資源簡介

新人教生物一輪復(fù)習(xí)學(xué)案
第7講 酶
【素養(yǎng)目標(biāo)】　1.通過關(guān)于酶本質(zhì)的探索的學(xué)習(xí)，認識酶的化學(xué)本質(zhì)，并進行分析綜合，總結(jié)出酶的作用，并能設(shè)計實驗證明酶的作用及化學(xué)本質(zhì)。(生命觀念　科學(xué)思維　科學(xué)探究)　2.通過分析與綜合，明確酶的高效性和專一性的含義，并學(xué)會設(shè)計實驗，探究酶的專一性和溫度、pH等對酶促反應(yīng)的影響，進而明確酶在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。(科學(xué)探究　科學(xué)思維　社會責(zé)任)
考點一　酶的本質(zhì)、作用及特性
1．酶的作用及本質(zhì)
(1)酶的本質(zhì)
【拾遺補缺】　源于必修1 P79“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”：巴斯德認為釀酒中的發(fā)酵是由酵母菌細胞的存在所致，沒有活細胞就不能產(chǎn)生酒精；李比希卻認為引起發(fā)酵的只是酵母菌細胞中的某些物質(zhì)，不一定需要活的細胞。請你利用酵母菌細胞、研磨和過濾裝置、葡萄糖溶液等材料設(shè)計一個實驗來結(jié)束這一爭論。
提示　將酵母菌細胞研磨粉碎、加水?dāng)嚢韬筮^濾，將提取液加入葡萄糖溶液中，也能產(chǎn)生酒精，說明引起發(fā)酵的是一種化學(xué)物質(zhì)(模擬畢希納的實驗)。
(2)酶的作用原理
①表示無酶催化時反應(yīng)進行所需要的活化能是AC段。
②表示有酶催化時反應(yīng)進行所需要的活化能是BC段。
③表示酶降低的活化能是AB段。
2．酶的特性
(1)高效性：酶的催化效率大約是無機催化劑的107～1013倍。
(2)專一性：每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。
(3)作用條件較溫和：在最適宜的溫度和pH條件下，酶的活性最高；高溫、過酸、過堿等條件會使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞而永久失活；低溫條件下酶的活性很低，但空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
【拾遺補缺】　
(1)源于必修1 P84“相關(guān)信息”：已知胃蛋白酶的最適pH為1.5，小腸液的pH為7.6，胃蛋白酶隨食糜進入小腸后還能發(fā)揮作用嗎？為什么？
提示　不能。因為沒有了適宜的pH，胃蛋白酶活性大大下降甚至失活
(2)源于必修1 P85“科學(xué)·技術(shù)·社會”：溶菌酶能夠溶解細菌的________，具有抗菌消炎的作用。在臨床上與抗生素復(fù)合使用，能增強抗生素的療效。
提示　細胞壁
(1)酶既可以作為催化劑，也可以作為另一個反應(yīng)的底物(　　)
(2)酶分子在催化反應(yīng)完成后立即被降解成氨基酸(　　)
(3)酶活性的發(fā)揮離不開其特定的結(jié)構(gòu)(　　)
(4)纖維素酶能夠降解植物細胞壁和細菌細胞壁(　　)
(5)酸既能催化蛋白質(zhì)水解，也能催化脂肪水解，還能催化淀粉水解(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√
1．酶高效性的曲線分析
(1)與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。
(2)酶和無機催化劑一樣，只能縮短達到化學(xué)平衡所需要的時間，不能改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點。
2．酶專一性的曲線分析
(1)加入酶B的反應(yīng)速率和無酶條件下的反應(yīng)速率相同，說明酶B對此反應(yīng)無催化作用。
(2)加入酶A的反應(yīng)速率比無酶條件下的反應(yīng)速率明顯加快，說明酶A對此反應(yīng)有催化作用。
3．影響酶活性因素的相關(guān)曲線分析
(1)甲曲線分析：在一定溫度(pH)范圍內(nèi)，隨溫度(pH)的升高，酶的催化作用逐漸增強，超過最適溫度(pH)，酶的催化作用逐漸減弱。
(2)乙曲線分析：縱坐標(biāo)為反應(yīng)物剩余量(相對量)，反應(yīng)物剩余量越多，生成物越少，反應(yīng)速率越慢；圖示pH＝7時，反應(yīng)物剩余量最少，該pH下的酶活性相對較高；反應(yīng)溶液pH的變化不影響酶作用的最適溫度。
4．底物濃度和酶濃度對酶促反應(yīng)的影響曲線分析
　
(1)甲圖：在其他條件適宜、酶量一定的情況下，酶促反應(yīng)速率先隨底物濃度增加而加快，當(dāng)?shù)孜镞_到一定濃度后，受酶數(shù)量的限制，酶促反應(yīng)速率不再增加。
(2)乙圖：在底物足量、其他條件適宜的情況下，酶促反應(yīng)速率與酶濃度成正比。
(3)丙圖：其他條件適宜的情況下，酶量增加，酶促反應(yīng)的底物飽和時對應(yīng)的曲線上的a點應(yīng)向右上移(對應(yīng)b點位置)。
5．探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用
試管編號 1 2
注入可溶性淀粉溶液 2 mL －
注入蔗糖溶液 － 2 mL
注入新鮮的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
60 ℃水浴保溫5 min
新配制的斐林試劑 2 mL 2 mL
沸水浴煮沸1 min
實驗現(xiàn)象 有磚紅色沉淀 沒有磚紅色沉淀
(1)實驗結(jié)果和結(jié)論：1號試管有磚紅色沉淀生成，說明產(chǎn)生了還原糖，淀粉被水解，2號試管不出現(xiàn)磚紅色沉淀，說明蔗糖沒有被水解。結(jié)論：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有專一性。
(2)上述實驗中不能用碘液代替斐林試劑作為鑒定試劑，因為碘液只能檢測淀粉是否被水解，而蔗糖分子無論是否被水解都不會使碘液變色。
(3)該實驗的自變量是底物的種類；因變量是底物是否被淀粉酶水解。本實驗設(shè)計思路是探究同一種酶是否能催化不同底物水解。
[典例剖析]
(2023·泰安高三檢測)用某種酶進行有關(guān)實驗的結(jié)果如圖所示，下列有關(guān)說法錯誤的是(　　)
A．該酶的最適催化溫度不確定
B．圖2和圖4能說明該酶一定不是胃蛋白酶
C．由圖4實驗結(jié)果可知酶具有高效性
D．由圖3實驗結(jié)果可知Cl－是該酶的激活劑
C　[圖1顯示溫度對酶活性的影響，圖中結(jié)果只能顯示30 ℃比較適宜，但溫度梯度太大，不能確定該酶的最適催化溫度，A正確；圖2顯示該酶的最適pH為7，而胃蛋白酶的最適pH為1.5，由圖4可知該酶為麥芽糖酶，B正確；圖3能說明Cl－是該酶的激活劑，Cu2＋是該酶的抑制劑，D正確；圖4可說明酶具有專一性，C錯誤。]
【名師點撥】　掌握信息轉(zhuǎn)化能力
信息提取 信息1：圖1
信息2：圖2、圖4
信息3：圖3
信息轉(zhuǎn)化 1.三種溫度比較，30 ℃時酶活性最高，但溫度梯度較大
2.pH＝7時，該酶活性最高；該酶能催化麥芽糖分解，最可能是麥芽糖酶
3.加Cl－時，酶活性最高
素養(yǎng)考查 生命觀念：結(jié)構(gòu)與功能觀 科學(xué)思維：建構(gòu)模型能力
【角度轉(zhuǎn)換】　提升語言表達能力
題圖1中，酶促反應(yīng)在不同溫度條件下最終生成物的量相同，原因是底物的量是相同的，最終分解得到的產(chǎn)物的量也是一樣的。
考向一　酶的本質(zhì)、作用與特性的綜合分析
1．(2022·長沙高三模擬)下圖以蔗糖酶為例，示意酶分子的作用過程，下列有關(guān)說法正確的是(　　)
A．蔗糖酶在此化學(xué)反應(yīng)的過程中分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變
B．②過程體現(xiàn)了酶具有特異性
C．蔗糖酶應(yīng)在其最適溫度下保存
D．蔗糖酶為該反應(yīng)提供了能量
B　[由圖可知，蔗糖酶在反應(yīng)過程中空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，A錯誤；②過程為酶與底物分子結(jié)合的過程，結(jié)合位點與底物分子結(jié)構(gòu)適配，體現(xiàn)了酶具有特異性，B正確；蔗糖酶等酶應(yīng)在低溫環(huán)境下保存，C錯誤；蔗糖酶降低了該反應(yīng)所需要的活化能，不能提供能量，D錯誤。]
