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(共38张PPT)
课时规范练10　降低化学反应活化能的酶
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必备知识基础练
考点一　酶的本质、作用和特性
1.(2024·河北卷)下列关于酶的叙述,正确的是(　　)
A.作为生物催化剂,酶作用的反应物都是有机物
B.胃蛋白酶应在酸性、37 ℃条件下保存
C.醋酸菌中与发酵产酸相关的酶,分布于其线粒体内膜上
D.从成年牛、羊等草食类动物的肠道内容物中可获得纤维素酶
D
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解析 酶的作用底物既可以是有机物,也可以是无机物,如淀粉酶催化淀粉(有机物)水解,过氧化氢酶催化过氧化氢(无机物)分解,A项错误;酶的作用条件较温和,过酸、过碱和高温都会使酶变性失活,低温条件下酶的活性很低,所以酶的保存条件是适宜的pH和低温,胃蛋白酶的最适pH为1.5,故胃蛋白酶应在酸性、低温条件下保存,B项错误;醋酸菌是细菌,为原核生物,没有线粒体,C项错误;成年牛、羊等草食类动物肠道中有分解纤维素的微生物,故从成年牛、羊等草食类动物肠道内容物中可获得纤维素酶,D项正确。
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2.(2025·八省联考云南卷)酶不仅在生命活动中具有重要作用,还在日常生活中有广泛运用。下列说法正确的是(　　)
A.植物病原菌可通过分泌果胶酶降解植物细胞的细胞壁
B.能有效去除奶渍的加酶洗衣粉,可用来洗涤蚕丝制品
C.食物中的淀粉和蔗糖在咀嚼过程中会被唾液淀粉酶催化水解
D.参与细胞内DNA复制的酶有解旋酶、DNA聚合酶和T4 DNA连接酶
A
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解析 植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,植物病原菌可通过分泌果胶酶降解植物细胞的细胞壁,A项正确;能有效去除奶渍的加酶洗衣粉,其中的酶是蛋白酶,蚕丝制品中的蚕丝主要成分也是蛋白质,该洗衣粉不能用来洗涤蚕丝制品,B项错误;唾液淀粉酶只能水解淀粉,不能水解蔗糖,C项错误;DNA复制时,解旋酶解开DNA的双螺旋结构,DNA聚合酶催化子链的延伸,DNA连接酶(但不是T4 DNA连接酶)连接不连续合成的子链,T4 DNA连接酶催化两个平末端连接的效率较高,一般用于基因工程中,D项错误。
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3.(2024·湖南长沙模拟)酶在生产生活中有着广泛的应用,但自然界中存在的酶并不完全适用于生产生活,科学家利用酶工程技术对酶进行改造,使之更加符合人们的需要,下列说法错误的是(　　)
A.加酶洗衣粉比普通洗衣粉有更强的去污能力,其中的酶应具有较强的耐碱性
B.多酶片中含有多种消化酶,人在消化不良时可以嚼服
C.一般的细胞中获取的DNA聚合酶都不能用于PCR
D.并不是所有的酶都能够被蛋白酶水解
B
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解析 加酶洗衣粉比普通洗衣粉有更强的去污能力,其中的酶应具有较强的耐碱性,A项正确;多酶片应吞服,嚼服会使酶失去包裹层的保护,在胃液中会失活,B项错误;一般的细胞中获取的DNA聚合酶不耐高温,不能用于PCR,C项正确;绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA,因此并不是所有的酶都能够被蛋白酶水解,D项正确。
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4.(2024·广东珠海三模)利用淀粉酶、糖化酶生产葡萄糖的方法称为双酶法,大致生产流程如图所示。液化是将淀粉水解为低聚糖,糖化是将低聚糖水解为葡萄糖。液化时间过长会导致产物不纯。下列说法错误的是(　　)
