2018届高考生物一轮（课标通用）课件：专题四 酶与atp

这是一份2018届高考生物一轮（课标通用）课件：专题四 酶与atp，共60页。PPT课件主要包含了考点10，考点11，考点12，试做真题，高手必备，萃取高招，对点精练，酶与激素的比较等内容，欢迎下载使用。
本专题是涉及高中生物验证性和探究性实验最 集中的部分,高考中有关的实验题目所涉及的实验 思想均与该部分有关,所以这一专题的重点就是实 验设计思想的建立。在复习ATP时需要了解它的成分、结构及与核酸的联系,并与产生ATP的光合作用和呼吸作用相联系。复习酶的时候,首先,要了解酶的化学本质和作用机理,酶能够降低反应的活化能;其次,酶的作用特性也是经常考查的内容,专一性与高效性经常会被用来设计实验。这个专题还有一个重要的探究性实验,就是对影响酶活性因素的探究,需要科学设计自变量、无关变量及因变量、反应物、鉴定方法,尤其是梯度变量的设计。所以,要从如何设计、如何修改、如何评价实验方面掌握该部分。浙江大学　泮旭涛
酶的化学本质和作用1.(2017·课标全国Ⅱ,3,6分,较低难度)下列关于生物体中酶的叙述,正确的是(　　)A.在细胞中,核外没有参与DNA合成的酶B.由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性C.从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法D.唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37 ℃
【答案】 C　由于真核细胞的细胞质中也含有部分DNA,所以细胞核外也有参与DNA合成的酶,A项错误。如果有适宜的条件,活细胞产生的酶在生物体外也有催化活性,B项错误。盐析是分离、纯化蛋白质的一种常用方法,胃蛋白酶的本质为蛋白质,故从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法,C项正确。唾液淀粉酶催化反应的最适温度为37 ℃,此温度下该酶的活性最高,但不适于保存该酶,酶适于在低温下保存,D项错误。
2.(2013·课标全国Ⅱ,6,6分,中等难度)关于酶的叙述,错误的是(　　)A.同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中B.低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构C.酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速度D.酶既可以作为催化剂,也可以作为另一个反应的底物【答案】 B　同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中,如呼吸酶可以存在于各种细胞中;低温能降低酶活性是因为分子运动能力降低,但并没有破坏酶的空间结构;酶的作用机理是降低化学反应的活化能来提高化学反应速度;酶是催化剂,但酶也可以是另一反应的底物,如淀粉酶的本质是蛋白质,可被蛋白酶水解。
3.(2011·课标全国,2,6分,中等难度)甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理,酶活性与处理时间的关系如右图所示。下列分析错误的是(　　)A.甲酶能够抗该种蛋白酶降解B.甲酶不可能是具有催化功能的RNAC.乙酶的化学本质为蛋白质D.乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变【答案】 B　由题图可知甲酶不被蛋白酶降解,可能是RNA。乙酶能被蛋白酶降解,说明乙酶是蛋白质,蛋白酶降解乙酶是破坏了其空间结构。
4.(2012·海南单科,4,2分,较低难度)下列操作中,不可能导致淀粉酶活性发生变化的是(　　)A.淀粉酶溶液中加入强酸B.淀粉酶溶液中加入蛋白酶C.淀粉酶溶液中加入淀粉溶液D.淀粉酶经高温烘干制成粉剂【答案】 C　淀粉酶的化学本质是蛋白质,在强酸、强碱和高温下都会变性失活,而在淀粉酶溶液中加入淀粉溶液,只是淀粉酶把淀粉水解,反应前后淀粉酶的活性不变。
