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第5章 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用
強(qiáng)化課2 與酶相關(guān)的探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法
【類型一】鑒定酶本質(zhì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的“酶解法”
1.“酶解法”模型
從酶的化學(xué)本質(zhì)上來(lái)講，絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)的酶是 。蛋白酶可以分解蛋白質(zhì)，若酶A的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)，則加入蛋白酶后，酶A被分解，結(jié)構(gòu)被破壞，不能再發(fā)揮催化分解相應(yīng)底物的作用。 酶可以分解 ，若酶A的化學(xué)本質(zhì)為 ，則加入 酶后，酶A被分解，結(jié)構(gòu)被破壞，不能再發(fā)揮催化分解相應(yīng)底物的作用。
2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
甲組：酶 蛋白酶處理后，加入酶A的底物。
乙組：酶 酶處理后，加入酶A的底物。
若甲組底物沒(méi)有被催化發(fā)生反應(yīng)，乙組底物被催化發(fā)生反應(yīng)，則說(shuō)明酶A的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)；若甲組底物被催化發(fā)生反應(yīng)，乙組底物沒(méi)有被催化發(fā)生反應(yīng)，則說(shuō)明酶A的化學(xué)本質(zhì)是 。
例1 某科研小組經(jīng)研究得知 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 酶的化學(xué)本
質(zhì)究竟是蛋白質(zhì)還是 。簡(jiǎn)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）
實(shí)驗(yàn)思路： ________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________ 。
預(yù)期結(jié)果及結(jié)論：___________________________________________________________
___________________________________________________________________________
_________。
①若甲組有還原糖生成，乙組沒(méi)有還原糖生成，則說(shuō)明 酶的化學(xué)本質(zhì)是 ；②若甲組沒(méi)有還原糖生成，乙組有還原糖生成，則說(shuō)明 酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)
甲組：將 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)是否有還原糖產(chǎn)生。乙組：將 酶用 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)是否有還原糖產(chǎn)生
[解析] 實(shí)驗(yàn)設(shè)置甲組和乙組，兩組實(shí)驗(yàn)分別用蛋白酶和 酶處理 酶，然后與糖原溶液混合，在適宜條件下一段時(shí)間后檢測(cè)兩組實(shí)驗(yàn)中的 酶有無(wú)活性。檢測(cè) 酶是否有活性可用斐林試劑與產(chǎn)物反應(yīng)，觀察是否產(chǎn)生顏色變化。
【類型二】 酶實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的“對(duì)比法”
1.酶的高效性實(shí)驗(yàn)探究
對(duì)照組：反應(yīng)物 適量無(wú)機(jī)催化劑，觀察反應(yīng)物分解速率。
實(shí)驗(yàn)組：反應(yīng)物 等量酶溶液，觀察反應(yīng)物分解速率。
實(shí)驗(yàn)中自變量是催化劑種類，因變量是反應(yīng)物的分解速率。
2.酶的專一性實(shí)驗(yàn)探究
自變量：底物種類。
實(shí)驗(yàn)組：反應(yīng)物 相應(yīng)酶溶液，反應(yīng)物被分解。
對(duì)照組：另一反應(yīng)物 等量相同酶溶液，反應(yīng)物不被分解。
例2 為了證明酶的作用具有專一性，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如表5組實(shí)驗(yàn)，分別選擇一定的試劑
進(jìn)行檢測(cè)，合理的實(shí)驗(yàn)方案是( )。
組別 ① ② ③ ④ ⑤
酶 蛋白酶 蛋白酶 淀粉酶 淀粉酶 淀粉酶
反應(yīng)物 蛋白質(zhì) 淀粉 蛋白質(zhì) 淀粉 麥芽糖
B
A.①和③對(duì)比，用雙縮脲試劑檢測(cè) B.②和④對(duì)比，用碘液檢測(cè)
C.④和⑤對(duì)比，用斐林試劑檢測(cè) D.③和④對(duì)比，用雙縮脲試劑檢測(cè)
