逍遥学能 2014-09-06 10:14
酶作为生物催化剂，不仅具有一般无机催化剂的特点，还具有专一性、高效性和温和性等特点，所有这些内容都是生物实验的好素材。以酶的特性为知识背景，可以较好的测试学生的实验知识及操作能力。下面结合高考试题谈谈对相关实验的考查。
一、以酶的专一性为背景，遵循科学原则，完善实验方案
[例1] (2009年全国理综Ⅱ)请用所给的实验材料和用具，设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性。要求完成实验设计、补充实验步骤、预测实验结果、得出结论，并回答问题。
实验材料与用具：适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4种溶液，斐林试剂、试管、37 ℃恒温水浴锅、沸水浴锅。
(1)若“＋”代表加入适量的溶液，“－”代表不加溶液，甲、乙等代表试管标号，请用这些符号完成下表实验设计(把答案填在下面的表格中)。
溶液
试管
蔗糖溶液
淀粉溶液
蔗糖酶溶液
唾液淀粉酶溶液
甲
+
—
+
—
(2)实验步骤：
①按照上表中的设计，取试管、加溶液。
②______________________________________________________________________。
③______________________________________________________________________。
④______________________________________________________________________。
(3)结果预测：_________________________________________________ _____。
(4)结论：__________________________________________________________ ___。
(5)在上述实验中，如果仅将37 ℃恒温水浴锅的温度调到20 ℃，而在其他条件不变的情况下重做上述实验，出现砖红色试管中的颜色会比37 ℃时的浅，其原因是_________。
【分析】本题以验证蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性为背景，旨在考查实验设计的基本技能。依据实验目的和对比实验的思想，应该设计两组对照实验：一组是用蔗糖作为底物，分别在两支试管中加入等量的蔗糖溶液，并分别向这两支试管中滴加等量且适量的蔗糖酶溶液和唾液淀粉酶溶液；另一组是用淀粉作为底物，分别在两支试管中加入等量的淀粉溶液，并分别向这两支试管中滴加等量且适量的蔗糖酶溶液和唾液淀粉酶溶液。承接表格补充实验步骤时，要注意底物和酶在适应的条件下，充分反应后再向各试管加入斐林试剂检测其中是否有还原糖的生成，还应注意斐林试剂的使用，最后观察现象并记录。对于验证实验的结果预测，实际上是对已知实验结果的预期过程，正常操作的情况下，一定会出现已知的结果，不然就是实验误差所致。针对验证实验的结论，对应实验目的作出肯定的回答即可。根据酶的特性，这两种酶的最适温度是37 ℃，而20 ℃酶的活性较低，由反应物生成的还原糖较少，因而砖红色会浅些。
答案：
（1）
溶液
试管
蔗糖溶液
淀粉溶液
蔗糖酶溶液
唾液淀粉酶溶液
甲
+
—
+
—
乙
—
+
—
+
丙
+
—
—
+
丁
—
+
+
—
（2）②混匀， 37 ℃ 恒温水浴一段时间；③取出试管，分别加入适量的斐林试剂，混匀，沸水浴一段时间；④观察实验现象并记录实验结果。
（3）含有蔗糖和淀粉酶溶液的试管（试管甲），以及含有淀粉和淀粉酶溶液的试管（试管乙）中出现砖红色沉淀，其他试管中不出现砖红色沉淀；（4）（哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶）酶的催化作用具有专一性；（5） 20 ℃ 低于酶的最适温度，酶活性低，水解产生的还原糖少。
二、以酶的高效性为背景，明确实验目的，评价实验操作
[例2]（2008江苏卷）为了研究酶的有关特性，取两支洁净的试管并编号为A、B，各注入2 L体积分数为3%的H2O2溶液；再向A管滴入2滴3．5%FeCl3溶液，向B管滴入2滴质量分数为20%的肝脏研磨液；堵住管口，轻轻振荡；用带火星的卫生香检验；观察并记录结果。
（1）本实验的主要目的是探索 。
（2）如果两支试管的现象均不明显，从实验材料分析，原因可能是 。
（3）过氧化氢酶能催化H2O2的分解，产生的[O]能使溶于水的无色焦性没食子酸氧化生成橙红色沉淀。为了鉴定马铃薯块茎是否含有过氧化氢酶，设计了如下实验。
参照上图所给信息，回答下列问题：
①３号试管内加入的物质是 。
②设计２号试管作为对照的具体目的是 。?
