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人教(2019)生物高考知识点梳理&对点训练
3.1 酶和ATP
知识点(一)　ATP的结构与功能
1．ATP的结构
(1)结构图示。
图中各部分名称：A代表腺嘌呤，P代表磷酸基团，①代表腺苷，②代表AMP，即腺嘌呤核糖核苷酸，③代表ADP，④代表ATP，⑤代表特殊的化学键。
(2)特点。
①ATP不稳定的原因：ATP中两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥，使得特殊的化学键不稳定，末端磷酸基团有较高的转移势能。
②ATP的水解过程：就是释放能量的过程，1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
③ATP在酶的作用下水解：脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
2．ATP和ADP的相互转化
3．ATP的利用
4．ATP与O2之间的关系模型分析
【连接教材资料】1．(必修1 P86正文延伸思考)磷酸基团带有负电荷，请从电荷间的相互作用角度解释ATP分子中远离腺苷的那个特殊化学键容易水解的原因。
提示：由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得磷酸键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，因而远离腺苷的那个特殊化学键容易水解。
2．(必修1 P87图54拓展思考)ATP与ADP的相互转化是不是一个可逆反应？为什么？
提示：不是可逆反应。虽然从物质方面来看是可逆的，但从酶、进行的场所、能量的来源等方面来看是不可逆的。
【知识点考法训练】
考法(一)　考查ATP的结构及特点
1．如图为ATP的分子结构图，a、b、c表示相应的结构，①②表示化学键。下列叙述正确的是(　 )
A．a表示腺嘌呤，b表示腺苷
B．化学键①与化学键②断开时所释放的能量不同
C．化学键②的形成所需的能量都来自化学能
D．化学键②中能量的释放往往与吸能反应相关联
解析：选D　a表示腺苷，b表示腺嘌呤核糖核苷酸，A错误；化学键①和化学键②都为特殊的化学键，断开时所释放的能量相同，B错误；化学键②的形成是ATP的合成过程，所需的能量来自光合作用中的光能或呼吸作用中的化学能，C错误；化学键②中能量的释放过程是ATP水解的过程，往往与吸能反应相关联，D正确。
2．(2022·滨州三模)物质甲、乙通过反应①②相互转化的过程如图所示，α、β、γ所示位置的磷酸基团分别记为Pα、Pβ、Pγ，下列说法正确的是(　 )
A．反应①常与放能反应相联系，反应②常与吸能反应相联系
B．反应②可以发生在线粒体内膜、叶绿体内膜上
C．通过PCR反应扩增DNA时，甲物质可为反应提供能量
D．用32P标记Pα的甲作为RNA合成的原料，可使RNA分子被标记
解析：选D　反应①ATP水解常与吸能反应相联系，反应②ATP合成常与放能反应相联系，A错误；反应②ATP合成可以发生在线粒体内膜上，但不能发生在叶绿体内膜上，B错误；通过PCR反应扩增DNA时，不需要甲ATP为反应提供能量，C错误。
[易错点拨]　明辨不同化合物中“A”的含义
化合物 结构简式 “A”含义 共同点
ATP 腺苷(由腺嘌呤和核糖组成) 所有“A”的共同点是都含有腺嘌呤
DNA 腺嘌呤脱氧核苷酸
RNA 腺嘌呤核糖核苷酸
核苷酸 腺嘌呤
考法(二)　考查ATP的产生和利用
3．(2022·葫芦岛模拟)ATP使细胞能及时而持续地满足各项生命活动对能量的需求。下图中图甲为ATP的结构示意图，图乙为ATP与ADP相互转化的关系式。据图分析，下列说法正确的是(　 )
A．图甲中A代表腺苷，b、c为特殊的化学键
B．图乙中反应向左进行时，所需能量均来自细胞代谢
C．图乙中反应向右表示ATP水解，与细胞内的放能反应相联系
D．图甲中水解掉两个磷酸基团所剩下的结构，可参与构成DNA
解析：选B　图甲中A代表腺嘌呤，b、c为特殊的化学键，A错误；图乙中反应向左进行时，绿色植物体内的能量来自细胞的呼吸作用和光合作用，动物和人体内的能量来自呼吸作用，光合作用和呼吸作用均为细胞代谢，B正确；图乙中反应向右表示ATP水解，与细胞内的吸能反应相联系，C错误；图甲中水解掉两个磷酸基团后形成AMP，是构成RNA的基本单位之一，D错误。
4．如图表示生物体内发生的两个化学反应，①～④表示相应的化学键，请判断下列说法中正确的是(　 )
A．ATP水解时，图中所示的化学键③④最易断裂
B．图中酶1和酶2的化学本质相同，但是二者的种类不同
C．细胞中的吸能反应一般与ATP的合成反应相联系
D．ATP与ADP间相互转化的能量供应机制只发生在真核细胞内
解析：选B　ATP水解时，图中远离腺苷的化学键④最易断裂，A错误；题图中酶1和酶2的化学本质相同，都是蛋白质，但是二者的种类不同，B正确；细胞中的放能反应一般与ATP的合成反应相联系，吸能反应一般与ATP的水解反应相联系，C错误；ATP与ADP间相互转化的能量供应机制发生在一切细胞内，D错误。
