混合檢測兩組試驗中X酶有無活性。檢測X酶是否有活性可用斐林試劑與產(chǎn)物反應是否產(chǎn)生了顏色改變來完成。[答案]試驗思路：甲組：將X酶用蛋白酶處理，再與糖原溶液混合，在相宜條件下保持一段時間后，檢測是否有還原糖產(chǎn)生。乙組：將X酶用RNA酶處理，再與糖原溶液混合，在相宜條件下保持一段時間后，檢測是否有還原糖產(chǎn)生。預期結(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酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)。1．鑒定酶本質(zhì)的“酶解法”模型“酶解法”——從酶的化學本質(zhì)上來講，絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)的酶是RNA。其必需保持正常的空間結(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，再視察其功能是否受影響來確定該酶的本質(zhì)。設計如圖方案。2．試驗設計中可用酶催化底物分解，依據(jù)酶處理后的改變或底物的改變，來證明底物的成分或酶的作用。1．某校探討性學習小組從芍藥中提取出一種酶，為探究該酶催化分解的底物是葡萄糖還是蔗糖，該探討性學習小組的同學們設計并做了如圖所示的試驗。下列相關敘述正確的是()甲乙甲乙甲乙A．與無機催化劑不同的是，該酶能通過降低活化能來提高化學反應速率B．圖中的斐林試劑是用0.1g/mL的NaOH溶液和0.01g/mL的CuSO4溶液配制的C．若兩支試管均出現(xiàn)磚紅色沉淀，則說明該酶催化的底物是蔗糖D．若該酶催化的底物是葡萄糖，則只有一支試管會出現(xiàn)磚紅色沉淀C[無機催化劑與酶都能通過降低活化能來提高化學反應速率，與無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，A項錯誤；斐林試劑是用0.1g/mL的NaOH溶液和0.05g/mL的CuSO4溶液配制的，B項錯誤；葡萄糖屬于還原糖，蔗糖不屬于還原糖，若兩支試管均出現(xiàn)磚紅色沉淀，則說明該酶催化的底物是蔗糖，若兩支試管均不出現(xiàn)磚紅色沉淀，則說明該酶催化的底物是葡萄糖，C項正確、D項錯誤。]2．酶是活細胞產(chǎn)生的一類有機物，在細胞代謝中發(fā)揮重要的作用。請回答與酶有關的問題：(1)真核細胞內(nèi)酶的合成場全部__________________________，細胞內(nèi)酶的合成________(填“能”或“不能”)影響生物的性狀。(2)酶的特性可通過試驗進行驗證?，F(xiàn)有質(zhì)量分數(shù)為10%淀粉溶液、質(zhì)量分數(shù)為10%蔗糖溶液、質(zhì)量分數(shù)為10%麥芽糖溶液、蔗糖酶溶液、清水；半透膜(只允許水分子通過)；長頸漏斗、燒杯、底部中心可放置半透膜的U形管各一個。請依據(jù)滲透作用的原理、選用一套裝置設計試驗，試驗現(xiàn)象能支持酶的催化作用具有專一性，要體現(xiàn)等量原則等試驗設計的基本原則。請寫出最合理的試驗思路及試驗預期。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA，蛋白質(zhì)的合成場所是核糖體，化學本質(zhì)為RNA的酶合成場所是細胞核。細胞內(nèi)酶的合成能影響生物的代謝過程，進而影響生物的性狀。(2)本試驗要證明酶具有專一性，可以用麥芽糖和蔗糖做底物，蔗糖酶能催化蔗糖水解，不能催化麥芽糖水解。