2024届人教版高中生物一轮复习素养课酶及相关实验学案（不定项）

这是一份2024届人教版高中生物一轮复习素养课酶及相关实验学案（不定项），共17页。学案主要包含了酶相关实验设计中的“酶解法”，酶实验设计中的“对比法”等内容，欢迎下载使用。



(四) 酶相关实验的基本思想和方法的迁移应用
一、酶相关实验设计中的“酶解法”

1.实验设计中可用酶催化底物分解,根据酶处理后的变化,来证明酶的作用或底物的成分。
2.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。酶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。设计方案如图。


1.某兴趣小组在生物实验室中发现一酶试剂,由于标签受损,无法确定该酶的具体种类,已知其可能是淀粉酶或蔗糖酶。为判断该酶的具体种类和作用条件,该小组成员给出了以下建议,其中不合理的是(　　)
A.取部分酶和少量淀粉溶液混合,一定时间后,滴加碘液检测
B.取部分酶和少量蔗糖溶液混合,一定时间后,利用斐林试剂检测
C.若已确定该酶是淀粉酶,可使用斐林试剂来探究温度对酶活性的影响
D.若已确定该酶是蔗糖酶,可利用蔗糖来研究pH对酶活性的影响
解析　取部分酶和少量淀粉溶液混合,若该酶为淀粉酶,则淀粉被水解,一定时间后,滴加碘液溶液不变蓝色;若该酶为蔗糖酶,则淀粉不被水解,一定时间后,滴加碘液后溶液变蓝色,A项合理。取部分酶和少量蔗糖溶液混合,若该酶为蔗糖酶,则蔗糖被水解,利用斐林试剂检测会出现砖红色沉淀;若该酶为淀粉酶,则不出现砖红色沉淀,B项合理。使用斐林试剂检测时需要水浴加热,因此在探究温度对酶活性的影响时不能使用斐林试剂作检测试剂,C项不合理。可用蔗糖作为底物来探究pH对蔗糖酶活性的影响,D项合理。
答案　C
2.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。
二、酶实验设计中的“对比法”

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。
项目
实验组
对照组
材料
等量的同一种底物
试剂
与底物相对应的酶溶液(如生物材料研磨液)
等量的无机催化剂
现象
反应速率很快,或反应用时短
反应速率缓慢,或反应用时长
结论
酶具有高效性
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。
项目
方案一
方案二
实验组
对照组
实验组
对照组
材料
同种底物(等量)
与酶相对应的底物
另外一种底物
试剂
与底物相对应的酶
另外一种酶
同一种酶(等量)
现象
发生反应
不发生反应
发生反应
不发生反应
结论
酶具有专一性

3.下表是过氧化氢分解实验的过程和结果,下列分析错误的是(　　)
试管
a
b
c
d
3%过氧
化氢溶液
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
处理措施
不作任何处理
置于90 ℃水浴杯中
加2滴3.5%的FeCl3
加2滴20%的新鲜肝脏研磨液
实验结果
-
+
++
++++
注:“-”表示无气泡产生;“+”的数量表示气泡产生的多少。
A.a和d对照说明酶具有高效性
B.c和d是对比实验,自变量是催化剂的种类
C.a、c对照说明FeCl3具有催化作用
D.a、c、d对照可以说明酶的催化具有高效性
解析　a和d对照,只能说明酶能催化化学反应的进行,要证明酶具有高效性,需要将有酶和有无机催化剂参与的反应进行比较,即a、c、d对照能说明酶的催化具有高效性;c和d都是实验组,二者形成对比,自变量是催化剂的种类;a和c对照说明无机催化剂能加快化学反应的进行,即具有催化作用。
答案　A
4.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
解析　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。
答案　C
三、探究酶最适温度或pH中的“梯度法”

