实验05 酶的相关实验（讲义）生物人教版2019必修1

实验05探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素 实验目标透析：课标解读+重点先知，精识目标 教材知识链接：教材解析+知识渗透，融会贯通 实验过程精讲：实验全析全解，全面掌握 实验要点速记：要点解析+典例精讲，重点提升 实验提升专练：真题感知+模拟提升，双向突破 2017年版2020年修订新课标 课标解读 探究探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素 1.通过比较过氧化氢在不同条件下的分解实验，分析结果得出结论，并学会控制实验变量和对照实验的设计 2.设计实验证明酶的作用并探究酶的化学本质 3.通过探究“影响酶活性的条件”，培养科学探究能力 重点先知： 1.比较过氧化氢在不同条件下的分解 2.淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 3.影响酶活性的条件 1、 比较过氧化氢在不同条件下的分解 1．实验原理 2H2O22H2O＋O2 2.本实验的自变量有哪些？ 本实验的自变量有温度、催化剂的种类。 3.本实验的因变量是什么？如何表示？ 因变量是H2O2的分解速率，可用一定时间内产生气泡的多少来表示。 4.本实验的无关变量有哪些？如何控制无关变量？ 无关变量有H2O2的浓度、反应时间等；无关变量的处理原则是相同且适宜。 2、 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 1.实验原理 在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 2.实验设计思路 项目 方案一 方案二 对照组 实验组 对照组 实验组 材料 底物相同(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) 现象 反应速率很快 不发生反应或反应速率很慢 反应速率很快 不发生反应或反应速率很慢 结论 酶具有专一性 3.该实验的自变量和因变量分别是什么？ 自变量：底物的种类；因变量：底物是否被淀粉酶水解。 3、 影响酶活性的条件 1.酶活性 酶催化特定化学反应的能力称为酶活性，可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。 2．酶的作用条件较温和 酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。科学家采用定量分析的方法，分别得到了酶活性受温度和pH影响的示意图。 (1)酶活性受温度影响示意图(如图) 在一定条件下，酶活性最大时的温度称为该酶的最适温度。在一定温度范围内，酶促反应速率随温度的升高而加快；但当温度升高到一定限度时，酶促反应速率不仅不再加快，反而随着温度的升高而下降。 (2)酶活性受pH影响示意图(如图) 在一定条件下，酶活性最大时的pH称为该酶的最适pH。pH偏高或偏低，酶促反应速率都会下降。 (3)过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活，在0 ℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高，因此，酶制剂适宜在低温下保存。 （一）比较过氧化氢在不同条件下的分解 【实验目的】 通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用 【材料用具】 新鲜的质量分数为20%的肝脏(如猪肝、鸡肝)研磨液、新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液、质量分数为3.5%的FeCl₃溶液、温度计等 【方法步骤】 1．编号 取4支洁净的试管，分别编上序号1、2、3、4,向各试管内分别加入2mL过氧化氢溶液，按序号依次放置在试管架上。 2．操作方法 将2号试管放在90℃左右的水浴中加热，观察气泡冒出的情况，并与1号试管作比较 向3号试管内滴入2滴FeCl₃溶液，向4号试管内滴入2滴肝脏研磨液，仔细观察，并记录实验结果 3.观察并记录 立即将点燃的卫生香分别放入3号和4号试管内液面的上方，仔细观察，并记录实验结果 【注意事项】 一定要选用新鲜肝脏，原因是新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶 滴入FeCl3溶液和肝脏研磨液时，不能共用一个滴管，原因是若滴入的FeCl3溶液中混有少量的过氧化氢酶，会影响实验结果准确性 【实验结果 与结论】 与1号试管相比，2号试管产生的气泡多，这一现象说明加热能促进H2O2的分解，提高反应速率。 1、4号试管对照说明酶具有催化作用 1、3、4(或3、4)号试管对照说明与无机催化剂相比，酶的催化效率更高 （二）淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 【实验目的】 探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应 【材料用具】 质量分数为2%的新配制的淀粉酶溶液，质量分数为3%的可溶性淀粉溶液，质量 分数为3%的蔗糖溶液，斐林试剂，热水 【方法步骤】 1．编号 取两支洁净的试管，编上号 2．操作方法 1号试管注入可溶性淀粉溶液2mL，2号试管注入蔗糖溶液2mL 分别在两支试管中注入新鲜的淀粉酶溶液2mL 轻轻振荡这两支试管，使试管内的液体混合均匀，然后将试管的下半部浸到60℃ 左右的热水中，保温5min。 取出试管，各加入2mL斐林试剂（边加入斐林试剂，边轻轻振荡这两支试管以便使试管内的物质混合均匀） 3.