内容正文:
第5章 细胞的能量供应和利用
第1节 降低化学反应活化能的酶
第2课时 酶的特性
目录
CONTENTS
01
概念检测
02
拓展提能
概念检测
01
题号 1 2 3 4 5
难度 ★
对点 酶与底物结合模型 酶的高效性实例 酶的专一性实验 探究温度对酶活性的影响实验步骤 温度、pH对酶活性的影响曲线分析
题号 6 7 8 9 10
难度 ★
对点 温度、pH组合对酶活性的影响曲线分析 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解实验 温度对酶活性的影响柱状图分析 探究pH对酶活性的影响实验分析 温度对酶活性的影响实验探究
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概念检测
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知识点一 酶具有高效性和专一性
1.右图表示蔗糖酶催化蔗糖水解的示意图。蔗糖酶在与底物结合后形状稍有改变,以将底物“拥抱”地更为妥帖。下列有关叙述正确的是( )
A.蔗糖酶为蔗糖水解提供了活化能
B.该模型可用来解释酶具有高效性
C.该反应也可以发生在生物体外
D.该模型说明酶反应前后化学性质会改变
答案
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概念检测
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解析:酶具有降低化学反应活化能的作用,蔗糖酶降低了蔗糖水解的活化能,不能提供活化能,A错误;图中模型可用来解释酶具有专一性,B错误;条件适宜,酶可以在体内发挥作用,也可以在体外发挥作用,因此该反应也可以发生在生物体外,C正确;由图可知,该模型中的蔗糖酶与底物蔗糖结合后形状稍有改变,但是反应完成后可以恢复,该模型说明酶反应前后化学性质不会改变,D错误。
解析
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2.纺织工业上的退浆工序常用两种方法:化学法,需用7~9 g/L的NaOH,在70~80 ℃条件下作用12 h,退浆率仅为50%~60%;加酶法,用少量细菌淀粉酶,在适宜温度时只需5 min,退浆率可达100%,这一事实说明酶( )
A.具有高效性
B.作用条件需要较高的温度
C.具有专一性
D.作用需要适宜的pH
答案
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3.某同学进行了下列有关酶的实验。
甲组:可溶性淀粉溶液+新鲜唾液+斐林试剂→有砖红色沉淀
乙组:蔗糖溶液+新鲜唾液+斐林试剂→无砖红色沉淀
丙组:蔗糖溶液+蔗糖酶溶液+斐林试剂→?
下列叙述正确的是( )
A.丙组的实验结果是无砖红色沉淀
B.三组实验都一直在常温下进行
C.该同学的实验可以验证酶的专一性
D.为省去水浴加热步骤,可用碘液代替斐林试剂
答案
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解析:丙组中,蔗糖酶可以催化蔗糖(非还原糖)水解为果糖和葡萄糖(二者均为还原糖),其在水浴加热条件下与斐林试剂反应会产生砖红色沉淀,A错误;加入斐林试剂后还应水浴加热,B错误;实验中淀粉酶能催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解,蔗糖只能被蔗糖酶水解,不能被淀粉酶水解,都可证明酶具有专一性,C正确;碘液只能检测淀粉是否被水解,而不能检测蔗糖是否被水解,故该实验不可用碘液代替斐林试剂,D错误。
解析
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4.探究温度对酶活性的影响,最合理的实验步骤是( )
①取3支试管编号,各注入2 mL可溶性淀粉溶液;另取3支试管编号,各注入1 mL新鲜的淀粉酶溶液 ②将淀粉酶溶液注入相同温度下的可溶性淀粉溶液试管中,维持各自的温度5 min ③向各试管滴两滴碘液,摇匀 ④将6支试管分成三组,每组各有一份可溶性淀粉溶液和一份淀粉酶溶液,分别放在60 ℃的温水、沸水和冰水中 ⑤观察实验现象
A.①→②→④→③→⑤ B.①→③→②→④→⑤
C.①→③→④→②→⑤ D.①→④→②→③→⑤
答案
解析:探究温度对酶活性影响的实验,要先分别将淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液处理到所需温度,再混合,最后滴加碘液并观察实验现象。
