2021届高考生物苏教版一轮复习学案：第3单元细胞的能量供应和利用素养加强课1酶的相关实验设计

素养加强课1 酶的相关实验设计

酶相关实验设计中的“酶解法”

(2017·全国卷Ⅰ29题改编)根据遗传物质的化学组成，可将病毒分成RNA病毒和DNA病毒两种类型。现发现一种病毒能导致老鼠死亡，研究者要确定该病毒的类型。请用含这种病毒的组织提取液、DNA酶溶液和RNA酶溶液以及一批活老鼠作实验材料，设计实验确定这种新病毒的类型。简要写出：①实验思路：②预测实验结果及结论。(要求：实验包括可相互印证的甲、乙两个组)

[审题指导]　(1)根据题干信息可知：①该病毒能导致老鼠死亡；②该病毒的遗传物质是DNA或RNA。

(2)题目信息中给了DNA酶溶液和RNA酶溶液，因此要确定该病毒是DNA病毒，不是RNA病毒，应采用“酶解法”用两种酶分别处理该病毒，然后检测病毒的活性。

[解析]　将老鼠分为两组，两组老鼠体内分别注入DNA酶溶液和RNA酶溶液处理的含病毒的组织液，观察老鼠的生活情况。

[答案]　①实验思路：先将活老鼠随机分成A、B两组；将含该种病毒的生物提取液平均分成两份，分别装入甲、乙两支试管中，向甲试管中加入一定量的DNA酶溶液，  向乙试管中加入一定量的RNA酶溶液；处理相同的一段时间后，将甲试管中的溶液注入A组活老鼠体内，将乙试管中的溶液注入B组活老鼠体内。观察老鼠的生存情况。

②实验结果与结论：若A组老鼠死亡，而B组老鼠存活，则说明该病毒是RNA病毒；若A组老鼠存活，而B组老鼠死亡，则说明该病毒是DNA病毒。

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。其必须保持正常的空间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。设计如图方案。

2．实验设计中可用酶催化底物分解，根据酶处理后的变化或底物的变化，来证明底物的成分或酶的作用。

1．(2019·邢台高三质检)为了验证狗的胰腺分泌液中含有蛋白酶，某生物兴趣小组设计了如图所示的甲乙两组实验。在37 ℃水浴中保温一段时间后，1、2烧杯中不加任何试剂，3、4烧杯中加双缩脲试剂。下列实验组能达到实验目的的是(　　)

A．甲组　　　 B．乙组

C．两组都能 D．两组都不能

A　[1、2烧杯中不加任何试剂，但可以根据蛋白块的变化判断狗的胰腺分泌液中含有蛋白酶。由于胰蛋白酶也是蛋白质，3、4烧杯中加双缩脲试剂后，都显示紫色，不能达到实验目的。]

2．某校研究性学习小组从芍药中提取出一种酶，为探究该酶催化分解的底物是葡萄糖还是蔗糖，该研究性学习小组的同学们设计并做了如图所示的实验。下列相关叙述正确的是(　　)

　　　　　             甲 乙　   甲 乙　　  　　甲 乙

A．与无机催化剂不同的是，该酶能通过降低活化能来提高化学反应速率

B．图中的斐林试剂是用0.1 g/mL的NaOH溶液和0.01 g/mL的CuSO4溶液配制的

C．若两支试管均出现砖红色沉淀，则说明该酶催化的底物是蔗糖

D．若该酶催化的底物是葡萄糖，则只有一支试管会出现砖红色沉淀

C　[无机催化剂与酶都能通过降低活化能来提高化学反应速率，与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，A项错误；斐林试剂是用0.1 g/mL的NaOH溶液和0.05 g/mL的CuSO4溶液配制的，B项错误；葡萄糖属于还原糖，蔗糖不属于还原糖，若两支试管均出现砖红色沉淀，则说明该酶催化的底物是蔗糖，若两支试管均不出现砖红色沉淀，则说明该酶催化的底物是葡萄糖，C项正确、D项错误。]

3．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。

酶实验设计中的“对比法”

(2019·衡水金卷)某同学进行了如下有关酶的实验：

甲组：淀粉溶液＋新鲜唾液→加入斐林试剂出现砖红色沉淀

乙组：蔗糖溶液＋新鲜唾液→加入斐林试剂不出现砖红色沉淀

丙组：蔗糖溶液＋蔗糖酶溶液→加入斐林试剂？

下列叙述正确的是(　　)

A．丙组的实验结果是“不出现砖红色沉淀”

B．三组实验中，底物的用量属于自变量

C．该同学的实验目的是验证酶的专一性

D．可用碘液代替斐林试剂进行检测

[审题指导]　(1)根据三组实验条件分析，甲组和乙组形成对照，自变量是底物的种类；乙组和丙组形成对照，自变量是酶的种类。(2)两组对照实验都是利用的实验设计中的“对比法”。(3)唾液中含有淀粉酶，能催化淀粉水解为麦芽糖；蔗糖酶能催化蔗糖水解为葡萄糖和果糖。

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，果糖和葡萄糖是还原糖，加入斐林试剂水浴加热会使还原糖生成砖红色沉淀，A项错误；底物的用量属于无关变量，B项错误；从实验所用的底物和酶的种类分析可知，该实验的目的是验证酶的专一性，C项正确；唾液淀粉酶能催化甲组淀粉水解成还原糖，不能催化蔗糖水解，碘液使淀粉呈现蓝色，不能使还原糖和蔗糖呈现蓝色，使用碘液无法检测乙、丙组的反应，无法得出结论，D项错误。]

