第30讲-与酶的特性有关的实验探究

1第30讲与酶的特性有关的实验探究1.探究影响酶活性的因素(1)归纳对照实验设计的一般步骤(2)指出本实验中的自变量和无关变量(3)指出本实验中的因变量及其检测指标(4)归纳实验设计应遵循的原则1.酶的高效性的实验探究酶的高效性是指与无机催化剂相比，酶的催化效应更高。以Fe3+和过氧化氢酶催化H2O2分解为例：变量分析：实验过程中可以变化的因素称为变量。其中人为改变的变量称为自变量。随着自变量的变化而变化的变量称为因变量。实验过程中可能还会存在一些可变因素，对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。对于自变量，要操纵其变化，对于因变量要观察或测量其变化，对于无关变量要加以控制，做到相同且适宜。根据这一实验，我们可以总结和理解实验设计的原则：1、科学性原则：所谓科学性，是指实验目的要明确，实验原理要正确，实验材料和实验手段的选择要恰当，整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离生物学基本知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则。分析问题、设计实验的全面性和科学性体现了逻辑思维的严密性。科学性原则：包括实验原理的科学性、实验材料选择的科学性、实验方法的科学性、实验结果处理的科学性。①实验原理的科学性2实验原理是实验设计的依据，也是用来检验和修正实验过程中失误的依据，因此它必须是经前人总结或经科学检验得出的科学理论。②实验材料选择的科学性根据实验目的和实验原理选择恰当的实验材料，是保证实验达到预期结果的关键因素之一。如孟德尔选择豌豆为实验材料，“还原性糖鉴定实验”中以苹果或雪梨细胞组织液为材料，以及“植物细胞质壁分离与复原”实验中以紫色洋葱为实验材料等实验都是一些经典的成功选材的范例。③实验方法的科学性只有科学而严谨的实验方法，才能得出正确而可靠的实验结果。如在光合作用强度的检测实验中用绿光灯照射可看成是黑暗条件，在鉴定光合作用产物实验中，要对植物进行饥饿处理。④实验结果处理的科学性对于实验过程中得到的一些数据，现象或其它信息，不能简单处理，应首先整理后仔细分析，找出它们所能够透露给我们的最大信息量。2.对照性原则：科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了，且使实验结论更有说服力。实验中的无关变量很多（同一种实验结果可能会被多种不同的实验因素所引起），必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验结果的影响，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。（1）如何设置对照实验：所谓对照实验是指除所控因素外其它条件与被对照实验完全相等的实验。对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证“其它条件的完全相等”。具体来说有如下四个方面：①所有用生物材料要相同：所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同。②所用实验器具要相同：试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样。③所用实验试剂要相同：试剂的成分、浓度、体积要相同。尤其要注意体积上等量的问题。④所用处理方法要相同如：保温或冷却：光照或黑暗；搅拌或振荡都要一致。有时尽管某种处理对对照实验来说，看起来似乎是毫无意义的，但最好还是要作同样的处理。（2）设置对照组有4种方法：①空白对照：即不给对照组做任何处理。例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉水解”的实验中，实验组滴加了唾液淀粉酶液，而对照组只加了等量的蒸馏水，起空白对照。②条件对照：即虽给对照组施以部分实验因素，但不是所研究的实验处理因素。这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理，目的是通过得出两种相对立的结论，以验证实验结论的正确性。③自身对照：指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不再另外设置对照组，例如“质壁分离与复原”实验。自身对照简便，但关键要看清楚实验处理前后的现象及变化差异。④相互对照（对比）：不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照。即实验与对照在同一对象上进行。这种方法常用于等组实验中。“植物向光性”实验中，利用若干组燕麦胚芽的不同条件处理的实验组之间的对照，说明了生长素与植物生长弯曲的关系。本实验用的就是相互对照，也称对比实验。3.单因素变量原则单因素变量原则，强调的是实验组和对照组相比只能有一个变量，只有这样当实验组和对照组出现不同结果时，才能确定造成这种不同结果的原因肯定是这个变量造成的，从而证明实验组所给实验因素的作用，因此在设计对照组实验时首先要确定变量并加以正确设置，所要验证的中心条件即为变量。如要验证光合作用需要光则应将光作为变量；要验证光合作用需二氧化碳则把二氧化碳作为变量等等。