增分微专题❶ “变量分析法”突破酶相关的实验探究课件——2026-2027学年高三生物二轮复习
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内容正文:
增分微专题❶ “变量分析法”
突破酶相关的实验探究
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例1 (2025·江苏卷)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。
步骤 甲组 乙组 丙组
① 加入2 mL淀粉溶液 加入2 mL淀粉溶液 加入2 mL蔗糖溶液
② 加入2 mL淀粉酶溶液 加入2 mL蒸馏水 ?
③ 60 ℃水浴加热,然后各加入2 mL斐林试剂,再60 ℃水浴加热
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下列相关叙述合理的是 ( )
A.丙组步骤②应加入2 mL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
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解析:丙组步骤②应加入2 mL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。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。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。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。
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例2 (2025·浙江1月卷)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 50 min未澄清
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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4~6 min
D.若实验后再将组5放置在57 ℃,则滤液变澄清时间为6 min
答案:B
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解析:稀释后的鸡蛋清经加热后变性,浑浊的滤液为变性的蛋白质液体,在蛋白酶的催化下,蛋白质被水解,浑浊的滤液变澄清,蛋白酶活性越强,蛋白质水解越快,滤液变澄清时间越短。对比五组实验结果,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。
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[题后拓展]
1.三类变量(自变量、因变量、无关变量)分析
(1)
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(2)教材中两类探究实验的变量分析
实验名称 自变量 因变量 无关变量
探究温度对淀粉酶活性的影响 不同温度(至少三种) 酶的活性(加碘液后溶液颜色的变化) pH、底物量、酶量、试管的洁净程度、反应时间、操作程序等
探究pH对过氧化氢酶活性的影响 不同pH(至少三种) 酶的活性(气泡的数量或带火星的卫生香燃烧程度) 温度、底物量、酶量、试管的洁净程度、反应时间、操作程序等
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(3)实验设计程序
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2.常见影响酶活性的自变量及其机理
自变量 影响酶活性的机理
温度 高温、过酸、过碱均会使酶的空间结构遭到不可逆破坏,使酶变性失活;低温下酶的活性被抑制,但并不失活,升高温度,酶活性可恢复
pH
酶抑制剂 竞争性抑制剂:与底物竞争性结合酶的活性中心→底物浓度增加,酶促反应速率增大
非竞争性抑制剂:与酶的非活性中心结合,改变酶结构→底物浓度增加,酶促反应速率不变或不会恢复到无抑制剂水平
注:找实验自变量的方法:①从实验目的入手判断[实验目的=实验的性质(探究或验证)+自变量+因变量];②从实验结果图判断(横坐标所示因子+图中曲线所示含义)。
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3.“四宜、五不宜”规避酶相关实验设计中的“坑”
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[反馈即练]
1.(2025·四川卷)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%),其变化趋势如图。
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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.2 h时,三组中500 g·L-1果糖组产物量最高
答案:D
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解析: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;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;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; 转化率=产物量÷底物量×100%,2 h时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。
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2.(2024·浙江1月卷)红豆杉细胞内的苯丙氨酸解氨酶(PAL)能催化苯丙氨酸生成桂皮酸,进而促进紫杉醇的合成。低温条件下提取PAL酶液,测定PAL的活性,测定过程如表。
步骤 处理 试管1 试管2
① 苯丙氨酸 1.0 mL 1.0 mL
② HCl溶液(6 mol/L) — 0.2 mL
