高中生物第一册 第5章 素能提升课　酶的相关设计和分析 讲义

　酶相关实验设计中的“酶解法”

[素能建构]

1．鉴定酶本质的“酶解法”模型

“酶解法”——从酶的化学本质上来讲，绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。其必须保持正常的结构才能发挥催化作用，因此可以分别利用蛋白酶和RNA酶处理某酶，再观察其功能是否受影响来确定该酶的本质。设计方案如图。

2．实验设计中也可用酶催化底物分解，根据底物的变化，来证明酶的作用。

[对点训练]

1．某科研小组经研究得知X酶存在于人的肝细胞中，能将糖原分解为还原糖。酶必须保持正常的结构才能发挥催化作用，请利用这一原理设计实验，探究X酶的化学本质究竟是蛋白质还是RNA。简要写出实验思路，并预期实验结果及结论(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)。

[解析]　实验设置甲组和乙组，两组实验分别用蛋白酶和RNA酶处理X酶，然后与糖原混合检测两组实验中X酶有无活性。检测X酶是否有活性可用斐林试剂与产物反应是否产生了颜色变化来完成。

[答案]　实验思路：甲组：将X酶用蛋白酶处理，再与糖原溶液混合，在适宜条件下保持一段时间后，检测是否有还原糖产生。乙组：将X酶用RNA酶处理，再与糖原溶液混合，在适宜条件下保持一段时间后，检测是否有还原糖产生。

预期结果及结论：①若甲组有还原糖生成，乙组没有还原糖生成，则说明X酶的化学本质是RNA；②若甲组没有还原糖生成，乙组有还原糖生成，则说明X酶的化学本质是蛋白质。

　酶相关实验设计中的“对比法”

[素能建构]

1．对比法验证酶的高效性

(1)设计思路：通过将不同类型催化剂(主要是酶与无机催化剂)催化底物的反应速率进行比较，得出结论。

(2)设计方案

2.对比法验证酶的专一性

(1)设计思路：常见的方案有两种，即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。

(2)设计方案

[对点训练]

2．下列有关酶的实验设计思路，正确的是    (　　)

A．利用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响

B．在验证酶的专一性实验中，酶的浓度为无关变量，底物的浓度为自变量

C．利用过氧化氢、新鲜的猪肝研磨液和氯化铁溶液研究酶的高效性

D．利用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为3、7、11的缓冲液验证pH对酶活性的影响

C　[因为过氧化氢不稳定，在高温下会自行分解成水和氧气，从而不能正确表现温度对酶活性的影响，A错误；在验证酶的专一性实验中，酶的浓度和底物的浓度均为无关变量，B错误；胃蛋白酶的最适pH为1.5，验证pH对酶活性的影响应将pH设置在最适pH左右，D错误。]

3．取经过编号的5支试管分别加入2 mL 0.5 mol/L的过氧化氢溶液，进行如下实验，根据实验内容，下列说法正确的是(　　)

A.说明酶具有高效性的是3号和4号实验

B．1号和3号对照不能说明酶具有专一性

C．各组实验都不能体现酶的活性与温度之间的关系

D．3号和5号对照可以说明酶的活性受pH的影响

D　[证明酶具有高效性需对比无机催化剂与酶的催化作用，2号和3号实验可证明酶具有高效性，A错误；1号和3号分别用唾液淀粉酶和过氧化氢酶与过氧化氢溶液反应，两组实验结果对照可说明酶具有专一性，B错误；3号和4号的实验结果说明高温会使酶活性降低，C错误；3号和5号的实验结果可以说明pH降低会使酶活性降低，D正确。]

　酶相关实验设计中的“梯度法”

[素能建构]

“梯度法”探究酶的最适温度或最适pH

1．设计思路

底物t1温度(或pH1)下＋酶t1温度(或pH1)下

底物t2温度(或pH2)下＋酶t2温度(或pH2)下

　 ⋮　　⋮　　⋮

底物tn温度(或pHn)下＋酶tn温度(或pHn)下

2．设计方案

[对点训练]