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5.小张进行“酶活性的影响因素”实验,结果如图,分析正确的是( )
A.随温度升高,酶活性不断上升
B.随pH下降,酶活性不断升高
C.最适温度为T,最适pH为X
D.酶活性t1时比t2低,表明t1时酶的空间结构被破坏
答案
解析:超过最适温度后,随着温度的升高,酶活性逐渐降低甚至失活,A错误;在最适pH之前,随着pH的下降,酶活性逐渐降低,B错误;由图可知,温度为T时、pH为X时,酶活性最高,因此该酶的最适温度为T,最适pH为X,C正确;t1时酶活性低,但其空间结构没有被破坏,而t2时酶的空间结构可能被破坏,D错误。
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6.在不同温度和pH组合下对酶的作用进行研究,下列符合右图的含义的 是( )
A.随pH从5升到7,酶的最适温度不变
B.随pH从5升到7,酶的活性逐渐降低
C.温度由O~A变化过程中,酶的活性逐渐降低
D.该酶的最适pH为7
答案
解析:由图可看出,纵坐标为反应物的剩余量,该值越小,说明酶的活性越高。随pH从5升到7,均在温度为A时反应速率最快,说明酶的最适温度不变,A正确;图中pH为6时,酶的活性最高,pH从5升到7,酶的活性先升高后降低,B、D错误;温度由O~A变化过程中,酶的活性逐渐上升,C错误。
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7.下表是探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用的实验设计及结果。
注:“+”表示有,“-”表示无;最后一行“+”的多少代表颜色的深浅。
试管编号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥
2 mL 3%的淀粉溶液 + + + - - -
2 mL 3%的蔗糖溶液 - - - + + +
1 mL 2%的新鲜淀粉酶溶液 + + + + + +
反应温度(℃) 40 60 80 40 60 80
2 mL斐林试剂 + + + + + +
砖红色深浅 ++ +++ + - - -
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概念检测
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根据实验结果,判断以下结论正确的是( )
A.蔗糖被水解成非还原糖
B.淀粉在淀粉酶的作用下水解成葡萄糖
C.淀粉酶活性60 ℃时比40 ℃时高
D.淀粉酶对蔗糖的水解具有专一性
答案
解析:表格数据得不出淀粉分解为葡萄糖的结论,只能说明产物是还原糖,B错误;由表格数据可以看出,淀粉酶在60 ℃的活性比40 ℃时高,C正确;淀粉酶对淀粉的水解具有专一性,不能水解蔗糖,A、D错误。
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8.下图是酶X的活性与温度的关系示意图,下列有关分析正确的是( )
A.酶X的最适温度范围是20~30 ℃
B.推测50~70 ℃高温对酶X的空间结构的影响差别不大
C.酶X的化学本质是蛋白质,具有高效性和专一性的特点
D.pH属于无关变量应保持相同且适宜
答案
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解析:酶X的最适温度范围是20~40 ℃,A错误;温度由50 ℃上升至70 ℃时,酶活性变化不大,因此50~70 ℃高温对酶X的空间结构的影响差别不大,B正确;酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA,则酶X的化学本质不一定是蛋白质,C错误。
解析
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9.生物兴趣小组设计实验探究pH对蛋白酶活性的影响,准备5支含有等量酶溶液的相同试管,每支试管内加1块1 cm3的正方体凝固蛋白块,试管均置于25 ℃室温条件下,pH设置及各试管内蛋白块消失的时间如表所示:
酶溶液的pH 1 2 3 4 5
蛋白块消失的时间(min) 13 9 11 45 >60
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(1)该实验的自变量是____________,检测因变量的指标是________________。实验中酶活性最强时的pH是________。
