一轮复习人教版核心素养微专题科学探究酶的相关实验探究学案

核心素养微专题(五)|科学探究(2)酶的相关实验探究授课提示：对应学生用书第80页(2019·江苏卷)为探究玉米籽粒发芽过程中一些有机物含量的变化，研究小组利用下列供选材料用具进行了实验。材料用具：玉米籽粒；斐林试剂，双缩脲试剂，碘液，缓冲液，淀粉，淀粉酶等；研钵，水浴锅，天平，试管，滴管，量筒，容量瓶，显微镜，玻片，酒精灯等。请回答下列问题：(1)为了检测玉米籽粒发芽过程中蛋白质(肽类)含量变化，在不同发芽阶段玉米提取液中，分别加入________试剂，比较颜色变化。该实验需要选用的器具有________(填序号)。①试管②滴管③量筒④酒精灯⑤显微镜(2)为了检测玉米籽粒发芽过程中淀粉含量变化，将不同发芽阶段的玉米籽粒纵切，滴加________，进行观察。结果显示，胚乳呈蓝色块状，且随着发芽时间的延长，蓝色块状物变小。由此可得出的结论是_______________________________________________________________________________________________________________________________。(3)为了验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶作用的结果，设计了如下实验；在1～4号试管中分别加入相应的提取液和溶液(如图所示)，40℃温育30min后，分别加入斐林试剂并60℃水浴加热，观察试管内颜色变化。请继续以下分析：①设置试管1作为对照，其主要目的是_______________________________________________________________________________________________________________。②试管2中应加入的X是________________的提取液。③预测试管3中的颜色变化是_____________________________________________。若试管4未出现预期结果(其他试管中结果符合预期)，则最可能的原因是________________________________________________________________________。解析：(1)检测蛋白质或多肽应该用双缩脲试剂；该实验需要用量筒量取一定量的蛋白质溶液、双缩脲试剂A液，需要用滴管滴加双缩脲试剂B液，但是该实验不需要加热，也不需要显微镜观察，故选①②③。(2)检测淀粉应该用碘液；胚乳呈现蓝色块状，说明胚乳含有大量的淀粉，而随着时间的延长，蓝色块状物变小了，说明玉米发芽的过程中胚乳的淀粉逐渐减少了。(3)①该实验的目的是验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶的作用，在淀粉酶的作用下淀粉水解产生了还原糖，还原糖用斐林试剂检测会出现砖红色沉淀。1号试管加的是缓冲液和淀粉溶液，作为对照实验，可以排除用于实验的淀粉溶液中含有还原糖。②根据单一变量原则，1号试管加的是缓冲液作为对照，3号、4号实验组分别加了发芽玉米提取液、淀粉酶溶液，则2号试管加的X溶液应该是发芽前玉米提取液。③3号试管发芽玉米提取液中含有淀粉酶，催化淀粉水解产生了还原糖，因此其颜色由蓝色变成了砖红色；若4号试管的颜色没有从蓝色变成砖红色，可能是因为淀粉酶已失活，不能催化淀粉水解。答案：(1)双缩脲①②③(2)碘液玉米发芽过程中胚乳的淀粉逐渐减少(3)①排除用于实验的淀粉溶液中含有还原性糖②发芽前玉米③蓝色→砖红色淀粉酶已失活一、鉴定酶本质的两种常用方法1．试剂检测法从酶的化学本质上来讲，绝大多数的酶是蛋白质，极少数的酶是RNA。在高中教材中常见的一些酶，如淀粉酶、蛋白酶等，其化学本质都是蛋白质，所以对酶本质的鉴定常常是变相地考查蛋白质的鉴定方法。设计鉴定方案：项目实验组对照组材料待测酶溶液已知蛋白液(等量)试剂分别加入等量的双缩脲试剂现象是否呈现紫色呈现紫色结论呈现紫色说明该酶的化学本质为蛋白质，否则该酶的化学本质不是蛋白质2.酶解法酶必须保持正常的结构才能发挥催化作用，因此可以分别利用蛋白酶和RNA酶处理某酶，再观察其功能是否受影响来确定该酶的本质。