2021高考生物一轮复习新人教版教案：第三单元素养提升课1酶的相关实验设计 Word版含解析

2021高考生物一轮复习新人教版教案：第三单元素养提升课1酶的相关实验设计 Word版含解析

www.ks5u.com 素养提升课1　酶的相关实验设计 突破点一　酶相关实验设计中的“酶解法”‎ 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)。‎ ‎[审题指导] ‎ ‎(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发生水解而失去功能。‎ ‎(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。‎ 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。‎ 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。‎ ‎1.实验设计中可用酶催化底物分解,根据酶处理后的变化,来证明酶的作用。‎ ‎2.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。其必须保持正常的空间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。设计方案如图。‎ ‎1.(2019·河北衡水金卷)某校研究性学习小组从芍药中提取出一种酶,为探究该酶催化分解的底物是葡萄糖还是蔗糖,该研究性学习小组的同学们设计并做了如图所示的实验。下列相关叙述正确的是(　C　)‎ A.与无机催化剂不同的是,该酶能通过降低活化能来提高化学反应速率 B.图中的斐林试剂是用0.1 g/mL的NaOH溶液和 0.01 g/mL 的CuSO4溶液配制的 C.若两支试管均出现砖红色沉淀,则说明该酶催化的底物是蔗糖 D.若该酶催化的底物是葡萄糖,则只有一支试管会出现砖红色沉淀 解析:无机催化剂与酶都是通过降低活化能来提高化学反应速率,与无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著;斐林试剂是用0.1 g/mL的NaOH溶液和0.05 g/mL的CuSO4溶液配制的;葡萄糖属于还原糖,蔗糖不属于还原糖,若两支试管均出现砖红色沉淀,则说明该酶催化的底物是蔗糖;若两支试管均不出现砖红色沉淀,则说明该酶催化的底物是葡萄糖。‎ ‎2.酶是活细胞产生的一类有机物,在细胞代谢中发挥重要的作用。请回答与酶有关的问题:‎ ‎(1)真核细胞内酶的合成场所有　, ‎ 细胞内酶的合成　　　　(填“能”或“不能”)影响生物的性状。 ‎ ‎(2)酶的特性可通过实验进行验证。现有质量分数为10%淀粉溶液、质量分数为10%蔗糖溶液、质量分数为10%麦芽糖溶液、蔗糖酶溶液、清水;半透膜(只允许水分子通过);长颈漏斗、烧杯、底部中央可放置半透膜的U形管各一个。请根据渗透作用的原理、选用一套装置设计实验,实验现象能支持酶的催化作用具有专一性,要体现等量原则等实验设计的基本原则。请写出最合理的实验思路及实验预期。‎ ‎ 　。 ‎ 解析:(1)绝大多数酶是蛋白质,少数是RNA,蛋白质的合成场所是核糖体,化学本质为RNA的酶合成场所是细胞核。细胞内酶的合成能影响生物的代谢过程,进而影响生物的性状。‎ ‎(2)本实验要证实酶具有专一性,可以用麦芽糖和蔗糖做底物,蔗糖酶能催化蔗糖水解,不能催化麦芽糖水解。麦芽糖和蔗糖水解后,物质的量浓度增大,渗透装置中液面会升高,由此设计实验即可。‎ 答案:(1)细胞核、核糖体　能 ‎(2)实验思路:在底部中央放置半透膜的U形管两侧分别加入等量的蔗糖溶液和麦芽糖溶液,再在两侧各加等量的蔗糖酶溶液,适宜温度下一段时间后,观察两侧液面的变化。