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    英国A-level考试如何考“酶专题”
    发布时间:2016-12-22 浏览量:1183
    无锡市第一女子中学 214002  王荐
      英国A-level(General Certificate of Education Advanced Level )课程,它是英国的普通中等教育证书考试高级水平课程,是英国的全民课程体系,也是英国学生的大学入学考试课程,相当于我国的高考。笔者留英一年,收集了最近几年A-level试卷并做解析,希望他山之石可以攻玉。本文是与酶有关的试题。
    1下图显示了温度对酶控制的反应的影响:
    (A) 解释曲线A B段和CD段的不同(4)
    (B) 解释为什么哺乳动物的体温大多都正好在它们体内酶的最佳温度之下(2)
    【解析】:英国的A-level考试比较注重考察学生对相关知识的理解和表述。在考试中除了有我们常见的选择题外,文字说明题这种在我们看来比较“老套”的题型也常常出现。本题考察学生温度对酶的影响的内在原因,并能用此原理来解释自然界中的现象。从答案得分点要求看,英国A-level教学难度比我国要高,要求学生能从分子结构变化来解释温度对酶活性的影响。从A-level课本来看,酶专题中的温度系数(每提高温度10℃所增加的反应速度)、酶与底物的“锁与钥匙关系”学说和“诱导契合”假说都有介绍。
    【答案】(A)在A B段,活化能在增加;酶和底物分子碰撞更频繁/更多的酶-底物复合体形成。在CD段,蛋白质的三级结构受到影响;氢键由于外力碰撞而破坏,活性部位形状被破坏。这就是变性。
    (B)防止酶的变性/防止活性部位的破坏;有些蛋白质需要更新。
     
    2 一个学生调查过氧化氢酶的反应。过氧化氢酶能破坏氢键,催化过氧化氢分解为氧气和水。学生用量筒收集了释放的氧气。气体总量每20秒记录一次,左下图Y代表气体量。
    (A)反应速率可用下列公式计算:
    反应速率=收集氧气量/收集时间
    请用此公式计算最初30秒反应速率(单位:cm3/min)
    (B)最初速率是反应一开始的速率,也是最大速率。可参见图中X曲线。最初速率是19 cm3/min。请解释为什么最初速率要比上题中计算的速率大?
    (C) 右上图显示了温度对一种活跃的淀粉酶的影响,这种酶发现于一种生活在火山地区温泉中的细菌体内。
     (ⅰ)使用该图,描述并解释温度对酶的活性的影响。
    (ⅱ)说明细菌体内的淀粉酶和人类体内淀粉酶的不同。
    【解析】此题考查学生的识记能力、读图能力和综合分析问题的能力。题目给出了计算公式,但是数据要学生从图中获取,比较符合科学研究实情,考察了学生获取信息的能力。底物浓度的改变,对酶反应速度的影响比较复杂,当底物浓度从零逐渐增高时,反应速度与底物浓度关系呈正比关系,随着底物浓度的增加,反应速度不再按正比升高,如果再继续加大底物浓度,反应曲线趋向一个极限,此时底物浓度还可以不断加大,但反应速度却不再上升,说明酶已被底物所饱和。温血动物体内酶的最适温度一般为35℃至40℃之间,植物酶最适温度在40℃至50℃之间,大部分酶在60℃以上变性,少数酶能耐受较高的温度,如细菌淀粉酶最适温度为93℃,用于基因工程的热稳定DNA聚合酶最适温度可以达95℃。
    【答案】:
    (A)反应速率=5.8/0.5=11.6cm3/min
    (B)因为有最大(高)浓度的底物;所有的活性部位都结合了
    (C)(ⅰ)速率从20℃到100℃是增加的,从100℃到130℃是降低的;因为增加了活化能;分子运动得更快;导致更多的成功碰撞(更多的酶-底物复合体形成);在最佳温度下增加了碰撞;引起氢键断裂;结果是活性部位形状改变。
    (ⅱ)酶有不同的最佳温度/人类淀粉酶最佳温度是37℃,而那种细菌的最佳温度是100℃,人类淀粉酶在低温下会变性。
     
