資源簡介

高考生物一輪專題知識梳理
第7講　酶與ATP
課標解讀 核心素養
1.說明酶的本質及活性受環境因素的影響 2.解釋ATP在細胞代謝中的作用 3.活動:探究酶的高效性、專一性及影響酶活性的因素 生命觀念 通過描述ATP的結構與功能,形成結構與功能相適應的觀點
科學思維 借助分析影響酶活性因素的相關曲線,形成建構模型的科學思維方法
科學探究 通過影響酶活性因素的相關實驗,培養設計實驗、分析實驗結果并得出實驗結論的能力
社會責任 通過分析酶在生產、生活中的應用實例,讓學生關注科學、技術和社會發展
考點一　酶的作用、特性及影響因素
1.酶本質的探索歷程。
2.酶的作用和本質。
3.酶的作用機理分析(如下圖)。
(1)無催化劑催化的反應曲線是②。
(2)有酶催化的反應曲線是①。
(3)表示無酶催化時反應進行所需要的活化能是AC段。
(4)表示有酶催化時反應進行所需要的活化能是BC段。
(5)酶降低的活化能是AB段。
(6)若將酶催化改為無機催化劑催化該反應,則B點在縱軸上將向上移動。用加熱的方法不能降低反應所需活化能,但會提供能量。
提醒　①加熱不能降低化學反應的活化能,但是可以為反應提供能量。
②酶可以重復多次利用,不會立即被降解。
4.酶的特性。
提醒　①溫度、pH都能影響酶的空間結構,改變酶的活性,進而影響酶促反應速率。
②底物濃度和酶濃度是通過影響底物與酶的接觸面積,進而影響酶促反應速率的,并不影響酶活性。
正誤判斷
(1)酶的基本組成單位是氨基酸和脫氧核糖核苷酸。 (×)
(2)酶分子在催化化學反應完成后立即被降解成氨基酸。 (×)
(3)酶提供了反應過程所必需的活化能。 (×)
(4)酶不一定都在核糖體上合成,構成核糖體的化學物質和構成酶的化學物質本質上相同。 (√)
(5)酶是由活細胞產生的,因此酶只能在細胞內發揮作用。 (×)
(6)酶活性的發揮離不開其特定的結構。 (√)
(7)高溫和低溫均能破壞酶的結構使其失去活性。 (×)
(8)酶活性最高時的溫度適合酶的保存。 (×)
教材微點
1.(必修1 P84“圖5-2”)酶制劑適宜在低溫下保存的原因是:低溫下酶的活性低但酶的空間結構穩定,在適宜的溫度下酶的活性會升高。
2.(必修1 P84“相關信息”)已知胃蛋白酶的最適pH為1.5,小腸液的pH約為7.6,胃蛋白酶隨食糜進入小腸后還能發揮作用嗎 為什么
提示　不能。因為沒有了適宜的pH,胃蛋白酶活性大大下降甚至失活,不再發揮作用。
3.(必修1 P85“科學·技術·社會”)溶菌酶能夠溶解細菌的細胞壁,具有抗菌消炎的作用。在臨床上與抗生素混合使用,能增強抗生素的療效。
長句突破
1.(科學思維)酶具有高效性的原理是同無機催化劑相比,酶能顯著降低化學反應的活化能。
2.(科學探究)如果開始時三組底物濃度相同,在時間t2時,向60 ℃組反應體系中增加2倍量的底物,其他條件保持不變,那么在t3時,60 ℃組產物總量不變,原因是60 ℃條件下,t2時酶已失活,即使增加底物,反應產物總量也不會增加。
3.(科學探究)酶活性受多種因素的影響,如圖表示抑制酶活性的兩個模型,模型A中的抑制劑與底物競爭酶的活性位點,從而降低酶對底物的催化效應;模型B中的抑制劑與酶活性位點以外的其他位點結合,能改變酶的構型,使酶不能與底物結合,從而使酶失活。
　　
模型A　 　模型B
研究發現某氨基酸能降低酶G的活性。請設計實驗探究某氨基酸降低酶G活性的作用方式屬于模型A還是模型B,簡要寫出(1)實驗思路;(2)預期實驗結果及結論。
提示　(1)實驗思路:在酶G量一定且底物濃度合適并使酶活性充分發揮的反應體系中加入某氨基酸,同時不斷提高底物濃度,檢測酶促反應速率變化。
(2)預期結果、結論:若酶促反應速率能恢復,則說明某氨基酸降低酶活性的作用方式屬于模型A;若酶促反應速率不能恢復,則說明某氨基酸降低酶活性的作用方式屬于模型B。
1.酶的特性。
(1)高效性:與無機催化劑相比,酶降低化學反應活化能的作用更顯著,催化效率更高。
(2)專一性:每一種酶只能催化一種或一類化學反應。
①物理模型——“鎖和鑰匙學說”。
圖中A表示酶,B表示被A催化的底物,E、F表示B被分解后產生的物質,C、D表示不能被A催化的物質。
②曲線分析。
酶A只能催化底物A參與的反應,說明酶具有專一性。
(3)酶的作用條件“較溫和”。
①在最適宜的溫度和pH條件下,酶的活性最高,溫度和pH偏高或偏低,酶的活性都會明顯降低。
②過酸、過堿或溫度過高,會使酶的空間結構遭到破壞,使酶永久失活。
2.酶促反應速率的影響曲線分析。
(1)酶促反應產物濃度與反應時間的關系曲線。
(2)溫度和pH對酶促反應速率的影響。
據圖可知,不同pH條件下,酶最適溫度不變;不同溫度條件下,酶最適pH也不變,即反應溶液pH(溫度)的變化不影響酶作用的最適溫度(pH)。
(3)底物濃度和酶濃度對酶促反應速率的影響。
①底物濃度對酶促反應速率的影響。
②酶濃度對酶促反應速率的影響。
教材中具有“專一性”或“特異性”的物質歸納
角度一 結合酶的化學本質及作用,考查歸納與概括能力
1.下列關于生物體中酶的敘述,正確的是 (　　)
A.在細胞中,核外沒有參與DNA合成的酶
B.由活細胞產生的酶在生物體外沒有催化活性
C.從胃蛋白酶的提取液中沉淀該酶可用鹽析的方法
D.唾液淀粉酶催化反應最適溫度和保存溫度是37 ℃
解析　DNA的合成主要發生在細胞核中,此外在線粒體和葉綠體中也能合成,因此細胞核、線粒體和葉綠體中都有參與DNA合成的酶,A項錯誤;只要給予適宜的溫度、pH等條件,由活細胞產生的酶在生物體外也具有催化活性,B項錯誤;鹽析可使蛋白質在水溶液中的溶解度降低,但不影響蛋白質的活性,而胃蛋白酶的化學本質是蛋白質,因此從胃蛋白酶的提取液中沉淀該酶可用鹽析的方法,C項正確;唾液淀粉酶催化反應最適溫度是37 ℃,但是37 ℃不是保存該酶的最適溫度,酶應該在低溫條件下保存,D項錯誤。
答案　C