1．验证酶的高效性

设计思路：将用酶催化的反应与用无机催化剂催化的反应进行对照，验证酶的催化效率比无机催化剂高。

设计方案示例：

2．验证酶的专一性

设计思路：酶相同，底物不同(或底物相同，酶不同)。

设计方案示例：

结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶具有专一性。

说明：若验证某种具体酶的专一性，设计思路应该是该种酶作用于不同种底物。

1．(2019·成都二诊)“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验如图所示，3号试管滴加两滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液，4号试管滴加新鲜的肝脏研磨液，下列分析错误的是(　　)

A．2、4号试管加快反应的原理不同

B．1、4号试管进行对照实验，不能证明酶的高效性

C．该实验可以证明催化剂能通过降低活化能加速反应

D．2、3、4号试管底物反应完毕释放的O2量应相同

C　[本实验可以证明催化剂可以加速反应，但不能证明是通过降低活化能实现的。]

2．(2019·青岛检测)小麦种子中含有α、β两种淀粉酶，某学习小组对这两种淀粉酶活性进行探究实验，步骤如下：

①将等量的α­淀粉酶(70 ℃活性不受影响，100 ℃高温下失活)与β­淀粉酶(70 ℃处理15 min即失活)加适量蒸馏水混合，分为甲、乙、丙三组；

②甲组25 ℃下处理，乙组70 ℃水浴处理15 min后取出，丙组100 ℃下处理15 min后取出；

③甲、乙、丙三组分别在25 ℃条件下加入等量且足量的淀粉溶液；

④一段时间后，测得甲、乙、丙三组淀粉剩余量分别为a、b、c。

请回答下列相关问题：

(1)上述两种酶存在差异的直接原因是__________________

____________________。

(2)三组淀粉剩余量最多的是________组(填“甲”“乙”或“丙”)，原因是________________________________。

(3)利用上述实验结果，如何大致比较25 ℃条件下α­淀粉酶和β­淀粉酶活性的大小？

____________________________________________________________

____________________________________________________________。

[解析]　(3)甲组25 ℃下处理，α­淀粉酶和β­淀粉酶均发挥作用。乙组70 ℃水浴处理15 min后，β­淀粉酶失活，只有α­淀粉酶发挥作用，丙组100 ℃下处理15 min，两种淀粉酶均失活。因此，b－a代表β­淀粉酶分解淀粉的量，c－b代表α­淀粉酶分解淀粉的量。

[答案]　(1)氨基酸的种类、数目、排列顺序及肽链的空间结构不同

(2)丙　两种淀粉酶在100 ℃条件下均失去活性，且降到25 ℃活性不能恢复

(3)比较b－a(β­淀粉酶的活性)与c－b(α­淀粉酶的活性)数值的大小

酶实验设计中的“梯度法”

37 ℃时，测量不同pH条件下人体两种消化酶的活性，结果如表所示。下列有关叙述正确的是(　　)

A.该实验的自变量是淀粉酶活性和蛋白酶活性

B．为进一步确定该淀粉酶的最适pH，应该在4.0到6.0间细化梯度

C．由表可知不同酶的最适pH不同

D．表中蛋白酶活性可以表示胰蛋白酶的活性

[审题指导]　(1)实验探究的内容是37 ℃条件下，pH对两种消化酶活性的影响，自变量是pH及酶的种类。(2)要在适宜温度和利用“梯度法”设置的不同pH下分别测定酶的活性。(3)根据pH梯度设置下的酶活性的测定结果判断淀粉酶的适宜pH在5.0～7.0之间，蛋白酶的适宜pH在1.0～3.0之间。(4)胃蛋白酶的适宜pH为1.5左右。

C　[根据表格分析，该实验的自变量是pH和酶的种类，因变量是淀粉酶活性和蛋白酶活性，A项错误；为进一步确定该淀粉酶的最适pH，应该在5.0到7.0间细化梯度，B项错误；表格显示，两种酶活性最高对应的pH不同，说明不同酶的最适pH不同，C项正确；表格中蛋白酶的活性最适宜pH在2.0左右，可以代表胃蛋白酶，而胰蛋白酶的最适宜pH是偏碱性的，D项错误。]

1．探究酶的最适温度

(1)设计思路

(2)设计方案

2．探究酶的最适pH

(1)设计思路

(2)设计方案

1．如图表示酶X的活性与温度的关系示意图。下列有关分析错误的是(　　)

A．在实际生产中，酶X制剂几乎在所有的季节都能使用

B．酶X的化学本质是有机物，具有高效性和专一性的特点

C．测定酶X的活性时，实验对pH、底物量和酶量没有要求

D．在20～40 ℃范围内设置更小的温度梯度，可进一步探究酶X的最适温度

C　[据图可知，酶X在10～70 ℃条件下的活性都较高，由此可推知在实际生产中，酶X制剂几乎在所有的季节都能使用，A项正确；酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，酶具有高效性和专一性的特点，B项正确；本题研究的是酶X的活性与温度的关系，自变量是温度，pH、底物量和酶量均属于无关变量，所以测定酶X的活性时，pH、底物量和酶量都应保持相同且适宜，C项错误；本实验可确定酶X的最适温度在20～40 ℃之间，但由于温度梯度较大，所以要进一步探究酶X的最适温度，可在20～40 ℃范围内设置更小的温度梯度，D项正确。]

2．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_____________(答出两点即可)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)酶大多数是蛋白质，少数是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