A.双酶法生产葡萄糖体现了酶具有专一性的特点
B.不同生产阶段的温度不同是为了保持酶的活性
C.淀粉酶和糖化酶的作用机制是降低了化学反应的活化能
D.为保证产物纯度,液化后应先缓慢降温,后调pH,再加入糖化酶
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解析 液化是淀粉酶将淀粉水解为低聚糖,糖化是糖化酶将低聚糖水解为葡萄糖,体现了酶具有专一性的特点,A项正确;酶的作用条件较温和,不同生产阶段的温度和pH不同是为了保持酶的活性,B项正确;酶的催化作用机制是降低化学反应的活化能,C项正确;液化时间过长会导致产物不纯,因此为保证产物纯度,液化后应先迅速降温、调pH,再加入糖化酶,D项错误。
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5. 科学家在2022年发现啮齿目动物土拨鼠在冬眠时居然不变老。土拨鼠在冬眠时,代谢速率下降,体内的α-胰淀粉酶活性降低约50%。为了探究不同物质对人的胰淀粉酶的活性的影响,研究人员进行如下实验。下列有关该实验的说法,正确的是(　　)
组别 人的胰淀粉酶 2.5%茶花粉提取液 5%芦笋丁 酶活性相对值
甲 1 mL - - 100%
乙 1 mL + - 64%
丙 1 mL + + 51%
A.酶的活性可用酶促反应速率来表示,酶促反应速率越大,酶的活性越高
B.冬眠时,低温可以破坏土拨鼠体内α-胰淀粉酶的空间结构,从而抑制酶的活性
C.据实验推测,服用茶花粉和芦笋丁可能具有一定的辅助降低血糖的作用
D.芦笋丁和茶花粉对人的胰淀粉酶活性的影响,与激素间相抗衡效果类似
C
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解析 酶促反应速率受多种因素的影响,如酶的活性、底物浓度、酶的浓度等,酶促反应速率越大,酶的活性不一定越高,A项错误;低温可以抑制酶的活性,但不会破坏酶的空间结构,B项错误;分析表格可知,茶花粉和芦笋丁可以降低胰淀粉酶活性,降低淀粉分解为葡萄糖的速率,故据实验推测,服用茶花粉和芦笋丁可能具有一定的辅助降低血糖的作用,C项正确;分析表格数据可知,茶花粉可以降低胰淀粉酶活性,而芦笋丁和茶花粉混合降低胰淀粉酶活性的效果更显著,与激素间相协同效果类似,D项错误。
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考点二　探究酶的专一性、高效性及影响酶活性的因素
6.(2024·山东枣庄二模)某同学将浸过肝脏研磨液的相同大小的3个滤纸片贴在反应小室的一侧内壁上,再加入10 mL体积分数为3%的H2O2溶液,将小室塞紧(图甲)。实验时,将反应小室置于水槽中并旋转180°,使H2O2溶液接触滤纸片,同时用量筒收集产生的气体(图乙)。下列叙述正确的是(　　)
甲
乙
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A.该实验可以说明酶具有高效性
B.该装置可以用于探究温度对酶促反应速率的影响
C.可增加肝脏研磨液的浓度和体积使收集的气体量增多
D.滤纸片数量改为6片可以探究酶浓度对H2O2分解速率的影响
答案 D　
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解析 该实验只能说明酶具有催化作用,若想证明酶具有高效性,需要无机催化剂作对照,A项错误;过氧化氢在高温下易分解,因此不能选过氧化氢作为探究温度对酶促反应速率的影响的实验材料,B项错误;肝脏研磨液中存在过氧化氢酶,酶只改变到达反应平衡所需的时间,不改变化学反应的平衡点,产物的量与反应物的量有关,因此增加肝脏研磨液的浓度和体积不会改变收集的气体量,C项错误;滤纸片数量改为6片相当于增加了过氧化氢酶的浓度,可以探究酶浓度对H2O2分解速率的影响,D项正确。