设计鉴定方案如图所示：二、用“对照实验法”探究或验证酶的高效性和专一性1．验证酶的高效性(1)设计思路：通过将不同类型催化剂(主要是酶与无机催化剂)催化底物的反应速率进行比较，得出结论。(2)设计方案项目实验组对照组材料等量的同一种底物试剂与底物相对应的酶溶液(如生物材料研磨液)等量的无机催化剂现象反应速率很快或反应用时短反应速率缓慢或反应用时长结论酶具有高效性2.验证酶的专一性(1)设计思路：常见的方案有两种，即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。(2)设计方案项目方案一方案二实验组对照组实验组对照组材料同种底物(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)现象发生反应不发生反应发生反应不发生反应结论酶具有专一性三、“梯度法”探究酶的最适温度或pH1．探究酶的最适温度(1)设计思路(2)设计方案2．探究酶的最适pH(1)设计思路(2)设计方案四、关于酶特性实验题的解题方法1．认真审题，准确找出变量，围绕变量设置对照。探究酶作用的专一性时，应围绕底物或酶设置变量；探究酶作用的高效性时，应围绕无机催化剂和酶制剂这一单一变量设置对照。2．设置实验步骤时，应注意以下四点(1)根据试题要求，确定单一变量，依据实验变量进行合理分组。(2)根据实验材料，结合实验原理，确定实验现象的观测手段。(3)除自变量外，确保其他实验条件相同且适宜。(4)合理确定操作程序，确保程序合理。1．(2022·广东广州模拟)分析表格所示实验，相关叙述错误的是()试管编号3%H2O2H2O3.5%FeCl3新鲜肝脏研磨液5%HCl12mL2滴2滴——22mL4滴———32mL2滴—2滴—42mL——2滴2滴A.试管1和3比较可说明酶的催化效率较高B．试管3和4比较可说明酸性环境对酶的活性有影响C．各试管试剂添加顺序应从左往右依次添加D．各组实验应该保持相同且适宜的温度条件解析：试管1中加入的是FeCl3(无机催化剂)，试管3中加入的是新鲜肝脏研磨液(含过氧化氢酶)，试管1和3比较可说明酶具有高效性，A正确；试管3加入的是蒸馏水，不影响酶的活性，试管4加入的是HCl，可影响酶的活性，试管3和4比较可说明酸性环境对酶的活性有影响，B正确；试管4中添加的盐酸可影响酶的活性，应在H2O2与新鲜肝脏研磨液加入试管4之前先加入，以创设酸性环境，C错误；温度属于无关变量，各组实验应该保持相同且适宜的温度条件，D正确。答案：C2．据表分析，下列说法正确的是()组别①②③④⑤⑥质量分数为3%的淀粉溶液(mL)2—2—2—质量分数为3%的蔗糖溶液(mL)—2—2—2质量分数为2%的α­淀粉酶溶液(mL)111111反应温度(℃)006060100100碘液2滴2滴2滴2滴2滴2滴注：表中“—”表示没有添加A．α­淀粉酶溶液的用量是无关变量B．①②两组实验可用于验证酶的专一性C．②④⑥三组实验可说明温度能影响酶活性D．设计上述实验的目的是验证酶的专一性解析：①②两组实验的温度不是α­淀粉酶的适宜温度，此温度下α­淀粉酶不能正常发挥作用，所以不能用于验证酶的专一性，B错误；α­淀粉酶不能催化蔗糖水解，故②④⑥不能说明温度能影响酶活性，C错误；该实验的目的是探究温度对酶活性的影响，因碘液无法检测蔗糖是否被分解，所以无法验证酶的专一性，D错误。答案：A3．某同学进行了温度对酶活性影响的研究，设计了如下实验。(1)实验步骤：Ⅰ.取三支试管，分别加入质量分数为3%的可溶性淀粉溶液。Ⅱ.将三支试管分别放入冰水、25℃的水和沸水中，在三支试管中分别加入相同温度、质量分数为2%的淀粉酶溶液，前两支试管中的pH＝，第三支试管中的pH＝4，摇匀后维持各自的温度5min。Ⅲ.在三支试管中各滴一滴碘液，并摇匀。(2)观察并记录。(3)结论：温度过高或过低都影响酶的活性。请回答下列问题：①该实验__________(填“能”或“不能”)得出上述实验结论。②指出实验步骤中的错误之处，并加以纠正或补充________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：①该实验探究温度对酶活性的影响。