2024届人教版高中生物一轮复习素养加强课1酶的相关实验设计方法学案

这是一份2024届人教版高中生物一轮复习素养加强课1酶的相关实验设计方法学案，共11页。

提升点1　酶的相关实验设计中的“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．(2022·华中师大附中模拟)某兴趣小组在生物实验室中发现一瓶酶试剂，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，可使用斐林试剂作为检测试剂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
C　[A项合理：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，滴加碘液不变蓝；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。B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。C项不合理：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为检测试剂。D项合理：可用蔗糖作为底物来探究pH对蔗糖酶活性的影响。]
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)。
实验思路：
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
预期实验结果及结论：
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[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]　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　若甲组有还原糖生成(产生砖红色沉淀)，乙组没有还原糖生成(没有产生砖红色沉淀)，则说明X酶的化学本质是RNA；若甲组没有还原糖生成(没有产生砖红色沉淀)，乙组有还原糖生成(产生砖红色沉淀)，则说明X酶的化学本质是蛋白质
提升点2　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：通过将不同类型的催化剂(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

1．(2022·浙江乐清高三专题练习)如图为四支装有等量等浓度H2O2溶液的试管在不同条件下，相同时间内释放O2量的柱状图。下列相关叙述错误的是(　　)

A．①组与②组H2O2分解反应的活化能相同，③组与④组中反应的活化能相同
B．与①组相比，②组的水浴加热为H2O2的分解提供能量
C．综合分析①组、③组和④组，说明过氧化氢酶具有高效性
D．若要验证过氧化氢酶的专一性，实验的自变量为底物的种类
A　[加热能给H2O2分解提供能量，使得分解反应速度加快，但不会改变该化学反应活化能的大小；酶和无机催化剂都能降低反应的活化能，而酶与无机催化剂相比，降低化学反应所需活化能的效果更显著，故③组与④组中反应所需的活化能不相同，A错误。与①组相比，②组的水浴加热为H2O2的分解提供更充足的能量，B正确。①为对照组，③组和④组为实验处理组，③④组结果存在差异的主要原因是酶降低活化能的效果比无机催化剂更显著，故能够说明过氧化氢酶具有高效性，C正确。若要验证过氧化氢酶的专一性，可以用过氧化氢酶分解过氧化氢和用过氧化氢酶分解其他物质进行实验，故该实验的自变量是底物的种类，D正确。]
2．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
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。]
3．(2022·江西南昌联考)据表分析，下列说法正确的是(　　)
组别
①
②
③
④
⑤
⑥
质量分数为3%的淀粉溶液(mL)
2
2
2
2
2
2
质量分数为2%的蔗糖酶溶液(mL)
—
1
—
1
—
1
质量分数为2%的α­淀粉酶溶液(mL)
1
—
1
—
1
—
反应温度(℃)
0
0
60
60
100
100
碘液
2滴
2滴
2滴
2滴
2滴
2滴
注：表中“—”表示没有添加。
A．淀粉溶液的用量是无关变量
B．①②两组实验可用于验证酶的专一性
C．②④⑥三组实验可说明温度能影响酶活性
D．设计上述实验的目的是验证酶的专一性
A　[根据表格数据可知，该实验的自变量是酶的种类和温度，所以淀粉溶液的用量是无关变量，A正确；①②两组实验的温度不是适宜温度，此温度下酶不能正常发挥作用，所以不能用于验证酶的专一性，B错误；蔗糖酶不能催化淀粉水解，故②④⑥不能说明温度能影响酶活性，C错误；该实验的目的是探究温度对酶活性的影响以及验证酶的专一性，D错误。]
提升点3　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


