Question

【题目】丝状温度敏感蛋白（FtsZ）是细菌中一种含量丰富且结构稳定的蛋白质，几乎存在于包括结核杆菌的所有病原细菌中。FtsZ也是一种 GTP 酶，有一个GTP（三磷酸鸟苷）的结合位点，在GTP存在的条件下，可以在分裂细菌中间部位聚集成Z环，Z环不断收缩，引导细菌的细胞分裂。寻找靶向FtsZ的抑制剂，可有效抑制细菌的细胞分裂。为建立靶向FtsZ的新型抗菌药筛选模型，科研人员对大肠杆菌表达的FtsZ蛋白进行了相关研究。

（1）人类病原微生物耐药性的提高，严重影响传染性疾病治疗的成功几率。FtsZ抑制剂与以往的抗菌药相比不易形成耐药性，原因是FtsZ蛋白_________________________。

（2）下图1表示利用荧光散射法测定FtsZ蛋白在体外的聚集程度。当加入__________时，FtsZ蛋白迅速聚集，由此可见，FtsZ在体外依然具备____________功能。实验选取BSA作为对照，原因是_________________________。

图1

（3）下面两组实验研究温度对FtsZ酶活性的影响。

实验一：将FtsZ蛋白分别置于25℃、30℃、37℃、45℃、50℃、55℃，同时加入等量GTP混匀反应30min，测定酶的活性，结果见图2。

实验二：将FtsZ蛋白分别置于25℃、30℃、37℃、45℃、50℃、55℃保温2h，然后加入等量GTP混匀，置于37℃反应30min，测定酶的活性，结果见图3。

①37℃不一定是FtsZ酶的最适温度，请你设计实验确定其最适温度，实验思路是__________________。

②实验一、实验二处理的区别是__________________________________________。

③实验二的目的是____________________________________。

④当温度高于45℃时，酶的活性迅速丧失，原因是__________________________。

Answer 1

【答案】 结构稳定 GTP 催化 不会在GTP的诱导下发生聚合反应 在30~45℃温度范围设置温度梯度；重复实验一；酶活性最高时对应的温度是最适温度 实验一是先混匀再在不同温度下反应；实验二是先保温再加GTP 测定酶具有催化活性的温度范围 温度过高使蛋白质的空间结构遭到破坏，导致酶失活

【解析】试题分析：本题以图文结合的形式考查了酶的特性、影响酶活性的因素以及有关酶的实验设计的相关问题。意在考查学生的读图、析图能力及应用所学知识点解决问题的能力。需要学生掌握以下知识点：1、酶的特性 (1)高效性：酶的催化效率是无机催化剂的107~ 1013倍，这说明酶具有高效性的特点。 (2)专一性：每一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应，这说明酶的催化作用具有专一性的特点，酶的专一性的解释常用“锁和钥匙学说”。 (3)温和性：高温能使蛋白质空间结构被破坏而永久失活。但低温不破坏酶的空间结构，升高温度其活性可以恢复。除此之外，还需要学生掌握实验设计的基本原则（对照原则与单一变量原则）。据此答题。

（1）据题意“丝状温度敏感蛋白（FtsZ）是细菌中一种含量丰富且结构稳定的蛋白质”可知， FtsZ结构稳定，因此FtsZ抑制剂与以往的抗菌药相比不易形成耐药性。

（2）据图可知，在4分钟后加入了GTP，FtsZ蛋白迅速聚集，说明FtsZ在体外依然具备催化功能。据图可知，加入GTP后，BSA聚集程度与加入前相比，都是50左右，说明BSA不会在GTP的诱导下发生聚合反应，因此选取BSA作为对照。

（3）①据图2可知，37℃时FtsZ酶活性最高，但此温度不一定是FtsZ酶的最适温度，其最适温度在37℃左右，因此设计FtsZ酶的最适温度的实验思路是：在30~45℃温度范围设置温度梯度；重复实验一；酶活性最高时对应的温度是最适温度。

②据实验一及实验二的内容可知，实验一、实验二处理的区别是实验一是先混匀再在不同温度下反应；实验二是先保温再加GTP。

③实验二的目的是测定酶具有催化活性的温度范围。

④酶的活性受到温度的影响，高温会破坏酶的空间结构导致酶失去活性，因此当温度高于45℃时，酶的活性迅速丧失。