观察并记录 将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中，用酒精灯加热，煮沸1min。观察两支试管内的溶液颜色变化 【注意事项】 不能使用碘液代替斐林试剂作为检测试剂，因为碘液只能检测淀粉的有无，而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色。 【实验结果 与结论】 1号试管有砖红色沉淀生成，说明产生了还原糖，淀粉被水解；2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有被水解。 结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有专一性。 （三）影响酶活性的条件 【实验目的】 探究酶起催化作用需要的条件 【材料用具】 淀粉酶溶液、肝脏研磨液、缓冲液、可溶性淀粉溶液、过氧化氢溶液、盐酸溶液、氢氧化钠溶液、蒸馏水、斐林试剂 【方法步骤】 1．编号 取三支洁净的试管，编号1、2、3 2．操作方法 三支试管中各注入新鲜的肝脏研磨液溶液1mL 1号试管加入物质的量浓度为0.01 mol/L的盐酸溶液1 mL，2号试管加入蒸馏水1 mL，3号试管加入物质的量浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液1 mL 三支试管中各注入过氧化氢溶液2mL 3.观察并记录 用带火星的卫生香进行检验 【注意事项】 不能在加入肝脏研磨液后，直接加入过氧化氢溶液，然后再调节pH，因为酶的作用具有高效性，在调节pH之前，试管中已经发生了剧烈反应，会影响实验结果。 【实验结果与结论】 1号试管无反应，2号试管迅速复燃，3号试管无反应 结论：pH能影响酶活性 【典例一】鉴定酶本质的实验原理和方法 (1)试剂鉴定法：利用双缩脲试剂能与蛋白质发生紫色反应的原理设计实验方案 (2)酶解鉴定法 【例题】 植物蛋白酶M和L能使肉类蛋白质部分水解，可用于制作肉类嫩化剂。某实验小组测定并计算了两种酶在37℃、不同pH下的相对活性，结果见如表。下列叙述最合理的是（    ） pH酶相对活性 3 5 7 9 11 M 0.7 1.0 1.0 1.0 0.6 L 0.5 1.0 0.5 0.2 0.1 A．在37℃时，两种酶的最适pH均为3 B．在37℃长时间放置后，两种酶的活性不变 C．从37℃上升至95℃，两种酶在pH为5时仍有较高活性 D．在37℃、pH为3~11时，M更适于制作肉类嫩化剂 【答案】D 【详解】A、根据表格数据可知，在37°C时，M的适宜pH为5~9，而L的适宜pH为5左右，A错误； B、酶适宜在低温条件下保存，在37°C长时间放置后，两种酶的活性会发生改变，B错误； C、酶发挥作用需要适宜的温度，高温会导致酶变性失活，因此从37°C上升至95°C，两种酶在pH为5时都已经失活，C错误； D、在37°C、pH为3~11时，M比L的相对活性高，因此M更适于制作肉类嫩化剂，D正确。 【典例二】 1.探究影响酶活性实验的“四步曲” (1)分组编号：将实验器具分组编号并加入相应的等量试剂。 (2)控制变量：控制影响酶活性的条件，即首先将底物、酶液分别处理使其达到预设的条件。 (3)进行反应：让酶液与底物混合，在预设的条件下反应，无关变量应保持相同且适宜。 (4)结果检测：检测实验的因变量，观察并记录实验结果。 2.探究温度和pH对酶活性影响实验的4个注意点 (1)实验材料的选择：选择实验材料时，要注意排除自变量本身对实验结果的影响，保证自变量只是通过影响酶活性而影响实验结果，不能直接影响实验结果。 (2)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂“宜”选用碘液，“不宜”选用斐林试剂，因为用斐林试剂检测时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。 (3)在探究pH对酶活性的影响时，“宜”保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与酶接触，“不宜”在未达到预设pH前就让反应物与酶接触。 (4)在探究温度对酶活性的影响时，“宜”保证酶的最适pH(排除pH干扰)，且将酶和底物分别保温(达到实验要求的温度)后，再混合继续保温，“不宜”在未分别保温前就让反应物与酶接触。 【例题】 科学家发现，去除大肠杆菌RNaseP（一种核酸内切酶）的蛋白质部分后，在体外高浓度Mg2+条件下，剩余的RNA部分仍有与全酶相同的催化活性。下列叙述正确的是（　　） A．RNaseP可为反应提供所需的活化能 B．RNaseP的催化活性只取决于RNA C．实验中高浓度Mg2+参与RNA的合成 D．实验说明某些酶的化学本质是RNA 【答案】D 【详解】A、酶具有降低化学反应所需活化能的作用，但酶不能提供活化能，A错误； B、大肠杆菌RNaseP（一种核酸内切酶）的蛋白质部分后，在体外高浓度Mg2+条件下，剩余的RNA部分仍有与全酶相同的催化活性，说明其发挥催化活性不仅需要RNA，也需要其它条件，如体外高浓度Mg2+，B错误； C、RNA的元素组成是C、H、O、N、P，没有Mg2+参与，该酶在实验中发挥催化作用需要Mg2+参与，C错误； D、RNA部分仍有与全酶相同的催化活性，说明某些酶的化学本质是RNA，D正确。 · 高考真题感知练 1．D-阿洛酮糖是一种低热量多功能糖，有助于肥胖人群的体重管理。Co2+可协助酶Y催化D-果糖转化为D-阿洛酮糖。有人在相同体积、相同酶量且最适反应条件（含Co2+条件）下，测定不同浓度D-果糖的转化率（转化率=产物量/底物量×100%），其变化趋势如下图。下列叙述正确的是（    ） A．升高反应温度，可进一步提高D-果糖转化率 B．