5.(2011·海南单科,14,2分,较低难度)关于酶的叙述,正确的是(　　)A.酶提供了反应过程所必需的活化能B.酶活性的变化与酶所处环境的改变无关C.酶结构的改变可导致其活性部分或全部丧失D.酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸【答案】 C　酶降低了反应过程所必需的活化能,A项错误; 酶活性的变化与酶所处的环境的改变有关,如温度,pH等,B项错误;结构决定功能,当物质的结构发生变化后,相应的功能就会改变,C项正确;酶分子在催化反应完成后还可以继续使用,D项错误。
1.酶的本质和作用酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物。
2.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。酶的高效性是和无机催化剂相比较来说的,故上图曲线中只有曲线a、b相比较才可说明酶催化的高效性,a、c曲线的对比只可说明酶具有催化作用。
(2)专一性:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。如下图所示:(3)作用条件较温和:绝大多数的酶是蛋白质,过酸、过碱和高温都能破坏蛋白质分子的空间结构,从而引起蛋白质分子变性,使酶永久失活。但低温只是使酶活性下降,适宜的温度下,酶活性可以恢复。
典例导引1(2017·河北邢台模拟,7)如图表示在温度和pH最适条件下,某种酶的催化反应速率与反应物浓度之间的关系,结合影响酶催化反应速率的因素分析,下列有关叙述正确的是(　　)A.若在A点提高反应温度,反应速率会加快B.若在B点增加酶的浓度,反应速率会加快C.若在C点增加反应物浓度,反应速率将加快D.若减小pH重复该实验,A、B点位置都不变
【解析】 图示在最适温度下某种酶的催化反应速率,如果在A点提高反应温度将不利于反应,反应速率会减慢,A项错误;B点时反应物达到饱和,此时限制酶促反应的是酶的数量,如果在B点增加酶的浓度,则反应速率会加快,B项正确;C点时反应物达到饱和,如果在C点增加反应物浓度,反应速率将不会加快,C项错误;图示在最适pH下某种酶的催化反应速率,如果减小pH重复该实验,A、B点位置都将下移,D项错误。【答案】 B
高招1四步透析酶曲线1.第一步:明确酶坐标曲线中纵横坐标的含义及关系。A、B、C、D分别是酶促反应速度随酶浓度、底物浓度、温度、pH变化而变化的曲线图,E是反应物剩余量随pH和温度变化而变化的关系图。
2.第二步:分析曲线走势,明确纵坐标随横坐标变化的原因。A:反应速度随酶浓度的增大而增大(底物充足)。B:一定范围(酶数量一定)内,反应速度随底物浓度的增大而增大。C、D:在一定温度(pH)范围内,随温度(pH)的升高,酶反应速度逐渐增大,超过最适温度(pH),随温度(pH)的升高,反应速度逐渐下降。3.第三步:明确曲线的各点,如起点、顶点、交叉点、终点等各点的含义。A:起点为0,反应速度随酶浓度的增大而增大,无终点和顶点,说明酶浓度与反应速度呈正相关。B:起点为0,一定范围(酶数量一定)内,反应速度随底物浓度的增大而增大,达到某一值时,反应速度不再增大,分析此时受限因素可能是酶的浓度等。C、D:在最适温度(pH)时,反应速度最大,当小于或大于该最适值时,反应速度都要下降。
4.第四步:对于多因子变量曲线,遵循先“横”后“纵”的原则。即先研究一条曲线的变化趋势,再对不同曲线进行纵向比较分析。E:分析每一条曲线,可看出pH与反应物剩余量的关系,在pH=8时,反应物剩余量最少,说明该pH时,反应速度最大,酶活性最高;通过比较每条曲线,可看出,温度与反应物剩余量的关系,温度由30 ℃上升至35 ℃,酶的活性升高,由35 ℃上升至37 ℃,酶的活性下降。
1.(2017·山西晋中模拟,8)核酶是具有催化功能的RNA分子,在特异地结合并切断特定的mRNA后,核酶可从杂交链上解脱下来,重新结合和切割其他的mRNA分子,下列关于核酶的叙述,正确的是(　　)A.向核酶中滴加双缩脲试剂,水浴加热可发生紫色反应B.与不加核酶组相比,加核酶组mRNA降解较快,由此可反映核酶的高效性C.核酸具有热稳定性,故核酶的活性不受温度的影响D.核酶与催化底物特异性结合时,有氢键形成,也有磷酸二酯键的断裂
