Question

【題目】絲狀溫度敏感蛋白（FtsZ）是細(xì)菌中一種含量豐富且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的蛋白質(zhì)，幾乎存在于包括結(jié)核桿菌的所有病原細(xì)菌中。FtsZ也是一種 GTP 酶，有一個(gè)GTP（三磷酸鳥苷）的結(jié)合位點(diǎn)，在GTP存在的條件下，可以在分裂細(xì)菌中間部位聚集成Z環(huán)，Z環(huán)不斷收縮，引導(dǎo)細(xì)菌的細(xì)胞分裂。尋找靶向FtsZ的抑制劑，可有效抑制細(xì)菌的細(xì)胞分裂。為建立靶向FtsZ的新型抗菌藥篩選模型，科研人員對(duì)大腸桿菌表達(dá)的FtsZ蛋白進(jìn)行了相關(guān)研究。

（1）人類病原微生物耐藥性的提高，嚴(yán)重影響傳染性疾病治療的成功幾率。FtsZ抑制劑與以往的抗菌藥相比不易形成耐藥性，原因是FtsZ蛋白_________________________。

（2）下圖1表示利用熒光散射法測(cè)定FtsZ蛋白在體外的聚集程度。當(dāng)加入__________時(shí)，F(xiàn)tsZ蛋白迅速聚集，由此可見，F(xiàn)tsZ在體外依然具備____________功能。實(shí)驗(yàn)選取BSA作為對(duì)照，原因是_________________________。

圖1

（3）下面兩組實(shí)驗(yàn)研究溫度對(duì)FtsZ酶活性的影響。

實(shí)驗(yàn)一：將FtsZ蛋白分別置于25℃、30℃、37℃、45℃、50℃、55℃，同時(shí)加入等量GTP混勻反應(yīng)30min，測(cè)定酶的活性，結(jié)果見圖2。

實(shí)驗(yàn)二：將FtsZ蛋白分別置于25℃、30℃、37℃、45℃、50℃、55℃保溫2h，然后加入等量GTP混勻，置于37℃反應(yīng)30min，測(cè)定酶的活性，結(jié)果見圖3。

①37℃不一定是FtsZ酶的最適溫度，請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定其最適溫度，實(shí)驗(yàn)思路是__________________。

②實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)二處理的區(qū)別是__________________________________________。

③實(shí)驗(yàn)二的目的是____________________________________。

④當(dāng)溫度高于45℃時(shí)，酶的活性迅速喪失，原因是__________________________。

Answer 1

【答案】 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 GTP 催化 不會(huì)在GTP的誘導(dǎo)下發(fā)生聚合反應(yīng) 在30~45℃溫度范圍設(shè)置溫度梯度；重復(fù)實(shí)驗(yàn)一；酶活性最高時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度是最適溫度 實(shí)驗(yàn)一是先混勻再在不同溫度下反應(yīng)；實(shí)驗(yàn)二是先保溫再加GTP 測(cè)定酶具有催化活性的溫度范圍 溫度過高使蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致酶失活

【解析】試題分析：本題以圖文結(jié)合的形式考查了酶的特性、影響酶活性的因素以及有關(guān)酶的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的相關(guān)問題。意在考查學(xué)生的讀圖、析圖能力及應(yīng)用所學(xué)知識(shí)點(diǎn)解決問題的能力。需要學(xué)生掌握以下知識(shí)點(diǎn)：1、酶的特性 (1)高效性：酶的催化效率是無機(jī)催化劑的107~ 1013倍，這說明酶具有高效性的特點(diǎn)。 (2)專一性：每一種酶只能催化一種化合物或一類化合物的化學(xué)反應(yīng)，這說明酶的催化作用具有專一性的特點(diǎn)，酶的專一性的解釋常用“鎖和鑰匙學(xué)說”。 (3)溫和性：高溫能使蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)被破壞而永久失活。但低溫不破壞酶的空間結(jié)構(gòu)，升高溫度其活性可以恢復(fù)。除此之外，還需要學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則（對(duì)照原則與單一變量原則）。據(jù)此答題。

（1）據(jù)題意“絲狀溫度敏感蛋白（FtsZ）是細(xì)菌中一種含量豐富且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的蛋白質(zhì)”可知， FtsZ結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此FtsZ抑制劑與以往的抗菌藥相比不易形成耐藥性。

（2）據(jù)圖可知，在4分鐘后加入了GTP，F(xiàn)tsZ蛋白迅速聚集，說明FtsZ在體外依然具備催化功能。據(jù)圖可知，加入GTP后，BSA聚集程度與加入前相比，都是50左右，說明BSA不會(huì)在GTP的誘導(dǎo)下發(fā)生聚合反應(yīng)，因此選取BSA作為對(duì)照。

（3）①據(jù)圖2可知，37℃時(shí)FtsZ酶活性最高，但此溫度不一定是FtsZ酶的最適溫度，其最適溫度在37℃左右，因此設(shè)計(jì)FtsZ酶的最適溫度的實(shí)驗(yàn)思路是：在30~45℃溫度范圍設(shè)置溫度梯度；重復(fù)實(shí)驗(yàn)一；酶活性最高時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度是最適溫度。

②據(jù)實(shí)驗(yàn)一及實(shí)驗(yàn)二的內(nèi)容可知，實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)二處理的區(qū)別是實(shí)驗(yàn)一是先混勻再在不同溫度下反應(yīng)；實(shí)驗(yàn)二是先保溫再加GTP。

③實(shí)驗(yàn)二的目的是測(cè)定酶具有催化活性的溫度范圍。

④酶的活性受到溫度的影響，高溫會(huì)破壞酶的空間結(jié)構(gòu)導(dǎo)致酶失去活性，因此當(dāng)溫度高于45℃時(shí)，酶的活性迅速喪失。