高中生物专题01 与酶相关的实验分析与设计-备战2021年高考生物核心考点透析（无答案）

专题01  与酶相关的实验分析与设计

一、实验中三类变量的分析

对三类变量的要求是：自变量可操作、因变量可检测，无关变量可控制。

二、实验设计中必须坚持的单一变量原则

即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜，以确保实验变量的唯一性。如生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、实验器具相同(型号、洁净程度等)、实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。

三、利用5步分析法解决酶的科学探究题

四、探究酶的化学本质

五、验证酶的专一性

（1）设计思路：酶相同，底物不同(或底物相同，酶不同)。

（2）设计方案示例

（3）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。

六、验证酶的高效性

（1）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，即酶的催化效率比无机催化剂高。

（2）设计方案示例

七、探究酶的最适温度或最适pH

（1）实验设计思路

底物的分解速率或存在量

（2）操作步骤

易错警示

（1）不能用过氧化氢酶来探究温度对酶活性的影响，因为加热本身也能使过氧化氢分解加快。

（2）必须在达到预设的温度条件后，再让反应物与酶接触，避免在未达到预设的温度时反应物与酶接触发生反应，影响实验结果。

（3）在探究温度对淀粉酶活性影响的实验时，最好不用斐林试剂来检测淀粉是否在淀粉酶的催化下水解生成麦芽糖等还原糖，因为加入斐林试剂后需要水浴加热才能出现砖红色沉淀，这样原处于低温条件下的淀粉酶的活性会慢慢恢复，催化淀粉水解产生还原糖，导致形成错觉，从而得出错误的结论。

（4）用不同底物、同种酶来探究酶的专一性时，若是用淀粉酶作用于淀粉、蔗糖两种底物，则应用斐林试剂作为检测试剂，不能选用碘液作为检测试剂，因为碘液无法检测蔗糖是否发生了水解。

（5）若底物选择淀粉和蔗糖，酶溶液为淀粉酶，验证酶的专一性，检测底物是否被分解的试剂宜选用斐林试剂，而不能选用碘液，是因为_碘液无法检测蔗糖是否被水解__。

（6）探究酶的适宜温度时：

①不宜选用过氧化氢酶催化H2O2分解，因为_H2O2受热易分解__。

②若选淀粉和淀粉酶，检测试剂不应选用斐林试剂，因为_斐林试剂需要水浴加热__，而本实验需严格控制温度。

（7）在酶的最适pH探究实验中，操作时必须先将酶和底物分别置于不同pH条件下，然后再将同一pH条件下处理的底物和酶混合，而不能把酶加入反应物中后，再加入盐酸或氢氧化钠。

（8）探究酶的高效性时，对照组应_加入无机催化剂__；探究酶的催化作用时，对照组应_不加催化剂__。

一、选择题：

1．在研究不同金属离子对某水解酶活性的影响时，得到如表结果。下列分析不正确的是

A．Mn2＋降低了反应过程所必需的活化能     B．Co2＋或Mg2＋可能导致酶结构的改变使其活性降低
C．不同离子对酶的活性有提高或降低作用  D．该水解酶的用量是实验的无关变量

2．下列有关探究温度、pH对酶活性影响的实验设计合理的是

A．实验①             B．实验②         C．实验③          D．实验④

3. 若除酶外所有试剂均已预保温，则在测定酶活力的实验中，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

4．多酶片中含有多种消化酶，一般由内外两层组成，在消化不良时可以服用。现有四种蛋白酶甲、乙、丙和丁，四者的活性随pH的变化如图所示，上述四种蛋白酶中最适合分布在多酶片外层的是(　　)

A．蛋白酶甲      B．蛋白酶乙      C．蛋白酶丙    D．蛋白酶丁

5．酚氧化酶使无色的酚氧化生成褐色的物质，是引起去皮的梨和苹果褐变的最主要因素。下列相关叙述正确的是(　　)

