英国A-level考试如何考“酶专题”

王 荐

(江苏省无锡市第一女子中学 214002)

英国A-level全称是“普通教育高级证书”(General Certificate of Education Advanced Level )，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。笔者收集并解析了最近几年A-level试卷与酶有关的试题。

例1．下图显示了温度对酶控制反应的影响。

(A)解释曲线AB段与CD段的不同含义。

(B)解释为什么哺乳动物的体温大多正好在它们体内酶的最佳温度范围之内？

参考答案： (A)在AB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。

解析：本题考察学生对温度与酶活性关系的理解，要求学生能用此原理来解释自然界中的现象。要求学生能从分子结构变化来解释温度对酶活性的影响，教学难度比我国要高。

例2.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3个不同温度进行水浴。

(A)①解释为什么在最初5min内在60℃下产生的产物要多于25℃和37℃下的产物？②请解释为什么60℃温度下的整体产物要少于37℃？

(B)解释为什么37℃温度下的产物数量在20 min后趋于平缓？

(C)解释为什么25℃的曲线在60 min后没有趋于平缓？

参考答案：(A)①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。②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60min以后还有底物保留；还没有达到产物最大产量。

解析：本题检测考生对酶反应特点的理解以及读图能力。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。

例3．(A)下图是物质浓度和抑制剂的部分曲线，请说出3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。

①哪一条线代表竞争性抑制剂？②解释你回答的理由。③解释竞争性抑制剂如何作用。

参考答案：(A)温度，pH和酶的浓度；(B)①A；②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)；③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。

解析：本题考查内容涉及酶抑制剂，与酶在人们生活中应用的广泛和重要性相匹配的。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。因此，非竞争性抑制剂存在时，增加底物浓度是无效的，所以图中A是竞争性抑制剂，而B是非竞争性抑制剂。

例4．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。通过此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。3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。

凝胶珠直径(mm)246产物平均浓度988470

(A)①在此过程中应使用何种凝胶珠？对你的回答做出解释；② 3种凝胶珠结果不同，请解释两个原因；③如果牛奶流速下降，预期的结果是什么？解释你的回答；④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。

参考答案：(A)①2 mm，因为它提供了最高比例的产物；②小的凝胶珠提供了更大的表面积(小的凝胶珠靠得更紧)，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；③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；④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。

解析：本题结合生产实际，命题体现了STSE的教学理念。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。

例5．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)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。①解释生物传感器的含义；②描述酶的作用；③描述生物传感器如何能用来测量血糖。

参考答案：(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) ①通过将化学能折算成电能，来测量一种代谢产物；②酶和底物(葡萄糖)结合；在活性部位；改变了产物的形状；③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。

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。

例6．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。

参考答案：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。

解析：这是一道开放的论述题，考查学生的表达能力。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。不同的是，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。