2.(2023·大連模擬)氨基酸本身的化學性質十分穩定,無催化活性。但當它與磷酸作用合成磷酰氨基酸時就變得極其活潑,具有了催化劑的功能。中科院院士、清華大學教授趙玉芬已經合成了幾十種具有催化功能的磷酰氨基酸,并將其稱為“微型酶”,為模擬酶的研究和合成開辟了一個嶄新的途徑和領域。下列有關敘述正確的是 (　　)
A.“微型酶”只含有C、H、O、N四種元素
B.“微型酶”的合成場所為核糖體
C.“微型酶”可與雙縮脲試劑反應呈紫色
D.“微型酶”能降低化學反應的活化能
解析　根據題干信息可知,氨基酸與磷酸作用合成磷酰氨基酸時就變得極其活潑,具有了催化劑的功能,所以“微型酶”還含有P元素,A項錯誤;“微型酶”的組成是氨基酸和磷酸,是在細胞外人工合成的,不是在細胞內進行的,B項錯誤;“微型酶”的本質是氨基酸的衍生物,不含有肽鍵,所以不會與雙縮脲試劑反應,C項錯誤;“微型酶”可以催化化學反應,所以可以降低化學反應的活化能,D項正確。
答案　D
酶在生活中的應用
(1)人發燒時不想吃東西,原因是體溫升高導致消化酶活性降低,食物在消化道中消化緩慢。
(2)唾液淀粉酶隨食物進入胃內就會失活,原因是唾液淀粉酶的最適pH為6.8,而胃液的pH為0.9~1.5。
(3)胰島素等蛋白質類或多肽類激素只能注射,不能口服,原因是口服會導致該類激素被蛋白酶和肽酶分解成氨基酸而失效。固醇類激素(如性激素)和氨基酸衍生物類激素(如甲狀腺激素)不會被消化酶分解,既可以注射,也可以口服。
角度二 借助影響酶促反應的因素,考查科學思維能力
3.圖甲、乙、丙分別表示酶濃度一定時,反應速率和反應物濃度、溫度、pH的關系。圖丁表示在最適溫度下酶促反應生成氨基酸的量與時間的關系。下列有關表述錯誤的是 (　　)
A.圖甲中,反應速率不再上升是因為受到酶濃度的限制
B.圖乙中,a點到b點的變化是由于酶的空間結構逐漸被破壞
C.圖丙可表示胃蛋白酶催化反應的反應速率變化曲線
D.如果適當降低溫度,則圖丁中的M值將保持不變
解析　圖甲表明,反應物濃度超過某一值后,反應速率不再隨反應物濃度的增大而增大,此時的限制因素是酶的濃度,A項正確;圖乙中,a點到b點的變化是由于酶的空間結構逐漸被破壞使酶的活性降低,B項正確;胃蛋白酶的最適pH約為1.5,與圖示中最適pH約為8.0不符,C項錯誤;圖丁是在最適溫度下測得的,溫度降低后酶的活性降低,底物完全反應所需要的時間延長,但最終生成氨基酸的總量不變,即M值不變,D項正確。
答案　C
4.(不定項)(2023·河西區模擬)除了溫度和pH對酶活性有影響外,一些抑制劑也會降低酶的催化效果。圖甲為酶作用機理及兩種抑制劑影響酶活性的機理示意圖,圖乙為相同酶溶液在無抑制劑、添加不同抑制劑的條件下,酶促反應速率隨底物濃度變化的曲線。下列說法不正確的是 (　　)
甲 乙
A.圖甲中非競爭性抑制劑降低酶活性的機理與低溫對酶活性抑制的機理不同
B.根據圖甲可推知,競爭性抑制劑與底物具有類似結構,從而與底物競爭酶的活性位點
C.圖乙中底物濃度相對值大于10時,限制曲線A酶促反應速率的主要因素是酶濃度
D.圖乙中曲線B和曲線C分別是在酶中添加了非競爭性抑制劑和競爭性抑制劑的結果
解析　非競爭性抑制劑與酶活性位點以外的其他位點結合,通過改變酶的結構使酶的活性受到抑制,低溫只是抑制酶的活性,在低溫下酶的空間結構沒有改變,A項正確;競爭性抑制劑和底物能夠爭奪酶的同一活性部位,說明競爭性抑制劑與底物可能具有類似結構,B項正確;底物濃度相對值大于15時,曲線A中的酶促反應速率不再隨著底物濃度的增加而增加,表明此時底物濃度不再是限制酶促反應速率的因素,此后限制曲線A酶促反應速率的主要因素是酶濃度,C項錯誤;由圖示分析可知,曲線B是表示加入競爭性抑制劑時酶促反應速率隨底物濃度變化的曲線,曲線C是表示加入非競爭性抑制劑時酶促反應速率隨底物濃度變化的曲線,D項錯誤。
答案　CD
“四看法”分析酶促反應曲線
考點二　探究酶的高效性、專一性和影響酶活性的條件
1.酶的高效性——比較過氧化氫在不同條件下的分解。
(1)實驗原理。
①2H2O22H2O+O2。
②比較H2O2在Fe3+、過氧化氫酶等不同條件下氣泡的產生速度或使點燃但無火焰的衛生香復燃的程度,了解過氧化氫酶的作用。
(2)實驗方案。
①
②變量分析。
2.酶的專一性——探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用。
(1)實驗原理:淀粉和蔗糖都是非還原糖。它們在酶的催化作用下都能水解成還原糖,還原糖能與斐林試劑在溫水浴條件下反應,生成磚紅色沉淀。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分別加入淀粉酶,再用斐林試劑在溫水浴條件下鑒定溶液中有無還原糖,就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化學反應。
(2)實驗步驟。
試管編號 1 2
注入可溶性淀粉溶液 2 mL -
注入蔗糖溶液 - 2 mL
注入新鮮的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
60 ℃水浴保溫5 min
新配制的斐林試劑 2 mL 2 mL
水浴加熱2 min
實驗現象 有磚紅色沉淀 沒有磚紅色沉淀
(3)實驗結果和結論:1號試管有磚紅色沉淀生成,說明產生了還原糖,淀粉被水解,2號試管不出現磚紅色沉淀,說明蔗糖沒有被水解。結論:酶具有專一性,淀粉酶只能催化淀粉水解,而不能催化蔗糖水解。
(4)上述實驗中不能(填“能”或“不能”)用碘液代替斐林試劑作為鑒定試劑,因為碘液只能檢測淀粉是否被水解,而蔗糖分子無論是否被水解都不會使碘液變色。
(5)該實驗的自變量是底物的種類;因變量是底物是否被淀粉酶水解。本實驗設計思路是探究同一種酶是否能催化不同底物水解。
3.影響酶活性的條件——探究溫度對酶活性的影響。
(1)實驗原理。
①反應原理。
②鑒定原理:溫度影響酶的活性,從而影響淀粉的水解,滴加碘液,根據是否出現藍色及藍色的深淺來判斷酶的活性。
(2)實驗步驟和結果。
