高中生物高考微专题2　酶的相关拓展实验

微专题2　酶的相关拓展实验

1.探究酶的本质

(1)试剂检测法探究酶的本质是否为蛋白质

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。在高中教材中常见的一些酶，如淀粉酶、蛋白酶等，其本质都是蛋白质，所以，对酶本质的鉴定的考查常常是变相考查蛋白质的鉴定方法。因此，利用双缩脲试剂可与蛋白质产生紫色反应的原理设计实验方案即可。

(2)酶解法探究酶的本质是否为RNA

酶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酶处理待鉴定酶，再观察其功能是否受影响来确定该酶的本质，设计方案如下：

【典例1】　(2020·中原名校质量考评)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，有人认为这是一种能催化蔗糖分解的酶。请回答下列问题：

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。

答案　①用双缩脲试剂　用蛋白酶处理　②两支试管均出现砖红色沉淀　两支试管均不出现砖红色沉淀

解析　①酶的本质大多数是蛋白质，少数是RNA。若要鉴定此物质的化学本质是否是蛋白质，可以用双缩脲试剂来鉴定，看是否有紫色反应；也可以用蛋白酶来鉴定，看该物质是否被水解。②还原性糖可与斐林试剂发生作用生成砖红色沉淀，葡萄糖是还原糖，而蔗糖是非还原糖，但蔗糖的分解产物为还原糖。如果两支试管都出现砖红色沉淀，则说明该酶不能催化葡萄糖分解而能催化蔗糖分解，故该物质是能催化蔗糖分解的酶；如果两支试管都不出现砖红色沉淀，则说明蔗糖没有分解而葡萄糖被分解，故该物质是能催化葡萄糖分解的酶。

2.验证酶的高效性

实例：

3.验证酶的专一性

方案一　酶相同，底物不同

实验组1　反应物1＋酶溶液→反应物被分解

实验组2　反应物2＋等量相同酶溶液→反应物不被分解

实例：

方案二　底物相同，酶不同

实验组1　反应物＋酶溶液1→反应物被分解

实验组2　相同反应物＋等量酶溶液2→反应物不被分解

实例

注　若是用淀粉酶和淀粉、蔗糖(两种底物)来探究酶的专一性时，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(碘液不能检测蔗糖是否被水解)。

【典例2】　(2020·河南中原联盟联考)研究人员以HCl溶液和淀粉酶为实验材料，探究它们对蛋白质和淀粉的催化水解作用，实验结果如图所示(同种底物起始量相同，在反应相同时间后测得底物剩余量)。有关分析错误的是(　　)

A.物质1、2分别为蛋白质和淀粉

B.图甲、图乙实验所用催化剂分别是HCl溶液和淀粉酶

C.该实验可证明酶具有专一性和高效性

D.该实验可证明淀粉酶具有降低化学反应活化能的作用

答案　D

解析　图乙中，物质1没有水解，物质2水解，依据酶的专一性可知，图乙利用的催化剂是淀粉酶，则图中物质2是淀粉，物质1是蛋白质，A正确；HCl溶液水解有机物没有专一性，并由分析可知，图甲、图乙实验所用催化剂分别是HCl溶液和淀粉酶，B正确；该实验利用了“底物不同酶相同”(图乙)证明了酶具有专一性；由图甲与乙中物质2(淀粉)水解速率对比可知，酶具有高效性，C正确；该实验不能证明淀粉酶具有降低化学反应活化能的作用，D错误。

4.探究酶的最适温度

(1)设计思路

在一定范围内，设计一系列温度梯度实验，其他条件相同且适宜，可得出最适温度的大致范围，再在此范围内减小梯度，进一步进行实验，直至得出最适温度。

(2)设计方案

5.探究酶的最适pH

(1)设计思路

在一定范围内，设计一系列pH梯度实验，其他条件相同且适宜，可得出最适pH的大致范围，再在此范围内缩小梯度，进一步进行实验，直至得出最适pH。

(2)设计方案

【典例3】　(2021·重庆高校联盟质检)下列是有关酶的实验设计思路，正确的是(　　)

A.利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液验证酶的专一性

B.在验证温度对淀粉酶活性的影响实验中，不能选用斐林试剂检测还原糖的生成

C.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

D.在验证酶的高效性实验中，可选用FeCl3和过氧化氢酶分别催化等量H2O2分解，检测产生的气体总量

答案　B

解析　淀粉酶能催化淀粉水解为还原糖，而不能催化蔗糖水解，实验结果可用斐林试剂检测，而不能用碘液，因为碘液不能检测蔗糖是否水解，A错误；在验证温度对淀粉酶活性的影响时，选择淀粉作为实验材料，实验结果不能选用斐林试剂检测，因为用斐林试剂检测还原糖时需要水浴加热，会影响实验，B正确；胃蛋白酶的最适pH为1.5，要利用胃蛋白酶验证pH对酶活性的影响，设置的缓冲液pH应该在1.5左右，C错误；验证酶的高效性时，应检测单位时间内产生气泡的数量而不是产生的气体总量，D错误。

【典例4】　(2020·河南郑州一模)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。下列分析错误的是(　　)

A.三个温度条件下，该酶活性最高的是B组

B.在时间t1之前，如果A组温度提高10 ℃，那么A组酶催化反应的速率会加快

C.如果在时间t2时，向C组反应体系中增加2倍量的底物，其他条件保持不变，那么在t3时，C组产物总量不变，原因是60 ℃条件下，t2时酶已失活

D.如果在时间t2时，向B组反应体系中增加2倍量的该酶，其他条件保持不变，那么在t3时，B组产物总量将增加

答案　D

解析　分析图中曲线可知，40 ℃条件下(B组)反应达到平衡时所需的时间最短，故该条件下酶活性最高，A正确；A组反应温度为20 ℃，低于该酶的最适温度，故在时间t1之前，如果A组温度提高10 ℃，那么A组酶催化反应的速率会加快，B正确；C组的温度是60 ℃，据图可知，t2时产物浓度不再增加，说明此温度下的酶已经失活，即使向反应体系中加入底物，在t3时，产物总量也不会发生变化，C正确；酶在反应中起催化作用，不会影响生成产物的总量，故向B组反应体系中增加2倍量的该酶，B组的反应速率会加快，但产物总量不发生改变，D错误。

6.酶活力的测定方法

(1)概念：酶活力又称酶活性，指酶催化特定化学反应的能力。

(2)检测步骤：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

(3)测定方法：通常以单位时间内底物的消耗量或单位时间内产物的生成量来表示。

例如：检测淀粉酶的活力

①通过测定单位时间内麦芽糖的生成量来检测淀粉酶的活力。

②通过测定单位时间内淀粉的消耗量来检测淀粉酶的活力。

【典例5】　(2016·全国卷Ⅰ，3)若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活力的试验中，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　依题意可知，该实验的pH为无关变量，为了排除pH的干扰，应在酶和底物混合之前加入缓冲液，为酶促反应提供稳定的pH环境，C正确。