2025届高考生物一轮复习第3单元细胞的能量供应和利用素养加强课1酶的相关实验设计方法教案新人教版必修1

PAGE8-素养加强课1酶的相关试验设计方法类型一酶的相关试验设计中的“酶解法”某科研小组经探讨得知X酶存在于人的肝细胞中，能将糖原分解为还原糖。酶必需保持正常的结构才能发挥催化作用，请利用这一原理设计试验，探究X酶的化学本质原委是蛋白质还是RNA。简要写出试验思路，并预期试验结果及结论(要求：试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)联想到蛋白酶可以水解蛋白质从而使其失去功能。(3)RNA酶可以催化RNA发生水解而使其失去功能。(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、乙两组试验，二者之间要能相互印证，因此联想相互比照。[解析]试验设置甲组和乙组，两组试验分别用蛋白酶和RNA酶处理X酶，然后与糖原混合检测两组试验中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改变来完成。[答案]试验思路：甲组：将X酶用蛋白酶处理，再与糖原溶液混合，在相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，在相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。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。其必需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，再视察其功能是否受影响来确定该酶的本质。设计如图方案。2．试验设计中可用酶催化底物分解，依据酶处理后的改变或底物的改变，来证明底物的成分或酶的作用。1．某校探讨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，该探讨性学习小组的同学们设计并做了如图所示的试验。下列相关叙述正确的是()甲乙甲乙甲乙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0.1g/mL的NaOH溶液和0.01g/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C[无机催化剂与酶都能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，A项错误；斐林试剂是用0.1g/mL的NaOH溶液和0.05g/mL的CuSO4溶液配制的，B项错误；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，C项正确、D项错误。]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全部__________________________，细胞内酶的合成________(填“能”或“不能”)影响生物的性状。(2)酶的特性可通过试验进行验证。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、底部中心可放置半透膜的U形管各一个。请依据渗透作用的原理、选用一套装置设计试验，试验现象能支持酶的催化作用具有专一性，要体现等量原则等试验设计的基本原则。请写出最合理的试验思路及试验预期。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[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)本试验要证明酶具有专一性，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。蔗糖水解后，物质的量浓度增大，渗透装置中液面会上升，由此设计试验即可。[答案](1)细胞核、核糖体能(2)试验思路：在底部中心放置半透膜的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，相宜温度下一段时间后，视察两侧液面的改变。试验预期：蔗糖溶液一侧液面明显上升，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)类型二酶试验设计中的“对比法”某同学进行了如下有关酶的试验：甲组：淀粉溶液＋簇新唾液→加入斐林试剂eq\o(→,\s\up10(水浴加热))出现砖红色沉淀乙组：蔗糖溶液＋簇新唾液→加入斐林试剂eq\o(→,\s\up10(水浴加热))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eq\o(→,\s\up10(水浴加热))？下列叙述正确的是()A．丙组的试验结果是“不出现砖红色沉淀”B．三组试验中，底物的用量属于自变量C．该同学的试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)依据三组试验条件分析，甲组和乙组形成比照，自变量是底物的种类；乙组和丙组形成比照，自变量是酶的种类。(2)两组比照试验都是利用的试验设计中的“对比法”。(3)唾液中含有淀粉酶，能催化淀粉水解为麦芽糖；蔗糖酶能催化蔗糖水解为葡萄糖和果糖。C[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，A项错误；底物的用量属于无关变量，B项错误；从试验所用的底物和酶的种类分析可知，该试验的目的是验证酶的专一性，C项正确；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，运用碘液无法检测乙、丙组的反应，无法得出结论，D项错误。]1．酶的高效性试验探究比照组：反应物＋无机催化剂eq\o(→,\s\up10(检测))反应物分解速率。试验组：反应物＋等量酶溶液eq\o(→,\s\up10(检测))反应物分解速率。试验中自变量是无机催化剂和酶，因变量是反应物的分解速率。2．酶的专一性试验探究设计思路一：自变量为底物种类。(1)试验组：反应物＋相应酶溶液eq\o(→,\s\up10(检测))反应物被分解。(2)比照组：另一反应物＋等量相同酶溶液eq\o(→,\s\up10(检测))反应物不被分解。设计思路二：自变量为酶。(1)试验组：反应物＋相应酶溶液eq\o(→,\s\up10(检测))反应物被分解。(2)比照组：相同反应物＋等量另一种酶溶液eq\o(→,\s\up10(检测))反应物不被分解。1．“比较过氧化氢在不同条件下的分解”试验如图所示，3号试管滴加两滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液，4号试管滴加簇新的肝脏研磨液，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号试管进行比照试验，不能证明酶的高效性C．该试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C[本试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．