取6支試管,分別編號為1與1'、2與2'、3與3',并分別進行以下操作。
試管編號 1 1' 2 2' 3 3'
實驗 步驟 一 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液
二 在冰水中水浴5 min 在60 ℃溫水中水浴5 min 在沸水中水浴5 min
三 1與1'試管內液體混合,搖勻 2與2'試管內液體混合,搖勻 3與3'試管內液體混合,搖勻
四 在冰水中水浴數分鐘 在60 ℃溫水中水浴數分鐘 在沸水中水浴數分鐘
五 取出試管,分別滴加2滴碘液,搖勻,觀察現象
實驗現象 呈藍色 無藍色出現 呈藍色
結論 酶發揮催化作用需要適宜的溫度條件,溫度過高或過低都會影響酶的活性
提醒　①探究溫度對酶活性的影響時,一定要讓反應物和酶在各自所需的溫度下保溫一段時間,再進行混合。
②選擇淀粉和淀粉酶來探究酶的最適溫度時,檢測試劑不可用斐林試劑代替碘液。因為斐林試劑需在水浴加熱條件下才會發生特定的顏色反應,而該實驗中需嚴格控制溫度。
③探究溫度對酶活性的影響時,不宜用H2O2作反應物,因為H2O2易分解,加熱條件下其分解會加快,氧氣的產生速率增加,并不能準確反映酶活性的變化。
4.影響酶活性的條件——探究pH對酶活性的影響。
(1)實驗原理。
①反應原理(用反應式表示)。
2H2O22H2O+O2。
②鑒定原理:pH影響酶的活性,從而影響O2的生成速率,可用帶火星的衛生香燃燒的情況來檢驗O2的生成速率。
(2)實驗步驟和結果。
序號 實驗操作內容 試管1 試管2 試管3
1 注入等量的過氧化氫酶溶液 2滴 2滴 2滴
2 注入等量的不同pH的溶液 1 mL蒸餾水 1 mL 5%的HCl 1 mL 5%的NaOH
3 注入等量的體積分數為3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL
4 觀察實驗現象 有大量氣泡產生 無明顯氣泡產生 無明顯氣泡產生
5 將帶火星的衛生香插入試管內(液面的上方) 燃燒劇烈 燃燒較弱 燃燒較弱
提醒　①探究pH對酶活性的影響時,必須先調pH,然后再將反應物與酶混合,否則反應物會在未調節好pH的情況下就在酶的作用下發生反應,影響實驗的準確性。另外,本實驗中也可將過氧化氫酶溶液和過氧化氫溶液分別調至同一pH再混合,以保證反應開始便達到預設pH。
②探究pH對酶活性的影響時,不能用斐林試劑作指示劑,因為鹽酸會和斐林試劑發生反應,使斐林試劑失去作用。
③探究pH對酶活性的影響時,不宜采用淀粉酶催化淀粉的反應,因為用作鑒定試劑的碘液會和NaOH發生化學反應,使碘與淀粉生成藍色絡合物的機會大大減少,而且在酸性條件下淀粉也會被水解,從而影響實驗的觀察效果。
角度一 通過對影響酶活性的因素的基礎實驗分析,考查實驗探究能力
1.(2021·浙江6月選考)下列關于酶的特性及其影響因素相關實驗的敘述,正確的是 (　　)
A.“酶的催化效率”實驗中,若以熟馬鈴薯塊莖代替生馬鈴薯塊莖,實驗結果相同
B.“探究pH對過氧化氫酶的影響”實驗中,分別加入不同pH的緩沖液后再加入底物
C.“探究酶的專一性”實驗中,設置1、2號試管的目的是檢驗酶液中是否混有還原糖
D.設計溫度對蛋白酶活性影響的實驗方案時,可選擇本尼迪特試劑檢測反應產物
解析　熟馬鈴薯塊莖的細胞已死亡,酶已失活,沒有催化效率,所以不能以熟馬鈴薯塊莖代替生馬鈴薯塊莖,A項錯誤;“探究pH對過氧化氫酶的影響”實驗中,先分別加入不同pH的緩沖液后再加入底物,B項正確;“探究酶的專一性”實驗中,設置1、2號試管的目的是檢驗淀粉和蔗糖中是否混有還原糖,C項錯誤;本尼迪特試劑檢測實驗結果需要熱水浴加熱,由于溫度是自變量,因此不能用本尼迪特試劑檢測實驗結果,D項錯誤。
答案　B
2.下列有關酶特性的實驗設計中,最科學、最嚴謹的一項是 (　　)
選項 實驗目的 主要實驗步驟
A 驗證酶催化具有高效性 實驗組:2 mL 3% H2O2溶液+1 mL過氧化氫酶溶液,保溫5 min; 對照組:2 mL 3% H2O2溶液+1 mL蒸餾水,保溫5 min
B 驗證酶催化具有專一性 實驗組:2 mL 3%可溶性淀粉溶液+1 mL新鮮唾液,保溫5 min,碘液檢驗; 對照組:2 mL 3%蔗糖溶液+1 mL新鮮唾液,保溫5 min,碘液檢驗
C 探究酶作用的適宜溫度 5 mL 3%可溶性淀粉溶液+2 mL新鮮唾液+碘液→每隔5 min將溶液溫度升高10 ℃,觀察溶液藍色變化
D 探究pH對酶活性的影響 向三支試管中依次加入2 mL 3%H2O2溶液、1 mL不同pH緩沖溶液和1 mL過氧化氫酶溶液,在適宜溫度下保溫5 min,觀察氣體產生速率
解析　與無機催化劑相比,酶的催化具有高效性,以過氧化氫為底物,分別添加過氧化氫酶和無機催化劑(如Fe3+)設置對照實驗,可驗證酶的高效性,而向底物中分別添加過氧化氫酶和蒸餾水的對照實驗,只可驗證酶具有催化作用,A項錯誤。蔗糖不能使碘液變藍,蔗糖的分解產物也不能使碘液變藍;淀粉與唾液中淀粉酶混合一段時間后加入碘液,若淀粉在淀粉酶的催化下完全分解,碘液也不會變藍,故不能選用碘液作為檢測試劑,驗證酶催化具有專一性,B項錯誤。探究酶作用的適宜溫度時,自變量為溫度,應分別將酶和底物在不同溫度下保溫一段時間,然后將相同溫度條件下的酶與底物混合,這樣混合過程不會導致溫度發生變化,C項錯誤。探究pH對酶活性的影響時,自變量為pH,應設置不同的pH環境,溫度為無關變量,應控制相同且適宜,D項正確。
答案　D
角度二 以酶的特性和影響因素為素材,考查實驗設計與評價能力
3.(2022·湖南卷)洗滌劑中的堿性蛋白酶受到其他成分的影響而改變構象,部分解折疊后可被正常堿性蛋白酶特異性識別并降解(自溶)失活。此外,加熱也能使堿性蛋白酶失活,如圖所示。下列敘述錯誤的是 (　　)
A.堿性蛋白酶在一定條件下可發生自溶失活
B.加熱導致堿性蛋白酶構象改變是不可逆的
C.添加酶穩定劑可提高加堿性蛋白酶洗滌劑的去污效果