[解析] ①和③中所使用的蛋白酶和淀粉酶的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)能與雙縮脲試劑產(chǎn)生紫色反應(yīng)，故不能用雙縮脲試劑檢測(cè)，A錯(cuò)誤；②和④的底物是淀粉，淀粉遇碘液變藍(lán)，故②和④對(duì)比，可用碘液檢測(cè)，B正確；麥芽糖是還原糖，其水解產(chǎn)物也是還原糖，故用斐林試劑檢測(cè)不能判斷淀粉酶是否將麥芽糖水解，C錯(cuò)誤；淀粉酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，且在反應(yīng)前后不變，因此不管底物是否被分解，用雙縮脲試劑檢測(cè)的結(jié)果是都產(chǎn)生紫色，故不能用雙縮脲試劑檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，D錯(cuò)誤。
對(duì)點(diǎn)練1 豬籠草是一種食蟲(chóng)植物，它以瓶狀帶蓋的葉捕捉昆蟲(chóng)，并以其分泌物消化蟲(chóng)體。為檢測(cè)此分泌物的性質(zhì)，某研究性學(xué)習(xí)小組做了如下實(shí)驗(yàn):取6支大小一樣的潔凈試管，加入經(jīng)過(guò)不同溫度處理的檢測(cè)液后，再分別加入瘦肉塊和馬鈴薯塊，兩小時(shí)后觀察現(xiàn)象，記錄如下表。請(qǐng)據(jù)表回答問(wèn)題:
編號(hào) 加入物 條件 現(xiàn)象
1 水 瘦肉塊 室溫 無(wú)明顯變化
2 新鮮分泌物 瘦肉 塊 室溫 瘦肉塊明顯變化
3 新鮮分泌物 瘦肉 塊 煮沸后冷卻到室溫 無(wú)明顯變化
4 水 馬鈴薯塊 室溫 無(wú)明顯變化
5 新鮮分泌物 馬鈴 薯塊 室溫 無(wú)明顯變化
6 新鮮分泌物 馬鈴 薯塊 煮沸后冷卻到室溫 無(wú)明顯變化
（1）此分泌物中有________，沒(méi)有________。
蛋白酶
淀粉酶
[解析] 此實(shí)驗(yàn)中，試管2中瘦肉塊被分解，但試管5中馬鈴薯塊沒(méi)有被分解，則說(shuō)明分泌物中有蛋白酶，沒(méi)有淀粉酶。
（2）試管1和試管4在此實(shí)驗(yàn)中的作用是______。
對(duì)照
[解析] 試管1和試管4在此實(shí)驗(yàn)中起對(duì)照作用，不可缺少。
（3）試管3與試管2的現(xiàn)象不同，說(shuō)明分泌物的活性受______的影響。
溫度
[解析] 試管3與試管2起對(duì)照作用，自變量是溫度，最終的現(xiàn)象不同，說(shuō)明分泌物的活性受溫度的影響。
對(duì)點(diǎn)練2 某校研究性學(xué)習(xí)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，該研究性學(xué)習(xí)小組的
同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)并做了下圖所示的實(shí)驗(yàn)。下列
相關(guān)敘述正確的是( )。
C
A.與無(wú)機(jī)催化劑不同的是，酶能通過(guò)降低活化能來(lái)提高化學(xué)反應(yīng)速率
B.圖中的斐林試劑是用 的 溶液和 的 溶液配制的
C.若兩支試管均出現(xiàn)磚紅色沉淀，則說(shuō)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(huì)出現(xiàn)磚紅色沉淀
[解析] 無(wú)機(jī)催化劑與酶都能通過(guò)降低活化能來(lái)提高化學(xué)反應(yīng)速率，與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，A錯(cuò)誤；斐林試劑是用 的 溶液和 的 溶液配制的，B錯(cuò)誤；葡萄糖屬于還原糖，葡萄糖分解的產(chǎn)物不是還原糖，蔗糖不屬于還原糖，但蔗糖分解的產(chǎn)物是還原糖，若兩支試管均出現(xiàn)磚紅色沉淀，則說(shuō)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(shuō)明該酶催化的底物是葡萄糖，C正確，D錯(cuò)誤。
對(duì)點(diǎn)練3 為探究影響酶活性的因素、驗(yàn)證酶的專一性和高效性等，某同學(xué)設(shè)計(jì)了4套方
案，如表所示。下列相關(guān)敘述正確的是( )。
方案 催化劑 底物 溫度
① 胰蛋白酶 蛋白塊 不同 室溫
② 淀粉酶 淀粉、蔗糖 適宜 適宜
③ 蛋白酶 蛋白質(zhì) 適宜 不同溫度
④ 過(guò)氧化氫酶、氯化鐵溶液 過(guò)氧化氫 強(qiáng)酸性 室溫
B
A.方案①的目的是探究 對(duì)酶活性的影響，自變量是酶的種類
B.方案②的目的是驗(yàn)證淀粉酶的專一性，可用斐林試劑檢測(cè)
C.方案③的目的是探究溫度對(duì)酶活性的影響，可用雙縮脲試劑檢測(cè)
D.方案④的目的是驗(yàn)證酶的高效性，加酶的一組產(chǎn)生氣泡數(shù)較多
[解析] 在探究 對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)中，自變量是 ，A錯(cuò)誤；淀粉酶能催化淀粉分解，不能催化蔗糖分解，利用斐林試劑檢測(cè)生成物可以達(dá)到目的，B正確；根據(jù)酶的專一性，蛋白酶可以將蛋白質(zhì)分解，但蛋白酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，能夠與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應(yīng)，不能用雙縮脲試劑檢測(cè)，C錯(cuò)誤；在溫度過(guò)高、過(guò)酸、過(guò)堿的條件下，酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致酶失活，因此加氯化鐵溶液的一組產(chǎn)生氣泡較多，D錯(cuò)誤。