③ PAL酶液 1.0 mL 1.0 mL
④ 试管1加0.2 mL H2O。2支试管置于30 ℃水浴1小时
⑤ HCl溶液(6 mol/L) 0.2 mL —
⑥ 试管2加0.2 mL H2O。测定2支试管中的产物量
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下列叙述错误的是 ( )
A.低温提取以避免PAL失活
B.30 ℃水浴1小时使苯丙氨酸完全消耗
C.④加H2O补齐反应体系体积
D.⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应
答案:B
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解析:温度过高会使酶失活,因此本实验应在低温条件下对PAL进行提取,以避免PAL失活,A正确;因为试管2在步骤②中加入了HCl溶液,PAL已经变性失活,故试管②底物苯丙氨酸不会被PAL催化消耗,B错误;④加0.2 mL H2O,补齐了步骤②试管1中没有加入的液体(0.2 mL HCl溶液)的体积,C正确;pH过低或过高均会使酶失活,故步骤⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应,D正确。
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3.(广东卷)某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究,结果见下表。
组别 pH CaCl2 温度/℃ 降解率/%
① 9 + 90 38
② 9 + 70 88
③ 9 - 70 0
④ 7 + 70 58
⑤ 5 + 40 30
注:+/-分别表示有/无添加,反应物为Ⅰ型胶原蛋白
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下列分析错误的是 ( )
A.该酶的催化活性依赖于CaCl2
B.结合①、②组的相关变量分析,自变量为温度
C.该酶催化反应的最适温度为70 ℃,最适pH为9
D.尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物
答案:C
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解析:分析②③组可知,没有添加CaCl2,降解率为0,说明该酶的催化活性依赖于CaCl2,A正确;分析①②变量可知,pH均为9,都添加了CaCl2,温度分别为90 ℃、70 ℃,故自变量为温度,B正确;②组酶的活性最高,此时pH为9,温度为70 ℃,但由于温度梯度、pH梯度较大,不能说明最适温度为70 ℃,最适pH为9,C错误;该实验的反应物为Ⅰ型胶原蛋白,要确定该酶能否水解其他反应物还需补充实验,D正确。
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4.(海南卷)某种酶的催化反应速率随温度和时间变化的趋势如图所示。
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据图分析,下列有关叙述错误的是 ( )
A.该酶可耐受一定的高温
B.在t1时,该酶催化反应速率随温度升高而增大
C.不同温度下,该酶达到最大催化反应速率时所需时间不同
D.相同温度下,在不同反应时间该酶的催化反应速率不同
答案:D
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解析:据题图可知,该酶在70 ℃条件下仍具有一定的活性,故该酶可以耐受一定的高温,A正确;据题图可知,在t1时,酶促反应速率随温度升高而增大,即反应速率与温度的关系为40 ℃<50 ℃<60 ℃<70 ℃,B正确;由题图可知,在不同温度下,该酶达到最大催化反应速率(曲线变平缓)时所需时间不同,其中70 ℃达到该温度下的最大反应速率时间最短,C正确;相同温度下,不同反应时间内该酶的反应速率可能相同,如达到最大反应速率(曲线平缓)之后的反应速率相同,D错误。
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专题强化练8
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1.(2025·黑龙江大庆一模)红茶中的多酚氧化酶(PPO)活性很强,处理茶叶时通过揉捻,能使细胞中的多酚氧化酶(PPO)催化无色的多酚类物质生成褐色醌类物质,即“酶促褐变”。“酶促褐变”会使茶的鲜度差、味苦;增加氨基酸的含量会提高茶汤的鲜爽度。为提升茶的品质,科研人员探究了不同因素对茶汤中氨基酸含量的影响,结果如图所示。
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下列相关叙述错误的是 ( )
A.上述实验的自变量是酶的种类、酶液浓度和揉捻时间
B.揉捻时间长,有利于提升氨基酸的含量,但会使茶的鲜度差、味苦
C.PPO催化无色物质生成褐色物质的机理是降低了化学反应的活化能
D.酶液浓度较大时使用纤维素酶更能提高茶汤鲜爽度,提升茶叶品质
答案:B
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解析:据题图可知,上述实验的自变量包括酶的种类(纤维素酶和蛋白酶)、酶液浓度(0%到1.5%)以及揉捻时间(15 min和25 min),A正确;据题干信息可知,揉捻时间长,易产生褐色醌类物质使茶的鲜度差、味苦,而增加氨基酸的含量会提高茶汤的鲜爽度,故揉捻时间长不利于提升氨基酸的含量,B错误;酶的作用机制是通过降低化学反应的活化能,故PPO(多酚氧化酶)催化无色物质生成褐色物质的机理是降低了化学反应的活化能,C正确;据图可知,当酶液浓度较大时(例如1.5%),使用纤维素酶的条件下,氨基酸含量显著高于使用蛋白酶的处理,结合题干信息“增加氨基酸的含量会提高茶汤的鲜爽度”,故更能提高茶汤鲜爽度,提升茶叶品质,D正确。
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2.(2025·安徽淮北一模)下图为酶催化淀粉水解的部分过程。为了证明大麦干种子中只含有淀粉酶中的β-淀粉酶,在萌发过程中还会再形成α-淀粉酶,某小组进行了相关实验,实验步骤如下表所示。
试管编号 甲 乙 丙
步骤 ① 2 mL淀粉溶液 ? 2 mL淀粉溶液
② 1 mL大麦干种子研磨液 ?
