新人教生物一轮复习学案：第7讲 酶（教师版）
文档属性
| 名称 | 新人教生物一轮复习学案：第7讲 酶（教师版） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.8MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-08-10 23:13:21 | ||
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文档简介
新人教生物一轮复习学案
第7讲 酶
【素养目标】 1.通过关于酶本质的探索的学习，认识酶的化学本质，并进行分析综合，总结出酶的作用，并能设计实验证明酶的作用及化学本质。(生命观念 科学思维 科学探究) 2.通过分析与综合，明确酶的高效性和专一性的含义，并学会设计实验，探究酶的专一性和温度、pH等对酶促反应的影响，进而明确酶在生产和生活中的应用。(科学探究 科学思维 社会责任)
考点一 酶的本质、作用及特性
1．酶的作用及本质
(1)酶的本质
【拾遗补缺】 源于必修1 P79“关于酶本质的探索”：巴斯德认为酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致，没有活细胞就不能产生酒精；李比希却认为引起发酵的只是酵母菌细胞中的某些物质，不一定需要活的细胞。请你利用酵母菌细胞、研磨和过滤装置、葡萄糖溶液等材料设计一个实验来结束这一争论。
提示 将酵母菌细胞研磨粉碎、加水搅拌后过滤，将提取液加入葡萄糖溶液中，也能产生酒精，说明引起发酵的是一种化学物质(模拟毕希纳的实验)。
(2)酶的作用原理
①表示无酶催化时反应进行所需要的活化能是AC段。
②表示有酶催化时反应进行所需要的活化能是BC段。
③表示酶降低的活化能是AB段。
2．酶的特性
(1)高效性：酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍。
(2)专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
(3)作用条件较温和：在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高；高温、过酸、过碱等条件会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活；低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定。
【拾遗补缺】
(1)源于必修1 P84“相关信息”：已知胃蛋白酶的最适pH为1.5，小肠液的pH为7.6，胃蛋白酶随食糜进入小肠后还能发挥作用吗？为什么？
提示 不能。因为没有了适宜的pH，胃蛋白酶活性大大下降甚至失活
(2)源于必修1 P85“科学·技术·社会”：溶菌酶能够溶解细菌的________，具有抗菌消炎的作用。在临床上与抗生素复合使用，能增强抗生素的疗效。
提示 细胞壁
(1)酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物( )
(2)酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸( )
(3)酶活性的发挥离不开其特定的结构( )
(4)纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁( )
(5)酸既能催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉水解( )
答案 (1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√
1．酶高效性的曲线分析
(1)与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
(2)酶和无机催化剂一样，只能缩短达到化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的平衡点。
2．酶专一性的曲线分析
(1)加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。
(2)加入酶A的反应速率比无酶条件下的反应速率明显加快，说明酶A对此反应有催化作用。
3．影响酶活性因素的相关曲线分析
(1)甲曲线分析：在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用逐渐增强，超过最适温度(pH)，酶的催化作用逐渐减弱。
(2)乙曲线分析：纵坐标为反应物剩余量(相对量)，反应物剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢；图示pH＝7时，反应物剩余量最少，该pH下的酶活性相对较高；反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
4．底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响曲线分析
(1)甲图：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率先随底物浓度增加而加快，当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。
(2)乙图：在底物足量、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
(3)丙图：其他条件适宜的情况下，酶量增加，酶促反应的底物饱和时对应的曲线上的a点应向右上移(对应b点位置)。
5．探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
试管编号 1 2
注入可溶性淀粉溶液 2 mL －
注入蔗糖溶液 － 2 mL
注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
60 ℃水浴保温5 min
新配制的斐林试剂 2 mL 2 mL
沸水浴煮沸1 min
实验现象 有砖红色沉淀 没有砖红色沉淀
(1)实验结果和结论：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。
(2)上述实验中不能用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂，因为碘液只能检测淀粉是否被水解，而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色。
(3)该实验的自变量是底物的种类；因变量是底物是否被淀粉酶水解。本实验设计思路是探究同一种酶是否能催化不同底物水解。
[典例剖析]
(2023·泰安高三检测)用某种酶进行有关实验的结果如图所示，下列有关说法错误的是( )
A．该酶的最适催化温度不确定
B．图2和图4能说明该酶一定不是胃蛋白酶
C．由图4实验结果可知酶具有高效性
D．由图3实验结果可知Cl－是该酶的激活剂
C [图1显示温度对酶活性的影响，图中结果只能显示30 ℃比较适宜，但温度梯度太大，不能确定该酶的最适催化温度，A正确；图2显示该酶的最适pH为7，而胃蛋白酶的最适pH为1.5，由图4可知该酶为麦芽糖酶，B正确；图3能说明Cl－是该酶的激活剂，Cu2＋是该酶的抑制剂，D正确；图4可说明酶具有专一性，C错误。]
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：图1
信息2：图2、图4
信息3：图3
信息转化 1.三种温度比较，30 ℃时酶活性最高，但温度梯度较大
2.pH＝7时，该酶活性最高；该酶能催化麦芽糖分解，最可能是麦芽糖酶
3.加Cl－时，酶活性最高
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：建构模型能力
【角度转换】 提升语言表达能力
题图1中，酶促反应在不同温度条件下最终生成物的量相同，原因是底物的量是相同的，最终分解得到的产物的量也是一样的。
考向一 酶的本质、作用与特性的综合分析
1．(2022·长沙高三模拟)下图以蔗糖酶为例，示意酶分子的作用过程，下列有关说法正确的是( )
A．蔗糖酶在此化学反应的过程中分子结构不发生改变
B．②过程体现了酶具有特异性
C．蔗糖酶应在其最适温度下保存
D．蔗糖酶为该反应提供了能量
B [由图可知，蔗糖酶在反应过程中空间结构发生了改变，A错误；②过程为酶与底物分子结合的过程，结合位点与底物分子结构适配，体现了酶具有特异性，B正确；蔗糖酶等酶应在低温环境下保存，C错误；蔗糖酶降低了该反应所需要的活化能，不能提供能量，D错误。]
2．(2022·东莞高三检测)嫩肉粉是生活中常见的一种烹饪原料，其主要成分是木瓜蛋白酶，可以对肉中的弹性蛋白和胶原蛋白进行部分水解，破坏它们的分子结构，使肉类制品口感达到嫩而不韧、味美鲜香的效果。下列关于嫩肉粉的叙述，正确的是( )
A．嫩肉粉应为高温烘干制成的一种粉剂
B．嫩肉粉中的木瓜蛋白酶应置于低温下保存
C．木瓜蛋白酶能够为蛋白质的水解提供部分能量
D．木瓜蛋白酶在完成催化过程后，立即被分解
B [嫩肉粉是生活中常见的一种烹饪原料，其主要成分是木瓜蛋白酶，据此可推测嫩肉粉不可能在高温条件下烘干制成，否则会导致空间结构被破坏，无法发挥催化作用，A错误；酶应在低温下保存，B正确；酶促反应的原理是降低化学反应的活化能，不能为反应提供能量，C错误；酶在发挥作用前后理化性质不变，因此不会被分解，D错误。]
【知识延伸】 酶在生活中的实例
(1)人发烧时不想吃东西，原因是体温升高导致消化酶活性降低，食物在消化道中消化缓慢。
(2)唾液淀粉酶随食物进入胃内就会失活，原因是唾液淀粉酶的最适pH为6.8左右，而胃液的pH为0.9～1.5。
(3)胰岛素等蛋白质类或多肽类激素只能注射，不能口服，原因是口服会导致该类激素被蛋白酶和肽酶分解成氨基酸而失效。固醇类激素(如性激素)和氨基酸衍生物类激素(如甲状腺激素)不会被消化酶分解，既可以注射，也可以口服。
考向二 酶的相关曲线分析
3．(2023·常德高三检测)下图为某种酶在最适pH和不同温度条件下，反应底物浓度随反应时间变化的曲线图。下列分析正确的是( )
A．该酶的最适温度为45 ℃，该温度下反应至t2时间后，酶活性下降为0
B．经65 ℃长时间处理的酶液，自然冷却后加入底物，反应底物浓度很快降低
C．降低或升高反应体系的pH，图中的t2和t3点的位置将右移
D．O～t1时间段，25 ℃条件下比45 ℃条件下的平均反应速率快
C [条件不变，酶在化学反应前后不变，因此酶促反应结束后酶活性不变，并且45 ℃并不一定是该酶的最适温度，A错误；经65 ℃长时间处理的酶液，已经变性失活，即使自然冷却，酶的活性还是不能恢复，B错误；由题干信息可知，该酶在最适pH下进行，如果降低或升高反应体系的pH，酶的活性都会降低，从而使反应时间延长，即图中的t2和t3点的位置将右移，C正确；O～t1时间段，45 ℃条件下比25 ℃条件下的反应底物浓度下降更快，因此其平均反应速率更快，D错误。]
4．(2022·南京高三检测)下图为科学家研究两种植酸酶的活性随温度变化的情况。下列叙述错误的是( )
A．本实验的自变量有两种，分别是温度和酶的种类
B．pH、反应时间等无关变量也会影响实验结果
C．在20 ℃至60 ℃范围内，酶活性较高的是A酶
D．探究A酶的最适温度时，应围绕50 ℃设置三个温度进行实验
D [据图可知，本实验的自变量是温度和酶的种类，因变量是酶的活性，A正确；pH、反应时间等无关变量也会影响实验结果，因此在实验中要求相同且适宜，B正确；据图可知，在20 ℃至60 ℃范围内，酶A的活性大于酶B的活性，C正确；据图可知，酶A的最适宜温度均约为50 ℃，探究A酶的最适温度时，应围绕50 ℃设置多个温度进行实验，D错误。]
【题后归纳】 “四看法”分析酶促反应曲线
考点二 探究影响酶活性的条件
1．实验原理
(1)探究温度对酶活性的影响
①反应原理
②鉴定原理：温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。
(2)探究pH对酶活性的影响
①反应原理(用反应式表示)：
2H2O22H2O＋O2。
②鉴定原理：pH影响酶的活性，从而影响O2的生成速率，可用带火星的卫生香燃烧的情况来检验O2的生成速率。
2．实验步骤和结果
(1)探究温度对酶活性的影响
取6支试管，分别编号为1与1′、2与2′、3与3′，并分别进行以下操作。
试管编号 1 1′ 2 2′ 3 3′
实 验 步 骤 一 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液
二 在冰水中水浴5 min 在60 ℃温水中水浴5 min 在沸水中水浴5 min
三 1与1′试管内液体混合，摇匀 2与2′试管内液体混合，摇匀 3与3′试管内液体混合，摇匀
四 在冰水中水浴数分钟 在60 ℃温水中水浴数分钟 在沸水中水浴数分钟
五 取出试管，分别滴加2滴碘液，摇匀，观察现象
实验现象 呈蓝色 无蓝色出现 呈蓝色
结论 酶发挥催化作用需要适宜的温度条件，温度过高或过低都会影响酶活性
(2)探究pH对酶活性的影响
序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
1 注入等量的过氧化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴
2 注入等量的不同pH的溶液 1 mL蒸馏水 1 mL 5%的HCl 1 mL 5%的NaOH
3 注入等量的体积分数为3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL
4 观察实验现象 有大量气泡产生 无明显气泡产生 无明显气泡产生
5 将带火星的卫生香插入试管内(液面的上方) 燃烧剧烈 燃烧较弱 燃烧较弱
1．实验材料选择时的注意事项
