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1、高考提分微課高考提分微課(一一)與酶相關的實驗探究與酶相關的實驗探究-2-一二一、“三法”探究與酶相關的實驗1.試劑檢測法鑒定酶的本質(1)設計思路從酶的化學本質上來講,絕大多數(shù)的酶是蛋白質,少數(shù)的酶是RNA。在高中教材中常見的一些酶,如淀粉酶、蛋白酶等,其本質都是蛋白質,所以對酶本質的鑒定常常是變相地考查蛋白質或RNA的鑒定方法。因此,可以利用鑒定蛋白質或者RNA的原理設計實驗方案進而鑒定酶的本質。-3-一二(2)實驗方案、現(xiàn)象及結論-4-一二典例1某興趣小組圍繞酶的特性進行如下兩個實驗:實驗一:已知酚氧化酶的本質為蛋白質,能使無色的酚氧化為褐色,比如酚氧化酶可引起果蔬酶促褐變,也是引起果汁

2、褐變的最主要因素。將含有酚氧化酶的提取液分裝在甲、乙、丙三支試管內,然后進行以下操作:第一步,甲試管不做處理,乙試管加入蛋白酶,丙試管滴加強酸物質。第二步,10 min后,向每支試管內分別加入2 mL緩沖液。第三步,再向每支試管內加入2 mL酚類物質,并觀察三支試管內溶液的顏色變化。-5-一二(1)預測實驗結果:甲、乙、丙三支試管內的顏色分別為、。(2)實驗分析:試管甲、丙對照,可得出的結論是。(3)知識拓展:酚氧化酶的合成是否需要酶的催化?;是否需要ATP提供能量?。-6-一二實驗二:驗證淀粉酶的專一性,設計以下三種方案。(4)方案一不可行的原因是;方案三不可行的原因是。-7-一二答案:(1

3、)褐色無色無色(2)強酸使酶失去活性(3)需要需要(4)該方案所用的碘液不能檢測蔗糖是否被水解該方案只能驗證酶具有專一性,但不能驗證特定酶的專一性解析:實驗一:(1)已知酚氧化酶的本質是蛋白質,能使無色的酚氧化生成褐色的物質,甲試管只含有酚氧化酶和酚類物質,酚氧化酶能使無色的酚氧化生成褐色的物質,因此試管中呈現(xiàn)褐色;乙試管含有酚氧化酶和加入蛋白酶,蛋白酶催化酚氧化酶分解,因此試管中只呈現(xiàn)酚類物質的顏色,即無色;丙試管含有酚氧化酶,并滴加強酸物質,強酸使酶失去活性,因此試管中只呈現(xiàn)酚類物質的顏色。-8-一二(2)實驗分析:試管甲、丙不同的是丙試管中加了強酸,形成對照實驗,丙試管中呈現(xiàn)無色,可得出

4、的結論是強酸使酚氧化酶失去活性。(3)酚氧化酶的化學本質是蛋白質,其合成需要酶的催化,同時需要ATP提供能量。實驗二:(4)淀粉被淀粉酶催化分解了,因此一組用碘液鑒定,不能呈現(xiàn)藍色。蔗糖與碘液不會發(fā)生顏色反應,也不會呈現(xiàn)藍色。這樣不能檢測酶的專一性。本實驗中用碘液能檢測出淀粉有沒有被分解,但碘液不能檢測蔗糖有沒有被分解,故本實驗可用斐林試劑檢測,而不可用碘液檢測。本實驗是驗證淀粉酶的專一性,因此不能用淀粉酶和蔗糖酶兩種酶來進行實驗,如方案三的設計,只能證明酶具有專一性,而不是淀粉酶具有專一性。-9-一二2.用“對比實驗法”探究或驗證酶的高效性、專一性及影響酶活性的因素(1)驗證酶的高效性設計思

5、路驗證酶高效性的方法是“對比法”,自變量為不同類型催化劑,因變量為底物的反應速率。-10-一二實驗方案、現(xiàn)象及結論(2)酶的專一性的實驗探究方法對比法設計思路:常見的方案有兩種,即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同,最后通過觀察酶促反應能否進行得出結論。-11-一二設計方案、現(xiàn)象及結論-12-一二典例2研究人員從一種野生植物的貯藏根中提取出一種化學物質,有人認為這是一種能催化葡萄糖分解的酶,有人認為這是一種能催化蔗糖分解的酶。請回答以下問題:(1)寫出鑒定此物質的化學本質是否是蛋白質的兩種方法:第一種鑒定方法:。第二種鑒定方法:。(2)為了探究此物質是催化葡萄糖分解的酶還是催化蔗糖分解的酶,研

6、究人員設計了下圖所示的實驗過程,請預測可能的實驗結果。-13-一二水浴加熱后,如果,說明該物質是能催化蔗糖分解的酶;如果,則說明該物質是能催化葡萄糖分解的酶。(3)若以上實驗完成后,已經(jīng)確定其為催化葡萄糖分解的酶,且化學本質是蛋白質,現(xiàn)需要確定其催化作用的最適溫度,設計實驗的基本思路是先確定,再參照上圖中甲試管的處理方法進行預實驗。實驗結束后,再在其中磚紅色沉淀最少的兩支試管所對應的溫度區(qū)間內,設置,重復進行實驗。答案解析解析關閉(1)蛋白質與雙縮脲試劑發(fā)生作用,會產生紫色反應;不溶于水的蛋白質在蛋白酶的催化下可以水解為溶于水的多肽、氨基酸。(2)葡萄糖是還原糖而蔗糖是非還原糖,但蔗糖分解的產

