人教版高中生物必修一学案：第5章细胞的能量供应和利用微专题二

微专题二关于酶的实验设计及曲线解读
一、有关酶的实验设计
1.酶高效性的实验设计思路
（1）实验组：底物＋生物催化剂（酶）→底物分解速率（或产物生成的速率）
（2）对照组：底物＋无机催化剂→底物分解速率（或产物生成的速率）
说明：实验组是接受实验变量处理的对象组，对照组也称控制组，对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组。实验组和对照组不是固定不变的，具体哪个作为实验组，哪个作为对照组，要根据实验目的进行分析判断。
2.酶专一性的实验分析
（1）思路
①
②
（2）实例
步骤
1
淀粉＋淀粉酶
蔗糖＋淀粉酶
2
等量斐林试剂，水浴加热相同时间
现象
出现砖红色沉淀
无颜色变化
结论
酶具有专一性
3.探究温度、PH对酶活性的影响
（1）探究温度对酶活性的影响
①原理：温度影响淀粉酶的活性，进而影响淀粉的水解速率。淀粉遇碘液变蓝，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅可以判断酶的活性。
蓝色淀粉麦芽糖＋葡萄糖无蓝色出现
②实验步骤、现象及结论
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
2ML淀粉酶溶液
2ML可溶性淀粉溶液
2ML淀粉酶溶液
2ML可溶性淀粉溶液
2ML淀粉酶溶液
2ML可溶性淀粉溶液
二
在冰水中水浴5MIN
在60℃温水中水浴5MIN
在沸水中水浴5MIN
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，温度过高和过低都会影响酶的活性
（2）探究PH对酶活性的影响
①原理：2H2O22H2O＋O2。
②步骤
实验步骤
实验操作内容
试管1
试管2
试管3
一
注入等量过氧化氢酶溶液
2滴
2滴
2滴
二
注入不同PH的溶液
1ML蒸馏水
1ML盐酸
1MLNAOH溶液
三
注入等量的过氧化氢溶液
2ML
2ML
2ML
四
观察现象
有大量气泡产生
无气泡产生
无气泡产生
注：盐酸和NAOH溶液的质量分数均为5％。
③实验结论：酶的催化作用需要适宜的PH，PH偏低或偏高都会影响酶的活性。
例1（2018·天水高一检测）下面为某同学进行的有关酶的实验，基本过程如表所示。据此分析，下列叙述错误的是（）
试管
1
2
3
4
1％淀粉溶液
3ML
—
3ML
—
2％蔗糖溶液
—
3ML
—
3ML
新鲜唾液
1ML
1ML
—
—
蔗糖酶溶液
—
—
1ML
1ML
斐林试剂
2ML
2ML
2ML
2ML
实验结果
A.4支试管都需要在37℃恒温水浴中保温
B.1号试管与2号试管对照时自变量是底物，与3号试管对照时自变量是酶的种类
C.出现砖红色沉淀的试管是1号和3号
D.若要缩短实验时间，可将唾液或蔗糖酶的量增加到2ML
答案C
解析该实验中温度属于无关变量，因此温度要保持相同且适宜，即均需要在37℃恒温水浴中保温，A正确；分析表格可知，1号试管与2号试管对照时自变量是底物，与3号试管对照时自变量是酶的种类，B正确；根据酶的专一性可知，淀粉酶只能水解淀粉，蔗糖酶只能水解蔗糖，即出现砖红色沉淀的试管是1号和4号，C错误；增加酶的用量，可加快酶促反应速率，D正确。
例2下列有关酶的特性的实验设计中最科学、最严谨的是（）
选项
实验目的
主要实验步骤
A
酶催化具有高效性
实验组：2ML体积分数为3％的H2O2溶液＋1ML过氧化氢酶溶液，保温5MIN
对照组：2ML体积分数为3％的H2O2溶液＋1ML蒸馏水，保温5MIN
B
酶催化具有专一性
实验组：2ML质量分数为3％的可溶性淀粉溶液＋1ML新鲜唾液，保温5MIN后碘液检验
对照组：2ML质量分数为3％的蔗糖溶液＋1ML新鲜唾液，保温5MIN后碘液检验
C
探究温度对酶活性的影响
2ML质量分数为3％的可溶性淀粉溶液＋2ML新鲜唾液＋碘液→每隔5MIN将溶液温度升高10℃，观察溶液颜色变化
D
探究PH对酶活性的影响
对三支试管进行以下处理：①分别加入2滴新鲜的质量分数为20％的肝脏研磨液；②分别加入1ML质量分数为5％的盐酸、1ML质量分数为5％的NAOH溶液和1ML蒸馏水；③分别加入2ML体积分数为3％的H2O2溶液；④观察现象