    3.下图显示了产物形成的数量,条件是浓度固定的酶加入浓度固定的底物,然后放入三个不同温度进行水浴。
    (A)(ⅰ)解释为什么在最初5分钟内在60℃下产生的产物要多于25℃和37℃下的产物?
     (ⅱ) 请解释为什么60℃温度下的整体产物要少于37℃?
    (B)请解释为什么37℃温度下的产物数量在20分钟后趋于平缓了?
    (C)请解释为什么25℃的曲线在60分后没有趋于平缓?
    【解析】:温度对酶促反应速度的影响有两个方面:一方面是当温度升高时,反应速度也加快。其原因是分子随温度升高碰撞几率升高,反应加快;另一方面,随着温度升高酶也会逐渐变性,其原因是有活性的酶减少而降低了酶的反应速度。酶的最适温度就是两种过程的平衡结果。在低于最适温度时,以前一种效应为主;反之,则以后一种效应为主。酶的最适温度也与反应时间有关,当酶反应时间延长时,最适温度会向温度低的方向移动,所以酶的最适温度是在规定了反应时间后的物理常数。
    【答案】:(A)(ⅰ)在较高温度(60℃),酶或底物有更多的活化能;因此有更多的酶-底物复合体形成;结果产生了更多的产物
    (ⅱ)在60℃,酶的反应更快;但会引起酶的变性;并非所有底物都有反应机会。
    (B)所有底物都转换成了产物
    (C)温度低,活化能就少;酶-底物复合体形成的就少;在60分以后还有底物保留;还没有达到产物最大产量
     
    4、(A)下图是物质浓度和抑制剂的部分曲线,请说出三个影响酶控制反应的因素。
    (B)下图显示了在有竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂存在时,酶催化反应速率与物质浓度的变化关系。
    (ⅰ)那一条线代表竞争性抑制剂?
    (ⅱ)解释你回答的理由。
    (ⅲ)解释竞争性抑制剂如何作用。
    【解析】:影响酶促反应的因素很多,温度、PH、酶的浓度、激活剂和抑制剂都会对酶促反应有影响。抑制剂分为不可逆抑制剂和可逆抑制剂两类,前者与酶中的基团结合,使酶失活。可逆抑制剂又可以分为竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂两大类。竞争性抑制剂具有与底物相类似的结构,与酶形成可逆的复合物,使酶反应速度下降,因为没有酶-底物复合体形成;所以没有产物释放。这种竞争性抑制剂可以通过增加底物浓度来解除抑制。非竞争性抑制剂与酶活性中心以外的基团结合,其结构与底物没有关联。酶可以同时与底物和非竞争性抑制剂结合,但是结合后复合物不能进一步分解为产物,导致酶活性降低。所以非竞争性抑制剂存在时,增加底物浓度是无效的,所以上图中A是竞争性抑制剂,而B是非竞争性抑制剂。
    【答案】:(A)温度,PH和酶的浓度
    (B)(ⅰ)A
    (ⅱ)增加底物浓度会减少抑制剂的作用(使得反应速率在最后达到最大)
    (ⅲ)抑制剂有着和底物相同的形状并和活性部位结合;防止了底物和酶的结合;没有酶-底物复合体形成;没有产物释放
     