2．(2022·東莞高三檢測)嫩肉粉是生活中常見的一種烹飪原料，其主要成分是木瓜蛋白酶，可以對肉中的彈性蛋白和膠原蛋白進行部分水解，破壞它們的分子結(jié)構(gòu)，使肉類制品口感達到嫩而不韌、味美鮮香的效果。下列關(guān)于嫩肉粉的敘述，正確的是(　　)
A．嫩肉粉應(yīng)為高溫烘干制成的一種粉劑
B．嫩肉粉中的木瓜蛋白酶應(yīng)置于低溫下保存
C．木瓜蛋白酶能夠為蛋白質(zhì)的水解提供部分能量
D．木瓜蛋白酶在完成催化過程后，立即被分解
B　[嫩肉粉是生活中常見的一種烹飪原料，其主要成分是木瓜蛋白酶，據(jù)此可推測嫩肉粉不可能在高溫條件下烘干制成，否則會導(dǎo)致空間結(jié)構(gòu)被破壞，無法發(fā)揮催化作用，A錯誤；酶應(yīng)在低溫下保存，B正確；酶促反應(yīng)的原理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，不能為反應(yīng)提供能量，C錯誤；酶在發(fā)揮作用前后理化性質(zhì)不變，因此不會被分解，D錯誤。]
【知識延伸】　酶在生活中的實例
(1)人發(fā)燒時不想吃東西，原因是體溫升高導(dǎo)致消化酶活性降低，食物在消化道中消化緩慢。
(2)唾液淀粉酶隨食物進入胃內(nèi)就會失活，原因是唾液淀粉酶的最適pH為6.8左右，而胃液的pH為0.9～1.5。
(3)胰島素等蛋白質(zhì)類或多肽類激素只能注射，不能口服，原因是口服會導(dǎo)致該類激素被蛋白酶和肽酶分解成氨基酸而失效。固醇類激素(如性激素)和氨基酸衍生物類激素(如甲狀腺激素)不會被消化酶分解，既可以注射，也可以口服。
考向二　酶的相關(guān)曲線分析
3．(2023·常德高三檢測)下圖為某種酶在最適pH和不同溫度條件下，反應(yīng)底物濃度隨反應(yīng)時間變化的曲線圖。下列分析正確的是(　　)
A．該酶的最適溫度為45 ℃，該溫度下反應(yīng)至t2時間后，酶活性下降為0
B．經(jīng)65 ℃長時間處理的酶液，自然冷卻后加入底物，反應(yīng)底物濃度很快降低
C．降低或升高反應(yīng)體系的pH，圖中的t2和t3點的位置將右移
D．O～t1時間段，25 ℃條件下比45 ℃條件下的平均反應(yīng)速率快
C　[條件不變，酶在化學(xué)反應(yīng)前后不變，因此酶促反應(yīng)結(jié)束后酶活性不變，并且45 ℃并不一定是該酶的最適溫度，A錯誤；經(jīng)65 ℃長時間處理的酶液，已經(jīng)變性失活，即使自然冷卻，酶的活性還是不能恢復(fù)，B錯誤；由題干信息可知，該酶在最適pH下進行，如果降低或升高反應(yīng)體系的pH，酶的活性都會降低，從而使反應(yīng)時間延長，即圖中的t2和t3點的位置將右移，C正確；O～t1時間段，45 ℃條件下比25 ℃條件下的反應(yīng)底物濃度下降更快，因此其平均反應(yīng)速率更快，D錯誤。]
4．(2022·南京高三檢測)下圖為科學(xué)家研究兩種植酸酶的活性隨溫度變化的情況。下列敘述錯誤的是(　　)
A．本實驗的自變量有兩種，分別是溫度和酶的種類
B．pH、反應(yīng)時間等無關(guān)變量也會影響實驗結(jié)果
C．在20 ℃至60 ℃范圍內(nèi)，酶活性較高的是A酶
D．探究A酶的最適溫度時，應(yīng)圍繞50 ℃設(shè)置三個溫度進行實驗
D　[據(jù)圖可知，本實驗的自變量是溫度和酶的種類，因變量是酶的活性，A正確；pH、反應(yīng)時間等無關(guān)變量也會影響實驗結(jié)果，因此在實驗中要求相同且適宜，B正確；據(jù)圖可知，在20 ℃至60 ℃范圍內(nèi)，酶A的活性大于酶B的活性，C正確；據(jù)圖可知，酶A的最適宜溫度均約為50 ℃，探究A酶的最適溫度時，應(yīng)圍繞50 ℃設(shè)置多個溫度進行實驗，D錯誤。]
【題后歸納】　“四看法”分析酶促反應(yīng)曲線
考點二　探究影響酶活性的條件
1．實驗原理
(1)探究溫度對酶活性的影響
①反應(yīng)原理
②鑒定原理：溫度影響酶的活性，從而影響淀粉的水解，滴加碘液，根據(jù)是否出現(xiàn)藍色及藍色的深淺來判斷酶的活性。
(2)探究pH對酶活性的影響
①反應(yīng)原理(用反應(yīng)式表示)：
2H2O22H2O＋O2。
②鑒定原理：pH影響酶的活性，從而影響O2的生成速率，可用帶火星的衛(wèi)生香燃燒的情況來檢驗O2的生成速率。
2．實驗步驟和結(jié)果
(1)探究溫度對酶活性的影響
取6支試管，分別編號為1與1′、2與2′、3與3′，并分別進行以下操作。
試管編號 1 1′ 2 2′ 3 3′
實 驗 步 驟 一 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液
二 在冰水中水浴5 min 在60 ℃溫水中水浴5 min 在沸水中水浴5 min
三 1與1′試管內(nèi)液體混合，搖勻 2與2′試管內(nèi)液體混合，搖勻 3與3′試管內(nèi)液體混合，搖勻
四 在冰水中水浴數(shù)分鐘 在60 ℃溫水中水浴數(shù)分鐘 在沸水中水浴數(shù)分鐘
五 取出試管，分別滴加2滴碘液，搖勻，觀察現(xiàn)象
實驗現(xiàn)象 呈藍色 無藍色出現(xiàn) 呈藍色
結(jié)論 酶發(fā)揮催化作用需要適宜的溫度條件，溫度過高或過低都會影響酶活性
(2)探究pH對酶活性的影響
序號 實驗操作內(nèi)容 試管1 試管2 試管3
1 注入等量的過氧化氫酶溶液 2滴 2滴 2滴
2 注入等量的不同pH的溶液 1 mL蒸餾水 1 mL 5%的HCl 1 mL 5%的NaOH
3 注入等量的體積分數(shù)為3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL
4 觀察實驗現(xiàn)象 有大量氣泡產(chǎn)生 無明顯氣泡產(chǎn)生 無明顯氣泡產(chǎn)生
5 將帶火星的衛(wèi)生香插入試管內(nèi)(液面的上方) 燃燒劇烈 燃燒較弱 燃燒較弱
1．實驗材料選擇時的注意事項
(1)在探究溫度對酶活性的影響實驗中，不能選擇過氧化氫(H2O2)和過氧化氫酶作為實驗材料，因為過氧化氫(H2O2)在常溫下就能分解，加熱的條件下分解會加快，從而影響實驗結(jié)果。
(2)在探究pH對酶活性的影響實驗中，不宜選用淀粉和淀粉酶作為實驗材料，因為在酸性條件下淀粉分解也會加快，從而影響實驗結(jié)果。
2．實驗步驟和結(jié)果檢測的注意事項
(1)在探究溫度對酶活性的影響實驗中，底物和酶溶液應(yīng)先分別在預(yù)設(shè)的溫度中保溫一段時間后再混合，保證反應(yīng)從一開始就是預(yù)設(shè)的溫度。
(2)在探究pH對酶活性的影響實驗中，宜先保證酶的最適溫度(排除溫度干擾)，且將酶溶液的pH調(diào)至實驗要求的pH后再讓反應(yīng)物與酶接觸，不宜在未達到預(yù)設(shè)pH前，讓反應(yīng)物與酶接觸。
(3)若選擇淀粉和淀粉酶來探究溫度對酶活性的影響，檢測底物被分解的試劑宜選用碘液，不能選用斐林試劑，因為用斐林試劑鑒定時需要水浴加熱，而該實驗中需嚴格控制溫度。
考向一　影響酶活性的條件的基礎(chǔ)實驗分析
5．(2023·鐵嶺高三檢測)已知酸或堿能水解多糖和蛋白質(zhì)，碘液在堿性條件下會發(fā)生歧化反應(yīng)，請判斷下列利用相關(guān)材料，試劑開展的實驗，實驗?zāi)繕?biāo)能夠達成的是(　　)
A．利用淀粉、淀粉酶、斐林試劑探究pH對酶活性的影響
B．利用蔗糖、麥芽糖、蔗糖酶和斐林試劑探究酶的專一性
C．利用淀粉、淀粉酶、碘液探究溫度對酶活性的影響
D．利用蛋清液、蛋白酶、雙縮脲試劑探究pH對酶活性的影響
C　[根據(jù)題意可知，酸或堿能水解多糖，所以在一定的酸堿度下，沒有淀粉酶，淀粉也會水解，從而影響試驗結(jié)果，A錯誤；蔗糖酶可以催化蔗糖水解產(chǎn)生葡萄糖和果糖，而葡萄糖、果糖和麥芽糖都是還原糖，與斐林試劑在加熱的條件下反應(yīng)呈現(xiàn)磚紅色沉淀，因此不能判斷麥芽糖是否發(fā)生水解，故不能利用蔗糖、麥芽糖、蔗糖酶和斐林試劑探究酶的專一性，B錯誤；淀粉酶可以催化淀粉的水解，而淀粉遇碘液變藍，所以可以用其檢測淀粉是否被淀粉酶催化水解，因此可以利用淀粉、淀粉酶、碘液探究溫度對酶活性的影響，C正確；根據(jù)題意可知，酸或堿能水解蛋白質(zhì)，所以在一定的酸堿度下，沒有蛋白酶，蛋白質(zhì)也會水解，從而影響試驗結(jié)果，而且，即使蛋清液中蛋白質(zhì)被分解，但蛋白酶也是蛋白質(zhì)，和雙縮脲試劑反應(yīng)，產(chǎn)生紫色現(xiàn)象，D錯誤。]
