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课时作业3　细胞中的ATP与酶
一、选择题
1.在学校里参加各项体育运动时,肌细胞代谢需要的直接能源物质是(　　)
A.肌糖原　　　　　　　
B.葡萄糖
C.ATP
D.氨基酸
2.将刚采摘的新鲜糯玉米立即放入85 ℃水中热烫处理2 min,可较好地保持甜味。这是因为加热会(　　)
A.提高淀粉酶的活性
B.改变可溶性糖分子的结构
C.使淀粉酶失去活性
D.使可溶性糖转化为淀粉的酶失去活性
3.下列关于酶的叙述,正确的是(　　)
A.胃蛋白酶适宜在pH=1.5、温度为37 ℃的条件下保存
B.从成年草食类动物肠道的内容物中可获得纤维素酶
C.催化时酶的空间结构发生变化,会导致酶失活
D.酶的高效性体现在酶能降低反应所需的化学能
4.(2024浙江绍兴期末)ATP是细胞内重要的化合物,对生命活动的正常进行具有非常重要的作用,下图中①~④表示磷酸基团个数不同的4种分子结构示意。下列有关叙述错误的是(　　)
A.①为腺苷,②是腺嘌呤脱氧核苷酸
B.③和④的相互转化保证了细胞内的能量供应
C.“~”表示的化学键稳定性较差,水解时可释放大量能量
D.③转化为④需要吸收其他放能反应释放的能量
5.下图表示一个酶促反应,A、B、C最可能的物质依次是(　　)
A.蛋白酶、蛋白质、多肽
B.麦芽糖酶、麦芽糖、葡萄糖
C.淀粉酶、淀粉、麦芽糖
D.脂肪酶、脂肪、甘油和脂肪酸
6.萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶。在荧光素酶的作用下,荧光素接受ATP提供的能量后被激活,激活的荧光素与氧发生化学反应,形成氧化荧光素,并且发出荧光。下列叙述正确的是(　　)
A.ATP的元素组成是C、H、O
B.荧光素释放的光能可用于萤火虫自身合成ATP
C.吸能反应一般与ATP的合成相联系
D.荧光素激活的过程发生了ATP水解
7.某同学按照教材活动设置进行“探究pH对过氧化氢酶的影响”的实验,实验结果如下表所示。下列叙述正确的是(　　)
缓冲液 pH 5.0 pH 6.0 pH 7.0 pH 8.0
收集的气 体体积/mL 0.5 min a1 b1 c1 d1
1 min a2 b2 c2 d2
A.1 min时收集的气体体积一定都不相同
B.若b1=b2,说明pH为6.0时,过氧化氢酶失活
C.若c2最大,说明pH为7.0是过氧化氢酶的最适pH
D.过酸、过碱与低温对酶活性的影响不同
8.(2025浙江绍兴高一期末)ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。下列关于细胞内ATP的叙述,错误的是(　　)
A.ADP合成ATP的过程是一个吸能反应
B.细胞中ATP含量很高且能快速水解放能
C.ATP中可利用的化学能储存在高能磷酸键内
D.活细胞大多数生命活动由ATP直接供能
9.(2024浙江宁波月考)生物体内存在着ATP和ADP的相互转化,对这一过程的叙述不正确的是(　　)
A.存在着能量的释放和储存
B.保证了生命活动的顺利进行
C.持续不断地在生物活细胞中进行
D.转化中物质与能量变化都是可逆的
10.酶的激活剂和抑制剂会影响酶的活性。为研究Cl-对唾液淀粉酶活性的影响,在最适温度、适宜pH等条件下,用蒸馏水和0.3%的NaCl溶液进行实验得到如下图所示结果(已知Na+几乎不影响该反应)。下列叙述错误的是(　　)
A.乙组起对照作用
B.实验的观测指标是淀粉的水解速率
C.一定浓度的Cl-是酶的激活剂
D.若温度提高至60 ℃,两曲线的最高点均上移
二、非选择题
11.下图表示ATP水解产生ADP的过程。请据图回答下列问题。
(1)图中A表示　　　　　　,P表示　　　　　,ATP脱去两个磷酸基团后可作为　　　　　　(填物质名称)的基本组成单位之一。
(2)图中①表示　　　　　　　,其性质不稳定。
(3)图示表示　　　　　　　　的过程,其作用是　　　　　　　　　。
(4)催化该过程的酶与催化ATP合成的酶　　　　　(填“是”或“不是”)同一种酶。
12.(2024浙江湖州期末)为研究酶的相关特性,某实验小组用下图所示装置展开实验,并记录了相关实验数据,据图回答下列问题。