③ 40 ℃水浴锅中保温5 min
④ 滴加碘液进行检测
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下列叙述正确的是 ( )
A.乙试管中 ?处应为2 mL糊精溶液,预期实验结果是甲出现蓝色,乙出现红色
B.丙试管中 ?处应为1 mL萌发的大麦种子研磨液,预期实验结果是丙出现红色
C.可用斐林试剂检测丙试管的产物,预期实验结果是产生砖红色沉淀
D.该实验的自变量是干种子和萌发种子中淀粉酶的类型
答案:C
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解析:为了证明大麦干种子中只含有淀粉酶中的β-淀粉酶,在萌发过程中才会再形成α-淀粉酶,乙试管中 ?处应为2 mL糊精溶液,由于干种子只有β-淀粉酶,所以预期实验结果甲出现蓝色,乙不显色,A错误;丙试管中 ?处应为1 mL萌发的大麦种子研磨液,由于萌发过程中还会再形成α-淀粉酶,所以萌发的种子中有两种酶,预期实验结果丙不显色,B错误;丙试管中的产物为麦芽糖,是还原糖,淀粉和糊精是非还原糖,所以可以用斐林试剂进行检测,预期实验结果出现砖红色沉淀,C正确;该实验的自变量是干种子和萌发种子中的酶的类型以及底物的种类,D错误。
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3.(2025·四川德阳一模)辣椒红素是辣椒品质鉴定的重要指标之一。研究者探究在最适温度45 ℃,不同初始pH条件下酶解液对辣椒红素产量的影响时得到以下部分数据。
酶解液初始pH 4.5 5.0 5.5 6.0
辣椒红素产量/(mg·g-1) 6.5 6.7 7.9 7.0
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以下关于该实验研究的描述正确的是 ( )
A.该实验的设计应用了加法原理
B.当pH为5.5时,该反应的活化能最高
C.温度为45 ℃,pH为5.5 时利于酶解液长时间保存
D.适当增加底物的含量有利于提高酶解液的活性
答案:A
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解析:与常态相比较,人为增加某种影响因素属于加法原理,本实验改变pH值,探究不同初始pH条件下酶解液对辣椒红素产量的影响,故该实验的设计应用了加法原理,A正确;pH为5.5时,辣椒红素产量最高,说明酶解液的活性较高,反应速率较快,因此活化能较低,而不是最高,B错误;酶解液应该在低温下保存,C错误;适当增加底物的含量对酶的活性不产生影响,只对酶促反应速率产生影响,D错误。
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4.(2025·陕西西安一模)鱼宰杀后鱼肉中的腺苷三磷酸降解生成肌苷酸,能极大地提升鱼肉鲜味。肌苷酸在酸性磷酸酶(ACP)作用下降解又导致鱼肉鲜味下降。在探究鱼肉鲜味下降外因的系列实验中,实验结果如图所示。
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下列叙述正确的是 ( )
A.本实验的自变量是pH和温度,因变量是酸性磷酸酶(ACP)的相对活性
B.不同鱼的ACP的最适温度和pH有差异,根本原因在于不同鱼体内的ACP结构不同
C.pH低于3.8、温度超过60 ℃,对鳝鱼肌肉酸性磷酸酶(ACP)活性影响的机理相同
D.由图可知,放置相同的时间, 鱼在pH为5.8、温度为40 ℃条件下,鱼肉鲜味程度最高
答案:C
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解析:由题图曲线可知,本实验的自变量是pH、温度和鱼的种类,因变量是酸性磷酸酶(ACP)的相对活性,A错误;ACP是一种酶,其本质是蛋白质,基因决定蛋白质的合成,不同鱼的ACP的最适温度和pH有差异,根本原因在于控制合成ACP的基因不同,B错误;反应温度超过60 ℃与pH低于3.8,鳝鱼肌肉ACP都会因为空间结构的改变失去活性,影响机理是相同的,C正确;由题图曲线可知,放置相同的时间, 鱼在pH为5.8、温度为40 ℃条件下酸性磷酸酶相对活性最高,导致鱼肉鲜味下降最快,D错误。
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5.(2025·贵州毕节一模)某实验小组研究化合物A对淀粉酶活性的影响,结果如下图所示。
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下列叙述错误的是 ( )