(1)在探究温度对酶活性的影响实验中，不能选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶作为实验材料，因为过氧化氢(H2O2)在常温下就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。
(2)在探究pH对酶活性的影响实验中，不宜选用淀粉和淀粉酶作为实验材料，因为在酸性条件下淀粉分解也会加快，从而影响实验结果。
2．实验步骤和结果检测的注意事项
(1)在探究温度对酶活性的影响实验中，底物和酶溶液应先分别在预设的温度中保温一段时间后再混合，保证反应从一开始就是预设的温度。
(2)在探究pH对酶活性的影响实验中，宜先保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的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，让反应物与酶接触。
(3)若选择淀粉和淀粉酶来探究温度对酶活性的影响，检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不能选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需要水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
考向一 影响酶活性的条件的基础实验分析
5．(2023·铁岭高三检测)已知酸或碱能水解多糖和蛋白质，碘液在碱性条件下会发生歧化反应，请判断下列利用相关材料，试剂开展的实验，实验目标能够达成的是( )
A．利用淀粉、淀粉酶、斐林试剂探究pH对酶活性的影响
B．利用蔗糖、麦芽糖、蔗糖酶和斐林试剂探究酶的专一性
C．利用淀粉、淀粉酶、碘液探究温度对酶活性的影响
D．利用蛋清液、蛋白酶、双缩脲试剂探究pH对酶活性的影响
C [根据题意可知，酸或碱能水解多糖，所以在一定的酸碱度下，没有淀粉酶，淀粉也会水解，从而影响试验结果，A错误；蔗糖酶可以催化蔗糖水解产生葡萄糖和果糖，而葡萄糖、果糖和麦芽糖都是还原糖，与斐林试剂在加热的条件下反应呈现砖红色沉淀，因此不能判断麦芽糖是否发生水解，故不能利用蔗糖、麦芽糖、蔗糖酶和斐林试剂探究酶的专一性，B错误；淀粉酶可以催化淀粉的水解，而淀粉遇碘液变蓝，所以可以用其检测淀粉是否被淀粉酶催化水解，因此可以利用淀粉、淀粉酶、碘液探究温度对酶活性的影响，C正确；根据题意可知，酸或碱能水解蛋白质，所以在一定的酸碱度下，没有蛋白酶，蛋白质也会水解，从而影响试验结果，而且，即使蛋清液中蛋白质被分解，但蛋白酶也是蛋白质，和双缩脲试剂反应，产生紫色现象，D错误。]
6．(2022·长沙高三检测)如图是某课外活动小组探究pH对唾液淀粉酶活性影响时绘制的实验结果图(实验中用盐酸创设酸性条件，盐酸能催化淀粉水解)。下列有关叙述正确的是( )
A．将淀粉与淀粉酶溶液混合后再调节各组混合液的pH
B．pH为3和9的两支试管中的淀粉酶的活性相同
C．pH为13的试管调到pH为7后继续反应，淀粉含量将明显下降
D．根据上述实验结果无法推测出淀粉酶的最适pH为7
D [实验中需要将淀粉与淀粉酶溶液分别调节pH，然后再将pH相等的淀粉和淀粉酶混合后再进行相应因变量的检测，这样获得的数据更有说服力，A错误；分析柱形图可知，pH为3的条件下和pH为9的条件下淀粉剩余量基本相等，而由于淀粉在酸性条件下易分解，因此pH为3的条件下的酶活性小于pH为9的条件，B错误；pH为13的试管调到pH为7后继续反应，由于酶已经失活，则淀粉含量将不会明显下降，C错误；分析柱形图可知，淀粉酶的最适pH在7左右，并不是最适pH为7，D正确。]
考向二 实验的拓展和应用
7．(2022·深圳高三检测)乳糖酶催化乳糖水解。有两项与此相关的实验，其他实验条件均设置为最适条件，实验结果如下表，以下分析正确的是( )
实验一(乳糖浓度为10%) 酶浓度/% 0 1 2 4 5
相对反应速率 0 25 50 100 200
实验二(酶浓度为2%) 乳糖浓度/% 0 5 10 20 30
相对反应速率 0 25 50 65 65
A．实验一增加乳糖浓度，相对反应速率将降低
B．实验二若继续增大乳糖浓度，相对反应速率不再加大
C．实验一如果继续增加酶浓度，相对反应速率不再加大
D．实验二若温度升高10 ℃，相对反应速率将增大
B [实验一中，在某一酶浓度时，增加乳糖浓度，相对反应速率可能增大，可能不变，A错误；实验二中乳糖浓度为20%与30%时相对反应速率相等，所以实验二若继续增大乳糖浓度，相对反应速率将不再加大，B正确；实验一中，酶浓度为0～5%时，相对反应速率均在不断增大，所以如果继续增加酶浓度，相对反应速率可能会继续加大，C错误；实验条件均设置为最适条件，所以实验二若温度提高10 ℃，酶的活性将会下降，相对反应速率将减小，D错误。]
8．(2023·唐山高三检测)南美白对虾的体内含有大量的酚氧化酶(PO)，在活虾中该酶以酶原的形式存在，没有活性。虾死后，酚氧化酶酶原被激活，催化体内的酚类底物转化为黑色素类物质，造成虾死后迅速变黑，影响虾的品质和价格。曲酸是微生物产生的一种弱酸性代谢物，可抑制酚氧化酶活性，如图为不同浓度曲酸对PO活性的影响。回答下列问题：
(1)无活性的酶原变为有活性酶的过程称为酶原激活，本质是切断酶原分子中的特定肽键或去除部分肽段，导致酶原的__________发生改变，导致功能的改变。每种酶都有其活性中心，酶原激活的过程可能是________________________的过程。酚氧化酶催化酚类物质转化为黑色素类物质的作用机理是_________________________________________________________________。
(2)实验结果反映出曲酸对PO活性的影响是_______________________________________。在生产中为防止虾死后黑化，最适宜采用浓度为____________的曲酸进行处理。
(3)竞争性抑制剂与底物结构相似，可与底物竞争结合酶的活性中心；非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆结合，使酶的活性中心功能丧失。为确定曲酸在此酶促反应中属于哪种类型，根据两种抑制剂的差异写出实验思路以及预期实验结果。
实验思路：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
预期实验结果：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)家庭保存活虾常采用直接加水冷冻保存法，并且冷冻的速度越快越好，这样做的目的是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)空间结构 酶的活性中心形成或暴露 降低化学反应的活化能 (2)在0～1.1 mmol/L的范围内，随着曲酸浓度的增大，PO剩余酶活性不断降低，曲酸浓度大于1.1 mmol/L后，PO剩余酶的活性保持稳定 1.1 mmol/L (3)先用浓度为1.1 mmol/L(适宜浓度)的曲酸处理酚氧化酶，一段时间后除去曲酸，观察酚氧化酶是否仍然能催化酚类物质的转化 如果出现黑色素类物质，说明酚氧化酶仍有活性，属于竞争性抑制剂，如果不出现黑色素类物质，说明酚氧化酶没有活性，属于非竞争性抑制剂 (4)迅速冷冻可快速降低PO的活性，防止虾死后黑化
解析 (1)酶原激活，本质是切断酶原分子中的特定肽键或去除部分肽段，导致酶原的空间结构发生改变，进而导致功能的改变。每种酶都有其活性中心，酶原激活的过程可能是酶的活性中心形成或暴露的过程。酚氧化酶催化酚类物质转化为黑色素类物质的作用机理是降低化学反应的活化能。
(2)实验结果反映出曲酸对PO活性的影响是在0～1.1 mmol/L的范围内，随着曲酸浓度的增大，PO剩余酶活性不断降低，曲酸浓度大于1.1 mmol/L后，PO剩余酶的活性保持稳定。在生产中为防止虾死后黑化，最适宜采用浓度为1.1 mmol/L的曲酸进行处理。
(3)实验思路：先用浓度为1.1 mmol/L(适宜浓度)的曲酸处理酚氧化酶，一段时间后除去曲酸，观察酚氧化酶是否仍然能催化酚类物质的转化；预期实验结果：如果出现黑色素类物质，说明酚氧化酶仍有活性，属于竞争性抑制剂，如果不出现黑色素类物质，说明酚氧化酶没有活性，属于非竞争性抑制剂。
(4)家庭保存活虾常采用直接加水冷冻保存法，并且冷冻的速度越快越好，这样做的目的是快速降低PO的活性，防止虾死后黑化。
高分突破培优(一) 酶的相关探究实验
一、鉴定酶的本质
某科研小组经研究得知X酶存在于人的肝细胞中，能将糖原分解为还原糖。酶必须保持正常的结构才能发挥催化作用，请利用这一原理设计实验，探究X酶的化学本质究竟是蛋白质还是RNA。简要写出实验思路，并预期实验结果及结论(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两组)。
【审题关键】
(1)据题干可知，X酶的功能是将糖原分解为还原糖。
(2)联想到蛋白酶可以改变蛋白质的空间结构从而使其失去功能。
(3)RNA酶可以催化RNA发生水解从而使其失去功能。
(4)若X酶的化学本质是蛋白质，被蛋白酶处理后，则不能将糖原分解为还原糖。
(5)若X酶的化学本质是RNA，被RNA酶处理后，则不能将糖原分解为还原糖。
(6)题干中要求设计甲、乙两组实验，二者之间要能相互印证，因此联想相互对照。
答案 (1)实验思路：甲组：将X酶用蛋白酶处理，再与适量糖原溶液混合，在适宜条件下保持一段时间后，检测是否有还原糖的产生。乙组：将X酶用RNA酶处理，再与相同且等量糖原溶液混合，在适宜条件下保持相同一段时间后，检测是否有还原糖的产生。
(2)预期结果及结论：①若甲组有还原糖生成，乙组没有还原糖生成，则说明X酶的化学本质是RNA；②若甲组没有还原糖生成，乙组有还原糖生成，则说明X酶的化学本质是蛋白质。
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。设计鉴定方案如下：
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。设计鉴定方案如右图：
1．(2022·黄冈高三模拟)酶的化学成分大多数是蛋白质，少数是RNA，也有极少数是由蛋白质和RNA共同构成的。存在于染色体端粒上的端粒酶在癌细胞中很活跃，从而赋予癌细胞复制的永生性，所以研究端粒酶的性质和成分显得很重要。请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的癌细胞等为材料，设计实验以确定端粒酶的化学成分。
(1)实验准备：配制含35S标记的____________和含32P标记的____________的动物细胞培养液用于培养癌细胞。
(2)实验思路：
甲组：______________________，培养一段时间后，在癌细胞的染色体端粒上获取端粒酶，并检测其放射性。
乙组：____________________，培养相同的一段时间后，在癌细胞的染色体端粒上获取端粒酶，并检测其放射性。
(3)实验结果及结论：
①若________________________，则端粒酶由蛋白质组成。
②若______________________，则端粒酶由RNA组成。
③若________________，则端粒酶由蛋白质和RNA组成。
答案 (1)氨基酸 核糖核苷酸 (2)将癌细胞培养在含有35S的培养液中 将癌细胞培养在含有32P的培养液中 (3)①甲组有放射性，乙组无放射性 ②甲组无放射性，乙组有放射性 ③甲组和乙组都有放射性
解析 (1)分析题意可知，该实验的目的是确定端粒酶的本质是RNA或蛋白质还是两者的结合物。由于蛋白质中含有S几乎不含P，而RNA中含有P不含S，可以利用35S标记蛋白质，32P标记RNA进行对照实验，即配制含35S标记的氨基酸和含32P标记的核糖核苷酸的动物细胞培养液用于培养癌细胞。
(2)结合题意和分析可知，本实验中甲组与乙组都为实验组，两组互为对照，因此，甲组的处理为：将癌细胞培养在含有35S的培养液中，培养一段时间后，在癌细胞的染色体端粒上获取端粒酶，并检测其放射性；乙组的处理为：将癌细胞培养在含有32P的培养液中，培养相同的一段时间后，在癌细胞的染色体端粒上获取端粒酶，并检测其放射性。(甲、乙两组的处理可以互换。)
(3)由上述分析可知，①若甲组有放射性，乙组无放射性，说明端粒酶由蛋白质组成。②若甲组无放射性，乙组有放射性，说明端粒酶由RNA组成。(若甲、乙两组处理互换，①②的结果亦互换。)③若甲组和乙组都有放射性，说明端粒酶由蛋白质和RNA组成。
二、验证酶的高效性与专一性
(2022·南平高三检测)耐高温淀粉酶在食品加工领域有很广泛的应用。为探究某耐高温淀粉酶的性质，某研究小组做了如下表所示的实验，测得的酶活性如图1所示：
组别处理 1 2 3 4 5 6 7 8
可溶性淀粉溶液(3%) 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL
耐高温淀粉酶溶液(2%) 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL
温度 30 ℃ 40 ℃ 50 ℃ 60 ℃ 70 ℃ 80 ℃ 90 ℃ 100 ℃
各组在相应温度下保温5 min
测定酶的活性
回答下列问题：
(1)酶活性属于该实验中的________变量，其可以通过检测__________来体现。
(2)根据表格和图1的实验数据，________(填“能”或“不能”)确定该酶的最适温度为80 ℃，原因是__________________。3号试管和8号试管中酶活性都较低，但两者的原理不同，其差异是______________________。
(3)图2所示为6号试管中产物浓度随时间的变化曲线，请在图2中画出4号试管中产物浓度随时间的变化曲线(画出大致趋势即可)。
(4)某兴趣小组欲验证该耐高温淀粉酶具有专一性，请你用以上实验材料及蔗糖溶液、斐林试剂、碘液等设计一个实验方案(写出实验思路、预期结果和结论)。