6．(2022·長沙高三檢測)如圖是某課外活動小組探究pH對唾液淀粉酶活性影響時繪制的實驗結(jié)果圖(實驗中用鹽酸創(chuàng)設(shè)酸性條件，鹽酸能催化淀粉水解)。下列有關(guān)敘述正確的是(　　)
A．將淀粉與淀粉酶溶液混合后再調(diào)節(jié)各組混合液的pH
B．pH為3和9的兩支試管中的淀粉酶的活性相同
C．pH為13的試管調(diào)到pH為7后繼續(xù)反應(yīng)，淀粉含量將明顯下降
D．根據(jù)上述實驗結(jié)果無法推測出淀粉酶的最適pH為7
D　[實驗中需要將淀粉與淀粉酶溶液分別調(diào)節(jié)pH，然后再將pH相等的淀粉和淀粉酶混合后再進行相應(yīng)因變量的檢測，這樣獲得的數(shù)據(jù)更有說服力，A錯誤；分析柱形圖可知，pH為3的條件下和pH為9的條件下淀粉剩余量基本相等，而由于淀粉在酸性條件下易分解，因此pH為3的條件下的酶活性小于pH為9的條件，B錯誤；pH為13的試管調(diào)到pH為7后繼續(xù)反應(yīng)，由于酶已經(jīng)失活，則淀粉含量將不會明顯下降，C錯誤；分析柱形圖可知，淀粉酶的最適pH在7左右，并不是最適pH為7，D正確。]
考向二　實驗的拓展和應(yīng)用
7．(2022·深圳高三檢測)乳糖酶催化乳糖水解。有兩項與此相關(guān)的實驗，其他實驗條件均設(shè)置為最適條件，實驗結(jié)果如下表，以下分析正確的是(　　)
實驗一(乳糖濃度為10%) 酶濃度/% 0 1 2 4 5
相對反應(yīng)速率 0 25 50 100 200
實驗二(酶濃度為2%) 乳糖濃度/% 0 5 10 20 30
相對反應(yīng)速率 0 25 50 65 65
A．實驗一增加乳糖濃度，相對反應(yīng)速率將降低
B．實驗二若繼續(xù)增大乳糖濃度，相對反應(yīng)速率不再加大
C．實驗一如果繼續(xù)增加酶濃度，相對反應(yīng)速率不再加大
D．實驗二若溫度升高10 ℃，相對反應(yīng)速率將增大
B　[實驗一中，在某一酶濃度時，增加乳糖濃度，相對反應(yīng)速率可能增大，可能不變，A錯誤；實驗二中乳糖濃度為20%與30%時相對反應(yīng)速率相等，所以實驗二若繼續(xù)增大乳糖濃度，相對反應(yīng)速率將不再加大，B正確；實驗一中，酶濃度為0～5%時，相對反應(yīng)速率均在不斷增大，所以如果繼續(xù)增加酶濃度，相對反應(yīng)速率可能會繼續(xù)加大，C錯誤；實驗條件均設(shè)置為最適條件，所以實驗二若溫度提高10 ℃，酶的活性將會下降，相對反應(yīng)速率將減小，D錯誤。]
8．(2023·唐山高三檢測)南美白對蝦的體內(nèi)含有大量的酚氧化酶(PO)，在活蝦中該酶以酶原的形式存在，沒有活性。蝦死后，酚氧化酶酶原被激活，催化體內(nèi)的酚類底物轉(zhuǎn)化為黑色素類物質(zhì)，造成蝦死后迅速變黑，影響蝦的品質(zhì)和價格。曲酸是微生物產(chǎn)生的一種弱酸性代謝物，可抑制酚氧化酶活性，如圖為不同濃度曲酸對PO活性的影響。回答下列問題：
(1)無活性的酶原變?yōu)橛谢钚悦傅倪^程稱為酶原激活，本質(zhì)是切斷酶原分子中的特定肽鍵或去除部分肽段，導(dǎo)致酶原的__________發(fā)生改變，導(dǎo)致功能的改變。每種酶都有其活性中心，酶原激活的過程可能是________________________的過程。酚氧化酶催化酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為黑色素類物質(zhì)的作用機理是_________________________________________________________________。
(2)實驗結(jié)果反映出曲酸對PO活性的影響是_______________________________________。在生產(chǎn)中為防止蝦死后黑化，最適宜采用濃度為____________的曲酸進行處理。
(3)競爭性抑制劑與底物結(jié)構(gòu)相似，可與底物競爭結(jié)合酶的活性中心；非競爭性抑制劑可與酶的非活性部位不可逆結(jié)合，使酶的活性中心功能喪失。為確定曲酸在此酶促反應(yīng)中屬于哪種類型，根據(jù)兩種抑制劑的差異寫出實驗思路以及預(yù)期實驗結(jié)果。
實驗思路：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
預(yù)期實驗結(jié)果：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)家庭保存活蝦常采用直接加水冷凍保存法，并且冷凍的速度越快越好，這樣做的目的是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)空間結(jié)構(gòu)　酶的活性中心形成或暴露　降低化學(xué)反應(yīng)的活化能　(2)在0～1.1 mmol/L的范圍內(nèi)，隨著曲酸濃度的增大，PO剩余酶活性不斷降低，曲酸濃度大于1.1 mmol/L后，PO剩余酶的活性保持穩(wěn)定　1.1 mmol/L　(3)先用濃度為1.1 mmol/L(適宜濃度)的曲酸處理酚氧化酶，一段時間后除去曲酸，觀察酚氧化酶是否仍然能催化酚類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化　如果出現(xiàn)黑色素類物質(zhì)，說明酚氧化酶仍有活性，屬于競爭性抑制劑，如果不出現(xiàn)黑色素類物質(zhì)，說明酚氧化酶沒有活性，屬于非競爭性抑制劑　(4)迅速冷凍可快速降低PO的活性，防止蝦死后黑化
解析　(1)酶原激活，本質(zhì)是切斷酶原分子中的特定肽鍵或去除部分肽段，導(dǎo)致酶原的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進而導(dǎo)致功能的改變。每種酶都有其活性中心，酶原激活的過程可能是酶的活性中心形成或暴露的過程。酚氧化酶催化酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為黑色素類物質(zhì)的作用機理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。
(2)實驗結(jié)果反映出曲酸對PO活性的影響是在0～1.1 mmol/L的范圍內(nèi)，隨著曲酸濃度的增大，PO剩余酶活性不斷降低，曲酸濃度大于1.1 mmol/L后，PO剩余酶的活性保持穩(wěn)定。在生產(chǎn)中為防止蝦死后黑化，最適宜采用濃度為1.1 mmol/L的曲酸進行處理。
(3)實驗思路：先用濃度為1.1 mmol/L(適宜濃度)的曲酸處理酚氧化酶，一段時間后除去曲酸，觀察酚氧化酶是否仍然能催化酚類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化；預(yù)期實驗結(jié)果：如果出現(xiàn)黑色素類物質(zhì)，說明酚氧化酶仍有活性，屬于競爭性抑制劑，如果不出現(xiàn)黑色素類物質(zhì)，說明酚氧化酶沒有活性，屬于非競爭性抑制劑。
(4)家庭保存活蝦常采用直接加水冷凍保存法，并且冷凍的速度越快越好，這樣做的目的是快速降低PO的活性，防止蝦死后黑化。
高分突破培優(yōu)(一)　酶的相關(guān)探究實驗
一、鑒定酶的本質(zhì)
某科研小組經(jīng)研究得知X酶存在于人的肝細胞中，能將糖原分解為還原糖。酶必須保持正常的結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮催化作用，請利用這一原理設(shè)計實驗，探究X酶的化學(xué)本質(zhì)究竟是蛋白質(zhì)還是RNA。簡要寫出實驗思路，并預(yù)期實驗結(jié)果及結(jié)論(要求：實驗包含可相互印證的甲、乙兩組)。
【審題關(guān)鍵】
(1)據(jù)題干可知，X酶的功能是將糖原分解為還原糖。
(2)聯(lián)想到蛋白酶可以改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)從而使其失去功能。