③如果２号试管未产生颜色反应，则出现橙红色沉淀的是第 号试管。
【分析】：本试题的要求是验证马铃薯块茎中是否含有过氧化氢酶，且与无机催化剂相比探索催化效率，故目的为探究酶高效性。通过分析题目图示可知，图1为检验蒸馏水能否使过氧化氢分解；图2为检验马铃薯块茎提取液能否使焦性没食子酸溶液发生沉淀；图4为检验煮沸的马铃薯块茎提取液能否使过氧化氢分解；结合第三小题题意，可知还缺少“鉴定马铃薯块茎是否含有过氧化氢酶”的实验组。从H202溶液、肝脏研磨液等材料分析，可能是H202溶液放置时问过长而分解，或肝脏腐败变质，过氧化氢酶失活，导致实验中两支试管的现象均不明显。为排除马铃薯块茎提取液中的其他物质对实验结果的影响，设置2号实验组，为排除马铃薯块茎提取液以外的其他物质对实验结果的影响，设置1号实验组。依据对照原则，不难分析得出，只有３号试管出现橙红色沉淀。
答案 ⑴酶的高效性（过氧化氢酶和Fe3+催化效率的高低） ⑵H2O2溶液放置时间过长而分解 ⑶①2 L焦性没食子酸溶液，2滴H2O2溶液，2 L马铃薯块茎提取液 ②排除马铃薯块茎提取液中的其他物质对实验结果的影响 ③3?
三、以酶的温和性为背景，进行变量控制，分析实验结果
[例3]（2008广东卷）生产中使用的普通淀粉酶的最适温度在40 ℃～60 ℃之间，而极端耐热淀粉酶在100 ℃仍能保持较高的活性。因此具有更为广泛的应用前景。某同学正在设计一个实验以探究温度对两种淀粉酶活性的影响，其中有些问题需要你的帮助。
（1）此实验中除自变量和因变量外，还需要考虑 、 及 等因素。
（2）在此实验中，因变量可以用碘液和斐林试剂检测，两种试剂各与何种物质反应生色？检测的是底物还是产物？
（3）假设实验结果如下表，请在给出的坐标纸上绘图反映实验结果。
温度/ ℃
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
普通淀粉酶相对活性/%
6
25
43
67
83
65
22
2
0
0
耐热淀粉酶
相对活性/%
6
15
25
48
76
92
100
98
82
65
【分析】本题考查的是酶的作用以及影响酶活性的因素等知识，首先要关注实验中变量控制的基本原则与规律。根据实验的目的，可确定自变量是不同的温度条件，因变量是对两种淀粉酶活性的影响，通常可以通过产物的生成或底物的分解进行观察和检测。此外，还要需要排除或平衡影响实验结果的无关变量，如底物淀粉液的浓度和数量、pH及添加试剂的量、实验操作顺序等。本题中的第三小问在提供相关数据的基础上，进一步考查了分析、处理实验数据和正确运用图表描述实验结果的能力。但在绘图的过程中应注意以下问题：①纵、横坐标的含义和单位要标注，其中横坐标是自变量，纵坐标是因变量。②连贯的内容不宜用柱型图。③不同的曲线要标识清楚，如本题的普通淀粉酶和耐热淀粉酶。④曲线必须严格在所测出的数据范围内作图，不能随意延伸。
答案：（1）pH、酶浓度、底物浓度、产物浓度（任选3个） （2）碘液与淀粉反应生色，检测的是底物；斐林试剂与还原性糖反应生色，检测的是产物 （3）正确绘图