实验思路：______________________________________________________________
________________________________________________________________________；
预期结果和结论：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【审题关键】
(1)生物实验遵循的一般原则是对照原则、等量原则、单一变量原则和控制无关变量原则等。由题表分析可知，不同温度属于实验的自变量，酶活性属于实验的因变量。其可以通过检测单位时间内淀粉的剩余量(或产物的生成量)来体现。
(2)根据表格和图1数据，不能确定该酶的最适温度为80 ℃，因为设置的温度梯度较大；3号试管中酶的活性受到低温抑制，但其结构未被破坏，8号试管中高温破坏了酶的空间结构，故3号试管和8号试管中酶活性均较低的原因不同。
(3)6号试管中酶活性较高，反应达到平衡所需时间较短，4号试管中酶活性较低，反应达到平衡所需时间较长，但是两支试管最终的反应平衡点相同，故4号试管中产物浓度随时间的变化曲线整体应在6号试管曲线的下方，并最终和6号试管曲线在同一水平线上。
(4)酶具有专一性，淀粉酶催化淀粉水解为麦芽糖，不能催化蔗糖水解，可利用该原理设计实验，说明耐高温淀粉酶的专一性。
答案 (1) 因 单位时间内淀粉的剩余量(或产物的生成量)
(2)不能 温度梯度较大 3号试管中酶的活性受到相对低温抑制，但其空间结构未发生不可逆变化，其活性可恢复；8号试管中酶的空间结构发生不可逆变化，其活性不能恢复
(3)
(4)取等量的可溶性淀粉溶液和蔗糖溶液分别与等量的该耐高温淀粉酶在相同且适宜的温度和pH等条件下反应，一段时间后用斐林试剂检测并观察溶液中有无砖红色沉淀出现 可溶性淀粉溶液中有砖红色沉淀出现，蔗糖溶液中没有砖红色沉淀出现，证明该耐高温淀粉酶具有专一性
“对照实验法”验证酶的高效性和专一性
(1)验证酶的高效性
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 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
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 酶具有专一性
2．(2022·连云港高三检测)研究小组利用下列实验材料、试剂和实验装置，进行“验证酶具有专一性”的实验。
可供选择的材料与试剂：猪小肠蔗糖酶(最适温度为50 ℃)、唾液淀粉酶(最适温度为37 ℃)、质量分数为5%的麦芽糖溶液、质量分数为5%的蔗糖溶液、质量分数为5%的淀粉溶液等。
实验装置：
注：二糖、单糖都不能透过所用半透膜，水可以透过。
请回答下列问题：
(1)实验步骤：
①U形管A侧加入20 mL质量分数为5%的麦芽糖溶液，B侧加入20 mL质量分数为5%的____________溶液，一段时间后观察到A、B两侧液面齐平。
②A、B侧均加入等量且适量的______________酶，水浴锅温度设为______℃，一段时间后观察A、B两侧液面变化。
(2)预期实验结果：A侧液面________(填“上升”“下降”或“不变”)，B侧液面______(填“上升”“下降”或“不变”)。
(3)实验步骤②中，一段时间后若分别取U形管A、B侧溶液，加入斐林试剂水浴加热，则A侧溶液________砖红色沉淀(填“出现”或“不出现”)，B侧溶液________砖红色沉淀(填“出现”或“不出现”)；该结果________(填“能”或“不能”)验证酶具有专一性。
答案 (1)①蔗糖 ②猪小肠蔗糖 50
(2)下降 上升
(3)出现 出现 不能
解析 (1)①麦芽糖和蔗糖都是二糖，U形管A侧加入20 mL质量分数为5%的麦芽糖溶液，B侧应加入等量的质量分数为5%的蔗糖溶液，才能保证两侧的浓度差相等，使得一段时间后观察到A、B两侧液面齐平。②根据实验材料与试剂可以推测出：A、B两侧均加入等量且适量的猪小肠蔗糖酶，猪小肠蔗糖酶的最适温度为50 ℃，因此水浴锅温度设为50 ℃。
(2)由于酶具有专一性，蔗糖在蔗糖酶的作用下分解成葡萄糖和果糖，而蔗糖酶不能催化麦芽糖水解，导致B侧溶液物质的量浓度浓度增大，渗透压升高，而A侧溶液浓度不变，因此一段时间后B侧液面会上升，A侧液面会下降。(3)实验步骤②中，一段时间后分别取U形管A、B侧溶液，加入斐林试剂水浴加热，因为麦芽糖和葡萄糖都是还原糖，所以两侧溶液都呈砖红色；该结果不能验证酶具有专一性。
三、探究酶的最适温度或最适pH
为了探究淀粉酶的最适温度，某同学进行了如图所示的实验操作。实验步骤如下：
步骤①：取10支试管，均分为五组。每组的两支试管中分别加入1 mL淀粉酶溶液和2 mL质量分数为5%的淀粉溶液。
步骤②：将每组淀粉酶溶液和淀粉溶液混合并摇匀。
步骤③：将装有混合溶液的五支试管(编号1、2、3、4、5)分别置于15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃水浴中。反应过程中每隔1分钟从各支试管中取出一滴反应液，滴在比色板上，加1滴碘液显色。
回答下列问题：
(1)实验原理：淀粉在淀粉酶的催化作用下分解成还原糖；淀粉酶的活性受温度影响；用碘液可检测淀粉，因为淀粉遇碘液变蓝，根据蓝色深浅来推断淀粉酶的活性。
(2)该实验的设计存在一个明显的错误，即步骤②前应
________________________________________________________________________。
(3)在本实验中，各组溶液的pH要保证______________，该实验能否选用斐林试剂检测实验结果？__________，理由是______________________________________________________。
(4)纠正实验步骤后，进行操作。一段时间后，当第3组试管中的反应物与碘液混合开始呈棕黄色时，各组实验现象如下表所示(“＋”表示蓝色程度)。
组别 1 2 3 4 5
处理温度(℃) 15 25 35 45 55
结果 ＋＋ ＋ 棕黄色 ＋ ＋＋
分析上述实验结果，可以得出该淀粉酶的最适温度在____________________之间。某同学在进行本实验的过程中发现反应时间过长，为缩短反应时间，请你提出合理的改进措施：________________________________________________________________________。
【审题关键】
(1)本实验的目的是探究淀粉酶的最适温度。
(2)该实验中在酶溶液和反应物混合之前，需要先把两者分别放在各自所需温度下保温一段时间。
(3)本实验的自变量为温度，因变量为酶的活性变化，本实验通过淀粉遇碘液变蓝的深浅来推断其变化，而各溶液pH属于无关变量，要保证相同且适宜。
(4)低温抑制了酶的活性，但结构未被破坏，温度升高时仍有催化功能，所以该实验不能选用斐林试剂检测实验结果。
(5)根据表中数据可知，第3组试管开始呈棕黄色，说明此试管中已经没有淀粉了，因此淀粉酶的最适温度介于25 ℃和45 ℃之间。为了加快反应，在不改变自变量的情况下，可适当增加酶量或适当降低底物的浓度。
答案 (2)先将五组试管分别置于15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃的水浴中保温一段时间
(3)相同且适宜 不能 利用斐林试剂检测时需要水浴加热，会改变各试管的温度，影响实验结果
(4)25～45 ℃ 增加淀粉酶的量(或降低底物的浓度)
“梯度法”探究酶的最适温度或pH
(1)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
3．(2022·保定高三检测)蜂蜜中富含维生素、氨基酸、蛋白质、果糖与葡萄糖等营养物质。蜂蜜中淀粉酶的活性是衡量蜂蜜品质的重要指标，淀粉酶活性越高，代表蜂蜜品质越优良。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，经过不同温度加工处理后，在相同条件下检测蜂蜜中的淀粉酶活性(淀粉酶活性可以用淀粉酶值表示，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)，结果如表所示。据此回答下列问题：
加工温度 淀粉酶值 加工时间 40 ℃ 50 ℃ 60 ℃ 70 ℃
1 h 10.9 10.9 8.3 8.3
2 h 10.9 10.9 8.3 6.5
3 h 8.3 6.5 5.0 5.0
(1)本实验的自变量为____________________，因变量可用__________表示。
(2)实验中，为了保证各个实验组在预设温度下进行实验，需要将淀粉酶和淀粉放在____________的条件下进行__________处理后再混合。
(3)若在实验过程中，部分淀粉会自行发生水解，则为了减少实验误差，应采取的措施是________________________________________________________________________。
(4)为获得优质蜂蜜，请根据上述实验结果，给出一条关于蜂蜜加工的建议：________________________________________________________________________。
答案 (1)加工时间、加工温度 淀粉酶值
(2)相同温度 保温
(3)设置一组对照实验，用等量蒸馏水代替蜂蜜溶液，其他实验条件不变，然后计算淀粉自行水解的量
(4)在40～50 ℃的温度条件下，加工1～2 h
解析 (1)由题中表格可知，本实验的自变量为在不同温度条件下利用淀粉酶进行加工的时间，即实验的自变量是加工时间和加工温度，因变量可用淀粉酶值表示，即代表酶活性的强弱。
(2)实验中，为了保证各个实验组在预设温度下进行实验，需要将淀粉酶和淀粉放在相同温度的条件下进行保温处理后再混合，这样可以避免在淀粉酶和淀粉混合过程中温度的变化。
(3)若在实验过程中，部分淀粉会自行发生水解，则为了减少实验误差，需要设置一组对照实验，用等量蒸馏水代替蜂蜜溶液，其他实验条件不变，然后计算淀粉自行水解的量，通过与实验组的对照确定淀粉酶活性值。
(4)表中信息显示，在40～50 ℃的温度条件、加工1～2 h的情况下，蜂蜜中淀粉酶活性最高，因此，为获得优质蜂蜜，需要在40～50 ℃的温度条件下，加工1～2 h获得优质蜂蜜。
(七)锁钥学说和诱导契合学说
1．锁钥学说
(1)概念：酶和底物结合时，底物的结构和酶的活性中心的结构十分吻合，就好像一把钥匙配一把锁一样。酶的这种互补形状，使酶只能与对应的化合物契合，从而排斥了那些形状、大小不适合的化合物，这就是“锁钥学说”。
(2)局限性：酶对于它所作用的底物有着严格的选择，只能催化一定结构或者一些结构近似的化合物，使这些化合物发生生物化学反应。
2．诱导契合学说
(1)模型
(2)概念：当底物与酶相遇时，可诱导酶活性中心的构象发生相应的变化，有关的各个基团达到正确的排列和定向，从而使酶和底物契合而结合成中间络合物，并引起底物发生反应。反应结束当产物从酶上脱落下来后，酶的活性中心又恢复了原来的构象。
[对点训练]
1．(2022·秦皇岛高三检测)酶的“诱导契合学说”认为，酶活性中心的结构原来并不和底物的结构完全吻合，当底物与酶相遇时，可诱导酶活性中心的构象发生变化，有关的各个基团达到正确的排列和定向，使底物和酶契合形成络合物。产物从酶上脱落后，酶活性中心又恢复到原构象。下图为“诱导契合学说”示意图，下列叙述正确的是( )
A．酶与底物形成络合物时，为底物转化成产物提供了活化能
B．酶活性中心的构象发生变化的过程伴随着肽键的断裂
C．这一模型可以解释蔗糖酶催化蔗糖水解成2分子单糖的过程
D．酶活性中心的构象发生变化导致其空间结构改变，造成酶疲劳性损失而不可恢复
C [酶催化化学反应的机理是降低化学反应所需要的活化能，故酶与底物形成络合物时，降低了底物转化成产物所需要的活化能，A错误；据图可知，酶活性中心构象发生变化后在一定条件下还可复原，说明该过程肽键并未断裂，否则变形过后无法恢复，B错误；蔗糖酶可以催化蔗糖水解成2分子单糖，此过程可用题图所示模型解释，C正确；酶活性中心的构象发生变化是为与底物契合形成络合物，只是酶空间结构的可逆性改变，完成催化作用后，酶活性中心还可恢复到原构象，D错误。]
2．(多选)(2022·常德高三模拟)1894年，科学家提出了“锁钥”学说，认为酶具有与底物相结合的互补结构。1958年，又有科学家提出“诱导契合”学说，认为在与底物结合之前，酶的空间结构不完全与底物互补，在底物的作用下，可诱导酶出现与底物相结合的互补空间结构，继而完成酶促反应。为验证上述两种学说，科研人员利用枯草杆菌蛋白酶(S酶)进行研究。该酶可催化两种结构不同的底物CTH和CU，且与两者结合的催化中心位置相同。进行的四组实验的结果如下图所示，图中SCTH表示催化CTH反应后的S酶，SCU表示催化CU反应后的S酶。下列说法错误的有( )
A．S酶既可催化CTH反应，又可催化CU反应，说明S酶没有专一性
B．S酶的活性可以用反应产物的相对含量来表示
C．该实验结果更加支持“诱导契合”学说
D．为进一步探究SCTH不能催化CU水解的原因是SCTH失去活性，还是出现空间结构的固化，可以用SCTH催化CTH反应
AB [由图可知S酶既可以催化CTH反应又可以催化CU反应，说明S酶的空间结构可以在不同底物的诱导下发生相应改变，并不能说明S酶没有专一性，A错误；酶活性可以用单位时间单位体积反应物的消耗量或产物的生成量来表示，根据曲线④的变化趋势可推知，S酶的活性不能用某些反应产物的相对含量表示，B错误；由实验可知，S酶可催化两种结构不同的底物CTH和CU，所以S酶的空间结构可以在不同底物的诱导下发生相应改变，适应与不同底物的结合，该实验结果更加支持“诱导契合”学说，C正确；SCTH不能催化CTH水解，原因可能是SCTH失去活性，或者出现空间结构固化。用SCTH催化CTH反应检测反应产物的生成量，如果SCTH能催化CTH水解，那么酶没有失活，即出现空间结构的固化；如果SCTH不能催化CTH水解，则SCTH失活，所以可以用SCTH催化CTH反应来探究SCTH不能催化CU水解的原因，D正确。]