    5、使牛奶流经一个固定化乳糖酶圆柱,可以清除牛奶里的乳糖。可以通过实验来确定在此过程中使用的海藻酸钠凝胶珠的最佳大小。三种不同大小的凝胶珠被放在圆柱中。相同体积的牛奶以相同的速度流经每个圆柱。每个实验的产物的百分比被确定。多次重复实验,得到下表。
    (A)(ⅰ)在此过程中应使用何种凝胶珠?对你的回答做出解释。
         (ⅱ) 三种凝胶珠结果不同,请解释两个原因。
          (ⅲ) 如果牛奶流速下降,预期的结果是什么?解释你的回答。
          (ⅳ) 在此实验中,还有什么因素要保持不变?
    (B)乳糖被分解为哪两种单糖?
    (C)在工业生产过程中使用固定化酶有何优点?请说出两点。
    【解析】:本题考查学生固定化酶相关知识,意在考查学生识记所学知识点,并能运用所学知识做出合理的解释或得出正确的结论的能力、对实验的解读能力。固定化酶技术是将酶固定在一种颗粒状的载体上,反应溶液自由通过,实现了酶可以反复利用,产物纯度高的目标。凝胶珠大小对反应的影响类似于细胞大小与反应速度关系的原理。
    【答案】:(ⅰ)2mm,因为它提供了最高比例的产物
    (ⅱ)小的凝胶珠提供了更大的表面积(小的凝胶珠靠的更紧),所以能容纳更多酶和底物/给酶和底物的彼此接触提供更多的时间
    (ⅲ)随着流速的减慢,酶和底物复合体的形成就有了更多的时间,更多的产物就会产生
    (ⅳ)温度,牛奶种类
    (B)葡萄糖和半乳糖
    (C)可以容忍更广泛的条件,例如温度;产物不含酶(酶可以回收再使用);几种酶可以同时使用。
    6、人的尿液中有葡萄糖是糖尿病的症状。尿糖可以用一个有颜色的塑料带来检测,塑料带中有固定化的葡萄糖氧化酶。如果有葡萄糖,带子就会变色。
    (A)请解释为什么这种诊断方法不适合用来准确测量尿液中的葡萄糖浓度。
    (B)另一种测量葡萄糖的方法是使用生物传感器。下图显示了葡萄糖传感器中的酶电极。
    (ⅰ)解释生物传感器的含义
    (ⅱ)描述酶的作用。
    (ⅲ)描述生物传感器如何能用来测量血糖。
    【解析】:本题考查酶、生物传感器及功能相关知识,意在考查学生识记所学知识点,并能运用所学知识做出合理的判断或得出正确的结论的能力。塑料带中固定的葡萄糖氧化酶只能定性测量葡萄糖的有无,无法测量浓度。生物传感器的构成一般包括两部分:生物敏感膜和换能器,被分析物扩散进入固定化生物敏感膜层,经分子识别,发生生物学反应,产生的信息继而被相应的化学换能器或物理换能器转变成可定量和可处理的电信号,再经检测放大器放大并输出,便可知道待测物浓度。生物传感器作为一项典型的多学科交叉生长点的高科技已经深入日常生活,它涉及到生命科学、物理、化学、信息科学等众多学科和技术,英国的生物学教育给予了高度关注,体现了STSE(科学技术社会环境)思想的落实。
    【答案】:(A)颜色变化仅仅表示是否有葡萄糖;这可能是对颜色的主观判断引起的(是定性的而非定量的)。
    (B) (ⅰ)通过将化学能折算成电能,来测量一种代谢产物。
    (ⅱ)酶和底物(葡萄糖)结合;在活性部位;改变了产物的形状。
    (ⅲ)血糖扩散进入凝胶;被葡萄糖氧化酶所催化;释放产物的总量与葡萄糖浓度成比例;电极被产物所激活;产生一个电信号;电信号的大小直接与产物的数量成比例。
     
    7、描述酶的结构和作用。解释它们的活性如何受到PH、温度和抑制剂影响的。
    【解析】:要求学生掌握生物学基本知识是各国基础科学教育的普遍要求,这也是学生创新能力培养的基石。离开了扎实的科学知识的掌握来培养所谓的能力,是无本之木、无源之水。英国A-level考试与我国高考一样,同样重视考查学生的基本知识与表达能力。与我国不同的是,他们保留了我们不在大型考试中使用的问答题的形式。我国高考以选择题和简答题为主,适应了人数众多的大型选拔性考试的需要,但学生的学科表达能力无法考查,这是值得反思的。英国人保守与坚守传统的特点在A-level考试中也可见一斑。
    【答案】:此短文需要答到以下15个要点中的10个。
    酶是生物催化剂,它们降低活化能;它们是球状蛋白质(三级结构);有一个活性部位;底物可以在活性部位和酶特异地结合在一起形成酶-底物复合体;酶将底物转化为产物,而酶被释放,本身也没有改变。
    酶最佳pH的范围非常狭窄;远离最佳条件的偏差会导致酶的变性;小幅度的pH改变会引起酶活性下降,但这是可逆的;反应速率随温度增加而增加,因为这增加了酶和底物碰撞的数量;酶在40℃以上会变性;大多数酶的最佳温度在40℃左右;在低温(0℃)情况下,酶是没有活性的。
    有两种抑制剂:竞争性和非竞争性的;竞争性抑制剂有一个和底物相似的形状,可以和酶的活性部位结合;非竞争性抑制剂在远离活性部位的地方和酶结合,并改变酶的形状,导致活性部位不再能和底物结合。
                                     参考文献
    [1] 沈同,王镜岩,赵邦悌. 生物化学(上册)[M].北京:高等教育出版社,1980
     
    作者联系电话:15335203306
    发表于《生物学教学》2016年6期
     
     
    项目资助:江苏省政府留学奖学金。作者:王荐(1965-),男,博士研究生学历,教授级中学高级教师,E-mail:wangjian-rod@163.com
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