A.化合物A可能与底物结构类似
B.化合物A可能破坏了淀粉酶的结构
C.化合物A可能影响淀粉酶的最适温度
D.化合物A可能影响了淀粉酶的最适pH
答案:C
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解析:化合物A可能与底物结构类似,这样它会与底物竞争淀粉酶的活性位点,从而使淀粉酶催化底物的效率降低,A正确;化合物A也可能破坏了淀粉酶的结构,导致淀粉酶的活性下降,B正确;从题图中可以看出,底物+淀粉酶和底物+淀粉酶+化合物A这两条曲线的最高点对应的温度基本相同,说明化合物A没有影响淀粉酶的最适温度,C错误;题图中没有涉及pH,所以不能确定化合物A是否影响了淀粉酶的最适pH,化合物A可能影响了淀粉酶的最适pH,导致酶促反应速率下降,D正确。
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6.(2025·河南安阳一模)研究人员测定了不同pH对木瓜蛋白酶活性的影响,绘制曲线如图所示。分子模拟结果显示:随着pH增加,木瓜蛋白酶的氢键数量逐渐增加,但pH=7时氢键数量最多,酶蛋白内部结构更致密,pH=4条件下酶内部结构疏松。
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下列相关叙述错误的是 ( )
A.pH通过影响酶的空间结构进而影响酶的活性
B.pH=2或pH=10时,木瓜蛋白酶可能完全失活
C.pH=7比pH=4时木瓜蛋白酶降低活化能的效果更显著
D.氢键数量变化导致酶空间结构和肽键数量发生改变
答案:D
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解析:结构决定功能,pH通过影响酶的空间结构进而影响酶的活性,A正确;酶活性的维持需要适宜pH,据题图可知,在最适pH两侧,pH无论升高还是降低,都会导致酶活性降低,故pH=2或pH=10时,木瓜蛋白酶可能完全失活,B正确;酶的作用机理是降低化学反应的活化能,据题图可知,pH=7比pH=4时酶活性更高,故木瓜蛋白酶降低活化能的效果更显著,C正确;随着pH增加,木瓜蛋白酶的氢键数量逐渐增加,但pH=7时氢键数量最多,pH=4条件下酶内部结构疏松,但空间结构改变通常不改变肽键数量,D错误。
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7.(2025·湖北十堰一模)某种豆角种子中的淀粉抑制酶能调节自身淀粉的代谢,在与淀粉消化吸收有关疾病的治疗上有应用价值。β-淀粉酶从淀粉的非还原端以两个葡萄糖残基为单位,依次水解糖苷键。实验小组从该种豆角种子中提取出淀粉抑制酶,在不同温度和pH条件下进行实验,以探究淀粉抑制酶对β-淀粉酶活性的影响,结果如图所示。
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下列有关分析正确的是 ( )
①β-淀粉酶催化淀粉水解的产物是葡萄糖
②将淀粉抑制酶液和β-淀粉酶液分别保温后再混合均匀 ③在30~80 ℃的温度条件下,淀粉抑制酶的作用效果稳定 ④在pH为4~10的条件下,β-淀粉酶的催化效率较高 ⑤单糖的生成量可反映淀粉抑制酶的活性 ⑥淀粉抑制酶能缓解餐后血糖的快速升高
A.①②④ B.②③⑥
C.①③⑤ D.④⑤⑥
答案:B
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解析:β-淀粉酶从淀粉的非还原端以两个葡萄糖残基为单位,依次水解糖苷键,产物为麦芽糖,①错误;在探究温度对酶活性的影响时,一旦酶与底物接触就会进行反应,所以将底物溶液和酶溶液分别保温后再混合均匀,②正确;由题图可知,在30~80 ℃的温度条件下,淀粉抑制酶对β-淀粉酶的抑制率在85%上下,作用效果稳定,③正确;由题图可知,在pH为4~10的条件下,β-淀粉酶抑制率较高,其活性较低,④错误;β-淀粉酶催化淀粉水解的产物是二糖——麦芽糖,⑤错误;分析题图中信息可知,淀粉抑制酶能抑制β-淀粉酶的活性,缓解淀粉水解过快,从而对缓解餐后高血糖有应用价值,⑥正确。②③⑥正确,A、C、D错误,B正确。
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8.(全国乙卷)某种酶P由RNA和蛋白质组成,可催化底物转化为相应的产物。为探究该酶不同组分催化反应所需的条件,某同学进行了下列5组实验(表中“+”表示有,“-”表示无)。
实验组 ① ② ③ ④ ⑤
底物 + + + + +
RNA组分 + + - + -
