第5章 微专题(二) 关于酶的实验设计及曲线分析

微专题(二)　关于酶的实验设计及曲线分析

一、关于酶的实验设计

1．酶高效性的实验设计思路

(1)实验组：底物＋生物催化剂(酶)→底物分解速率(或产物生成的速率)。

(2)对照组：底物＋无机催化剂→底物分解速率(或产物生成的速率)。

说明：实验组是接受实验变量处理的对象组，对照组也称控制组，对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组。实验组和对照组不是固定不变的，具体哪个作为实验组，哪个作为对照组，要根据实验目的进行分析判断。

2．酶专一性的实验分析

3．探究温度、pH对酶活性的影响

(1)探究温度对酶活性的影响

①实验原理：温度影响淀粉酶的活性，进而影响淀粉的水解速率。淀粉遇碘液变蓝，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅可以判断酶活性。

蓝色淀粉麦芽糖无蓝色出现

②实验步骤、现象及结论

取6支试管，分别编号为1与1′、2与2′、3与3′，并分别进行以下操作。

(2)探究pH对酶活性的影响

①实验原理：2H2O22H2O＋O2。

②实验步骤

③实验结论：酶的催化作用需要适宜的pH，pH偏低或偏高都会影响酶活性。

例1　为了探究温度、pH对酶活性的影响，下列实验设计合理的是(　　)

A.实验①   B．实验②

C．实验③   D．实验④

答案　B

解析　过氧化氢在高温下易分解，因此不能用过氧化氢作为底物来探究温度对酶活性的影响，A错误；可以利用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液来探究温度对酶活性的影响，B正确；根据酶的专一性，蔗糖酶不能使淀粉水解，C错误；淀粉在酸性条件下易分解，因此不能用淀粉作为底物探究pH对酶活性的影响，D错误。

例2　若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活性的实验中，下列操作顺序合理的是(　　)

A．加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量

B．加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量

C．加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量

D．加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量

答案　C

解析　在测定酶活性的实验中，首先要进行实验试剂的预保温，使试剂处于最适温度条件下，然后加入缓冲液，先加入底物再加入酶，然后保温并计时，过一段时间后检测产物的量，故本题正确答案为C。

二、酶相关曲线的分析

1．酶高效性的曲线分析

(1)催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。

(2)酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不能改变化学反应的平衡点。

2．酶专一性的曲线分析

(1)加入酶A的反应速率在一定范围内随反应物浓度增大明显加快。

(2)加入酶B的反应速率与未加酶的空白对照条件下的反应速率相同。

3．底物浓度影响酶促反应速率曲线的分析

(1)底物浓度较低时，酶促反应速率与底物浓度成正比，即随底物浓度的增加而加快。

(2)当所有的酶都与底物结合后，再增加底物浓度，酶促反应速率不再加快(此时限制酶促反应速率的因素是酶的数量)。

4．酶浓度影响酶促反应速率曲线的分析

在有足够底物且不受其他因素影响的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。

5．温度和pH共同作用对酶活性的影响

(1)反应溶液中pH的变化不影响酶作用的最适温度。

(2)反应溶液中温度的变化不影响酶作用的最适pH。

易错提醒　(1)适量增加酶的浓度会提高反应速率，但生成物的量不会增加；若适量增加反应物的浓度，提高反应速率的同时生成物的量也增加。

(2)不同因素影响酶促反应速率的本质不同。

①温度和pH是通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的。

②底物浓度和酶浓度是通过影响酶与底物的接触而影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。

例3　(2019·北京临川学校高一期末)将2 mL新鲜的唾液与5 mL质量分数为5%的淀粉溶液混合，保温于37 ℃恒温箱中，测得产物生成速率变化趋势如图所示。下列有关说法正确的是(　　)

A．15 min时，即使加入淀粉溶液，也不会有麦芽糖生成

B．10～15 min，麦芽糖生成速率降低的原因是酶活性降低

C．0～5 min，底物足量，若增加唾液的量，麦芽糖的生成速率可能还会提高

D．15 min后，向试管中滴加斐林试剂，在常温下溶液会出现砖红色沉淀

答案　C

解析　15 min时，酶仍然保持活性，加入淀粉溶液，可以有麦芽糖生成，A错误；10～15 min，麦芽糖生成速率降低的原因是淀粉含量减少，而不是酶活性降低，B错误；0～5 min，底物足量，若增加唾液的量，可以提高反应速率，麦芽糖的生成速率可能还会提高，C正确；15 min后，向试管中滴加斐林试剂，水浴加热后溶液才会出现砖红色沉淀，D错误。

例4　下图表示某种酶在不同处理条件(a、b、c)下催化化学反应时，反应物的量和反应时间的关系。以下关于此图的解读，正确的是(　　)

A．a、b、c表示温度，则一定是a＞b＞c

B．a、b、c表示酶的浓度，则a＞b＞c

C．a、b、c表示pH值，则c＞b＞a

D．a、b、c表示温度，则不可能是c＞b＞a

答案　B

解析　在一定条件下，酶在最适温度或pH时活性最大，高于或低于最适温度或pH，酶的活性都会下降，据此结合题意与图示分析可知：若a、b、c表示温度或pH，则在低于最适温度或pH的范围内，一定是a＞b＞c，但在高于最适温度或pH的范围内，则c>b>a，A、C、D均错误；在底物充足，其他条件固定、适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比，若a、b、c表示酶的浓度，则a＞b＞c，B正确。

1．下列关于酶的相关实验的叙述，错误的是(　　)