(3)RNA酶可以催化RNA發(fā)生水解從而使其失去功能。
(4)若X酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，被蛋白酶處理后，則不能將糖原分解為還原糖。
(5)若X酶的化學(xué)本質(zhì)是RNA，被RNA酶處理后，則不能將糖原分解為還原糖。
(6)題干中要求設(shè)計甲、乙兩組實驗，二者之間要能相互印證，因此聯(lián)想相互對照。
答案　(1)實驗思路：甲組：將X酶用蛋白酶處理，再與適量糖原溶液混合，在適宜條件下保持一段時間后，檢測是否有還原糖的產(chǎn)生。乙組：將X酶用RNA酶處理，再與相同且等量糖原溶液混合，在適宜條件下保持相同一段時間后，檢測是否有還原糖的產(chǎn)生。
(2)預(yù)期結(jié)果及結(jié)論：①若甲組有還原糖生成，乙組沒有還原糖生成，則說明X酶的化學(xué)本質(zhì)是RNA；②若甲組沒有還原糖生成，乙組有還原糖生成，則說明X酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。
鑒定酶本質(zhì)的兩種常用方法
(1)試劑檢測法
從酶的化學(xué)本質(zhì)上來講，絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，極少數(shù)的酶是RNA。在高中教材中常見的一些酶，如淀粉酶、蛋白酶等，其化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)，所以對酶本質(zhì)的鑒定常常是變相地考查蛋白質(zhì)的鑒定方法。設(shè)計鑒定方案如下：
項目 實驗組 對照組
材料 待測酶溶液 已知蛋白液(等量)
試劑 分別加入等量的雙縮脲試劑
現(xiàn)象 是否呈現(xiàn)紫色 呈現(xiàn)紫色
結(jié)論 呈現(xiàn)紫色說明該酶的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)，否則該酶的化學(xué)本質(zhì)不是蛋白質(zhì)
(2)酶解法
酶必須保持正常的結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮催化作用，因此可以分別利用蛋白酶和RNA酶處理某酶，再觀察其功能是否受影響來確定該酶的本質(zhì)。設(shè)計鑒定方案如右圖：
1．(2022·黃岡高三模擬)酶的化學(xué)成分大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA，也有極少數(shù)是由蛋白質(zhì)和RNA共同構(gòu)成的。存在于染色體端粒上的端粒酶在癌細胞中很活躍，從而賦予癌細胞復(fù)制的永生性，所以研究端粒酶的性質(zhì)和成分顯得很重要。請利用放射性同位素標(biāo)記的方法，以體外培養(yǎng)的癌細胞等為材料，設(shè)計實驗以確定端粒酶的化學(xué)成分。
(1)實驗準備：配制含35S標(biāo)記的____________和含32P標(biāo)記的____________的動物細胞培養(yǎng)液用于培養(yǎng)癌細胞。
(2)實驗思路：
甲組：______________________，培養(yǎng)一段時間后，在癌細胞的染色體端粒上獲取端粒酶，并檢測其放射性。
乙組：____________________，培養(yǎng)相同的一段時間后，在癌細胞的染色體端粒上獲取端粒酶，并檢測其放射性。
(3)實驗結(jié)果及結(jié)論：
①若________________________，則端粒酶由蛋白質(zhì)組成。
②若______________________，則端粒酶由RNA組成。
③若________________，則端粒酶由蛋白質(zhì)和RNA組成。
答案　(1)氨基酸　核糖核苷酸　(2)將癌細胞培養(yǎng)在含有35S的培養(yǎng)液中　將癌細胞培養(yǎng)在含有32P的培養(yǎng)液中　(3)①甲組有放射性，乙組無放射性　②甲組無放射性，乙組有放射性　③甲組和乙組都有放射性
解析　(1)分析題意可知，該實驗的目的是確定端粒酶的本質(zhì)是RNA或蛋白質(zhì)還是兩者的結(jié)合物。由于蛋白質(zhì)中含有S幾乎不含P，而RNA中含有P不含S，可以利用35S標(biāo)記蛋白質(zhì)，32P標(biāo)記RNA進行對照實驗，即配制含35S標(biāo)記的氨基酸和含32P標(biāo)記的核糖核苷酸的動物細胞培養(yǎng)液用于培養(yǎng)癌細胞。
(2)結(jié)合題意和分析可知，本實驗中甲組與乙組都為實驗組，兩組互為對照，因此，甲組的處理為：將癌細胞培養(yǎng)在含有35S的培養(yǎng)液中，培養(yǎng)一段時間后，在癌細胞的染色體端粒上獲取端粒酶，并檢測其放射性；乙組的處理為：將癌細胞培養(yǎng)在含有32P的培養(yǎng)液中，培養(yǎng)相同的一段時間后，在癌細胞的染色體端粒上獲取端粒酶，并檢測其放射性。(甲、乙兩組的處理可以互換。)
(3)由上述分析可知，①若甲組有放射性，乙組無放射性，說明端粒酶由蛋白質(zhì)組成。②若甲組無放射性，乙組有放射性，說明端粒酶由RNA組成。(若甲、乙兩組處理互換，①②的結(jié)果亦互換。)③若甲組和乙組都有放射性，說明端粒酶由蛋白質(zhì)和RNA組成。
二、驗證酶的高效性與專一性
(2022·南平高三檢測)耐高溫淀粉酶在食品加工領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用。為探究某耐高溫淀粉酶的性質(zhì)，某研究小組做了如下表所示的實驗，測得的酶活性如圖1所示：
組別處理 1 2 3 4 5 6 7 8
可溶性淀粉溶液(3%) 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL
耐高溫淀粉酶溶液(2%) 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL
溫度 30 ℃ 40 ℃ 50 ℃ 60 ℃ 70 ℃ 80 ℃ 90 ℃ 100 ℃
各組在相應(yīng)溫度下保溫5 min
測定酶的活性
回答下列問題：
(1)酶活性屬于該實驗中的________變量，其可以通過檢測__________來體現(xiàn)。
(2)根據(jù)表格和圖1的實驗數(shù)據(jù)，________(填“能”或“不能”)確定該酶的最適溫度為80 ℃，原因是__________________。3號試管和8號試管中酶活性都較低，但兩者的原理不同，其差異是______________________。
(3)圖2所示為6號試管中產(chǎn)物濃度隨時間的變化曲線，請在圖2中畫出4號試管中產(chǎn)物濃度隨時間的變化曲線(畫出大致趨勢即可)。
(4)某興趣小組欲驗證該耐高溫淀粉酶具有專一性，請你用以上實驗材料及蔗糖溶液、斐林試劑、碘液等設(shè)計一個實驗方案(寫出實驗思路、預(yù)期結(jié)果和結(jié)論)。
實驗思路：______________________________________________________________
________________________________________________________________________；
預(yù)期結(jié)果和結(jié)論：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【審題關(guān)鍵】
(1)生物實驗遵循的一般原則是對照原則、等量原則、單一變量原則和控制無關(guān)變量原則等。由題表分析可知，不同溫度屬于實驗的自變量，酶活性屬于實驗的因變量。其可以通過檢測單位時間內(nèi)淀粉的剩余量(或產(chǎn)物的生成量)來體現(xiàn)。
(2)根據(jù)表格和圖1數(shù)據(jù)，不能確定該酶的最適溫度為80 ℃，因為設(shè)置的溫度梯度較大；3號試管中酶的活性受到低溫抑制，但其結(jié)構(gòu)未被破壞，8號試管中高溫破壞了酶的空間結(jié)構(gòu)，故3號試管和8號試管中酶活性均較低的原因不同。
(3)6號試管中酶活性較高，反應(yīng)達到平衡所需時間較短，4號試管中酶活性較低，反應(yīng)達到平衡所需時間較長，但是兩支試管最終的反應(yīng)平衡點相同，故4號試管中產(chǎn)物濃度隨時間的變化曲線整體應(yīng)在6號試管曲線的下方，并最終和6號試管曲線在同一水平線上。