【類型三】酶實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的“梯度法”
1.酶的最適溫度的探究
（1）設(shè)計(jì)思路：設(shè)置一系列不同溫度的實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行相互對(duì)照，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論。
（2）操作示例：探究酶的最適溫度。
2.酶的最適 的探究
（1）設(shè)計(jì)思路：設(shè)置一系列不同 的實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行相互對(duì)照，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論。
（2）操作示例：探究酶的最適 。
例3 某研究小組利用普通淀粉酶和耐熱淀粉酶在不同溫度條件下做了下表所示的實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)分析表格，回答下列問(wèn)題：
步驟 組別 .注入適 宜濃度的淀 粉溶液 .注入普 通淀粉酶 溶液 .注入耐 熱淀粉酶 溶液 .在一定 溫度下保 溫 .____
A組
B組
C組
步驟 組別 .注入適 宜濃度的淀 粉溶液 .注入普 通淀粉酶 溶液 .注入耐 熱淀粉酶 溶液 .在一定 溫度下保 溫 .____
D組
組
組
組
續(xù)表
（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，完善步驟 __________________。
注入碘液進(jìn)行檢測(cè)
[解析] 本實(shí)驗(yàn)是為了探究普通淀粉酶和耐熱淀粉酶在不同溫度條件下的活性變化，淀粉的剩余量可作為其活性大小的衡量指標(biāo)。淀粉遇碘變藍(lán)色，而其水解產(chǎn)物遇碘不顯色，可以在反應(yīng)體系中注入碘液，根據(jù)是否顯色及顯色的深淺進(jìn)行初步檢測(cè)。
（2）此實(shí)驗(yàn)的自變量是____________________，需要考慮的無(wú)關(guān)變量有____________
_____________________________________________（舉出兩例即可）等。
溫度、淀粉酶的種類
、淀粉酶的量（或底物的量、保溫時(shí)間、實(shí)驗(yàn)操作順序等）
[解析] 對(duì)于同種酶的不同組別，溫度是自變量，而對(duì)于同一組別，酶的種類是自變量，故該實(shí)驗(yàn)的自變量有兩個(gè)：溫度和淀粉酶的種類。實(shí)驗(yàn)中的無(wú)關(guān)變量有底物的量、保溫時(shí)間、酶的濃度和數(shù)量、實(shí)驗(yàn)操作順序等。
（3）有人認(rèn)為上表中的設(shè)計(jì)中有不嚴(yán)密之處，請(qǐng)指出其中的錯(cuò)誤并修改：__________
___________________________________________________________________________
_____________________________________________________________。
不能將淀粉酶溶液直接加入淀粉溶液中，需先將兩者分別在各組溫度條件下保溫處理 ，然后再將兩者混合，繼續(xù)在相應(yīng)溫度下保溫 （答案合理即可）
[解析] 若將淀粉酶溶液直接加入淀粉溶液中，則常溫下有部分酶開(kāi)始催化淀粉水解，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)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 ，然后再將兩者混合，繼續(xù)在相應(yīng)溫度下保溫 。
（4）實(shí)驗(yàn)完成后發(fā)現(xiàn)，耐熱淀粉酶在 條件下相對(duì)活性較強(qiáng)，為進(jìn)一步探究該耐
熱淀粉酶的最適溫度是否就是 ，可在__________范圍內(nèi)設(shè)置更小的溫度梯度，其
他條件不變，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

[解析] 該實(shí)驗(yàn)設(shè)置的相鄰實(shí)驗(yàn)組之間有 的溫度差，所以若進(jìn)一步探究耐熱淀粉酶的最適溫度，可在 范圍內(nèi)設(shè)置更小的溫度梯度，其他條件不變，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
對(duì)點(diǎn)練4 植物細(xì)胞受損后通常會(huì)釋放出酚氧化酶，將無(wú)色的酚類物質(zhì)氧化生成褐色的物質(zhì)，引起蔬菜、水果等的褐變?；卮鹣铝袉?wèn)題：
（1）水果的“果汁”主要儲(chǔ)存于果肉細(xì)胞的______（填細(xì)胞器）中，自然狀態(tài)下果蔬并
沒(méi)有發(fā)生褐變，是因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)具有________系統(tǒng)，將酚氧化酶與酚類物質(zhì)分隔開(kāi)。
液泡
生物膜
[解析] “果汁”主要儲(chǔ)存于果肉細(xì)胞液泡中。根據(jù)題意可知，酚氧化酶存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，細(xì)胞破裂會(huì)釋放出來(lái)。正常情況下，由于有液泡膜把液泡中的酚類物質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的酚氧化酶分隔開(kāi)，因此不會(huì)發(fā)生褐變。