D.添加堿性蛋白酶可降低洗滌劑使用量,減少環境污染
解析　由題“部分解折疊后可被正常堿性蛋白酶特異性識別并降解(自溶)失活”可知,堿性蛋白酶在一定條件下可發生自溶失活,A項正確;由圖可知,加熱導致堿性蛋白酶由天然狀態變為部分解折疊,部分解折疊的堿性蛋白酶降溫后可恢復到天然狀態,因此加熱導致堿性蛋白酶構象改變是可逆的,B項錯誤;堿性蛋白酶受到其他成分的影響而改變構象,而且加熱也能使堿性蛋白酶失活,會降低堿性蛋白酶洗滌劑的去污效果,添加酶穩定劑可提高加堿性蛋白酶洗滌劑的去污效果,C項正確;酶具有高效性,堿性蛋白酶能使蛋白質水解成多肽和氨基酸,具有很強的分解蛋白質的能力,可有效地清除汗漬、奶漬、醬油漬等污漬,添加堿性蛋白酶可降低洗滌劑使用量,減少環境污染,D項正確。
答案　B
4.為驗證pH對唾液淀粉酶活性的影響,某同學具體的實驗操作步驟如下:
①在1~5號試管中分別加入0.5%的唾液1 mL。
②分別向1~5號試管中加入0.5%的淀粉液2 mL。
③向各試管中加入相應的緩沖液3 mL,使各試管中的pH依次穩定在5.60、6.20、6.80、7.40、8.00。
④將1~5號試管均放入37 ℃溫水中恒溫水浴。
⑤反應過程中,每隔1 min從第3號試管中取出一滴反應液滴在比色板上,加1滴碘液顯色。待呈橙黃色時,立即取出5支試管,加碘液顯色并比色,記錄結果如表所示:
項目 1 2 3 4 5
pH 5.60 6.20 6.80 7.40 8.00
顏色 ++ + 橙黃色 + ++
注:“+”表示藍色程度。
(1)實驗設計中,因變量是　　　　　　　。實驗過程中選擇37 ℃恒溫的理由是　　　　　　　　。
(2)3號試管加碘液后出現橙黃色,說明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)如果反應速率過快,應當對唾液進行怎樣的處理 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)該同學的操作中有一處錯誤,請改正。　　　　　　　　。
(5)該實驗得出的結論是　　　　　　　　。
解析　(1)根據題意可知,因變量是唾液淀粉酶活性。溫度為無關變量,無關變量要保持相同且適宜,因此實驗過程中選擇37 ℃恒溫是為了排除溫度因素對結果的干擾,且37 ℃是唾液淀粉酶起催化作用的最適溫度。(2)由于淀粉遇碘液變藍,而3號試管加碘液后出現橙黃色,說明淀粉已被完全分解。(3)反應速率較快時,可對唾液加水稀釋,從而減慢反應速率。(4)該實驗應將步驟③移到②之前。(5)根據表中數據可知,實驗結論為唾液淀粉酶的活性受pH的影響,唾液淀粉酶的最適pH是6.80,高于或低于此值,酶活性都會降低。
答案　(1)唾液淀粉酶活性　保證溫度恒定,排除溫度對實驗過程的干擾;37 ℃是唾液淀粉酶的最適催化溫度　(2)淀粉已經完全分解　(3)適當稀釋唾液　(4)將步驟③移到②之前　(5)唾液淀粉酶催化的最適pH是6.80,高于或低于此值,酶的活性都會降低
“五看法”評價實驗設計的方案
考點三　ATP的結構和功能
1.ATP的結構與功能。
(2)ATP的供能原理。
(3)ATP是一種高能磷酸化合物,理由是ATP水解的過程是釋放能量的過程,1 mol ATP水解釋放的能量高達30.54 kJ。
2.ATP和ADP的相互轉化。
提醒　細胞中ATP含量很少,ATP與ADP之間轉化非常迅速、及時。無論是飽食還是饑餓,只要機體處于存活狀態,ATP與ADP含量都保持動態平衡。
3.ATP的利用。
(1)ATP為主動運輸供能的過程(以Ca2+釋放為例)。
(2)ATP——細胞內流通的能量“貨幣”。
①吸能反應:一般與ATP的水解反應相聯系,由ATP水解提供能量。如蛋白質的合成。
②放能反應:一般與ATP的合成相聯系,釋放的能量儲存在ATP中。如細胞內有機物的氧化分解反應。
(3)能量通過ATP分子在吸能反應和放能反應之間流通。
正誤判斷
(1)人成熟紅細胞無細胞核和眾多的細胞器,所以不能合成ATP。 (×)
(2)人長時間劇烈運動時,骨骼肌細胞中每摩爾葡萄糖生成ATP的量與安靜時相等。 (×)
(3)線粒體內膜、內質網膜和葉綠體中進行光反應的膜結構中都能合成ATP。 (×)
(4)ATP水解釋放的能量可用于細胞內的吸能反應。 (√)
(5)無氧條件下,光合作用是葉肉細胞產生ATP的唯一來源。 (×)
長句突破
(科學思維)人體內ATP的含量很少,但在劇烈運動時,每分鐘約有0.5 kg的ATP轉化為ADP,以供運動之需,但人體內ATP總含量并沒有太大變化,請分析原因。
提示　ATP與ADP時刻不停地發生相互轉化,并且處于動態平衡之中。
角度 運用結構與功能觀,考查ATP的結構和功能
1.(2023·葫蘆島模擬)ATP使細胞能及時而持續地滿足各項生命活動對能量的需求。圖甲為ATP的結構示意圖,圖乙為ATP與ADP相互轉化的關系式。據圖分析,下列說法正確的是 (　　)
　 ATPADP+Pi+能量
甲 乙
A.圖甲中A代表腺苷,b、c為特殊化學鍵
B.圖乙中反應向左進行時,所需能量均來自細胞代謝
C.圖乙中反應向右進行表示ATP水解,與細胞內的放能反應相聯系
D.圖甲中水解掉兩個磷酸基團所剩下的結構,可參與構成DNA
解析　圖甲中A代表腺嘌呤,b、c為特殊化學鍵,A項錯誤。圖乙中反應向左進行時,綠色植物體內的能量來自細胞的細胞呼吸和光合作用;對于動物和人體而言,能量來自細胞呼吸;光合作用和細胞呼吸均為細胞代謝,B項正確。圖乙中反應向右進行表示ATP水解,與細胞內的吸能反應相聯系,C項錯誤。圖甲中水解掉兩個磷酸基團所剩下的結構,可參與構成RNA,D項錯誤。
答案　B
2.(2021·湖南卷)某些蛋白質在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下,可在特定氨基酸位點發生磷酸化和去磷酸化,參與細胞信號傳遞,如圖所示。下列敘述錯誤的是 (　　)
A.這些蛋白質磷酸化和去磷酸化過程體現了蛋白質結構與功能相適應的觀點
