1、高考提分微课(一)与酶相关的实验探究-2-一 二 一、“三法”探究与酶相关的实验 1.试剂检测法鉴定酶的本质(1)设计思路 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常常是变相地考查蛋白质或RNA的鉴定方法。因此,可以利用鉴定蛋白质或者RNA的原理设计实验方案进而鉴定酶的本质。-3-一 二(2)实验方案、现象及结论 -4-一 二 典例1某兴趣小组围绕酶的特性进行如下两个实验:实验一:已知酚氧化酶的本质为蛋白质,能使无色的酚氧化为褐色,比如酚氧化酶可引起果蔬酶促褐变,也是引起果汁褐变的最主要因素
2、。将含有酚氧化酶的提取液分装在甲、乙、丙三支试管内,然后进行以下操作:第一步,甲试管不做处理,乙试管加入蛋白酶,丙试管滴加强酸物质。第二步,10 min后,向每支试管内分别加入2 mL缓冲液。第三步,再向每支试管内加入2 mL酚类物质,并观察三支试管内溶液的颜色变化。-5-一 二(1)预测实验结果:甲、乙、丙三支试管内的颜色分别为 、。(2)实验分析:试管甲、丙对照,可得出的结论是 。(3)知识拓展: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 实验二:验证淀粉酶的专一性,设计以下三种方案。各组试管的添加物质 鉴定试剂 方案一 一组试管内加淀粉酶和淀粉,另一组试管内
3、加淀粉酶和蔗糖 碘液 方案二 一组试管内加淀粉酶和淀粉,另一组试管内加淀粉酶和蔗糖 斐林试剂 方案三 一组试管内加淀粉酶和淀粉,另一组试管内加蔗糖酶和淀粉 碘液 (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)褐色 无色 无色(2)强酸使酶失去活性(3)需要 需要(4)该方案所用的碘液不能检测蔗糖是否被水解 该方案只能验证酶具有专一性,但不能验证特定酶的专一性 解析:实验一:(1)已知酚氧化酶的本质是蛋白质,能使无色的酚氧化生成褐色的物质,甲试管只含有酚氧化酶和酚类物质,酚氧化酶能使无色的酚氧化生成褐色的物质,因此试管中呈现褐色;乙试管含有酚氧化酶和加入蛋白酶,
4、蛋白酶催化酚氧化酶分解,因此试管中只呈现酚类物质的颜色,即无色;丙试管含有酚氧化酶,并滴加强酸物质,强酸使酶失去活性,因此试管中只呈现酚类物质的颜色。-8-一 二(2)实验分析:试管甲、丙不同的是丙试管中加了强酸,形成对照实验,丙试管中呈现无色,可得出的结论是强酸使酚氧化酶失去活性。(3)酚氧化酶的化学本质是蛋白质,其合成需要酶的催化,同时需要ATP提供能量。实验二:(4)淀粉被淀粉酶催化分解了,因此一组用碘液鉴定,不能呈现蓝色。蔗糖与碘液不会发生颜色反应,也不会呈现蓝色。这样不能检测酶的专一性。本实验中用碘液能检测出淀粉有没有被分解,但碘液不能检测蔗糖有没有被分解,故本实验可用斐林试剂检测,
5、而不可用碘液检测。本实验是验证淀粉酶的专一性,因此不能用淀粉酶和蔗糖酶两种酶来进行实验,如方案三的设计,只能证明酶具有专一性,而不是淀粉酶具有专一性。-9-一 二 2.用“对比实验法”探究或验证酶的高效性、专一性及影响酶活性的因素(1)验证酶的高效性 设计思路 验证酶高效性的方法是“对比法”,自变量为不同类型催化剂,因变量为底物的反应速率。-10-一 二 实验方案、现象及结论 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)酶的专一
6、性的实验探究方法对比法 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。-11-一 二 设计方案、现象及结论 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 酶具有专一性 -12-一 二 典例2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。请回答以下问题:(1)写出鉴定此物
7、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,研究人员设计了下图所示的实验过程,请预测可能的实验结果。-13-一 二 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。答案 解析 解析 关闭(1)蛋白质
8、与双缩脲试剂发生作用,会产生紫色反应;不溶于水的蛋白质在蛋白酶的催化下可以水解为溶于水的多肽、氨基酸。(2)葡萄糖是还原糖而蔗糖是非还原糖,但蔗糖分解的产物为还原糖,若两支试管都出现砖红色沉淀,则该物质是能催化蔗糖分解的酶;若两支试管都不出现砖红色沉淀,说明蔗糖没有被分解而葡萄糖被分解,故该物质是能催化葡萄糖分解的酶。(3)设计实验的基本思路:先确定系列温度梯度,再找出其中砖红色沉淀最少的两支试管,根据它们所对应的温度,在这两个温度值之间设置差值更小的系列温度梯度。答案 解析 关闭(1)用双缩脲试剂处理 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(3)系列温度梯度
9、差值更小的系列温度梯度-14-一 二 3.梯度法探究酶的最适温度和最适pH(1)设计思路 组别编号 1 2 n 实验材料 等量的同种底物 pH a1 a2 an 温 度 T1 T2 Tn 衡量指标 相同时间内,各组酶促反应中生成物量的多少,或底物剩余的多少 实验结论 生成物量最多的一组,或底物剩余最少的一组所处温度(或 pH)为最适温度(或 pH)-15-一 二(2)实验操作 探究酶的最适温度:-16-一 二 探究酶的最适pH:H2O2溶液+pH1酶液H2O2溶液+pH2酶液H2O2溶液+pH酶液 O2 的产生速率-17-一 二 典例3(2016河北冀州一模,29)受损伤的马铃薯细胞内酚氧化酶