(1)本实验选材的原因是土豆中富含　　　　　　　　,该物质具有　　　　　　　　　　　　作用。动物的　　　　　　　　细胞中也具有该物质,且浓度很高。
(2)该实验思路是将　　　　的土豆片与过氧化氢溶液混合后开始计时,通过测量单位时间内气体产生的体积反映酶促反应速率。b点后测得的数值不再变化,可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　。若将等量土豆片研磨成匀浆后再加入该装置,a点将　　　　(填“下移”“不变”或“上移”)。
(3)欲验证酶的高效性,可选择　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作为对照,此外酶还具有的特点是　　　　　　　　　　　　　　　　(答出1点)。
参考答案
课时作业3　细胞中的ATP与酶
一、选择题
1.C　解析 ATP是生命活动的直接能源物质,C项正确。
2.D　解析 玉米中的淀粉酶在85 ℃水中会变性失活,活性不会提高,A项错误;可溶性糖分子的结构不会改变,否则不能较好地保持甜味,B项错误;加热能够使可溶性糖转化为淀粉的酶失去活性,减少淀粉的积累,降低可溶性糖转化为淀粉所需酶的活性,从而使可溶性糖能较长时间存在于玉米中保持甜味,与淀粉酶的活性被破坏无关,C项错误,D项正确。
3.B　解析 酶适宜在低温条件下保存,A项错误;成年牛、羊等草食类动物肠道中有可以分解纤维素的微生物,所以从其肠道内容物中可以获得纤维素酶,B项正确;催化时酶的空间结构发生变化,但酶在催化化学反应前后其活性不变,C项错误;酶的作用机理是酶能降低反应所需的化学能,但酶的高效性是指与无机催化剂相比,酶能显著降低反应的活化能,D项错误。
4.A　解析 ①为腺苷,②是腺嘌呤核糖核苷酸,A项错误;③ADP和④ATP的相互转化保证了细胞内的能量供应,B项正确;“~”表示的化学键为特殊化学键,其稳定性较差,水解时可释放大量能量,C项正确;③转化为④需要吸收其他放能反应释放的能量,D项正确。
5.C　解析 据图分析,A化学反应前后数量和化学性质不变,表示酶,B是反应底物,C表示产物,在A的作用下,大分子B分解成2个小分子C,对照四个选项,淀粉属于多糖,麦芽糖属于二糖,符合图示现象,C项符合题意。
6.D　解析 ATP的元素组成是C、H、O、N、P,A项错误;荧光素释放的光能不能用于萤火虫自身合成ATP,B项错误;吸能反应一般与ATP的水解相联系,放能反应一般与ATP的合成相联系,C项错误;荧光素接受ATP提供的能量后被激活,说明荧光素激活的过程发生了ATP水解,D项正确。
7.D　解析 1 min时收集的气体体积可能相同,因为在不同的两个pH条件下,过氧化氢酶催化反应的速率可能相同,从而收集到相同体积的气体,A项错误;若b1=b2,可能是反应物在0.5 min内被完全消耗了,不一定是pH为6.0时,过氧化氢酶失活,B项错误;若c2最大,只能说明在此实验条件下,产生的气体最多,如果需要探究最适pH,还需设置pH间隔更小的实验组,C项错误;过酸、过碱能使酶失去活性,而低温不会使酶失去活性,所以过酸、过碱与低温对酶活性的影响不同,D项正确。
8.B　解析 ADP合成ATP的过程需要消耗能量,属于吸能反应,A项正确;细胞中ATP含量不高,B项错误;ATP中的高能磷酸键储存大量化学能,水解时释放能量供细胞利用,C项正确;活细胞中绝大多数需能反应由ATP水解直接供能,D项正确。
9.D　解析 ATP水解释放能量,ATP的合成储存能量,故ATP和ADP的相互转化中存在着能量的释放和储存,A项正确;ATP和ADP的相互转化保证了细胞生命活动对能量的需求,B项正确;ATP与ADP相互转化是时刻不停地进行的,使ATP与ADP的含量处于动态平衡之中,C项正确;合成ATP的能量可以来自呼吸作用,也可以来自光合作用,ATP水解的能量可以用于物质吸收、肌肉收缩、兴奋传导,故ATP和ADP相互转化过程中能量变化不可逆,物质变化可逆,D项错误。
10.D　解析 本实验的目的是研究Cl-对唾液淀粉酶活性的影响,乙组是蒸馏水组,起对照作用,A项正确;唾液淀粉酶可以催化淀粉水解,其活性高低可以用淀粉水解速率来表示,故该实验的观测指标是淀粉水解速率,B项正确;结合题图可知,一定浓度的Cl-处理后,淀粉水解速率升高,唾液淀粉酶活性升高,说明一定浓度的Cl-是酶的激活剂,C项正确;由于该实验是在最适温度下进行的,故若温度提高至60 ℃,酶活性降低,则两曲线的最高点均下降,D项错误。
