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酶的相關(guān)拓展實驗 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酶的化學本質(zhì)究竟是蛋白質(zhì)還是RNA。簡要寫出實驗思路，并預期實驗結(jié)果及結(jié)論(要求：實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組)。 審題關(guān)鍵 (1)據(jù)題干可知，X酶的功能是能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。 (2)預期結(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 從酶的化學本質(zhì)上來講，絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)的酶是RNA。因此可利用雙縮脲試劑與蛋白質(zhì)作用產(chǎn)生紫色反應(yīng)，RNA與吡羅紅染液作用顯紅色的原理設(shè)計鑒定方案： 2．酶解法 從酶的化學本質(zhì)上來講，絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)的酶是RNA。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： 1．現(xiàn)有無標簽的稀蛋清、葡萄糖、淀粉和淀粉酶溶液(淀粉酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，可將淀粉水解成還原糖)各一瓶，可用雙縮脲試劑、斐林試劑和淀粉溶液將它們鑒定出來。 (1)用一種試劑將上述4種溶液區(qū)分為兩組，這種試劑是____________，其中稀蛋清和________將發(fā)生________色反應(yīng)。 (2)用________試劑區(qū)分不發(fā)生顯色反應(yīng)的一組溶液。產(chǎn)生_________現(xiàn)象的為________溶液。 (3)區(qū)分發(fā)生顯色反應(yīng)一組溶液的方法、鑒定結(jié)果及結(jié)論分別是： 方法：將淀粉溶液分別與發(fā)生顯色反應(yīng)的兩種溶液混合，一段時間后，用________試劑在一定條件下分別處理上述兩種混合液。 結(jié)果：其中一組產(chǎn)生了________________，另一組無明顯現(xiàn)象。 結(jié)論：發(fā)生顯色反應(yīng)的是__________溶液，不發(fā)生顯色反應(yīng)的是____________溶液。 答案　(1)雙縮脲試劑　淀粉酶　紫　(2)斐林　磚紅色沉淀　葡萄糖　(3)斐林　磚紅色沉淀　淀粉酶　稀蛋清 解析　(1)由于稀蛋清和淀粉酶溶液的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應(yīng)，而葡萄糖和淀粉屬于糖類，不能與雙縮脲試劑發(fā)生顯色反應(yīng)，所以可以用雙縮脲試劑將4種溶液分為兩組，其中稀蛋清和淀粉酶將發(fā)生紫色反應(yīng)。(2)葡萄糖屬于還原糖，可用斐林試劑鑒定，產(chǎn)生磚紅色沉淀。(3)淀粉酶能將淀粉分解為麥芽糖，麥芽糖屬于還原糖，所以加入淀粉后，用斐林試劑鑒定后出現(xiàn)磚紅色沉淀的則為淀粉酶。所以可以將淀粉溶液分別與發(fā)生顯色反應(yīng)的兩種溶液混合，一段時間后，用斐林試劑分別處理上述兩種混合液，觀察到無顏色變化的溶液是稀蛋清溶液，出現(xiàn)磚紅色的是淀粉酶溶液。 二、驗證酶的高效性與專一性 已知2H2O2===2H2O＋O2↑，可以通過觀察反應(yīng)過程中O2的生成速率(即氣泡從溶液中釋放的速率)來判斷H2O2分解反應(yīng)的速率。請用所給的實驗材料和用具設(shè)計實驗，使其能同時驗證過氧化氫酶具有催化作用和高效性。要求寫出實驗步驟，預測實驗結(jié)果，得出實驗結(jié)論，并回答下列問題： 實驗材料與用具：適宜濃度的H2O2溶液，蒸餾水，3.5%FeCl3溶液，0.01%過氧化氫酶溶液，恒溫水浴鍋，試管。 (1)實驗步驟： ①________________________________________________________________________。 ②________________________________________________________________________。 ③________________________________________________________________________。 (2)實驗結(jié)果預測及結(jié)論：整個實驗中，不同處理的試管中O2的釋放速率從快到慢依次是_____________________________________________________________，由此可得出的結(jié)論是_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (3)如果僅將實驗中的恒溫水浴改為80℃，重做上述實驗，O2釋放的速率最快的是______________________________________________________________________________， 原因是________________________________________________________________________。 審題關(guān)鍵 (1)據(jù)題可知，該實驗的目的是同時驗證過氧化氫酶具有催化作用和高效性。 (2)酶的催化作用和高效性是指分別與無催化劑和無機催化劑相對照，加快所催化反應(yīng)的速率的現(xiàn)象，所以本實驗的自變量為無催化劑、酶和無機催化劑(FeCl3)。 (3)由題干可知，本實驗的因變量為H2O2分解反應(yīng)的速率，表觀因變量為氣泡從溶液中釋放的速率。無關(guān)變量有H2O2溶液量、溫度及保溫時間和蒸餾水、FeCl3溶液、過氧化氫酶溶液等液體的使用量等。 (4)80℃恒溫水浴條件下FeCl3催化作用加快，而過氧化氫酶因高溫變性而失去了活性。 答案　(1)①取3支試管，各加入等量且適量的H2O2溶液，放入37℃恒溫水浴鍋中保溫適當時間?、诜謩e向上述3支試管中加入等量且適量的蒸餾水、FeCl3溶液和過氧化氫酶溶液?、塾^察各試管中釋放氣泡的快慢 (2)加酶溶液的試管、加FeCl3溶液的試管、加蒸餾水的試管　過氧化氫酶具有催化作用和高效性 (3)加FeCl3溶液的試管　在此溫度下，過氧化氫酶因高溫變性而失去了活性，而FeCl3仍有催化活性 1．驗證酶的高效性的實驗設(shè)計模型 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.驗證酶專一性的實驗設(shè)計模型 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．甲、乙兩位同學圍繞酶的特性，設(shè)計了如下實驗，請運用你所學的知識，指出該兩位同學實驗設(shè)計中存在的問題并提出修改方案。 (1)甲同學探究酶的高效性：取一支試管，加入2mLH2O2，再加2滴新鮮土豆研磨液，觀察到產(chǎn)生大量氣泡，用帶火星的衛(wèi)生香檢測，衛(wèi)生香猛烈燃燒，說明酶的催化作用具有高效性。 存在問題：______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 修訂方案：______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (2)乙同學利用下列相應(yīng)的材料和用具設(shè)計驗證酶具有催化性和專一性的實驗。 備選材料用具：蛋白質(zhì)塊，脂肪塊，牛胰蛋白酶溶液，牛胰淀粉酶溶液，蒸餾水，雙縮脲試劑，試管若干，恒溫水浴鍋，時鐘等。 實驗步驟：①取兩支潔凈的相同試管，編號為甲、乙。②取5mL牛胰蛋白酶溶液加到甲試管中，再取等量牛胰淀粉酶溶液加到乙試管中。③將兩支試管置于恒溫水浴鍋中，保溫(37℃)5分鐘。④分別加入等體積等質(zhì)量的蛋白質(zhì)塊，其他條件相同且適宜。⑤一段時間后，分別加入等量的雙縮脲試劑進行檢測，記錄實驗結(jié)果。 上述實驗步驟中，有二處明顯錯誤，請找出這二處錯誤并更正 第一處錯誤：__________________________________________________________________。 修訂方案：____________________________________________________________________。 第二處錯誤：__________________________________________________________________。 修訂方案：____________________________________________________________________。 答案　(1)存在問題：甲同學缺少對照實驗 修訂方案：增加對照組，用FeCl3溶液做對照 (2)第一處錯誤：缺少對照組 修訂方案：增設(shè)一組加5mL蒸餾水和等體積等質(zhì)量蛋白質(zhì)塊的試管 第二處錯誤：不能用雙縮脲試劑檢測 修訂方案：應(yīng)直接觀測蛋白質(zhì)塊體積的大小 三、探究酶的最適溫度或最適pH 為了探究某種淀粉酶的最適溫度，某同學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，分為五組。