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7.下表为某兴趣小组设计的实验及实验结果,该实验结果可以证明(　　)
试管 淀粉溶液2 mL 蒸馏水2 mL 淀粉酶 蛋白酶 碘液 双缩脲试剂 结果
1 √ — — √ √ — 变蓝
2 √ — √ — √ — 不变蓝
3 — √ √ — — √ 变紫色
4 — √ — √ — √ 变紫色
注:“√”“—”分别表示含有和不含有。
A.酶具有高效性 B.酶发挥催化作用需要温和的条件
C.酶具有专一性 D.多数酶是蛋白质,少数酶是RNA
C
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解析 本实验没有设置无机催化剂组别,不能证明酶具有高效性,A项不符合题意;本实验没有设置其他实验条件(不同温度或不同pH等)作对比,不能证明酶发挥催化作用需要温和的条件,B项不符合题意;根据1、2号试管实验结果可知,淀粉能被淀粉酶水解,不能被蛋白酶水解,说明酶具有专一性,C项符合题意;蛋白质能与双缩脲试剂反应产生紫色,故可推测3、4号试管中的酶是蛋白质,但不能得出多数酶是蛋白质,少数酶是RNA的结论,D项不符合题意。
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8.(2024·广东广州二模)甲试管中装有2 mL可溶性淀粉溶液、2 mL酶①溶液;乙试管中装有2 mL蔗糖溶液、2 mL酶①溶液;丙试管中装有2 mL可溶性淀粉溶液、2 mL酶②溶液。利用上述试管验证酶的专一性。下列有关该实验的叙述,正确的是(　　)
A.验证酶的专一性时,只需要考虑自变量的影响,不需要考虑无关变量
B.若酶①为淀粉酶,则甲、乙试管进行对比时可选用碘液作为检测试剂
C.若酶①为淀粉酶,酶②为蔗糖酶,则甲、丙试管进行对比时可选用斐林试剂作为检测试剂
D.甲试管中加入的淀粉溶液、酶溶液都是2 mL,是为了排除无关变量的干扰
C
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解析 验证酶的专一性时,实验的自变量应为酶的种类或底物的种类,且实验设计遵循单一变量原则,需控制无关变量相同且适宜,A项错误;若酶①为淀粉酶,则甲、乙试管进行对比时不可选用碘液作为检测试剂,因为碘液无法检测蔗糖是否被水解,B项错误;若酶①为淀粉酶,酶②为蔗糖酶,则甲、丙试管进行对比时可选用斐林试剂作为检测试剂,根据是否有还原糖的生成判断淀粉是否水解,C项正确;甲试管中加入的底物量与酶量相等,是为了保证在合理的浓度和用量下,反应能顺利进行,D项错误。
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关键能力提升练
9.(2024·重庆一模)中间产物学说认为:酶(E)的活性中心部位首先与底物(S)结合,生成不稳定的中间产物(ES),然后再产生产物(P)同时释放出酶(E)。根据这一学说,在酶浓度、pH、温度一定的条件下,可以用米氏方程V=表示底物浓度S与速率V之间的关系,其坐标曲线如图1,其中“Vmax”表示该条件下最大反应速率,“Km”表示在该条件下达到1/2Vmax时的底物浓度。图2表示竞争抑制剂会与底物竞争结合酶的活性中心。下列叙述正确的是(　　)
图1
图2
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A.如果底物浓度足够大,反应速率可以达到Vmax,由此可判断加入竞争抑制剂后,Km值将变小
B.酶的活性可以用在一定条件下酶所催化的化学反应速率表示,即可以用P的产生速率来表示,也可用E的消耗速率表示
C.通过竞争抑制的事实,可以否定酶具有专一性的特点
D.如果要把反应速率控制在1/3Vmax,则应该把底物浓度控制在1/2Km以内
答案 D　