蔗糖水解后，物質(zhì)的量濃度增大，滲透裝置中液面會上升，由此設計試驗即可。[答案](1)細胞核、核糖體能(2)試驗思路：在底部中心放置半透膜的U形管兩側(cè)分別加入等量的蔗糖溶液和麥芽糖溶液，再在兩側(cè)各加等量的蔗糖酶溶液，相宜溫度下一段時間后，視察兩側(cè)液面的改變。試驗預期：蔗糖溶液一側(cè)液面明顯上升，則支持酶的催化作用具有專一性(或麥芽糖溶液一側(cè)液面明顯降低，則支持酶的催化作用具有專一性)類型二酶試驗設計中的“對比法”某同學進行了如下有關酶的試驗：甲組：淀粉溶液＋簇新唾液→加入斐林試劑eq\o(→,\s\up10(水浴加熱))出現(xiàn)磚紅色沉淀乙組：蔗糖溶液＋簇新唾液→加入斐林試劑eq\o(→,\s\up10(水浴加熱))不出現(xiàn)磚紅色沉淀丙組：蔗糖溶液＋蔗糖酶溶液→加入斐林試劑eq\o(→,\s\up10(水浴加熱))？下列敘述正確的是()A．丙組的試驗結(jié)果是“不出現(xiàn)磚紅色沉淀”B．三組試驗中，底物的用量屬于自變量C．該同學的試驗目的是驗證酶的專一性D．可用碘液代替斐林試劑進行檢測[審題指導](1)依據(jù)三組試驗條件分析，甲組和乙組形成比照，自變量是底物的種類；乙組和丙組形成比照，自變量是酶的種類。(2)兩組比照試驗都是利用的試驗設計中的“對比法”。(3)唾液中含有淀粉酶，能催化淀粉水解為麥芽糖；蔗糖酶能催化蔗糖水解為葡萄糖和果糖。C[蔗糖酶能催化一分子蔗糖水解成一分子果糖和一分子葡萄糖，果糖和葡萄糖是還原糖，加入斐林試劑水浴加熱會使還原糖生成磚紅色沉淀，A項錯誤；底物的用量屬于無關變量，B項錯誤；從試驗所用的底物和酶的種類分析可知，該試驗的目的是驗證酶的專一性，C項正確；唾液淀粉酶能催化甲組淀粉水解成還原糖，不能催化蔗糖水解，碘液使淀粉呈現(xiàn)藍色，不能使還原糖和蔗糖呈現(xiàn)藍色，運用碘液無法檢測乙、丙組的反應，無法得出結(jié)論，D項錯誤。]1．酶的高效性試驗探究比照組：反應物＋無機催化劑eq\o(→,\s\up10(檢測))反應物分解速率。試驗組：反應物＋等量酶溶液eq\o(→,\s\up10(檢測))反應物分解速率。試驗中自變量是無機催化劑和酶，因變量是反應物的分解速率。2．酶的專一性試驗探究設計思路一：自變量為底物種類。(1)試驗組：反應物＋相應酶溶液eq\o(→,\s\up10(檢測))反應物被分解。(2)比照組：另一反應物＋等量相同酶溶液eq\o(→,\s\up10(檢測))反應物不被分解。設計思路二：自變量為酶。(1)試驗組：反應物＋相應酶溶液eq\o(→,\s\up10(檢測))反應物被分解。(2)比照組：相同反應物＋等量另一種酶溶液eq\o(→,\s\up10(檢測))反應物不被分解。1．“比較過氧化氫在不同條件下的分解”試驗如圖所示，3號試管滴加兩滴質(zhì)量分數(shù)為3.5%的FeCl3溶液，4號試管滴加簇新的肝臟研磨液，下列分析錯誤的是()A．2、4號試管加快反應的原理不同B．1、4號試管進行比照試驗，不能證明酶的高效性C．該試驗可以證明催化劑能通過降低活化能加速反應D．2、3、4號試管，底物反應完畢釋放的O2量應相同C[本試驗可以證明催化劑可以加速反應，但不能證明是通過降低活化能實現(xiàn)的。]2．(2024·之江教化評價檢測)某同學為探討酶的特性，進行了一系列相關試驗，結(jié)果如下表所示，下列敘述錯誤的是()試劑名稱試管A試管B試管C試管D試管E1%淀粉溶液2mL2mL2mL2mL2mL簇新唾液1mL－－1mL1mL蔗糖酶－1mL－－－恒溫水浴37℃37℃37℃0℃80℃A．本試驗的自變量是酶的種類、溫度、酶的有無B．