[归纳拓展]细胞内产生与消耗ATP的常见生理过程
转化场所 常见的生理过程
细胞膜 消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐
细胞质基质 产生ATP：细胞呼吸第一阶段
叶绿体 产生ATP：光反应。消耗ATP：暗反应和自身DNA复制、转录、翻译等
线粒体 产生ATP：有氧呼吸第二、三阶段。消耗ATP：自身DNA复制、转录、翻译等
核糖体 消耗ATP：蛋白质的合成
细胞核 消耗ATP：DNA复制、转录等
知识点(二)　酶的本质、作用、特性及影响因素
1．酶在细胞代谢中的作用
(1)细胞代谢。
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。
(2)比较过氧化氢在不同条件下的分解。
①实验过程。
②变量分析。
2．酶本质的探索历程[连线]
3．酶的本质和功能
4．酶的特性
(1)高效性：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。(图解如下)
(2)专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
①物理模型——“锁钥学说”。
图中A表示酶，B表示被A催化的底物，E、F表示B被分解后产生的物质，C、D表示不能被A催化的物质。
②曲线分析。
只有酶A可催化底物A参与的反应，说明酶具有专一性。
(3)酶的作用条件较温和。
①在最适温度和pH条件下，酶的活性最高，温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。
②过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。
[知识梳理]
酶的本质和作用
1．明辨酶的八个易错点
项目 正确说法 错误说法
产生场所 活细胞(不考虑哺乳动物成熟的红细胞等) 具有分泌功能的细胞才能产生
化学本质 有机物(大多数为蛋白质，少数为RNA) 蛋白质
作用场所 可在细胞内、细胞外、体外发挥作用 只在细胞内起催化作用
温度影响 低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活 低温和高温均使酶变性失活
作用 酶只起催化作用 酶具有调节、催化等多种功能
来源 生物体内合成 有的可来源于食物等
合成原料 氨基酸、核糖核苷酸 只有氨基酸
合成场所 核糖体、细胞核等 只有核糖体
2.对比分析酶与动物激素的“一同三不同”
相同 都具有微量、高效的特点，也具有一定特异性
不同 产生部位 几乎所有活细胞都产生酶；而只有内分泌细胞才能产生激素
化学本质 绝大多数酶是蛋白质，少数为RNA；激素的化学本质则为蛋白质、脂质、氨基酸衍生物等
作用机制 酶是催化剂，在化学反应前后，质量和性质不变；激素作为信号分子在发挥完作用后被灭活
[典例1]　在生物体内，酶是具有催化作用的有机物。下列关于酶的叙述，错误的是(　 )
A．过氧化氢酶、脲酶和麦芽糖酶的化学本质都是蛋白质
B．DNA聚合酶和DNA连接酶都能催化磷酸二酯键的形成
C．胰蛋白酶的合成及分泌与核糖体、内质网和高尔基体有关
D．淀粉酶和盐酸通过降低反应物的活化能催化淀粉水解
[解析]　淀粉酶是生物催化剂，可以降低反应物的活化能来催化淀粉水解；而盐酸不是催化剂，不能降低反应物的活化能，D错误。
[答案]　D
(1)人发烧时不想吃东西，原因是体温升高导致消化酶活性降低，食物在消化道中消化缓慢。
(2)唾液淀粉酶随食物进入胃内就会失活，原因是唾液淀粉酶的最适pH为6.8左右，而胃液的pH为0.9～1.5。
(3)胰岛素等蛋白质类或多肽类激素只能注射，不能口服，原因是口服会导致该类激素被蛋白酶和肽酶分解成氨基酸而失效。固醇类激素(如性激素)和氨基酸衍生物类激素(如甲状腺激素)不会被消化酶分解，既可以注射，也可以口服。　　　　
[对点练习]
1．大肠杆菌中发现的RNasep是一种由蛋白质和RNA组成的复合体(一种酶)，某实验小组提取核心组件M1(可在一定盐离子环境下体外单独催化RNA加工过程)，经蛋白酶处理后的M1仍然具有催化功能，而经RNA水解酶处理后的M1不再具备催化功能。下列说法正确的是(　 )
A．可用双缩脲试剂检测核心组件成分M1
B．M1能为tRNA的体外加工过程提供活化能
C．M1的功能丧失后会中断基因表达中的转录过程
D．M1也具有高效性、专一性和作用条件温和的特点
解析：选D　核心组件M1经蛋白酶处理后仍然具有催化功能，而经RNA水解酶处理后不再具备催化功能，说明核心组件M1的本质是RNA，不能用双缩脲试剂检测，A错误；酶不能为底物提供能量，其作用机理是降低化学反应的活化能，B错误；由题干信息可知，核心组件M1可在一定盐离子环境下体外单独催化RNA加工过程，所以M1的功能丧失后，会影响RNA的加工，可能影响翻译，但不影响转录，C错误；核心组件M1是一种酶，酶具有催化功能，也具有高效性、专一性和作用条件温和的特点，D正确。
