2019-2020年新教材高中生物 第5章 素能提升课 酶的相关设计和分析教案 新人教版必修1

酶的相关设计和分析[核心精要]一、酶相关实验设计中的“酶解法”1．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。其必须保持正常的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。设计方案如右图：2．实验设计中也可用酶催化底物分解，根据底物的变化，来证明酶的作用。二、酶相关实验设计中的“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三、酶相关实验设计中的“梯度法”“梯度法”探究酶的最适温度或最适pH1．设计思路底物t1温度(或pH1)下＋酶t1温度(或pH1)下底物t2温度(或pH2)下＋酶t2温度(或pH2)下⋮⋮⋮底物tn温度(或pHn)下＋酶tn温度(或pHn)下――→检测底物的分解量（或剩余量）或产物的生成量2．设计方案[对点训练]1．下列有关酶特性的实验设计思路，正确的是()A．用淀粉酶和淀粉、蔗糖验证酶的专一性时，选用碘液作为检测试剂B．用过氧化氢和新鲜的猪肝研磨液、氯化铁溶液来验证酶的高效性C．以过氧化氢为底物，探究温度对过氧化氢酶活性的影响D．探究胃蛋白酶的最适pH时，先将其加入蛋清中再加入缓冲液B[用淀粉酶和淀粉、蔗糖验证酶的专一性时，不宜选用碘液作为检测试剂，因为碘液不能检测蔗糖是否水解，应用斐林试剂检测，A项错误；不能以过氧化氢为底物，探究温度对过氧化氢酶活性的影响，因为过氧化氢在加热时分解加快，自变量控制不准确，C项错误；探究胃蛋白酶的最适pH时，将其加入蛋清中再加入缓冲液，酶与底物一旦混合，反应就开始了，应先加缓冲液再加入蛋清，D项错误。]2．取经过编号的5支试管分别加入2mL0.5mol/L的过氧化氢溶液，进行如下实验，根据实验内容，下列说法正确的是()试管编号12345加入物质适量唾液锈铁钉生土豆块熟土豆块生土豆块＋稀盐酸实验结果几乎无气泡少量气泡大量气泡几乎无气泡几乎无气泡A．说明酶具有高效性的是3号和4号实验B．1号和3号对照不能说明酶有专一性C．各组实验都不能体现酶的活性与温度之间的关系D．3号和5号对照可以说明酶的活性受pH的影响D[证明酶具有高效性需对比无机催化剂与酶的催化作用，2号和3号实验可证明酶具有高效性，A错误；1号和3号分别用唾液淀粉酶和过氧化氢酶与过氧化氢溶液反应，两组实验结果对照可说明酶具有专一性，B错误；3号和4号的实验结果说明高温会使酶活性降低，C错误；3号和5号的实验结果可以说明pH降低会使酶活性降低，D正确。]3．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。4．普通淀粉酶的最适温度在40～60℃之间，而极端耐热淀粉酶在100℃仍能保持较高的活性，因此在生产上具有更为广泛的应用前景。请回答有关问题：(1)要鉴定该酶的化学本质，可将该酶液与________混合，若反应液呈________色，则该酶的化学本质为蛋白质。(2)测定淀粉酶活性时，应选择________作为该酶作用的底物，反应液中应加入________溶液以维持其酸碱度稳定。(3)设计实验测定极端耐热淀粉酶起催化作用的最适温度。①此实验中除自变量和因变量外，还需要考虑__________________________________________(指出两点即可)等因素。②结合题目信息，简要写出测定该酶催化作用最适温度的实验思路：______________________________________________________________________________________________________。[解析](1)大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，要鉴定该酶的化学本质，可将该酶液与双缩脲试剂混合，若反应液呈紫色，则该酶的化学本质为蛋白质。(2)测定淀粉酶活性时，根据酶的专一性，应选择淀粉作为该酶作用的底物。反应液中应加入(酸碱)缓冲溶液以维持其酸碱度稳定。(3)①此实验中除自变量和因变量外，无关变量需要保持相同且适宜，因此还需要考虑底物淀粉溶液的浓度和用量、pH及添加试剂的量、实验操作顺序等因素。②测定该酶催化作用最适温度的实验思路：在40℃和100℃之间每隔一定温度设置一个实验组，其他实验条件适宜且保持一致。以反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度。[答案](1)双缩脲试剂紫(2)淀粉(酸碱)缓冲(3)①底物淀粉溶液的浓度和用量、pH及添加试剂的量、实验操作顺序②在40℃和100℃之间每隔一定温度设置一个实验组，其他实验条件适宜且保持一致。以反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度5．请用所给的实验材料和用具，设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性。要求完成实验设计、补充实验步骤、预测实验结果、得出实验结论，并回答问题：实验材料与用具：适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4种溶液、斐林试剂、试管、恒温水浴锅。(1)若“＋”代表加入适量的溶液，“－”代表不加溶液，甲、乙等代表试管标号，请用这些符号完成下表实验设计(把答案填在相应的表格中)。溶液试管蔗糖溶液淀粉溶液蔗糖酶溶液淀粉酶溶液甲＋－＋－(2)实验步骤：①按照上表中的设计，取试管、加溶液。②__________________________________________________。③__________________________________________________。④__________________________________________________。(3)结果预测：____________________________________________________________________________________________。(4)结论：________________________________________________________________________________________________。[解析](1)实验材料中给出了两种酶溶液，两种底物溶液，甲试管加入了蔗糖溶液和蔗糖酶溶液，另外三支试管应分别加入蔗糖溶液和淀粉酶溶液，淀粉溶液和蔗糖酶溶液，淀粉溶液和淀粉酶溶液。(2)研究的两种酶都是哺乳动物的酶，因此要保持37℃恒温水浴一段时间，用斐林试剂检测时应保持50～65℃恒温水浴。[答案](1)如下表所示溶液试管蔗糖溶液淀粉溶液蔗糖酶溶液淀粉酶溶液甲＋－＋－乙＋－－＋丙－＋－＋丁－＋＋－(2)②混匀，保持37℃恒温水浴一段时间③取出试管，分别加入适量的斐林试剂，混匀，50～65℃恒温水浴一段时间④观察实验现象并记录实验结果(3)含有蔗糖和蔗糖酶溶液的试管，以及含淀粉和淀粉酶溶液的试管中出现砖红色沉淀，其他试管中不出现砖红色沉淀(4)酶的催化作用具有专一性