熟悉特點(diǎn)，掌握技巧，高效突破酶實(shí)驗(yàn)

嚴(yán)貽蘭 童金元

高考“基于核心素養(yǎng)”的命題方向和原則，既要求考生扎實(shí)掌握生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，又著重考查考生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。酶是生物進(jìn)行新陳代謝的物質(zhì)基礎(chǔ)，涉及生物體內(nèi)幾乎所有的生化反應(yīng)。作為生物催化劑，酶不僅需要適宜的溫度和pH值，而且還具有專(zhuān)一性、高效性等特點(diǎn)，這些內(nèi)容都是針對(duì)“科學(xué)思維和科學(xué)探究”命題的重要素材。掌握酶的相關(guān)特點(diǎn)，有助于突破酶實(shí)驗(yàn)的相關(guān)問(wèn)題，利于提高學(xué)生的邏輯思維能力，從而培養(yǎng)學(xué)生良好的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

技巧

“試劑檢測(cè)法”和“酶解法”——鑒定酶的本質(zhì)

【例1】A、B兩種酶用同一種蛋白酶處理后酶活性與處理時(shí)間的關(guān)系如圖1所示，以下有關(guān)分析正確的是（ ）

A. A、B兩種酶的化學(xué)本質(zhì)相同

B. A、B兩種酶作用的原理不同

C.欲讓A、B兩種酶的變化趨勢(shì)換位，應(yīng)用RNA水解酶處理

D.上述方法是鑒定某種酶的化學(xué)本質(zhì)的唯一方法

【答案】C

【解析】由圖分析可知，A酶能抵抗該種蛋白酶的降解，化學(xué)本質(zhì)不是蛋白質(zhì)而是RNA;B酶能被蛋白酶破壞，活性降低，化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)，A錯(cuò)誤。酶催化反應(yīng)的原理是降低反應(yīng)的活化能，B錯(cuò)誤。欲讓A、B兩種酶的變化趨勢(shì)換位，應(yīng)用RNA水解酶處理，C正確。

除了上述方法，還可以根據(jù)酶的專(zhuān)一性，用蛋白酶或RNA酶處理待測(cè)酶溶液，然后再將處理后的酶溶液與底物混合，觀(guān)察其是否還有催化作用，D錯(cuò)誤。

【解題歸納】

試劑檢測(cè)法：從酶的化學(xué)本質(zhì)來(lái)看，絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)的酶是RNA。因此，利用“雙縮脲試劑與蛋白質(zhì)作用產(chǎn)生紫色反應(yīng)，RNA與吡羅紅染液作用顯紅色”的原理設(shè)計(jì)鑒定方案即可。

“酶解法”：從酶的化學(xué)本質(zhì)來(lái)看，絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)的酶是RNA。酶必須保持正常的結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮催化作用，因此可以分別利用蛋白酶和RNA酶處理某酶，再觀(guān)察其功能是否受影響來(lái)確定該酶的本質(zhì)。

技巧

對(duì)比法——驗(yàn)證酶的高效性和專(zhuān)一性

【例2】為研究酶的特性，某小組進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，基本過(guò)程如表1所示：

【答案】D

【解析】實(shí)驗(yàn)中可改變的自變量為催化劑的種類(lèi)，A選項(xiàng)正確。過(guò)氧化氫分解產(chǎn)生水和氧氣，故可以通過(guò)產(chǎn)生氣泡的速率作為判斷反應(yīng)速率的指標(biāo)，B選項(xiàng)正確。該實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較酶的催化速率和二氧化錳的催化速率來(lái)驗(yàn)證酶的高效性，C選項(xiàng)正確。雞肝勻漿和馬鈴薯勻漿中均含有過(guò)氧化氫酶，均可用來(lái)做過(guò)氧化氫酶的性質(zhì)的探究實(shí)驗(yàn)，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。

【解題歸納】

酶的高效性實(shí)驗(yàn)探究：通過(guò)比較不同類(lèi)型的催化劑（主要是酶與無(wú)機(jī)催化劑）催化底物的反應(yīng)速率，得出結(jié)論。

對(duì)照組：反應(yīng)物+無(wú)機(jī)催化劑→反應(yīng)物分解速率較慢;

實(shí)驗(yàn)組：反應(yīng)物+等量酶溶液→反應(yīng)物分解速率較快。

實(shí)驗(yàn)中自變量是無(wú)機(jī)催化劑和酶，因變量是反應(yīng)物分解速率。

驗(yàn)證酶的專(zhuān)一性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，常見(jiàn)的方案有兩種：

①底物相同但酶不同

實(shí)驗(yàn)組：反應(yīng)物+相應(yīng)酶溶液→反應(yīng)物被分解;

對(duì)照組：相同反應(yīng)物+等量另一種酶溶液→反應(yīng)物不被分解。

②底物不同但酶相同

實(shí)驗(yàn)組：反應(yīng)物+相應(yīng)酶溶液→反應(yīng)物被分解;

對(duì)照組：另一反應(yīng)物+等量相同酶溶液→反應(yīng)物不被分解，通過(guò)觀(guān)察酶促反應(yīng)能否進(jìn)行而得出結(jié)論。