2．为使反应物A→产物P，采取了酶催化(最适温度和pH)和无机催化剂催化两种催化方法，其能量变化过程用图甲中两条曲线表示；图乙表示某酶促反应过程的示意图。下列有关分析不合理的是(　 )
A．距离b可反映无机催化剂催化效率比酶催化效率低的原因
B．适当升高温度，酶催化的曲线Ⅱ对应的距离a将下降
C．图乙中②可代表蔗糖，那么③④可代表葡萄糖和果糖
D．图乙中若①代表胰蛋白酶，当pH稍低于最适值时，③④的生成速率下降
解析：选B　曲线Ⅰ可代表无机催化剂催化的反应，曲线Ⅱ可代表酶催化的反应，距离b表示酶催化时降低的活化能(与无机催化剂催化的反应相比)，故距离b可反映无机催化剂催化效率比酶催化效率低的原因，A正确；图甲中该酶所处的环境条件为最适条件，故将酶催化的反应温度升高，酶活性下降，导致其降低化学反应活化能的能力下降，a将上升，B错误；蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖组成，C正确；pH会影响酶活性，pH低于最适值时，酶活性降低，③④的生成速率也会下降，D正确。
[知识梳理]
借助模型建构法分析影响酶促反应的因素
1．反应物浓度、酶浓度与酶促反应速率的关系(图1、图2)
(1)图1：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随反应物浓度增加而加快，但当反应物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性的限制，酶促反应速率不再增加。
(2)图2：在反应物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度呈正相关。
2．温度和pH与酶促反应速率的关系(图3)
(1)图3：温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的；反应物浓度和酶浓度是通过影响反应物与酶的接触来影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。
(2)图3：反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度；反应溶液温度的变化也不改变酶作用的最适pH。
3．反应时间与酶促反应的关系(图4、图5、图6)
(1)图4、图5、图6的时间t0、t1和t2是一致的。
(2)随着反应的进行，反应物的量因被消耗而减少，生成物的量因积累而增多。
(3)t0～t1段，因反应物较充足，所以反应速率较高，反应物消耗较快，生成物生成速率较快。t1～t2段，因反应物含量较少，所以反应速率降低，反应物消耗较慢，生成物生成速率较慢。t2时，反应物被消耗完，生成物不再增加，此时反应速率为0。
[典例2]　反应体系中存在的失活剂(重金属离子等)、酶的激活剂、酶的抑制剂等因素均可影响酶促反应的速率。上述不同条件下酶促反应速率(v)与酶浓度的关系如图所示。下列叙述合理的是(　 )
A．曲线①表示的反应体系中含有激活剂，激活剂降低了反应活化能
B．曲线②表示正常反应的曲线，该酶促反应过程中酶活性逐渐增大
C．曲线③表示的反应体系中含有抑制剂，抑制剂与底物特异性结合
D．曲线④表示的反应体系中含有失活剂，失活剂使部分酶彻底失活
[解析]　曲线①表示的反应体系中含有激活剂，激活剂增大了酶的活性，A不合理；曲线②表示正常反应的曲线，该酶促反应过程中酶活性不变，B不合理；曲线③表示的反应体系中含有抑制剂，抑制剂降低了酶的活性，C不合理。
[答案]　D
[规律方法]　“四看法”分析酶促反应曲线
[对点练习]
3．某学习小组通过实验探究在不同pH和温度下，一定浓度的底物X与相关酶的催化反应，在相同的时间内得到如图所示的曲线。据图分析，下列叙述正确的是(　 )
A．T1温度时，底物X与酶的pH从14降到8，底物的剩余量不变
B．随pH升高，该酶催化反应的最适温度也逐渐升高
C．当pH为8时，影响酶促反应速率的主要因素是底物浓度和酶浓度
D．当pH为任何一固定值时，实验结果都可以证明温度对酶促反应速率的影响
解析：选A　当pH为14时，酶会因过碱导致其空间结构发生改变而失活，即使pH降到8，酶的活性也不会恢复，因此底物的剩余量不变，A正确；在一定范围内，随pH升高，该酶催化反应的最适温度不变，B错误；当pH为8时，影响酶促反应速率的主要因素是温度，曲线中并未体现底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响，C错误；当过酸或过碱时，酶的空间结构会改变，导致酶活性丧失，因此在不同温度的过酸或过碱条件下，酶促反应速率都是相同的，并不能证明温度对酶促反应速率的影响，D错误。
4．(2022·泰安调研)酶的活性会受到某些无机盐离子的影响，某学习小组通过实验探究Cl－和Cu2＋对人体胃蛋白酶活性的影响，结果如图所示(其他条件适宜)。下列有关叙述正确的是(　 )
