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专题2 细胞的代谢
(一) 与酶相关的曲线分析和探究实验
一、选择题
1.(2023·浙江1月选考)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12 min,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12 min,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
解析:选B 分析题干信息可知,该实验的自变量是底物的有无,因此该同学研究的因素是底物。
2.(2023·北海期末)下列关于“探究pH对胰蛋白酶活性的影响”实验的说法,错误的是( )
A.将胰蛋白酶置于不同pH条件下处理一段时间后再与反应物混合
B.反应结束后向试管中加入双缩脲试剂可检测出酶的作用效果
C.两支试管中的pH不同,其反应速率可能相同
D.pH过低或过高对胰蛋白酶活性的影响机理相同
解析:选B 探究 pH 对酶活性的影响时应先使底物和酶达到预设的pH,再将相同 pH条件下的酶和底物混合,A正确;反应结束后,某些pH条件下的胰蛋白酶的空间结构被破坏,但肽键还保持完整,此时,向试管中加入双缩脲试剂可出现紫色反应,不能据此检测出酶的作用效果,B错误;酶具有最适pH,在最适pH的两侧,存在pH不同,其反应速率相同的情况,C正确;pH过低或过高都会导致胰蛋白酶的空间结构被破坏而失活,D正确。
3.实验设计应注重科学性、遵循实验设计原则。下列有关生物学实验的叙述,正确的是( )
A.“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验,自变量为催化剂,因变量为O2生成量
B.探究“温度对酶活性的影响”实验,可选用唾液淀粉酶,并且需要设计空白对照组
C.探究“pH影响酶活性”实验,可选用胃蛋白酶,在pH为6~8范围设置不同实验组
D.探究“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”实验,可用斐林试剂鉴定产物中有无还原糖
解析:选D “比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验,自变量为催化剂的种类和有无,因变量为O2生成速率,A错误;探究“温度对酶活性的影响”实验,可选用唾液淀粉酶,不需要设计空白对照组,不同温度形成相互对照,B错误;胃蛋白酶在pH为6~8范围内失活,C错误;探究“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”实验,可用斐林试剂鉴定产物中有无还原糖来证明,D正确。
4.(2023·湛江一模)纺织厂常用枯草芽孢杆菌生产的α淀粉酶除去织物中的淀粉。为探究α淀粉酶的最适温度,某科研小组在适宜条件下进行了实验,棉花初始质量为5 g,每组在各自温度下保温20 min后测量棉花减重,结果如下表所示。下列相关叙述错误的是( )
组别 1 2 3 4 5 6
棉花减重/g 0 0.12 0.16 0.22 0.23 0.15
温度/℃ 25 35 45 55 65 75
A.该实验应保证每组的α淀粉酶浓度、体积及棉花的初始质量完全相同
B.每组应先将α淀粉酶与棉花混合,再进行保温
C.实验结果表明α淀粉酶的最适温度范围为55~75 ℃
D.若验证α淀粉酶具有专一性,可让其处理脂肪,用苏丹Ⅲ染液检验脂肪分解情况
解析:选B 该实验中加入的α淀粉酶浓度、体积及棉花的初始质量属于无关变量,应保证相同且适宜,A正确;每组应先将α淀粉酶和棉花分别预热到设置的温度,再进行混合,B错误;结合实验结果可推测,α淀粉酶的最适温度范围为55~75 ℃,C正确;若验证α淀粉酶具有专一性,可让其处理脂肪,用苏丹Ⅲ染液检验分解情况,D正确。
5.(2023·上饶一模)为研究Cu2+和Cl-对唾液淀粉酶活性的影响,某小组设计了如下操作顺序的实验方案:
甲组:CuSO4溶液→缓冲液→淀粉酶溶液→淀粉溶液→保温→碘液检测→深蓝色