試管A、B比照，用碘液檢測，可證明酶的專一性C．試管A、C比照，用碘液檢測，可證明酶具有高效性D．試管A、D、E比照，用碘液檢測，可證明酶活性受溫度的影響C[本試驗的自變量是酶的有無、酶的種類、溫度，A正確；試管A、B作比照證明酶的專一性，鑒定試劑用碘溶液，檢測反應底物淀粉溶液是否被催化分解，未被分解的呈藍色，B正確；若要探究酶的高效性，應再添加一組無機催化劑作比照，酶的催化與空白比照，不能證明酶的催化作用具有高效性，C錯誤；A、D、E三支試管只有反應溫度不同，其他無關變量一樣，故可證明酶活性受溫度影響，D正確。]3．(2024·黃山檢測)下表是某學生設計的有關試驗方案。據(jù)表分析，下列說法正確的是()組別①②③④⑤⑥質(zhì)量分數(shù)為3%的淀粉溶液(mL)2－2－2－質(zhì)量分數(shù)為3%的蔗糖溶液(mL)－2－2－2質(zhì)量分數(shù)為2%的α-淀粉酶溶液(mL)111111反應溫度(℃)00XX100100檢測試劑Y2滴2滴2滴2滴2滴2滴注：表中“－”表示沒有添加。A．本試驗檢測試劑Y可用碘液或斐林試劑B．③④兩組試驗反應溫度X設為37℃時可用于驗證酶的專一性C．若X、Y設置正確，則②④⑥三組試驗可說明溫度能影響酶活性D．若X、Y設置正確，則α-淀粉酶溶液的用量是無關變量D[若Y為斐林試劑運用時需水浴加熱會對探究溫度對于酶活性的試驗有影響，故A錯誤；驗證酶的專一性時無關變量應相同且相宜，α-淀粉酶為工業(yè)用酶，最適的催化溫度為60℃，故B錯誤；α-淀粉酶不能催化蔗糖水解，②④⑥三組試驗不能說明溫度能影響酶活性，故C錯誤；本試驗中α-淀粉酶溶液的用量、淀粉溶液的量等都是無關變量，故D正確。]類型三酶試驗設計中的“梯度法”(2024·四省八校聯(lián)考)某探討小組利用一般淀粉酶和耐熱淀粉酶在不同溫度條件下做了下表所示的試驗，請結(jié)合所學學問分析表格，回答下列問題：組別步驟A組B組C組D組E組F組G組A1A2B1B2C1C2D1D2E1E2F1F2G1G2A．注入相宜濃度的淀粉溶液2mL2mL2mL2mL2mL2mL2mLb.注入一般淀粉酶溶液1mL1mL1mL1mL1mL1mL1mLb.注入耐熱淀粉酶溶液1mL1mL1mL1mL1mL1mL1mLc.在肯定溫度下保溫5min30℃40℃50℃60℃70℃80℃90℃d.______(1)依據(jù)試驗目的，完善步驟d：__________________________。(2)此試驗的自變量是________，須要考慮的無關變量有____________________(舉出兩例即可)等。(3)有人認為上表中的設計中有不嚴密之處，請指出其中的錯誤并修改：____________________________。(4)試驗完成后發(fā)覺，耐熱淀粉酶在80℃條件下相對活性較強，為進一步探究該耐熱淀粉酶的最適溫度是否就是80℃，可在________范圍內(nèi)設置更小的溫度梯度，其他條件不變，重新進行試驗。[審題指導](1)從表格可以看出試驗探討的自變量是淀粉酶的種類和溫度，從溫度的梯度設置來看，探究的是兩種酶的最適溫度。(2)在探究溫度對酶活性影響的試驗中，要保證酶促反應在設定的溫度下完成，才能解除無關變量的影響。(3)在探究酶的最適溫度的試驗設計中應在較適的溫度范圍內(nèi)設置更小的溫度梯度，進一步檢測。[解析](1)本試驗是為了探究一般淀粉酶和耐熱淀粉酶在不同溫度條件下的活性改變，淀粉的剩余量可作為其活性大小的衡量指標，淀粉遇碘變藍色，而其水解產(chǎn)物遇碘不顯色，可以在反應體系中注入碘液，依據(jù)是否顯色及顯色的深淺進行初步檢測。