A．保存胃蛋白酶的最佳条件是37.5 ℃、pH＝1.5
B．底物浓度为B时，增加酶含量，曲线a、b、c均上移
C．底物浓度为B时，提高反应温度，曲线c将上移
D．Cl－、Cu2＋等无机盐离子都能增强酶降低化学反应活化能的效果
解析：选B　分析题图可知，该实验是探究无机盐离子对酶活性的影响，不能看出胃蛋白酶的最适pH和温度，且酶应低温下保存，A错误；该实验中其他条件适宜，底物浓度为B时，提高反应温度，酶的活性将降低，曲线c下移，C错误；据图可知，Cl－能增强酶降低化学反应活化能的效果，Cu2＋能减弱酶降低化学反应活化能的效果，D错误。
知识点(三)　探究酶的特性及影响酶活性的条件(实验探究)
(一)淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
1．实验原理
(1)淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖。
(2)在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
2．实验步骤
(1)取两支洁净的试管，编号，然后按照下表中步骤1至步骤3的要求操作。
步骤 项目 试管1 试管2
1 注入可溶性淀粉溶液 2 mL —
2 注入蔗糖溶液 — 2 mL
3 注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
(2)轻轻振荡这两支试管，使试管内的液体混合均匀，然后将试管的下半部浸到60_℃左右的热水中，保温5 min。
(3)取出试管，各加入2 mL斐林试剂(边加入试剂，边轻轻振荡这两支试管，以便使试管内的物质混合均匀)。
(4)将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中，用酒精灯加热，煮沸1 min。
(5)观察两支试管内的溶液颜色变化。
(二)探究影响酶活性的条件
1．探究温度对酶活性的影响
试管编号 试管1 试管1′ 试管2 试管2′ 试管3 试管3′
实验步骤 一 1 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 1 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 1 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液
二 放入0 ℃冰水中约5 min 放入60 ℃热水中约5 min 放入100 ℃热水中约5 min
三 将1与1′试管内的液体混合后继续在0 ℃冰水内放置10 min 将2与2′试管内的液体混合后继续在60 ℃热水内放置10 min 将3与3′试管内的液体混合后继续在100 ℃热水内放置10 min
四 取出试管各加入两滴碘液，振荡
实验现象 蓝色 无明显现象 蓝色
实验结论 淀粉酶在60 ℃时催化淀粉水解，在100 ℃和0 ℃时都不能发挥催化作用。酶的催化作用需要适宜的温度，温度过高或过低都会影响酶的活性
　　2.探究pH对酶活性的影响
试管编号 试管1 试管2 试管3
实验步骤 一 2滴过氧化氢酶溶液
二 1 mL蒸馏水 1 mL 0.01 mol/L的盐酸溶液 1 mL0.01 mol/L的NaOH溶液
三 2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液
实验现象 有大量气泡产生 无气泡产生 无气泡产生
实验结论 pH会影响酶的活性，酶的活性有适宜的pH范围
[考法全训]
考法(一)　验证酶的高效性和专一性
1．验证酶的高效性
[实验方案]
项目 实验组 对照组
材料 等量的同一种底物
试剂 与底物相对应的酶溶液 等量的无机催化剂
现象 反应速率很快，或反应用时短 反应速率缓慢，或反应用时长
结论 酶具有高效性
[操作示例]
2．验证酶的专一性
[实验方案]
项目 方案一 方案二
实验组 对照组 实验组 对照组
材料 底物相同(等量) 与酶相对应的底物 另外一种底物
试剂 与底物相对应的酶 另外一种酶 同一种酶(等量)
现象 发生反应 不发生反应 发生反应 不发生反应
结论 酶具有专一性
[操作示例]
[对点练习]
1．在两个反应系统中分别加入适量的过氧化氢酶和FeCl3溶液，底物、pH等其他反应条件相同且适宜，结果如图所示。下列分析不恰当的是(　 )
A．本实验证明了酶具有专一性
B．曲线①对应的系统中加入了过氧化氢酶
C．FeCl3的催化效率可能会超过过氧化氢酶
D．本实验证明了酶具有高效性是有条件的
解析：选A　分析题干可知，本实验探究的是与无机催化剂相比，酶具有高效性，而酶的活性与温度有关，A错误；酶的活性受温度影响，故曲线①对应的系统中加入了过氧化氢酶，B正确；温度过高会使酶的空间结构发生改变，使酶失活，FeCl3的催化效率可能会超过过氧化氢酶，C正确；本实验证明了酶具有高效性是有条件的，酶的催化效率受温度的影响，D正确。