【答案】 D　根据题意可知,核酶是具有催化功能的RNA分子,因此不会和双缩脲试剂产生紫色反应,A项错误;与不加核酶组相比,加核酶组mRNA降解较快,由此可反映核酶的催化作用,B项错误;核酸具有热稳定性,但是在高温条件下结构也会发生改变,因此核酶的活性也会受温度的影响,C项错误;核酶与催化底物特异性结合时,核酶和mRNA之间有氢键形成,而切割mRNA分子也有磷酸二酯键的断裂,D项正确。
2.(2017·河北唐山质检,4)图中曲线a表示在最适温度、最适pH条件下,底物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析,下列叙述错误的是 (　　)A.在曲线的AB段限制反应速率的主要因素是底物浓度B.在曲线的B点时再加入一定量的酶,可以用曲线b表示C.若减少酶的数量后,反应速率可用曲线c表示D.减小pH,重复该实验,曲线中B点位置不变
【答案】 D　AB段,随着底物浓度的升高,反应速率逐渐加快,说明限制曲线AB段反应速率的主要因素是底物浓度,A项正确; B点后反应速率不随底物浓度的增加而加快,说明底物浓度不是限制因素,可能受到酶浓度的限制,因此在B点时提高酶的浓度,反应速率将加快,B项正确;酶浓度能影响酶促反应速率,酶量减少后,酶促反应速率会降低,其反应速率可用曲线c表示,C项正确;曲线a表示在最适pH条件下,反应物浓度与酶促反应速率的关系。若减小pH,会导致酶活性降低,使酶促反应速率减慢,因此B点位置会下移,D项错误。
3.(2017·广东揭阳一模,3)下列有关酶特性实验设计的叙述,正确的是(　　)A.若探究温度对酶活性的影响,可选择过氧化氢溶液为底物B.探究温度对酶活性影响时,自变量是温度,其他实验因素均设置为相同且适宜C.验证酶的专一性时,自变量只能是酶的种类D.研究酶的高效性时,自变量是酶的浓度
【答案】 B　过氧化氢在常温下会自动分解,不能用于探究温度对酶活性的影响,A项错误;探究温度对酶活性影响时,自变量是温度,其他实验因素均为无关变量,需设置为相同且适宜,B项正确;酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应的特性,验证酶的专一性时,自变量可以是不同的底物和相同的酶种类,或者是不同的酶种类和相同的底物,C项错误;酶的高效性是和无机催化剂相比,所以验证酶的高效性时,自变量是酶和无机催化剂,不是酶的浓度,D项错误。
4.(2016·福建泉州模拟,10)多酶片中含有蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶,具有辅助消化的作用,其片剂是糖衣片,这样制作的目的是(　　)A.补充体内糖类物质的供给B.防止胃液的消化C.经唾液消化后即可迅速起作用D.使其中各种酶缓慢地起作用【答案】 B　由于胃内含有胃蛋白酶,会水解蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等蛋白质,而不能水解多糖,因此为了防止胃液的消化,要将含有蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶的多酶片加上糖衣。
5.(2016·广东揭阳模拟,12)猪笼草是一种食虫植物,为了验证猪笼草分泌液中有蛋白酶,某学习小组设计了两组实验,如下图所示,经35 ℃水浴保温一段时间后,③④中加入适量双缩脲试剂,①②不加任何试剂,下列组合能达到目的的是(　　)A.①和②B.②和③C.①和④D.③和④
【答案】 A　若分泌液中含有蛋白酶,则①中的蛋白块水解,蛋白块体积减小,①和②比较能达到实验目的,A项正确;②和③不符合单一变量原则,不能作为对照实验,B项错误;①和④不符合单一变量原则,不能作为对照实验,C项错误;蛋白酶的本质是蛋白质,蛋白酶本身可以与双缩脲试剂反应呈现紫色,即使蛋白液中的蛋白质完全水解,也会呈现紫色反应,因此③④不能达到实验目的,D项错误。
6.(2016·山东泰安模拟,4)下列关于酶的叙述,正确的是 (　　)A.酶是所有活细胞都含有的具有催化作用的有机物B.纤维素酶能够降解植物、真菌、细菌等生物的细胞壁C.高温易使酶失活,因此冷水洗涤去污效果应该比温水好D.醋有一定去污能力,因此洗衣时加少许白醋能增强加酶洗衣粉的去污能力【答案】 A　所有活细胞都能产生酶,酶具有催化作用,A项正确;真菌细胞壁的主要成分是几丁质,细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖,纤维素酶不能够降解真菌、细菌的细胞壁,B项错误;温度适合时,酶的活性高,一般情况下,温水比冷水洗涤去污效果好,C项错误;醋呈酸性,会使酶的活性降低,D项错误。