答案D
解析酶催化作用的高效性是酶与无机催化剂相比较而言的，用酶与蒸馏水作对照，只能证明酶具有催化作用，不能证明酶催化具有高效性，A项错误；探究酶催化具有专一性时，若对照组用蔗糖溶液，则不能用碘液检验，应用斐林试剂检测是否有还原糖产生，B项错误；探究温度对酶活性的影响时，应设置多支试管，分别设置不同的温度条件进行比较，C项错误。
二、酶相关曲线的分析
1.酶高效性的曲线分析
（1）催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
（2）酶只能缩短达到化学平衡所需时间，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A的反应速率在一定范围内随反应物浓度增大明显加快。
（2）加入酶B的反应速率与未加酶的空白对照条件下的反应速率相同。
3.底物浓度影响酶促反应速率曲线的分析
（1）底物浓度较低时，酶促反应速率与底物浓度成正比，即随底物浓度的增加而增加。
（2）当所有的酶与底物都结合后，再增加底物浓度，酶促反应速率不再增加。
4.酶浓度影响酶促反应速率曲线的分析
在有足够底物且不受其他因素影响的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
5.温度和PH共同作用对酶活性的影响
（1）反应溶液中PH的变化不影响酶作用的最适温度。
（2）反应溶液中温度的变化不影响酶作用的最适PH。
例3（2018·福建龙岩期中）下列选项符合图示含义的是（）
A.随PH从5升高到7，酶的活性逐渐降低
B.随PH从5升高到7，酶的最适温度不变
C.温度从O→A变化过程中，酶的活性逐渐降低
D.该酶的最适PH为7
答案B
解析由图可知，随PH从5升高到7，酶的活性先升高后降低，A错误；随PH从5升高到7，酶的最适温度始终为A，B正确；温度从O→A变化过程中，酶的活性逐渐升高，C错误；PH为6时反应物剩余量最少，则该酶的最适PH为6左右，D错误。
例4用某种酶进行有关实验的结果如下图所示，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
答案C
解析图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，不能确定最适催化温度，A项正确；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项正确；图3能说明CL－是该酶的激活剂，CU2＋是该酶的抑制剂，D项正确；图4可说明酶具有专一性，C项错误。
1.（2018·北京朝阳区期末）下列关于酶的实验设计，正确的是（）
A.用过氧化氢溶液、肝脏研磨液作材料探究温度对酶活性的影响
B.用淀粉和蔗糖溶液、淀粉酶，反应后滴加碘液验证酶的专一性
C.用蛋白酶、蛋白块作实验材料验证蛋白酶能够催化蛋白质分解
D.设置PH为2、7、12的条件，探究PH对胃蛋白酶活性的影响
答案C
解析过氧化氢在高温下易分解，因此不能用过氧化氢作材料探究温度对酶活性的影响，A错误；用淀粉和蔗糖溶液、淀粉酶做实验，蔗糖反应与否，都不会与碘液发生颜色反应，因此不能用于验证酶的专一性，B错误；用蛋白酶、蛋白块作实验材料可验证蛋白酶能够催化蛋白质分解，C正确；胃蛋白酶的最适PH是1.5，所以探究PH对胃蛋白酶活性的影响时，PH不能设置成2、7、12，D错误。
2.为了证明酶的作用具有专一性，某同学设计了如下5组实验，分别选择一定的试剂进行检测，合理的实验方案是（）
组别
①
②
③
④
⑤
酶
蛋白酶
蛋白酶
淀粉酶
淀粉酶
淀粉酶
反应物
蛋白质
淀粉
蛋白质
淀粉
麦芽糖
A.①和③对比，用双缩脲试剂检测
B.②和④对比，用碘液检测
C.④和⑤对比，用斐林试剂检测
D.③和④对比，用双缩脲试剂检测
答案B
解析由于蛋白酶和淀粉酶的本质是蛋白质，遇双缩脲试剂都呈现紫色，不能判断蛋白质是否被分解，A错误；淀粉酶能催化淀粉的水解，蛋白酶不能催化淀粉的水解，用碘液检测，颜色反应不同，B正确；淀粉是非还原糖，在淀粉酶的作用下分解生成还原糖，麦芽糖是还原糖，用斐林试剂不能判断麦芽糖是否被分解，C错误；淀粉酶的化学本质是蛋白质，故实验结果不能用双缩脲试剂检测，D错误。