2．(2022·洛阳联考)研究小组为验证酶的特性进行了相关实验，部分实验操作如表所示，下列叙述错误的是(　 )
实验步骤 1号 2号 3号 4号 5号
步骤1 3%可溶性淀粉溶液 — 2 mL — 2 mL —
3%蔗糖溶液 2 mL — 2 mL — 2 mL
步骤2 人新鲜唾液(含唾液淀粉酶) 1 mL 1 mL — — —
蔗糖酶溶液 — — 1 mL 1 mL —
蒸馏水 — — — — 1 mL
步骤3 ……
A．步骤3是向5支试管中加等量的缓冲液
B．试管2和4无法验证唾液淀粉酶具有专一性
C．试管3和4可以证明蔗糖酶具有专一性
D．该实验无法验证唾液淀粉酶具有高效性
解析：选A　本实验以蔗糖、淀粉作底物，用蔗糖酶和唾液淀粉酶两种酶来验证酶的专一性。因此步骤3需要用斐林试剂来检验是否有可溶性还原糖的产生，A错误；向试管2和4中均加入淀粉，并分别加入了唾液(含唾液淀粉酶)和蔗糖酶，不能体现唾液淀粉酶的专一性，试管1和2进行对照能证明唾液淀粉酶具有专一性，试管3和4进行对照，能证明蔗糖酶具有专一性，B、C正确；该实验没有与无机催化剂作对比，无法证明唾液淀粉酶具有高效性，D正确。
考法(二)　探究酶的最适温度或pH
[实验方案]
组别编号 1 2 … n
实验材料 等量的同种底物
温度(pH) T1(a1) T2(a2) … Tn(an)
衡量指标 相同时间内，各组酶促反应中生成物量的多少，或底物剩余量的多少
实验结论 生成物量最多的一组，或底物剩余量最少的一组所处温度(或pH)为最适温度(或pH)
[操作示例]
1．探究酶的最适温度
2．探究酶的最适pH
O2的产生速率
说明：探究温度(或pH)对酶活性影响的实验设计思路与探究酶的最适温度(或pH)基本相同，只是无须设置一系列温度(或pH)梯度，设置几组温度(或pH)做自变量即可，其他操作过程基本相同。
[典例]　(2022·怀宁月考)唾液淀粉酶的最适pH为6.80，某兴趣小组利用相关实验对此进行了验证，有关实验现象如下表所示。下列有关说法不正确的是(　 )
项目 1 2 3 4 5
pH 5.00 6.20 6.80 7.40 8.00
颜色 蓝色＋＋ 蓝色＋ 橙黄色 蓝色＋ 蓝色＋＋
注：试剂的使用方法正确；＋表示显色，＋＋表示显色更深。
A．第3组为橙黄色，说明其底物淀粉已经完全被水解
B．各组实验时间均不宜过长，否则会影响实验的结果
C．该实验用碘液作为检测试剂，实验过程应保持37 ℃的恒温
D．由于酸能水解淀粉，故第1组实验中酶的活性高于第5组
[解析]　第3组是碘液自身的颜色，说明淀粉已经水解完，而其他4组都出现蓝色，说明淀粉还未水解完，A正确；当检测到第3组没有蓝色时，此时就应该让各组反应停止，若继续反应，最终各组的淀粉都水解完，都为橙黄色，影响实验的结果，B正确；唾液淀粉酶的最适温度为37 ℃，所以实验过程应保持37 ℃的恒温，C正确；pH＝5与pH＝8时，溶液均为蓝色＋＋，说明淀粉的剩余量一致，而酸能水解淀粉，说明pH＝8时酶的活性更高，D错误。
[答案]　D
(1)若以淀粉和蔗糖为底物，用淀粉酶来验证酶的专一性时，检测底物是否被分解的试剂“宜”选用斐林试剂，“不宜”选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。
(2)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物是否被分解的试剂“宜”选用碘液，“不宜”选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
(3)在探究pH对酶活性的影响时，“宜”保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与底物接触，“不宜”在未达到预设pH前，让反应物与酶接触。
(4)在探究酶的最适温度的实验中，“宜”选用淀粉和淀粉酶作实验材料，“不宜”选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶，因为过氧化氢(H2O2)在常温常压时就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。　
[对点练习]
3．(2022·岳阳检测)取若干试管分为两组，A组加入2 mL 质量分数为3%的可溶性淀粉溶液，B组加入2 mL 质量分数为3%的蔗糖溶液，然后同时向两组试管中加入等量的淀粉酶溶液。下列叙述正确的是(　 )
A．可利用斐林试剂检测两组试管底物是否发生分解，从而验证酶的专一性
B．利用B组设置不同的温度梯度，可探究淀粉酶作用的最适温度
C．利用A组设置不同的pH梯度，可探究淀粉酶作用的最适pH
D．再取一组试管并只加入淀粉溶液，和A、B组比较以验证酶的高效性
解析：选A　淀粉和蔗糖都是非还原糖，其水解产物都是还原糖，所以可利用斐林试剂判断两组试管的水解情况，从而验证酶的专一性，A正确；淀粉酶无法使蔗糖水解，所以无法使用B组探究淀粉酶的最适温度，B错误；淀粉自身的水解速率受pH影响，所以以淀粉作底物不能准确反映不同pH下酶的活性，C错误；与无机催化剂的催化效率比较，才能体现酶的高效性，D错误。