(4)酶具有專一性，淀粉酶催化淀粉水解為麥芽糖，不能催化蔗糖水解，可利用該原理設(shè)計實驗，說明耐高溫淀粉酶的專一性。
答案　(1) 因　單位時間內(nèi)淀粉的剩余量(或產(chǎn)物的生成量)
(2)不能　溫度梯度較大　3號試管中酶的活性受到相對低溫抑制，但其空間結(jié)構(gòu)未發(fā)生不可逆變化，其活性可恢復(fù)；8號試管中酶的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆變化，其活性不能恢復(fù)
(3)
(4)取等量的可溶性淀粉溶液和蔗糖溶液分別與等量的該耐高溫淀粉酶在相同且適宜的溫度和pH等條件下反應(yīng)，一段時間后用斐林試劑檢測并觀察溶液中有無磚紅色沉淀出現(xiàn)　可溶性淀粉溶液中有磚紅色沉淀出現(xiàn)，蔗糖溶液中沒有磚紅色沉淀出現(xiàn)，證明該耐高溫淀粉酶具有專一性
“對照實驗法”驗證酶的高效性和專一性
(1)驗證酶的高效性
項目 實驗組 對照組
材料 等量的同一種底物
試劑 與底物相對應(yīng)的酶溶液 等量的無機催化劑
現(xiàn)象 反應(yīng)速率很快，或反應(yīng)用時短 反應(yīng)速率緩慢，或反應(yīng)用時長
結(jié)論 酶具有高效性
(2)驗證酶的專一性
項目 方案一 方案二
實驗組 對照組 實驗組 對照組
材料 同種底物(等量) 與酶相對應(yīng)的底物 另外一種底物
試劑 與底物相對應(yīng)的酶 另外一種酶 同一種酶(等量)
現(xiàn)象 發(fā)生反應(yīng) 不發(fā)生反應(yīng) 發(fā)生反應(yīng) 不發(fā)生反應(yīng)
結(jié)論 酶具有專一性 酶具有專一性
2．(2022·連云港高三檢測)研究小組利用下列實驗材料、試劑和實驗裝置，進行“驗證酶具有專一性”的實驗。
可供選擇的材料與試劑：豬小腸蔗糖酶(最適溫度為50 ℃)、唾液淀粉酶(最適溫度為37 ℃)、質(zhì)量分數(shù)為5%的麥芽糖溶液、質(zhì)量分數(shù)為5%的蔗糖溶液、質(zhì)量分數(shù)為5%的淀粉溶液等。
實驗裝置：
注：二糖、單糖都不能透過所用半透膜，水可以透過。
請回答下列問題：
(1)實驗步驟：
①U形管A側(cè)加入20 mL質(zhì)量分數(shù)為5%的麥芽糖溶液，B側(cè)加入20 mL質(zhì)量分數(shù)為5%的____________溶液，一段時間后觀察到A、B兩側(cè)液面齊平。
②A、B側(cè)均加入等量且適量的______________酶，水浴鍋溫度設(shè)為______℃，一段時間后觀察A、B兩側(cè)液面變化。
(2)預(yù)期實驗結(jié)果：A側(cè)液面________(填“上升”“下降”或“不變”)，B側(cè)液面______(填“上升”“下降”或“不變”)。
(3)實驗步驟②中，一段時間后若分別取U形管A、B側(cè)溶液，加入斐林試劑水浴加熱，則A側(cè)溶液________磚紅色沉淀(填“出現(xiàn)”或“不出現(xiàn)”)，B側(cè)溶液________磚紅色沉淀(填“出現(xiàn)”或“不出現(xiàn)”)；該結(jié)果________(填“能”或“不能”)驗證酶具有專一性。
答案　(1)①蔗糖　②豬小腸蔗糖　50
(2)下降　上升　
(3)出現(xiàn)　出現(xiàn)　不能
解析　(1)①麥芽糖和蔗糖都是二糖，U形管A側(cè)加入20 mL質(zhì)量分數(shù)為5%的麥芽糖溶液，B側(cè)應(yīng)加入等量的質(zhì)量分數(shù)為5%的蔗糖溶液，才能保證兩側(cè)的濃度差相等，使得一段時間后觀察到A、B兩側(cè)液面齊平。②根據(jù)實驗材料與試劑可以推測出：A、B兩側(cè)均加入等量且適量的豬小腸蔗糖酶，豬小腸蔗糖酶的最適溫度為50 ℃，因此水浴鍋溫度設(shè)為50 ℃。
(2)由于酶具有專一性，蔗糖在蔗糖酶的作用下分解成葡萄糖和果糖，而蔗糖酶不能催化麥芽糖水解，導(dǎo)致B側(cè)溶液物質(zhì)的量濃度濃度增大，滲透壓升高，而A側(cè)溶液濃度不變，因此一段時間后B側(cè)液面會上升，A側(cè)液面會下降。(3)實驗步驟②中，一段時間后分別取U形管A、B側(cè)溶液，加入斐林試劑水浴加熱，因為麥芽糖和葡萄糖都是還原糖，所以兩側(cè)溶液都呈磚紅色；該結(jié)果不能驗證酶具有專一性。
三、探究酶的最適溫度或最適pH
為了探究淀粉酶的最適溫度，某同學(xué)進行了如圖所示的實驗操作。實驗步驟如下：
步驟①：取10支試管，均分為五組。每組的兩支試管中分別加入1 mL淀粉酶溶液和2 mL質(zhì)量分數(shù)為5%的淀粉溶液。
步驟②：將每組淀粉酶溶液和淀粉溶液混合并搖勻。
步驟③：將裝有混合溶液的五支試管(編號1、2、3、4、5)分別置于15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃水浴中。反應(yīng)過程中每隔1分鐘從各支試管中取出一滴反應(yīng)液，滴在比色板上，加1滴碘液顯色。
回答下列問題：
(1)實驗原理：淀粉在淀粉酶的催化作用下分解成還原糖；淀粉酶的活性受溫度影響；用碘液可檢測淀粉，因為淀粉遇碘液變藍，根據(jù)藍色深淺來推斷淀粉酶的活性。
(2)該實驗的設(shè)計存在一個明顯的錯誤，即步驟②前應(yīng)
________________________________________________________________________。
(3)在本實驗中，各組溶液的pH要保證______________，該實驗?zāi)芊襁x用斐林試劑檢測實驗結(jié)果？__________，理由是______________________________________________________。
(4)糾正實驗步驟后，進行操作。一段時間后，當(dāng)?shù)?組試管中的反應(yīng)物與碘液混合開始呈棕黃色時，各組實驗現(xiàn)象如下表所示(“＋”表示藍色程度)。
組別 1 2 3 4 5
處理溫度(℃) 15 25 35 45 55
結(jié)果 ＋＋ ＋ 棕黃色 ＋ ＋＋
分析上述實驗結(jié)果，可以得出該淀粉酶的最適溫度在____________________之間。某同學(xué)在進行本實驗的過程中發(fā)現(xiàn)反應(yīng)時間過長，為縮短反應(yīng)時間，請你提出合理的改進措施：________________________________________________________________________。
【審題關(guān)鍵】
(1)本實驗的目的是探究淀粉酶的最適溫度。
(2)該實驗中在酶溶液和反應(yīng)物混合之前，需要先把兩者分別放在各自所需溫度下保溫一段時間。
(3)本實驗的自變量為溫度，因變量為酶的活性變化，本實驗通過淀粉遇碘液變藍的深淺來推斷其變化，而各溶液pH屬于無關(guān)變量，要保證相同且適宜。
(4)低溫抑制了酶的活性，但結(jié)構(gòu)未被破壞，溫度升高時仍有催化功能，所以該實驗不能選用斐林試劑檢測實驗結(jié)果。
(5)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，第3組試管開始呈棕黃色，說明此試管中已經(jīng)沒有淀粉了，因此淀粉酶的最適溫度介于25 ℃和45 ℃之間。為了加快反應(yīng)，在不改變自變量的情況下，可適當(dāng)增加酶量或適當(dāng)降低底物的濃度。
答案　(2)先將五組試管分別置于15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃的水浴中保溫一段時間
(3)相同且適宜　不能　利用斐林試劑檢測時需要水浴加熱，會改變各試管的溫度，影響實驗結(jié)果
(4)25～45 ℃　增加淀粉酶的量(或降低底物的濃度)
“梯度法”探究酶的最適溫度或pH
(1)探究酶的最適溫度
①設(shè)計思路
②設(shè)計方案
(2)探究酶的最適pH
①設(shè)計思路
②設(shè)計方案
3．(2022·保定高三檢測)蜂蜜中富含維生素、氨基酸、蛋白質(zhì)、果糖與葡萄糖等營養(yǎng)物質(zhì)。蜂蜜中淀粉酶的活性是衡量蜂蜜品質(zhì)的重要指標(biāo)，淀粉酶活性越高，代表蜂蜜品質(zhì)越優(yōu)良。蜂蜜加工過程中，酶活性常常發(fā)生變化。科學(xué)家以新鮮椴樹蜂蜜為實驗材料，經(jīng)過不同溫度加工處理后，在相同條件下檢測蜂蜜中的淀粉酶活性(淀粉酶活性可以用淀粉酶值表示，即1 g蜂蜜中的淀粉酶在一定條件下可催化1%淀粉溶液的毫升數(shù))，結(jié)果如表所示。據(jù)此回答下列問題：