（2）某同學(xué)用馬鈴薯和兒茶酚溶液做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置及結(jié)果如下圖、表所示：
實(shí)驗(yàn)組別 1組 2組 3組 4組 5組
溫度/ 0 25 50 75 100
褐變等級(jí) 0 1 3 1.5 0
分析實(shí)驗(yàn)可知，該實(shí)驗(yàn)的目的是探究不同溫度對(duì)褐變的影響，所以自變量是溫度，因變量是褐變等級(jí)。
①該實(shí)驗(yàn)的無(wú)關(guān)變量有___________________（至少寫兩點(diǎn)）。
、兒茶酚的用量
[解析] 該實(shí)驗(yàn)的無(wú)關(guān)變量有 、兒茶酚用量、馬鈴薯用量等。
②將兒茶酚溶液和馬鈴薯塊混合后，馬鈴薯塊中的__________可催化兒茶酚生成褐色
物質(zhì)，該物質(zhì)具有催化作用的原因是________________________。
酚氧化酶
能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能
[解析] 將兒茶酚溶液和馬鈴薯塊混合后，馬鈴薯塊中的酚氧化酶可以催化兒茶酚生成褐色物質(zhì)，該物質(zhì)具有催化作用的原因是能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。
③果蔬削皮后用沸水處理，褐變程度下降。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)，可能的原因是_______
_____________________。
高溫使果蔬中的酚氧化酶失活
[解析] 果蔬削皮后用沸水處理，褐變程度下降，說(shuō)明酶促反應(yīng)沒(méi)有發(fā)生，根據(jù)表格信
息可知， 時(shí)沒(méi)有褐變，可能是高溫破壞了酶的空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致酶失活。
（3）若要進(jìn)一步探究酚氧化酶的最適溫度，實(shí)驗(yàn)思路為在溫度為_(kāi)_______ 設(shè)置更
小的溫度梯度，測(cè)定各組的__________。

褐變等級(jí)
[解析] 根據(jù)溫度對(duì)酶活性影響的曲線可知，在最適溫度兩側(cè)，對(duì)應(yīng)同一酶活性有兩個(gè)不同的溫度，結(jié)合表格數(shù)據(jù)可推測(cè)最適溫度在 范圍內(nèi)，故若要進(jìn)一步探究酚氧化酶的最適溫度，應(yīng)在此溫度范圍內(nèi)設(shè)置更小的溫度梯度，測(cè)定各組的褐變等級(jí)，褐變等級(jí)最高時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度即為最適溫度。
對(duì)點(diǎn)練5（不定項(xiàng)） 某同學(xué)為研究 對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，并得到
如表所示結(jié)果，下列分析錯(cuò)誤的是( )。
編號(hào) 1號(hào) 2號(hào) 3號(hào) 4號(hào) 5號(hào)
底物與試劑 溶液/ 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
肝臟研磨液/滴 1 1 1 1 1
磷酸緩沖液/ 2 2 2 2 2
實(shí)驗(yàn)條件 5 6 7 8 9
其他條件 水浴
產(chǎn)生 氧氣所用時(shí)間/ 153 83 35 8 36
A.由實(shí)驗(yàn)結(jié)果知，過(guò)氧化氫酶的最適 在 范圍內(nèi)
B.實(shí)驗(yàn)加溶液的順序是 溶液 緩沖液 酸、堿 肝臟研磨液
C.將水浴溫度降至 ，過(guò)氧化氫酶的最適 也會(huì)相應(yīng)降低
D.該實(shí)驗(yàn)的因變量是過(guò)氧化氫酶活性，可用產(chǎn)生 氧氣所用時(shí)間檢測(cè)
[解析] 該實(shí)驗(yàn) 為8時(shí)，產(chǎn)生 氧氣所用時(shí)間最短，說(shuō)明此時(shí)的酶活性接近最大
活性，對(duì)應(yīng)的 最接近最適 ，故最適 應(yīng)在 范圍內(nèi)，A錯(cuò)誤；加入底物后，
應(yīng)先調(diào)節(jié) ，再加入酶，從而保證在特定的 下發(fā)生反應(yīng)，B正確；最適 不會(huì)因
溫度的改變而改變，C錯(cuò)誤；根據(jù)表格中設(shè)計(jì)思路，該實(shí)驗(yàn)的因變量是過(guò)氧化氫酶活
性，可用產(chǎn)生 氧氣所用時(shí)間檢測(cè)，D正確。
√
√強(qiáng)化課2　與酶相關(guān)的探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法
【類型一】鑒定酶本質(zhì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的“酶解法”
1.“酶解法”模型