B.這些蛋白質特定磷酸化位點的氨基酸缺失,不影響細胞信號傳遞
C.作為能量“貨幣”的ATP能參與細胞信號傳遞
D.蛋白質磷酸化和去磷酸化反應受溫度的影響
解析　根據題干可知,某些蛋白質在相關酶的作用下會發生磷酸化和去磷酸化,而發生了磷酸化和去磷酸化的蛋白質結構發生改變,功能有所不同,能夠體現蛋白質結構與功能相適應的特點,A項正確;這些蛋白質特定磷酸化位點的氨基酸缺失,會導致這些蛋白質不能發生磷酸化和去磷酸化,不能參與細胞信號傳遞,B項錯誤;由題圖可知,在蛋白質磷酸化過程中,ATP為蛋白質提供磷酸基團,參與了細胞信號傳遞,C項正確;蛋白質磷酸化和去磷酸化反應均屬于酶促反應,受溫度的影響,D項正確。
答案　B
1.經典重組　判斷正誤
(1)馬鈴薯塊莖無氧呼吸產生丙酮酸的過程不能生成ATP。(2019·全國卷Ⅱ,2C) (×)
(2)成熟個體中的細胞增殖過程不需要消耗能量。(2018·全國卷Ⅲ,2A) (×)
(3)饑餓時,胰高血糖素水平升高,促進糖原分解,說明激素具有酶的催化活性。(2018·全國卷Ⅱ,3B) (×)
(4)淀粉水解成葡萄糖時伴隨有ATP的生成。(海南卷,5A) (×)
2.(2022·浙江6月選考)下列關于研究淀粉酶的催化作用及特性實驗的敘述,正確的是 (　　)
A.低溫主要通過改變淀粉酶的氨基酸組成,導致酶變性失活
B.稀釋100萬倍的淀粉酶仍有催化能力,是因為酶的作用具高效性
C.淀粉酶在一定pH范圍內起作用,酶活性隨pH升高而不斷升高
D.若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶,會加快淀粉的水解速率
解析　低溫可以抑制酶的活性,不會改變淀粉酶的氨基酸組成,也不會導致酶變性失活,A項錯誤;酶具有高效性,故稀釋100萬倍的淀粉酶仍有催化能力,B項正確;酶活性的發揮需要適宜條件,在一定pH范圍內,隨著pH升高,酶活性升高,超過最適pH后,隨pH增加,酶活性降低甚至失活,C項錯誤;淀粉酶的本質是蛋白質,若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶,會將淀粉酶水解,則淀粉的水解速率會變慢,D項錯誤。
答案　B
3.(2021·海南卷)某種酶的催化反應速率隨溫度和時間變化的趨勢如圖所示。據圖分析,下列有關敘述錯誤的是 (　　)
A.該酶可耐受一定的高溫
B.在t1時,該酶催化反應速率隨溫度升高而增大
C.不同溫度下,該酶達到最大催化反應速率時所需時間不同
D.相同溫度下,在不同反應時間該酶的催化反應速率不同
解析　據圖可知,該酶在70 ℃條件下仍具有一定的活性,故該酶可以耐受一定的高溫,A項正確;據圖可知,在t1時,酶催化反應速率隨溫度升高而增大,即反應速率與溫度的關系為40 ℃<50 ℃ <60 ℃<70 ℃,B項正確;由題圖可知,在不同溫度下,該酶達到最大催化反應速率(曲線變平緩)時所需時間不同,其中70 ℃達到該溫度下的最大反應速率時間最短,C項正確;相同溫度下,不同反應時間內該酶的催化反應速率可能相同,如達到最大反應速率(曲線平緩)之后的反應速率相同,D項錯誤。
答案　D
4.(2022·全國乙卷)某種酶P由RNA和蛋白質組成,可催化底物轉化為相應的產物。為探究該酶不同組分催化反應所需的條件。某同學進行了下列5組實驗(表中“+”表示有,“-”表示無)。
實驗組 ① ② ③ ④ ⑤
底物 + + + + +
RNA組分 + + - + -
蛋白質組分 + - + - +
低濃度Mg2+ + + + - -
高濃度Mg2+ - - - + +
產物 + - - + -
根據實驗結果可以得出的結論是 (　　)
A.酶P必須在高濃度Mg2+條件下才具有催化活性
B.蛋白質組分的催化活性隨Mg2+濃度升高而升高
C.在高濃度Mg2+條件下RNA組分具有催化活性
D.在高濃度Mg2+條件下蛋白質組分具有催化活性
解析　第①組中,酶P在低濃度Mg2+條件,有產物生成,說明酶P在該條件下具有催化活性,A項錯誤;第③組和第⑤組對照,無關變量是底物和蛋白質組分,自變量是Mg2+濃度,無論是高濃度Mg2+條件下還是低濃度Mg2+條件下,兩組均沒有產物生成,說明蛋白質組分無催化活性,B、D兩項錯誤;第②組和第④組對照,無關變量是底物和RNA組分,自變量是Mg2+濃度,第④組在高濃度Mg2+條件下有產物生成,第②組在低濃度Mg2+條件下沒有產物生成,說明在高濃度Mg2+條件下RNA組分具有催化活性,C項正確。
答案　C
5.(全國卷Ⅱ)為了研究溫度對某種酶活性的影響,設置三個實驗組:A組(20 ℃)、B組(40 ℃)和C組(60 ℃),測定各組在不同反應時間內的產物濃度(其他條件相同),結果如下圖。回答下列問題:
(1)三個溫度條件下,該酶活性最高的是　　　　　　　　組。
(2)在時間t1之前,如果A組溫度提高10 ℃,那么A組酶催化反應的速度會　　　　。
(3)如果在時間t2時,向C組反應體系中增加2倍量的底物,其他條件保持不變,那么在t3時,C組產物總量　　　　,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)生物體內酶的化學本質是　　　　　　　　　　,其特性有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出兩點即可)。
解析　(1)曲線圖顯示:在反應時間內,40 ℃時反應到達反應平衡時間最短,說明酶的活性最高,而B組控制的溫度是40 ℃。(2)A組控制的溫度是20 ℃。在時間t1之前,如果A組溫度提高10 ℃,因酶的活性增強,A組酶催化反應的速度會加快。(4)絕大多數酶是蛋白質,少數酶是RNA。酶具有高效性、專一性和作用條件較溫和的特性。
答案　(1)B　(2)加快　(3)不變　60 ℃條件下,t2時酶已失活,即使增加底物,反應產物總量也不會增加　(4)蛋白質或RNA　高效性和專一性
(四) 酶相關實驗的基本思想和方法的遷移應用