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解析 竞争抑制剂与底物竞争酶的活性位点从而降低底物与酶结合的机会,加入竞争抑制剂,Km值将增大,A项错误;酶的活性可以用在一定条件下酶所催化的化学反应速率表示,即可以用P产物的产生速率和S底物的消耗速率表示,其中E酶在化学反应前后质量和性质不变,B项错误;酶具有专一性的特点,通过竞争抑制的事实并不能否定酶具有专一性的特点,C项错误;由图1可知,如果要把反应速率控制在1/3Vmax,则应该把底物浓度控制在1/2Km以内,D项正确。
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10.(2025·八省联考内蒙古卷改编)某种芽孢在酸性环境下不萌发,在碱性环境下萌发。为探究其机理,研究不同pH下两种促进芽孢萌发的酶(M和N)的活性和结构变化。发现酸性环境下M的活性和α-螺旋(肽链有规律的盘曲)含量增高,而碱性环境下N的活性和α-螺旋的含量增高,下列叙述正确的是(　　)
A.碱性环境中N为芽孢萌发供能来降低其催化反应的活化能
B.酸性环境主要通过改变氨基酸序列影响M的α-螺旋含量
C.酸性环境主要通过调节N活性来影响该种芽孢萌发
D.酸碱环境调节芽孢萌发过程中M、N活性均受到pH影响
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解析 酶的作用机理是降低化学反应的活化能,不能为化学反应供能,因此N不能为芽孢萌发供能,A项错误;酸性环境会使蛋白质的空间结构改变,不会改变蛋白质中氨基酸序列,因此酸性环境不能通过改变氨基酸序列影响M的α-螺旋含量,B项错误;根据题意可知,酸性环境下M的活性和α-螺旋(肽链有规律的盘曲)含量增高,而碱性环境下N的活性和α-螺旋的含量增高,即在酸性环境和碱性环境下α-螺旋的含量都增高,但在酸性环境下芽孢不萌发,在碱性环境下萌发,因此可推测碱性环境主要通过调节N活性来影响该种芽孢萌发,C项错误;由题意可知,酸碱环境调节芽孢萌发过程中M、N活性均受到pH影响,D项正确。
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11.(2024·江西南昌二模)在一个固定温度下,反应体系中不同能量底物分子的数量呈正态分布,其分布规律如图中钟形实线所示。分子能量达到活化能的底物分子可以发生反应。下列相关叙述,错误的是(　　)
A.若反应体系原本没有酶,加入酶之后的活化能可以用①表示
B.若反应体系原本没有酶,加热之后不同能量底物分子的数量分布可以用③表示
C.若反应体系原本有酶,加入酶的抑制剂后,活化能可以用②表示
D.若反应体系原本有酶且处于最适温度,加热之后的活化能可以用①表示
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解析 酶的作用机理是能够降低化学反应的活化能,若反应体系原本没有酶,加入酶之后活化能下降,可以用①表示,A项正确;加热可提高底物分子能量,故若反应体系原本没有酶,加热之后不同能量底物分子的数量分布可以用③表示,B项正确;酶可以降低化学反应的活化能,加入酶的抑制剂后,活化能上升,可用②表示,C项正确;若反应体系原本有酶且处于最适温度,加热后,虽然底物的分子能量上升,但加热后会使酶的活性下降,活化能上升,D项错误。
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12.(2025·湖南邵阳模拟)鱼被宰杀后鱼肉中的腺苷三磷酸降解生成肌苷酸,能极大地提升鱼肉鲜味。肌苷酸在酸性磷酸酶(ACP)的作用下降解又导致鱼肉鲜味下降。在探究鱼类鲜味下降外因的系列实验中,实验结果如下图所示。下列有关叙述正确的是(　　)
图a　pH对ACP活性的影响
图b　温度对ACP活性的影响
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A.本实验的自变量只有pH和温度,因变量是酸性磷酸酶(ACP)的相对活性
B.不同鱼的ACP的最适温度和最适pH有差异,根本原因在于不同鱼体内的ACP结构不同
C.pH低于3.8、温度超过60 ℃,对鳝鱼肌肉酸性磷酸酶(ACP)活性影响的机理相同
D.由图可知,放置相同的时间, 鱼在pH6.0、温度40 ℃条件下,ACP活性最高,鱼肉鲜味程度最高