D-果糖的转化率越高，说明酶Y的活性越强 C．若将Co2+的浓度加倍，酶促反应速率也加倍 D．2h时，三组中500g·L-1果糖组产物量最高 【答案】D 【详解】A、题干中实验是在最适反应条件下进行的，升高温度会使酶的活性降低，从而降低D-果糖转化率，A错误； B、D-果糖的转化率不仅与酶Y的活性有关，还与底物（D-果糖）的浓度、反应时间等因素有关，所以不能仅根据转化率高就说明酶Y的活性强，B错误； C、Co2+可协助酶Y催化反应，但Co2+不是酶，将Co2+的浓度加倍，不一定会使酶促反应速率也加倍，酶促反应速率还受到酶的数量、底物浓度等多种因素影响，C错误； D、 转化率=产物量/底物量×100%，2h时，500g·L-1果糖组的转化率不是最高，但底物量是最多的，且转化率也较高，根据产物量=底物量×转化率，可知其产物量最高，D正确。 2．某种加酶洗衣粉包装袋上注有下列信息：本品含有蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶；洗涤前先浸泡15～20min，特别脏的衣物可减少浸泡用水量；请勿使用60℃以上热水。下列叙述错误的是（    ） A．该洗衣粉含多种酶，不适合洗涤纯棉衣物 B．洗涤前浸泡有利于酶与污渍结合催化其分解 C．减少浸泡衣物的用水量可提高酶的浓度 D．水温过高导致酶活性下降 【答案】A 【详解】A、酶具有专一性，纯棉衣物的主要成分是纤维素，而该洗衣粉含有的酶为蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶，均无法分解纤维素，故不会损坏纯棉衣物，A错误； B、洗涤前浸泡可延长酶与污渍的接触时间，有利于酶与污渍结合催化其分解，B正确； C、一定范围内，减少用水量会提高酶的浓度，从而加快反应速率，C正确； D、酶活性的发挥需要适宜温度，高温会破坏其空间结构导致酶活性下降，故勿使用60℃以上热水，D正确。 3．为探究淀粉酶是否具有专一性，有同学设计了实验方案，主要步骤如表。下列相关叙述合理的是（    ） 步骤 甲组 乙组 丙组 ① 加入2mL淀粉溶液 加入2mL淀粉溶液 加入2mL蔗糖溶液 ② 加入2mL淀粉酶溶液 加入2mL蒸馏水 ？ ③ 60℃水浴加热，然后各加入2mL斐林试剂，再60℃水浴加热 A．丙组步骤②应加入2mL蔗糖酶溶液 B．两次水浴加热的主要目的都是提高酶活性 C．根据乙组的实验结果可判断淀粉溶液中是否含有还原糖 D．甲、丙组的预期实验结果都出现砖红色沉淀 【答案】C 【详解】A、丙组步骤②应加入2mL淀粉酶溶液，而非蔗糖酶溶液。验证淀粉酶专一性需保持酶相同而底物不同，若加入蔗糖酶则无法证明淀粉酶的作用特性，A错误； B、第一次60℃水浴是为酶提供最适温度以催化反应，第二次水浴是斐林试剂与还原糖反应的条件，B错误； C、乙组（淀粉+蒸馏水）未加酶，若未显色说明淀粉本身不含还原糖，若显色则可能底物被污染或分解，因此乙组结果可用于判断淀粉是否含还原糖，C正确； D、甲组（淀粉+淀粉酶）水解产物为葡萄糖（还原糖），与斐林试剂在水浴条件下呈砖红色；丙组（蔗糖+淀粉酶）无水解产物，故丙组出现蓝色，D错误。 4．取鸡蛋清，加入蒸馏水，混匀并加热一段时间后，过滤得到浑浊的滤液。以该滤液为反应物，探究不同温度对某种蛋白酶活性的影响，实验结果如表所示。 组别 1 2 3 4 5 温度（℃） 27 37 47 57 67 滤液变澄清时间（min） 16 9 4 6 50min未澄清 据表分析，下列叙述正确的是（    ） A．滤液变澄清的时间与该蛋白酶活性呈正相关 B．组3滤液变澄清时间最短，酶促反应速率最快 C．若实验温度为52℃，则滤液变澄清时间为4~6min D．若实验后再将组5放置在57℃，则滤液变澄清时间为6min 【答案】B 【详解】A、浑浊的滤液为变性的蛋白质液体，滤液变澄清的时间与该蛋白酶活性呈负相关，即蛋白酶活性越强，蛋白质水解越快，澄清时间越短，A错误； B、组3滤液变澄清时间最短，说明酶活性最高，酶促反应速率最快，B正确； C、若实验温度为52℃，可能酶活性大于第3、4组，时间可能小于4min，C错误； D、组5蛋白酶已经失活，实验后再将组5放置在57℃，滤液也不会澄清，D错误。 5．下列关于酶的叙述，正确的是（    ） A．作为生物催化剂，酶作用的反应物都是有机物 B．胃蛋白酶应在酸性、37℃条件下保存 C．醋酸杆菌中与发酵产酸相关的酶，分布于其线粒体内膜上 D．从成年牛、羊等草食类动物的肠道内容物中可获得纤维素酶 【答案】D 【详解】A、一般来说，酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，但其作用的反应物不一定是有机物，如过氧化氢酶作用的反应物过氧化氢就是无机物，A错误； B、胃蛋白酶应在酸性、低温下保存，B错误； C、醋酸杆菌是细菌，属于原核生物，不具有线粒体结构，C错误； D、成年牛、羊等草食类动物肠道中有可以分解纤维素的微生物，所以从其肠道内容物中可以获得纤维素酶，D正确。 6．为探究酶的催化效率，某同学采用如图所示装置进行实验，实验分组、处理及结果如下表所示下列叙述错误的是（    ） 组别 甲中溶液 （2mL） 乙中溶液 （2mL） 不同时间测定的相对压强（kpa） 0s 50s 100s 150s 200s 250s I 肝脏研磨液 H2O2溶液 0 9.0 9.6 9.8 10.0 10.0 II FeCl3 H2O2溶液 0 0 0.1 0.3 0.5 0.9 III 蒸馏水 H2O2溶液 0 0 0 0 0.1 0.1 A．H2O2分解生成O2导致压强改变 B．从甲中溶液与乙中溶液混合时开始计时 C．250s时I组和III组反应已结束而II组仍在进行 D．