‎ 实验预期:蔗糖溶液一侧液面明显升高,则支持酶的催化作用具有专一性(或:麦芽糖溶液一侧液面明显降低,则支持酶的催化作用具有专一性)‎ 突破点二　酶实验设计中的“对比法”‎ ‎(对应学生用书第41页)‎ ‎　　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 ‎ ‎(2019·河北衡水金卷)某同学进行了如下有关酶的实验:‎ 甲组:淀粉溶液+新鲜唾液→加入斐林试剂出现砖红色沉淀 乙组:蔗糖溶液+新鲜唾液→加入斐林试剂不出现砖红色沉淀 丙组:蔗糖溶液+蔗糖酶溶液→加入斐林试剂?‎ 下列叙述正确的是(　　)‎ A.丙组的实验结果是“不出现砖红色沉淀”‎ B.三组实验中,底物的用量属于自变量 C.该同学的实验目的是验证酶的专一性 D.可用碘液代替斐林试剂进行检测 ‎[审题指导]‎ ‎(1)分析实验的对照设计:根据三组实验的条件,甲组和乙组形成对照,自变量是底物的种类;乙组和丙组形成对照,自变量是酶的种类。‎ ‎(2)确定实验方法:两组对照实验都是采用的实验设计中的“对比法”。‎ ‎(3)把握好题目信息:唾液中含有淀粉酶,能催化淀粉分解为麦芽糖;蔗糖酶能催化蔗糖分解为葡萄糖和果糖。‎ 解析:蔗糖酶能催化一分子蔗糖水解成一分子果糖和一分子葡萄糖,果糖和葡萄糖是还原糖,加入斐林试剂水浴加热会使还原糖生成砖红色沉淀;底物的用量属于无关变量;从实验所用的底物和酶的种类分析可知,该实验的目的是验证酶的专一性;唾液淀粉酶能催化甲组淀粉水解成还原糖,不能催化蔗糖水解,碘液使淀粉呈现蓝色,不能使还原糖和蔗糖呈现蓝色,使用碘液无法检测乙、丙的反应,无法得出结论。‎ 答案:C ‎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 发生反应 不发生反应 反应 结论 酶具有专一性 ‎1.(2019·河北衡水中学二调)“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验如图所示,3号试管滴加两滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液,4号试管滴加新鲜的肝脏研磨液,下列分析错误的是(　C　)‎ A.2、4号试管加快反应的原理不同 B.1、4号试管进行对照实验,不能证明酶的高效性 C.该实验可以证明催化剂能通过降低活化能加速反应 D.2、3、4号试管底物反应完毕释放的O2量应相同 解析:本实验可以证明催化剂可以加速反应,但不能证明是通过降低活化能实现的。‎ ‎2.(2019·山东青岛检测)小麦种子中含有α、β两种淀粉酶,某学习小组对这两种淀粉酶活性进行探究实验,步骤如下:‎ ‎①将等量的α淀粉酶(70 ℃活性不受影响,100 ℃高温下失活)与β淀粉酶(70 ℃处理15 min即失活)加适量蒸馏水混合,分为甲、乙、丙三组;‎ ‎②甲组25 ℃下处理,乙组70 ℃水浴处理15 min后取出,丙组100 ℃下处理15 min后取出;‎ ‎③甲、乙、丙三组分别在25 ℃条件下加入等量且足量的淀粉溶液;‎ ‎④一段时间后,测得甲、乙、丙三组淀粉剩余量分别为a、b、c。‎ 请回答下列相关问题:‎ ‎(1)上述两种酶存在差异的直接原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)三组淀粉剩余量最多的是　　　　(填“甲”“乙”或“丙”)组,原因是　 　 。 ‎ ‎(3)利用上述实验结果,如何大致比较25 ℃条件下α淀粉酶和β淀粉酶活性的大小?  。 ‎ 解析:(1)根据题干信息可知,两种酶的性质存在差异,说明两者的结构不同,与组成两者的氨基酸的种类、数目、排列顺序以及肽链的空间结构有关。‎ ‎(2)由于两种淀粉酶在100 ℃条件下均失去活性,且降到25 ℃活性不能恢复,所以丙组两种淀粉酶均丧失了活性,不能催化淀粉水解,淀粉的剩余量最多。