熟悉特点，掌握技巧，高效突破酶实验

严贻兰 童金元

高考“基于核心素养”的命题方向和原则，既要求考生扎实掌握生物学基础知识，又着重考查考生的科学思维和科学探究能力。酶是生物进行新陈代谢的物质基础，涉及生物体内几乎所有的生化反应。作为生物催化剂，酶不仅需要适宜的温度和pH值，而且还具有专一性、高效性等特点，这些内容都是针对“科学思维和科学探究”命题的重要素材。掌握酶的相关特点，有助于突破酶实验的相关问题，利于提高学生的逻辑思维能力，从而培养学生良好的生物学科核心素养。

技巧

“试剂检测法”和“酶解法”——鉴定酶的本质

【例1】A、B两种酶用同一种蛋白酶处理后酶活性与处理时间的关系如图1所示，以下有关分析正确的是（ ）

A. A、B两种酶的化学本质相同

B. A、B两种酶作用的原理不同

C.欲让A、B两种酶的变化趋势换位，应用RNA水解酶处理

D.上述方法是鉴定某种酶的化学本质的唯一方法

【答案】C

【解析】由图分析可知，A酶能抵抗该种蛋白酶的降解，化学本质不是蛋白质而是RNA;B酶能被蛋白酶破坏，活性降低，化学本质为蛋白质，A错误。酶催化反应的原理是降低反应的活化能，B错误。欲让A、B两种酶的变化趋势换位，应用RNA水解酶处理，C正确。

除了上述方法，还可以根据酶的专一性，用蛋白酶或RNA酶处理待测酶溶液，然后再将处理后的酶溶液与底物混合，观察其是否还有催化作用，D错误。

【解题归纳】

试剂检测法：从酶的化学本质来看，绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。因此，利用“双缩脲试剂与蛋白质作用产生紫色反应，RNA与吡罗红染液作用显红色”的原理设计鉴定方案即可。

“酶解法”：从酶的化学本质来看，绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。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。

技巧

对比法——验证酶的高效性和专一性

【例2】为研究酶的特性，某小组进行了实验，基本过程如表1所示：

【答案】D

【解析】实验中可改变的自变量为催化剂的种类，A选项正确。过氧化氢分解产生水和氧气，故可以通过产生气泡的速率作为判断反应速率的指标，B选项正确。该实验通过比较酶的催化速率和二氧化锰的催化速率来验证酶的高效性，C选项正确。鸡肝匀浆和马铃薯匀浆中均含有过氧化氢酶，均可用来做过氧化氢酶的性质的探究实验，D选项错误。

【解题归纳】

酶的高效性实验探究：通过比较不同类型的催化剂（主要是酶与无机催化剂）催化底物的反应速率，得出结论。

对照组：反应物+无机催化剂→反应物分解速率较慢;

实验组：反应物+等量酶溶液→反应物分解速率较快。

实验中自变量是无机催化剂和酶，因变量是反应物分解速率。

验证酶的专一性的实验设计，常见的方案有两种：

①底物相同但酶不同

实验组：反应物+相应酶溶液→反应物被分解;

对照组：相同反应物+等量另一种酶溶液→反应物不被分解。

②底物不同但酶相同

实验组：反应物+相应酶溶液→反应物被分解;

对照组：另一反应物+等量相同酶溶液→反应物不被分解，通过观察酶促反应能否进行而得出结论。

注意：如果要验证淀粉酶的专一性，应用斐林试剂检测反应产物，不能选用碘液，因为在对照组中碘液无法检测蔗糖是否被分解。

技巧

梯度法——探究酶的最适温度

【例3】为了研究温度对某种酶活性的影响，某小组设置三个实验组：A组（20 ℃）、B组（40 ℃）和C组（60 ℃），测定各组在不同反应时间内的产物浓度（其他条件相同），结果如图2所示。回答下列问题：

【解题归纳】“梯度法”探究酶的最适温度设计思路：

此方法中的单一变量是温度，即自变量是温度，因变量是反应物分解的速率或剩余量，也可以是生成物的产生速率或生成物的产生量。要注意：①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在预设的温度下进行。②若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测实验结果的试剂宜选用碘液，不应该选用斐林试剂，因为斐林试剂需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。③在探究温度对酶活性的影响的实验中，不宜选择过氧化氢（H2O2）和过氧化氢酶作为实验材料，因为过氧化氢（H2O2）在常温常压时就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。

技巧

分类归纳——快速定位

【例4】表2分别是某兴趣小组探究温度对酶活性影响的实验步骤和探究过氧化氢酶作用的最适pH的实验结果。

探究温度对酶活性影响的实验（实验一）

【答案】（1）使新鲜α?淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别达到预设温度后再混合（其他合理答案也可）    碘液    剩余量    （2）用双缩脲试剂    用蛋白酶处理    （3）该过氧化氢酶的最适pH约为7，pH降低或升高酶活性均降低（或在pH为5～7的范围内，随pH的升高该过氧化氢酶活性升高;在pH为7～9的范围内，随pH的升高该过氧化氢酶活性降低）    6～8

【解析】（1）探究温度对酶活性影响的实验中，应该先使酶和底物分别达到预设温度，然后再将底物和酶混合进行反应，否则会影响实验结果的准确性，因此实验一的①②③步骤为错误操作。淀粉遇碘液变蓝，因此实验一的⑤步骤最好选用碘液测定单位时间内淀粉的剩余量，单位时间内淀粉的剩余量越多，说明酶活性越低。

（2）蛋白质与双缩脲试剂发生作用，会产生紫色反應;不溶于水的蛋白质在蛋白酶的催化下可以水解为溶于水的多肽、氨基酸。

（3）由实验二的结果可知，在pH为5～7的范围内，随pH的升高该过氧化氢酶活性升高;在pH为7～9的范围内，随pH的升高该过氧化氢酶活性降低;该过氧化氢酶作用的最适pH约为7，pH降低或升高酶活性均降低。在该实验的基础上要进一步探究该过氧化氢酶的最适pH，可在pH为6～8之间设置梯度。

【解题归纳】高考中与酶相关的实验设计与探究题的呈现方式一般有两种：一种是已知实验目的，让考生设计验证性实验或探究性实验;另一种是通过采用表格、曲线图、阅读材料等形式给出有效信息，让考生完成相关问题。

（1）针对第一种类型的试题，要根据实验目的，设置好实验组和对照组，准确找到实验设计中的实验变量和无关变量。正确的方案应是各实验组和对照组只有实验变量不同，无关变量都相同且为酶催化的最适状态。

（2）针对第二种类型的试题，同学们应仔细审题，获取有用的解题信息最为重要。审题时要注意找出实验变量，根据实验变量推测出实验目的。此外，与酶相关的实验设计与探究还可设置为对实验结果的预测，需根据酶的作用机理、温度、pH、激活剂和抑制剂，以及条件对酶的影响原理及影响程度等做出有关判断。

总结：酶是生物高考的重要考点之一，生物实验设计是生物高考复习的重点和难点。同学们在高三生物复习过程中除了要掌握酶的基础知识，更要关注生物实验设计的基本原则和技巧，不断提升解题效率。