实验结果说明酶的催化作用具有高效性 【答案】C 【详解】A、H2O2分解产物是H2O和O2，其中O2属于气体，会导致压强改变，A正确； B、据表分析可知，甲中溶液酶或无机催化剂等，乙中是底物，应从甲中溶液与乙中溶液混合时开始计时，B正确； C、三组中的H2O2溶液均为2ml，则最终产生的相对压强应相同，据表可知，250s时I组反应已结束，但II组和III组压强仍未达到I组的终止压强10.0，故250s时Ⅱ组和Ⅲ组反应仍在进行，C错误； D、酶的高效性是指与无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的作用更显著，对比I、II组可知，在相同时间内I组（含过氧化氢酶）相对压强变化更快，说明酶的催化作用具有高效性，D正确。 7．中国制茶工艺源远流长。红茶制作包括萎凋、揉捻、发酵、高温干燥等工序，其间多酚氧化酶催化茶多酚生成适量茶黄素是红茶风味形成的关键。下列叙述错误的是（    ） A．揉捻能破坏细胞结构使多酚氧化酶与茶多酚接触 B．发酵时保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性 C．发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶活性 D．高温灭活多酚氧化酶以防止过度氧化影响茶品质 【答案】C 【详解】A、红茶制作时揉捻能破坏细胞结构，使其释放的多酚氧化酶与茶多酚接触，A正确； B、发酵过程的实质就是酶促反应过程，需要将温度设置在酶的最适温度下，使多酚氧化酶保持最大活性，才能获得更多的茶黄素，B正确； C、酶的作用条件较温和，发酵时有机酸含量增加会降低多酚氧化酶的活性，C错误； D、高温条件会使多酚氧化酶的空间结构被破坏而失活，以防止过度氧化影响茶品质，D正确。 8．某同学研究某因素对酶活性的影响，实验处理及结果如下：己糖激酶溶液置于45℃水浴12min，酶活性丧失50%；己糖激酶溶液中加入过量底物后置于45℃水浴12min，酶活性仅丧失3%。该同学研究的因素是（    ） A．温度 B．底物 C．反应时间 D．酶量 【答案】B 【详解】A、由题干可知，两组实验的温度都为45℃，所以研究的因素不是温度，A错误； B、由题干分析，己糖激酶溶液置于45℃水浴12min，酶活性丧失50%；己糖激酶溶液中加入过量底物后置于45℃水浴12min，酶活性仅丧失3%。这两组实验的不同条件在于是否加入底物。所以研究的因素是底物，B正确； C、由题干可知，两组实验的反应时间均为12min，所以研究的因素不是反应时间，C错误； D、由题干可知，两组实验的酶量一致，所以研究的因素不是酶量，D错误。 · 名校模拟提升练 1．酶A、酶B与酶C分别是从菠菜叶、酵母菌与大肠杆菌中纯化的ATP水解酶，研究人员分别测量三种酶对不同浓度，ATP的水解反应速率，实验结果如图。下列叙述错误的是（    ） A．当三种酶达到最大反应速率时的最低ATP浓度相等 B．在相同的ATP浓度下，酶A产生的最终ADP和Pi量最多 C．ATP浓度相对值为20时，酶的种类是影响图中反应速率的因素 D．本实验的自变量是ATP浓度相对值和酶的种类，因变量是酶促反应速率 【答案】B 【详解】A、结合图示可以看出，当三种酶达到最大反应速率时的最低ATP浓度相等，ATP浓度相对值都是50，A正确； B、据图可知，在相同ATP浓度下，酶A催化产生的反应速率相对值最高，但ADP和Pi的生成量与底物ATP的量有关，在相同ATP浓度下，三种酶产生的最终ADP和Pi量相同，B错误； C、ATP浓度相对值为20时，酶C、酶B和酶A所催化的反应速率相对值依次升高，说明该酶的种类是影响图中反应速率的因素，C正确； D、根据实验数据可知，本实验的自变量是ATP浓度相对值和酶的种类，因变量是酶促反应速率，即本实验研究的是不同ATP浓度条件下，三种酶催化ATP水解速率的变化，D正确。 2．木瓜蛋白酶具有较宽的底物特异性，它能够作用于蛋白质中L-精氨酸、L-赖氨酸、甘氨酸和L-瓜氨酸残基的羧基参与形成的肽键。科研人员为了探究不同无机盐对木瓜蛋白酶活性的影响，进行了相关实验，实验结果如图所示。下列相关叙述正确的是（    ） A．木瓜蛋白酶催化蛋白质水解，所得产物是氨基酸 B．乙组与其余两组遵循单一变量原则，可构成对照实验 C．实验结果表明，CaCl2对木瓜蛋白酶活性的影响较小 D．木瓜蛋白酶活性越高，提供水解反应的活化能越多 【答案】B 【详解】A、木瓜蛋白酶只能作用于蛋白质中L-精氨酸、L-赖氨酸、甘氨酸和L-瓜氨酸残基的羧基参与形成的肽键，不能将蛋白质彻底水解，因此所得产物中还有短肽，A错误； B、该实验的自变量是无机盐的种类和无机盐的浓度，乙组与其余两组遵循单一变量原则，可构成对照实验，B正确； C、由图可知，乙组酶活性变化最小，说明KCl对木瓜蛋白酶活性的影响最小，C错误； D、酶只能降低化学反应的活化能，不能为反应提供活化能，D错误。 3．生活在寒冷环境中的微生物能够产生嗜冷酶（一种蛋白质），保证其在较低温环境中的生命活力。嗜冷酶在较低温或常温条件下具有较高的催化效率，高温时却会快速失活。如图是在其他反应条件适宜时，温度对嗜冷酶活性影响的情况。下列相关叙述正确的是（    ）    A．嗜冷酶与无机催化剂提高化学反应速率的原理不同 B．该实验的自变量是温度，图中实线表示酶活性相对值 C．若在B点条件下降低反应体系的pH，则反应物剩余量相对值将降低 D．C点时说明高温破坏了嗜冷酶的空间结构而使酶变性失活 【答案】D 【详解】A、酶和无机催化剂作用的机理是降低化学反应的活化能，作用机理相同，A错误； B、图示是在其他反应条件适宜时，温度对嗜冷酶活性影响的情况，因此该实验的自变量是温度，由于嗜冷酶在较低温或常温条件下具有较高的催化效率，高温时却会快速失活，因此虚线表示酶活性，实线表示反应物剩余量相对值，B错误； C、图示是在其他反应条件适宜时测定的，因此若在B点降低反应体系的pH，酶的活性降低，反应速率减慢，则反应物剩余量相对值将增加，C错误； D、高温破坏酶的空间结构使酶失活，D正确。 