從酶的化學(xué)本質(zhì)上來(lái)講,絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì),少數(shù)的酶是RNA。蛋白酶可以分解蛋白質(zhì),若酶A的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì),則加入蛋白酶后,酶A被分解,結(jié)構(gòu)被破壞,不能再發(fā)揮催化分解相應(yīng)底物的作用。RNA酶可以分解RNA,若酶A的化學(xué)本質(zhì)為RNA,則加入RNA酶后,酶A被分解,結(jié)構(gòu)被破壞,不能再發(fā)揮催化分解相應(yīng)底物的作用。
2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
甲組:酶A+蛋白酶處理后,加入酶A的底物。
乙組:酶A+RNA酶處理后,加入酶A的底物。
若甲組底物沒(méi)有被催化發(fā)生反應(yīng),乙組底物被催化發(fā)生反應(yīng),則說(shuō)明酶A的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì);若甲組底物被催化發(fā)生反應(yīng),乙組底物沒(méi)有被催化發(fā)生反應(yīng),則說(shuō)明酶A的化學(xué)本質(zhì)是RNA。
例1　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(jiǎn)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)
實(shí)驗(yàn)思路: 　。
預(yù)期結(jié)果及結(jié)論: 　。
　　【答案】　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)是否有還原糖產(chǎn)生?、偃艏捉M有還原糖生成,乙組沒(méi)有還原糖生成,則說(shuō)明X酶的化學(xué)本質(zhì)是RNA;②若甲組沒(méi)有還原糖生成,乙組有還原糖生成,則說(shuō)明X酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)
【解析】　實(shí)驗(yàn)設(shè)置甲組和乙組,兩組實(shí)驗(yàn)分別用蛋白酶和RNA酶處理X酶, 然后與糖原溶液混合,在適宜條件下一段時(shí)間后檢測(cè)兩組實(shí)驗(yàn)中的X酶有無(wú)活性。檢測(cè)X酶是否有活性可用斐林試劑與產(chǎn)物反應(yīng),觀察是否產(chǎn)生顏色變化。
【類型二】 酶實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的“對(duì)比法”
1.酶的高效性實(shí)驗(yàn)探究
對(duì)照組:反應(yīng)物+適量無(wú)機(jī)催化劑,觀察反應(yīng)物分解速率。
實(shí)驗(yàn)組:反應(yīng)物+等量酶溶液,觀察反應(yīng)物分解速率。
實(shí)驗(yàn)中自變量是催化劑種類,因變量是反應(yīng)物的分解速率。
2.酶的專一性實(shí)驗(yàn)探究
自變量:底物種類。
實(shí)驗(yàn)組:反應(yīng)物+相應(yīng)酶溶液,反應(yīng)物被分解。
對(duì)照組:另一反應(yīng)物+等量相同酶溶液,反應(yīng)物不被分解。
例2　為了證明酶的作用具有專一性,某同學(xué)設(shè)計(jì)了如表5組實(shí)驗(yàn),分別選擇一定的試劑進(jìn)行檢測(cè),合理的實(shí)驗(yàn)方案是(　　)。
組別 ① ② ③ ④ ⑤
酶 蛋白酶 蛋白酶 淀粉酶 淀粉酶 淀粉酶
反應(yīng)物 蛋白質(zhì) 淀粉 蛋白質(zhì) 淀粉 麥芽糖
A.①和③對(duì)比,用雙縮脲試劑檢測(cè)
B.②和④對(duì)比,用碘液檢測(cè)
C.④和⑤對(duì)比,用斐林試劑檢測(cè)
D.③和④對(duì)比,用雙縮脲試劑檢測(cè)
　　【答案】　B
【解析】　①和③中所使用的蛋白酶和淀粉酶的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)能與雙縮脲試劑產(chǎn)生紫色反應(yīng),故不能用雙縮脲試劑檢測(cè),A錯(cuò)誤;②和④的底物是淀粉,淀粉遇碘液變藍(lán),故②和④對(duì)比,可用碘液檢測(cè),B正確;麥芽糖是還原糖,其水解產(chǎn)物也是還原糖,故用斐林試劑檢測(cè)不能判斷淀粉酶是否將麥芽糖水解,C錯(cuò)誤;淀粉酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),且在反應(yīng)前后不變,因此不管底物是否被分解,用雙縮脲試劑檢測(cè)的結(jié)果是都產(chǎn)生紫色,故不能用雙縮脲試劑檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,D錯(cuò)誤。
對(duì)點(diǎn)練1　豬籠草是一種食蟲(chóng)植物,它以瓶狀帶蓋的葉捕捉昆蟲(chóng),并以其分泌物消化蟲(chóng)體。為檢測(cè)此分泌物的性質(zhì),某研究性學(xué)習(xí)小組做了如下實(shí)驗(yàn):取6支大小一樣的潔凈試管,加入經(jīng)過(guò)不同溫度處理的檢測(cè)液后,再分別加入瘦肉塊和馬鈴薯塊,兩小時(shí)后觀察現(xiàn)象,記錄如下表。請(qǐng)據(jù)表回答問(wèn)題:
編號(hào) 加入物 條件 現(xiàn)象
1 2 mL水+1 cm3瘦肉塊 室溫 無(wú)明顯變化
2 2 mL新鮮分泌物+1 cm3瘦肉塊 室溫 瘦肉塊明 顯變化
3 2 mL新鮮分泌物+1 cm3瘦肉塊 煮沸后冷 卻到室溫 無(wú)明顯變化
4 2 mL水+1 cm3馬鈴薯塊 室溫 無(wú)明顯變化
5 2 mL新鮮分泌物+1 cm3馬鈴薯塊 室溫 無(wú)明顯變化
