2020届高考生物大一轮复习素养提升课件1：第三单元 酶的相关实验设计(重点变量控制、检测)

素养提升
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。设计如右方案: 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。
【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。
突破点二 酶相关实验设计中的“对比法”
典例引领
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。
素养提升课1 酶的相关实验设计(重点变量控制、 检测)
突破点一 同位素标记法在高中生物实验中的应用归纳
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)。
突破点三 酶实验设计中的“梯度法”
典例引领
某兴趣小组探究37 ℃条件下pH对某动物体内两种消化酶活性的影响,结果见 下表。请回答下列相关问题:
pH
1.0 X 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)
速率
(2)表中X为
,判断的理由是
(3)表中数据说明:不同的酶
不同。
【审题指导】 (2)要在适宜温度和不同pH下测定酶的活性。 (3)要设置具有一定梯度的pH。
解析:(2)分析表格可知,pH梯度为1,因此表中的X表示2.0。 (3)分析表中数据,淀粉酶的最适pH在6.0左右,蛋白酶的最适pH在2.0左右, 因此两种酶的最适pH不同。
试管
溶液
甲
乙
丙
丁
蔗糖溶液
+ + -
淀粉溶液
+ +
蔗糖酶 溶液 + +
淀粉酶溶液
+ பைடு நூலகம் -
答案:(2)②混匀,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
答案:(1)斐林试剂 (2)使β-淀粉酶变性失活 2
(3)通过上述实验,能大致比较萌发3天时种子的α-淀粉酶和β-淀粉酶活性的 大小。比较的方法是________________________________________________
。
解析:(3)通过题述实验,可以测定各试管沉淀物的量,1、2号试管的差值代表 α-淀粉酶的活性、3、1号试管的差值代表β-淀粉酶的活性,差值大的表示该 酶的活性大,从而能大致比较萌发3天时种子的α-淀粉酶和β-淀粉酶活性的 大小。 答案:(3)测定各试管沉淀物的量,1、2号试管的差值代表α-淀粉酶的活 性,3、1号试管的差值代表β-淀粉酶的活性,差值大的表示该酶的活性大
解析: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。研究的两种酶都是哺乳动物的酶,因此要37 ℃恒温水浴一段时间,用斐林试剂检测时应50～65 ℃恒温水浴。 答案:(1)如下表所示
__________________________________________________________________
。
(4)结论:
。
【审题指导】 (1)酶专一性的内涵是每一种酶只能催化一种或一类化学反应。唾液淀粉酶只 能将淀粉水解成还原糖,而对蔗糖不起作用;蔗糖酶只能将蔗糖水解成还原糖, 而对淀粉不起作用。 (2)在可溶性还原糖溶液中加入适量的斐林试剂,在50～65 ℃恒温水浴条件下 会出现砖红色沉淀。 (3)据题可知,该实验的目的是验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具 有专一性。因此要设计两组对照实验:第一组是先分别在两支试管中加入等量 的蔗糖溶液,再分别向这两支试管中滴加等量且适量的蔗糖酶溶液和淀粉酶溶 液;另一组是分别在两支试管中加入等量的淀粉溶液,并分别向这两支试管中滴 加等量且适量的蔗糖酶溶液和淀粉酶溶液。
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
实验组
对照组
方案二
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)
40 ℃恒温水浴5 min
⑦
测定
加入试剂X,50～65 ℃水浴5 min,测定砖红色沉淀物的量
回答下列问题: (1)步骤⑦中加入的试剂X为 (2)上述实验操作步骤中,步骤②中对1号试管进行操作的目的是 实验目的,设置的1、2、3号试管中,为对照组的一组是
。 ;为达成
号试管。
解析:(1)本实验的目的是测定萌发种子中α-淀粉酶和β-淀粉酶活性的差异,淀粉酶 分解淀粉为还原糖,还原糖可以用斐林试剂进行鉴定,步骤⑦中加入的试剂X为斐林试 剂。 (2)β-淀粉酶耐酸不耐热,70 ℃处理15 min即变性失活。上述实验操作步骤中,步骤 ②中对1号试管进行操作的目的是使β-淀粉酶变性失活,测定大麦种子中α-淀粉酶催 化效率,为达成实验目的,设置的1、2、3号试管中,为对照组的一组是2号试管(2号试 管α-淀粉酶和β-淀粉酶均失活,不能将淀粉变为还原糖,2号和1号对比能测定α-淀粉 酶催化效率)。