4．酶抑制剂是能与酶结合并降低酶活性的物质，主要有竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂两大类。竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性中心；非竞争性抑制剂作用于酶活性中心以外的其他位点，使酶的空间结构发生变化。下列叙述错误的是（    ） A．酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示 B．非竞争性抑制剂与酶结合后，可能会影响酶与底物的结合 C．竞争性抑制剂与酶结合，会降低酶促反应的最大反应速率 D．探究某种酶抑制剂的类型时，可通过增加底物浓度进行判断 【答案】C 【详解】A、酶活性是酶催化特定化学反应的能力，可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示，A正确； B、由题可知，非竞争性抑制剂会使酶的空间结构发生变化，可能影响酶与底物的结合，B正确； C、竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性中心，可通过增加底物浓度减弱其抑制作用，当底物浓度足够高时，该抑制剂对酶活性的影响可以忽略不计，最大反应速率不变，C错误； D、增加底物浓度可以减弱竞争性抑制剂对酶的抑制作用，但不能解除非竞争性抑制剂对酶的抑制作用，因此，可通过增加底物浓度来判断某种酶抑制剂的类型，D正确。 5．下图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是（　　） A．温度为t2时，酶促反应所需的活化能最高 B．当反应物浓度提高时，t2对应的反应速率可能会增加 C．温度在t2时比在t1时更适合酶的保存 D．酶的空间结构在t1时比t3时破坏更严重 【答案】B 【详解】A、当温度为t2时，化学反应速率最快，即酶的催化效率最高，降低活化能的效果更为显著，则该反应需要的活化能最低，A错误； B、当反应物浓度增大时，化学反应速率可能加快，t2对应的数值可能会增加，B正确； C、酶活性在t2时比t1高，但低温条件下，酶的分子结构稳定，即酶适合在低温条件下保存，C错误； D．酶活性在t1时比t2低，t1时的低温只是抑制了酶的活性，但能使酶的空间结构保持稳定，D错误。 6．食品检测时常用涂有胆碱酯酶的“农药残留速测卡”检测菠菜表面是否残留有机磷农药，操作过程如图所示（操作后将速测卡置于37℃恒温箱装置中10min为佳），其原理为：胆碱酯酶催化红色药片中的物质水解为蓝色物质，有机磷农药对胆碱酯酶有抑制作用。下列叙述正确的是（   ） A．将农药残留速测卡置于常温下保存可延长有效期 B．秋冬季节检测，“红色”和“白色”的叠合时间应适当延长 C．“白色”药片呈现的蓝色越深，说明菠菜表面残留的有机磷农药越多 D．每批测定应设置滴加等量菠菜浸洗液到“白色药片”上的空白对照卡 【答案】B 【详解】A、农药残留速测卡发挥作用依赖于胆碱酯酶，保存酶应该在低温环境下可以延长有效期，A错误； B、秋冬季节温度较低，酶的活性减弱，检测时，为保证结果准确性，“红色”和“白色”的叠合时间应适当延长，B正确； C、“白色”药片呈现的蓝色越深，说明菠菜表面残留的有机磷农药越少，对胆碱酯酶的抑制作用越弱，C错； D、每批测定应设置滴加等量纯净水到“白色药片”上的空白对照卡，D错误。 7．果蔬采摘后易发生褐变，使之色泽加深、风味劣化和营养物质流失。褐变的主要原因是果蔬组织中含有多酚氧化酶（PPO），它能在氧气存在条件下催化酚类物质氧化成醌并聚合成褐色物质。某兴趣小组同学探究了几种因素对多酚氧化酶活性的影响，结果如图所示。下列说法正确的是（　　） A．本探究实验中的自变量为pH、温度和抑制剂类型 B．根据图甲可知，制作果蔬 汁 时 适当添加柠檬酸可抑制褐变 C．根据图乙分析，90℃处理50s后的PPO失去活性，原因是PPO的空间结构发生可逆性改变 D．抗坏血酸是一种竞争性抑制剂，其与高温、强酸降低酶活性的机理相同 【答案】B 【详解】A、本探究实验中的自变量有 pH、温度大小、高温处理时间、抑制剂类型和浓度，A错误； B、PPO 的最适 pH 为弱碱性，柠檬酸等有机酸类物质可降低 pH，使 PPO 所处反应体系远离最适 pH，抑制 PPO 活性，抑制褐变；根据图甲可知，制作果蔬 汁 时 适当添加柠檬酸可抑制褐变，B 正确； C、90℃处理 50s后，PPO 的空间结构发生不可逆的破坏，导致 PPO 彻底失活，C错误； D、竞争性抑制剂和底物争夺酶的同一活性部位但不改变活性部位的空间结构，使酶和底物的结合机会减少，从而降低酶对底物的催化反应速率；高温、强酸通过改变酶的结构使酶的活性受到破坏，故抗坏血酸是一种竞争性抑制剂，其与高温、强酸降低酶活性的机理不相同，D错误。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 实验05探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素 实验目标透析：课标解读+重点先知，精识目标 教材知识链接：教材解析+知识渗透，融会贯通 实验过程精讲：实验全析全解，全面掌握 实验要点速记：要点解析+典例精讲，重点提升 实验提升专练：真题感知+模拟提升，双向突破 2017年版2020年修订新课标 课标解读 探究探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素 1.通过比较过氧化氢在不同条件下的分解实验，分析结果得出结论，并学会控制实验变量和对照实验的设计 2.设计实验证明酶的作用并探究酶的化学本质 3.