【生物】2021届一轮复习人教版酶相关拓展实验教案

【生物】2021届一轮复习人教版酶相关拓展实验教案

一、鉴定酶的本质 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、乙两组)。‎ 审题关键 ‎(1)据题干可知，X酶的功能是能将糖原分解为还原糖。‎ ‎(2)联想到蛋白酶可以改变蛋白质的空间结构从而使其失去功能。‎ ‎(3)RNA酶可以催化RNA发生水解从而使其失去功能。‎ ‎(4)若X酶的化学本质是蛋白质，被蛋白酶处理后，则不能将糖原分解为还原糖。‎ ‎(5)若X酶的化学本质是RNA，被RNA酶处理后，则不能将糖原分解为还原糖。‎ ‎(6)题干中要求设计甲、乙两组实验，二者之间要能相互印证，因此联想相互对照。‎ 答案　(1)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，检测是否有还原糖的产生。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，检测是否有还原糖的产生。‎ ‎(2)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。‎ 鉴定酶本质的两种常用方法 ‎(1)试剂检测法 从酶的化学本质上来讲，绝大多数的酶是蛋白质，极少数的酶是RNA。在高中教材中常见的一些酶，如淀粉酶、蛋白酶等，其化学本质都是蛋白质，所以对酶本质的鉴定常常是变相地考查蛋白质的鉴定方法。设计鉴定方案：‎ 项目 实验组 对照组 材料 待测酶溶液 已知蛋白液(等量)‎ 试剂 分别加入等量的双缩脲试剂 现象 是否呈现紫色 呈现紫色 结论 呈现紫色说明该酶的化学本质为蛋白质，否则该酶的化学本质不是蛋白质 ‎(2)酶解法 酶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。设计鉴定方案：‎ ‎1．现有无标签的稀蛋清、葡萄糖、淀粉和淀粉酶溶液(淀粉酶的化学本质是蛋白质，可将淀粉水解成还原糖)各一瓶，可用双缩脲试剂、斐林试剂和淀粉溶液将它们鉴定出来。‎ ‎(1)用一种试剂将上述4种溶液区分为两组，这种试剂是________________，其中稀蛋清和______________将发生________色反应。‎ ‎(2)用________试剂区分不发生显色反应的一组溶液。产生________现象的为________。‎ ‎(3)区分发生显色反应一组溶液的方法、鉴定结果及结论分别是：‎ 方法：将淀粉溶液分别与发生显色反应的两种溶液混合，一段时间后，用________试剂在一定条件下分别处理上述两种混合液。‎ 结果：其中一组产生了______________，另一组无明显现象。‎ 结论：发生显色反应的是______________溶液，不发生显色反应的是______________。‎ 答案　(1)双缩脲试剂　淀粉酶溶液　紫　(2)斐林　砖红色沉淀　葡萄糖　(3)斐林　砖红色沉淀　淀粉酶　稀蛋清 解析　(1)由于稀蛋清和淀粉酶的化学本质是蛋白质，蛋白质能与双缩脲试剂发生紫色反应，而葡萄糖和淀粉属于糖类，不能与双缩脲试剂发生显色反应，所以可以用双缩脲试剂将4种溶液分为两组。(2)葡萄糖属于还原糖，可用斐林试剂鉴定，产生砖红色沉淀。(3)淀粉酶能将淀粉分解为麦芽糖，麦芽糖属于还原糖，所以加入淀粉后，用斐林试剂鉴定后出现砖红色沉淀的为淀粉酶。所以可以将淀粉溶液分别与发生显色反应的两种溶液混合，一段时间后，用斐林试剂分别处理上述两种混合液，观察到无颜色变化的溶液是稀蛋清，出现砖红色的是淀粉酶溶液。‎ 二、验证酶的高效性与专一性 已知2H2O2===2H2O＋O2↑，可以通过观察反应过程中O2的生成速率(即气泡从溶液中释放的速率)来判断H2O2分解反应的速率。请用所给的实验材料和用具设计实验，使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出实验步骤，预测实验结果，得出实验结论，并回答下列问题：‎ 实验材料与用具：适宜浓度的H2O2溶液，蒸馏水，3.5%FeCl3溶液，0.01%过氧化氢酶溶液，恒温水浴锅，试管。‎ ‎(1)实验步骤：‎ ‎①________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③______________________________________________________________________。‎ ‎(2)实验结果预测及结论：整个实验中，不同处理的试管中O2的释放速率从快到慢依次是_________________________，由此可得出的结论是____________________________。‎ ‎(3)如果仅将实验中的恒温水浴改为80 ℃，重做上述实验，O2释放的速率最快的是_________________________，原因是________________________________________。‎ 审题关键 ‎(1)据题可知，该实验的目的是同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。