二、非选择题
11.解析 (1)图中A表示腺苷,P代表磷酸基团,ATP脱去两个磷酸基后为腺嘌呤核糖核苷酸(AMP),是构成RNA的基本单位之一。(2)图中①为高能磷酸键,其中蕴藏着大量的化学能。(3)图示表示ATP水解过程,其作用是为各项生命活动供能。(4)酶具有专一性,故催化该过程的酶与催化ATP合成的酶不是同一种酶。
答案 (1)腺苷　磷酸基团　RNA　(2)高能磷酸键　(3)ATP水解　为各项生命活动供能　(4)不是
12.解析 (1)该实验是探究酶催化作用的相关问题,利用的底物是过氧化氢溶液,需要过氧化氢酶催化,新鲜的土豆中富含过氧化氢酶,动物的肝脏中也富含过氧化氢酶,可以作为实验材料。(2)该实验思路是将新鲜的土豆片与过氧化氢溶液混合后开始计时,测定单位时间内气体产生体积;而过氧化氢有限,当实验进行到b点时,过氧化氢被分解完,气体量也就不再增加。将等量土豆片研磨成匀浆后再加入该装置不会增加底物过氧化氢溶液的量,因此a点将不变。(3)酶的高效性是与无机催化剂进行比较;此外酶的特性还有专一性。
答案 (1)过氧化氢酶　催化过氧化氢分解　肝脏
(2)新鲜　底物过氧化氢被消耗完了　不变
(3)无机催化剂(或二氧化锰、Fe3+)　专一性(共54张PPT)
专题二
专题突破3　细胞中的ATP与酶
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1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质,酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响
2.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
考点1 组成细胞的无机物
1.糖类和ATP都是细胞中的直接能源物质。 ( 　　)
2.细胞质和细胞核中都有ATP的分布。(　　)
3.腺嘌呤是一种含氮碱基,能与核糖和1个磷酸基团形成腺苷。(　　)
4.ADP转化为ATP所需能量都来自细胞呼吸释放的能量。(　　)
×
√
×
×
提示 ATP是细胞中的直接能源物质,糖类需要氧化分解后释放能量。
提示 腺嘌呤与核糖形成腺苷。
提示 ADP转化为ATP所需能量来自细胞呼吸释放的能量或光能等。
基础自检·微知著
5.人体中产生ATP的场所为线粒体。(　　)
×
提示 人体产生ATP的方式为细胞呼吸,场所为细胞溶胶和线粒体。
一、ATP的结构与功能
1.ATP分子的结构模型分析
结构 模型 模型分析:
①②③分别表示:AMP(腺嘌呤核糖核苷酸)、ADP(腺苷二磷酸)、ATP(腺苷三磷酸)
结构 描述 描述1:一个ATP由一个腺嘌呤、一个核糖、三个磷酸基团构成 描述2:一个ATP由一个腺苷、三个磷酸基团构成　 描述3:一个ATP由一个AMP(腺嘌呤核糖核苷酸)和两个磷酸基团构成(或描述为ATP脱去两个磷酸基团就成为RNA的基本组成单位之一) 描述4:一个ATP由一个ADP(腺苷二磷酸)和一个磷酸基团构成
知能构建·强技能
2.ATP的特点
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,也就是具有较高的转移势能
高能量 1分子ATP水解释放的能量高达30.54 kJ/mol,是细胞内的一种高能磷酸化合物
3.ATP的功能
ATP能够直接为生命活动提供能量,是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
二、ATP和ADP之间的相互转化
模型 图示
模型 分析 ①循环过程中的物质:A、B分别表示ATP和ADP,X1和X2均表示磷酸分子
②循环过程中的酶:酶1表示ATP水解酶,酶2表示ATP合成酶。其中酶1主要存在于耗能部位,酶2主要存在于细胞溶胶、线粒体与叶绿体
③循环过程中的能量:能量1表示ATP水解释放的能量,用于物质合成、物质运输、肌肉收缩等吸能反应;能量2表示合成ATP所需的能量,来自细胞呼吸所释放的能量,或者来自光能
考向1　 ATP的结构与功能