但实验步骤中没有遵循单一变量原则，缺少最适温度等因素，导致不能得出实验结论。②根据题意分析可知，试管上没有做标记，应用字母或数字进行标记，如三支试管上应分别标记为A、B、C。步骤Ⅰ和步骤Ⅱ试管中加入的两种溶液应有量的描述，如步骤Ⅰ中“质量分数为3%的可溶性淀粉溶液”应改为“质量分数为3%的可溶性淀粉溶液2mL”。步骤Ⅱ中没有设置最适温度，应把25℃改为60℃。实验组与对照组未遵循单一变量原则，存在pH和温度两个变量，研究温度对酶活性的影响时，pH应相同且适宜，都为。答案：①不能②a.试管上没有做标记，应用字母或数字标记，如三支试管应分别标记为A、B、C；b.步骤Ⅰ和步骤Ⅱ试管中加入的两种溶液没有量的描述，如步骤Ⅰ中“质量分数为3%的可溶性淀粉溶液”应改为“质量分数为3%的可溶性淀粉溶液2mL”；c.步骤Ⅱ中没有设置最适温度，应把25℃改为60℃；d.实验组与对照组未遵循单一变量原则，存在pH和温度两个变量，研究温度对酶活性的影响时，pH应相同且适宜，都为(其他合理答案亦可)4．为了检测某种酶X对3种二糖(糖A、糖B、糖C)的作用，设计了如图所示的实验。5min后检测每支试管中的单糖和二糖，结果如下表：试管1试管2试管3单糖无无有二糖有有无(1)该实验需将三支试管置于相同温度中的目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)从本实验中，可得出的结论是____________________________________________。(3)为进一步检测该酶的活性与pH的关系，请用下面所给的材料和实验室中的基本设备，设计一个实验，探究pH对酶活性的影响。实验材料：酶X，糖A溶液、糖B溶液、糖C溶液(自选一种)，指示剂，不同pH的溶液(盐酸、清水、氢氧化钠)。实验步骤：①取三支洁净试管，向三支试管中均加入1mL酶X溶液，编号为A、B、C。②向A、B、C三支试管分别加入______________________________________，摇匀。③将__________溶液各2mL注入A、B、C三支试管中，置于37℃中水浴保温5min。④向各支试管中分别加入等量指示剂，观察颜色变化。(4)如图表示在最适温度和最适pH下H2O2分解产生的O2量随时间的变化，当温度降低时，E点的变化是__________，D点的变化是__________。解析：(1)温度为该实验的无关变量。实验中将三支试管置于相同温度中的目的是排除无关变量(温度)对实验结果的干扰。(2)表格信息显示，试管1与2中无单糖生成，试管3中有单糖生成，说明酶X不能催化糖A、糖B水解，但能催化糖C水解，说明酶具有专一性。(3)检测该酶的活性与pH的关系，选择的底物为糖C，自变量是pH，因变量的观测指标为加入指示剂后是否出现颜色反应，而其他对实验结果有影响的因素均为无关变量，应保持相同且适宜。(4)曲线图表示在最适温度和最适pH下H2O2分解产生的O2量随时间的变化。O2量的最大值与H2O2的量有关，与酶的活性无关。当温度降低时，过氧化氢酶的活性降低，E点不变，但H2O2完全分解所用的时间延长，所以D点右移。答案：(1)排除无关变量(温度)对实验结果的干扰(2)酶具有专一性(3)②等量盐酸、清水、氢氧化钠③糖C(4)不变右移5．某课外活动小组用淀粉酶探究pH对酶活性的影响，得到如图所示的实验结果。请回答相关问题：(1)酶活性是指____________________________，该实验的自变量是________，以______________________作为检测因变量的指标。(2)题图所示的实验结果与预期不符，于是活动小组又进行__________(填“对照”“对比”或“重复”)实验，得到与题图无显著差异的结果。查阅资料后发现，盐酸能催化淀粉水解。因此推测，该实验中淀粉可能是在________和__________的作用下分解的。pH为3条件下的酶活性__________(填“小于”“等于”或“大于”)pH为9条件下的酶活性，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在常温、常压下，与盐酸相比，淀粉酶降低反应活化能的作用更显著，判断依据是__________________________