(2)蛋白块消失的时间与酶活性强弱的关系是___________________________ ______________。请用2种方法改进实验,使实验在更短的时间内完成。方法1:____________________________。方法2:________________。
(3)为确认蛋白块的消失是由于酶的作用,还应对实验进行什么设计?_____________________________。
答案
酶溶液的pH
蛋白块消失的时间
2
酶的活性越强,蛋白块消失的时间越短
增加酶与蛋白块的接触面积
增加不加酶的对照实验
提高酶的浓度
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解析:(1)本实验的目的是探究pH对蛋白酶活性的影响,因此自变量是酶溶液的pH,根据蛋白块消失的时间可判断pH对酶活性的影响。蛋白块消失的时间越短,酶活性越强,故实验中酶活性最强时的pH为2。
(2)提高酶促反应速率的方法有:提高酶的浓度;将蛋白块分割成小块,加大底物和酶的接触面积等。
(3)为了排除其他因素的干扰,确认蛋白块的消失是由酶的作用引起的,需要设置不加酶的空白对照组。
解析
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10.在啤酒的酿造过程中,大麦芽含有的β葡聚糖会降低产酒效率和啤酒品质,添加葡聚糖酶可以有效解决这一问题。请回答问题:
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(1)在葡聚糖酶的作用下,β葡聚糖可水解生成许多葡萄糖分子,据此可知β葡聚糖是一种______,葡聚糖酶的活性可以用_______________________________ ___________________作为指标表示。
(2)葡萄糖可与DNS试剂发生显色反应,葡萄糖含量越高,反应后颜色越深。在对葡萄糖的检测上________试剂与DNS试剂有相似的作用。
(3)为更好的用于生产,研究人员对野生的葡聚糖酶进行人工设计改造,得到了三种不同突变体酶(A酶、B酶、C酶),研究温度对野生酶和突变体酶活性的影响,实验时需调节4组反应体系的pH保持____________。实验结果如图1,根据实验结果推测突变________(填“改变”或“未改变”)酶的最适温度。
答案
多糖
单位时间内β葡聚糖的消耗量或葡萄糖的产生量
斐林
适宜且一致
未改变
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(4)进一步研究几种酶对高温的耐受能力,将酶液分别在_________________________________________温度条件下保温20 min,然后在最适反应温度下测定相对酶活力,结果如图2。实验结果说明______________________________________________________________________________________。
答案
40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃
突变提高了酶对高温的耐受能力或40~50 ℃酶较稳定,超过50 ℃后酶活性急剧下降(合理即可)
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解析:(1)β葡聚糖可水解生成许多葡萄糖分子,说明β葡聚糖是多糖,由多个单糖构成;酶具有催化作用,酶的活性可以用单位时间内反应物的消耗量或产物的产生量表示。
(2)葡萄糖是还原糖,可以与斐林试剂反应呈砖红色,颜色越深,表示葡萄糖的含量越高,与DNS试剂有相似的作用。
(3)研究温度对野生酶和突变体酶活性的影响,温度是自变量,pH是无关变量,应保持无关变量适宜且一致;三种不同突变体酶(A酶、B酶、C酶)的最适温度与野生型相同,说明突变未改变酶的最适温度。
解析
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概念检测
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拓展提能
02
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
难度 ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★ ★★★
对点 温度对酶活性的影响曲线
分析 影响酶促反应的因素曲线
分析 关于酶的实验设计
思路 影响酶促反应的因素曲线
分析 酶的应用 pH对酶活性的影响曲线
分析 探究某些离子对酶活性的影响实验 不同抑制剂对酶活性的影响 探究温度对酶活性的影响