7.(2016·湖南株洲一模,32)研究发现,细胞中分解糖原的糖原磷酸化酶有两种结构形式:活化型酶a和失活型酶b,二者能够相互转化(如图1),酶a能够催化糖原分解,酶b不能催化糖原分解。科学家用肝组织匀浆和肝组织匀浆离心后的上清液、沉淀物(细胞质基质在上清液中,细胞膜及各种细胞器在沉淀物中)进行实验,过程如图2所示。
(1)选择肝脏作为实验材料主要是由于肝细胞中富含　　　　。 (2)与无机催化剂相比,酶催化效率更高的原因是　　　。 (3)实验一表明肾上腺素和胰高血糖素能够增加肝匀浆中　　　　　的相对含量,实验二进一步表明肾上腺素和胰高血糖素升血糖的作用很可能是通过　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　实现的。 (4)据实验三和实验四可推测肾上腺素和胰高血糖素的受体最可能存在于　　　　　　(填“上清液”或“沉淀物”)中的某种结构上,这种结构最可能是　　　　　(填“细胞膜”“细胞质”或“细胞核”)。 
(5)在实验一、二、四中均检测到一种小分子活性物质c,若要证明物质c能够激活上清液中的酶K,则实验组应选择的材料及处理方法为　　　　　　(多选题)。 a.上清液b.沉淀物c.肝匀浆d.加入物质ce.检测酶a含量f.检测酶b含量【答案】 (1)肝糖原(或糖原磷酸化酶)(2)降低化学反应活化能的作用更显著(3)酶a　激活酶K,促使酶b转化为酶a从而促进肝糖原分解(4)沉淀物　细胞膜(5)a、d、e
【解析】 (1)根据题意可知,酶a能够催化糖原分解,糖原包括肝糖原和肌糖原,只有肝糖原能够分解成葡萄糖,因此选择肝脏作为实验材料,主要原因是肝细胞中富含肝糖原。(2)与无机催化剂相比,酶催化降低化学反应活化能的作用更显著。(3)在血糖平衡的调节中,肾上腺素与胰高血糖素都能够促使血糖水平升高,增加酶a的相对含量。实验一的实验组和实验二的实验组进行对照,自变量为是否加入酶b,实验表明肾上腺素和胰高血糖素的作用很可能是通过促进酶b转化为酶a或“提高酶K的活性”(图1)实现的。(4)实验三和实验四对比,自变量为是否加入“沉淀”,从图中看出,加入沉淀的酶a含量高,从结果可推测肾上腺素和胰高血糖素的受体最可能存在于沉淀物中的某种结构上,这种结构最可能是细胞膜。
(5)在实验一、二、四中均检测到一种小分子活性物质c,而实验三中不含,说明上清液中可能不含该物质。因此若要证明物质c能够激活上清液中的酶K,则实验组应选择上清液,并加入物质c,最后检测酶a含量。如果数量增加,证明物质c能够激活上清液中的酶K,否则不能。故选a、d、e。
影响酶活性的因素与探究1.(2016·课标全国Ⅰ,3,6分,中等难度)若除酶外所有试剂已预保温,则在测定酶活力的实验中,下列操作顺序合理的是(　　)A.加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量B.加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量C.加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量D.加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
【答案】 C　本题考查对无关变量的控制。在该实验中,pH等为无关变量,为防止无关变量对实验结果的干扰,要控制好无关变量。缓冲物质能使pH保持相对稳定,所以酶和底物混合之前应该加缓冲物质。
2.(2013·海南单科,3,2分,中等难度)关于温度对酶活性影响的叙述,错误的是(　　)A.不同酶的最适温度可能相同B.随着温度降低,酶促反应的活化能下降C.酶活性最高时的温度不适合该酶的保存D.高温下酶失活是酶空间结构破坏的结果【答案】 B　每种酶都有最适合的作用温度,酶的种类不同其发挥作用的最适温度可能相同,A项正确;酶的作用是降低化学反应的活化能,在超过最适温度的范围内,温度越低,酶降低化学反应活化能的能力越强,反应的活化能越低;在低于最适温度的范围内,温度越低,酶降低化学反应活化能的作用越弱,反应的活化能也就越高,B项错误;在低温下保存酶效果最好,C项正确;酶在高温下变性失活其本质是酶的空间结构发生了改变,D项正确。