‎ ‎(2)酶的催化作用和高效性是指分别与无催化剂和无机催化剂相对照，所以本实验的自变量为无催化剂、酶和无机催化剂(FeCl3)。‎ ‎(3)由题干可知，本实验的因变量为H2O2分解反应的速率，表观因变量为气泡从溶液中释放的速率。无关变量有H2O2溶液量、温度及保温时间和蒸馏水、FeCl3溶液、过氧化氢酶溶液等液体的使用量等。‎ ‎(4)80 ℃恒温水浴条件下FeCl3催化作用加快，而过氧化氢酶因高温变性而失去了活性。‎ 答案　(1)①取3支试管，各加入等量且适量的H2O2溶液，放入37 ℃恒温水浴锅中保温适当时间　②分别向上述3支试管中加入等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液　③观察各试管中释放气泡的快慢 ‎(2)加酶溶液的试管、加FeCl3溶液的试管、加蒸馏水的试管　过氧化氢酶具有催化作用和高效性 ‎(3)加FeCl3溶液的试管　在此温度下，过氧化氢酶因高温变性而失去了活性，而FeCl3仍有催化活性 ‎“对照实验法”验证酶的高效性和专一性 ‎(1)验证酶的高效性 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 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)验证酶专一性 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 ‎2．甲、乙两位同学围绕酶的特性，设计了如下实验，请运用你所学的知识，指出该两位同学实验设计中存在的问题并提出修改方案。‎ ‎(1)甲同学探究酶的高效性：取一支试管，加入2 mL H2O2，再加2滴新鲜土豆研磨液，观察到产生大量气泡，用带火星的卫生香检测，卫生香猛烈燃烧，说明酶的催化作用具有高效性。‎ 存在问题：______________________________________。‎ 修订方案：______________________________________。‎ ‎(2)乙同学利用下列相应的材料和用具设计验证酶具有催化性和专一性的实验。‎ 备选材料用具：蛋白质块，脂肪块，牛胰蛋白酶溶液，牛胰淀粉酶溶液，蒸馏水，双缩脲试剂，试管若干，恒温水浴锅，时钟等。‎ 实验步骤：①取两支洁净的相同试管，编号为甲、乙。②取5 mL牛胰蛋白酶溶液加到甲试管中，再取等量牛胰淀粉酶溶液加到乙试管中。③将两支试管置于恒温水浴锅中，保温(37 ℃)5分钟。④分别加入等体积等质量的蛋白质块，其他条件相同且适宜。⑤一段时间后，分别加入等量的双缩脲试剂进行检测，记录实验结果。‎ 上述实验步骤中，有两处明显错误，请找出这两处错误并更正。‎ 第一处错误：______________________________________________________________。‎ 修订方案：________________________________________________________________。‎ 第二处错误：______________________________________________________________。‎ 修订方案：________________________________________________________________。‎ 答案　(1)甲同学缺少对照实验　增加对照组，用FeCl3溶液做对照 ‎(2)缺少对照组　增设一组加5 mL蒸馏水和等体积、等质量蛋白质块的试管　不能用双缩脲试剂检测　应直接观测蛋白质块体积的大小 三、探究酶的最适温度或最适pH 为了探究淀粉酶的最适温度，某同学进行了如图所示的实验操作。实验步骤如下：‎ 步骤①：取10支试管，分为五组。每组两支试管中分别加入1 mL淀粉酶溶液和2 mL质量分数为5%的淀粉溶液。‎ 步骤②：将每组淀粉酶溶液和淀粉溶液混合并摇匀。‎ 步骤③：将装有混合溶液的五支试管(编号1、2、3、4、5)分别置于15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃水浴中。反应过程中每隔1分钟从各支试管中取出一滴反应液，滴在比色板上，加1滴碘液显色。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)实验原理：淀粉在淀粉酶的催化作用下分解成还原糖；淀粉酶的活性受温度影响；用碘液可检测淀粉，因为淀粉遇碘液变蓝，根据蓝色深浅来推断淀粉酶的活性。‎ ‎(2)该实验的设计存在一个明显的错误，即步骤②前应____________________________。‎ ‎(3)在本实验中，各组溶液的pH要保证______________，该实验能否选用斐林试剂检测实验结果？__________，理由是__________________________________________________。‎ ‎(4)纠正实验步骤后，进行操作。一段时间后，当第3组试管中的反应物与碘液混合开始呈棕黄色时，各组实验现象如下表所示(“＋”表示蓝色程度)。