通过探究“影响酶活性的条件”，培养科学探究能力 重点先知： 1.比较过氧化氢在不同条件下的分解 2.淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 3.影响酶活性的条件 1、 比较过氧化氢在不同条件下的分解 1．实验原理 2H2O22H2O＋O2 2.本实验的自变量有哪些？ 本实验的自变量有温度、催化剂的种类。 3.本实验的因变量是什么？如何表示？ 因变量是H2O2的分解速率，可用一定时间内产生气泡的多少来表示。 4.本实验的无关变量有哪些？如何控制无关变量？ 无关变量有H2O2的浓度、反应时间等；无关变量的处理原则是相同且适宜。 2、 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 1.实验原理 在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 2.实验设计思路 项目 方案一 方案二 对照组 实验组 对照组 实验组 材料 底物相同(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) 现象 反应速率很快 不发生反应或反应速率很慢 反应速率很快 不发生反应或反应速率很慢 结论 酶具有专一性 3.该实验的自变量和因变量分别是什么？ 自变量：底物的种类；因变量：底物是否被淀粉酶水解。 3、 影响酶活性的条件 1.酶活性 酶催化特定化学反应的能力称为酶活性，可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。 2．酶的作用条件较温和 酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。科学家采用定量分析的方法，分别得到了酶活性受温度和pH影响的示意图。 (1)酶活性受温度影响示意图(如图) 在一定条件下，酶活性最大时的温度称为该酶的最适温度。在一定温度范围内，酶促反应速率随温度的升高而加快；但当温度升高到一定限度时，酶促反应速率不仅不再加快，反而随着温度的升高而下降。 (2)酶活性受pH影响示意图(如图) 在一定条件下，酶活性最大时的pH称为该酶的最适pH。pH偏高或偏低，酶促反应速率都会下降。 (3)过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活，在0 ℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高，因此，酶制剂适宜在低温下保存。 （一）比较过氧化氢在不同条件下的分解 【实验目的】 通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用 【材料用具】 新鲜的质量分数为20%的肝脏(如猪肝、鸡肝)研磨液、新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液、质量分数为3.5%的FeCl₃溶液、温度计等 【方法步骤】 1．编号 取4支洁净的试管，分别编上序号1、2、3、4,向各试管内分别加入2mL过氧化氢溶液，按序号依次放置在试管架上。 2．操作方法 将2号试管放在90℃左右的水浴中加热，观察气泡冒出的情况，并与1号试管作比较 向3号试管内滴入2滴FeCl₃溶液，向4号试管内滴入2滴肝脏研磨液，仔细观察，并记录实验结果 3.观察并记录 立即将点燃的卫生香分别放入3号和4号试管内液面的上方，仔细观察，并记录实验结果 【注意事项】 一定要选用新鲜肝脏，原因是新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶 滴入FeCl3溶液和肝脏研磨液时，不能共用一个滴管，原因是若滴入的FeCl3溶液中混有少量的过氧化氢酶，会影响实验结果准确性 【实验结果 与结论】 与1号试管相比，2号试管产生的气泡多，这一现象说明加热能促进H2O2的分解，提高反应速率。 1、4号试管对照说明酶具有催化作用 1、3、4(或3、4)号试管对照说明与无机催化剂相比，酶的催化效率更高 （二）淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 【实验目的】 探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应 【材料用具】 质量分数为2%的新配制的淀粉酶溶液，质量分数为3%的可溶性淀粉溶液，质量 分数为3%的蔗糖溶液，斐林试剂，热水 【方法步骤】 1．编号 取两支洁净的试管，编上号 2．操作方法 1号试管注入可溶性淀粉溶液2mL，2号试管注入蔗糖溶液2mL 分别在两支试管中注入新鲜的淀粉酶溶液2mL 轻轻振荡这两支试管，使试管内的液体混合均匀，然后将试管的下半部浸到60℃ 左右的热水中，保温5min。 取出试管，各加入2mL斐林试剂（边加入斐林试剂，边轻轻振荡这两支试管以便使试管内的物质混合均匀） 3.观察并记录 将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中，用酒精灯加热，煮沸1min。观察两支试管内的溶液颜色变化 【注意事项】 不能使用碘液代替斐林试剂作为检测试剂，因为碘液只能检测淀粉的有无，而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色。 【实验结果 与结论】 1号试管有砖红色沉淀生成，说明产生了还原糖，淀粉被水解；2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有被水解。 结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有专一性。 （三）影响酶活性的条件 【实验目的】 探究酶起催化作用需要的条件 【材料用具】 淀粉酶溶液、肝脏研磨液、缓冲液、可溶性淀粉溶液、过氧化氢溶液、盐酸溶液、氢氧化钠溶液、蒸馏水、斐林试剂 【方法步骤】 1．编号 取三支洁净的试管，编号1、2、3 2．操作方法 三支试管中各注入新鲜的肝脏研磨液溶液1mL 1号试管加入物质的量浓度为0.01 mol/L的盐酸溶液1 mL，2号试管加入蒸馏水1 mL，3号试管加入物质的量浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液1 mL 三支试管中各注入过氧化氢溶液2mL 3.观察并记录 用带火星的卫生香进行检验 【注意事项】 不能在加入肝脏研磨液后，直接加入过氧化氢溶液，然后再调节pH，因为酶的作用具有高效性，在调节pH之前，试管中已经发生了剧烈反应，会影响实验结果。 【实验结果与结论】 1号试管无反应，2号试管迅速复燃，3号试管无反应 结论：pH能影响酶活性 【典例一】鉴定酶本质的实验原理和方法 (1)试剂鉴定法：利用双缩脲试剂能与蛋白质发生紫色反应的原理设计实验方案 (2)酶解鉴定法 【例题】 植物蛋白酶M和L能使肉类蛋白质部分水解，可用于制作肉类嫩化剂。某实验小组测定并计算了两种酶在37℃、不同pH下的相对活性，结果见如表。下列叙述最合理的是（    ） pH酶相对活性 3 5 7 9 11 M 0.7 1.0 1.0 1.0 0.6 L 0.5 1.0 0.5 0.2 0.1 A．在37℃时，两种酶的最适pH均为3 B．在37℃长时间放置后，两种酶的活性不变 C．从37℃上升至95℃，两种酶在pH为5时仍有较高活性 D．在37℃、pH为3~11时，M更适于制作肉类嫩化剂 【典例二】 1.探究影响酶活性实验的“四步曲” (1)分组编号：将实验器具分组编号并加入相应的等量试剂。 (2)控制变量：控制影响酶活性的条件，即首先将底物、酶液分别处理使其达到预设的条件。 (3)进行反应：让酶液与底物混合，在预设的条件下反应，无关变量应保持相同且适宜。 (4)结果检测：检测实验的因变量，观察并记录实验结果。 2.探究温度和pH对酶活性影响实验的4个注意点 (1)实验材料的选择：选择实验材料时，要注意排除自变量本身对实验结果的影响，保证自变量只是通过影响酶活性而影响实验结果，不能直接影响实验结果。 (2)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂“宜”选用碘液，“不宜”选用斐林试剂，因为用斐林试剂检测时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。 (3)在探究pH对酶活性的影响时，“宜”保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与酶接触，“不宜”在未达到预设pH前就让反应物与酶接触。 (4)在探究温度对酶活性的影响时，“宜”保证酶的最适pH(排除pH干扰)，且将酶和底物分别保温(达到实验要求的温度)后，再混合继续保温，“不宜”在未分别保温前就让反应物与酶接触。 【例题】 科学家发现，去除大肠杆菌RNaseP（一种核酸内切酶）的蛋白质部分后，在体外高浓度Mg2+条件下，剩余的RNA部分仍有与全酶相同的催化活性。下列叙述正确的是（　　） A．RNaseP可为反应提供所需的活化能 B．RNaseP的催化活性只取决于RNA C．实验中高浓度Mg2+参与RNA的合成 D．实验说明某些酶的化学本质是RNA · 高考真题感知练 1．D-阿洛酮糖是一种低热量多功能糖，有助于肥胖人群的体重管理。Co2+可协助酶Y催化D-果糖转化为D-阿洛酮糖。有人在相同体积、相同酶量且最适反应条件（含Co2+条件）下，测定不同浓度D-果糖的转化率（转化率=产物量/底物量×100%），其变化趋势如下图。下列叙述正确的是（    ） A．升高反应温度，可进一步提高D-果糖转化率 B．D-果糖的转化率越高，说明酶Y的活性越强 C．若将Co2+的浓度加倍，酶促反应速率也加倍 D．2h时，三组中500g·L-1果糖组产物量最高 2．某种加酶洗衣粉包装袋上注有下列信息：本品含有蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶；洗涤前先浸泡15～20min，特别脏的衣物可减少浸泡用水量；请勿使用60℃以上热水。下列叙述错误的是（    ） A．该洗衣粉含多种酶，不适合洗涤纯棉衣物 B．洗涤前浸泡有利于酶与污渍结合催化其分解 C．减少浸泡衣物的用水量可提高酶的浓度 D．水温过高导致酶活性下降 3．为探究淀粉酶是否具有专一性，有同学设计了实验方案，主要步骤如表。下列相关叙述合理的是（    ） 步骤 甲组 乙组 丙组 ① 加入2mL淀粉溶液 加入2mL淀粉溶液 加入2mL蔗糖溶液 ② 加入2mL淀粉酶溶液 加入2mL蒸馏水 ？ ③ 60℃水浴加热，然后各加入2mL斐林试剂，再60℃水浴加热 A．丙组步骤②应加入2mL蔗糖酶溶液 B．两次水浴加热的主要目的都是提高酶活性 C．根据乙组的实验结果可判断淀粉溶液中是否含有还原糖 D．甲、丙组的预期实验结果都出现砖红色沉淀 4．取鸡蛋清，加入蒸馏水，混匀并加热一段时间后，过滤得到浑浊的滤液。以该滤液为反应物，探究不同温度对某种蛋白酶活性的影响，实验结果如表所示。 组别 1 2 3 4 5 温度（℃） 27 37 47 57 67 滤液变澄清时间（min） 16 9 4 6 50min未澄清 据表分析，下列叙述正确的是（    ） A．滤液变澄清的时间与该蛋白酶活性呈正相关 B．组3滤液变澄清时间最短，酶促反应速率最快 C．若实验温度为52℃，则滤液变澄清时间为4~6min D．若实验后再将组5放置在57℃，则滤液变澄清时间为6min 5．下列关于酶的叙述，正确的是（    ） A．作为生物催化剂，酶作用的反应物都是有机物 B．