2021版高考生物一轮复习素养提升课1酶的相关实验设计课件

2021版高考生物一轮复习素养提升课1酶的相关实验设计课件

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” 典例引领 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。 素养提升 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。 对点落实 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 ( 　 　 ) 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 CuSO 4 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 C 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 CuSO 4 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。   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。 答案 : (1) 细胞核、核糖体　能 (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 : (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 : (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” 典例引领 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 素养提升 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 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 FeCl 3 溶液 ,4 号试管滴加新鲜的肝脏研磨液 , 下列分析错误的是 ( 　 　 ) 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 O 2 量应相同 C 对点落实 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 　   　 。    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。 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) 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 : (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 : (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” 典例引领 ( 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 /[ μ g/ (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 素养提升 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 对点落实 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 ( 　 　 ) 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 C 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。   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。 答案 : (1) 双缩脲试剂　紫 (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。   解析 : (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。 答案 : (2) 淀粉　 ( 酸碱 ) 缓冲 (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 : (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 : (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