6 2 mL新鮮分泌物+1 cm3馬鈴薯塊 煮沸后冷 卻到室溫 無(wú)明顯變化
　(1)此分泌物中有　　　　,沒(méi)有　　　　。
(2)試管1和試管4在此實(shí)驗(yàn)中的作用是　　　　。
(3)試管3與試管2的現(xiàn)象不同,說(shuō)明分泌物的活性受　　　　的影響。
　　【答案】　(1)蛋白酶　淀粉酶　(2)對(duì)照　(3)溫度
【解析】　(1)此實(shí)驗(yàn)中,試管2中瘦肉塊被分解,但試管5中馬鈴薯塊沒(méi)有被分解,則說(shuō)明分泌物中有蛋白酶,沒(méi)有淀粉酶。(2)試管1和試管4在此實(shí)驗(yàn)中起對(duì)照作用,不可缺少。(3)試管3與試管2起對(duì)照作用,自變量是溫度,最終的現(xiàn)象不同,說(shuō)明分泌物的活性受溫度的影響。
對(duì)點(diǎn)練2　某校研究性學(xué)習(xí)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,該研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)并做了下圖所示的實(shí)驗(yàn)。下列相關(guān)敘述正確的是(　　)。
A.與無(wú)機(jī)催化劑不同的是,酶能通過(guò)降低活化能來(lái)提高化學(xué)反應(yīng)速率
B.圖中的斐林試劑是用0.1 g/mL的NaOH溶液和0.01 g/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(shuō)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(huì)出現(xiàn)磚紅色沉淀
　　【答案】　C
【解析】　無(wú)機(jī)催化劑與酶都能通過(guò)降低活化能來(lái)提高化學(xué)反應(yīng)速率,與無(wú)機(jī)催化劑相比,酶降低活化能的作用更顯著,A錯(cuò)誤;斐林試劑是用0.1 g/mL的NaOH溶液和0.05 g/mL的CuSO4溶液配制的,B錯(cuò)誤;葡萄糖屬于還原糖, 葡萄糖分解的產(chǎn)物不是還原糖,蔗糖不屬于還原糖,但蔗糖分解的產(chǎn)物是還原糖,若兩支試管均出現(xiàn)磚紅色沉淀,則說(shuō)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(shuō)明該酶催化的底物是葡萄糖,C正確,D錯(cuò)誤。
對(duì)點(diǎn)練3　為探究影響酶活性的因素、驗(yàn)證酶的專一性和高效性等,某同學(xué)設(shè)計(jì)了4套方案,如表所示。下列相關(guān)敘述正確的是(　　)。
方案 催化劑 底物 pH 溫度
① 胰蛋白酶 蛋白塊 不同pH 室溫
② 淀粉酶 淀粉、蔗糖 適宜 適宜
③ 蛋白酶 蛋白質(zhì) 適宜 不同溫度
④ 過(guò)氧化氫酶、 氯化鐵溶液 過(guò)氧化氫 強(qiáng)酸性 室溫
A.方案①的目的是探究pH對(duì)酶活性的影響,自變量是酶的種類
B.方案②的目的是驗(yàn)證淀粉酶的專一性,可用斐林試劑檢測(cè)
C.方案③的目的是探究溫度對(duì)酶活性的影響,可用雙縮脲試劑檢測(cè)
D.方案④的目的是驗(yàn)證酶的高效性,加酶的一組產(chǎn)生氣泡數(shù)較多
　　【答案】　B
【解析】　在探究pH對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)中,自變量是pH,A錯(cuò)誤;淀粉酶能催化淀粉分解,不能催化蔗糖分解,利用斐林試劑檢測(cè)生成物可以達(dá)到目的,B正確;根據(jù)酶的專一性,蛋白酶可以將蛋白質(zhì)分解,但蛋白酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),能夠與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應(yīng),不能用雙縮脲試劑檢測(cè),C錯(cuò)誤;在溫度過(guò)高、過(guò)酸、過(guò)堿的條件下,酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞,導(dǎo)致酶失活,因此加氯化鐵溶液的一組產(chǎn)生氣泡較多,D錯(cuò)誤。
【類型三】酶實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的“梯度法”
1.酶的最適溫度的探究
(1)設(shè)計(jì)思路:設(shè)置一系列不同溫度的實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行相互對(duì)照,根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論。
(2)操作示例:探究酶的最適溫度。
2.酶的最適pH的探究
(1)設(shè)計(jì)思路:設(shè)置一系列不同pH的實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行相互對(duì)照,根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論。
(2)操作示例:探究酶的最適pH。
O2的產(chǎn)生速率
例3　某研究小組利用普通淀粉酶和耐熱淀粉酶在不同溫度條件下做了下表所示的實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)分析表格,回答下列問(wèn)題:
　步驟 組別　 a.注入適宜濃度的淀粉溶液 b.注入普通淀粉酶溶液 b.注入耐熱淀粉酶溶液 c.在一定溫度下保溫5 min d.