1．(2022·湖南卷，3)洗涤剂中的碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活。此外，加热也能使碱性蛋白酶失活，如下图所示。下列叙述错误的是( )
A．碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活
B．加热导致碱性蛋白酶构象改变是不可逆的
C．添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果
D．添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染
B [由题目中“部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活”可知，碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活，A正确；由图可知，加热导致碱性蛋白酶由天然状态变为部分解折叠，部分解折叠的碱性蛋白降温后可恢复到天然状态，因此加热导致碱性蛋白酶构象改变是可逆的，B错误；碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，而且加热也能使碱性蛋白酶失活，会降低加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果，添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果，C正确；加酶洗衣粉可以降低表面活性剂的数量，减少洗涤剂使用量，使洗涤剂朝低磷、无磷的方向发展，减少对环境的污染，D正确。]
2．(2022·浙江6月选考，10)下列关于研究淀粉酶的催化作用及特性实验的叙述，正确的是( )
A．低温主要通过改变淀粉酶的氨基酸组成，导致酶变性失活
B．稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力，是因为酶的作用具高效性
C．淀粉酶在一定pH范围内起作用，酶活性随pH升高而不断升高
D．若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶，会加快淀粉的水解速率
B [低温可以抑制酶的活性，不会改变淀粉酶的氨基酸组成，也不会导致酶变性失活，A错误；酶具有高效性，故稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力，B正确；酶活性的发挥需要适宜的条件，在一定pH范围内，随着pH升高，酶活性升高，超过最适pH后，随pH增加，酶活性降低甚至失活，C错误；淀粉酶的本质是蛋白质，若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶，会将淀粉酶水解，则淀粉的水解速率会变慢，D错误。]
3．(2022·广东卷，13)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。下列分析错误的是( )
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
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70 ℃，最适pH9
D．尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物
C [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 ℃，但由于分组较少，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。]
4．(2021·海南卷，11)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。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
D [据图可知，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。]
5．(2021·湖北卷，2)很久以前，勤劳的中国人就发明了制饴(麦芽糖)技术，这种技术在民间沿用至今。麦芽糖制作的大致过程如图所示。
下列叙述正确的是( )
A．麦芽含有淀粉酶，不含麦芽糖
B．麦芽糖由葡萄糖和果糖结合而成
C．55～60 ℃保温可抑制该过程中细菌的生长
D．麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度低
C [麦芽糖属于植物细胞特有的二糖，在麦芽中存在麦芽糖，A错误；麦芽糖是由2分子葡萄糖脱水缩合而成的，B错误；细菌的生长需要适宜温度，据图可知，该过程中需要在55～60 ℃条件下保温6小时左右，目的是抑制细菌的生长，避免杂菌污染，C正确；一般而言，植物体内酶的最适温度高于动物，故麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度高，D错误。]
实验技能(一) 实验设计的基本原则
(2017·全国Ⅰ卷，29)根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒①两种类型。有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。
假设在宿主细胞内不发生碱基②之间的相互转换。请利用放射性同位素标记③的方法，以体外培养的宿主细胞④等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出：(1)实验思路，(2)预期实验结果及结论即可。(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组⑤)
【审题关键】
信息①：病毒营寄生生活，由蛋白质和核酸组成，核酸是DNA或RNA，只含有二者中的一种，DNA和RNA在化学组成上的区别如下：
核酸 五碳糖 含氮碱基
DNA 脱氧核糖 A、G、C、T
RNA 核糖 A、G、C、U
信息②：强调了碱基，二者碱基的区别：DNA特有T，RNA特有U。
信息③：放射性同位素标记法是指用放射性同位素替代某化合物中的特殊元素，来追踪该化合物的运行和变化规律。回忆相关内容：
研究内容 标记方法
分泌蛋白的合成、加工和运输过程 将3H标记的亮氨酸注射到豚鼠的胰腺腺泡细胞中
光合作用暗反应中碳元素的转移过程 用14C 标记光合作用的原料二氧化碳
T2噬菌体遗传物质的探究 分别用32P标记噬菌体的DNA，用35S标记噬菌体的蛋白质外壳
信息④：联想T2噬菌体遗传物质的探究实验和病毒的寄生特点，标记病毒需要先用含有放射性元素的培养基培养宿主细胞，再让病毒去侵染标记的细胞，子代病毒就会被标记。
信息⑤：甲、乙两组要形成对比，结合信息①、②、③、④可判断出，应分别用放射性同位素标记DNA成分中的T和RNA成分中的U。
【参考答案】
(1)实验思路：甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记的尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记的胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
(2)结果及结论：若甲组收集的病毒有放射性，乙组无放射性，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。
【错解例析】
错例：用含有放射性同位素标记的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培养基培养病毒。一段时间后收集病毒并检测其放射性。
错因分析：没有分成甲、乙两组，用同时含有放射性同位素标记的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培养基来培养，不能形成对照；病毒不能直接用培养基培养，这样设计不科学。
实验设计遵循的四大基本原则
(1)单一变量原则：即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜。如生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、实验器具相同(型号、洁净程度等)、实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。
(2)对照原则：应设置对照实验，使实验组与对照组的自变量不同(其他因素都相同)，以便消除无关变量对实验结果的干扰，增强实验结果的可信度。
(3)平行重复原则：在实验设计中为了避免实验结果的偶然性，必须对所做实验进行足够次数的重复，以获得多次实验结果的平均值，保证实验结果的准确性。
(4)科学性原则：在设计实验时必须有充分的科学依据，即实验目的要明确，实验原理要正确；实验研究的材料和实验方法的选择要恰当；整个实验设计的思路和实验方法的确定都不能偏离实验原理、有关的生物学知识及其他学科领域的基本知识。
1．(2023·扬州高三检测)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)含量的变化，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的变化，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。请分析并完善表格：
实验步骤的目的 简要操作过程 预期实验现象
①____________ 1号试管内加入缓冲液和淀粉溶液 40 ℃温育30 min后，分别加入斐林试剂并④________，观察试管内颜色变化。 在对试管加热过程中，⑤__________号试管为蓝色；⑥____号试管颜色变化为砖红色(沉淀)。
验证玉米发芽后产生了淀粉酶 2号试管内加入②________的提取液和淀粉溶液
3号试管内加入发芽玉米提取液和淀粉溶液
4号试管内加入 ③__________________
(4)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_____________。
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糖 ②发芽前玉米 ③淀粉酶溶液和淀粉溶液 ④60 ℃水浴加热
⑤1、2 ⑥3、4
(4)淀粉酶已失活
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，作为对照试验，可以排除用于实验的淀粉溶液中含有还原糖。
②③根据单一变量原则，1号试管加的是缓冲液作为对照，3号试管加了发芽玉米提取液，结合2号试管中已经加入的淀粉溶液，可知2号试管加的应该是发芽前玉米提取液，4号试管应加入淀粉酶溶液和淀粉溶液。
④检测还原糖时，需进行60 ℃左右水浴加热。
⑤⑥1、2号试管无酶催化，淀粉不水解，试管呈蓝色；3、4号试管由于淀粉被淀粉酶水解(3号试管中发芽玉米提取液含有淀粉酶)为还原糖，与斐林试剂产生砖红色沉淀。
(4)若试管4未出现砖红色沉淀，说明淀粉酶已失活，不能催化淀粉水解。
2．(2023·张掖高三检测)佛手瓜清脆多汁，味美可口，营养价值较高，深受人们喜爱。研究人员对佛手瓜所含过氧化氢酶(CAT)进行研究。首先取一定量的佛手瓜肉放入加有一定量磷酸缓冲液的研钵中，在低温条件下快速研磨至匀浆，离心后收集上清液即过氧化氢酶粗提取液；然后按照下表流程探究pH对过氧化氢酶活性的影响，温度设定为30 ℃。回答下列问题：
试管编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
设定pH 3 5 7 9 11 3 5 7 9 11
步骤 ① 磷酸缓冲液3 mL
② CAT粗提取液0.2 mL / / / / /
③ / / / / / 煮沸后冷却的CAT粗提取液A
④ 0.1 mol/L的过氧化氢溶液2 mL B
⑤ 30 ℃水浴加热15 min
⑥ 立即加入10%硫酸溶液100 μL
⑦ 测定剩余过氧化氢量
(1)6～10号试管的作用是__________；表中A、B两处分别为________、______________。
(2)步骤①加入磷酸缓冲液的目的是________________________________________；步骤⑥的作用是__________________________________________。
(3)研究人员通过实验比较不同金属离子对CAT活性的影响(Cl－、SO不影响CAT的活性)，结果如下：
金属离子 CuSO4 MgCl2 NaCl Na2SO4
浓度/(mmol/L) 3 6 9 3 6 9 3 6 9 3 6 9
相对活性/% 115 175 286 105 118 165 25 40 10 40 45 50
注：在最适条件下，酶的相对活性为100%。
分析可知，________离子可抑制CAT的活性；在相同浓度下，________离子比________离子对CAT活性的提高作用更明显。
答案 (1)作为对照 0.2 mL 0.1 mol/L的过氧化氢溶液2 mL
(2)维持溶液中pH的相对稳定 使过氧化氢酶变性失活
(3) Na Cu Mg
解析 (1)根据实验的单一变量原则，6～10号试管加入煮沸后冷却的CAT粗提取液(酶失活)0.2 mL，作为对照。0.1 mol/L的过氧化氢溶液2 mL作为反应底物，实验组和对照组也应该保持一致，故B为0.1 mol/L的过氧化氢溶液2 mL。
(2)步骤①加入磷酸缓冲液的目的是维持溶液中pH的相对稳定，步骤⑥立即加入10%硫酸溶液100 μL，让过氧化氢酶变性失活，以便精准检测酶活性。
