第4讲 素养提升课——破译新情境•系统实验知能

第4讲 素养提升课——破译新情境•系统实验知能 目录 一、 二、 破译新情境——抽象、理性的学科情境要读懂 系统实验知能——检测类实验 一、破译新情境——抽象、理性的学科情境要读懂 新情境问题 从结构与功能观的角度分析蛋白质与人体健康 　 [科普科研材料] 阿尔茨海默病是一种多发于老年人群的神经系统退行性疾病，可导致老年性痴呆。此病的重要病理特征之一是β-淀粉样蛋白(Aβ)在大脑聚集沉积形成斑块。Aβ由淀粉样前体蛋白(一种膜蛋白)水解形成，如图1所示，Aβ的空间结构如图2。 许多证据表明，Aβ在健康人的大脑中有营养神经的作用。但在遗传因素和环境因素的共同作用下，Aβ产生量过多，可形成不同的Aβ聚集体(图3为含12个Aβ的聚集体)，产生神经毒性并最终使患者出现认知功能障碍和记忆衰退的症状。 [内蕴知识解读] (1)由图1可知，淀粉样前体蛋白先后经过______________的催化作用，切断氨基酸之间的________(填化学键)而形成Aβ。 (2)通过图1、2、3的变化可以看出，蛋白质功能的实现，是以其__________为基础的。 (3)结合材料提出治疗阿尔茨海默病的一种思路：_____________ ______________________________________________________。 答案：(1)β-分泌酶和γ-分泌酶　肽键　(2)空间结构　(3)开发抑制β-分泌酶和γ-分泌酶活性的药物；开发促进Aβ水解或清除的药物；开发抑制Aβ聚集的药物等 [迁移创新训练] 1．(2024·重庆期末)研究表明，引起阿尔茨海默病的β-淀粉样蛋白(Aβ)是由其前体蛋白 APP(一种含 695个氨基酸的跨膜蛋白)在病理状态下异常加工而成的。APP 形成Aβ的过程如图所示。根据上述信息，下列说法正确的是(　 ) A．APP形成Aβ的过程中需要β-分泌酶和γ-分泌酶提供能量 B．Aβ分子中至少含有39个肽键 C．Aβ寡聚合物由多个Aβ分子脱水缩合形成 D．Aβ的作用效果可能是引起大脑功能异常，说明所有蛋白质都可在细胞内发挥作用 √ 解析：酶不能提供能量，而是起到催化作用，A错误； 由题图可知，一个Aβ分子含有39个氨基酸，则至少含有38个肽键，B错误； Aβ分子实质上是一种多肽，Aβ寡聚合物是由多个Aβ分子脱水缩合形成，C正确； Aβ的作用效果可能是引起大脑功能异常，但不能说明所有蛋白质都可在细胞内发挥作用，D错误。 2．(2024·广州期末)阿尔茨海默病(AD)主要病理特征为脑部海马区内β-淀粉样蛋白过量产生和异常聚集。研究表明，多年生草本植物虎杖的根和茎的醇提物能改善AD模型小鼠学习记忆能力。欲进一步研究虎杖醇提物对β-淀粉样蛋白含量的影响，请根据提供的实验材料和用具，设计并完善实验过程(要求与说明：以β-淀粉样蛋白水解产物Aβ1-40、Aβ1-42含量为实验检测指标，检测具体方法不作要求)。 材料：8周龄生理状态相同的小鼠若干，虎杖醇提物(0.5%CMC-Na溶液溶解虎杖醇提物)，盐酸多萘齐片溶液(适用于轻度或中度的AD症状的治疗)，生理盐水，Aβ25-35(用于建立AD实验模型)。 (1)实验思路： ①建立AD模型小鼠：给8周龄生理状态相同的若干正常小鼠侧脑注射经老化处理的Aβ25-35，获得AD模型小鼠；保留一部分正常小鼠，侧脑注射______________，称为假手术组。随机抽取各组部分小鼠测定脑内Aβ1-40、Aβ1-42含量并记录。 ②AD模型小鼠分组处理：将若干AD模型小鼠随机均分为3组，其中第一组__________________，第二组____________________，最后一组与假手术组均给予等量________________。 ③各组小鼠按20 mL/kg剂量注射给药，1次/天，相同且适宜条件下饲养小鼠，每7天测定各组小鼠脑内Aβ1-40、Aβ1-42含量并记录。实验持续21天。 ④统计处理实验所得数据。 (2)绘制记录实验数据的表格。 (3)分析与讨论： ①研究表明，虎杖醇提物能显著降低脑内Aβ的产生，同时也能有效清除Aβ，防止其在脑内________。 ②后续研究发现，Aβ还可通过干扰一种神经营养因子BDNF在突触处的含量，影响记忆功能。结合所学分析，BDNF最可能是神经系统中____________________细胞分泌的。 解析：(1)①正常的小鼠向侧脑注射等量的生理盐水，称为假手术组。②实验目的是研究虎杖醇提物对β-淀粉样蛋白含量的影响，所以自变量是有无虎杖醇提物，因变量是β-淀粉样蛋白水解产物Aβ1-40、Aβ1-42含量，所以将AD模型鼠分为三组，第一组注射适量的盐酸多萘齐片溶液(作为对照)，第二组注射等量的虎杖醇提物，最后一组和假手术组均给予等量的生理盐水。 (2)记录实验数据表格见答案。(3)①根据题干信息“阿尔茨海默病(AD)主要病理特征为脑部海马区内β-淀粉样蛋白过量产生和异常聚集”，所以虎杖醇提物能显著降低脑内Aβ的产生，同时也能有效清除Aβ，防止其在脑内过量产生和异常聚集。②根据题干信息“Aβ还可通过干扰一种神经营养因子BDNF在突触处的含量，影响记忆功能”，而在人脑中与记忆有关的是大脑皮层海马区，所以BDNF最可能是神经系统中大脑皮层海马区细胞分泌的。 答案：(1)①等量的生理盐水　②注射适量的盐酸多萘齐片溶液(作为对照)　注射等量的虎杖醇提物　0.5%CMC-Na溶液　(2)记录实验数据表格如下 组别 AD鼠＋ 盐酸多萘齐片溶液 AD鼠＋ 虎杖醇提物 AD鼠＋ 生理盐水 假手术鼠＋ 生理盐水 Aβ1-40         Aβ1-42         (3)①异常聚集　②大脑皮层海马区 二、系统实验知能——检测类实验 1．归纳比较五个检测类实验 实验名称 试剂 颜色 生物材料 备注 淀粉的检测 碘液 蓝色 脱色的叶片等 — 还原糖的 检测 斐林 试剂 砖红色 沉淀 苹果或 梨匀浆等 现配现用 水浴加热 脂肪检测 苏丹Ⅲ染液 橘黄色 花生子叶切片等 需用高倍镜观察 蛋白质 检测 双缩脲 试剂 紫色 豆浆、 稀蛋清等 先加A液，后加B液，摇匀使用 DNA的粗提取与鉴定 NaCl溶液、体积分数为95%的冷酒精、二苯胺 蓝色 鸡血细胞等 需沸水浴加热 续表 2．检测类实验一般操作流程 [专题提能训练] 1．关于生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质和DNA的检测实验，下列叙述正确的是(　 ) A．在大豆种子的组织样液中加入双缩脲试剂，液体由蓝色变成紫色 B．在花生子叶临时装片上滴加苏丹Ⅲ染液后，可直接在高倍镜下看见橘黄色颗粒 √ C．在西瓜汁匀浆液中加入斐林试剂，沸水浴后液体由蓝色变成砖红色 D．