A 組 A1 2 mL 1 mL 30 ℃
A2 1 mL
B 組 B1 2 mL 1 mL 40 ℃
B2 1 mL
C 組 C1 2 mL 1 mL 50 ℃
C2 1 mL
D 組 D1 2 mL 1 mL 60 ℃
D2 1 mL
E 組 E1 2 mL 1 mL 70 ℃
E2 1 mL
F 組 F1 2 mL 1 mL 80 ℃
F2 1 mL
G 組 G1 2 mL 1 mL 90 ℃
G2 1 mL
(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?完善步驟d:　 。
(2)此實(shí)驗(yàn)的自變量是　　　　　　　　　　,需要考慮的無(wú)關(guān)變量有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(舉出兩例即可)等。
(3)有人認(rèn)為上表中的設(shè)計(jì)中有不嚴(yán)密之處,請(qǐng)指出其中的錯(cuò)誤并修改: 　。
(4)實(shí)驗(yàn)完成后發(fā)現(xiàn),耐熱淀粉酶在80 ℃條件下相對(duì)活性較強(qiáng),為進(jìn)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(shè)置更小的溫度梯度,其他條件不變,重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
　　【答案】　(1)注入碘液進(jìn)行檢測(cè)　(2)溫度、淀粉酶的種類　pH、淀粉酶的量(或底物的量、保溫時(shí)間、實(shí)驗(yàn)操作順序等)　(3)不能將淀粉酶溶液直接加入淀粉溶液中,需先將兩者分別在各組溫度條件下保溫處理5 min,然后再將兩者混合,繼續(xù)在相應(yīng)溫度下保溫5 min(【答案】合理即可)　(4)70~90 ℃
【解析】　(1)本實(shí)驗(yàn)是為了探究普通淀粉酶和耐熱淀粉酶在不同溫度條件下的活性變化,淀粉的剩余量可作為其活性大小的衡量指標(biāo)。淀粉遇碘變藍(lán)色,而其水解產(chǎn)物遇碘不顯色,可以在反應(yīng)體系中注入碘液,根據(jù)是否顯色及顯色的深淺進(jìn)行初步檢測(cè)。(2)對(duì)于同種酶的不同組別,溫度是自變量,而對(duì)于同一組別,酶的種類是自變量,故該實(shí)驗(yàn)的自變量有兩個(gè):溫度和淀粉酶的種類。實(shí)驗(yàn)中的無(wú)關(guān)變量有底物的量、保溫時(shí)間、酶的濃度和數(shù)量、實(shí)驗(yàn)操作順序等。(3)若將淀粉酶溶液直接加入淀粉溶液中,則常溫下有部分酶開(kāi)始催化淀粉水解,影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果,應(yīng)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5 min,然后再將兩者混合,繼續(xù)在相應(yīng)溫度下保溫5 min。(4)該實(shí)驗(yàn)設(shè)置的相鄰實(shí)驗(yàn)組之間有10 ℃的溫度差,所以若進(jìn)一步探究耐熱淀粉酶的最適溫度,可在70~90 ℃范圍內(nèi)設(shè)置更小的溫度梯度,其他條件不變,重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
對(duì)點(diǎn)練4　植物細(xì)胞受損后通常會(huì)釋放出酚氧化酶,將無(wú)色的酚類物質(zhì)氧化生成褐色的物質(zhì),引起蔬菜、水果等的褐變。回答下列問(wèn)題:
(1)水果的“果汁”主要儲(chǔ)存于果肉細(xì)胞的　　　　(填細(xì)胞器)中,自然狀態(tài)下果蔬并沒(méi)有發(fā)生褐變,是因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)具有　　　　系統(tǒng),將酚氧化酶與酚類物質(zhì)分隔開(kāi)。
(2)某同學(xué)用馬鈴薯和兒茶酚溶液做了相關(guān)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)裝置及結(jié)果如下圖、表所示:
實(shí)驗(yàn)組別 1組 2組 3組 4組 5組
溫度/℃ 0 25 50 75 100
褐變等級(jí) 0 1 3 1.5 0
①該實(shí)驗(yàn)的無(wú)關(guān)變量有　　　　　　　　　(至少寫兩點(diǎn))。
②將兒茶酚溶液和馬鈴薯塊混合后,馬鈴薯塊中的　　　　　　可催化兒茶酚生成褐色物質(zhì),該物質(zhì)具有催化作用的原因是　　　　　　　　　　　　　。