加工溫度 淀粉酶值 加工時間 40 ℃ 50 ℃ 60 ℃ 70 ℃
1 h 10.9 10.9 8.3 8.3
2 h 10.9 10.9 8.3 6.5
3 h 8.3 6.5 5.0 5.0
(1)本實驗的自變量為____________________，因變量可用__________表示。
(2)實驗中，為了保證各個實驗組在預(yù)設(shè)溫度下進行實驗，需要將淀粉酶和淀粉放在____________的條件下進行__________處理后再混合。
(3)若在實驗過程中，部分淀粉會自行發(fā)生水解，則為了減少實驗誤差，應(yīng)采取的措施是________________________________________________________________________。
(4)為獲得優(yōu)質(zhì)蜂蜜，請根據(jù)上述實驗結(jié)果，給出一條關(guān)于蜂蜜加工的建議：________________________________________________________________________。
答案　(1)加工時間、加工溫度　淀粉酶值
(2)相同溫度　保溫
(3)設(shè)置一組對照實驗，用等量蒸餾水代替蜂蜜溶液，其他實驗條件不變，然后計算淀粉自行水解的量
(4)在40～50 ℃的溫度條件下，加工1～2 h
解析　(1)由題中表格可知，本實驗的自變量為在不同溫度條件下利用淀粉酶進行加工的時間，即實驗的自變量是加工時間和加工溫度，因變量可用淀粉酶值表示，即代表酶活性的強弱。
(2)實驗中，為了保證各個實驗組在預(yù)設(shè)溫度下進行實驗，需要將淀粉酶和淀粉放在相同溫度的條件下進行保溫處理后再混合，這樣可以避免在淀粉酶和淀粉混合過程中溫度的變化。
(3)若在實驗過程中，部分淀粉會自行發(fā)生水解，則為了減少實驗誤差，需要設(shè)置一組對照實驗，用等量蒸餾水代替蜂蜜溶液，其他實驗條件不變，然后計算淀粉自行水解的量，通過與實驗組的對照確定淀粉酶活性值。
(4)表中信息顯示，在40～50 ℃的溫度條件、加工1～2 h的情況下，蜂蜜中淀粉酶活性最高，因此，為獲得優(yōu)質(zhì)蜂蜜，需要在40～50 ℃的溫度條件下，加工1～2 h獲得優(yōu)質(zhì)蜂蜜。
(七)鎖鑰學(xué)說和誘導(dǎo)契合學(xué)說
1．鎖鑰學(xué)說
(1)概念：酶和底物結(jié)合時，底物的結(jié)構(gòu)和酶的活性中心的結(jié)構(gòu)十分吻合，就好像一把鑰匙配一把鎖一樣。酶的這種互補形狀，使酶只能與對應(yīng)的化合物契合，從而排斥了那些形狀、大小不適合的化合物，這就是“鎖鑰學(xué)說”。
(2)局限性：酶對于它所作用的底物有著嚴格的選擇，只能催化一定結(jié)構(gòu)或者一些結(jié)構(gòu)近似的化合物，使這些化合物發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)。
2．誘導(dǎo)契合學(xué)說
(1)模型
(2)概念：當(dāng)?shù)孜锱c酶相遇時，可誘導(dǎo)酶活性中心的構(gòu)象發(fā)生相應(yīng)的變化，有關(guān)的各個基團達到正確的排列和定向，從而使酶和底物契合而結(jié)合成中間絡(luò)合物，并引起底物發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束當(dāng)產(chǎn)物從酶上脫落下來后，酶的活性中心又恢復(fù)了原來的構(gòu)象。
[對點訓(xùn)練]
1．(2022·秦皇島高三檢測)酶的“誘導(dǎo)契合學(xué)說”認為，酶活性中心的結(jié)構(gòu)原來并不和底物的結(jié)構(gòu)完全吻合，當(dāng)?shù)孜锱c酶相遇時，可誘導(dǎo)酶活性中心的構(gòu)象發(fā)生變化，有關(guān)的各個基團達到正確的排列和定向，使底物和酶契合形成絡(luò)合物。產(chǎn)物從酶上脫落后，酶活性中心又恢復(fù)到原構(gòu)象。下圖為“誘導(dǎo)契合學(xué)說”示意圖，下列敘述正確的是(　　)
A．酶與底物形成絡(luò)合物時，為底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物提供了活化能
B．酶活性中心的構(gòu)象發(fā)生變化的過程伴隨著肽鍵的斷裂
C．這一模型可以解釋蔗糖酶催化蔗糖水解成2分子單糖的過程
D．酶活性中心的構(gòu)象發(fā)生變化導(dǎo)致其空間結(jié)構(gòu)改變，造成酶疲勞性損失而不可恢復(fù)
C　[酶催化化學(xué)反應(yīng)的機理是降低化學(xué)反應(yīng)所需要的活化能，故酶與底物形成絡(luò)合物時，降低了底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物所需要的活化能，A錯誤；據(jù)圖可知，酶活性中心構(gòu)象發(fā)生變化后在一定條件下還可復(fù)原，說明該過程肽鍵并未斷裂，否則變形過后無法恢復(fù)，B錯誤；蔗糖酶可以催化蔗糖水解成2分子單糖，此過程可用題圖所示模型解釋，C正確；酶活性中心的構(gòu)象發(fā)生變化是為與底物契合形成絡(luò)合物，只是酶空間結(jié)構(gòu)的可逆性改變，完成催化作用后，酶活性中心還可恢復(fù)到原構(gòu)象，D錯誤。]
2．(多選)(2022·常德高三模擬)1894年，科學(xué)家提出了“鎖鑰”學(xué)說，認為酶具有與底物相結(jié)合的互補結(jié)構(gòu)。1958年，又有科學(xué)家提出“誘導(dǎo)契合”學(xué)說，認為在與底物結(jié)合之前，酶的空間結(jié)構(gòu)不完全與底物互補，在底物的作用下，可誘導(dǎo)酶出現(xiàn)與底物相結(jié)合的互補空間結(jié)構(gòu)，繼而完成酶促反應(yīng)。為驗證上述兩種學(xué)說，科研人員利用枯草桿菌蛋白酶(S酶)進行研究。該酶可催化兩種結(jié)構(gòu)不同的底物CTH和CU，且與兩者結(jié)合的催化中心位置相同。進行的四組實驗的結(jié)果如下圖所示，圖中SCTH表示催化CTH反應(yīng)后的S酶，SCU表示催化CU反應(yīng)后的S酶。下列說法錯誤的有(　　)
A．S酶既可催化CTH反應(yīng)，又可催化CU反應(yīng)，說明S酶沒有專一性
B．S酶的活性可以用反應(yīng)產(chǎn)物的相對含量來表示
C．該實驗結(jié)果更加支持“誘導(dǎo)契合”學(xué)說
D．為進一步探究SCTH不能催化CU水解的原因是SCTH失去活性，還是出現(xiàn)空間結(jié)構(gòu)的固化，可以用SCTH催化CTH反應(yīng)
AB　[由圖可知S酶既可以催化CTH反應(yīng)又可以催化CU反應(yīng)，說明S酶的空間結(jié)構(gòu)可以在不同底物的誘導(dǎo)下發(fā)生相應(yīng)改變，并不能說明S酶沒有專一性，A錯誤；酶活性可以用單位時間單位體積反應(yīng)物的消耗量或產(chǎn)物的生成量來表示，根據(jù)曲線④的變化趨勢可推知，S酶的活性不能用某些反應(yīng)產(chǎn)物的相對含量表示，B錯誤；由實驗可知，S酶可催化兩種結(jié)構(gòu)不同的底物CTH和CU，所以S酶的空間結(jié)構(gòu)可以在不同底物的誘導(dǎo)下發(fā)生相應(yīng)改變，適應(yīng)與不同底物的結(jié)合，該實驗結(jié)果更加支持“誘導(dǎo)契合”學(xué)說，C正確；SCTH不能催化CTH水解，原因可能是SCTH失去活性，或者出現(xiàn)空間結(jié)構(gòu)固化。用SCTH催化CTH反應(yīng)檢測反應(yīng)產(chǎn)物的生成量，如果SCTH能催化CTH水解，那么酶沒有失活，即出現(xiàn)空間結(jié)構(gòu)的固化；如果SCTH不能催化CTH水解，則SCTH失活，所以可以用SCTH催化CTH反應(yīng)來探究SCTH不能催化CU水解的原因，D正確。]
1．(2022·湖南卷，3)洗滌劑中的堿性蛋白酶受到其他成分的影響而改變構(gòu)象，部分解折疊后可被正常堿性蛋白酶特異性識別并降解(自溶)失活。此外，加熱也能使堿性蛋白酶失活，如下圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A．堿性蛋白酶在一定條件下可發(fā)生自溶失活