4．为探究影响酶活性的因素、验证酶的专一性和高效性等，某同学设计了4套方案，如表所示。下列相关叙述正确的是(　 )
方案 催化剂 底物 pH 温度
① 胃蛋白酶、胰蛋白酶 蛋白块 中性 室温
② 淀粉酶 淀粉、蔗糖 适宜 适宜
③ 蛋白酶 蛋白质 适宜 不同温度
④ 过氧化氢酶、氯化铁溶液 过氧化氢 强酸性 室温
A.方案①的目的是探究pH对酶活性的影响，自变量是酶的种类
B．方案②的目的是验证淀粉酶的专一性，可用斐林试剂检测
C．方案③的目的是验证温度对酶活性的影响，可用双缩脲试剂检测
D．方案④的目的是验证酶的高效性，加酶的一组产生气泡数较多
解析：选B　在探究pH对酶活性的影响实验中，自变量是pH，A错误；淀粉酶能将淀粉分解，不能将蔗糖分解，利用斐林试剂可检测底物是否被分解，B正确；由于蛋白酶的化学本质是蛋白质，能够与双缩脲试剂发生紫色反应，故不能用双缩脲试剂检测蛋白质是否被分解，C错误；在高温、过酸、过碱的条件下，酶的空间结构遭到破坏，使酶变性失活，因此强酸性条件下，过氧化氢酶失活，不能用于验证酶的高效性，D错误。
知识点(四)　实验变量的分析与实验设计(实验通法归纳)
一、实验变量分析
实验过程中可以变化的因素称为变量。在生物实验设计中对“变量”的确立、调控成为实验设计成功与否的关键。
1．变量类型
自变量 又称实验变量，是研究者主动操纵即实验所探究的条件和因子，是作用于实验对象的刺激变量，坐标中横轴标识一般为自变量
因变量 又称反应变量，是随自变量变化而产生反应或发生变化的变量，应具有可测性和客观性，坐标中纵轴标识一般为因变量
无关变量 无关变量又称干扰变量、控制变量，是指与研究目标无关，但却影响研究结果的变量——实验时一般需控制无关变量适宜且相同
2.单一变量控制原则
无论一个实验有几个自变量，都应确定一个自变量对应观测一个因变量，这就是单一变量原则，它是处理实验中复杂关系的准则之一。
单因子变量原则要求在实验组和对照组的实验中都只能有一个变量，这样得出的实验结果与单一变量之间就能形成一一对应关系，便于观察实验结果以及分析实验结果的成因。
3．无关变量要一致(等量原则)
在实验设计和操作中，要尽量减少无关变量，而且不同的实验组中无关变量应完全相同，这样就可排除无关变量对实验的干扰，排除实验偶然性，提高实验的准确性。
二、实验设计策略
1．程序
2．步骤书写
3．实验结果处理
将实验的结果用文字、曲线图、柱形图、表格等形式表达。
[对点练习]
1．下列关于生物实验中“对照”及“变量”的相关叙述正确的是(　 )
A．检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验中，没有进行对照
B．探究 pH 对酶活性影响的实验与探究酶活性的最适 pH 实验，温度都属于无关变量，两实验的自变量、因变量相同，但实验组数设置有所不同
C．观察紫色洋葱鳞片叶细胞质壁分离与复原实验中，滴加蔗糖和清水，属于自变量，原生质层与细胞壁体积、位置变化为因变量，该实验也没有对照
D．探究温度对淀粉酶活性影响的实验中，淀粉酶的浓度是自变量，不同温度条件下淀粉遇碘变蓝程度是因变量
解析：选B　检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验中，存在不加检测试剂的空白对照，A错误；观察紫色洋葱鳞片叶细胞质壁分离与复原实验中，叶细胞前后自身对照，C错误；探究温度对淀粉酶活性影响的实验中，温度是实验的自变量，淀粉酶的浓度是无关变量，不同温度条件下淀粉遇碘变蓝程度是因变量，D错误。
2．下列有关实验设计的叙述，正确的是(　 )
A．实验材料的数量、温度和时间都可能是实验的变量
B．各种实验都必须单独设置对照组，确保单一变量
C．数据测量时只要认真准确记录，无需多次测量求平均值
D．探究实验中，实验结果总是与提出的假设一致
解析：选A　变量即实验过程中可以变化的因素，实验材料的数量、温度和时间都可能是实验的变量，A正确；探究实验一般都需要设置对照组，但也可能均为实验组，各组之间形成相互对照，B错误；进行数据测量时，为了减少误差，需多次测量求平均值，C错误；探究实验中，可能出现实验结果与假设矛盾的现象，可能是因假设不正确，那么就需要进一步查找资料，重新作出假设，也可能是因实验过程中的某一环节出了问题，那么就需要重新进行实验，D错误。
3．下列对探究性实验中实验变量的叙述，正确的是(　 )
A．“探究温度对酶活性的影响”实验，所加酶的量和pH是无关变量
B．“探究酵母菌细胞的呼吸方式”实验，培养液中的溶氧量是无关变量
C．“探究植物生长调节剂对促进插条生根的作用”实验，插条生根数是无关变量
D．“探究植物细胞的失水和吸水”实验，原生质层外侧溶液的浓度是无关变量