典例1细胞的生存需要能量和营养物质,其中驱动细胞生命活动的直接能源物质是(　　)
A.H2O B.ATP
C.Na+ D.Ca2+
解析 ATP是细胞生命活动的直接能源物质,为细胞中的“能量通货”。
B
实战演练·明方向
典例2(2024浙江绍兴学考适应考)在刚失去收缩功能的离体肌肉上滴加ATP溶液,肌肉很快发生明显的收缩,下列关于ATP的叙述正确的是(　　)
A.ATP是肌肉细胞能直接利用的一种糖类
B.由1个核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成
C.分子中与磷酸基团相连接的化学键都是高能磷酸键
D.剧烈运动时体内ATP会因大量消耗出现显著下降
B
解析 ATP水解释放能量,是细胞中的直接能源物质,不是糖类,A项错误; ATP的中文名称为腺苷三磷酸,其由1个核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成,B项正确;ATP中磷酸基团与核糖相连接的化学键不是高能磷酸键,C项错误;剧烈运动时ATP和ADP之间的相互转化速度加快,满足机体对能量的需求,因而体内ATP含量能保持相对稳定,D项错误。
考向2　 ATP-ADP循环
典例3下图是细胞中ATP与ADP的转化示意图。下列叙述错误的是(　　)
A.ATP和ADP分子中都含有腺嘌呤和核糖
B.原核细胞和真核细胞内都可以发生甲、乙过程
C.能量①可来自放能反应,能量②可用于吸能反应
D.肌肉收缩过程中发生过程甲,不发生过程乙
D
解析 ATP和ADP分子中都含有腺嘌呤、核糖和磷酸,A项正确;原核细胞和真核细胞内都可以发生ATP的合成(甲)和ATP的水解(乙)过程,B项正确;合成ATP所需要的能量可来自放能反应,ATP水解释放的能量可用于吸能反应,C项正确;ATP与ADP的相互转化是时刻不停地,并且处于动态平衡之中,故肌肉收缩过程中,ATP的合成(甲)和ATP的水解(乙)过程都会发生,D项错误。
典例4荧光素酶催化荧光素与氧发生反应形成氧化荧光素并发出荧光,该过程需ATP供能。基于上述原理发明的手持ATP测定仪,可用于测定食品表面的细菌数。测定时,细菌被裂解,ATP释放到胞外作用于测定仪中的“荧光素酶-荧光素体系”并发出荧光,依据荧光强度得出细菌数。下列叙述错误的是(　　)
A.荧光素与氧发生反应的过程,需要吸收ATP释放的能量
B.荧光强度与ATP消耗量呈正相关,与细菌数呈负相关
C.细菌体内的ATP含量基本恒定,是该测定方法的重要依据
D.ATP是细菌生命活动的直接能源物质,也可在体外水解放能
B
解析 ATP释放的能量为荧光素酶催化荧光素发出荧光提供能量,A项正确;细菌数量越多,ATP含量越多,荧光强度越强,呈正相关,B项错误;细菌体内ATP的含量基本恒定,C项正确;ATP可在细胞内供能,也可在细胞外供能,D项正确。
考点2 酶的本质、催化特点及影响因素
1.酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质。 ( 　　)
2.保存酶一般在酶的最适温度下保存。 ( 　　)
3.温度、pH、底物浓度和酶的浓度都可影响酶的活性。(　　)
4.酶分子与底物的结合与其空间结构有关,体现酶的专一性。(　　)
×
√
√
√
提示 大多数酶化学本质是蛋白质,少部分酶化学本质为RNA。
提示 保存酶一般在低温下保存。
提示 酶的活性受到温度和pH的影响,底物浓度和酶的浓度可以影响反应的速率但是对酶的活性没有影响。
基础自检·微知著
5.酶催化作用的实质是通过提高化学反应的活化能,促使化学反应顺利进行。(　　)
6.温度越高,酶变性的速率越快,升到一定温度酶的活性完全丧失。(　　)
7.同一个体各种体细胞酶的种类相同、数量不同,代谢不同。(　　)
8.探究某种酶的最适pH的实验中,第一步应将酶与底物进行混合。(　　)
×
√
×
×
提示 酶催化作用的实质是降低化学反应的活化能。
提示 不同细胞内,部分酶的种类相同,如RNA聚合酶、呼吸酶等。
提示 探究某种酶的最适pH的实验中,第一步要设置不同的pH,而不能先将酶和底物混合。
1.酶的发现历程
时间 科学家 主要观点
1773年 斯帕兰 扎尼 鹰的胃不仅具有物理消化而且还具有化学消化功能
1857年 巴斯德 酒精发酵是酵母菌代谢活动的结果