3.(2011·海南单科,5,2分,中等难度)某一不可逆化学反应(S→P+W)在无酶和有酶催化时均可以进行。当该反应在无酶条件下进行到时间t时,向反应液中加入催化该反应的酶。下图中能正确表示加酶后反应物浓度随反应时间变化趋势的曲线是(　　)A.甲　　　　B.乙　　　　C.丙　　　　D.丁【答案】 D　加入酶后,加快反应速度,所以反应物浓度下降速度增大,由于该反应是不可逆反应,所以最后反应物都消耗完。
4.(2016·课标全国Ⅱ,29,10分,中等难度)为了研究温度对某种酶活性的影响,设置三个实验组:A组(20 ℃)、B组(40 ℃)和C组(60 ℃),测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同),结果如下图。回答下列问题。
(1)三个温度条件下,该酶活性最高的是　　　组。 (2)在时间t1之前,如果A组温度提高10 ℃,那么A组酶催化反应的速度会　　　。 (3)如果在时间t2时,向C组反应体系中增加2倍量的底物,其他条件保持不变,那么在t3时,C组产物总量　　　　　,原因是　 　。 (4)生物体内酶的化学本质是　　　　　　　　　　　,其特性有　　　　　　　　　　　(答出两点即可)。【答案】 (1)B(2)加快(3)不变　60 ℃条件下,t2时酶已失活,即使增加底物,反应产物总量也不会增加(4)蛋白质或RNA　高效性和专一性
【解析】 本题考查温度对酶活性的影响。(1)产物浓度最先达到最大值的B组对应的酶活性最高。(2)酶活性与温度的关系:在一定温度范围内(低于最适温度),随温度升高,酶活性增强。据图可知,三组实验中B组(40 ℃)酶活性最高,如果A组温度提高10 ℃,达到30 ℃,那么A组酶催化反应的速度会加快。(3)据图可知,60 ℃条件下, 时酶已失活,即使增加底物浓度,反应产物总量也不会增加。(4)大多酶的化学本质是蛋白质,少数酶的化学本质是RNA。酶具有高效性和专一性。
5.(2013·课标全国Ⅱ,29,10分,中等难度)已知大麦在萌发过程中可以产生α-淀粉酶,用GA(赤霉素)溶液处理大麦可使其不用发芽就产生α-淀粉酶。为验证这一结论,某同学做了如下实验:
注:实验结果中“+”越多表示颜色越深。表中液体量的单位均为mL。回答下列问题。(1)α-淀粉酶催化　　　　　水解可生成二糖,该二糖是　　　　　　。 (2)综合分析试管1和2的实验结果,可以判断反应后试管1溶液中的淀粉量比试管2中的　　　　,这两支试管中淀粉量不同的原因是　 　。 (3)综合分析试管2、3和5的实验结果,说明在该实验中GA的作用是　。 (4)综合分析试管2、3和4的实验结果,说明　。
【答案】 (1)淀粉　麦芽糖(2)少　带胚的种子保温后能够产生α-淀粉酶,使淀粉水解(其他合理答案也可)(3)诱导种子生成α-淀粉酶(其他合理答案也可)(4)GA溶液浓度高对α-淀粉酶的诱导效果好(其他合理答案也可)【解析】 (1)酶具有专一性,α-淀粉酶催化淀粉水解成麦芽糖。(2)淀粉与碘反应变成蓝色,颜色越浅,说明淀粉越少,1号和2号试管中淀粉量不同是因为1号试管中的种子带胚,能产生GA,使大麦种子产生α-淀粉酶。(3)2号试管不加GA,去胚,淀粉不水解,3号试管加入GA,去胚,淀粉水解,5号试管加GA,无种子,淀粉不水解,三者比较说明GA溶液处理大麦种子能产生α-淀粉酶,促使淀粉水解。(4)2号、3号和4号试管的实验结果比较,颜色逐渐变浅,说明GA浓度越高,大麦种子产生的α-淀粉酶越多。
实验设计遵循的原则1.科学性原则:实验目的要明确,实验原理要正确,实验研究的材料和实验手段的选择要恰当。2.单一变量控制原则(1)变量类型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,指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。二者之间是前因后果的关系。实验的目的就在于获得和解释前因与后果。如比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率的实验