4．普通淀粉酶的最适温度在40～60 ℃之间，而极端耐热淀粉酶在100 ℃仍能保持较高的活性，因此在生产上具有更为广泛的应用前景。请回答有关问题：

(1)要鉴定该酶的化学本质，可将该酶液与________混合，若反应液呈________色，则该酶的化学本质为蛋白质。

(2)测定淀粉酶活性时，应选择________作为该酶作用的底物，反应液中应加入________溶液以维持其酸碱度稳定。

(3)设计实验测定极端耐热淀粉酶起催化作用的最适温度。

①此实验中除自变量和因变量外，还需要考虑____________(指出两点即可)等因素。

②结合题目信息，简要写出测定该酶催化作用最适温度的实验思路：____________________________________。

[解析]　(1)大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，要鉴定该酶的化学本质，可将该酶液与双缩脲试剂混合，若反应液呈紫色，则该酶的化学本质为蛋白质。(2)测定淀粉酶活性时，根据酶的专一性，应选择淀粉作为该酶作用的底物。反应液中应加入(酸碱)缓冲溶液以维持其酸碱度稳定。(3)①此实验中除自变量和因变量外，无关变量需要保持相同且适宜，因此还需要考虑底物淀粉溶液的浓度和用量、pH及添加试剂的量、实验操作顺序等因素。②测定该酶催化作用最适温度的实验思路：在40 ℃和100 ℃之间每隔一定温度设置一个实验组，其他实验条件适宜且保持一致。以反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度。

[答案]　(1)双缩脲试剂　紫　(2)淀粉　(酸碱)缓冲

(3)①底物淀粉溶液的浓度和用量、pH及添加试剂的量、实验操作顺序　②在40 ℃和100 ℃之间每隔一定温度设置一个实验组，其他实验条件适宜且保持一致。以反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度

5．如表所示为某兴趣小组探究温度对酶活性影响的实验步骤和探究过氧化氢酶作用的最适pH的实验结果。已知实验一中淀粉酶的最适温度为60 ℃，据此回答下列问题：

(1)pH在实验一中属于________变量，而在实验二中属于________变量。

(2)实验一的①②③步骤为错误操作，正确的操作应该是______________________。实验一的第⑤步最好选用________(试剂)比较淀粉的________。

(3)如将实验一的新鲜淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液，你认为是否科学？________。为什么？__________________。

(4)分析实验二的结果，可得到的结论是

____________________________________________________

____________________________________________________

____________________________________________________；

欲在该预实验的基础上进一步探究该过氧化氢酶的最适pH，可在pH为________之间设置梯度。

[解析]　(1)实验一探究的是温度对酶活性的影响，因此自变量是温度，因变量是酶活性，pH属于无关变量；而实验二是探究过氧化氢酶作用的最适pH，自变量是pH。(2)探究温度对酶活性影响的实验中，应该先使酶和底物分别达到预设温度，然后再将底物和酶混合进行反应，否则会影响实验结果的准确性。淀粉遇碘液变蓝，因此实验一的第⑤步最好选用碘液比较淀粉的剩余量。不能用斐林试剂测定是因为斐林试剂需加热才能与还原糖发生显色反应，而加热会影响自变量——温度，进而影响实验结果。(3)温度会直接影响H2O2的分解，因此实验一的新鲜淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液不能换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液。(4)由实验二的结果可知，该过氧化氢酶作用的最适pH约为7，pH降低或升高酶活性均降低。欲在该预实验的基础上进一步探究该过氧化氢酶的最适pH，可在pH为6～8之间设置梯度。

[答案]　(1)无关　自　(2)使新鲜淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别达到预设温度后再混合　碘液　剩余量　(3)不科学　因为温度会直接影响H2O2的分解　(4)该过氧化氢酶的最适pH约为7，pH降低或升高酶活性均降低　6～8