19世纪 李比希 酒精发酵仅仅是一种化学反应,与酵母菌的活动无关,最多只需要酵母菌中的某些物质参与而已
1897年 毕希纳 促使酒精发酵的是酵母菌中的某种物质——酶,而不是酵母菌细胞本身
1926年 萨姆纳 分离得到脲酶,其化学本质是蛋白质
20世纪 80年代初 切赫和 奥尔特曼 发现极少数特殊的酶是RNA,称为核酶
知能构建·强技能
2.酶的本质及催化机理
(1)酶的本质
酶是由活细胞产生的一类生物催化剂,大多数酶是蛋白质,少部分酶是RNA。
(2)酶的催化机理
①图示如下
②图示分析
A(酶)与B(底物)结合形成M(酶-底物复合物),然后这个复合物会发生一定的形状变化使底物变成C和D(产物),并从复合物上脱落,同时酶分子又恢复原状。
(3)酶活性:一般指单位时间内底物的消耗量或产物的生成量。
3.与酶的特性有关的实验探究
(1)实验的变量和对照实验
①自变量:人为控制的对实验对象进行处理的因素叫作自变量。
②因变量:因自变量改变而变化的变量叫作因变量。
③无关变量:除自变量外,实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素,叫作无关变量。
④对照实验:除作为自变量的因素外,其余因素(无关变量)都保持一致,并将结果进行比较的实验叫作对照实验。
(2)探究酶催化的高效性
①实验原理:过氧化氢在MnO2和肝脏研磨液中过氧化氢酶的作用下加速分解。
②实验步骤和实验现象
步骤
相同处理 向2支试管中分别加入3 mL过氧化氢溶液 不同处理 加入少许鸡肝匀浆 加入少许MnO2
现象 气泡 很多 少
带火星卫生香 复燃性很强 有复燃
③实验结论:酶具有催化作用,同无机催化剂相比,催化效率更高。
(3)探究酶的专一性
①实验原理
淀粉(非还原糖) 麦芽糖(还原糖);
蔗糖(非还原糖) 葡萄糖(还原糖)+果糖(还原糖);
还原糖+本尼迪特试剂 红黄色沉淀。
②实验步骤
方案一:用同一种酶催化两种不同底物
b.用淀粉酶分别作用于淀粉和蔗糖后,再用本尼迪特试剂鉴定,根据是否有红黄色沉淀生成来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用,从而探索酶的专一性。
方案二:用两种不同的酶催化同一种底物
b.分别用淀粉酶和蔗糖酶作用于淀粉后,再用本尼迪特试剂鉴定,根据是否有红黄色沉淀生成来判断哪一种酶能将淀粉催化水解为还原糖,从而探索酶的专一性。
4.酶的催化功能受多种条件的影响
(1)pH对酶活性的影响
在一定pH范围内,随着pH的升高,酶的活性逐渐增强,酶促反应速率逐渐加快;在最适pH时,酶的活性最大,酶促反应速率最快;超过最适pH,随着pH的升高,酶的活性逐渐减弱,酶促反应速率逐渐减慢。
(2)温度对酶活性的影响
①酶促反应都有一个最适温度,在此温度以上或以下,酶活性均会下降。
②酶所催化的反应都是化学反应,在一定温度范围内,温度升高,反应速率加快。
③超过一定温度范围,酶分子会随温度升高而发生热变性,温度升得越高,酶变性的速率也越快,升到一定温度,酶将完全失去活性。
(3)其他影响因素
有机溶剂、重金属离子、酶的激活剂和抑制剂等都会影响酶的活性。
(4)活动:探究影响酶催化功能的因素——pH对过氧化氢酶的影响
①实验原理
a.过氧化氢酶能够催化过氧化氢的分解:2H2O2 2H2O+O2。
b.pH影响酶的活性,从而影响一定时间内的氧气的生成量,可用倒置量筒中的气体量来测量。
②实验步骤
设置实验装置
将浸有新鲜肝脏匀浆(含过氧化氢酶)的滤纸片放入反应小室的一侧内壁上
向反应小室中加入pH 5.0的缓冲液和H2O2溶液
将一个量筒灌满水倒置于水中,用一玻璃管与反应小室相连
将反应小室小心旋转180°,使H2O2溶液接触滤纸片
记录数据
分别选取pH 6.0、pH 7.0、pH 8.0的缓冲液重复实验
③实验结论
在适宜pH下,过氧化氢酶的催化效率最高,单位时间内释放的气体量最多。
考向1　 酶的本质及催化特点
典例1MnO2和细胞内合成的过氧化氢酶均可催化H2O2分解成为H2O和O2。下列叙述错误的是(　　)
A.过氧化氢酶具有专一性
B.过氧化氢酶在体外不具有催化作用
C.过氧化氢酶的活性受温度和pH的影响
D.与MnO2相比,过氧化氢酶的催化效率更高