A．探究pH对酶活性的影响时，pH是自变量，温度是无关变量

B．在探究酶专一性实验时，可用蔗糖酶和淀粉酶做自变量

C．探究酶催化作用的最适pH时，其他条件要相同且适宜

D．探究酶作用的最适温度时，应设置高温、室温、低温三组实验

答案　D

解析　探究酶作用的最适温度时，温度是自变量，设置温度梯度应该在最适温度处展开设计，D错误。

2．(2019·山东省桓台第一中学高一期末)为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：A组(20 ℃)、B组(40 ℃)和C组(60 ℃)，测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同)，结果如图。下列分析正确的是(　　)

A．实验结果表明该酶的最适温度是40 ℃

B．实验过程中pH的变化不会对该实验产生影响

C．20 ℃条件下，t3时温度提高10 ℃，产物浓度会增加

D．60 ℃条件下，t2时增加底物的量不会改变产物浓度

答案　D

解析　实验结果表明在三组设定的温度中40 ℃时酶活性最高，但不能说明酶的最适温度是40 ℃，A错误；实验过程中pH是无关变量，必须保持相同且适宜，如果pH变化会对实验产生影响，B错误；20 ℃条件下，t3时温度提高10 ℃，产物浓度不再增加，因为此时反应物已经消耗完，C错误；60 ℃条件下，酶已经失活，t2时增加底物的量不会改变产物浓度，D正确。

3．如图是酶活性影响因素相关的曲线，下列有关说法不正确的是(　　)

A．据图可知酶的最适温度为M，最适pH为8

B．图中所示反应溶液中pH的变化不影响酶作用的最适温度

C．温度偏高或偏低，酶活性都会明显降低

D．0 ℃时酶的活性很低，但酶的空间结构稳定

答案　A

解析　在不同pH条件下，酶的最适温度不变，据图可知酶的最适温度为M，但是该实验的组别太少，无法得出最适pH为8的结论，A错误。

4．如图表示在最适条件下，麦芽糖酶的催化速率与麦芽糖量的关系，下列有关分析正确的是(　　)

A．ab段限制催化速率的主要因素是麦芽糖酶量

B．若温度上升5 ℃，b点向下方移动

C．减少麦芽糖量，c点的催化速率一定下降

D．本实验能选用斐林试剂鉴定麦芽糖的分解情况

答案　B

解析　ab段催化速率随麦芽糖量增加而增加，说明限制催化速率的主要因素是麦芽糖量，A项错误；图示曲线是最适条件下的催化速率曲线，温度上升5 ℃，超过了最适温度，催化速率下降，b点向下方移动，B项正确；减少麦芽糖量到b点对应的麦芽糖量，催化速率不会下降，C项错误；麦芽糖与其分解产物葡萄糖均为还原糖，均可以与斐林试剂加热产生砖红色沉淀，本实验不能选用斐林试剂鉴定麦芽糖的分解情况，D项错误。

5．(2019·天津静海一中高一期末)下图表示在不同条件下，酶催化反应的速率(或生成物量)变化，下列有关叙述不正确的是(　　)

A．图①中虚线可表示酶量增加一倍时，底物浓度和反应速率的关系

B．图②中虚线可表示增加酶浓度，其他条件不变时，生成物量的变化示意曲线

C．若图②中的实线表示Fe3＋的催化效率，则虚线可表示过氧化氢酶的催化效率

D．图③不能表示在反应开始后的一段时间内，反应速率与时间的关系

答案　D

解析　在酶量增加一倍时，最大反应速率也增加一倍，可以用图①表示，A正确；图②虚线表示反应速率增加而快速达到平衡，可以表示酶浓度增加或换用了催化效率更高的催化剂，B、C正确；图③可以表示随反应时间的延长，底物逐渐消耗、生成物量逐渐增加，导致反应速率越来越慢，D错误。

6．某课外活动小组用淀粉酶探究pH对酶活性的影响，得到如图所示的实验结果，请回答相关问题：

(1)酶活性是指____________________________，该实验的自变量是________，以____________________作为检测因变量的指标。

(2)如图所示的实验结果与预期不符，于是活动小组又进行__________(填“对照”“对比”或“重复”)实验，得到与此图无显著差异的结果。查阅资料后发现，盐酸能催化淀粉水解。因此推测，该实验中淀粉可能是在________和__________的作用下分解的。pH为3条件下的酶活性_______________(填“小于”“等于”或“大于”)pH为9条件下的酶活性，原因是___________________________________________________________________________。

(3)在常温、常压下，与盐酸相比，淀粉酶降低反应活化能的作用更显著，判断依据是______________________________________________________________________________。

答案　(1)酶催化特定化学反应的能力　pH　l h后淀粉剩余量　(2)重复　淀粉酶　盐酸　小于　因为pH为3的条件下，有盐酸催化淀粉水解干扰实验结果　(3)l h后，pH为7的条件下淀粉的剩余量小于pH为1条件下淀粉的剩余量

解析　(1)酶活性是指酶催化特定化学反应的能力，据图示可知，横坐标为不同的pH，纵坐标为1 h后淀粉剩余量，故该实验的自变量是pH的不同，因变量是l h后淀粉剩余量。

(2)当实验结果与预期不符，需进行重复实验，观察结果。由于盐酸能催化淀粉水解，因此推测，该实验中淀粉可能是在淀粉酶和盐酸的作用下分解的。据图示可知pH为3和pH为9条件下淀粉剩余量相等，但pH为3条件下的酶活性小于pH为9条件下的酶活性，原因是因为pH为3的条件下，有盐酸催化淀粉水解干扰实验结果。

(3)比较pH为1和pH为7的实验结果可知，pH为7的条件下淀粉的剩余量小于pH为1条件下淀粉的剩余量，故说明与盐酸相比，淀粉酶降低反应活化能的作用更显著。