(3)在最适条件下，酶的相对活性为100%，大于100%则促进CAT活性，小于100%则抑制其活性。据表中相对活性可知，Na离子可抑制CAT的活性，在相同浓度下，Cu离子比Mg离子对CAT活性的提高作用更明显。
第7讲 酶
【素养目标】 1.通过关于酶本质的探索的学习，认识酶的化学本质，并进行分析综合，总结出酶的作用，并能设计实验证明酶的作用及化学本质。(生命观念 科学思维 科学探究) 2.通过分析与综合，明确酶的高效性和专一性的含义，并学会设计实验，探究酶的专一性和温度、pH等对酶促反应的影响，进而明确酶在生产和生活中的应用。(科学探究 科学思维 社会责任)
考点一 酶的本质、作用及特性
1．酶的作用及本质
(1)酶的本质
【拾遗补缺】 源于必修1 P79“关于酶本质的探索”：巴斯德认为酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致，没有活细胞就不能产生酒精；李比希却认为引起发酵的只是酵母菌细胞中的某些物质，不一定需要活的细胞。请你利用酵母菌细胞、研磨和过滤装置、葡萄糖溶液等材料设计一个实验来结束这一争论。
提示 将酵母菌细胞研磨粉碎、加水搅拌后过滤，将提取液加入葡萄糖溶液中，也能产生酒精，说明引起发酵的是一种化学物质(模拟毕希纳的实验)。
(2)酶的作用原理
①表示无酶催化时反应进行所需要的活化能是AC段。
②表示有酶催化时反应进行所需要的活化能是BC段。
③表示酶降低的活化能是AB段。
2．酶的特性
(1)高效性：酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍。
(2)专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
(3)作用条件较温和：在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高；高温、过酸、过碱等条件会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活；低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定。
【拾遗补缺】
(1)源于必修1 P84“相关信息”：已知胃蛋白酶的最适pH为1.5，小肠液的pH为7.6，胃蛋白酶随食糜进入小肠后还能发挥作用吗？为什么？
提示 不能。因为没有了适宜的pH，胃蛋白酶活性大大下降甚至失活
(2)源于必修1 P85“科学·技术·社会”：溶菌酶能够溶解细菌的________，具有抗菌消炎的作用。在临床上与抗生素复合使用，能增强抗生素的疗效。
提示 细胞壁
(1)酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物( )
(2)酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸( )
(3)酶活性的发挥离不开其特定的结构( )
(4)纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁( )
(5)酸既能催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉水解( )
答案 (1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√
1．酶高效性的曲线分析
(1)与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
(2)酶和无机催化剂一样，只能缩短达到化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的平衡点。
2．酶专一性的曲线分析
(1)加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。
(2)加入酶A的反应速率比无酶条件下的反应速率明显加快，说明酶A对此反应有催化作用。
3．影响酶活性因素的相关曲线分析
(1)甲曲线分析：在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用逐渐增强，超过最适温度(pH)，酶的催化作用逐渐减弱。
(2)乙曲线分析：纵坐标为反应物剩余量(相对量)，反应物剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢；图示pH＝7时，反应物剩余量最少，该pH下的酶活性相对较高；反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
4．底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响曲线分析
(1)甲图：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率先随底物浓度增加而加快，当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。
(2)乙图：在底物足量、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
(3)丙图：其他条件适宜的情况下，酶量增加，酶促反应的底物饱和时对应的曲线上的a点应向右上移(对应b点位置)。
5．探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
试管编号 1 2
注入可溶性淀粉溶液 2 mL －
注入蔗糖溶液 － 2 mL
注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
60 ℃水浴保温5 min
新配制的斐林试剂 2 mL 2 mL
沸水浴煮沸1 min
实验现象 有砖红色沉淀 没有砖红色沉淀
(1)实验结果和结论：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。
(2)上述实验中不能用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂，因为碘液只能检测淀粉是否被水解，而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色。
(3)该实验的自变量是底物的种类；因变量是底物是否被淀粉酶水解。本实验设计思路是探究同一种酶是否能催化不同底物水解。
[典例剖析]
(2023·泰安高三检测)用某种酶进行有关实验的结果如图所示，下列有关说法错误的是( )
A．该酶的最适催化温度不确定
B．图2和图4能说明该酶一定不是胃蛋白酶
C．由图4实验结果可知酶具有高效性
D．由图3实验结果可知Cl－是该酶的激活剂
C [图1显示温度对酶活性的影响，图中结果只能显示30 ℃比较适宜，但温度梯度太大，不能确定该酶的最适催化温度，A正确；图2显示该酶的最适pH为7，而胃蛋白酶的最适pH为1.5，由图4可知该酶为麦芽糖酶，B正确；图3能说明Cl－是该酶的激活剂，Cu2＋是该酶的抑制剂，D正确；图4可说明酶具有专一性，C错误。]
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：图1
信息2：图2、图4
信息3：图3
信息转化 1.三种温度比较，30 ℃时酶活性最高，但温度梯度较大
2.pH＝7时，该酶活性最高；该酶能催化麦芽糖分解，最可能是麦芽糖酶
3.加Cl－时，酶活性最高
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：建构模型能力
【角度转换】 提升语言表达能力
题图1中，酶促反应在不同温度条件下最终生成物的量相同，原因是底物的量是相同的，最终分解得到的产物的量也是一样的。
考向一 酶的本质、作用与特性的综合分析
1．(2022·长沙高三模拟)下图以蔗糖酶为例，示意酶分子的作用过程，下列有关说法正确的是( )
A．蔗糖酶在此化学反应的过程中分子结构不发生改变
B．②过程体现了酶具有特异性
C．蔗糖酶应在其最适温度下保存
D．蔗糖酶为该反应提供了能量
B [由图可知，蔗糖酶在反应过程中空间结构发生了改变，A错误；②过程为酶与底物分子结合的过程，结合位点与底物分子结构适配，体现了酶具有特异性，B正确；蔗糖酶等酶应在低温环境下保存，C错误；蔗糖酶降低了该反应所需要的活化能，不能提供能量，D错误。]
2．(2022·东莞高三检测)嫩肉粉是生活中常见的一种烹饪原料，其主要成分是木瓜蛋白酶，可以对肉中的弹性蛋白和胶原蛋白进行部分水解，破坏它们的分子结构，使肉类制品口感达到嫩而不韧、味美鲜香的效果。下列关于嫩肉粉的叙述，正确的是( )
A．嫩肉粉应为高温烘干制成的一种粉剂
B．嫩肉粉中的木瓜蛋白酶应置于低温下保存
C．木瓜蛋白酶能够为蛋白质的水解提供部分能量
D．木瓜蛋白酶在完成催化过程后，立即被分解
B [嫩肉粉是生活中常见的一种烹饪原料，其主要成分是木瓜蛋白酶，据此可推测嫩肉粉不可能在高温条件下烘干制成，否则会导致空间结构被破坏，无法发挥催化作用，A错误；酶应在低温下保存，B正确；酶促反应的原理是降低化学反应的活化能，不能为反应提供能量，C错误；酶在发挥作用前后理化性质不变，因此不会被分解，D错误。]
【知识延伸】 酶在生活中的实例
(1)人发烧时不想吃东西，原因是体温升高导致消化酶活性降低，食物在消化道中消化缓慢。
(2)唾液淀粉酶随食物进入胃内就会失活，原因是唾液淀粉酶的最适pH为6.8左右，而胃液的pH为0.9～1.5。
(3)胰岛素等蛋白质类或多肽类激素只能注射，不能口服，原因是口服会导致该类激素被蛋白酶和肽酶分解成氨基酸而失效。固醇类激素(如性激素)和氨基酸衍生物类激素(如甲状腺激素)不会被消化酶分解，既可以注射，也可以口服。
考向二 酶的相关曲线分析
3．(2023·常德高三检测)下图为某种酶在最适pH和不同温度条件下，反应底物浓度随反应时间变化的曲线图。下列分析正确的是( )
A．该酶的最适温度为45 ℃，该温度下反应至t2时间后，酶活性下降为0
B．经65 ℃长时间处理的酶液，自然冷却后加入底物，反应底物浓度很快降低
C．降低或升高反应体系的pH，图中的t2和t3点的位置将右移
D．O～t1时间段，25 ℃条件下比45 ℃条件下的平均反应速率快
C [条件不变，酶在化学反应前后不变，因此酶促反应结束后酶活性不变，并且45 ℃并不一定是该酶的最适温度，A错误；经65 ℃长时间处理的酶液，已经变性失活，即使自然冷却，酶的活性还是不能恢复，B错误；由题干信息可知，该酶在最适pH下进行，如果降低或升高反应体系的pH，酶的活性都会降低，从而使反应时间延长，即图中的t2和t3点的位置将右移，C正确；O～t1时间段，45 ℃条件下比25 ℃条件下的反应底物浓度下降更快，因此其平均反应速率更快，D错误。]
4．(2022·南京高三检测)下图为科学家研究两种植酸酶的活性随温度变化的情况。下列叙述错误的是( )
A．本实验的自变量有两种，分别是温度和酶的种类
B．pH、反应时间等无关变量也会影响实验结果
C．在20 ℃至60 ℃范围内，酶活性较高的是A酶
D．探究A酶的最适温度时，应围绕50 ℃设置三个温度进行实验
D [据图可知，本实验的自变量是温度和酶的种类，因变量是酶的活性，A正确；pH、反应时间等无关变量也会影响实验结果，因此在实验中要求相同且适宜，B正确；据图可知，在20 ℃至60 ℃范围内，酶A的活性大于酶B的活性，C正确；据图可知，酶A的最适宜温度均约为50 ℃，探究A酶的最适温度时，应围绕50 ℃设置多个温度进行实验，D错误。]
【题后归纳】 “四看法”分析酶促反应曲线
考点二 探究影响酶活性的条件
1．实验原理
(1)探究温度对酶活性的影响
①反应原理
②鉴定原理：温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。
(2)探究pH对酶活性的影响
①反应原理(用反应式表示)：
2H2O22H2O＋O2。
②鉴定原理：pH影响酶的活性，从而影响O2的生成速率，可用带火星的卫生香燃烧的情况来检验O2的生成速率。
2．实验步骤和结果
(1)探究温度对酶活性的影响
取6支试管，分别编号为1与1′、2与2′、3与3′，并分别进行以下操作。
试管编号 1 1′ 2 2′ 3 3′
实 验 步 骤 一 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液
二 在冰水中水浴5 min 在60 ℃温水中水浴5 min 在沸水中水浴5 min
三 1与1′试管内液体混合，摇匀 2与2′试管内液体混合，摇匀 3与3′试管内液体混合，摇匀
四 在冰水中水浴数分钟 在60 ℃温水中水浴数分钟 在沸水中水浴数分钟
五 取出试管，分别滴加2滴碘液，摇匀，观察现象
实验现象 呈蓝色 无蓝色出现 呈蓝色
结论 酶发挥催化作用需要适宜的温度条件，温度过高或过低都会影响酶活性
(2)探究pH对酶活性的影响
序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
1 注入等量的过氧化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴
2 注入等量的不同pH的溶液 1 mL蒸馏水 1 mL 5%的HCl 1 mL 5%的NaOH
3 注入等量的体积分数为3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL
4 观察实验现象 有大量气泡产生 无明显气泡产生 无明显气泡产生
5 将带火星的卫生香插入试管内(液面的上方) 燃烧剧烈 燃烧较弱 燃烧较弱
1．实验材料选择时的注意事项
(1)在探究温度对酶活性的影响实验中，不能选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶作为实验材料，因为过氧化氢(H2O2)在常温下就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。