一、酶相關實驗設計中的“酶解法”
1.實驗設計中可用酶催化底物分解,根據酶處理后的變化,來證明酶的作用或底物的成分。
2.鑒定酶本質的“酶解法”模型。
“酶解法”——從酶的化學本質上來講,絕大多數的酶是蛋白質,少數的酶是RNA。酶必須保持正常的空間結構才能發揮催化作用, 因此,可以分別利用蛋白酶和RNA酶處理某酶,再觀察其功能是否受影響來確定該酶的本質。設計方案如圖。
1.某興趣小組在生物實驗室中發現一酶試劑,由于標簽受損,無法確定該酶的具體種類,已知其可能是淀粉酶或蔗糖酶。為判斷該酶的具體種類和作用條件,該小組成員給出了以下建議,其中不合理的是 (　　)
A.取部分酶和少量淀粉溶液混合,一定時間后,滴加碘液檢測
B.取部分酶和少量蔗糖溶液混合,一定時間后,利用斐林試劑檢測
C.若已確定該酶是淀粉酶,可使用斐林試劑來探究溫度對酶活性的影響
D.若已確定該酶是蔗糖酶,可利用蔗糖來研究pH對酶活性的影響
解析　取部分酶和少量淀粉溶液混合,若該酶為淀粉酶,則淀粉被水解,一定時間后,滴加碘液溶液不變藍色;若該酶為蔗糖酶,則淀粉不被水解,一定時間后,滴加碘液后溶液變藍色,A項合理。取部分酶和少量蔗糖溶液混合,若該酶為蔗糖酶,則蔗糖被水解,利用斐林試劑檢測會出現磚紅色沉淀;若該酶為淀粉酶,則不出現磚紅色沉淀,B項合理。使用斐林試劑檢測時需要水浴加熱,因此在探究溫度對酶活性的影響時不能使用斐林試劑作檢測試劑,C項不合理。可用蔗糖作為底物來探究pH對蔗糖酶活性的影響,D項合理。
答案　C
2.某科研小組經研究得知X酶存在于人的肝細胞中,能將糖原分解為還原糖。酶必須保持正常的結構才能發揮催化作用,請利用這一原理設計實驗,探究X酶的化學本質究竟是蛋白質還是RNA。簡要寫出實驗思路,并預期實驗結果及結論(要求:實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組)。
解析　實驗設置甲組和乙組,兩組實驗分別用蛋白酶和RNA酶處理X酶,然后與糖原混合檢測兩組實驗中X酶有無活性。檢測X酶是否有活性可用斐林試劑與產物反應是否產生了顏色變化來完成。
答案　實驗思路:甲組:將X酶用蛋白酶處理,再與糖原溶液混合,在適宜條件下保持一段時間后,檢測是否有還原糖產生。乙組:將X酶用RNA酶處理,再與糖原溶液混合,在適宜條件下保持一段時間后,檢測是否有還原糖產生。
預期結果及結論:①若甲組有還原糖生成,乙組沒有還原糖生成,則說明X酶的化學本質是RNA;②若甲組沒有還原糖生成,乙組有還原糖生成,則說明X酶的化學本質是蛋白質。
二、酶實驗設計中的“對比法”
1.對比法驗證酶的高效性。
(1)設計思路:通過將不同類型催化劑(主要是酶與無機催化劑)催化底物的反應速率進行比較,得出結論。
(2)設計方案。
項目 實驗組 對照組
材料 等量的同一種底物
試劑 與底物相對應的酶溶液(如生物材料研磨液) 等量的無機催化劑
現象 反應速率很快,或反應用時短 反應速率緩慢,或反應用時長
結論 酶具有高效性
2.對比法驗證酶的專一性。
(1)設計思路:常見的方案有兩種,即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同,最后通過觀察酶促反應能否進行得出結論。
(2)設計方案。
項目 方案一 方案二
實驗組 對照組 實驗組 對照組
材料 同種底物(等量) 與酶相對應的底物 另外一種底物
試劑 與底物相對應的酶 另外一種酶 同一種酶(等量)
現象 發生反應 不發生反應 發生反應 不發生反應
結論 酶具有專一性
3.下表是過氧化氫分解實驗的過程和結果,下列分析錯誤的是 (　　)
試管 a b c d
3%過氧 化氫溶液 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL
處理措施 不作任何處理 置于90 ℃水浴杯中 加2滴3.5%的FeCl3 加2滴20%的新鮮肝臟研磨液
實驗結果 - + ++ ++++
注:“-”表示無氣泡產生;“+”的數量表示氣泡產生的多少。
A.a和d對照說明酶具有高效性
B.c和d是對比實驗,自變量是催化劑的種類
C.a、c對照說明FeCl3具有催化作用
D.a、c、d對照可以說明酶的催化具有高效性
解析　a和d對照,只能說明酶能催化化學反應的進行,要證明酶具有高效性,需要將有酶和有無機催化劑參與的反應進行比較,即a、c、d對照能說明酶的催化具有高效性;c和d都是實驗組,二者形成對比,自變量是催化劑的種類;a和c對照說明無機催化劑能加快化學反應的進行,即具有催化作用。
答案　A
4.某同學進行了如下有關酶的實驗:
甲組:淀粉溶液+新鮮唾液→加入斐林試劑出現磚紅色沉淀
乙組:蔗糖溶液+新鮮唾液→加入斐林試劑不出現磚紅色沉淀
丙組:蔗糖溶液+蔗糖酶溶液→加入斐林試劑
下列敘述正確的是 (　　)
A.丙組的實驗結果是“不出現磚紅色沉淀”
B.三組實驗中,底物的用量屬于自變量
C.該同學的實驗目的是驗證酶的專一性
D.可用碘液代替斐林試劑進行檢測
解析　蔗糖酶能催化一分子蔗糖水解成一分子果糖和一分子葡萄糖,果糖和葡萄糖是還原糖,加入斐林試劑水浴加熱會使還原糖生成磚紅色沉淀,A項錯誤;底物的用量屬于無關變量,B項錯誤;從實驗所用的底物和酶的種類分析可知,該實驗的目的是驗證酶的專一性,C項正確;唾液淀粉酶能催化甲組淀粉水解成還原糖,不能催化蔗糖水解,碘液使淀粉呈現藍色,不能使還原糖和蔗糖呈現藍色,使用碘液無法檢測乙、丙組的反應,無法得出結論,D項錯誤。
答案　C
三、探究酶最適溫度或pH中的“梯度法”
1.探究酶的最適溫度。
(1)設計思路。
在一定范圍內,設計一系列溫度梯度實驗,其他條件相同且適宜,可得出最適溫度的大致范圍,再在此范圍內減小梯度,進一步進行實驗,直至得出最適溫度。
(2)設計方案。
2.探究酶的最適pH。
(1)設計思路。
在一定范圍內,設計一系列pH梯度實驗,其他條件相同且適宜,可得出最適pH的大致范圍,再在此范圍內縮小梯度,進一步進行實驗,直至得出最適pH。