②无关变量与额外变量无关变量是指实验中除实验变量外的影响实验结果与现象的因素或条件。由无关变量引起的变化结果就叫额外变量。它们之间也是前因后果的关系。但它们的存在对实验与反应变量的获得起干扰作用。例如“唾液淀粉酶实验”中,除实验变量(温度)外,试管的洁净程度、唾液的新鲜程度、淀粉浓度、温度处理的时间长短等等就属于无关变量。 如无关变量中的任何一个或几个对三组实验不等同、不均衡,就会产生额外变量,影响实验的真实结果。在“验证温度对酶活性的影响”的实验中,就必须控制pH、底物量和酶量的相等,只改变单一变量 ——温度,观察不同温度下酶活性的差异。遵循单一变量原则,既便于对实验结果进行科学的分析,又增强实验结果的可信度和说服力。
(2)单一变量(单因子变量)控制原则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,便于分析实验结果是由什么因素造成的。因此在设置实验时,首先要明确变量是什么,如何设置。例如“探索温度对酶活性的影响”实验中,变量就是温度,除了温度外,其他因素就要严格加以控制(如pH、底物浓度、酶的种类和数量等在实验组和对照组中就应完全相同)。要探究不同温度下酶的催化能力的大小,就要设置一系列温度梯度,明确了变量的设置,就可以确定实验器具的数量。
3.等量性原则指不同的实验组或实验组和对照组,除了实验变量可以不同外,其他实验条件都应完全一样或相等。“其他条件完全一样或相等”。具体来说有如下四个方面:(1)所用生物材料要相同;即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况、性别等方面特点要尽量相同或至少大致相同。(2)所用实验器具要相同;即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号、洁净度要完全一样。(3)所用实验试剂要相同;即试剂的成分、浓度、体积要相同。尤其要注意体积上等量的问题。
(4)所用处理方法要相同;例如:保温或冷却;光照或黑暗;搅拌或振荡都要一致。实验组是指接受实验变量处理的对象组;对照组是指没有接受实验变量处理的对象组。
4.对照性原则为消除或减少实验误差,在实验设计中通常要设置对照组,使实验具有说服力和严谨性。(1)空白对照:不给对照组任何处理因素。例如“还原性糖的鉴定”实验中,向甲试管溶液中加入苹果汁和斐林试剂,乙试管中加入蒸馏水和斐林试剂,一起进行60 ℃水浴加热,比较它们颜色的变化。(2)条件对照:例如“验证甲状腺激素的生理作用”的实验设计
(3)自身对照:实验组和对照组都在同一研究对象上进行。例如德国科学家萨克斯“证明光合作用需要光”的实验中,对实验组给以光照、对照组进行遮光都是在同一叶片上进行的。 (4)相互对照:不单独设置对照组,而是几个实验组相互对照。例如 “比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率”中,分别用过氧化氢酶和Fe3+催化过氧化氢的分解进行相互对照,来说明酶的催化效率比无机催化剂高。5.平行重复原则在实验设计中为了避免实验结果的偶然性,必须对所做实验进行足够次数的重复,不能只进行1~2次便得出结论。此外,还有简便可操作性原则等。
典例导引2(2017·湖北联考,9)为探究洗衣粉加酶后的洗涤效果,将一种无酶洗衣粉分成三等份。在甲、乙两组洗衣粉中加入一种或两种酶,丙组不加酶。在不同温度下清洗同种化纤布上的两种污渍,即血渍(主要成分是蛋白质)和油渍(主要成分是脂肪),其他实验条件均相同。实验结果见下表。请回答下列问题。
(1)实验结果表明,提高洗衣粉去污能力的方法有　　　　　　和　　　　。 (2)据表分析,甲组在洗衣粉中加入的酶是　　　　　　　　,乙组在洗衣粉中加入的酶是　　　　　　。 (3)从实验结果可知清除污渍所需要的时间越　　　　　　,表明酶的活性越高。通过表中的数据,　　　　　　(填“能”或“不能”)得出“酶的最适温度是50 ℃”的结论,理由是　　　　　　　　　　　　。 (4)甲、乙组洗涤效果的差异,能够说明酶具有　　　　　　性。 (5)如果甲、乙、丙三组均在水温为80 ℃时进行实验,发现这三组的结果无明显差异,原因是　。 