解析 过氧化氢酶具有专一性,A项正确;只要条件适宜,过氧化氢酶在体外也具有催化作用,B项错误;过氧化氢酶的活性受温度和pH的影响,C项正确;与MnO2相比,过氧化氢酶的催化效率更高,D项正确。
B
实战演练·明方向
考向2　 影响酶活性的相关因素及曲线解读
典例2(2025浙江学考模拟)生物兴趣小组在最适温度下以等量的过氧化氢溶液作为底物探究不同pH下过氧化氢酶的活性。通过改变pH并测定相同时间内过氧化氢的剩余量,获得A、B两组结果(如右图)。下列相关叙述错误的是(　　)
A.引起A、B两组差异的原因可能是酶浓度不同
B.反应时间延长,A、B两组的差异可能会减小
C.升高温度,相同时间内过氧化氢的剩余量增加
D.实验结果表明,该过氧化氢酶的最适pH为7
C
解析 相同时间以等量的过氧化氢溶液作为底物,A组过氧化氢的剩余量普遍高于B组,可能是A组酶浓度低于B组,A项正确;反应时间延长,A组和B组的过氧化氢可能都被分解了,A组和B组的差异可能会减小甚至消失,B项正确;升高温度,过氧化氢受热易分解,但该实验是在最适温度下进行的,升高温度会使过氧化氢酶活性下降,不利于过氧化氢的分解,故相同时间内无法判断过氧化氢的剩余量增加还是减少,C项错误;由题图可知,pH为7时,过氧化氢的剩余量最少,说明过氧化氢酶最适pH为7,D项正确。
酶的特性 曲线 曲线解读
温度和pH对酶促反应的影响 ①在一定温度(pH)范围内,随温度(pH)的升高,酶的催化作用增强,超过这一范围,酶的催化作用逐渐减弱。②过酸、过碱、高温都会使酶变性失活,而低温只是抑制酶的活性,酶分子结构未被破坏,温度升高可恢复活性
考向3　 与酶相关实验的探究分析
典例3(2024浙江高一期末)为研究酶的特性,进行了实验,基本过程如下表所示,据此分析,下列叙述正确的是(　　)
步骤 基本过程 试管A 试管B
1 加入2%过氧化氢溶液 3 mL 3 mL
2 加入马铃薯匀浆 少许 —
3 加入二氧化锰 — 少许
4 检测
A.实验的自变量是反应速率
B.可用产生的气体总量作检测指标
C.该实验能说明酶的作用具有专一性
D.可用鸡肝匀浆代替马铃薯匀浆进行实验
D
解析 实验的自变量为加入的催化剂种类,A项错误;可用产生的气体速率作检测指标,二者总量是一致的,B项错误;该实验通过比较酶的催化速率和二氧化锰的催化速率来验证酶的高效性,不能说明酶的专一性,C项错误;鸡肝匀浆和马铃薯匀浆中均含有过氧化氢酶,均可用于过氧化氢酶的性质的探究实验,能用鸡肝匀浆代替马铃薯匀浆进行实验,D项正确。
与酶相关的实验设计分析
1.验证酶的高效性
(1)设计思路
验证酶高效性的方法是“对比法”,即通过对不同类型催化剂(主要是与无机催化剂作比较)催化底物的反应速率进行比较,得出结论。
(2)设计方案
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 能 力 提 升
2.验证酶的专一性
(1)设计思路
验证酶专一性的方法也是“对比法”,常见的有两种方案,即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同,最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。
(2)设计方案
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 3.探究酶的最适温度和最适pH
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) 学 考
大 题 突 破
命题方向预测　基于酶的特性进行的实验设计与探究
思维点拨(1)具备基本的实验思维:分析此类题目,需要明确实验设计的基本原则,如单一变量原则、等量原则、对照原则等。
(2)熟悉、内化酶“催化特性”的本质。
①酶的催化具有高效性。“高效性”的本质是酶作为催化剂,与无机催化剂相比,催化效率比较高。
②酶的催化具有温和性。“温和性”的本质是酶促反应的外界条件相对温和,一般不需要高温、高压的环境,正因如此,酶分子进行催化时,需要特定的温度、pH条件。
③酶的催化具有专一性。“专一性”的本质是一种酶催化一种或一类相似底物的反应,这主要与酶分子的空间结构有关。