1.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。

2.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。


5.(2023·湖北选择性考试模拟)甲同学从某哺乳动物的胃液中分离到了一种酶。为探讨该酶的最适pH,设计了如下实验方案,其中最合理的是(　　)
方案
pH范围
温度
酶活性测定
最适pH
A
1~6
25 ℃
每间隔一个pH梯度进行酶活性测定
以pH对酶活性作图,酶活性最高时对应的pH为最适pH
B
1~14
25 ℃
C
1~6
37 ℃
D
1~14
37 ℃
解析　哺乳动物的胃中存在胃酸,pH都是呈酸性,故选取的pH范围应该是1~6。哺乳动物的体温一般为40 ℃上下和人类的体温差不多,作为本实验无关变量中的温度应选择较适宜的温度37 ℃,综上所述,C项合理,A、B、D三项不合理。
答案　C
6.某学校兴趣小组准备用稀释的鸡蛋清液体或煮熟后的鸡蛋蛋白块为材料,探究pH对胰蛋白酶活性的影响实验,请帮助他们完成以下的相关内容和分析。
Ⅰ.实验过程。
取5支洁净试管,分别编号甲、乙、丙、丁、戊。
向5支试管中分别加入3 mL 胰蛋白酶溶液;用相关物质调节各试管内溶液的pH,结果如表:
试管编号
甲
乙
丙
丁
戊
pH
4
6
7
8
10
(1)为了更好地观察实验现象,应向5支试管中分别加入　　　　　　　　　;并将它们置于　　　　　　　　进行保温处理;然后注意观察各试管中加入物的变化情况并记录它们消失所需时间。
Ⅱ.实验结果及分析。
实验测得的相关数据如表:
试管编号
甲
乙
丙
丁
戊
加入物消失所需时间(min)
>100
30
18
11
35
(2)据表中数据可知,试管　　　　中胰蛋白酶活性最强。此结果　　　　(填“能”或“不能”)确定该pH就是胰蛋白酶的最适pH。
(3)双缩脲试剂可用于蛋白质的鉴定,实验中加入物的水解是否彻底　　　　(填“能”或“不能”)用该试剂进行检测,理由是　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)试管甲中加入物消失所需时间明显大于试管丁,这是因为　　　　　　　　　　　　。
解析　(1)由于胰蛋白酶本身就是蛋白质,因此胰蛋白酶将蛋白质分解后溶液中仍然有蛋白质,用双缩脲试剂无法检测出蛋白质有没有被胰蛋白酶分解,如果用蛋白块做实验材料,可通过观察蛋白块的大小,判断有没有被胰蛋白酶分解。因此为了更好地观察实验现象,应向5支试管中分别加入等量的(大小相同的)鸡蛋蛋白块,并将它们置于相同且适宜的条件下进行保温处理;然后注意观察各试管中加入物的变化情况并记录它们消失所需时间。(2)蛋白块消失所用时间最短的组说明酶的活性最强,因此根据表格数据可知丁组中胰蛋白酶活性最强。由于各组之间的pH梯度较大,因此不能确定该pH就是胰蛋白酶的最适pH。(3)由于蛋白质块消化后仍具有胰蛋白酶(属于蛋白质),胰蛋白酶也能与双缩脲试剂发生颜色反应,因此该实验不能用双缩脲试剂检测判断加入物的水解是否彻底。(4)试管甲中的pH=4,偏酸,导致胰蛋白酶活性下降,因此会使加入物蛋白块消失所需时间明显大于试管丁。
答案　(1)等量的(大小相同的)鸡蛋蛋白块　相同且适宜的条件下　(2)丁　不能　(3)不能　蛋白质块消化后仍具有胰蛋白酶(属于蛋白质)
(4)试管甲中的pH=4偏酸,导致胰蛋白酶活性下降甚至失活,使加入物蛋白块消失所需时间明显大于试管丁


