Question

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

（1）人類病原微生物耐藥性的提高，嚴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定FtsZ蛋白在體外的聚集程度。當加入__________時，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。實驗選取BSA作為對照，原因是_________________________。

圖1

（3）下面兩組實驗研究溫度對FtsZ酶活性的影響。

實驗一：將FtsZ蛋白分別置于25℃、30℃、37℃、45℃、50℃、55℃，同時加入等量GTP混勻反應30min，測定酶的活性，結果見圖2。

實驗二：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30min，測定酶的活性，結果見圖3。

①37℃不一定是FtsZ酶的最適溫度，請你設計實驗確定其最適溫度，實驗思路是__________________。

②實驗一、實驗二處理的區(qū)別是__________________________________________。

③實驗二的目的是____________________________________。

④當溫度高于45℃時，酶的活性迅速喪失，原因是__________________________。

Answer 1

【答案】 結構穩(wěn)定 GTP 催化 不會在GTP的誘導下發(fā)生聚合反應 在30~45℃溫度范圍設置溫度梯度；重復實驗一；酶活性最高時對應的溫度是最適溫度 實驗一是先混勻再在不同溫度下反應；實驗二是先保溫再加GTP 測定酶具有催化活性的溫度范圍 溫度過高使蛋白質的空間結構遭到破壞，導致酶失活

【解析】試題分析：本題以圖文結合的形式考查了酶的特性、影響酶活性的因素以及有關酶的實驗設計的相關問題。意在考查學生的讀圖、析圖能力及應用所學知識點解決問題的能力。需要學生掌握以下知識點：1、酶的特性 (1)高效性：酶的催化效率是無機催化劑的107~ 1013倍，這說明酶具有高效性的特點。 (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反應，這說明酶的催化作用具有專一性的特點，酶的專一性的解釋常用“鎖和鑰匙學說”。 (3)溫和性：高溫能使蛋白質空間結構被破壞而永久失活。但低溫不破壞酶的空間結構，升高溫度其活性可以恢復。除此之外，還需要學生掌握實驗設計的基本原則（對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）是細菌中一種含量豐富且結構穩(wěn)定的蛋白質”可知， FtsZ結構穩(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不會在GTP的誘導下發(fā)生聚合反應，因此選取BSA作為對照。

（3）①據(jù)圖2可知，37℃時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，因此設計FtsZ酶的最適溫度的實驗思路是：在30~45℃溫度范圍設置溫度梯度；重復實驗一；酶活性最高時對應的溫度是最適溫度。

②據(jù)實驗一及實驗二的內容可知，實驗一、實驗二處理的區(qū)別是實驗一是先混勻再在不同溫度下反應；實驗二是先保溫再加GTP。

③實驗二的目的是測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，高溫會破壞酶的空間結構導致酶失去活性，因此當溫度高于45℃時，酶的活性迅速喪失。