答案 C　
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解析 由曲线可知,本实验的自变量是pH、温度和鱼的种类,因变量是酸性磷酸酶(ACP)的相对活性,A项错误;ACP是一种酶,其本质是蛋白质,基因决定蛋白质的合成,不同鱼的ACP的最适温度和最适pH有差异,根本原因在于控制合成ACP的基因不同,B项错误;反应温度超过60 ℃与pH低于3.8,鳝鱼肌肉ACP都会因为空间结构的改变失去活性,对酶活性影响的机理是相同的,C项正确;由曲线可知,放置相同的时间, 鱼在pH 6.0、温度40 ℃条件下酸性磷酸酶相对活性最高,导致鱼肉鲜味下降最快,D项错误。
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13.(14分)(2024·河南三模)某实验小组研究了几种无机盐对纤维素酶和木聚糖酶酶活力的影响。将无机盐与酶样分别以1∶10和1∶2的比例均匀混合,配制成待测酶液,酶活力测定结果如下表所示。已知不添加无机盐时,纤维素酶活力为1 000 IU/g,木聚糖酶活力为5 000 IU/g。回答下列问题。
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添加无机盐 纤维素酶活力 木聚糖酶活力 1∶10 1∶2 1∶10 1∶2
NaCl 1 005 1 005 5 241 5 318
KI 1 001 1 001 5 012 5 018
CuCl2·2H2O 957 902 1 937 1 798
MgCl2·6H2O 1 000 1 048 4 496 4 248
ZnSO4·7H2O 1 052 1 084 4 480 4 261
MnCl2·4H2O 1 225 1 435 4 546 4 359
KH2PO4 996 1 036 5 313 5 336
CaCl2 1 001 1 069 5 202 5 381
FeCl3 1 007 1 160 4 407 4 211
添加不同比例无机盐后对纤维素酶、木聚糖酶活力的影响
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(1)酶活力也称酶活性,酶活性的大小可以用
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　　　　　　　　来表示。
(2)由表中数据可看出,随着无机盐添加比例的增加,对纤维素酶、木聚糖酶酶活力促进作用最明显的无机盐分别是　　　　　　　　　;有同学提出相同的无机盐对不同酶的作用效果不同,其依据可能是
　 　　　　　 　 　　　　　。
(3)实验中CuCl2·2H2O对木聚糖酶活力具有显著的抑制作用,原因可能是　　　　 　　　　　　　　　　,从而造成了木聚糖酶活性降低。
在一定条件下,酶催化某一化学反应的速率(单位时间内底物消耗量或产物生成量)
ZnSO4·7H2O、MnCl2·4H2O、MgCl2·6H2O、FeCl3对纤维素酶活力起促进作用,但对木聚糖酶活力起抑制作用
MnCl2·4H2O、CaCl2　
CuCl2破坏了木聚糖酶的空间结构
(4)在添加无机盐MnCl2·4H2O的条件下,进一步探究纤维素含量对酶促反应速率的影响,以羧甲基纤维素钠溶液作为反应底物,请设计实验思路及预期结果。
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实验思路:
　　　　　 　　　　　　;
预期实验结果:请根据预期实验结果绘制大致的曲线图。
配制不同浓度的羧甲基纤维素钠溶液,取以1∶2的比例添加无机盐MnCl2·4H2O制备的纤维素酶溶液,分别加到不同浓度的羧甲基纤维素钠溶液中,测定并比较各组底物消耗速率或产物生成速率(意思表达清楚即可)　
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解析 (1)酶活力也称酶活性,酶活性的大小可以用在一定条件下,酶催化某一化学反应的速率(单位时间内底物消耗量或产物生成量)来表示。