‎ 组别 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ 处理温度/℃‎ ‎15‎ ‎25‎ ‎35‎ ‎45‎ ‎55‎ 结果 ‎＋＋‎ ‎＋‎ 棕黄色 ‎＋‎ ‎＋＋‎ 分析上述实验结果，可以得出该淀粉酶的最适温度在_________之间。某同学在进行本实验的过程中发现反应时间过长。为缩短反应时间，请你提出合理的改进措施：___________。‎ 审题关键 ‎(1)本实验的目的是探究淀粉酶的最适温度。‎ ‎(2)该实验中在酶溶液和反应物混合之前，需要先把两者分别放在各自所需温度下保温一段时间。‎ ‎(3)本实验的自变量为温度，因变量为酶的活性变化，本实验通过淀粉遇碘液变蓝的深浅来推断其变化，而各溶液pH属于无关变量，要保证相同且适宜。‎ ‎(4)低温抑制了酶的活性，但结构未被破坏，温度升高时仍有催化功能，所以该实验不能选用斐林试剂检测实验结果。‎ ‎(5)根据表中数据可知，第3组试管开始呈棕黄色，说明此试管中已经没有淀粉了，因此淀粉酶的最适温度介于25 ℃和45 ℃之间。为了加快反应，在不改变自变量的情况下，可适当增加酶量或适当降低底物的浓度。‎ 答案　(2)先将五组试管分别在15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃的水浴中保温一段时间 ‎(3)相同且适宜　不能　利用斐林试剂检测时需要水浴加热，会改变各试管的温度，影响实验结果 ‎(4)25～45 ℃　增加淀粉酶的量(或降低底物的浓度)‎ ‎“梯度法”探究酶的最适温度或pH ‎(1)探究酶的最适温度 ‎①设计思路 ‎②设计方案 ‎(2)探究酶的最适pH ‎①设计思路 ‎②设计方案 ‎3．下面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过氧化氢酶作用的最适pH的实验结果。据此回答下列问题：‎ 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 ‎①α-淀粉酶溶液 ‎1 mL ‎1 mL ‎1 mL ‎②可溶性淀粉溶液 ‎5 mL ‎5 mL ‎5 mL ‎③控制温度 ‎0 ℃‎ ‎60 ℃‎ ‎90 ℃‎ ‎④将新鲜α-淀粉酶溶液与可溶性淀粉溶液混合后分别恒温 ‎⑤测定单位时间内淀粉的____________‎ 探究过氧化氢酶作用的最适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完全分解所需时间(秒)‎ ‎300‎ ‎180‎ ‎90‎ ‎192‎ ‎284‎ ‎(1)pH在实验一中属于________变量，而在实验二中属于________变量。‎ ‎(2)实验一的①②③步骤为错误操作，正确的操作应该是_____________________________。实验一的⑤步骤最好选用__________(试剂)测定单位时间内淀粉的________________。‎ ‎(3)如将实验一的新鲜α-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？____________________________________。‎ ‎(4)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_________之间设置梯度。‎ 答案　(1)无关　自　(2)使新鲜α-淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别达到预设温度后再混合(其他合理答案也可)　碘液　剩余量　(3)不科学　因为温度会直接影响H2O2的分解　(4)该过氧化氢酶的最适pH约为7，pH降低或升高酶活性均降低(或在pH为5～7的范围内，随pH的升高该过氧化氢酶活性升高；在pH为7～9的范围内，随pH的升高该过氧化氢酶活性降低)　6～8‎ 解析　(1)实验一探究的是温度对酶活性的影响，因此自变量是温度，因变量是酶活性，pH属于无关变量；而实验二是探究过氧化氢酶作用的最适pH，自变量是pH。(2)探究温度对酶活性影响的实验中，应该先使酶和底物分别达到预设温度，然后再将底物和酶混合进行反应，否则会影响实验结果的准确性。因此，实验一的①②③步骤为错误操作。淀粉遇碘液变蓝，因此实验一的⑤步骤最好选用碘液测定单位时间内淀粉的剩余量，单位时间内淀粉的剩余量越多，说明酶活性越低。(3)温度会直接影响H2O2的分解，因此实验一的新鲜α-淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液不能换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液。(4)由实验二的结果可知，在pH为5～7的范围内，随pH的升高该过氧化氢酶活性升高；在pH为7～9的范围内，随pH的升高该过氧化氢酶活性降低；该过氧化氢酶作用的最适pH约为7，pH降低或升高，酶活性均降低。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6～8之间设置梯度。‎