胃蛋白酶应在酸性、37℃条件下保存 C．醋酸杆菌中与发酵产酸相关的酶，分布于其线粒体内膜上 D．从成年牛、羊等草食类动物的肠道内容物中可获得纤维素酶 6．为探究酶的催化效率，某同学采用如图所示装置进行实验，实验分组、处理及结果如下表所示下列叙述错误的是（    ） 组别 甲中溶液 （2mL） 乙中溶液 （2mL） 不同时间测定的相对压强（kpa） 0s 50s 100s 150s 200s 250s I 肝脏研磨液 H2O2溶液 0 9.0 9.6 9.8 10.0 10.0 II FeCl3 H2O2溶液 0 0 0.1 0.3 0.5 0.9 III 蒸馏水 H2O2溶液 0 0 0 0 0.1 0.1 A．H2O2分解生成O2导致压强改变 B．从甲中溶液与乙中溶液混合时开始计时 C．250s时I组和III组反应已结束而II组仍在进行 D．实验结果说明酶的催化作用具有高效性 7．中国制茶工艺源远流长。红茶制作包括萎凋、揉捻、发酵、高温干燥等工序，其间多酚氧化酶催化茶多酚生成适量茶黄素是红茶风味形成的关键。下列叙述错误的是（    ） A．揉捻能破坏细胞结构使多酚氧化酶与茶多酚接触 B．发酵时保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性 C．发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶活性 D．高温灭活多酚氧化酶以防止过度氧化影响茶品质 8．某同学研究某因素对酶活性的影响，实验处理及结果如下：己糖激酶溶液置于45℃水浴12min，酶活性丧失50%；己糖激酶溶液中加入过量底物后置于45℃水浴12min，酶活性仅丧失3%。该同学研究的因素是（    ） A．温度 B．底物 C．反应时间 D．酶量 · 名校模拟提升练 1．酶A、酶B与酶C分别是从菠菜叶、酵母菌与大肠杆菌中纯化的ATP水解酶，研究人员分别测量三种酶对不同浓度，ATP的水解反应速率，实验结果如图。下列叙述错误的是（    ） A．当三种酶达到最大反应速率时的最低ATP浓度相等 B．在相同的ATP浓度下，酶A产生的最终ADP和Pi量最多 C．ATP浓度相对值为20时，酶的种类是影响图中反应速率的因素 D．本实验的自变量是ATP浓度相对值和酶的种类，因变量是酶促反应速率 2．木瓜蛋白酶具有较宽的底物特异性，它能够作用于蛋白质中L-精氨酸、L-赖氨酸、甘氨酸和L-瓜氨酸残基的羧基参与形成的肽键。科研人员为了探究不同无机盐对木瓜蛋白酶活性的影响，进行了相关实验，实验结果如图所示。下列相关叙述正确的是（    ） A．木瓜蛋白酶催化蛋白质水解，所得产物是氨基酸 B．乙组与其余两组遵循单一变量原则，可构成对照实验 C．实验结果表明，CaCl2对木瓜蛋白酶活性的影响较小 D．木瓜蛋白酶活性越高，提供水解反应的活化能越多 3．生活在寒冷环境中的微生物能够产生嗜冷酶（一种蛋白质），保证其在较低温环境中的生命活力。嗜冷酶在较低温或常温条件下具有较高的催化效率，高温时却会快速失活。如图是在其他反应条件适宜时，温度对嗜冷酶活性影响的情况。下列相关叙述正确的是（    ）    A．嗜冷酶与无机催化剂提高化学反应速率的原理不同 B．该实验的自变量是温度，图中实线表示酶活性相对值 C．若在B点条件下降低反应体系的pH，则反应物剩余量相对值将降低 D．C点时说明高温破坏了嗜冷酶的空间结构而使酶变性失活 4．酶抑制剂是能与酶结合并降低酶活性的物质，主要有竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂两大类。竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性中心；非竞争性抑制剂作用于酶活性中心以外的其他位点，使酶的空间结构发生变化。下列叙述错误的是（    ） A．酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示 B．非竞争性抑制剂与酶结合后，可能会影响酶与底物的结合 C．竞争性抑制剂与酶结合，会降低酶促反应的最大反应速率 D．探究某种酶抑制剂的类型时，可通过增加底物浓度进行判断 5．下图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是（　　） A．温度为t2时，酶促反应所需的活化能最高 B．当反应物浓度提高时，t2对应的反应速率可能会增加 C．温度在t2时比在t1时更适合酶的保存 D．酶的空间结构在t1时比t3时破坏更严重 6．食品检测时常用涂有胆碱酯酶的“农药残留速测卡”检测菠菜表面是否残留有机磷农药，操作过程如图所示（操作后将速测卡置于37℃恒温箱装置中10min为佳），其原理为：胆碱酯酶催化红色药片中的物质水解为蓝色物质，有机磷农药对胆碱酯酶有抑制作用。下列叙述正确的是（   ） A．将农药残留速测卡置于常温下保存可延长有效期 B．秋冬季节检测，“红色”和“白色”的叠合时间应适当延长 C．“白色”药片呈现的蓝色越深，说明菠菜表面残留的有机磷农药越多 D．每批测定应设置滴加等量菠菜浸洗液到“白色药片”上的空白对照卡 7．果蔬采摘后易发生褐变，使之色泽加深、风味劣化和营养物质流失。褐变的主要原因是果蔬组织中含有多酚氧化酶（PPO），它能在氧气存在条件下催化酚类物质氧化成醌并聚合成褐色物质。某兴趣小组同学探究了几种因素对多酚氧化酶活性的影响，结果如图所示。下列说法正确的是（　　） A．本探究实验中的自变量为pH、温度和抑制剂类型 B．根据图甲可知，制作果蔬 汁 时 适当添加柠檬酸可抑制褐变 C．根据图乙分析，90℃处理50s后的PPO失去活性，原因是PPO的空间结构发生可逆性改变 D．抗坏血酸是一种竞争性抑制剂，其与高温、强酸降低酶活性的机理相同 / 学科网（北京）股份有限公司 $