将DNA粗提取物溶解在2 mol/L NaCl溶液中，加入二苯胺试剂后液体由无色变成蓝色 解析：在大豆种子的组织样液中加入双缩脲试剂，由于双缩脲B液呈浅蓝色，组织样液中的蛋白质与双缩脲试剂反应，液体由蓝色变成紫色，A正确； 在花生子叶薄片上滴加苏丹Ⅲ染液3 min后，用体积分数为50%的酒精洗去浮色，制成临时装片，之后在低倍镜下找到花生子叶最薄处，再在高倍镜下观察可看到橘黄色颗粒，B错误； 含还原糖的溶液中加入斐林试剂，50～65 ℃水浴后液体由蓝色变成砖红色，由于西瓜汁中有红色色素干扰实验现象，会有颜色差异，故无法准确判断，C错误； DNA在2 mol/L NaCl溶液中溶解度较高，将DNA粗提取物溶解在2 mol/L NaCl溶液中，加入二苯胺试剂沸水浴加热后液体由无色变成蓝色，D错误。 2．取大小均匀的某种玉米(富含淀粉)干种子40粒， 均分成甲、乙两份，给予甲组种子适宜的条件浸种， 乙组仍保持干燥。待甲组种子发芽后，向两组种子 中加入蒸馏水、二氧化硅充分研磨成匀浆，过滤，得到等量的提取液。取6支试管分别将两组提取液等量分装入三支试管，如图所示，然后进行如下实验(干种子中的还原性物质忽略不计)： (1)若要检测还原糖，需向A、D两支试管中分别加入适量的___________，水浴加热一段时间，观察两支试管，其中液体颜色呈砖红色的试管是_______，据此可得出的结论是_______________ ________________________________________________________。 (2)若向B、E两支试管中分别加入等量的碘液，观察两支试管，发现液体的颜色均是蓝色，且E试管液体的颜色比B试管液体的颜色深，试分析产生这一现象的原因：_________________________。 (3)为了验证干种子和发芽的种子均含有蛋白质。某同学利用余下的C、F两支试管内的提取液设计了实验，请补充他的实验方案： ①实验原理：蛋白质与双缩脲试剂发生化学反应呈现紫色。 ②实验步骤：向(C、F)两支试管分别注入等量______________，摇匀。再注入______________，摇匀。(只答试剂名称)　 ③预期结果：__________________________。 解析：(1)种子萌发时，储存的淀粉被水解，产生了麦芽糖、葡萄糖等还原糖，还原糖可以使用斐林试剂进行检测，因此若要检测还原糖，需向A、D两支试管中分别加入适量的斐林试剂，甲组种子萌发产生了还原糖，所以水浴加热的条件下，液体颜色呈砖红色，乙组种子保持干燥条件，种子没有萌发，还原糖含量极少。因此A和D两支试管中A试管会变为砖红色。 (2)甲组种子发芽过程中淀粉会部分被分解为麦芽糖、葡萄糖等还原糖，而乙组种子未萌发，仍主要以淀粉形式储存营养，淀粉遇碘液变蓝，玉米干种子中淀粉的含量高于萌发的种子，因此若向B、E两支试管中分别加入等量的碘液，观察到两支试管液体的颜色均是蓝色，且E试管液体的颜色比B试管液体的颜色深。 (3)双缩脲试剂是由双缩脲试剂A液(0.1 g/mL氢氧化钠溶液)和双缩脲试剂B液(0.01 g/mL硫酸铜溶液)组成的，使用时先向待测液中加A液再加B液。C、F两支试管中均含有蛋白质，因此，加入双缩脲试剂后，两支试管中溶液的颜色均呈紫色。 答案：(1)斐林试剂　A　种子萌发时，储存的淀粉被水解，产生了还原糖　(2)萌发的玉米种子中，剩余的淀粉遇碘液变蓝，干种子中储存的淀粉遇碘液变蓝(或淀粉遇碘液变蓝，玉米干种子中淀粉的含量高于萌发的种子)　(3)②双缩脲试剂A液(或氢氧化钠溶液或NaOH溶液)　双缩脲试剂B液(或硫酸铜溶液或CuSO4溶液)　③两支试管中溶液的颜色均呈紫色 $$