【解析】 (1)实验结果表明,不同的污渍在不同酶的作用下在不同的温度环境中去除的时间不同,可见提高洗衣粉去污能力的方法有适当提高水温和加酶。(2)据表分析,甲组中的酶对血渍的去除能力大于对油渍的去除能力,可见甲组在洗衣粉中加入的酶是蛋白酶,乙组在洗衣粉中加入的酶是蛋白酶和脂肪酶。(3)从实验结果可知清除污渍所需要的时间越短,表明酶的活性越高。通过表中的数据,不能得出“酶的最适温度是50 ℃”的结论,因为不知道水温高于50 ℃后脂肪酶清除油渍所用的时间(缺少50 ℃以上水温条件下的实验数据)。(4)甲、乙组洗涤效果的差异可知,蛋白酶只能催化蛋白质水解,脂肪酶只能催化脂肪水解,能够说明酶具有专一性。(5)因为在水温为80 ℃的条件下,蛋白酶和脂肪酶均会变性失活,所以这三组的结果无明显差异。
【答案】 (1)适当提高水温　加酶(2)蛋白酶　 蛋白酶和脂肪酶(3)短　不能　不知道水温高于50 ℃后脂肪酶清除油渍所用的时间(缺少50 ℃以上水温条件下的实验数据)(4)专一 (5)在水温为80 ℃的条件下,蛋白酶和脂肪酶均会变性失活
高招2明确变量,攻克实验设计实验时,要找到自变量,再找准因变量的观察指标,明晰两个变量之间的关系。1.酶的本质和作用的实验设计(1)酶是蛋白质的验证思路
通过对照,实验组若出现紫色,则证明待测酶溶液是蛋白质,否则不是蛋白质。可以看出实验中自变量为待测酶溶液和标准蛋白质溶液,因变量观察指标为是否出现紫色反应。
(2)酶的催化作用的验证思路
实验中自变量是相应的酶溶液的有无,因变量是底物是否被分解。
2.酶的专一性的实验探究设计(1)设计思路一:换底物不换酶
实验中自变量是底物不同,因变量是底物是否被分解。(2)设计思路二:换酶不换底物
实验中自变量是酶溶液不同,因变量是底物是否被分解。
3.酶的高效性的实验探究方法
实验中自变量是无机催化剂和酶,因变量是底物分解速率。4.探究酶需要适宜温度和pH的实验设计
5.梯度法探究酶的最适温度和pH
1.(2017·广西柳州模拟,12)某同学在研究化合物P对淀粉酶活性的影响时,得到如右图所示的实验结果。下列有关叙述错误的是 (　　)A.在一定范围内,底物浓度影响着酶促反应速率B.曲线①作为对照实验C.化合物P对该酶的活性有抑制作用D.若反应温度不断升高,则A点持续上移
【答案】 D　在一定范围内,随着底物浓度的升高,酶促反应速率加快,说明底物浓度可影响酶促反应速率,A项正确;研究化合物P对淀粉酶活性的影响,自变量是P的有无,对照组是①,B项正确;分析曲线图可知,曲线①的反应速率比曲线②的快,说明化合物P对该酶的活性有抑制作用,C项正确;温度影响酶促反应速率,在一定范围内,随温度的升高酶的活性升高,反应速率增大,但超过最适温度,随温度的升高,酶的活性降低,反应速率减慢,D项错误。
2.(2017·山东青岛二模,2)下列有关实验的操作,不能达到目的的是(　　)A.设置酶的种类不同或者底物不同作为自变量,探究酶的专一性实验B.以过氧化氢为底物,设置肝脏研磨液和清水的对照实验,可验证酶的高效性C.将四倍体西瓜的花药进行离体培养,得到单倍体植株D.在高度近视患者的家系中进行调查研究,可知高度近视的遗传方式【答案】 B　验证酶的高效性需要用酶和无机催化剂做对照进行,B项错误。
3.(2017·安徽联考,3)下图实验装置为探究土豆片中过氧化氢酶具有催化作用的实验,对其产生的现象及推测的叙述,错误的是(　　)A.H2O2溶液的浓度为该实验的无关变量B.应设置煮熟的土豆片代替新鲜土豆片做对照实验C.一段时间后气体量不再增加的原因一定是过氧化氢酶被消耗而大量减少D.如果把土豆片改为土豆研磨液产生的气泡速率会更快
【答案】 C　 根据图示装置可推出该实验研究的是过氧化氢酶具有催化作用以及影响酶促反应的因素,H2O2溶液的浓度为该实验的无关变量,A项正确;实验的对照组应为煮熟的土豆片,B项正确;一段时间后气体量不再增加的原因可能是H2O2消耗殆尽,过氧化氢酶在反应前后不会减少,C项错误;把土豆片改为土豆研磨液,增大了酶与底物的接触面积,可以加快反应速率,使产生的气泡速率会更快,D项正确。
4.(2016·东北三省一模,3)有关右图曲线的意义,叙述错误的是(　　)A.此图像可表示种群数量呈“S”型增长时的增长速率,P点时对应的种群数量为K/2B.此图像若表示生长素类似物的促进生长的作用,则PM段代表浓度较高时抑制生长C.此图像若表示温度对酶活性的影响,则曲线中O点不应与横轴相交D.此图像若表示pH对酶活性的影响,则曲线中O、M两点分别表示过酸、过碱使酶失活