注意：如果要驗(yàn)證淀粉酶的專(zhuān)一性，應(yīng)用斐林試劑檢測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物，不能選用碘液，因?yàn)樵趯?duì)照組中碘液無(wú)法檢測(cè)蔗糖是否被分解。

技巧

梯度法——探究酶的最適溫度

【例3】為了研究溫度對(duì)某種酶活性的影響，某小組設(shè)置三個(gè)實(shí)驗(yàn)組：A組（20 ℃）、B組（40 ℃）和C組（60 ℃），測(cè)定各組在不同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)物濃度（其他條件相同），結(jié)果如圖2所示?；卮鹣铝袉?wèn)題：

【解題歸納】“梯度法”探究酶的最適溫度設(shè)計(jì)思路：

此方法中的單一變量是溫度，即自變量是溫度，因變量是反應(yīng)物分解的速率或剩余量，也可以是生成物的產(chǎn)生速率或生成物的產(chǎn)生量。要注意：①底物和酶溶液應(yīng)先分別在預(yù)設(shè)的溫度中保溫一段時(shí)間后再混合，保證反應(yīng)從一開(kāi)始就在預(yù)設(shè)的溫度下進(jìn)行。②若選擇淀粉和淀粉酶探究酶的最適溫度，檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的試劑宜選用碘液，不應(yīng)該選用斐林試劑，因?yàn)殪沉衷噭┬杷〖訜?，而該?shí)驗(yàn)中需嚴(yán)格控制溫度。③在探究溫度對(duì)酶活性的影響的實(shí)驗(yàn)中，不宜選擇過(guò)氧化氫（H2O2）和過(guò)氧化氫酶作為實(shí)驗(yàn)材料，因?yàn)檫^(guò)氧化氫（H2O2）在常溫常壓時(shí)就能分解，加熱的條件下分解會(huì)加快，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

技巧

分類(lèi)歸納——快速定位

【例4】表2分別是某興趣小組探究溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)步驟和探究過(guò)氧化氫酶作用的最適pH的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

探究溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)一）

【答案】（1）使新鮮α?淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分別達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后再混合（其他合理答案也可）? ? 碘液? ? 剩余量? ? （2）用雙縮脲試劑? ? 用蛋白酶處理? ? （3）該過(guò)氧化氫酶的最適pH約為7，pH降低或升高酶活性均降低（或在pH為5～7的范圍內(nèi)，隨pH的升高該過(guò)氧化氫酶活性升高;在pH為7～9的范圍內(nèi)，隨pH的升高該過(guò)氧化氫酶活性降低）? ? 6～8

【解析】（1）探究溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該先使酶和底物分別達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，然后再將底物和酶混合進(jìn)行反應(yīng)，否則會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此實(shí)驗(yàn)一的①②③步驟為錯(cuò)誤操作。淀粉遇碘液變藍(lán)，因此實(shí)驗(yàn)一的⑤步驟最好選用碘液測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)淀粉的剩余量，單位時(shí)間內(nèi)淀粉的剩余量越多，說(shuō)明酶活性越低。

（2）蛋白質(zhì)與雙縮脲試劑發(fā)生作用，會(huì)產(chǎn)生紫色反應(yīng);不溶于水的蛋白質(zhì)在蛋白酶的催化下可以水解為溶于水的多肽、氨基酸。

（3）由實(shí)驗(yàn)二的結(jié)果可知，在pH為5～7的范圍內(nèi)，隨pH的升高該過(guò)氧化氫酶活性升高;在pH為7～9的范圍內(nèi)，隨pH的升高該過(guò)氧化氫酶活性降低;該過(guò)氧化氫酶作用的最適pH約為7，pH降低或升高酶活性均降低。在該實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上要進(jìn)一步探究該過(guò)氧化氫酶的最適pH，可在pH為6～8之間設(shè)置梯度。

【解題歸納】高考中與酶相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究題的呈現(xiàn)方式一般有兩種：一種是已知實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，讓考生設(shè)計(jì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)或探究性實(shí)驗(yàn);另一種是通過(guò)采用表格、曲線(xiàn)圖、閱讀材料等形式給出有效信息，讓考生完成相關(guān)問(wèn)題。

（1）針對(duì)第一種類(lèi)型的試題，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)置好實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，準(zhǔn)確找到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的實(shí)驗(yàn)變量和無(wú)關(guān)變量。正確的方案應(yīng)是各實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組只有實(shí)驗(yàn)變量不同，無(wú)關(guān)變量都相同且為酶催化的最適狀態(tài)。

（2）針對(duì)第二種類(lèi)型的試題，同學(xué)們應(yīng)仔細(xì)審題，獲取有用的解題信息最為重要。審題時(shí)要注意找出實(shí)驗(yàn)變量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)變量推測(cè)出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。此外，與酶相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究還可設(shè)置為對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)，需根據(jù)酶的作用機(jī)理、溫度、pH、激活劑和抑制劑，以及條件對(duì)酶的影響原理及影響程度等做出有關(guān)判斷。

總結(jié)：酶是生物高考的重要考點(diǎn)之一，生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是生物高考復(fù)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。同學(xué)們?cè)诟呷飶?fù)習(xí)過(guò)程中除了要掌握酶的基礎(chǔ)知識(shí)，更要關(guān)注生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則和技巧，不斷提升解題效率。