7、物為還原糖,若兩支試管都出現(xiàn)磚紅色沉淀,則該物質是能催化蔗糖分解的酶;若兩支試管都不出現(xiàn)磚紅色沉淀,說明蔗糖沒有被分解而葡萄糖被分解,故該物質是能催化葡萄糖分解的酶。(3)設計實驗的基本思路:先確定系列溫度梯度,再找出其中磚紅色沉淀最少的兩支試管,根據(jù)它們所對應的溫度,在這兩個溫度值之間設置差值更小的系列溫度梯度。答案解析關閉(1)用雙縮脲試劑處理用蛋白酶處理(2)兩支試管均出現(xiàn)磚紅色沉淀兩支試管均不出現(xiàn)磚紅色沉淀(3)系列溫度梯度差值更小的系列溫度梯度-14-一二3.梯度法探究酶的最適溫度和最適pH(1)設計思路-15-一二(2)實驗操作探究酶的最適溫度:-16-一二探究酶的最適pH:-17

8、-一二典例3(2016河北冀州一模,29)受損傷的馬鈴薯細胞內酚氧化酶(PPO)和底物(酚類物質)直接接觸,引起馬鈴薯的褐變,為探究溫度對PPO活性的影響,實驗小組進行如下實驗:(1)PPO粗提液的提取:低溫下將新鮮馬鈴薯用蒸餾水洗凈、去皮,取20 g樣品放入含50 mL磷酸緩沖液(pH為5.5)的研缽中,同時加入少量石英砂,研磨、離心,上清液即為PPO的粗提液,加緩沖液研磨的目的是。-18-一二(2)不同溫度下PPO活性的測定(注:反應底物充足;實驗結果中“+”越多褐色越深)-19-一二 實驗步驟順序有不妥之處,請改正。實驗結果表明:15 和30 溫度條件,PPO具有相同的活性,從酶的特性分

9、析其原因是。為進一步探究PPO最適溫度,應在范圍內設置溫度梯度。答案解析解析關閉(1)酶容易變性失活,所以緩沖液是為了維持pH,保證PPO的活性。(2)“反應”的步驟應改在“溫度預處理”之后。15 和30 溫度條件,PPO具有相同的活性,從酶的特性分析其原因是溫度對酶活性的影響呈倒鐘型,在酶的最適溫度前后有相同的催化效率。由表可知在15 和30 時酶活性較高,因為褐色最深,所以為進一步探究PPO最適溫度,應在1530 之間范圍內設置更小的溫度梯度。答案解析關閉(1)維持pH,保持PPO的活性(防止PPO失活,一定要寫到“PPO活性”)(2)“反應”步驟改在“溫度預處理”之后在酶的最適溫度前后,

10、可以有相同的催化效率(答題給分點“要寫到酶有最適溫度”和“最適溫度前后”)1530-20-一二二、與酶相關的探究實驗設計及分析1.與酶相關的探究實驗設計設置對照實驗可以排除無關變量的干擾,增加實驗的可信度。要想正確設置對照,自變量的確定是關鍵。-21-一二2.與酶相關探究實驗設計策略(1)探究酶的高效性:應合理設計對照實驗,嚴格控制實驗變量。(2)探究酶的專一性:設計實驗首先確認變量。淀粉、蔗糖,水解的速率即因變量,從因變量入手推知自變量對因變量影響的程度或它們之間的關系。淀粉、蔗糖在實驗過程中的濃度、用量,淀粉酶的濃度、用量、水解過程的溫度等都為無關變量,需加以控制,以排除其對實驗結果的影響

11、。(3)探究溫度對酶活性的影響:研究溫度(自變量)對某一特定反應的影響時,要在其他因素(無關變量)相同的條件下進行。觀察不同的自變量(不同的溫度)對特定反應的影響結果(因變量),以便對實驗結果(自變量與因變量關系)進行科學的分析。-22-一二典例4(2016廣西玉林陸川中學月考,9)下面的表格分別是某興趣小組探究溫度對酶活性影響的實驗步驟和探究某種過氧化氫酶的最適pH的實驗結果。-23-一二-24-一二據(jù)此回答下列問題。(1)在實驗一中,pH屬于變量。(2)實驗一的步驟為錯誤操作,正確的操作應該是。(3)實驗一的第步最好選用(試劑)測定單位時間內淀粉的。(4)如將實驗一的新鮮淀粉酶溶液和可溶性

12、淀粉溶液換為新鮮肝臟研磨液和H2O2溶液,你認為是否科學?,為什么?。(5)分析實驗二的結果,可得到的結論是;在該預實驗的基礎上要進一步探究該過氧化氫酶的最適pH,可在pH為之間設置更小的梯度進行研究。答案解析解析關閉(1)實驗一是探究溫度對酶活性的影響,因此pH屬于實驗中的無關變量。(2)實驗一中先讓淀粉酶與淀粉溶液混合,沒有控制溫度,淀粉會發(fā)生水解作用影響實驗結果。(3)實驗一中用碘比用斐林試劑檢測結果好,用斐林試劑需要加熱,加熱會影響實驗結果。(4)實驗一中溫度會影響H2O2的分解,所以探究溫度影響酶活性實驗一般不用底物H2O2。(5)實驗二表明在pH為7時,酶催化效率較高。答案解析關閉(1)無關(2)將新鮮淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分別恒溫后再混合(其他合理答案也可)(3)碘液剩余量(4)不科學因為溫度會直接影響H2O2溶液的分解(5)該過氧化氫酶的最適pH約為7,pH過低或過高酶活性均降低(或在pH 57的范圍內隨pH的升高該過氧化氫酶活性升高,在pH 79的范圍內隨pH的升高該過氧化氫酶活性降低)68