10、(PPO)和底物(酚类物质)直接接触,引起马铃薯的褐变,为探究温度对PPO活性的影响,实验小组进行如下实验:(1)PPO粗提液的提取:低温下将新鲜马铃薯用蒸馏水洗净、去皮,取20 g样品放入含50 mL磷酸缓冲液(pH为5.5)的研钵中,同时加入少量石英砂,研磨、离心,上清液即为PPO的粗提液,加缓冲液研磨的目的是 。-18-一 二(2)不同温度下PPO活性的测定 步骤顺序 试管1 试管2 试管3 试管4 试管5 试管6 试管7 试管8 PPO 粗提液 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 酚类底物 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 反应 混合振荡 混合振荡 混合振荡 混合振荡 温度预
11、处理(5 min)0 15 30 45 保温时间 5 min 5 min 5 min 5 min 记录结果+(注:反应底物充足;实验结果中“+”越多褐色越深)-19-一 二 实验步骤顺序有不妥之处,请改正 。实验结果表明:15 和30 温度条件,PPO具有相同的活性,从酶的特性分析其原因是 。为进一步探究PPO最适温度,应在 范围内设置温度梯度。答案 解析 解析 关闭(1)酶容易变性失活,所以缓冲液是为了维持pH,保证PPO的活性。(2)“反应”的步骤应改在“温度预处理”之后。15 和30 温度条件,PPO具有相同的活性,从酶的特性分析其原因是温度对酶活性的影响呈倒钟型,在酶的最适温度前后有相
12、同的催化效率。由表可知在15 和30 时酶活性较高,因为褐色最深,所以为进一步探究PPO最适温度,应在1530 之间范围内设置更小的温度梯度。答案 解析 关闭(1)维持pH,保持PPO的活性(防止PPO失活,一定要写到“PPO活性”)(2)“反应”步骤改在“温度预处理”之后 在酶的最适温度前后,可以有相同的催化效率(答题给分点“要写到酶有最适温度”和“最适温度前后”)1530-20-一 二 二、与酶相关的探究实验设计及分析 1.与酶相关的探究实验设计 设置对照实验可以排除无关变量的干扰,增加实验的可信度。要想正确设置对照,自变量的确定是关键。-21-一 二 2.与酶相关探究实验设计策略(1)探
13、究酶的高效性:应合理设计对照实验,严格控制实验变量。(2)探究酶的专一性:设计实验首先确认变量。淀粉、蔗糖,水解的速率即因变量,从因变量入手推知自变量对因变量影响的程度或它们之间的关系。淀粉、蔗糖在实验过程中的浓度、用量,淀粉酶的浓度、用量、水解过程的温度等都为无关变量,需加以控制,以排除其对实验结果的影响。(3)探究温度对酶活性的影响:研究温度(自变量)对某一特定反应的影响时,要在其他因素(无关变量)相同的条件下进行。观察不同的自变量(不同的温度)对特定反应的影响结果(因变量),以便对实验结果(自变量与因变量关系)进行科学的分析。-22-一 二 典例4(2016广西玉林陆川中学月考,9)下面
14、的表格分别是某兴趣小组探究温度对酶活性影响的实验步骤和探究某种过氧化氢酶的最适pH的实验结果。探究温度对酶活性影响的实验(实验一)实验步骤 分组 甲组 乙组 丙组 淀粉酶溶液 1 mL 1 mL 1 mL 可溶性淀粉溶液 5 mL 5 mL 5 mL 控制温度 0 60 90 将新鲜淀粉酶溶液与可溶性淀粉溶液混合后分别恒温 测定单位时间内淀粉的 -23-一 二 探究某种过氧化氢酶的最适 pH 的实验(实验二)组 别 A 组 B 组 C 组 D 组 E 组 pH 5 6 7 8 9 H2O2 溶液完全分解所需时间(s)300 180 90 192 284 -24-一 二 据此回答下列问题。(1)
15、在实验一中,pH属于 变量。(2)实验一的步骤为错误操作,正确的操作应该是 。(3)实验一的第步最好选用 (试剂)测定单位时间内淀粉的 。(4)如将实验一的新鲜淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液,你认为是否科学?,为什么?。(5)分析实验二的结果,可得到的结论是 ;在该预实验的基础上要进一步探究该过氧化氢酶的最适pH,可在pH为 之间设置更小的梯度进行研究。答案 解析 解析 关闭(1)实验一是探究温度对酶活性的影响,因此pH属于实验中的无关变量。(2)实验一中先让淀粉酶与淀粉溶液混合,没有控制温度,淀粉会发生水解作用影响实验结果。(3)实验一中用碘比用斐林试剂检测结果好,用斐林试剂需要加热,加热会影响实验结果。(4)实验一中温度会影响H2O2的分解,所以探究温度影响酶活性实验一般不用底物H2O2。(5)实验二表明在pH为7时,酶催化效率较高。答案 解析 关闭(1)无关(2)将新鲜淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别恒温后再混合(其他合理答案也可)(3)碘液 剩余量(4)不科学 因为温度会直接影响H2O2溶液的分解(5)该过氧化氢酶的最适pH约为7,pH过低或过高酶活性均降低(或在pH 57的范围内随pH的升高该过氧化氢酶活性升高,在pH 79的范围内随pH的升高该过氧化氢酶活性降低)68