【典例】　(2021·湖北卷)使酶的活性下降或丧失的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂主要有两种类型:一类是可逆抑制剂(与酶可逆结合,酶的活性能恢复);另一类是不可逆抑制剂(与酶不可逆结合,酶的活性不能恢复)。已知甲、乙两种物质(能通过透析袋)对酶A的活性有抑制作用。
实验材料和用具:蒸馏水,酶A溶液,甲物质溶液,乙物质溶液,透析袋(人工合成半透膜),试管,烧杯等。
为了探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型,现提出以下实验设计思路。请完善该实验设计思路,并写出实验预期结果。
(1)实验设计思路。
取　　　　支试管(每支试管代表一个组),各加入等量的酶A溶液,再分别加入等量　　　　　　　　　　　　　　,一段时间后,测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋,放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液,再测定各自的酶活性。
(2)实验预期结果与结论。
若出现结果①:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
结论①:甲、乙均为可逆抑制剂。
若出现结果②:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
结论②:甲、乙均为不可逆抑制剂。
若出现结果③:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
结论③:甲为可逆抑制剂,乙为不可逆抑制剂。
若出现结果④:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
结论④:甲为不可逆抑制剂,乙为可逆抑制剂。
解析　根据实验目的可确定该实验的自变量为抑制剂甲和乙,所以实验组是在酶A溶液中分别加入等量的甲物质和乙物质,对照组是在酶A溶液中加入等量的蒸馏水,共设置三组实验,需3支试管。由于甲、乙物质对酶A的活性有抑制作用,所以加入甲、乙物质后,与对照组相比,两实验组酶A的活性均降低;利用透析袋除去甲、乙物质后,根据酶A的活性是否恢复即可判断甲、乙的抑制剂类型。
答案　(1)3　蒸馏水、甲物质溶液、乙物质溶液　(2)(与加入蒸馏水的对照组相比,加入甲、乙物质的实验组酶的活性降低,)透析处理后加入甲、乙物质的实验组酶的活性均恢复　透析处理后加入甲、乙物质的实验组酶的活性均不能恢复　透析处理后加入甲物质的实验组酶的活性能恢复,加入乙物质的实验组酶的活性不能恢复　透析处理后加入甲物质的实验组酶的活性不能恢复,加入乙物质的实验组酶的活性能恢复

1.实验设计遵循的四大基本原则。
(1)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。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)。
(2)对照原则。
①设置对照实验的目的:用以探究一个因素对特定对象的影响,通过比较实验结果而得出结论。
②类型:对照实验通常要设置对照组和实验组。实验组是接受自变量处理的对象组,对照组(控制组)是不接受自变量处理的对象组。常用的对照类型有以下几种:
a.空白对照。
对照组为不做任何处理的对象组。这里的不做处理,并非什么因素都不给予,而是针对实验所要研究的因素不给予,以体现实验因素的有无对实验结果的影响。
b.自身对照。
实验与对照在同一个对象上进行,不另设对照组。
c.条件对照。
给对照组施以某种实验处理,但不是所研究的实验因素,以突出实验实施的处理因素与实验所研究因素的差异,从一个侧面衬托实验因素对实验结果所造成的影响。
d.相互对照。
不单设对照组,而是几个实验组相互对照。
(3)平行重复原则:在实验设计中为了避免实验结果的偶然性,必须对所做实验进行足够次数的重复,以获得多次实验结果的平均值,保证实验结果的准确性。
(4)科学性原则:在设计实验时必须有充分的科学依据,即实验目的要明确,实验原理要正确,实验研究的材料和实验方法的选择要恰当,整个实验设计的思路和实验方法的确定都不能偏离实验原理、有关的生物学知识及其他学科领域的基本知识。
2.三类变量(自变量、因变量、无关变量)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。
3.教材中探究类实验的变量分析。
实验名称
自变量
因变量
无关变量
探究温度对淀粉酶活性的影响
不同温度(至少三种)
酶的活性(加碘液后溶液颜色的变化)
pH、底物量、酶量、试管的洁净程度、反应时间、操作程序等
探究pH对过氧化氢酶活性的影响
不同pH(至少三种)
酶的活性(气泡的数量或带火星的卫生香燃烧的猛烈程度)
温度、底物量、酶量、试管的洁净程度、反应时间、操作程序等
探究酵母菌的呼吸方式
氧气的有无
CO2生成量(澄清石灰水的混浊程度);酒精产生(用酸性重铬酸钾检测)
葡萄糖溶液、石灰水的量、温度、pH、锥形瓶的洁净程度等
探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度
不同浓度的生长素类似物
扦插枝条的生根数量或长度
实验材料的一致性、生长素类似物浓度的准确性、处理时间的一致性等
探究培养液中酵母菌数量的动态变化
时间
酵母菌种群数量
培养液的成分、培养条件、空间等
探究水族箱中的群落演替
时间
群落的变化
水族箱的培养条件和环境等