B．加熱導(dǎo)致堿性蛋白酶構(gòu)象改變是不可逆的
C．添加酶穩(wěn)定劑可提高加堿性蛋白酶洗滌劑的去污效果
D．添加堿性蛋白酶可降低洗滌劑使用量，減少環(huán)境污染
B　[由題目中“部分解折疊后可被正常堿性蛋白酶特異性識別并降解(自溶)失活”可知，堿性蛋白酶在一定條件下可發(fā)生自溶失活，A正確；由圖可知，加熱導(dǎo)致堿性蛋白酶由天然狀態(tài)變?yōu)椴糠纸庹郫B，部分解折疊的堿性蛋白降溫后可恢復(fù)到天然狀態(tài)，因此加熱導(dǎo)致堿性蛋白酶構(gòu)象改變是可逆的，B錯誤；堿性蛋白酶受到其他成分的影響而改變構(gòu)象，而且加熱也能使堿性蛋白酶失活，會降低加堿性蛋白酶洗滌劑的去污效果，添加酶穩(wěn)定劑可提高加堿性蛋白酶洗滌劑的去污效果，C正確；加酶洗衣粉可以降低表面活性劑的數(shù)量，減少洗滌劑使用量，使洗滌劑朝低磷、無磷的方向發(fā)展，減少對環(huán)境的污染，D正確。]
2．(2022·浙江6月選考，10)下列關(guān)于研究淀粉酶的催化作用及特性實驗的敘述，正確的是(　　)
A．低溫主要通過改變淀粉酶的氨基酸組成，導(dǎo)致酶變性失活
B．稀釋100萬倍的淀粉酶仍有催化能力，是因為酶的作用具高效性
C．淀粉酶在一定pH范圍內(nèi)起作用，酶活性隨pH升高而不斷升高
D．若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶，會加快淀粉的水解速率
B　[低溫可以抑制酶的活性，不會改變淀粉酶的氨基酸組成，也不會導(dǎo)致酶變性失活，A錯誤；酶具有高效性，故稀釋100萬倍的淀粉酶仍有催化能力，B正確；酶活性的發(fā)揮需要適宜的條件，在一定pH范圍內(nèi)，隨著pH升高，酶活性升高，超過最適pH后，隨pH增加，酶活性降低甚至失活，C錯誤；淀粉酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶，會將淀粉酶水解，則淀粉的水解速率會變慢，D錯誤。]
3．(2022·廣東卷，13)某同學(xué)對蛋白酶TSS的最適催化條件開展初步研究，結(jié)果見下表。下列分析錯誤的是(　　)
組別 pH CaCl2 溫度(℃) 降解率(%)
① 9 ＋ 90 38
② 9 ＋ 70 88
③ 9 － 70 0
④ 7 ＋ 70 58
⑤ 5 ＋ 40 30
注：＋/－分別表示有/無添加，反應(yīng)物為Ⅰ型膠原蛋白
A．該酶的催化活性依賴于CaCl2
B．結(jié)合①、②組的相關(guān)變量分析，自變量為溫度
C．該酶催化反應(yīng)的最適溫度70 ℃，最適pH9
D．尚需補充實驗才能確定該酶是否能水解其他反應(yīng)物
C　[分析②③組可知，沒有添加CaCl2，降解率為0，說明該酶的催化活性依賴于CaCl2，A正確；分析①②變量可知，pH均為9，都添加了CaCl2，溫度分別為90 ℃、70 ℃，故自變量為溫度，B正確；②組酶的活性最高，此時pH為9，溫度為70 ℃，但由于分組較少，不能說明最適溫度為70 ℃，最適pH為9，C錯誤；該實驗的反應(yīng)物為Ⅰ型膠原蛋白，要確定該酶能否水解其他反應(yīng)物還需補充實驗，D正確。]
4．(2021·海南卷，11)某種酶的催化反應(yīng)速率隨溫度和時間變化的趨勢如圖所示。據(jù)圖分析，下列有關(guān)敘述錯誤的是(　　)
A．該酶可耐受一定的高溫
B．在t1時，該酶催化反應(yīng)速率隨溫度升高而增大
C．不同溫度下，該酶達到最大催化反應(yīng)速率時所需時間不同
D．相同溫度下，在不同反應(yīng)時間該酶的催化反應(yīng)速率不同
D　[據(jù)圖可知，該酶在70 ℃條件下仍具有一定的活性，故該酶可以耐受一定的高溫，A正確；據(jù)圖可知，在t1時，酶促反應(yīng)速率隨溫度升高而增大，即反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系為40 ℃＜50 ℃＜60 ℃＜70 ℃，B正確；由題圖可知，在不同溫度下，該酶達到最大催化反應(yīng)速率(曲線變平緩)時所需時間不同，其中70 ℃達到該溫度下的最大反應(yīng)速率時間最短，C正確；相同溫度下，不同反應(yīng)時間內(nèi)該酶的反應(yīng)速率可能相同，如達到最大反應(yīng)速率(曲線平緩)之后的反應(yīng)速率相同，D錯誤。]
5．(2021·湖北卷，2)很久以前，勤勞的中國人就發(fā)明了制飴(麥芽糖)技術(shù)，這種技術(shù)在民間沿用至今。麥芽糖制作的大致過程如圖所示。
下列敘述正確的是(　　)
A．麥芽含有淀粉酶，不含麥芽糖
B．麥芽糖由葡萄糖和果糖結(jié)合而成
C．55～60 ℃保溫可抑制該過程中細菌的生長
D．麥芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最適溫度低
C　[麥芽糖屬于植物細胞特有的二糖，在麥芽中存在麥芽糖，A錯誤；麥芽糖是由2分子葡萄糖脫水縮合而成的，B錯誤；細菌的生長需要適宜溫度，據(jù)圖可知，該過程中需要在55～60 ℃條件下保溫6小時左右，目的是抑制細菌的生長，避免雜菌污染，C正確；一般而言，植物體內(nèi)酶的最適溫度高于動物，故麥芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最適溫度高，D錯誤。]
實驗技能(一)　實驗設(shè)計的基本原則
(2017·全國Ⅰ卷，29)根據(jù)遺傳物質(zhì)的化學(xué)組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒①兩種類型。有些病毒對人類健康會造成很大危害。通常，一種新病毒出現(xiàn)后需要確定該病毒的類型。
假設(shè)在宿主細胞內(nèi)不發(fā)生堿基②之間的相互轉(zhuǎn)換。請利用放射性同位素標(biāo)記③的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細胞④等為材料，設(shè)計實驗以確定一種新病毒的類型。簡要寫出：(1)實驗思路，(2)預(yù)期實驗結(jié)果及結(jié)論即可。(要求：實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組⑤)
【審題關(guān)鍵】
信息①：病毒營寄生生活，由蛋白質(zhì)和核酸組成，核酸是DNA或RNA，只含有二者中的一種，DNA和RNA在化學(xué)組成上的區(qū)別如下：
核酸 五碳糖 含氮堿基
DNA 脫氧核糖 A、G、C、T
RNA 核糖 A、G、C、U
信息②：強調(diào)了堿基，二者堿基的區(qū)別：DNA特有T，RNA特有U。
信息③：放射性同位素標(biāo)記法是指用放射性同位素替代某化合物中的特殊元素，來追蹤該化合物的運行和變化規(guī)律。回憶相關(guān)內(nèi)容：
研究內(nèi)容 標(biāo)記方法
分泌蛋白的合成、加工和運輸過程 將3H標(biāo)記的亮氨酸注射到豚鼠的胰腺腺泡細胞中
光合作用暗反應(yīng)中碳元素的轉(zhuǎn)移過程 用14C 標(biāo)記光合作用的原料二氧化碳
T2噬菌體遺傳物質(zhì)的探究 分別用32P標(biāo)記噬菌體的DNA，用35S標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼
信息④：聯(lián)想T2噬菌體遺傳物質(zhì)的探究實驗和病毒的寄生特點，標(biāo)記病毒需要先用含有放射性元素的培養(yǎng)基培養(yǎng)宿主細胞，再讓病毒去侵染標(biāo)記的細胞，子代病毒就會被標(biāo)記。
信息⑤：甲、乙兩組要形成對比，結(jié)合信息①、②、③、④可判斷出，應(yīng)分別用放射性同位素標(biāo)記DNA成分中的T和RNA成分中的U。
【參考答案】
(1)實驗思路：甲組：將宿主細胞培養(yǎng)在含有放射性標(biāo)記的尿嘧啶的培養(yǎng)基中，之后接種新病毒。培養(yǎng)一段時間后收集病毒并檢測其放射性。乙組：將宿主細胞培養(yǎng)在含有放射性標(biāo)記的胸腺嘧啶的培養(yǎng)基中，之后接種新病毒。培養(yǎng)一段時間后收集病毒并檢測其放射性。
(2)結(jié)果及結(jié)論：若甲組收集的病毒有放射性，乙組無放射性，即為RNA病毒；反之為DNA病毒。
【錯解例析】