实验
拓展提能
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一、单项选择题(每题给出的四个选项中,只有一个选项是符合题目要求的)
1.如图表示在分解相同底物时温度对酶促反应和非酶促反应的影响,相关说法正确的是( )
A.温度升高能促进非酶促反应的反应速率,降低酶促反应的速率
B.有酶参与的反应可有效降低反应最适时所需的温度
C.温度升高酶的活性会下降,底物的分解反应会停止
D.有酶参与的酶促反应的速率和产量都会得到提高
答案
拓展提能
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解析:据图可知,一定温度范围内,适当升高温度能促进酶促反应的反应速率,超过一定温度,酶促反应速率下降,A错误;图中有酶参与时最适温度为30~40 ℃,没有酶时反应的最适温度大于或者等于60 ℃,因此有酶参与的反应可有效降低反应最适时所需的温度,B正确;酶能降低化学反应的活化能,有酶参与的酶促反应的速率会提高,但酶促反应的产量与底物量有关,与是否有酶无关,D错误。
解析
拓展提能
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解析:由题图可知,a条件下反应速度最快,b次之,c最慢,所以若a、b、c表示温度,则不一定是a>b>c,只能说明在这三个温度中,a比b和c更适合,A、D错误;同理,若a、b、c表示pH,也无法推测三者的大小关系,只能说明a比b和c更适合,B错误;若a、b、c表示酶的浓度,则a>b>c,C正确。
2.右图表示某种酶在不同处理条件(a、b、c)下催化某反应时反应物的量和反应时间的关系,以下关于此图的解读,正确的是( )
A.若a、b、c表示温度,则一定是a>b>c
B.若a、b、c表示pH,则c>b>a
C.若a、b、c表示酶的浓度,则a>b>c
D.若a、b、c表示温度,则不可能是c>b>a
答案
解析
拓展提能
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3.下列有关酶的实验设计思路错误的是( )
A.利用胃蛋白酶、鸡蛋清和pH分别为5、7、9的缓冲液,可以验证pH对酶活性的影响
B.利用淀粉、蔗糖酶、淀粉酶、斐林试剂和加热设备,可以验证酶的专一性
C.利用过氧化氢、FeCl3溶液、新鲜的猪肝研磨液,可以研究酶的高效性
D.利用过氧化氢、过氧化氢酶、HCl溶液、蒸馏水、NaOH溶液,可以探究pH对酶活性的影响
答案
拓展提能
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解析:胃蛋白酶的最适pH是1.5,在pH为7和9的缓冲液中易变性失活,pH梯度设置不合理,无法验证pH对酶活性的影响,A错误;斐林试剂不与淀粉和蔗糖反应,但可以与其水解后的产物反应,因此利用淀粉、蔗糖酶、淀粉酶和斐林试剂及加热设备能验证酶的专一性,B正确;酶的高效性是指酶和无机催化剂相比具有较高的催化效率,新鲜的猪肝研磨液含过氧化氢酶,FeCl3溶液可作为无机催化剂,二者都可促进过氧化氢分解,故可利用过氧化氢、新鲜的猪肝研磨液和FeCl3溶液研究酶的高效性,C正确。
解析
拓展提能
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4.图示中曲线b表示在最适温度、最适pH条件下,反应物浓度与酶促反应速率的关系。下列分析正确的是( )
A.增大pH,重复该实验,A、B点位置都不变
B.酶量增加后,反应速率可用曲线a表示
C.反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素
D.B点条件下升高温度,将呈现曲线c所示变化
答案
拓展提能
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解析:题干中提出“曲线b表示在最适温度、最
适pH条件下”,因此如果增大pH,酶活性会下降,A、
B点位置都会下移,A错误;增加酶量后,反应速率会
加快,反应速率不可用曲线a表示,B错误;从图中可
以看出,在曲线AB段反应速率与反应物浓度呈正相关,
因此反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素,C正确;由题意知,曲线b表示在最适温度条件下反应物浓度与酶促反应速率的关系,如果升高温度,酶活性会下降,不会呈现曲线c所示变化,D错误。
解析
拓展提能