典例(2023浙江杭州六县九校联盟期中)“多酶片”是经特殊工艺制成的双层药片,内层是肠溶衣(不易溶于胃液,可溶于肠液)包裹的胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶,外层是糖衣(可溶于胃液)包裹的胃蛋白酶。某同学为了验证多酶片中胃蛋白酶的作用,设计了以下实验。
(1)实验材料:多酶片,蛋白块,pH 1.5的缓冲溶液,pH 7.0的缓冲溶液,蒸馏水,恒温水浴箱,试管,烧杯等。
(2)实验步骤
①制备胃蛋白酶溶液:取多酶片放入盛有pH为_____的缓冲溶液的烧杯中,几分钟后糖衣溶解,取上层溶液备用;
②取试管A加入适量胃蛋白酶溶液,试管B加入__________________作为对照;
③分别加入大小相同的蛋白块,在________________中保温30 min。
1.5
等量pH 1.5的缓冲液
37 ℃恒温水浴箱
(4)分析、讨论
A.本实验中胃蛋白酶的活性可以用1 g胃蛋白酶在1 min内使___________________来表示;
B.多酶片可用于治疗消化不良。为充分发挥多酶片的作用,使用时应_________ (填“整片吞服”或“嚼碎服用”),理由是___________________ _____________________________________________________。
多少克的蛋白质水解
整片吞服
胃液中不会被破坏,确保肠溶衣包裹的酶在肠溶液中发挥作用
整片吞服使肠溶衣在
解析 (2)①由于胃蛋白酶的适宜pH为1.5~2.0,所以制备胃蛋白酶溶液时,取多酶片放入盛有pH 1.5的缓冲溶液的烧杯中,几分钟后糖衣溶解,取上层溶液备用;②为了遵循单一变量原则,试管A加入适量胃蛋白酶溶液,试管B加入等量pH 1.5的缓冲溶液作为对照;③分别加入大小相同的蛋白块,在37 ℃恒温水浴箱中保温30 min。
(3)由于酶具有催化作用,所以可预测结果为A试管的蛋白块体积变小,B试管蛋白块体积无明显变化;由此可得出结论:多酶片中胃蛋白酶可以催化蛋白质的水解。
(4)本实验中胃蛋白酶的活性可以用1 g胃蛋白酶在1 min内使多少克的蛋白质水解来表示。整片吞服使肠溶衣在胃液中不被破坏,确保肠溶衣包裹的酶在肠溶液中发挥作用,而嚼碎服用时,肠溶衣包裹的酶释放后会在酸性的胃液中失去活性,无法发挥作用,所以为充分发挥多酶片的作用,使用时应整片吞服。
变式训练 (2024浙江金华十校联考期末)为了探究酶的催化作用及催化特性,某研究小组以淀粉为底物进行了以下实验,得到的实验结果如下图所示。请回答下列问题。
(1)实验过程:先分别在①②③三支试管中加入等量相同浓度的淀粉溶液;再往试管①②中分别加入等量适量的　　　　　　溶液、无机酸(一种无机催化剂)溶液,往试管③中加入　　　　　　　　　　　　;每隔一段时间,用相应的方法检测产物含量。
淀粉酶
等量的清水(或蒸馏水)
(2)实验分析:实验的自变量为　　　　　　　　　　　　　　。通过比较试管①②的实验结果,可得出的结论是　　　　　　　　　　　　;通过比较试管①③的实验结果可以得出的实验结论是　　　　 　　　　　。试管①②的最终产物量相等的原因是
　 　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)为了检验产物中是否有还原糖,取适量试管①中反应后的液体,加入
　　　　　　　　试剂并进行水浴加热,若出现　　　　　　　　　　现象,则说明含有还原糖;另取适量试管①中反应后的液体,加入双缩脲试剂,若液体呈　　　色,则说明含有蛋白质,推测反应体系含有蛋白质的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
有无催化剂及催化剂的类型
淀粉酶的催化具有高效性
淀粉酶具有催化作用
①②中加入的淀粉溶液量及浓度相等,且反应时间充足,淀粉充分水解
本尼迪特
红黄色沉淀
紫
淀粉酶的化学本质为蛋白质
重难微专题1　探究性实验设计的拓展分析
突破1　 依据实验目的和要求确定实验的变量
能力强化根据实验目的和要求,确定好三个变量即自变量、因变量、无关变量三者之间的关系。
变量按性质不同,通常可分为以下两类共3种变量。
(1)自变量与因变量:自变量指实验中由实验者所操纵、给定的因素或条件,因变量指实验中由自变量引起的变化和结果。通常,自变量是原因,因变量是结果,二者具有因果关系。实验的目的即在于解释这种前因后果。