錯例：用含有放射性同位素標(biāo)記的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培養(yǎng)基培養(yǎng)病毒。一段時間后收集病毒并檢測其放射性。
錯因分析：沒有分成甲、乙兩組，用同時含有放射性同位素標(biāo)記的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培養(yǎng)基來培養(yǎng)，不能形成對照；病毒不能直接用培養(yǎng)基培養(yǎng)，這樣設(shè)計不科學(xué)。
實驗設(shè)計遵循的四大基本原則
(1)單一變量原則：即除自變量(實驗變量)以外，應(yīng)使實驗組與對照組的無關(guān)變量保持相同且適宜。如生物材料相同(大小、生理狀況、年齡、性別等)、實驗器具相同(型號、潔凈程度等)、實驗試劑相同(用量、濃度、使用方法等)和條件相同(保溫或冷卻、光照或黑暗、攪拌、振蕩等)。
(2)對照原則：應(yīng)設(shè)置對照實驗，使實驗組與對照組的自變量不同(其他因素都相同)，以便消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的干擾，增強實驗結(jié)果的可信度。
(3)平行重復(fù)原則：在實驗設(shè)計中為了避免實驗結(jié)果的偶然性，必須對所做實驗進行足夠次數(shù)的重復(fù)，以獲得多次實驗結(jié)果的平均值，保證實驗結(jié)果的準確性。
(4)科學(xué)性原則：在設(shè)計實驗時必須有充分的科學(xué)依據(jù)，即實驗?zāi)康囊鞔_，實驗原理要正確；實驗研究的材料和實驗方法的選擇要恰當(dāng)；整個實驗設(shè)計的思路和實驗方法的確定都不能偏離實驗原理、有關(guān)的生物學(xué)知識及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本知識。
1．(2023·揚州高三檢測)為探究玉米籽粒發(fā)芽過程中一些有機物含量的變化，研究小組利用下列供選材料用具進行了實驗。材料用具：玉米籽粒，斐林試劑，雙縮脲試劑，碘液，緩沖液，淀粉，淀粉酶等；研缽，水浴鍋，天平，試管，滴管，量筒，容量瓶，顯微鏡，玻片，酒精燈等。請回答下列問題：
(1)為了檢測玉米籽粒發(fā)芽過程中蛋白質(zhì)(肽類)含量的變化，在不同發(fā)芽階段玉米提取液中，分別加入________試劑，比較顏色變化。該實驗需要選用的器具有________(填序號)。
①試管　②滴管　③量筒　④酒精燈
⑤顯微鏡
(2)為了檢測玉米籽粒發(fā)芽過程中淀粉含量的變化，將不同發(fā)芽階段的玉米籽粒縱切，滴加______，進行觀察。結(jié)果顯示，胚乳呈藍色塊狀，且隨著發(fā)芽時間的延長，藍色塊狀物變小。由此可得出的結(jié)論是____________________________________________________________。
(3)為了驗證上述藍色塊狀物變小是淀粉酶作用的結(jié)果，設(shè)計了如下實驗。請分析并完善表格：
實驗步驟的目的 簡要操作過程 預(yù)期實驗現(xiàn)象
①____________ 1號試管內(nèi)加入緩沖液和淀粉溶液 40 ℃溫育30 min后，分別加入斐林試劑并④________，觀察試管內(nèi)顏色變化。 在對試管加熱過程中，⑤__________號試管為藍色；⑥____號試管顏色變化為磚紅色(沉淀)。
驗證玉米發(fā)芽后產(chǎn)生了淀粉酶 2號試管內(nèi)加入②________的提取液和淀粉溶液
3號試管內(nèi)加入發(fā)芽玉米提取液和淀粉溶液
4號試管內(nèi)加入 ③__________________
(4)若試管4未出現(xiàn)預(yù)期結(jié)果(其他試管中結(jié)果符合預(yù)期)，則最可能的原因是_____________。
答案　(1)雙縮脲　①②③
(2)碘液　玉米發(fā)芽過程中胚乳的淀粉逐漸減少
(3)①排除用于實驗的淀粉溶液中含有還原糖　②發(fā)芽前玉米　③淀粉酶溶液和淀粉溶液　④60 ℃水浴加熱
⑤1、2　⑥3、4
(4)淀粉酶已失活
解析　(1)檢測蛋白質(zhì)或多肽應(yīng)該用雙縮脲試劑；該實驗需要用量筒量一定量的蛋白質(zhì)溶液、雙縮脲試劑A液，需要用滴管滴加雙縮脲試劑B液，但是該實驗不需要加熱，也不需要顯微鏡觀察，故選①②③。
(2)檢測淀粉應(yīng)該用碘液；胚乳呈現(xiàn)藍色塊狀，說明胚乳含有大量的淀粉，而隨著時間的延長，藍色塊狀變小了，說明玉米發(fā)芽的過程中胚乳的淀粉逐漸減少了。
(3)①該實驗的目的是驗證上述藍色塊狀物變小是淀粉酶的作用，在淀粉酶的作用下淀粉水解產(chǎn)生了還原糖，還原糖用斐林試劑檢測會出現(xiàn)磚紅色沉淀。1號試管加的是緩沖液和淀粉，作為對照試驗，可以排除用于實驗的淀粉溶液中含有還原糖。
②③根據(jù)單一變量原則，1號試管加的是緩沖液作為對照，3號試管加了發(fā)芽玉米提取液，結(jié)合2號試管中已經(jīng)加入的淀粉溶液，可知2號試管加的應(yīng)該是發(fā)芽前玉米提取液，4號試管應(yīng)加入淀粉酶溶液和淀粉溶液。
④檢測還原糖時，需進行60 ℃左右水浴加熱。
⑤⑥1、2號試管無酶催化，淀粉不水解，試管呈藍色；3、4號試管由于淀粉被淀粉酶水解(3號試管中發(fā)芽玉米提取液含有淀粉酶)為還原糖，與斐林試劑產(chǎn)生磚紅色沉淀。
(4)若試管4未出現(xiàn)磚紅色沉淀，說明淀粉酶已失活，不能催化淀粉水解。
2．(2023·張掖高三檢測)佛手瓜清脆多汁，味美可口，營養(yǎng)價值較高，深受人們喜愛。研究人員對佛手瓜所含過氧化氫酶(CAT)進行研究。首先取一定量的佛手瓜肉放入加有一定量磷酸緩沖液的研缽中，在低溫條件下快速研磨至勻漿，離心后收集上清液即過氧化氫酶粗提取液；然后按照下表流程探究pH對過氧化氫酶活性的影響，溫度設(shè)定為30 ℃。回答下列問題：
試管編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
設(shè)定pH 3 5 7 9 11 3 5 7 9 11
步驟 ① 磷酸緩沖液3 mL
② CAT粗提取液0.2 mL / / / / /
③ / / / / / 煮沸后冷卻的CAT粗提取液A
④ 0.1 mol/L的過氧化氫溶液2 mL B
⑤ 30 ℃水浴加熱15 min
⑥ 立即加入10%硫酸溶液100 μL
⑦ 測定剩余過氧化氫量
(1)6～10號試管的作用是__________；表中A、B兩處分別為________、______________。
(2)步驟①加入磷酸緩沖液的目的是________________________________________；步驟⑥的作用是__________________________________________。
(3)研究人員通過實驗比較不同金屬離子對CAT活性的影響(Cl－、SO不影響CAT的活性)，結(jié)果如下：
金屬離子 CuSO4 MgCl2 NaCl Na2SO4
濃度/(mmol/L) 3 6 9 3 6 9 3 6 9 3 6 9
相對活性/% 115 175 286 105 118 165 25 40 10 40 45 50
注：在最適條件下，酶的相對活性為100%。
分析可知，________離子可抑制CAT的活性；在相同濃度下，________離子比________離子對CAT活性的提高作用更明顯。
答案　(1)作為對照　0.2 mL　0.1 mol/L的過氧化氫溶液2 mL
(2)維持溶液中pH的相對穩(wěn)定　使過氧化氫酶變性失活
(3) Na　Cu　Mg
解析　(1)根據(jù)實驗的單一變量原則，6～10號試管加入煮沸后冷卻的CAT粗提取液(酶失活)0.2 mL，作為對照。0.1 mol/L的過氧化氫溶液2 mL作為反應(yīng)底物，實驗組和對照組也應(yīng)該保持一致，故B為0.1 mol/L的過氧化氫溶液2 mL。
(2)步驟①加入磷酸緩沖液的目的是維持溶液中pH的相對穩(wěn)定，步驟⑥立即加入10%硫酸溶液100 μL，讓過氧化氫酶變性失活，以便精準檢測酶活性。
(3)在最適條件下，酶的相對活性為100%，大于100%則促進CAT活性，小于100%則抑制其活性。據(jù)表中相對活性可知，Na離子可抑制CAT的活性，在相同濃度下，Cu離子比Mg離子對CAT活性的提高作用更明顯。

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