③果蔬削皮后用沸水處理,褐變程度下降。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè),可能的原因是　。
(3)若要進(jìn)一步探究酚氧化酶的最適溫度,實(shí)驗(yàn)思路為在溫度為　　　　　　℃設(shè)置更小的溫度梯度,測(cè)定各組的　　　　　　。
　　【答案】　(1)液泡　生物膜　(2)①pH、兒茶酚的用量
②酚氧化酶　能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能　③高溫使果蔬中的酚氧化酶失活　(3)25~75　褐變等級(jí)
【解析】　(1)“果汁”主要儲(chǔ)存于果肉細(xì)胞液泡中。根據(jù)題意可知,酚氧化酶存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中,細(xì)胞破裂會(huì)釋放出來(lái)。正常情況下,由于有液泡膜把液泡中的酚類物質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的酚氧化酶分隔開(kāi),因此不會(huì)發(fā)生褐變。(2)分析實(shí)驗(yàn)可知,該實(shí)驗(yàn)的目的是探究不同溫度對(duì)褐變的影響,所以自變量是溫度,因變量是褐變等級(jí)。①該實(shí)驗(yàn)的無(wú)關(guān)變量有pH、兒茶酚用量、馬鈴薯用量等。②將兒茶酚溶液和馬鈴薯塊混合后,馬鈴薯塊中的酚氧化酶可以催化兒茶酚生成褐色物質(zhì),該物質(zhì)具有催化作用的原因是能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。③果蔬削皮后用沸水處理,褐變程度下降,說(shuō)明酶促反應(yīng)沒(méi)有發(fā)生,根據(jù)表格信息可知,100 ℃時(shí)沒(méi)有褐變,可能是高溫破壞了酶的空間結(jié)構(gòu),進(jìn)而導(dǎo)致酶失活。(3)根據(jù)溫度對(duì)酶活性影響的曲線可知,在最適溫度兩側(cè),對(duì)應(yīng)同一酶活性有兩個(gè)不同的溫度,結(jié)合表格數(shù)據(jù)可推測(cè)最適溫度在25~75 ℃范圍內(nèi),故若要進(jìn)一步探究酚氧化酶的最適溫度,應(yīng)在此溫度范圍內(nèi)設(shè)置更小的溫度梯度,測(cè)定各組的褐變等級(jí),褐變等級(jí)最高時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度即為最適溫度。
對(duì)點(diǎn)練5　(不定項(xiàng))某同學(xué)為研究pH對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn),并得到如表所示結(jié)果,下列分析錯(cuò)誤的是(　　)。
編號(hào) 1號(hào) 2號(hào) 3號(hào) 4號(hào) 5號(hào)
底物與 試劑 H2O2溶液/mL 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
肝臟研磨液/滴 1 1 1 1 1
磷酸緩沖液/mL 2 2 2 2 2
實(shí)驗(yàn) 條件 pH 5 6 7 8 9
其他條件 37 ℃水浴
產(chǎn)生5 mL氧氣所用時(shí)間/s 153 83 35 8 36
A.由實(shí)驗(yàn)結(jié)果知,過(guò)氧化氫酶的最適pH在8~9范圍內(nèi)
B.實(shí)驗(yàn)加溶液的順序是H2O2溶液→緩沖液→酸、堿→肝臟研磨液
C.將水浴溫度降至20 ℃,過(guò)氧化氫酶的最適pH也會(huì)相應(yīng)降低
D.該實(shí)驗(yàn)的因變量是過(guò)氧化氫酶活性,可用產(chǎn)生5 mL氧氣所用時(shí)間檢測(cè)
　　【答案】　AC
【解析】　該實(shí)驗(yàn)pH為8時(shí),產(chǎn)生5 mL氧氣所用時(shí)間最短,說(shuō)明此時(shí)的酶活性接近最大活性,對(duì)應(yīng)的pH最接近最適pH,故最適pH應(yīng)在7~9范圍內(nèi),A錯(cuò)誤;加入底物后,應(yīng)先調(diào)節(jié)pH,再加入酶,從而保證在特定的pH下發(fā)生反應(yīng),B正確;最適pH不會(huì)因溫度的改變而改變,C錯(cuò)誤;根據(jù)表格中設(shè)計(jì)思路,該實(shí)驗(yàn)的因變量是過(guò)氧化氫酶活性,可用產(chǎn)生5 mL氧氣所用時(shí)間檢測(cè),D正確。
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