3.（2018·江西新余一中月考）下列四组实验能证明酶具有催化作用的是（）
A.①与④B.③与④C.②与④D.①与②
答案A
解析①与④的实验变量是有无酶，可证明酶具有催化作用。
4.（2018·山西长治一中高一上期末）如图表示某种酶在不同处理条件（A、B、C）下催化某反应时，反应物的量和反应时间的关系。下列关于此图的解读，正确的是（）
A.若A、B、C表示温度，则一定是A》B》C
B.若A、B、C表示PH，则C》B》A
C.若A、B、C表示酶的浓度，则A》B》C
D.若A、B、C表示温度，则不可能是C》B》A
答案C
解析温度升高，酶促反应速率不一定加快，在低于酶的最适温度范围内，随温度升高，酶的活性升高，在高于最适温度范围内，随温度升高，酶的活性下降（PH同理）。底物充足的前提下，酶的浓度越高，酶促反应速率越大，C正确。
5.（2018·河南洛阳期末）如图曲线B表示在最适温度、最适PH条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系。下列据图分析正确的是（）
A.增大PH，重复该实验，A、B点位置都不变
B.酶量增加后，反应速率可用曲线A表示
C.反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素
D.B点条件下升高温度，酶活性增加，将呈现曲线C所示变化
答案C
解析由题干“曲线B表示在最适温度、最适PH条件下”可知，如果增大PH，酶的活性会下降，A、B点位置都会下移，A错误；增加酶量后，酶促反应速率会加快，且达到最大反应速率时反应物浓度也会增大，因此反应速率不可用曲线A表示，B错误；从图中可以看出，在曲线AB段反应速率与反应物浓度呈正相关，因此反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素，C正确；由题意知，曲线B是在最适温度条件下进行的，如果升高温度，酶活性将会下降，不会呈现曲线C所示变化，D错误。
6.（2018·河北邯郸一中期末）解读与酶有关的曲线，回答下列问题：
（1）酶的作用机理可以用图甲中＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（填“AB”或“AC”）段来表示。如果将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则B在纵轴上将＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（填“上移”或“下移”）。
（2）图乙中160MIN时，生成物的量不再增加，原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（3）联系所学内容，分析图丙曲线：
①对于曲线MNQ，若X轴表示PH，则曲线N点的生物学意义是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
②对于曲线MNP，若X轴表示反应物浓度，则Y轴可表示＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。制约曲线NP段增加的因素主要是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
答案（1）AB上移（2）底物量有限（3）①在最适PH下，酶的催化效率最高②酶促反应速率酶浓度
解析（1）图甲中，AC段表示无酶催化时所需要的活化能，BC段表示有酶催化时所需要的活化能，因此AB段可表示酶所降低的活化能。无机催化剂也能降低化学反应的活化能，但没有酶显著，因此B点上移。（2）图乙是反映生成物的量随时间变化的曲线，160MIN时，生成物的量不再增加是因为反应物的量有限。（3）若曲线MNQ表示不同PH对酶活性的影响，曲线最高点表示最适PH下，酶的催化效率最高；若曲线MNP表示底物浓度对酶促反应速率的影响，当底物浓度增大到一定值后，酶促反应速率不再增加，此时受到酶浓度的制约。