1．(2021·湖北选择性考试模拟)甲同学从某哺乳动物的胃液中分离出了一种酶。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 ℃
A．A　 B．B　　　
C．C　 D．D
C　[哺乳动物的胃中存在胃酸，pH呈酸性，故选取的pH范围应该是1～6，哺乳动物的体温和人类的体温相近，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合理，A、B、D不合理。]
2．(2022·成都联考)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(　　)
试管
实验温度
3%淀粉溶液
1%α­淀粉酶溶液
1 min后碘液检测
1
50 ℃
2 mL
1 mL
溶液呈棕黄色
2
55 ℃
2 mL
1 mL
溶液呈棕黄色
3
60 ℃
2 mL
1 mL
溶液呈棕黄色
A．将实验温度改为0 ℃、55 ℃、100 ℃
B．将淀粉溶液体积改为4 mL
C．将α­淀粉酶溶液浓度改为2%
D．将碘液改为斐林试剂
B　[验证α­淀粉酶的最适温度是55 ℃，如果将实验温度设置为0 ℃、55 ℃、100 ℃，因为温度梯度过大，实验结果不能说明酶的最适温度是55 ℃，A错误；分析实验结果可知，三组实验反应一段时间后，滴加碘液都不变蓝色，说明淀粉都完全水解，因此可以通过增加淀粉溶液的浓度、减小酶的浓度或用量、缩短反应时间等进行改进，B正确；若将α­淀粉酶溶液浓度改为2%，淀粉会在更短时间内完全水解，滴加碘液都不变蓝色，C错误；斐林试剂检测还原糖需要水浴加热，会破坏设置的温度条件，D错误。]
3．(2022·海南海口模拟)脲酶能够将尿素分解成二氧化碳和氨(氨溶于水后形成铵根离子)。某研究人员利用一定浓度的尿溶液进行了铜离子对脲酶活性的影响实验，得到如图所示结果。请回答下列问题：

(1)1917年，美国科学家萨姆纳从刀豆种子中提取了脲酶的结晶，并用多种方法证明了脲酶的化学本质是________________。
(2)图示实验的自变量为__________________。实验结果表明，随着铜离子浓度的升高，脲酶的活性____________。图中显示，脲酶作用的最适温度范围是________℃。为了进一步探究脲酶作用的最适温度，请写出实验设计的基本思路：
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)萨姆纳从刀豆种子中提取了脲酶的结晶，并用多种方法证明脲酶是蛋白质。(2)图中温度和铜离子浓度是实验中人为改变的量，是自变量。实验结果表明，随着铜离子浓度的升高，产生的铵根离子减少，说明脲酶的活性降低。图中显示，脲酶在50 ℃时的活性最高，所以脲酶作用的最适温度范围是40～60 ℃。为了进一步探究脲酶作用的最适温度，在不加入铜离子(或铜离子浓度一定)的情况下，在温度为40～60 ℃范围内设置更小的温度梯度进行实验，测定尿素分解速率，尿素分解速率最快时的温度为脲酶作用的最适温度。
[答案]　(1)蛋白质　(2)温度和铜离子浓度　降低　40～60　在不加入铜离子(或铜离子浓度一定)的情况下，在温度为40～60 ℃范围内设置更小的温度梯度进行实验，测定尿素分解速率
提升点4　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。

1．若除酶外所有试剂已预保温，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
C　[在测定酶活力的实验中，需要保证pH和温度均相同且适宜，故缓冲液应在加入底物和酶之前加入，只有C项符合要求。]
2．(2022·陕西西安模拟节选)木瓜蛋白酶是一种在酸性、中性、碱性环境下均能分解蛋白质的蛋白酶，因此广泛应用于食品加工业中。木瓜蛋白酶的提取工艺流程如下：4 ℃组织匀浆→上清液
沉淀物(粗酶制剂)→测酶活力(单位：U)。
某兴趣小组分别对酶保护剂浓度、提取液pH进行了探究实验。测定蛋白酶活力可用______________来表示。初步探究结果表明酶保护剂浓度在0.02～0.06 mol/L范围内，酶活力较高，提取液pH在6.0～8.0范围内，酶活力较高。若以“探究酶保护剂的最适浓度”为探究课题。请设计表格记录结果。
[解析]　酶活力一般用单位时间内底物的消耗量(或产物的生成量)来表示。实验设计，应该明确实验目的：探究酶保护剂的最适浓度，则该实验的自变量为酶保护剂的浓度，因变量为单位时间内底物的消耗量(或产物的生成量)，从而设计表格如下：

酶保护剂的浓度(mol/L)
单位时间内底物的消
耗量(或产物的生成量)
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06





[答案]　单位时间内底物的消耗量(或产物的生成量)

酶保护剂的浓度(mol/L)
单位时间内底物的消耗量(或产物的生成量)
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06