(2)設計方案。
5.(2023·湖北選擇性考試模擬)甲同學從某哺乳動物的胃液中分離到了一種酶。為探討該酶的最適pH,設計了如下實驗方案,其中最合理的是 (　　)
方案 pH范圍 溫度 酶活性測定 最適pH
A 1~6 25 ℃ 每間隔一個pH梯度進行酶活性測定 以pH對酶活性作圖,酶活性最高時對應的pH為最適pH
B 1~14 25 ℃
C 1~6 37 ℃
D 1~14 37 ℃
解析　哺乳動物的胃中存在胃酸,pH都是呈酸性,故選取的pH范圍應該是1~6。哺乳動物的體溫一般為40 ℃上下和人類的體溫差不多,作為本實驗無關變量中的溫度應選擇較適宜的溫度37 ℃,綜上所述,C項合理,A、B、D三項不合理。
答案　C
6.某學校興趣小組準備用稀釋的雞蛋清液體或煮熟后的雞蛋蛋白塊為材料,探究pH對胰蛋白酶活性的影響實驗,請幫助他們完成以下的相關內容和分析。
Ⅰ.實驗過程。
取5支潔凈試管,分別編號甲、乙、丙、丁、戊。
向5支試管中分別加入3 mL 胰蛋白酶溶液;用相關物質調節各試管內溶液的pH,結果如表:
試管編號 甲 乙 丙 丁 戊
pH 4 6 7 8 10
(1)為了更好地觀察實驗現象,應向5支試管中分別加入　　　　　　　　　;并將它們置于　　　　　　　　進行保溫處理;然后注意觀察各試管中加入物的變化情況并記錄它們消失所需時間。
Ⅱ.實驗結果及分析。
實驗測得的相關數據如表:
試管編號 甲 乙 丙 丁 戊
加入物消失所需時間(min) >100 30 18 11 35
(2)據表中數據可知,試管　　　　中胰蛋白酶活性最強。此結果　　　　(填“能”或“不能”)確定該pH就是胰蛋白酶的最適pH。
(3)雙縮脲試劑可用于蛋白質的鑒定,實驗中加入物的水解是否徹底　　　　(填“能”或“不能”)用該試劑進行檢測,理由是　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)試管甲中加入物消失所需時間明顯大于試管丁,這是因為　　　　　　　　　　　　。
解析　(1)由于胰蛋白酶本身就是蛋白質,因此胰蛋白酶將蛋白質分解后溶液中仍然有蛋白質,用雙縮脲試劑無法檢測出蛋白質有沒有被胰蛋白酶分解,如果用蛋白塊做實驗材料,可通過觀察蛋白塊的大小,判斷有沒有被胰蛋白酶分解。因此為了更好地觀察實驗現象,應向5支試管中分別加入等量的(大小相同的)雞蛋蛋白塊,并將它們置于相同且適宜的條件下進行保溫處理;然后注意觀察各試管中加入物的變化情況并記錄它們消失所需時間。(2)蛋白塊消失所用時間最短的組說明酶的活性最強,因此根據表格數據可知丁組中胰蛋白酶活性最強。由于各組之間的pH梯度較大,因此不能確定該pH就是胰蛋白酶的最適pH。(3)由于蛋白質塊消化后仍具有胰蛋白酶(屬于蛋白質),胰蛋白酶也能與雙縮脲試劑發生顏色反應,因此該實驗不能用雙縮脲試劑檢測判斷加入物的水解是否徹底。(4)試管甲中的pH=4,偏酸,導致胰蛋白酶活性下降,因此會使加入物蛋白塊消失所需時間明顯大于試管丁。
答案　(1)等量的(大小相同的)雞蛋蛋白塊　相同且適宜的條件下　(2)丁　不能　(3)不能　蛋白質塊消化后仍具有胰蛋白酶(屬于蛋白質)
(4)試管甲中的pH=4偏酸,導致胰蛋白酶活性下降甚至失活,使加入物蛋白塊消失所需時間明顯大于試管丁
科學探究
(二) 實驗設計的“原則”與“變量”分析
【典例】　(2021·湖北卷)使酶的活性下降或喪失的物質稱為酶的抑制劑。酶的抑制劑主要有兩種類型:一類是可逆抑制劑(與酶可逆結合,酶的活性能恢復);另一類是不可逆抑制劑(與酶不可逆結合,酶的活性不能恢復)。已知甲、乙兩種物質(能通過透析袋)對酶A的活性有抑制作用。
實驗材料和用具:蒸餾水,酶A溶液,甲物質溶液,乙物質溶液,透析袋(人工合成半透膜),試管,燒杯等。
為了探究甲、乙兩種物質對酶A的抑制作用類型,現提出以下實驗設計思路。請完善該實驗設計思路,并寫出實驗預期結果。
(1)實驗設計思路。
取　　　　支試管(每支試管代表一個組),各加入等量的酶A溶液,再分別加入等量　　　　　　　　　　　　　　,一段時間后,測定各試管中酶的活性。然后將各試管中的溶液分別裝入透析袋,放入蒸餾水中進行透析處理。透析后從透析袋中取出酶液,再測定各自的酶活性。
(2)實驗預期結果與結論。
若出現結果①:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
結論①:甲、乙均為可逆抑制劑。
若出現結果②:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
結論②:甲、乙均為不可逆抑制劑。
若出現結果③:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
結論③:甲為可逆抑制劑,乙為不可逆抑制劑。
若出現結果④:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
結論④:甲為不可逆抑制劑,乙為可逆抑制劑。
解析　根據實驗目的可確定該實驗的自變量為抑制劑甲和乙,所以實驗組是在酶A溶液中分別加入等量的甲物質和乙物質,對照組是在酶A溶液中加入等量的蒸餾水,共設置三組實驗,需3支試管。由于甲、乙物質對酶A的活性有抑制作用,所以加入甲、乙物質后,與對照組相比,兩實驗組酶A的活性均降低;利用透析袋除去甲、乙物質后,根據酶A的活性是否恢復即可判斷甲、乙的抑制劑類型。
答案　(1)3　蒸餾水、甲物質溶液、乙物質溶液　(2)(與加入蒸餾水的對照組相比,加入甲、乙物質的實驗組酶的活性降低,)透析處理后加入甲、乙物質的實驗組酶的活性均恢復　透析處理后加入甲、乙物質的實驗組酶的活性均不能恢復　透析處理后加入甲物質的實驗組酶的活性能恢復,加入乙物質的實驗組酶的活性不能恢復　透析處理后加入甲物質的實驗組酶的活性不能恢復,加入乙物質的實驗組酶的活性能恢復
1.實驗設計遵循的四大基本原則。