‎ ‎(3)根据题意分析,甲组实验的两种淀粉酶都有活性,乙组的α淀粉酶有活性,丙组两种酶都没有活性,且甲、乙、丙三组淀粉剩余量分别为a、b、c,因此b-a可以表示β淀粉酶的活性,(c-b)可以表示α淀粉酶的活性,则比较b-a(β淀粉酶的活性)与c-b(α淀粉酶的活性)数值的大小可以比较两种淀粉酶活性的大小。‎ 答案:(1)组成两者的氨基酸的种类、数目、排列顺序及肽链的空间结构不同 ‎(2)丙　两种淀粉酶在100 ℃条件下均失去活性,且降到25 ℃活性不能恢复 ‎(3)比较b-a(β淀粉酶的活性)与c-b(α淀粉酶的活性)数值的大小 突破点三　酶实验设计中的“梯度法”‎ ‎(2019·河北衡水金卷)37 ℃时,测量不同pH条件下人体两种消化酶的活性,结果如表所示。下列有关叙述正确的是(　　)‎ pH ‎1.0‎ ‎2.0‎ ‎3.0‎ ‎4.0‎ ‎5.0‎ ‎6.0‎ ‎7.0‎ ‎8.0‎ 淀粉酶活性/‎ ‎[mg/‎ ‎(g·30 min)]‎ ‎200‎ ‎203‎ ‎250‎ ‎300‎ ‎350‎ ‎490‎ ‎450‎ ‎200‎ 蛋白酶活性/‎ ‎[μg/‎ ‎(g·30 min)]‎ ‎1 520‎ ‎1 750‎ ‎1 500‎ ‎1 400‎ ‎1 020‎ ‎980‎ ‎700‎ ‎500‎ A.该实验的自变量是淀粉酶活性和蛋白酶活性 B.为进一步确定该淀粉酶的最适pH,应该在4.0到6.0间细化梯度 C.由表可知不同酶的最适pH不同 D.表中蛋白酶活性可以表示胰蛋白酶的活性 ‎[审题指导]‎ ‎(1)确定实验的自变量:实验探究的内容是37 ℃条件下,pH对两种消化酶活性的影响,故自变量是pH。‎ ‎(2)确定实验的因变量 :不同pH下两种酶的活性。‎ ‎(3)把握好题目信息:根据pH的梯度设置下的酶活性的测定结果判断该淀粉酶的适宜pH在5.0～7.0,该蛋白酶的适宜pH在1.0～3.0。‎ 解析:根据表格分析,该实验的自变量是pH,因变量是淀粉酶活性和蛋白酶活性;为进一步确定该淀粉酶的最适pH,应该在5.0到7.0间细化梯度;表格显示,两种酶活性最高对应的pH不同,说明不同酶的最适pH不同;表格中蛋白酶活性最适宜的pH在2.0左右,可以代表胃蛋白酶,而胰蛋白酶的pH是偏碱性的。‎ 答案:C ‎1.“梯度法”探究酶的最适温度 ‎(1)设计思路 ‎(2)设计方案 ‎2.“梯度法”探究酶的最适pH ‎(1)设计思路 ‎(2)设计方案 ‎1.如图表示酶X的活性与温度的关系示意图。下列有关分析错误的是(　C　)‎ A.在实际生产中,酶X制剂几乎在所有的季节都能使用 B.酶X的化学本质是有机物,具有高效性和专一性的特点 C.测定酶X的活性时,实验对pH、底物量和酶量没有要求 D.在20～40 ℃范围内设置更小的温度梯度,可进一步探究酶X的最适温度 解析:据图可知,酶X从10～70 ℃条件下的活性都较高,由此可推知在实际生产中,酶X制剂几乎在所有的季节都能使用;酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,酶具有高效性和专一性的特点;本题研究的是酶X的活性与温度的关系,自变量是温度,pH、底物量和酶量均属于无关变量,所以测定酶X的活性时,pH、底物量和酶量都应保持相同且适宜;本实验可确定酶X的最适温度在 20～40 ℃,但由于温度梯度较大,所以要进一步探究酶X的最适温度,可在20～40 ℃范围内设置更小的温度梯度。‎ ‎2.普通淀粉酶的最适温度在40～60 ℃,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)酶大多数是蛋白质,少数是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