(2)由表中数据可看出,随着无机盐添加比例的增加,对纤维素酶、木聚糖酶酶活力促进作用最明显的无机盐分别是MnCl2·4H2O、CaCl2;有同学提出相同的无机盐对不同酶的作用效果不同,其依据可能是ZnSO4·7H2O、MnCl2·4H2O、MgCl2·6H2O、FeCl3对纤维素酶活力起促进作用,但对木聚糖酶活力起抑制作用。
(3)实验中CuCl2·2H2O对木聚糖酶活力具有显著的抑制作用,原因可能是CuCl2破坏了木聚糖酶的空间结构,从而造成了木聚糖酶活性降低。
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(4)在添加无机盐MnCl2·4H2O的条件下,进一步探究纤维素含量对酶促反应速率的影响,实验自变量是纤维素含量,因变量是反应速率,以羧甲基纤维素钠溶液作为反应底物,实验思路为配制不同浓度的羧甲基纤维素钠溶液,取以1∶2的比例添加无机盐MnCl2·4H2O制备的纤维素酶溶液,分别加到不同浓度的羧甲基纤维素钠溶液中,测定并比较各组底物消耗速率或产物生成速率。根据预期实验结果绘制大致的曲线图见答案。
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14.(13分)(2024·吉林模拟)土豆褐变会导致其风味和品质下降。在有氧条件下,土豆中多酚氧化酶(PPO)催化邻苯二酚氧化形成醌,醌再进一步氧化聚合形成褐色色素(称为黑色素或类黑精),进而导致土豆褐变。在红茶制作过程中PPO也可高效催化儿茶素类物质合成茶黄素,从土豆中分离提纯PPO可为工业化制备高产量茶黄素提供一定的酶原料。研究人员对PPO的特性及活性影响因素进行了探究。回答下列问题。
(1)研究人员将PPO分别滴入含不同底物的三支试管中,如下表所示。该实验的目的是探究PPO的　　　　性,推测　　　　　号试管不变色。
试管号 PPO酶液 邻苯二酚 间苯二酚 对苯二酚 37 ℃保温10 min,观察颜色变化
1 15滴 15滴 - -
2 15滴 - 15滴 -
3 15滴 - - 15滴
专一
2号和3
(2)研究人员探究了不同种土豆中PPO活力(也称酶活性)与温度的关系,结果如图所示。
①该实验的自变量是　　　　　　　　;对从五种土豆中提取的PPO进行保存时,温度和pH应分别设置为　　　 　　 　　。
②防止大白花土豆褐变与利用其PPO制备茶黄
素过程中所需的最适温度是否相同,并说明理由。
　　　 　　 　　　　　 　　。
若进一步探究大牛角土豆PPO的最适温度,可在温度为　　　　 ℃范围内设置更小温度梯度进行重复实验。
土豆的种类和温度
较低的温度和最适pH　
不相同,因为防止土豆褐变需要抑制酶的活性,而制备茶黄素需要促进酶的活性　
30~40
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解析 (1)由题意“在有氧条件下,土豆中多酚氧化酶(PPO)催化邻苯二酚氧化形成醌,醌再进一步氧化聚合形成褐色色素(称为黑色素或类黑精),进而导致土豆褐变”可知,PPO催化邻苯二酚氧化形成醌,而不能催化间苯二酚、对苯二酚氧化形成醌,因此该实验的目的是探究PPO的专一性,试管2和3都不变色。
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(2)①该实验的目的是探究不同种土豆中PPO活力(也称酶活性)与温度的关系,因此该实验的自变量为不同种类的土豆和温度;对从五种土豆中提取的PPO进行保存时,应设置较低的温度和最适pH,以抑制酶的活性,防止酶失活。
②防止大白花土豆褐变与利用其制备茶黄素过程中所需的最适温度不相同,因为防止土豆褐变需要抑制酶的活性,而制备茶黄素需要促进酶的活性。由图可以看出,大牛角土豆PPO活力在30~40 ℃范围内较高,若进一步探究大牛角土豆PPO的最适温度,就需要在30~40 ℃范围内设置更小温度梯度进行重复实验。
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