(1)單一變量原則:即除自變量(實驗變量)以外,應使實驗組與對照組的無關變量保持相同且適宜。如生物材料相同(大小、生理狀況、年齡、性別等)、實驗器具相同(型號、潔凈程度等)、實驗試劑相同(用量、濃度、使用方法等)和條件相同(保溫或冷卻、光照或黑暗、攪拌、振蕩等)。
(2)對照原則。
①設置對照實驗的目的:用以探究一個因素對特定對象的影響,通過比較實驗結果而得出結論。
②類型:對照實驗通常要設置對照組和實驗組。實驗組是接受自變量處理的對象組,對照組(控制組)是不接受自變量處理的對象組。常用的對照類型有以下幾種:
a.空白對照。
對照組為不做任何處理的對象組。這里的不做處理,并非什么因素都不給予,而是針對實驗所要研究的因素不給予,以體現實驗因素的有無對實驗結果的影響。
b.自身對照。
實驗與對照在同一個對象上進行,不另設對照組。
c.條件對照。
給對照組施以某種實驗處理,但不是所研究的實驗因素,以突出實驗實施的處理因素與實驗所研究因素的差異,從一個側面襯托實驗因素對實驗結果所造成的影響。
d.相互對照。
不單設對照組,而是幾個實驗組相互對照。
(3)平行重復原則:在實驗設計中為了避免實驗結果的偶然性,必須對所做實驗進行足夠次數的重復,以獲得多次實驗結果的平均值,保證實驗結果的準確性。
(4)科學性原則:在設計實驗時必須有充分的科學依據,即實驗目的要明確,實驗原理要正確,實驗研究的材料和實驗方法的選擇要恰當,整個實驗設計的思路和實驗方法的確定都不能偏離實驗原理、有關的生物學知識及其他學科領域的基本知識。
2.三類變量(自變量、因變量、無關變量)分析。
對三類變量的要求是自變量可操作、因變量可檢測,無關變量可控制。
3.教材中探究類實驗的變量分析。
實驗名稱 自變量 因變量 無關變量
探究溫度對淀粉酶活性的影響 不同溫度(至少三種) 酶的活性(加碘液后溶液顏色的變化) pH、底物量、酶量、試管的潔凈程度、反應時間、操作程序等
探究pH對過氧化氫酶活性的影響 不同pH(至少三種) 酶的活性(氣泡的數量或帶火星的衛生香燃燒的猛烈程度) 溫度、底物量、酶量、試管的潔凈程度、反應時間、操作程序等
探究酵母菌的呼吸方式 氧氣的有無 CO2生成量(澄清石灰水的混濁程度);酒精產生(用酸性重鉻酸鉀檢測) 葡萄糖溶液、石灰水的量、溫度、pH、錐形瓶的潔凈程度等
探究生長素類似物促進插條生根的最適濃度 不同濃度的生長素類似物 扦插枝條的生根數量或長度 實驗材料的一致性、生長素類似物濃度的準確性、處理時間的一致性等
探究培養液中酵母菌數量的動態變化 時間 酵母菌種群數量 培養液的成分、培養條件、空間等
探究水族箱中的群落演替 時間 群落的變化 水族箱的培養條件和環境等
1.(2023·安徽江淮十校聯考)下列關于酶特性實驗設計的敘述中,正確的是 (　　)
A.驗證酶的專一性時,自變量一定是酶的種類
B.驗證酶的高效性時,自變量是酶的濃度
C.探究溫度對酶活性影響時,自變量是溫度
D.探究酶催化作用的最適pH時,應設置過酸、過堿、中性三組
解析　驗證酶的專一性時,自變量可以是酶的種類,也可以是底物的種類,A項錯誤;驗證酶的高效性時,自變量是催化劑的種類,B項錯誤;探究溫度對酶活性影響時,自變量是溫度,C項正確;探究酶催化最適pH時,過酸、過堿會使酶變性,使結果不精確,應設置酸性、中性、堿性多組不同pH的實驗組,使實驗盡可能精確,D項錯誤。
答案　C
2.(2023·江蘇泗陽階段練習)某研究小組利用α 淀粉酶與淀粉溶液探究溫度對酶活性的影響時,使用二硝基水楊酸法檢測還原糖含量,各組實驗結果如表所示。下列相關敘述正確的是 (　　)
組別 1 2 3 4 5 6
溫度(℃) 0 22 35 45 65 85
OD540 nm 0.170 0.849 1.122 1.271 1.383 0.450
注:OD540 nm值代表在波長540 nm的光下測量該酶促反應生成的有色物質的吸光度值。在一定范圍內,吸光度值與還原糖的量成正比關系。
A.實驗組1和6的OD540 nm值較低,原因是酶的空間結構發生改變
B.檢測溶液的OD540 nm值時,實驗組的數據需要與空白對照組比較
C.根據表中數據分析,α 淀粉酶的最適溫度在35~65 ℃之間
D.為保證淀粉和淀粉酶的充分反應,需在反應液中添加ATP
解析　實驗組1的OD540 nm值較低,原因是低溫抑制酶的活性,實驗組6的OD540 nm值較低,原因是酶的空間結構發生改變,酶失活,A項錯誤;該實驗探究溫度對酶活性的影響,根據對照原則,檢測溶液的OD540 nm值時,實驗組的數據需要與空白對照組比較,B項正確;酶在最適溫度時活性最高,低于或高于最適溫度其活性都降低,根據表中數據分析可知,α 淀粉酶的最適溫度在45~85 ℃之間,C項錯誤;淀粉酶水解淀粉不需要消耗能量,不需要在反應液中添加ATP,D項錯誤。
答案　B
3.(不定項)(2023·山東青島模擬)圖1和圖2是某興趣小組通過實驗探究H2O2分解的條件而繪制的曲線圖。下列說法錯誤的是 (　　)
　
圖1 圖2
A.圖1和圖2所代表的實驗中,實驗的自變量依次為催化劑的種類、H2O2濃度
B.由圖1可以得出的實驗結論是過氧化氫酶具有高效性
C.圖2中,若在BC段加入適量的過氧化氫酶,則氧氣產生速率會增大
D.H2O2在加熱時分解速率加快,因此,將H2O2酶加到90 ℃水浴加熱的H2O2溶液中,反應速率會加快
解析　由圖1可看出,兩條曲線代表不同催化劑作用下,H2O2分解速率不同,即圖1實驗中的自變量是催化劑的種類,加入過氧化氫酶的一組實驗反應達到平衡的時間短于FeCl3組,說明過氧化氫酶具有高效性,圖2表示O2產生速率隨H2O2濃度變化的規律,即H2O2濃度為自變量,A、B兩項正確;圖2表示O2產生速率隨H2O2濃度變化規律的曲線,B點時酶濃度是限制反應速率的主要因素,故BC段加入適量的過氧化氫酶,則氧氣產生速率將增大,C項正確;H2O2酶在90 ℃條件下會失活,已不具有催化作用,D項錯誤。
答案　D

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