乙组:NaCl溶液→缓冲液→淀粉酶溶液→淀粉溶液→保温→碘液检测→无色
丙组:蒸馏水→缓冲液→淀粉酶溶液→淀粉溶液→保温→碘液检测→浅蓝色
各组试剂量均适宜。下列对该实验方案的评价,不合理的是( )
A.加缓冲液的目的是维持溶液的pH相对稳定
B.若要达到上述实验目的还需增设一组实验作为对照组
C.若适当减少淀粉酶溶液,为保持各组显色结果不变,则保温时间应缩短
D.实验不可证明Cu2+能抑制淀粉酶活性,Cl-能激活淀粉酶活性
解析:选C 本实验pH以及温度等都是无关变量,缓冲液的作用是为了维持溶液的pH稳定,A正确;甲、乙两组实验中除了有Cu2+和Cl-,还有硫酸根离子和钠离子,因此需要排除二者对实验的干扰,即增设一组添加硫酸钠的实验作为对照组,B正确;适当减少各组淀粉酶溶液,酶数量减少,反应速率变慢,若要保持各组显色结果不变,保温时间应延长,C错误;根据B项分析可知,甲、乙两组实验中除了有Cu2+和Cl-,还有硫酸根离子和钠离子,因此仅根据甲、乙、丙三组实验不能证明Cu2+能抑制淀粉酶活性,Cl-能激活淀粉酶活性,D正确。
6.(2023·济南高三联考)实验小组向甲、乙、丙三支试管中均加入一定量的淀粉溶液和淀粉酶溶液,然后将三支试管置于相同且适宜的条件下使其反应,试管中产物量随反应时间的变化曲线如图所示。三支试管中淀粉和淀粉酶含量的大小关系是( )
A.淀粉含量:甲>乙=丙,淀粉酶含量:甲>乙>丙
B.淀粉含量:甲>乙>丙,淀粉酶含量:甲>乙>丙
C.淀粉含量:甲>乙=丙,淀粉酶含量:甲>乙=丙
D.淀粉含量:甲>乙=丙,淀粉酶含量:甲=乙>丙
解析:选A 反应条件适宜时,底物淀粉能够完全参与反应生成产物,据图可知,甲试管最终的产物量最多,而乙、丙最终的产物量相同且都小于甲,可知淀粉含量:甲>乙=丙。乙、丙在相同底物淀粉的条件下,其他反应条件一致,乙先反应完成,说明乙淀粉酶含量多于丙,而甲在底物淀粉比乙多的条件下,甲、乙同时反应完成,说明甲的淀粉酶含量多于乙,因此淀粉酶含量:甲>乙>丙。故选A。
7.(2023·衡水二模)酶催化一定化学反应的能力称为酶活力,温度对某种酶的酶活力影响如图1所示。在一定条件下,先将酶在不同的温度下处理一段时间(图2横轴),然后迅速放在最适温度条件下测定酶活力,可得到酶的热稳定性数据,如图2所示。下列分析不正确的是( )
A.图1为反应时间相同时,不同温度下测定的酶活力值
B.55 ℃的两侧存在两个温度对酶的热稳定性影响相同
C.温度较高时,随处理时间的延长,酶活力可能降至零
D.进行工业生产时,将温度控制在60 ℃比40 ℃产量更高
解析:选B 图1横坐标为温度(自变量),纵坐标为酶活力(因变量),图1实验时,反应时间为无关变量,应相同,所以图1为反应时间相同时,不同温度下测定的酶活力值,A正确;由图1分析可知,55 ℃左右时酶活性最高,温度小于55 ℃,影响酶活力的原因是温度过低抑制酶活力,而温度大于55 ℃,影响酶活力的原因是温度过高使酶空间结构改变影响酶活力,所以55 ℃的两侧对酶的热稳定性影响是不相同的,B错误;由图2分析可知,温度较高时,随处理时间的延长,酶活力可能降至零,C正确;由图1分析可知,60 ℃时酶活力比40 ℃酶活力高,由图2分析可知,60 ℃时相对酶活力与40 ℃相对酶活力相差不大,进行工业生产时,将温度控制在60 ℃比40 ℃产量更高,D正确。
8.针对某酶促反应,某同学在酶量和反应时间都相同的情况下进行了甲、乙、丙三组实验并得到相应的三条曲线如图所示。甲是反应速率随反应物浓度变化的曲线,乙是一定量的物质W1存在时反应速率随反应物浓度变化的曲线,丙是一定量的物质W2存在时反应速率随反应物浓度变化的曲线。据图判断,下列关于该实验结果的叙述,不正确的是( )
A.若仅提高甲组酶量重新实验,其最大反应速率会增大
B.若在甲组中加入W1重新实验,其最大反应速率会降低
C.可推测在与酶的结合过程中,W2和反应物无竞争关系
D.若要减弱W2对反应速率的影响,可加大反应物的浓度