(2)在探究pH对酶活性的影响实验中，不宜选用淀粉和淀粉酶作为实验材料，因为在酸性条件下淀粉分解也会加快，从而影响实验结果。
2．实验步骤和结果检测的注意事项
(1)在探究温度对酶活性的影响实验中，底物和酶溶液应先分别在预设的温度中保温一段时间后再混合，保证反应从一开始就是预设的温度。
(2)在探究pH对酶活性的影响实验中，宜先保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的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，让反应物与酶接触。
(3)若选择淀粉和淀粉酶来探究温度对酶活性的影响，检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不能选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需要水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
考向一 影响酶活性的条件的基础实验分析
5．(2023·铁岭高三检测)已知酸或碱能水解多糖和蛋白质，碘液在碱性条件下会发生歧化反应，请判断下列利用相关材料，试剂开展的实验，实验目标能够达成的是( )
A．利用淀粉、淀粉酶、斐林试剂探究pH对酶活性的影响
B．利用蔗糖、麦芽糖、蔗糖酶和斐林试剂探究酶的专一性
C．利用淀粉、淀粉酶、碘液探究温度对酶活性的影响
D．利用蛋清液、蛋白酶、双缩脲试剂探究pH对酶活性的影响
C [根据题意可知，酸或碱能水解多糖，所以在一定的酸碱度下，没有淀粉酶，淀粉也会水解，从而影响试验结果，A错误；蔗糖酶可以催化蔗糖水解产生葡萄糖和果糖，而葡萄糖、果糖和麦芽糖都是还原糖，与斐林试剂在加热的条件下反应呈现砖红色沉淀，因此不能判断麦芽糖是否发生水解，故不能利用蔗糖、麦芽糖、蔗糖酶和斐林试剂探究酶的专一性，B错误；淀粉酶可以催化淀粉的水解，而淀粉遇碘液变蓝，所以可以用其检测淀粉是否被淀粉酶催化水解，因此可以利用淀粉、淀粉酶、碘液探究温度对酶活性的影响，C正确；根据题意可知，酸或碱能水解蛋白质，所以在一定的酸碱度下，没有蛋白酶，蛋白质也会水解，从而影响试验结果，而且，即使蛋清液中蛋白质被分解，但蛋白酶也是蛋白质，和双缩脲试剂反应，产生紫色现象，D错误。]
6．(2022·长沙高三检测)如图是某课外活动小组探究pH对唾液淀粉酶活性影响时绘制的实验结果图(实验中用盐酸创设酸性条件，盐酸能催化淀粉水解)。下列有关叙述正确的是( )
A．将淀粉与淀粉酶溶液混合后再调节各组混合液的pH
B．pH为3和9的两支试管中的淀粉酶的活性相同
C．pH为13的试管调到pH为7后继续反应，淀粉含量将明显下降
D．根据上述实验结果无法推测出淀粉酶的最适pH为7
D [实验中需要将淀粉与淀粉酶溶液分别调节pH，然后再将pH相等的淀粉和淀粉酶混合后再进行相应因变量的检测，这样获得的数据更有说服力，A错误；分析柱形图可知，pH为3的条件下和pH为9的条件下淀粉剩余量基本相等，而由于淀粉在酸性条件下易分解，因此pH为3的条件下的酶活性小于pH为9的条件，B错误；pH为13的试管调到pH为7后继续反应，由于酶已经失活，则淀粉含量将不会明显下降，C错误；分析柱形图可知，淀粉酶的最适pH在7左右，并不是最适pH为7，D正确。]
考向二 实验的拓展和应用
7．(2022·深圳高三检测)乳糖酶催化乳糖水解。有两项与此相关的实验，其他实验条件均设置为最适条件，实验结果如下表，以下分析正确的是( )
实验一(乳糖浓度为10%) 酶浓度/% 0 1 2 4 5
相对反应速率 0 25 50 100 200
实验二(酶浓度为2%) 乳糖浓度/% 0 5 10 20 30
相对反应速率 0 25 50 65 65
A．实验一增加乳糖浓度，相对反应速率将降低
B．实验二若继续增大乳糖浓度，相对反应速率不再加大
C．实验一如果继续增加酶浓度，相对反应速率不再加大
D．实验二若温度升高10 ℃，相对反应速率将增大
B [实验一中，在某一酶浓度时，增加乳糖浓度，相对反应速率可能增大，可能不变，A错误；实验二中乳糖浓度为20%与30%时相对反应速率相等，所以实验二若继续增大乳糖浓度，相对反应速率将不再加大，B正确；实验一中，酶浓度为0～5%时，相对反应速率均在不断增大，所以如果继续增加酶浓度，相对反应速率可能会继续加大，C错误；实验条件均设置为最适条件，所以实验二若温度提高10 ℃，酶的活性将会下降，相对反应速率将减小，D错误。]
8．(2023·唐山高三检测)南美白对虾的体内含有大量的酚氧化酶(PO)，在活虾中该酶以酶原的形式存在，没有活性。虾死后，酚氧化酶酶原被激活，催化体内的酚类底物转化为黑色素类物质，造成虾死后迅速变黑，影响虾的品质和价格。曲酸是微生物产生的一种弱酸性代谢物，可抑制酚氧化酶活性，如图为不同浓度曲酸对PO活性的影响。回答下列问题：
(1)无活性的酶原变为有活性酶的过程称为酶原激活，本质是切断酶原分子中的特定肽键或去除部分肽段，导致酶原的__________发生改变，导致功能的改变。每种酶都有其活性中心，酶原激活的过程可能是________________________的过程。酚氧化酶催化酚类物质转化为黑色素类物质的作用机理是_________________________________________________________________。
(2)实验结果反映出曲酸对PO活性的影响是_______________________________________。在生产中为防止虾死后黑化，最适宜采用浓度为____________的曲酸进行处理。
(3)竞争性抑制剂与底物结构相似，可与底物竞争结合酶的活性中心；非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆结合，使酶的活性中心功能丧失。为确定曲酸在此酶促反应中属于哪种类型，根据两种抑制剂的差异写出实验思路以及预期实验结果。
实验思路：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
预期实验结果：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)家庭保存活虾常采用直接加水冷冻保存法，并且冷冻的速度越快越好，这样做的目的是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)空间结构 酶的活性中心形成或暴露 降低化学反应的活化能 (2)在0～1.1 mmol/L的范围内，随着曲酸浓度的增大，PO剩余酶活性不断降低，曲酸浓度大于1.1 mmol/L后，PO剩余酶的活性保持稳定 1.1 mmol/L (3)先用浓度为1.1 mmol/L(适宜浓度)的曲酸处理酚氧化酶，一段时间后除去曲酸，观察酚氧化酶是否仍然能催化酚类物质的转化 如果出现黑色素类物质，说明酚氧化酶仍有活性，属于竞争性抑制剂，如果不出现黑色素类物质，说明酚氧化酶没有活性，属于非竞争性抑制剂 (4)迅速冷冻可快速降低PO的活性，防止虾死后黑化
解析 (1)酶原激活，本质是切断酶原分子中的特定肽键或去除部分肽段，导致酶原的空间结构发生改变，进而导致功能的改变。每种酶都有其活性中心，酶原激活的过程可能是酶的活性中心形成或暴露的过程。酚氧化酶催化酚类物质转化为黑色素类物质的作用机理是降低化学反应的活化能。
(2)实验结果反映出曲酸对PO活性的影响是在0～1.1 mmol/L的范围内，随着曲酸浓度的增大，PO剩余酶活性不断降低，曲酸浓度大于1.1 mmol/L后，PO剩余酶的活性保持稳定。在生产中为防止虾死后黑化，最适宜采用浓度为1.1 mmol/L的曲酸进行处理。
(3)实验思路：先用浓度为1.1 mmol/L(适宜浓度)的曲酸处理酚氧化酶，一段时间后除去曲酸，观察酚氧化酶是否仍然能催化酚类物质的转化；预期实验结果：如果出现黑色素类物质，说明酚氧化酶仍有活性，属于竞争性抑制剂，如果不出现黑色素类物质，说明酚氧化酶没有活性，属于非竞争性抑制剂。
(4)家庭保存活虾常采用直接加水冷冻保存法，并且冷冻的速度越快越好，这样做的目的是快速降低PO的活性，防止虾死后黑化。
高分突破培优(一) 酶的相关探究实验
一、鉴定酶的本质
某科研小组经研究得知X酶存在于人的肝细胞中，能将糖原分解为还原糖。酶必须保持正常的结构才能发挥催化作用，请利用这一原理设计实验，探究X酶的化学本质究竟是蛋白质还是RNA。简要写出实验思路，并预期实验结果及结论(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两组)。
【审题关键】
(1)据题干可知，X酶的功能是将糖原分解为还原糖。
(2)联想到蛋白酶可以改变蛋白质的空间结构从而使其失去功能。
(3)RNA酶可以催化RNA发生水解从而使其失去功能。
(4)若X酶的化学本质是蛋白质，被蛋白酶处理后，则不能将糖原分解为还原糖。
(5)若X酶的化学本质是RNA，被RNA酶处理后，则不能将糖原分解为还原糖。
(6)题干中要求设计甲、乙两组实验，二者之间要能相互印证，因此联想相互对照。
答案 (1)实验思路：甲组：将X酶用蛋白酶处理，再与适量糖原溶液混合，在适宜条件下保持一段时间后，检测是否有还原糖的产生。乙组：将X酶用RNA酶处理，再与相同且等量糖原溶液混合，在适宜条件下保持相同一段时间后，检测是否有还原糖的产生。
(2)预期结果及结论：①若甲组有还原糖生成，乙组没有还原糖生成，则说明X酶的化学本质是RNA；②若甲组没有还原糖生成，乙组有还原糖生成，则说明X酶的化学本质是蛋白质。
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。设计鉴定方案如下：
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。设计鉴定方案如右图：
1．(2022·黄冈高三模拟)酶的化学成分大多数是蛋白质，少数是RNA，也有极少数是由蛋白质和RNA共同构成的。存在于染色体端粒上的端粒酶在癌细胞中很活跃，从而赋予癌细胞复制的永生性，所以研究端粒酶的性质和成分显得很重要。请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的癌细胞等为材料，设计实验以确定端粒酶的化学成分。
(1)实验准备：配制含35S标记的____________和含32P标记的____________的动物细胞培养液用于培养癌细胞。
(2)实验思路：
甲组：______________________，培养一段时间后，在癌细胞的染色体端粒上获取端粒酶，并检测其放射性。
乙组：____________________，培养相同的一段时间后，在癌细胞的染色体端粒上获取端粒酶，并检测其放射性。
(3)实验结果及结论：
①若________________________，则端粒酶由蛋白质组成。
②若______________________，则端粒酶由RNA组成。
③若________________，则端粒酶由蛋白质和RNA组成。
答案 (1)氨基酸 核糖核苷酸 (2)将癌细胞培养在含有35S的培养液中 将癌细胞培养在含有32P的培养液中 (3)①甲组有放射性，乙组无放射性 ②甲组无放射性，乙组有放射性 ③甲组和乙组都有放射性
解析 (1)分析题意可知，该实验的目的是确定端粒酶的本质是RNA或蛋白质还是两者的结合物。由于蛋白质中含有S几乎不含P，而RNA中含有P不含S，可以利用35S标记蛋白质，32P标记RNA进行对照实验，即配制含35S标记的氨基酸和含32P标记的核糖核苷酸的动物细胞培养液用于培养癌细胞。
(2)结合题意和分析可知，本实验中甲组与乙组都为实验组，两组互为对照，因此，甲组的处理为：将癌细胞培养在含有35S的培养液中，培养一段时间后，在癌细胞的染色体端粒上获取端粒酶，并检测其放射性；乙组的处理为：将癌细胞培养在含有32P的培养液中，培养相同的一段时间后，在癌细胞的染色体端粒上获取端粒酶，并检测其放射性。(甲、乙两组的处理可以互换。)
(3)由上述分析可知，①若甲组有放射性，乙组无放射性，说明端粒酶由蛋白质组成。②若甲组无放射性，乙组有放射性，说明端粒酶由RNA组成。(若甲、乙两组处理互换，①②的结果亦互换。)③若甲组和乙组都有放射性，说明端粒酶由蛋白质和RNA组成。
二、验证酶的高效性与专一性
(2022·南平高三检测)耐高温淀粉酶在食品加工领域有很广泛的应用。为探究某耐高温淀粉酶的性质，某研究小组做了如下表所示的实验，测得的酶活性如图1所示：
组别处理 1 2 3 4 5 6 7 8
可溶性淀粉溶液(3%) 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL 10 mL
耐高温淀粉酶溶液(2%) 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL
温度 30 ℃ 40 ℃ 50 ℃ 60 ℃ 70 ℃ 80 ℃ 90 ℃ 100 ℃
各组在相应温度下保温5 min
测定酶的活性
回答下列问题：
(1)酶活性属于该实验中的________变量，其可以通过检测__________来体现。
(2)根据表格和图1的实验数据，________(填“能”或“不能”)确定该酶的最适温度为80 ℃，原因是__________________。3号试管和8号试管中酶活性都较低，但两者的原理不同，其差异是______________________。
(3)图2所示为6号试管中产物浓度随时间的变化曲线，请在图2中画出4号试管中产物浓度随时间的变化曲线(画出大致趋势即可)。
(4)某兴趣小组欲验证该耐高温淀粉酶具有专一性，请你用以上实验材料及蔗糖溶液、斐林试剂、碘液等设计一个实验方案(写出实验思路、预期结果和结论)。
实验思路：______________________________________________________________
________________________________________________________________________；
预期结果和结论：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【审题关键】