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5.酶在现实生活中有诸多应用:溶菌酶在临床上与抗生素混合使用,能增强抗生素的疗效;加酶洗衣粉比普通洗衣粉有更强的去污能力;多酶片中含有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰淀粉酶和胰脂肪酶,人在消化不良时可以服用。下列关于酶的应用正确的是( )
A.溶菌酶能溶解细菌的细胞壁,对植物和真菌也有明显作用
B.加酶洗衣粉含有碱性蛋白酶和碱性脂肪酶,适合洗涤沾有奶渍和油渍的丝绸衣物
C.酶的作用条件较温和,因此服用的多酶片中的消化酶在经过胃时已失活
D.番木瓜是嫩肉粉的配料,因为木瓜中含有蛋白酶,可以分解粗的肌肉纤维
答案
拓展提能
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解析:细菌细胞壁的组成成分主要是肽聚糖,植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶,真菌细胞壁的组成成分主要是几丁质,所以溶菌酶能溶解细菌的细胞壁,但对植物和真菌无明显作用,A错误;丝绸含有蛋白质,不能用加了碱性蛋白酶的洗衣粉清洗,B错误;多酶片中含有多种消化酶,一般由内外两层组成,不会在经过胃时失活,消化不良时可以服用,C错误;番木瓜含有蛋白酶,可以分解粗的肌肉纤维(含有蛋白质),D正确。
解析
拓展提能
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二、不定项选择题(每题给出的四个选项中,有的只有一个选项符合题目要求,有的有多个选项符合题目要求)
6.图甲是过氧化氢酶活性受pH影响的曲线;图乙表示在最适温度下,pH=b时H2O2分解产生的O2量随时间的变化。若该酶促反应过程中改变某一初始条件,以下变化正确的是( )
A.pH=a时,e点下移,d点左移
B.pH=c时,e点为0
C.温度降低时,e点不移,d点右移
D.H2O2量增加时,e点上移,d点右移
答案
拓展提能
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解析:与pH=b相比,pH=a时酶的活性减弱,酶促反应速率减慢,但化学反应的平衡点不变,所以e点不变,d点右移,A错误;pH=c时,酶变性失活,但H2O2在常温下也能缓慢分解,所以e点不为0,B错误;温度降低时,酶的活性下降,酶促反应速率减慢,达到反应平衡点的时间变长,但化学反应的平衡点不变,所以e点不变,d点右移,C正确;底物(H2O2)量增加时,平衡时产物的生成量增多,反应时间延长,即e点上移,d点右移,D正确。
解析
拓展提能
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7.为研究Cu2+和Cl-对唾液淀粉酶活性的影响,某小组设计了如下操作顺序的实验方案:
甲组:CuSO4溶液→缓冲液→淀粉酶溶液→淀粉溶液→保温→检测。
乙组:NaCl溶液→缓冲液→淀粉酶溶液→淀粉溶液→保温→检测。
丙组:蒸馏水→缓冲液→淀粉酶溶液→淀粉溶液→保温→检测。
各组试剂量均适宜,下列对该实验方案的评价,合理的是( )
A.缓冲液的pH应控制为最适pH
B.设置的对照实验不合理
C.保温的目的是为酶发挥作用提供合适温度
D.保温的温度应控制在37 ℃左右
答案
拓展提能
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解析:实验设计要遵循对照原则和单一变量原则,该实验的目的是探究Cu2+和Cl-对唾液淀粉酶活性的影响,因此自变量是离子的种类,因变量是唾液淀粉酶活性,除此之外,其他条件都要保持相同且适宜,设置的对照实验中应该有加入等量的Na2SO4溶液的组,A、B合理;温度是无关变量,无关变量应该保持相同且适宜,唾液淀粉酶的最适温度是37 ℃左右,D合理。
解析
拓展提能
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三、非选择题
8.酶的抑制剂能降低酶的活性,不同的抑制剂
对酶活性的影响不同。某科研小组通过实验研究了两
种抑制剂对某消化酶酶促反应速率的影响,对实验的
结果进行分析并绘图如图所示,请回答下列问题:
(1)绝大多数酶的化学本质是________。
(2)该实验的自变量是____________________________________,因变量是____________________。实验中对无关变量应进行控制,该实验的无关变量有______________________________________(答出两项即可)。
答案
蛋白质
有无抑制剂、抑制剂种类和底物浓度
酶促反应速率
温度、pH、酶浓度、抑制剂的使用量等
拓展提能