例如,在“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中,所给定的低温(冰块)、适温(37 ℃)、高温(沸水浴)就是自变量。而由于低温、适温、高温条件变化,唾液淀粉酶水解淀粉的反应也随之变化,这就是因变量,该实验即在于解释温度变化(自变量)与酶的活性(因变量)的因果关系及其经验事实。
(2)无关变量:实验中除自变量以外的影响实验变化和结果的因素或条件。
例如,上述实验中除自变量(低温、适温、高温)以外,试管洁净程度、唾液新鲜程度和稀释浓度、可溶性淀粉溶液浓度、试剂溶液的剂量和浓度、实验操作程序、保温处理的时间长短等等,均属于无关变量。实验设计成功的关键之一在于控制无关变量。
典例1(2025浙江衢州学考模拟)探究pH对过氧化氢酶活性影响的实验中,属于可变变量的是(　　)
A.温度
B.氧气释放速率
C.pH
D.实验用的猪肝新鲜程度
C
解析 温度和猪肝新鲜程度属于无关变量,实验中需保持相同以避免干扰,A、D两项不符合题意;氧气释放速率是因变量,反映酶活性变化的结果,B项不符合题意;pH是实验中人为改变的自变量,用于探究其对酶活性的影响,C项符合题意。
突破2　 基于实验材料选择合适的指示剂
能力强化设计实验探究或验证酶的特性时,除了遵循实验设计的单一变量原则,更需要关注的是实验设计原理、实验设计操作及检测是否可行,如探究温度对酶活性的影响,不能用本尼迪特试剂进行检测,否则会引入检测温度的无关变量;若探究酶的专一性时,检测试剂到底能不能用碘-碘化钾溶液作为指示试剂,需要看底物是否均为淀粉,如果存在不是以淀粉为底物的组别,则不可使用碘-碘化钾溶液作为指示试剂。
典例2为探究淀粉酶是否具有专一性,有同学设计了实验方案,主要步骤如下表所示。下列相关叙述合理的是(　　)
步骤 甲组 乙组 丙组
① 加入2 mL淀粉溶液 加入2 mL淀粉溶液 加入2 mL蔗糖溶液
② 加入2 mL淀粉酶溶液 加入2 mL蒸馏水
③ 水浴加热,然后各加入2 mL本尼迪特试剂,再次水浴加热 A.丙组步骤②应加入2 mL蔗糖酶溶液
B.两次水浴加热的主要目的都是提高酶活性
C.步骤③也可直接用碘-碘化钾溶液检验
D.设置乙组的目的是确认淀粉溶液中是否含有还原糖
D
解析 丙组步骤②应加入2 mL淀粉酶溶液,与甲组形成对比,A项错误;第一次水浴加热是为了使酶催化反应高效进行,第二次水浴加热是为了使本尼迪特试剂与还原糖反应后显色,B项错误;碘-碘化钾溶液无法检测蔗糖是否被水解(蔗糖及其水解产物均不与该溶液反应),因此步骤③不可直接使用碘-碘化钾溶液检验,C项错误;乙组作为对照,用于排除淀粉溶液本身含有还原糖的可能性,D项正确。
突破3　 基于实验数据合理分析实验结果得出结论
能力强化合理区分实验结果与实验结论,前者是通过实验得出的第一手资料,主要指实验数据,后者则指对实验现象和实验结果进行概括、分析、推导得出的一个普遍事实或规律。
例如,必修1教材第71页活动“探究酶的专一性”,实验结果是不同组别指示剂所展示的颜色;实验结论则是唾液淀粉酶和蔗糖酶的催化具有专一性。
典例3(2024浙江强基联盟期末)为了探究酶的高效性,某同学进行了实验,其组别设计如下表所示。下列叙述错误的是(　　)
加入材料(mL) 试管号 1 2 3 4 5
3%H2O2 5 5 5 5 5
蒸馏水 0.5
新鲜猪肝匀浆 0.5
3.5%FeCl3溶液 0.5
经高温处理的猪肝匀浆 0.5
经高温处理的3.5%FeCl3溶液 0.5
A.该实验也可用于验证酶活性易受温度影响
B.该实验的自变量是酶的种类和是否高温处理
C.1号试管用于校正 H2O2在自然条件下的分解
D.猪肝是否新鲜及是否制成匀浆均影响实验结果
答案 B　
解析 该实验2、4号试管对照,自变量为温度,故可说明酶活性易受温度影响,A项正确;分析表格可知,该实验的自变量是是否高温处理和催化剂的种类,B项错误;1号试管为空白对照组,用于校正H2O2在自然条件下的分解,C项正确;猪肝是否新鲜(影响酶的活性)及是否制成匀浆(底物与酶接触面积)均影响实验结果,D项正确。

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