(2)對于同種酶的不同組別，溫度是自變量，而對于同一組別，酶的種類是自變量，故該試驗的自變量有兩個：溫度和淀粉酶的種類；試驗無關變量有底物的量、保溫時間、酶的濃度和數(shù)量、試驗操作依次等。(3)若將淀粉酶溶液干脆加入到淀粉溶液中，則常溫下有部分酶起先催化淀粉水解，影響試驗結(jié)果，應先將裝有淀粉溶液和淀粉酶溶液的試管分別在各組溫度條件下保溫處理5min，然后再將兩者混合反應。(4)該試驗設置的相鄰試驗組之間有10℃的溫度差，所以若進一步探究耐熱淀粉酶的最適溫度，可在70～90℃范圍內(nèi)設置更小的溫度梯度，其他條件不變重新進行試驗。[答案](1)注入碘液進行檢測(2)溫度、淀粉酶的種類pH、淀粉酶的量(或底物的量、保溫時間、試驗操作依次等，寫出兩例即可)(3)不能將淀粉酶溶液干脆加入到淀粉溶液中，需將兩者先分別在各組溫度條件下保溫處理5min，然后再將兩者混合反應(答案合理即可)(4)70～90℃1．酶的最適溫度的探究(1)設計思路eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(底物t1溫度下＋酶t1溫度下,底物t2溫度下＋酶t2溫度下,??,底物tn溫度下＋酶tn溫度下))eq\o(→,\s\up10(檢測))eq\o(\s\up(底物的分解量,或剩余量或,產(chǎn)物的生成量))(2)設計方案2．酶的最適pH的探究(1)設計思路eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(底物pH1下＋酶pH1下,底物pH2下＋酶pH2下,??,底物pHn下＋酶pHn下))eq\o(→,\s\up10(檢測))eq\o(\s\up(底物的分解量,或剩余量或,產(chǎn)物的生成量))(2)設計方案1．37℃時，測量不同pH條件下人體兩種消化酶的活性，結(jié)果如表所示。下列有關敘述正確的是()pH1.02.03.04.05.06.07.08.0淀粉酶活性[mg/(g·30min)]200203250300350490450200蛋白酶活性[μg/(g·30min)]15201750150014001020980700500A．該試驗的自變量是淀粉酶活性和蛋白酶活性B．為進一步確定該淀粉酶的最適pH，應當在4.0到6.0間細化梯度C．由表可知不同酶的最適pH不同D．表中蛋白酶活性可以表示胰蛋白酶的活性C[依據(jù)表格分析，該試驗的自變量是pH和酶的種類，因變量是淀粉酶活性和蛋白酶活性，A項錯誤；為進一步確定該淀粉酶的最適pH，應當在5.0到7.0間細化梯度，B項錯誤；表格顯示，兩種酶活性最高對應的pH不同，說明不同酶的最適pH不同，C項正確；表格中蛋白酶的活性最相宜pH在2.0左右，可以代表胃蛋白酶，而胰蛋白酶的最相宜pH是偏堿性的，D項錯誤。]2．一般淀粉酶的最適溫度在40～60℃之間，而極端耐熱淀粉酶在100℃仍能保持較高的活性，因此在生產(chǎn)上具有更為廣泛的應用前景。請回答有關問題：(1)要鑒定該酶的化學本質(zhì)，可將該酶液與________混合，若反應液呈________色，則該酶的化學本質(zhì)為蛋白質(zhì)。(2)測定淀粉酶活性時，應選擇________作為該酶作用的底物，反應液中應加入________溶液以維持其酸堿度穩(wěn)定。(3)設計試驗測定極端耐熱淀粉酶起催化作用的最適溫度。①此試驗中除自變量和因變量外，還須要考慮______________________________________________________________________________________