(2024·之江教化评价检测)某同学为探讨酶的特性，进行了一系列相关试验，结果如下表所示，下列叙述错误的是()试剂名称试管A试管B试管C试管D试管E1%淀粉溶液2mL2mL2mL2mL2mL簇新唾液1mL－－1mL1mL蔗糖酶－1mL－－－恒温水浴37℃37℃37℃0℃80℃A．本试验的自变量是酶的种类、温度、酶的有无B．试管A、B比照，用碘液检测，可证明酶的专一性C．试管A、C比照，用碘液检测，可证明酶具有高效性D．试管A、D、E比照，用碘液检测，可证明酶活性受温度的影响C[本试验的自变量是酶的有无、酶的种类、温度，A正确；试管A、B作比照证明酶的专一性，鉴定试剂用碘溶液，检测反应底物淀粉溶液是否被催化分解，未被分解的呈蓝色，B正确；若要探究酶的高效性，应再添加一组无机催化剂作比照，酶的催化与空白比照，不能证明酶的催化作用具有高效性，C错误；A、D、E三支试管只有反应温度不同，其他无关变量一样，故可证明酶活性受温度影响，D正确。]3．(2024·黄山检测)下表是某学生设计的有关试验方案。据表分析，下列说法正确的是()组别①②③④⑤⑥质量分数为3%的淀粉溶液(mL)2－2－2－质量分数为3%的蔗糖溶液(mL)－2－2－2质量分数为2%的α­淀粉酶溶液(mL)111111反应温度(℃)00XX100100检测试剂Y2滴2滴2滴2滴2滴2滴注：表中“－”表示没有添加。A．本试验检测试剂Y可用碘液或斐林试剂B．③④两组试验反应温度X设为37℃时可用于验证酶的专一性C．若X、Y设置正确，则②④⑥三组试验可说明温度能影响酶活性D．若X、Y设置正确，则α­淀粉酶溶液的用量是无关变量D[若Y为斐林试剂运用时需水浴加热会对探究温度对于酶活性的试验有影响，故A错误；验证酶的专一性时无关变量应相同且相宜，α­淀粉酶为工业用酶，最适的催化温度为60℃，故B错误；α­淀粉酶不能催化蔗糖水解，②④⑥三组试验不能说明温度能影响酶活性，故C错误；本试验中α­淀粉酶溶液的用量、淀粉溶液的量等都是无关变量，故D正确。]类型三酶试验设计中的“梯度法”(2024·四省八校联考)某探讨小组利用一般淀粉酶和耐热淀粉酶在不同温度条件下做了下表所示的试验，请结合所学学问分析表格，回答下列问题：组别步骤A组B组C组D组E组F组G组A1A2B1B2C1C2D1D2E1E2F1F2G1G2A．注入相宜浓度的淀粉溶液2mL2mL2mL2mL2mL2mL2mLb.注入一般淀粉酶溶液1mL1mL1mL1mL1mL1mL1mLb.注入耐热淀粉酶溶液1mL1mL1mL1mL1mL1mL1mLc.在肯定温度下保温5min30℃40℃50℃60℃70℃80℃90℃d.______(1)依据试验目的，完善步骤d：__________________________。(2)此试验的自变量是________，须要考虑的无关变量有____________________(举出两例即可)等。(3)有人认为上表中的设计中有不严密之处，请指出其中的错误并修改：____________________________。(4)试验完成后发觉，耐热淀粉酶在80℃条件下相对活性较强，为进一步探究该耐热淀粉酶的最适温度是否就是80℃，可在________范围内设置更小的温度梯度，其他条件不变，重新进行试验。[审题指导](1)从表格可以看出试验探讨的自变量是淀粉酶的种类和温度，从温度的梯度设置来看，探究的是两种酶的最适温度。(2)在探究温度对酶活性影响的试验中，要保证酶促反应在设定的温度下完成，才能解除无关变量的影响。(3)在探究酶的最适温度的试验设计中应在较适的温度范围内设置更小的温度梯度，进一步检测。[解析](1)本试验是为了探究一般淀粉酶和耐热淀粉酶在不同温度条件下的活性改变，淀粉的剩余量可作为其活性大小的衡量指标，淀粉遇碘变蓝色，而其水解产物遇碘不显色，可以在反应体系中注入碘液，依据是否显色及显色的深浅进行初步检测。(2)对于同种酶的不同组别，温度是自变量，而对于同一组别，酶的种类是自变量，故该试验的自变量有两个：温度和淀粉酶的种类；试验无关变量有底物的量、保温时间、酶的浓度和数量、试验操作依次等。(3)若将淀粉酶溶液干脆加入到淀粉溶液中，则常温下有部分酶起先催化淀粉水解，影响试验结果，应先将装有淀粉溶液和淀粉酶溶液的试管分别在各组温度条件下保温处理5min，然后再将两者混合反应。(4)该试验设置的相邻试验组之间有10℃的温度差，所以若进一步探究耐热淀粉酶的最适温度，可在70～90℃范围内设置更小的温度梯度，其他条件不变重新进行试验。[答案](1)注入碘液进行检测(2)温度、淀粉酶的种类pH、淀粉酶的量(或底物的量、保温时间、试验操作依次等，写出两例即可)(3)不能将淀粉酶溶液干脆加入到淀粉溶液中，需将两者先分别在各组温度条件下保温处理5min，然后再将两者混合反应(答案合理即可)(4)70～90℃1．酶的最适温度的探究(1)设计思路eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(底物t1温度下＋酶t1温度下,底物t2温度下＋酶t2温度下,⋮⋮,底物tn温度下＋酶tn温度下))eq\o(→,\s\up10(检测))eq\o(\s\up(底物的分解量,或剩余量或,产物的生成量))(2)设计方案2．酶的最适pH的探究(1)设计思路eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(底物pH1下＋酶pH1下,底物pH2下＋酶pH2下,⋮⋮,底物pHn下＋酶pHn下))eq\o(→,\s\up10(检测))eq\o(\s\up(底物的分解量,或剩余量或,产物的生成量))(2)设计方案1．37℃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()pH1.02.03.04.05.06.07.08.0淀粉酶活性[mg/(g·30min)]200203250300350490450200蛋白酶活性[μg/(g·30min)]15201750150014001020980700500A．该试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，应当在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C[依据表格分析，该试验的自变量是pH和酶的种类，因变量是淀粉酶活性和蛋白酶活性，A项错误；为进一步确定该淀粉酶的最适pH，应当在5.0到7.0间细化梯度，B项错误；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，C项正确；表格中蛋白酶的活性最相宜pH在2.0左右，可以代表胃蛋白酶，而胰蛋白酶的最相宜pH是偏碱性的，D项错误。]2．一般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)设计试验测定极端耐热淀粉酶起催化作用的最适温度。①此试验中除自变量和因变量外，还须要考虑______________________________________________________________________________________