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(3)据图分析,抑制剂________(填类型)的作用最可能是使酶分子的形状发生了变化,酶与底物的结合位点不适于接纳底物分子。随着底物浓度的升高,抑制剂________(填类型)的作用逐渐减小甚至消失。
(4)某同学认为该实验小组的实验过程应是:
a.将某消化酶溶液等分为①②③三组,将每组分为________份;
b.在①中加入一定量的抑制剂Ⅰ,②中加入等量的抑制剂Ⅱ,③中加入________________;
c.在___________条件下将三组消化酶溶液分别与等量的________的底物混合;
d.定时取样检测各反应中_____________________,记录实验结果并绘图。
答案
Ⅰ
Ⅱ
若干等
等量的蒸馏水
相同且适宜
不同浓度
底物的量或产物的量
拓展提能
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解析: (2)分析曲线图可知,该实验的自变量是有无抑制剂、抑制剂种类和底物浓度,因变量是酶促反应速率。实验中对无关变量应控制为相同且适宜,无关变量有温度、pH、酶浓度、抑制剂的使用量等。
(4)设计该实验时要注意,先对酶溶液进行处理再加入底物,否则底物在消化酶的作用下已经分解了,再加抑制剂就没有意义了。因此该实验过程应是:a.将某消化酶溶液等分为①②③三组,将每组分为若干等份;b.在①中加入一定量的抑制剂Ⅰ,②中加入等量的抑制剂Ⅱ,③中加入等量的蒸馏水;c.在相同且适宜条件下将三组消化酶溶液分别与等量的不同浓度的底物混合;d.定时取样检测各反应中底物的量或产物的量,记录实验结果并绘图。
解析
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9.蜂蜜中富含维生素、氨基酸、蛋白质、果糖、葡萄糖等营养物质。蜂蜜中淀粉酶活性是衡量蜂蜜品质的重要指标。蜂蜜加工过程中,酶活性常常发生变化。科学家以新鲜椴树蜂蜜为实验材料,经过不同加工条件处理后,在相同条件下检测蜂蜜中的淀粉酶活性(淀粉酶活性以淀粉酶值表示,即1 g蜂蜜中的淀粉酶在一定条件下可催化1%淀粉溶液的毫升数),结果如下表所示。请回答:
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(1)淀粉酶的化学本质是________。淀粉酶只能水解淀粉,说明酶具有________。使用双缩脲试剂________(填“可以”或“不可以”)准确检测蜂蜜中淀粉酶的含量,理由是____________________________________________________________ ______________________________________________________________________。
(2)本实验探究的是____________________对蜂蜜中淀粉酶活性的影响。
(3)实验结果表明,淀粉酶活性在______________________________条件下会下降。
答案
蛋白质
专一性
不可以
蜂蜜中除淀粉酶外还含有其他蛋白质(或蜂蜜中还含有其他非酶类蛋白质)且双缩脲试剂检测蛋白质为定性实验,而非定量实验,不能准确检测含量
加工温度和加工时间
加工温度较高、加工时间较长
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(4)在测定淀粉酶值时,是将一定体积的、加工后的蜂蜜与淀粉溶液及其他试剂混合,在适宜条件下反应一段时间后,根据淀粉的水解情况判定淀粉酶值。有人质疑“实验中淀粉的水解可能是由于淀粉溶液本身不稳定而自发水解,不一定与蜂蜜中的淀粉酶有关。”针对此质疑,在测定淀粉酶值时,设计的对照组实验为______________________________________________________________________。
(5)国家标准规定合格的蜂蜜产品淀粉酶值应在8以上。根据上述实验结果,提出加工蜂蜜的一条具体建议是______________________________________________ ______________________________________________________________。
答案
用相同体积的蒸馏水替换反应体系中的蜂蜜,再用相同的方法测定淀粉的水解情况
30 ℃、40 ℃条件下加工不超过3小时;50 ℃、60 ℃条件下加工不超过2小时;70 ℃条件下加工不超过1小时
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R
$$