A．梨和苹果发生褐变后酚氧化酶立即被灭活

B．酚氧化酶为梨和苹果发生褐变提供能量

C．高温可以破坏酚氧化酶的空间结构使酶永久失活

D．组成酚氧化酶的基本单位是氨基酸或脱氧核苷酸

6．过氧化物酶能分解H2O2，氧化焦性没食子酸呈橙红色。为探究白菜梗中是否存在过氧化物酶，设计实验如下表。下列相关叙述正确的是(　　)

A．1号管为对照组，其余不都是实验组

B．2号管为对照组，其余都为实验组

C．若3号管显橙红色，无须对照就能证明白菜梗中存在过氧化物酶

D．若4号管不显橙红色，可证明白菜梗中无过氧化物酶

7. 下列对实验的分析正确的是 (　　)

A.“H2O2在不同条件下分解”的实验中，自变量是O2的生成量

B.“探究pH对酶活性影响”的实验中，因变量是pH的不同

C. 实验过程中对实验结果不会造成影响的因素称为无关变量

D. 观察植物细胞吸水和失水的实验中，虽没有单独设置对照组但不违反对照原则

8. 酶的催化作用中需要适宜的pH，在设计探究pH对唾液淀粉酶催化效率影响的实验中，相关实验变量的叙述中，错误的是(　　)

A.实验中不同实验组中唯一可以改变的变量是溶液酸碱度

B.实验中可以通过反应后溶液遇到斐林试剂出现砖红色沉淀量反映酶催化效率

C.可每隔一定时间向同一试管中加入适量HCl或者NaOH实现反应溶液pH的变化

D.各组实验需要提供适宜的温度、相同的反应时间等条件

9.某实验室新近研制出一种X酶，为测出X酶的最适温度，有人设置了a、25 ℃、b(已知：a低于25 ℃低于b)三种温度进行实验，结果发现，此三种温度下的X酶活性无显著差异。据此可推测X酶的最适温度(　　)

A.一定在25 ℃左右                  B.一定在a～25 ℃之间

C.一定在25 ℃～b之间              D.低于a或高于b或在a～b之间都有可能

10.几位同学在探究pH对α－淀粉酶活性的影响时，设计的实验方案如下。其中操作及顺序最合理的是(　　)

① 在三个试管中各加入可溶性淀粉溶液2 mL  ② 在三个试管中各加入新鲜的α－淀粉酶溶液1 mL

③ 置于适宜温度下保温5 min   ④  分别置于100 ℃、60 ℃、0 ℃环境中保温5 min

⑤ 加入斐林试剂后，水浴加热，观察现象  ⑥ 将试管中溶液的pH分别调到3、7、11，保持5 min

A. ①④②③⑤      B. ②①⑥③⑤   C. ①②⑥③⑤   D. ②⑥①③⑤

11.在探究温度对α－淀粉酶活性影响的实验中，相关操作不合理的是(　　)

A.设置合理的实验温度，如0 ℃、60 ℃、100 ℃     B.选择活性较强的α－淀粉酶作实验材料

C.先将淀粉酶与淀粉溶液混合，再调至相应温度保温   D.用碘液检测反应溶液中淀粉的存在情况

12.(2019·山东名校联盟)小张查阅资料得知，α－淀粉酶的最适温度是55 ℃。下表是他为此进行的验证实验，但因各组结果相同而不能达到实验目的。以下改进措施中可行的是(　　)

A.将实验温度改为0 ℃、55 ℃、100 ℃        B.将淀粉溶液体积改为1 mL

C.将α－淀粉酶溶液浓度改为1%               D.将碘液改为斐林试剂

二、非选择题：

13．研究人员从一种野生植物的贮藏根中提取出一种化学物质，有人认为这是一种能催化葡萄糖分解

的酶，有人认为是一种能催化蔗糖分解的酶。请回答以下问题：

（1）写出鉴定此物质的化学本质是否是蛋白质的两种方法：

第一种鉴定方法：__________________________________________________。

第二种鉴定方法：__________________________________________________。

（2）为了探究此物质是催化葡萄糖分解的酶还是催化蔗糖分解的酶，研究人员设计了如图所示的实验过程，请预测可能的实验结果。

水浴加热后，如果________________________________，说明该物质是能催化蔗糖分解的酶；如果____________________________________，则说明该物质是能催化葡萄糖分解的酶。