解析:选C 由甲曲线分析,若仅提高甲组酶量重新实验,其最大反应速率会增大,A正确;由乙曲线分析,加入W1后反应速率下降,随着反应物浓度上升反应速率也不能恢复,W1很可能是非竞争性抑制剂,若在甲组中加入W1重新实验,W1会结合酶的非活性中心导致其空间构象发生改变,酶的活性下降,其最大反应速率会降低,B正确;由丙曲线的趋势来看,W2最初抑制了反应速率,但随着反应物浓度升高,这种抑制被解除,可推测W2为竞争性抑制剂,在与酶结合的过程中,W2与底物竞争酶上的活性位点,可通过加大反应物浓度来减弱W2对反应速率的影响,C错误,D正确。
二、非选择题
9.(2023·河西区一模)胰脂肪酶是肠道内脂肪水解过程中的关键酶,板栗壳黄酮可调节胰脂肪酶的活性进而影响人体对脂肪的吸收。为研究板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性的影响,科研人员进行了实验:在酶量一定且环境适宜的条件下,检测加入板栗壳黄酮对胰脂肪酶酶促反应速率的影响,结果如图1所示。请回答下列问题:
(1)由图1曲线可知板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性具有________(填“促进”或“抑制”)作用。
(2)图2中A显示脂肪与胰脂肪酶活性部位结构互补时,胰脂肪酶才能发挥作用,因此酶的作用具有________________性。图2中的B和C为板栗壳黄酮对胰脂肪酶作用机理的两种推测的模式图。结合图1曲线分析,板栗壳黄酮的作用机理应为______(填“B”或“C”)。
(3)为研究不同pH条件下板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性的影响,科研人员进行了相关实验,结果如图3所示。
①本实验的自变量有________________________(需答出两点)。
②由图3可知,加入板栗壳黄酮,胰脂肪酶的最适pH变________________。
③若要探究pH为7.4条件下,不同浓度的板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性的影响,实验的基本思路是:在pH为7.4条件下,设置一系列板栗壳黄酮的______________________,分别测定对照组与加入板栗壳黄酮组的酶活性,并计算其差值。
解析:(1)据图1可知,加入板栗壳黄酮组的酶促反应速率比对照组低,说明板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性具有抑制作用。(2)图2中A显示脂肪与胰脂肪酶活性部位结构互补时,胰脂肪酶才能发挥作用,这说明酶促反应的发生需要酶与底物发生特异性结合,因此酶的作用具有专一性;B显示的作用机理为板栗壳黄酮与酶结合后导致酶的空间结构发生改变,进而使脂肪无法与胰脂肪酶发生结合,从而实现了对酶促反应速率的抑制,此种抑制不可以通过增加底物浓度而缓解,C显示的作用机理为板栗壳黄酮和脂肪竞争胰脂肪酶上的活性位点,从而减少了脂肪与胰脂肪酶的结合概率,进而使酶促反应速率下降,此种抑制可以通过增加底物浓度而缓解,据图1可知,加入板栗壳黄酮组的酶促反应速率低于对照组,且增加脂肪浓度,酶促反应速率依然比对照组低,因此板栗壳黄酮的作用机理应为B。(3)①本实验的目的是研究不同pH条件下板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性的影响,根据实验目的可知,本实验的自变量有是否加入板栗壳黄酮和不同pH。②由图3可知,对照组胰脂肪酶的最适pH约为7.4;加入板栗壳黄酮,胰脂肪酶的最适pH变大,即由7.4变成了7.7。③若要探究不同浓度的板栗壳黄酮对胰脂肪酶活性的影响,则实验的自变量为板栗壳黄酮浓度,因变量为酶促反应速率,因此实验的基本思路是在pH为7.4条件下,设置一系列板栗壳黄酮浓度梯度,分别测定对照组与加入板栗壳黄酮组的酶活性,并计算其差值。
答案:(1)抑制 (2)专一 B (3)①是否加入板栗壳黄酮和不同pH ②大 ③浓度梯度
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