(1)生物实验遵循的一般原则是对照原则、等量原则、单一变量原则和控制无关变量原则等。由题表分析可知，不同温度属于实验的自变量，酶活性属于实验的因变量。其可以通过检测单位时间内淀粉的剩余量(或产物的生成量)来体现。
(2)根据表格和图1数据，不能确定该酶的最适温度为80 ℃，因为设置的温度梯度较大；3号试管中酶的活性受到低温抑制，但其结构未被破坏，8号试管中高温破坏了酶的空间结构，故3号试管和8号试管中酶活性均较低的原因不同。
(3)6号试管中酶活性较高，反应达到平衡所需时间较短，4号试管中酶活性较低，反应达到平衡所需时间较长，但是两支试管最终的反应平衡点相同，故4号试管中产物浓度随时间的变化曲线整体应在6号试管曲线的下方，并最终和6号试管曲线在同一水平线上。
(4)酶具有专一性，淀粉酶催化淀粉水解为麦芽糖，不能催化蔗糖水解，可利用该原理设计实验，说明耐高温淀粉酶的专一性。
答案 (1) 因 单位时间内淀粉的剩余量(或产物的生成量)
(2)不能 温度梯度较大 3号试管中酶的活性受到相对低温抑制，但其空间结构未发生不可逆变化，其活性可恢复；8号试管中酶的空间结构发生不可逆变化，其活性不能恢复
(3)
(4)取等量的可溶性淀粉溶液和蔗糖溶液分别与等量的该耐高温淀粉酶在相同且适宜的温度和pH等条件下反应，一段时间后用斐林试剂检测并观察溶液中有无砖红色沉淀出现 可溶性淀粉溶液中有砖红色沉淀出现，蔗糖溶液中没有砖红色沉淀出现，证明该耐高温淀粉酶具有专一性
“对照实验法”验证酶的高效性和专一性
(1)验证酶的高效性
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 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
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 酶具有专一性
2．(2022·连云港高三检测)研究小组利用下列实验材料、试剂和实验装置，进行“验证酶具有专一性”的实验。
可供选择的材料与试剂：猪小肠蔗糖酶(最适温度为50 ℃)、唾液淀粉酶(最适温度为37 ℃)、质量分数为5%的麦芽糖溶液、质量分数为5%的蔗糖溶液、质量分数为5%的淀粉溶液等。
实验装置：
注：二糖、单糖都不能透过所用半透膜，水可以透过。
请回答下列问题：
(1)实验步骤：
①U形管A侧加入20 mL质量分数为5%的麦芽糖溶液，B侧加入20 mL质量分数为5%的____________溶液，一段时间后观察到A、B两侧液面齐平。
②A、B侧均加入等量且适量的______________酶，水浴锅温度设为______℃，一段时间后观察A、B两侧液面变化。
(2)预期实验结果：A侧液面________(填“上升”“下降”或“不变”)，B侧液面______(填“上升”“下降”或“不变”)。
(3)实验步骤②中，一段时间后若分别取U形管A、B侧溶液，加入斐林试剂水浴加热，则A侧溶液________砖红色沉淀(填“出现”或“不出现”)，B侧溶液________砖红色沉淀(填“出现”或“不出现”)；该结果________(填“能”或“不能”)验证酶具有专一性。
答案 (1)①蔗糖 ②猪小肠蔗糖 50
(2)下降 上升
(3)出现 出现 不能
解析 (1)①麦芽糖和蔗糖都是二糖，U形管A侧加入20 mL质量分数为5%的麦芽糖溶液，B侧应加入等量的质量分数为5%的蔗糖溶液，才能保证两侧的浓度差相等，使得一段时间后观察到A、B两侧液面齐平。②根据实验材料与试剂可以推测出：A、B两侧均加入等量且适量的猪小肠蔗糖酶，猪小肠蔗糖酶的最适温度为50 ℃，因此水浴锅温度设为50 ℃。
(2)由于酶具有专一性，蔗糖在蔗糖酶的作用下分解成葡萄糖和果糖，而蔗糖酶不能催化麦芽糖水解，导致B侧溶液物质的量浓度浓度增大，渗透压升高，而A侧溶液浓度不变，因此一段时间后B侧液面会上升，A侧液面会下降。(3)实验步骤②中，一段时间后分别取U形管A、B侧溶液，加入斐林试剂水浴加热，因为麦芽糖和葡萄糖都是还原糖，所以两侧溶液都呈砖红色；该结果不能验证酶具有专一性。
三、探究酶的最适温度或最适pH
为了探究淀粉酶的最适温度，某同学进行了如图所示的实验操作。实验步骤如下：
步骤①：取10支试管，均分为五组。每组的两支试管中分别加入1 mL淀粉酶溶液和2 mL质量分数为5%的淀粉溶液。
步骤②：将每组淀粉酶溶液和淀粉溶液混合并摇匀。
步骤③：将装有混合溶液的五支试管(编号1、2、3、4、5)分别置于15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃水浴中。反应过程中每隔1分钟从各支试管中取出一滴反应液，滴在比色板上，加1滴碘液显色。
回答下列问题：
(1)实验原理：淀粉在淀粉酶的催化作用下分解成还原糖；淀粉酶的活性受温度影响；用碘液可检测淀粉，因为淀粉遇碘液变蓝，根据蓝色深浅来推断淀粉酶的活性。
(2)该实验的设计存在一个明显的错误，即步骤②前应
________________________________________________________________________。
(3)在本实验中，各组溶液的pH要保证______________，该实验能否选用斐林试剂检测实验结果？__________，理由是______________________________________________________。
(4)纠正实验步骤后，进行操作。一段时间后，当第3组试管中的反应物与碘液混合开始呈棕黄色时，各组实验现象如下表所示(“＋”表示蓝色程度)。
组别 1 2 3 4 5
处理温度(℃) 15 25 35 45 55
结果 ＋＋ ＋ 棕黄色 ＋ ＋＋
分析上述实验结果，可以得出该淀粉酶的最适温度在____________________之间。某同学在进行本实验的过程中发现反应时间过长，为缩短反应时间，请你提出合理的改进措施：________________________________________________________________________。
【审题关键】
(1)本实验的目的是探究淀粉酶的最适温度。
(2)该实验中在酶溶液和反应物混合之前，需要先把两者分别放在各自所需温度下保温一段时间。
(3)本实验的自变量为温度，因变量为酶的活性变化，本实验通过淀粉遇碘液变蓝的深浅来推断其变化，而各溶液pH属于无关变量，要保证相同且适宜。
(4)低温抑制了酶的活性，但结构未被破坏，温度升高时仍有催化功能，所以该实验不能选用斐林试剂检测实验结果。
(5)根据表中数据可知，第3组试管开始呈棕黄色，说明此试管中已经没有淀粉了，因此淀粉酶的最适温度介于25 ℃和45 ℃之间。为了加快反应，在不改变自变量的情况下，可适当增加酶量或适当降低底物的浓度。
答案 (2)先将五组试管分别置于15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃的水浴中保温一段时间
(3)相同且适宜 不能 利用斐林试剂检测时需要水浴加热，会改变各试管的温度，影响实验结果
(4)25～45 ℃ 增加淀粉酶的量(或降低底物的浓度)
“梯度法”探究酶的最适温度或pH
(1)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
3．(2022·保定高三检测)蜂蜜中富含维生素、氨基酸、蛋白质、果糖与葡萄糖等营养物质。蜂蜜中淀粉酶的活性是衡量蜂蜜品质的重要指标，淀粉酶活性越高，代表蜂蜜品质越优良。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，经过不同温度加工处理后，在相同条件下检测蜂蜜中的淀粉酶活性(淀粉酶活性可以用淀粉酶值表示，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)，结果如表所示。据此回答下列问题：
加工温度 淀粉酶值 加工时间 40 ℃ 50 ℃ 60 ℃ 70 ℃
1 h 10.9 10.9 8.3 8.3
2 h 10.9 10.9 8.3 6.5
3 h 8.3 6.5 5.0 5.0
(1)本实验的自变量为____________________，因变量可用__________表示。
(2)实验中，为了保证各个实验组在预设温度下进行实验，需要将淀粉酶和淀粉放在____________的条件下进行__________处理后再混合。
(3)若在实验过程中，部分淀粉会自行发生水解，则为了减少实验误差，应采取的措施是________________________________________________________________________。
(4)为获得优质蜂蜜，请根据上述实验结果，给出一条关于蜂蜜加工的建议：________________________________________________________________________。
答案 (1)加工时间、加工温度 淀粉酶值
(2)相同温度 保温
(3)设置一组对照实验，用等量蒸馏水代替蜂蜜溶液，其他实验条件不变，然后计算淀粉自行水解的量
(4)在40～50 ℃的温度条件下，加工1～2 h
解析 (1)由题中表格可知，本实验的自变量为在不同温度条件下利用淀粉酶进行加工的时间，即实验的自变量是加工时间和加工温度，因变量可用淀粉酶值表示，即代表酶活性的强弱。
(2)实验中，为了保证各个实验组在预设温度下进行实验，需要将淀粉酶和淀粉放在相同温度的条件下进行保温处理后再混合，这样可以避免在淀粉酶和淀粉混合过程中温度的变化。
(3)若在实验过程中，部分淀粉会自行发生水解，则为了减少实验误差，需要设置一组对照实验，用等量蒸馏水代替蜂蜜溶液，其他实验条件不变，然后计算淀粉自行水解的量，通过与实验组的对照确定淀粉酶活性值。
(4)表中信息显示，在40～50 ℃的温度条件、加工1～2 h的情况下，蜂蜜中淀粉酶活性最高，因此，为获得优质蜂蜜，需要在40～50 ℃的温度条件下，加工1～2 h获得优质蜂蜜。
(七)锁钥学说和诱导契合学说
1．锁钥学说
(1)概念：酶和底物结合时，底物的结构和酶的活性中心的结构十分吻合，就好像一把钥匙配一把锁一样。酶的这种互补形状，使酶只能与对应的化合物契合，从而排斥了那些形状、大小不适合的化合物，这就是“锁钥学说”。
(2)局限性：酶对于它所作用的底物有着严格的选择，只能催化一定结构或者一些结构近似的化合物，使这些化合物发生生物化学反应。
2．诱导契合学说
(1)模型
(2)概念：当底物与酶相遇时，可诱导酶活性中心的构象发生相应的变化，有关的各个基团达到正确的排列和定向，从而使酶和底物契合而结合成中间络合物，并引起底物发生反应。反应结束当产物从酶上脱落下来后，酶的活性中心又恢复了原来的构象。
[对点训练]
1．(2022·秦皇岛高三检测)酶的“诱导契合学说”认为，酶活性中心的结构原来并不和底物的结构完全吻合，当底物与酶相遇时，可诱导酶活性中心的构象发生变化，有关的各个基团达到正确的排列和定向，使底物和酶契合形成络合物。产物从酶上脱落后，酶活性中心又恢复到原构象。下图为“诱导契合学说”示意图，下列叙述正确的是( )
A．酶与底物形成络合物时，为底物转化成产物提供了活化能
B．酶活性中心的构象发生变化的过程伴随着肽键的断裂
C．这一模型可以解释蔗糖酶催化蔗糖水解成2分子单糖的过程
D．酶活性中心的构象发生变化导致其空间结构改变，造成酶疲劳性损失而不可恢复
C [酶催化化学反应的机理是降低化学反应所需要的活化能，故酶与底物形成络合物时，降低了底物转化成产物所需要的活化能，A错误；据图可知，酶活性中心构象发生变化后在一定条件下还可复原，说明该过程肽键并未断裂，否则变形过后无法恢复，B错误；蔗糖酶可以催化蔗糖水解成2分子单糖，此过程可用题图所示模型解释，C正确；酶活性中心的构象发生变化是为与底物契合形成络合物，只是酶空间结构的可逆性改变，完成催化作用后，酶活性中心还可恢复到原构象，D错误。]
2．(多选)(2022·常德高三模拟)1894年，科学家提出了“锁钥”学说，认为酶具有与底物相结合的互补结构。1958年，又有科学家提出“诱导契合”学说，认为在与底物结合之前，酶的空间结构不完全与底物互补，在底物的作用下，可诱导酶出现与底物相结合的互补空间结构，继而完成酶促反应。为验证上述两种学说，科研人员利用枯草杆菌蛋白酶(S酶)进行研究。该酶可催化两种结构不同的底物CTH和CU，且与两者结合的催化中心位置相同。进行的四组实验的结果如下图所示，图中SCTH表示催化CTH反应后的S酶，SCU表示催化CU反应后的S酶。下列说法错误的有( )
A．S酶既可催化CTH反应，又可催化CU反应，说明S酶没有专一性
B．S酶的活性可以用反应产物的相对含量来表示
C．该实验结果更加支持“诱导契合”学说
D．为进一步探究SCTH不能催化CU水解的原因是SCTH失去活性，还是出现空间结构的固化，可以用SCTH催化CTH反应
AB [由图可知S酶既可以催化CTH反应又可以催化CU反应，说明S酶的空间结构可以在不同底物的诱导下发生相应改变，并不能说明S酶没有专一性，A错误；酶活性可以用单位时间单位体积反应物的消耗量或产物的生成量来表示，根据曲线④的变化趋势可推知，S酶的活性不能用某些反应产物的相对含量表示，B错误；由实验可知，S酶可催化两种结构不同的底物CTH和CU，所以S酶的空间结构可以在不同底物的诱导下发生相应改变，适应与不同底物的结合，该实验结果更加支持“诱导契合”学说，C正确；SCTH不能催化CTH水解，原因可能是SCTH失去活性，或者出现空间结构固化。用SCTH催化CTH反应检测反应产物的生成量，如果SCTH能催化CTH水解，那么酶没有失活，即出现空间结构的固化；如果SCTH不能催化CTH水解，则SCTH失活，所以可以用SCTH催化CTH反应来探究SCTH不能催化CU水解的原因，D正确。]
1．(2022·湖南卷，3)洗涤剂中的碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活。此外，加热也能使碱性蛋白酶失活，如下图所示。下列叙述错误的是( )