解析:1、2烧杯中不加任何试剂,但可以根据蛋白块的变化判断狗的胰腺分泌 液中含有蛋白酶。由于胰蛋白酶也是蛋白质,3、4烧杯中加双缩脲试剂后,都 显示紫色,不能达到实验目的。
2.(2018·山东潍坊一模)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
对点落实
1.(2018·河北邢台高三质检)为了验证狗的胰腺分泌液中含有蛋白酶,某生 物兴趣小组设计了如图所示的甲、乙两实验。在37 ℃水浴中保温一段时间 后,1、2烧杯中不加任何试剂,3、4烧杯中加双缩脲试剂。下列实验组能达到 实验目的的是( A ) A.甲组 B.乙组 C.两组都能 D.两组都不能
解析:丙组的实验结果应是“出现砖红色沉淀”;三组实验加入斐林试剂后应 沸水浴加热;甲组和乙组对照,乙组和丙组对照验证了酶的专一性;碘液只能检 测淀粉不能检测蔗糖,因此不能用碘液代替斐林试剂进行检测。
2.(2019·湖北武汉调研)萌发的大麦种子中存在着两种淀粉酶:α-淀粉酶和β-淀粉酶。 Α-淀粉酶耐热不耐酸;β-淀粉酶耐酸不耐热,70 ℃处理15 min即变性失活。为测定 萌发种子中α-淀粉酶和β-淀粉酶活性的差异,将发芽3天的大麦种子加蒸馏水研磨匀 浆、离心取上清液得到淀粉酶提取液,进行如下实验。
(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)。
试管
溶液
甲
蔗糖溶液 +
淀粉溶液 -
蔗糖酶 溶液
+
淀粉酶溶液 -
(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:_____________________________________________________
答案:(2)2.0 表中以pH相差1.0设置pH梯度(答案合理即可) (3)最适pH
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
对点落实
1.(2018·湖北模拟)某同学进行了下列有关酶的实验: 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( C ) A.丙组的实验结果是“不出现砖红色沉淀” B.三组实验都应始终在37 ℃条件下进行 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
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,再在两侧各加入等量的蔗糖酶溶液,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。)
解析:(2)实验给的是蔗糖酶,要求根据渗透作用原理,选用一套渗透装置验 证酶的专一性,因此应选用质量分数为10%的蔗糖溶液和质量分数为10% 的麦芽糖溶液,因为蔗糖和麦芽糖都是二糖,实验开始时U形管两侧的物质的 量浓度相等,液面平齐,蔗糖酶能分解蔗糖,不能分解麦芽糖,U形管两侧加入 蔗糖酶后,物质的量浓度发生变化。
1 520
1 750
1 500
1 400
1 020
980
700
500
(1)该实验的因变量是
,
实验中对该类因变量的检测方法常有________________________________
。
【审题指导】
(1)实验探究的内容是37 ℃条件下,pH对两种消化酶活性的影响,自变量是 不同的pH。 解析:(1)随着自变量pH变化淀粉酶活性和蛋白酶活性发生改变,称为因变 量;一般可通过检测底物的消耗速率或产物的生成速率来测定。 答案:(1)淀粉酶活性和蛋白酶活性 检测底物的消耗速率或产物的生成
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 材料
试剂
现象 结论
实验组
对照组
等量的同一种底物
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
反应速率很快,或反应用时短 反应速率缓慢,或反应用时长
操作步骤 ① 加淀粉酶提取液
1号试管 1 mL
2号试管 1 mL
3号试管 1 mL
②
预处理
70 ℃恒温水浴15
高温使α-淀粉酶和
min,取出冰浴中冷却 β-淀粉酶失活
不处理
③
加缓冲液
2 mL
2 mL
2 mL
④
预保温
40 ℃恒温水浴10 min
⑤
加40 ℃预热的淀 粉溶液
2 mL
2 mL
2 mL
⑥
保温
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。
,细胞内酶的合成
(填
“能”或“不能”)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%的淀粉溶液、质量分 数为10%的蔗糖溶液、质量分数为10%的麦芽糖溶液、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。