蛋白质组分 + - + - +
低浓度Mg2+ + + + - -
高浓度Mg2+ - - - + +
产物 + - - + -
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根据实验结果可以得出的结论是 ( )
A.酶P必须在高浓度Mg2+条件下才具有催化活性
B.蛋白质组分的催化活性随Mg2+浓度升高而升高
C.在高浓度Mg2+条件下RNA组分具有催化活性
D.在高浓度Mg2+条件下蛋白质组分具有催化活性
答案:C
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解析:
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9.(14分)(2025·天津和平二模)下图为定量测量过氧化氢酶与过氧化氢反应放出O2的实验装置,水槽内注有清水,倒转的量筒内也充满了清水。
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实验一:
①制备新鲜动物肝脏的研磨液,制作大小相同的圆形小滤纸片若干;
②将4片圆形小滤纸片在肝脏研磨液中浸泡吸收后取出,并贴在反应小室上侧的内壁上(如图甲所示);
③向反应小室内加入10 mL 3%H2O2溶液(如图甲所示),并安装好装置;
④将反应小室上下旋转180度,使滤纸片与H2O2溶液接触,呈图乙所示状态;
⑤每隔30 s读取并记录一次量筒中水面的刻度,连续进行5 min。
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实验二:
除了将圆形小滤纸片的数量改为2片外,其他均与实验一相同。
(1)进行上述两个实验的目的是:探究________与酶促反应速率的关系。本实验通过测定单位时间内__________作为酶促反应速率的观测指标。此外,还可以用收集5 mL气体________作为观测指标
酶的浓度
O2的产生量
所需时间
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解析: 根据实验过程可知,实验中改变的是圆形小滤纸片的数量,即酶的浓度不同,故该实验的目的是探究酶的浓度与酶促反应速率的关系。H2O2在酶的催化作用下分解为H2O和O2,因此可通过检测单位时间内O2的产生量作为酶促反应速率的观测指标,此外,还可以用收集5 mL气体所需时间作为观测指标。
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(2)如果上述两个实验的现象、结果无明显差异,则需如何进行改进?________或____________________进行实验。
再用更少
更多的圆形滤纸片
解析:如果上述两个实验的现象、结果无明显差异,则说明酶的浓度过大,反应速率过快或酶的浓度太小,反应速率太慢,因此可将实验改为用更少(1片、片、片等)或更多的圆形滤纸片(6片、8片等)进行实验。
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(3)如果根据实验一得到的数据绘制出了下图所示的曲线。那么实验二的大致曲线应该是怎么样的?请在下图中添画该曲线。
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解析:实验一的圆形小滤纸片的数量大于实验二,反应速率应大于实验二,因此实验二的反应曲线应在实验一的下方,又因底物的量相同,故最终O2释放量相同,结果如图所示,
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(4)如果要利用上述实验的试剂、材料、装置等研究温度对酶促反应速率的影响,则与上述实验相比,不同的做法是:
①在各次实验中,清水的温度不同(如0 ℃、30 ℃、100 ℃等);
②在各次实验中,____________________不变;
③要在H2O2溶液的温度达到与清水相同的温度后再把反应小室旋转180度。
圆形滤纸片的数量
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解析:如果要利用上述实验的试剂、材料、装置等研究温度对酶促反应速率的影响,则自变量为温度,实验过程中要保证无关变量相同且适宜,因此各组酶的数量、浓度应相同,故与上述实验相比,不同的做法是②在各次实验中,圆形滤纸片的数量不变。
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