每組兩支試管中分別加入1mL某種淀粉酶溶液和2mL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?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某種淀粉酶的最適溫度。 (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，溫度恢復升高時仍會有催化功能，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，可適當增加酶量或適當降低底物的濃度。 答案　(2)先將五組試管分別在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，最終影響實驗結(jié)果 (4)25～45℃　增加淀粉酶的量或濃度(或降低底物的量或濃度) “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．下面的表格分別是某興趣小組探究溫度對酶活性影響的實驗步驟和探究過氧化氫酶作用的最適pH的實驗結(jié)果。據(jù)此回答下列問題： 探究溫度對酶活性影響的實驗(實驗一) 實驗步驟 分組 甲組 乙組 丙組 ①α淀粉酶溶液 1mL 1mL 1mL ②可溶性淀粉溶液 5mL 5mL 5mL ③控制溫度 0℃ 60℃ 90℃ ④將新鮮α淀粉酶溶液與可溶性淀粉溶液混合后分別恒溫 ⑤測定單位時間內(nèi)淀粉的____________ 探究過氧化氫酶作用的最適pH的實驗(實驗二) 組別 A組 B組 C組 D組 E組 pH 5 6 7 8 9 H2O2完全分解所需時間(秒) 300 180 90 192 284 (1)pH在實驗一中屬于________變量，而在實驗二中屬于________變量。 (2)實驗一的①②③步驟為錯誤操作，正確的操作應(yīng)該是___________________________。實驗一的⑤步驟最好選用____________(試劑)測定單位時間內(nèi)淀粉的_____________________。 (3)如將實驗一的新鮮α淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液換為新鮮肝臟研磨液和H2O2溶液，你認為是否科學？________。為什么？_____________________________________________。 (4)分析實驗二的結(jié)果，可得到的結(jié)論是___________________________________________ ______________________________________________________________________________； 在該預實驗的基礎(chǔ)上要進一步探究該過氧化氫酶的最適pH，可在pH為______之間設(shè)置梯度。 答案　(1)無關(guān)　自　(2)使新鮮α淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分別達到預設(shè)溫度后再混合(其他合理答案也可)　碘液　剩余量　(3)不科學　因為溫度會直接影響H2O2的分解　(4)該過氧化氫酶的最適pH約為7，pH降低或升高酶活性均降低(或在pH為5～7的范圍內(nèi)，隨pH的升高該過氧化氫酶活性升高；在pH為7～9的范圍內(nèi)，隨pH的升高該過氧化氫酶活性降低)　6～8 解析　(1)實驗一探究的是溫度對酶活性的影響，因此自變量是溫度，因變量是酶活性，pH屬于無關(guān)變量；而實驗二是探究過氧化氫酶作用的最適pH，自變量是pH。(2)探究溫度對酶活性影響的實驗中，應(yīng)該先使酶和底物分別達到預設(shè)溫度，然后再將底物和酶混合進行反應(yīng)，否則會影響實驗結(jié)果的準確性。因此，實驗一的①②③步驟為錯誤操作。淀粉遇碘液變藍，因此實驗一的⑤步驟最好選用碘液測定單位時間內(nèi)淀粉的剩余量，單位時間內(nèi)淀粉的剩余量越多，說明酶活性越低。(3)溫度會直接影響H2O2的分解，因此實驗一的新鮮α淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液不能換為新鮮肝臟研磨液和H2O2溶液。(4)由實驗二的結(jié)果可知，在pH為5～7的范圍內(nèi)，隨pH的升高該過氧化氫酶活性升高；在pH為7～9的范圍內(nèi)，隨pH的升高該過氧化氫酶活性降低；該過氧化氫酶作用的最適pH約為7，pH降低或升高酶活性均降低。在該預實驗的基礎(chǔ)上要進一步探究該過氧化氫酶的最適pH，可在pH為6～8之間設(shè)置梯度。