A．碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活
B．加热导致碱性蛋白酶构象改变是不可逆的
C．添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果
D．添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染
B [由题目中“部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活”可知，碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活，A正确；由图可知，加热导致碱性蛋白酶由天然状态变为部分解折叠，部分解折叠的碱性蛋白降温后可恢复到天然状态，因此加热导致碱性蛋白酶构象改变是可逆的，B错误；碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，而且加热也能使碱性蛋白酶失活，会降低加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果，添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果，C正确；加酶洗衣粉可以降低表面活性剂的数量，减少洗涤剂使用量，使洗涤剂朝低磷、无磷的方向发展，减少对环境的污染，D正确。]
2．(2022·浙江6月选考，10)下列关于研究淀粉酶的催化作用及特性实验的叙述，正确的是( )
A．低温主要通过改变淀粉酶的氨基酸组成，导致酶变性失活
B．稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力，是因为酶的作用具高效性
C．淀粉酶在一定pH范围内起作用，酶活性随pH升高而不断升高
D．若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶，会加快淀粉的水解速率
B [低温可以抑制酶的活性，不会改变淀粉酶的氨基酸组成，也不会导致酶变性失活，A错误；酶具有高效性，故稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力，B正确；酶活性的发挥需要适宜的条件，在一定pH范围内，随着pH升高，酶活性升高，超过最适pH后，随pH增加，酶活性降低甚至失活，C错误；淀粉酶的本质是蛋白质，若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶，会将淀粉酶水解，则淀粉的水解速率会变慢，D错误。]
3．(2022·广东卷，13)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。下列分析错误的是( )
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
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70 ℃，最适pH9
D．尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物
C [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 ℃，但由于分组较少，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。]
4．(2021·海南卷，11)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。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
D [据图可知，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。]
5．(2021·湖北卷，2)很久以前，勤劳的中国人就发明了制饴(麦芽糖)技术，这种技术在民间沿用至今。麦芽糖制作的大致过程如图所示。
下列叙述正确的是( )
A．麦芽含有淀粉酶，不含麦芽糖
B．麦芽糖由葡萄糖和果糖结合而成
C．55～60 ℃保温可抑制该过程中细菌的生长
D．麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度低
C [麦芽糖属于植物细胞特有的二糖，在麦芽中存在麦芽糖，A错误；麦芽糖是由2分子葡萄糖脱水缩合而成的，B错误；细菌的生长需要适宜温度，据图可知，该过程中需要在55～60 ℃条件下保温6小时左右，目的是抑制细菌的生长，避免杂菌污染，C正确；一般而言，植物体内酶的最适温度高于动物，故麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度高，D错误。]
实验技能(一) 实验设计的基本原则
(2017·全国Ⅰ卷，29)根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒①两种类型。有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。
假设在宿主细胞内不发生碱基②之间的相互转换。请利用放射性同位素标记③的方法，以体外培养的宿主细胞④等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出：(1)实验思路，(2)预期实验结果及结论即可。(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组⑤)
【审题关键】
信息①：病毒营寄生生活，由蛋白质和核酸组成，核酸是DNA或RNA，只含有二者中的一种，DNA和RNA在化学组成上的区别如下：
核酸 五碳糖 含氮碱基
DNA 脱氧核糖 A、G、C、T
RNA 核糖 A、G、C、U
信息②：强调了碱基，二者碱基的区别：DNA特有T，RNA特有U。
信息③：放射性同位素标记法是指用放射性同位素替代某化合物中的特殊元素，来追踪该化合物的运行和变化规律。回忆相关内容：
研究内容 标记方法
分泌蛋白的合成、加工和运输过程 将3H标记的亮氨酸注射到豚鼠的胰腺腺泡细胞中
光合作用暗反应中碳元素的转移过程 用14C 标记光合作用的原料二氧化碳
T2噬菌体遗传物质的探究 分别用32P标记噬菌体的DNA，用35S标记噬菌体的蛋白质外壳
信息④：联想T2噬菌体遗传物质的探究实验和病毒的寄生特点，标记病毒需要先用含有放射性元素的培养基培养宿主细胞，再让病毒去侵染标记的细胞，子代病毒就会被标记。
信息⑤：甲、乙两组要形成对比，结合信息①、②、③、④可判断出，应分别用放射性同位素标记DNA成分中的T和RNA成分中的U。
【参考答案】
(1)实验思路：甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记的尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记的胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
(2)结果及结论：若甲组收集的病毒有放射性，乙组无放射性，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。
【错解例析】
错例：用含有放射性同位素标记的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培养基培养病毒。一段时间后收集病毒并检测其放射性。
错因分析：没有分成甲、乙两组，用同时含有放射性同位素标记的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培养基来培养，不能形成对照；病毒不能直接用培养基培养，这样设计不科学。
实验设计遵循的四大基本原则
(1)单一变量原则：即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜。如生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、实验器具相同(型号、洁净程度等)、实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。
(2)对照原则：应设置对照实验，使实验组与对照组的自变量不同(其他因素都相同)，以便消除无关变量对实验结果的干扰，增强实验结果的可信度。
(3)平行重复原则：在实验设计中为了避免实验结果的偶然性，必须对所做实验进行足够次数的重复，以获得多次实验结果的平均值，保证实验结果的准确性。
(4)科学性原则：在设计实验时必须有充分的科学依据，即实验目的要明确，实验原理要正确；实验研究的材料和实验方法的选择要恰当；整个实验设计的思路和实验方法的确定都不能偏离实验原理、有关的生物学知识及其他学科领域的基本知识。
1．(2023·扬州高三检测)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)含量的变化，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的变化，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。请分析并完善表格：
实验步骤的目的 简要操作过程 预期实验现象
①____________ 1号试管内加入缓冲液和淀粉溶液 40 ℃温育30 min后，分别加入斐林试剂并④________，观察试管内颜色变化。 在对试管加热过程中，⑤__________号试管为蓝色；⑥____号试管颜色变化为砖红色(沉淀)。
验证玉米发芽后产生了淀粉酶 2号试管内加入②________的提取液和淀粉溶液
3号试管内加入发芽玉米提取液和淀粉溶液
4号试管内加入 ③__________________
(4)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_____________。
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糖 ②发芽前玉米 ③淀粉酶溶液和淀粉溶液 ④60 ℃水浴加热
⑤1、2 ⑥3、4
(4)淀粉酶已失活
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，作为对照试验，可以排除用于实验的淀粉溶液中含有还原糖。
②③根据单一变量原则，1号试管加的是缓冲液作为对照，3号试管加了发芽玉米提取液，结合2号试管中已经加入的淀粉溶液，可知2号试管加的应该是发芽前玉米提取液，4号试管应加入淀粉酶溶液和淀粉溶液。
④检测还原糖时，需进行60 ℃左右水浴加热。
⑤⑥1、2号试管无酶催化，淀粉不水解，试管呈蓝色；3、4号试管由于淀粉被淀粉酶水解(3号试管中发芽玉米提取液含有淀粉酶)为还原糖，与斐林试剂产生砖红色沉淀。
(4)若试管4未出现砖红色沉淀，说明淀粉酶已失活，不能催化淀粉水解。
2．(2023·张掖高三检测)佛手瓜清脆多汁，味美可口，营养价值较高，深受人们喜爱。研究人员对佛手瓜所含过氧化氢酶(CAT)进行研究。首先取一定量的佛手瓜肉放入加有一定量磷酸缓冲液的研钵中，在低温条件下快速研磨至匀浆，离心后收集上清液即过氧化氢酶粗提取液；然后按照下表流程探究pH对过氧化氢酶活性的影响，温度设定为30 ℃。回答下列问题：
试管编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
设定pH 3 5 7 9 11 3 5 7 9 11
步骤 ① 磷酸缓冲液3 mL
② CAT粗提取液0.2 mL / / / / /
③ / / / / / 煮沸后冷却的CAT粗提取液A
④ 0.1 mol/L的过氧化氢溶液2 mL B
⑤ 30 ℃水浴加热15 min
⑥ 立即加入10%硫酸溶液100 μL
⑦ 测定剩余过氧化氢量
(1)6～10号试管的作用是__________；表中A、B两处分别为________、______________。
(2)步骤①加入磷酸缓冲液的目的是________________________________________；步骤⑥的作用是__________________________________________。
(3)研究人员通过实验比较不同金属离子对CAT活性的影响(Cl－、SO不影响CAT的活性)，结果如下：
金属离子 CuSO4 MgCl2 NaCl Na2SO4
浓度/(mmol/L) 3 6 9 3 6 9 3 6 9 3 6 9
相对活性/% 115 175 286 105 118 165 25 40 10 40 45 50
注：在最适条件下，酶的相对活性为100%。
分析可知，________离子可抑制CAT的活性；在相同浓度下，________离子比________离子对CAT活性的提高作用更明显。
答案 (1)作为对照 0.2 mL 0.1 mol/L的过氧化氢溶液2 mL
(2)维持溶液中pH的相对稳定 使过氧化氢酶变性失活
(3) Na Cu Mg
解析 (1)根据实验的单一变量原则，6～10号试管加入煮沸后冷却的CAT粗提取液(酶失活)0.2 mL，作为对照。0.1 mol/L的过氧化氢溶液2 mL作为反应底物，实验组和对照组也应该保持一致，故B为0.1 mol/L的过氧化氢溶液2 mL。
(2)步骤①加入磷酸缓冲液的目的是维持溶液中pH的相对稳定，步骤⑥立即加入10%硫酸溶液100 μL，让过氧化氢酶变性失活，以便精准检测酶活性。
(3)在最适条件下，酶的相对活性为100%，大于100%则促进CAT活性，小于100%则抑制其活性。据表中相对活性可知，Na离子可抑制CAT的活性，在相同浓度下，Cu离子比Mg离子对CAT活性的提高作用更明显。
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