解析：选A　“探究温度对酶活性的影响”实验中，自变量是温度，因变量是酶的活性，所加酶的量和pH是无关变量，A正确；“探究酵母菌细胞的呼吸方式”实验，自变量为是否有氧，B错误；“探究植物生长调节剂对促进插条生根的作用”实验，自变量为生长调节剂的浓度，因变量是插条生根数或根的长度，C错误；“探究植物细胞的失水和吸水”实验，细胞液和外界溶液的浓度差是自变量，D错误。
[课时验收评价]
1．驱动蛋白能催化ATP水解，还能与细胞骨架特异性结合，并沿着骨架定向行走，将所携带的细胞器或大分子物质送到指定位置。驱动蛋白每行走一步需要消耗一个ATP分子。下列相关叙述错误的是(　 )
A．驱动蛋白能识别ATP分子和细胞骨架
B．细胞骨架是物质和细胞器运输的轨道
C．由活细胞产生的ATP合成酶在体外也具有催化活性
D．代谢旺盛的细胞中ATP的水解速率远大于合成速率
解析：选D　由活细胞产生的酶，只要温度、pH等适宜，在生物体外仍然具有催化活性，C正确；细胞代谢旺盛时，ATP的水解速率和ATP的合成速率都升高，但两者处于平衡状态，D错误。
2．(2022·济南模拟)温度会影响酶促反应速率，其作用机理可用坐标曲线表示(如图)。其中a表示底物分子具有的能量，b表示温度对酶空间结构的影响，c表示酶促反应速率与温度的关系。下列说法正确的是(　 )
A．随着温度的升高，底物分子具有的活化能增加
B．处于曲线c中1、2位点酶分子活性是相同的
C．酶促反应速率是底物分子的能量与酶空间结构共同作用的结果
D．酶适于低温保存，原因是底物分子的能量低
解析：选C　由曲线a可知，随着温度的升高，底物分子具有的能量增加，A错误；曲线c中1、2位点酶促反应速率相等，但酶分子活性不一定相同，B错误；由图可知，酶适于低温保存，原因是低温只是抑制酶活性，不会使酶变性失活，D错误。
3．某生物实验小组欲探究温度对淀粉酶活性的影响，已知淀粉酶催化淀粉水解是一个多步反应，会依次形成较大分子糊精、小分子糊精、麦芽糖，加入碘液后的溶液颜色分别是蓝紫色、橙红色、黄褐色(碘液颜色)。下列操作错误的是(　 )
A．设置一系列温度梯度，确定淀粉酶活性较强的温度范围
B．将淀粉酶溶液、淀粉溶液分别保温处理后再进行混合
C．通过观察加入碘液后不同温度下溶液颜色的变化可确定酶活性的强弱
D．混合保温一段时间后，在保温装置中直接加碘液即可检测淀粉水解情况
解析：选D　为防止酶在保温装置中继续催化淀粉水解，混合保温相同时间后应加入强酸或强碱等终止反应，再加碘液检测淀粉水解情况，D错误。
4．ATP合成酶是合成ATP所需的催化剂，分子结构由凸出于膜外的亲水性头部和嵌入膜内的疏水性尾部组成。H＋顺浓度梯度穿过ATP合成酶，使ADP与Pi形成ATP。下列关于ATP合成酶的分析，错误的是(　 )
A．可推测原核生物的细胞内没有ATP合成酶
B．线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜上有ATP合成酶
C．ATP合成酶既具有催化作用，也具有运输作用
D．ATP合成酶催化ADP和Pi形成ATP需要温和的条件
解析：选A　原核生物的细胞需要ATP，含有ATP合成酶，A错误。
5.如图表示在不同温度下(pH适宜)，过氧化氢在有过氧化氢酶和无酶也无其他催化剂两种条件下的分解速率变化曲线。据图分析，下列叙述正确的是(　 )
A．图中b表示无酶也无其他催化剂时的反应速率曲线
B．M点对应温度是长时间保存过氧化氢酶的最适温度
C．图中a、b两曲线对照可说明酶具有高效性的特点
D．若改变pH，则b曲线的最大值改变，M点一般不变
解析：选D　据图可以判断，图中b表示在有过氧化氢酶时的反应速率曲线，a表示无酶也无其他催化剂时的反应速率曲线，A错误；酶适合在低温条件下保存，而图中M点所对应的温度是该酶催化反应的最适温度，B错误；酶的高效性是与无机催化剂相比较得出的，有酶和无酶也无其他催化剂相比较并不能说明酶具有高效性，C错误；在不同pH条件下，酶的催化效率不同，但酶的最适温度一般不变，D正确。
6．(2022·南通检测)真菌分泌的植酸酶作为畜禽饲料添加剂，可提高饲料利用率。科研人员对真菌产生的两种植酸酶在不同pH条件下活性的差异进行研究，结果如图。下列相关叙述错误的是(　 )
A．植酸酶只能在活细胞中产生，可在细胞外发挥作用
B．真菌合成的植酸酶需要经高尔基体参与，才能转运到细胞外
C．植酸酶A的最适pH为2或6，植酸酶B的最适pH为6
D．两种酶相比，植酸酶A更适合添加在家畜饲料中
解析：选C　在pH为2时，植酸酶A的相对活性较高，但不是其最适pH，植酸酶A和B在pH为6时，酶的活性均最高，二者的最适pH均为6，C错误。
7．某课外活动小组用淀粉酶探究pH(用HCl和NaOH调节)对酶活性的影响(已知HCl能催化淀粉水解，其他无关变量相同且适宜)，得到如表所示的实验结果。
pH 1 3 5 7 9 11 13
实验起始时淀粉的质量分数/% 10 15 20 10 15 20 10
2 h后剩余淀粉的质量分数/% 5 11 14 1 11 16 10
下列关于实验的分析，不正确的是(　 )
A．pH＝3时淀粉酶的活性比pH＝9时要低
B．pH＝1时有淀粉水解，说明淀粉酶没有失活