（3）若以上实验完成后，已经确定其为催化葡萄糖分解的酶，且化学本质是蛋白质，现需要确定其催化作用的最适温度，设计实验的基本思路是先确定______________________，再参照上图中甲试管的处理方法进行预实验。实验结束后，再在其中砖红色沉淀最少的两支试管所对应的温度区间内，设置__________________________________，重复进行实验。

14．耐热脂肪酶在工业上具有广泛应用，科研人员从小笼包蒸笼的垫布中分离到脂肪酶高产菌株，大

量培养后提取获得脂肪酶液，以橄榄油为底物设置系列实验以研究该酶特性，回答下列问题：

（1）脂肪酶能水解橄榄油但不能水解淀粉,说明酶具有________。

（2）实验①：每组试管中加入等量的酶和底物，分别置于30、35、40、45、50、55、60 ℃水浴环境中20分钟后，测量底物量的变化，该实验的目的是___________。

（3）实验②：因工业上需要在不同温度条件下应用该酶，若要测定酶液分别在40、50、60 ℃温度下保存2小时后的酶活性变化，实验思路是________________________________________________。

（4） 实验③：研究一定浓度的Mg2+（10－4mol/L）对酶的活性影响，已知该酶的最适pH范围为7.0～8.0，实验结果如下，结果说明：_________________________________________________。

15．现有两种淀粉酶A与B，某生物兴趣小组为探究不同温度条件下这两种淀粉酶的活性，设计实验如下：

实验原理：温度等条件可以影响酶的活性；淀粉在淀粉酶的催化作用下产生麦芽糖。

实验材料：一定浓度的淀粉溶液、相同浓度的淀粉酶A和淀粉酶B溶液、水浴缸、温度计等。

实验过程：如表所示。

实验结果：图甲是40 ℃时测定酶A催化淀粉水解生成的麦芽糖的量随时间变化的曲线；图乙是实验第④步保温5分钟后对各组淀粉剩余含量进行检测的结果。

(1)    该实验的自变量是                  ，无关变量有                        (至少写出2种)。

(2)    若适当降低温度，图甲中P点将向        (填“左”或“右”)移动，原因是                  。

(3) 若步骤③中淀粉酶的浓度适当降低，为保持图乙实验结果不变，则保温时间应                (填“缩短”“延长”或“不变”)。

(4) 根据实验结果分析，下列叙述正确的是            。(单选)

A．酶A在20 ℃条件时活性较高         B．酶A的活性小于酶B的活性

C．酶B在40 ℃条件时活性较高         D．大于50 ℃条件时，酶A部分失活

(5) 实验用分光光度计检测底物淀粉的剩余量来表示酶的活性，该实验不能用斐林试剂检测生成物麦芽糖的含量，原因是_                     __。

16.某研究性学习小组利用A酶和B酶(A酶和B酶分别是两种微生物分泌的纤维

素酶)进行相关实验，实验结果如图所示。请回答下列问题：

（1）A酶与无机催化剂相比，A酶可通过　　　　　　　　　　　　来提高催化反应效率。

（2）该实验的目的是____________________________________________________。在80 ℃条件下，B酶活性为0，试解释原因___________________________________________________________________。

（3）如果要探究pH对A酶和B酶活性的影响，应将温度控制在　　　　℃左右，其中因变量为　　　　　　。

（4）适宜条件下，取一支试管加入A酶和蛋白酶溶液并摇匀，一段时间后加入纤维素，几分钟后加入新配制的斐林试剂并水浴加热，结果试管中没有产生砖红色沉淀，原因是___________________________。

17.某兴趣小组为了探究pH对某种酶活性的影响，做了如下实验。

实验步骤：

(一)、取3支洁净的试管，编号为A、B、C，分别加入等量的酶溶液；

(二)、在每支试管中加入等量的底物溶液；

(三)、在A、B、C试管中加入等量的缓冲液，使pH分别稳定在5.0、7.0、9.0；

(四)、将3支试管置于不同的温度下，定时检测产物浓度。

请回答下列问题：

(1)    上述实验步骤中存在两处明显错误，请更正。

_____________________________________________________________________。

(2)    在实验操作正确的情况下，实验结果如下图。

① 该实验中酶促反应速率用　　　　　　　　　　　　表示。实验开始1 min后A组产物浓度不再增加的原因是______________________________________。