1.(2023·安徽江淮十校联考)下列关于酶特性实验设计的叙述中,正确的是(　　)
A.验证酶的专一性时,自变量一定是酶的种类
B.验证酶的高效性时,自变量是酶的浓度
C.探究温度对酶活性影响时,自变量是温度
D.探究酶催化作用的最适pH时,应设置过酸、过碱、中性三组
解析　验证酶的专一性时,自变量可以是酶的种类,也可以是底物的种类,A项错误;验证酶的高效性时,自变量是催化剂的种类,B项错误;探究温度对酶活性影响时,自变量是温度,C项正确;探究酶催化最适pH时,过酸、过碱会使酶变性,使结果不精确,应设置酸性、中性、碱性多组不同pH的实验组,使实验尽可能精确,D项错误。
答案　C
2.(2023·江苏泗阳阶段练习)某研究小组利用α⁃淀粉酶与淀粉溶液探究温度对酶活性的影响时,使用二硝基水杨酸法检测还原糖含量,各组实验结果如表所示。下列相关叙述正确的是(　　)
组别
1
2
3
4
5
6
温度(℃)
0
22
35
45
65
85
OD540 nm
0.170
0.849
1.122
1.271
1.383
0.450
注:OD540 nm值代表在波长540 nm的光下测量该酶促反应生成的有色物质的吸光度值。在一定范围内,吸光度值与还原糖的量成正比关系。
A.实验组1和6的OD540 nm值较低,原因是酶的空间结构发生改变
B.检测溶液的OD540 nm值时,实验组的数据需要与空白对照组比较
C.根据表中数据分析,α⁃淀粉酶的最适温度在35~65 ℃之间
D.为保证淀粉和淀粉酶的充分反应,需在反应液中添加ATP
解析　实验组1的OD540 nm值较低,原因是低温抑制酶的活性,实验组6的OD540 nm值较低,原因是酶的空间结构发生改变,酶失活,A项错误;该实验探究温度对酶活性的影响,根据对照原则,检测溶液的OD540 nm值时,实验组的数据需要与空白对照组比较,B项正确;酶在最适温度时活性最高,低于或高于最适温度其活性都降低,根据表中数据分析可知,α⁃淀粉酶的最适温度在45~85 ℃之间,C项错误;淀粉酶水解淀粉不需要消耗能量,不需要在反应液中添加ATP,D项错误。
答案　B
3.(不定项)(2023·山东青岛模拟)图1和图2是某兴趣小组通过实验探究H2O2分解的条件而绘制的曲线图。下列说法错误的是(　　)
　
图1 图2
A.图1和图2所代表的实验中,实验的自变量依次为催化剂的种类、H2O2浓度
B.由图1可以得出的实验结论是过氧化氢酶具有高效性
C.图2中,若在BC段加入适量的过氧化氢酶,则氧气产生速率会增大
D.H2O2在加热时分解速率加快,因此,将H2O2酶加到90 ℃水浴加热的H2O2溶液中,反应速率会加快
解析　由图1可看出,两条曲线代表不同催化剂作用下,H2O2分解速率不同,即图1实验中的自变量是催化剂的种类,加入过氧化氢酶的一组实验反应达到平衡的时间短于FeCl3组,说明过氧化氢酶具有高效性,图2表示O2产生速率随H2O2浓度变化的规律,即H2O2浓度为自变量,A、B两项正确;图2表示O2产生速率随H2O2浓度变化规律的曲线,B点时酶浓度是限制反应速率的主要因素,故BC段加入适量的过氧化氢酶,则氧气产生速率将增大,C项正确;H2O2酶在90 ℃条件下会失活,已不具有催化作用,D项错误。
答案　D