4.等量性原则等量性原则强调的是除了实验变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量必须严格控制等量即相同，以平衡和消除无关变量对结果的影响，需要强调的是这些无关变量在进行严格控制时，不但要等量，而且是在适宜条件下的等量，常态条件下的等量。如在探索PH对酶活性影响的实验中，单一变量是PH，除PH之3外的其他一切对酶活性有影响的无关变量不但要严格控制等量，而且要适宜的量，如对温度的控制不但要相同，而且要适宜，即要给予酶活性所需的适宜的温度，而不能控制在低温或高温条件下的等量。2.酶的专一性的实验探究①设计方案3.温度对酶活性的影响的实验探究步骤项目试管1试管1′试管2试管2′试管3试管3′1加入可溶性淀粉溶液2mL2mL2mL2加入新配制的α-淀粉酶溶液1mL1mL1mL3放置在不同温度环境中0℃0℃100℃100℃60℃60℃4淀粉溶液与α-淀粉酶溶液混合混合混合混合5完成反应5min5min5min6滴入碘液2滴2滴2滴7观察结果变蓝变蓝不变蓝思考：（1）为什么不宜选用过氧化氢酶催化过氧化氢分解?（2）为什么不选用斐林试剂进行检测?4.pH对酶活性的影响的实验探究步骤项目试管1试管2试管31注入等量过氧化氢酶溶液2滴2滴2注入不同pH的溶液1mL蒸馏水1mL盐酸1mLNaOH溶液3注入等量的H2O2溶液2mL2mL2mL4观察现象有大量气泡产生几乎无气泡产生几乎无气泡产生思考：（1）为什么不选用淀粉酶催化淀粉的水解1.酸会使淀粉水解，影响实验结果。2.碘会和NAOH反应，Cu(OH)2会和HCl反应影响实验结果的检测。（2）步骤2和步骤3能不能颠倒顺序?根据上述两个实验总结这类实验的操作步骤。第一，分组、编号，加底物；第二，自变量处理；4第三，等量处理（加酶、加检测试剂等）；第四，观察记录实验数据和现象；第五，分析结果，得出结论。【例1】(2016·江苏卷，8)过氧化物酶能分解H2O2，氧化焦性没食子酸呈橙红色。为探究白菜梗中是否存在过氧化物酶，设计实验如下表。下列相关叙述正确的是()管号1%焦性没食子酸/mL2%H2O2/mL缓冲液/mL过氧化物酶溶液/mL白菜梗提取液/mL煮沸冷却后的白菜梗提取液/mL1222－－－222－2－－322－－2－422－－－2A.1号管为对照组，其余不都是实验组B.2号管为对照组，其余都为实验组C.若3号管显橙红色，无需对照就能证明白菜梗中存在过氧化物酶D.若4号管不显橙红色，表明白菜梗中无过氧化物酶【例2】(2016·全国课标卷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【例3】(2012·全国卷)某同学为了探究pH对人唾液淀粉酶活性的影响，设计了如下实验步骤：①在A、B、C、D、E5支试管中分别加入pH5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的适宜浓度缓冲液5mL，再分别加入质量分数为1%的淀粉液1mL。②各试管中分别加入适当浓度的唾液稀释液1mL，摇匀。③将5支试管放入70℃恒温水浴中，保温时间相同且合适。④取出各试管，分别加入斐林试剂2mL，摇匀。⑤观察各试管溶液的颜色，通过颜色深浅判断唾液淀粉酶作用的最适pH。上述实验步骤中有2处错误，请更正并说明更正的理由(不考虑试剂的浓度和加入量、pH梯度以及实验重复次数)，以便实验能得到正确的预期结果。(1)_______________________________________________________。(2)_______________________________________________________。【例4】(2013·课标Ⅱ，29)已知大麦在萌发过程中可以产生α淀粉酶，用GA(赤霉素)溶液处理大麦可使其不用发芽就产生α淀粉酶。为验证这一结论，某同学做了如下实验：试管号GA溶液缓冲液水半粒种子10个实验步骤实验结果步骤1步骤21011带胚25℃保温24h后去除种子，在各试管中分别加入1mL淀粉液25℃保温10min后各试管中分别加入1mL碘液，混匀后观察溶液颜色深浅＋＋2011去胚＋＋＋＋30.210.8去胚＋＋40.410.6去胚＋50.410.6不加种子＋＋＋＋注：实验结果中“＋”越多表示颜色越深，表中液体量的单位均为mL。回答下列问题：5(1)α淀粉酶催化___________水解可生成二糖，该二糖是_____________。(2)综合分析试管1和2的实验结果，可以判断反应后试管1溶液中的淀粉量比试管2中的________，这两支试管中淀粉量不同的原因是__________________________________________。(3)综合分析试管2、3和5的实验结果，说明在该实验中GA的作用是________________________________。(4)综合分析试管2、3和4的实验结果，说明_________________。【本讲答案】1.A2.C3.(1)③中70℃应改为37℃。因为人唾液淀粉酶作用的最适温度为37℃(2)在观察各试管中溶液的颜色之前应将各试管放在沸水浴中一段时间。因为在高温条件下斐林试剂与还原糖反应显色4.(1)淀粉麦芽糖(2)少带胚的种子保温后能够产生α－淀粉酶，使淀粉水解(3)诱导种子生成α－淀粉酶(4)GA浓度高对α－淀粉酶的诱导效果好