②为进一步探究该酶作用的最适pH，应在pH为　　　　范围开展实验。

18. 大菱鲆是我国重要的海水经济鱼类。研究性学习小组尝试对大菱鲆消化道中蛋白酶的活性进行研究。

(1)    查询资料得知，18 ℃时,在不同pH条件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶活性如图1。由图可知，在各自最适pH下，三种蛋白酶催化效率最高的是　　　　　　　　。 

图1

(2)    资料表明大菱鲆人工养殖温度常年在15~18 ℃之间。学习小组假设:大菱鲆蛋白酶的最适温度在15~18 ℃间。他们设置15 ℃、16 ℃、17 ℃、18 ℃的实验温度,探究三种酶的最适温度。

① 探究实验中以干酪素为底物。干酪素的化学本质是　　　　　,可用　　　　　试剂鉴定。 

② 胃蛋白酶实验组和幽门盲囊蛋白酶实验组的pH应分别控制在　                       　　　。 

③为了控制实验温度，装有酶和底物的试管应置于　　　　　　中以保持恒温。单位时间内　　　　　　　　　　　　可以表示蛋白酶催化效率的高低。 

④实验结果如图2，据此能否确认该假设成立?　　　。理由是:　　　　              　　　　　　。 

图2

(3)    研究还发现大菱鲆消化道淀粉酶和脂肪酶含量少、活性低，所以人工养殖投放的饲料成分中要注意降低　　　　　　　　　的比例，以减少对海洋的污染。 

19.某小组在完成探究“温度是否会影响酶的活性”实验后提出一个问题：“酶活性受温度影响示意图”是否真的如教材所示，呈规则的、左右对称的抛物线，并希望通过定量实验进行探究。以下是小组内同学们的讨论。

甲同学提出：可通过测单位时间内反应物的消耗量来测定酶的反应速率；乙同学提出：先用酒精灯加热来制造高温条件，用排水法记录反应速率，实验装置如图1；丙同学指出乙同学提出的实验方案有不合理的地方，温度过高酶会失活。他经过重新思考，定出了新的实验方案：先让酶由低到高预热成系列温度梯度，并与之相对应地加入过氧化氢，用排水法记录反应速率，实验装置如图2.

请回答：

（1）你认为甲同学的方案是否可行？        ，因为                               。

（2）该小组采用了丙同学的实验方案，用系列温度梯度进行实验，得出不同温度下的反应速率，结果见下表：

请你根据上表数据，在坐标中绘出酶活性受温度影响的曲线图。

（3）若用新鲜土豆研磨液代替上述新鲜猪肝脏研磨液，能否出现上述表格中类似的数据？                             。

（4）以上实验说明酶的催化作用需要                                             。

（5）本实验得出的结论是                                                       。

20. 已知2H2O2=2H2O+O2↑，可以通过观察反应过程中的生成速度（即气泡从溶液中释放的速度）来判断H2O2分解反应的速度。请用所给的实验材料和用具设计实验，使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出实验步骤、预测实验结果、得出结论，并回答问题。

实验材料与用具：适宜浓度的H2O2溶液，蒸馏水，3.5%FeCI3溶液，0.01%牛过氧化氢酶溶液，恒温水浴锅，试管。

（1）实验步骤：

①取3支试管，各加入               的H2O2溶液，放入37℃恒温水浴锅中保温适当时间。

②分别向上述3支试管中加入等量且适量的                                        。

③观察各管中                              。

（2）实验结果预测及结论：

整个实验中不同处理的试管中O2的释放速度从快到慢依次是                         

             。由此可得出的结论是                              。

（3）如果仅将实验中的恒温水浴改为80℃，重做上述实验，O2释放的速度最快的是    

            ，原因是                                                          。