C．与HCl相比，淀粉酶降低反应活化能的效果更加显著
D．欲测出pH＝5时淀粉酶催化淀粉水解的量，还需设置不加淀粉酶的对照组
解析：选B　pH＝3时淀粉是在HCl和淀粉酶共同催化下水解的，而pH＝9时淀粉仅在淀粉酶催化下水解，所以当淀粉水解量相等时，pH＝3时淀粉酶的活性比pH＝9时低，A正确；由于HCl能催化淀粉水解，故pH＝1时HCl催化淀粉水解，淀粉酶失活，B错误；pH＝7时淀粉酶催化淀粉水解的量为9%，而pH＜7时HCl催化淀粉水解的量都小于pH＝7，C正确；pH＝5时淀粉是在HCl和淀粉酶共同催化下水解的，所以欲测出淀粉酶催化淀粉水解的量，还应测出相同pH条件下不加淀粉酶时HCl催化淀粉水解的量，D正确。
8．ATP合成酶是一种功能复杂的蛋白质，与生物膜结合后能催化ATP的合成，其作用机理如图所示。请据图回答：
(1)ATP 在细胞内的作用是____________________；分析此图可知H＋跨越该膜的运输方式是________。
(2)在真核细胞中，该酶主要分布于______________________(填生物膜名称)。推测好氧型细菌细胞的____________(填结构名称)存在该酶，理由是______________________________________________。
答案：(1)生命活动的直接能源物质　协助扩散　(2)线粒体内膜、类囊体薄膜　细胞膜　该酶与生物膜结合后能催化ATP的合成，而好氧型细菌的膜结构只有细胞膜
9．下面的表格分别是某兴趣小组探究温度对酶活性影响的实验步骤和探究过氧化氢酶作用的最适pH的实验结果。据此回答下列问题：
探究温度对酶活性影响的实验(实验一)
实验步骤 分组 甲组 乙组 丙组
①α-淀粉酶溶液 1 mL 1 mL 1 mL
②可溶性淀粉溶液 5 mL 5 mL 5 mL
③控制温度 0 ℃ 60 ℃ 90 ℃
④将新鲜α淀粉酶溶液与可溶性淀粉溶液混合后分别恒温
⑤测定单位时间内淀粉的____________
探究过氧化氢酶作用的最适pH的实验(实验二)
组别 A组 B组 C组 D组 E组
pH 5 6 7 8 9
H2O2完全分解所需时间/秒 300 180 90 192 284
(1)pH在实验一中属于________变量，而在实验二中属于________变量。
(2)实验一的①②③步骤为错误操作，正确的操作应该是________________________________________________________。实验一的⑤步骤最好选用__________________(试剂)测定单位时间内淀粉的________。
(3)如将实验一的新鲜α淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液，你认为是否科学？________。为什么？_________________________________________。
(4)分析实验二的结果，可得到的结论是________________________________________；在该预实验的基础上要进一步探究该过氧化氢酶的最适pH，可在pH为________之间设置梯度。
解析：(1)实验一探究的是温度对酶活性的影响，因此自变量是温度，因变量是酶活性，pH属于无关变量；而实验二是探究过氧化氢酶作用的最适pH，pH是自变量。(2)探究温度对酶活性影响的实验中，应该先使酶和底物分别达到预设温度，然后再将底物和酶混合进行反应，否则会影响实验结果的准确性。因此，实验一的①②③步骤为错误操作。淀粉遇碘液变蓝，因此实验一的⑤步骤最好选用碘液测定单位时间内淀粉的剩余量，颜色越深，单位时间内淀粉的剩余量越多，说明酶活性越低。(3)温度会直接影响H2O2的分解，因此实验一的新鲜α淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液不能换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液。(4)由实验二的结果可知，在pH为5～7的范围内，随pH的升高该过氧化氢酶活性升高；在pH为7～9的范围内，随pH的升高该过氧化氢酶活性降低，故该过氧化氢酶作用的最适pH约为7，pH降低或升高，酶活性均降低。在该预实验的基础上要进一步探究该过氧化氢酶的最适pH，可在pH为6～8之间设置梯度。
答案：(1)无关　自　(2)使新鲜α淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别达到预设温度后再混合(合理即可)　碘液　剩余量　(3)不科学　因为温度会直接影响H2O2的分解　(4)该过氧化氢酶的最适pH约为7，pH降低或升高酶活性均降低(或在pH为5～7的范围内，随pH的升高该过氧化氢酶活性升高；在pH为7～9的范围内，随pH的升高该过氧化氢酶活性降低)　6～8

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