【答案】 B　“S”型增长曲线的增长速率是先增大后减小,P点时增长速率最大,对应的种群数量为K/2,A项正确;此图像若表示生长素类似物的促进生长的作用,则OM段都是代表促进生长,PM段代表促进作用减弱,B项错误;此图像若表示温度对酶活性的影响,低温不会使酶失去活性,C项正确;强酸、强碱都会使酶失去活性,D项正确。
5.(2017·甘肃嘉峪关模拟,36)竹纤维是一种新型的织物纤维,具有抗菌等功能。在竹纤维织物工艺流程中需要除去淀粉浆料。下表表示在60 ℃、pH=7等适宜的情况下,枯草杆菌淀粉酶浓度对退浆效果(失重率)的影响。淀粉酶浓度对退浆效果的影响(60 min)
(1)酶能够催化生化反应快速进行的原因是　　　　。 (2)在生产上淀粉酶质量浓度为　　　　　g·L-1时可以达到较好的退浆效果。 (3)当淀粉酶质量浓度超过一定范围时,退浆效果增加　　　　　(填“较多”“较少”或“不明显”)。 (4)右图表示人体内某种酶在适宜的温度和pH条件下,作用于一定量的底物时,生成物量与反应时间的关系。在140 min后,曲线变成水平,这是因为　　　　 　　　　　　　　　。若其他条件不变,将该酶的浓度增加一倍,请在原图上画出生成物量的变化曲线。
【答案】 (1)大大降低化学反应所需的活化能(2)3(3)不明显(4)底物已经被消耗尽　如下图所示
【解析】 酶能够催化生化反应快速进行的原因在于能够大大降低化学反应所需的活化能。由表中数据可知,在酶浓度达到3 g/L后退浆效果增长不明显,即已达到较好的退浆效果。在温度和pH适宜的条件下,140 min后,生成物量不再增加可能是因为底物已消耗完毕。若在其他条件不变的情况下,将酶的量增加一倍,则反应会加快,达到平衡的时间会提前,化学平衡没有改变。
6.(2017·河北衡水压轴,30)同工酶指生物体内催化相同反应而分子结构不同的酶。以茶树菇、双孢菇、香菇为研究对象探究温度对酶活性影响及有无同工酶的实验。取0.5 mL三种食用菌的提取液,室温下测定多酚氧化酶(PPO,该酶可引起组织褐变)的活性如图1;不同温度条件下测定的相对酶活(相对酶活=某一特定条件下PPO的活力/最适条件下PPO的活力×100%)如图2;温度对茶树菇中PPO活性影响的曲线如图3。请回答下列问题。
图2　温度对食用菌中PPO相对酶活的影响
图3　温度对茶树菇中PPO活性的影响
(1)由图1得出的结论是　　　　　　　　　　　　　　。　　　　菇在储藏加工中易发生酶促褐变而影响产品的品质。 (2)图2中两条线的交点　　　　　(填“一定”或“不一定”)表示两种生物PPO活性相等,原因是　　　　　　。 (3)图3中,茶树菇的PPO活性在25 ℃、50 ℃时出现两个高峰的原因最可能是　　　　　　　　　　　　　　　。【答案】 (1)食用菌的种类不同,PPO的活性有很大差异　双孢(2)不一定　交点表示两种食用菌的相对酶活相同,但在最适条件下两种生物的PPO活性不一定相同(3)茶树菇中存在PPO的同工酶
【解析】 (1)由图1可知,相同温度条件下,食用菌的种类不同,PPO的活性差异较大,并且室温下双孢菇PPO的活性最强,因此在储存加工中容易褐变影响产品品质。(2)图2中的交点表示香菇和双孢菇相对酶活相同,但因无法确定两种生物最适条件下PPO的活力是否相同,因此交点不一定表示两种生物中PPO的活性相同。(3)图3中茶树菇的PPO活性在25 ℃、50 ℃时出现两个高峰,由于高温导致的酶空间结构改变是不可逆的,因此不会在温度升高时再出现一个高峰,最可能的原因是茶树菇内存在PPO的同工酶。
7.(2016·四川南充一模,10)研究人员从一种野生植物的贮藏根中提取出一种化学物质,有人认为是一种能促使葡萄糖分解的酶,有人认为是一种能促使蔗糖分解的酶。对此,研究人员设计并做了一些相关实验。(1)要鉴定此物质化学本质是蛋白质还是RNA,可分别选用　　　　　　试剂和　　　　　　染液。 (2)要确定此物质是催化葡萄糖分解的酶还是催化蔗糖水解的酶,研究人员设计了如下图所示的实验过程,请分析可能的实验结果。在水浴加热后,若两支试管均出现砖红色沉淀,说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　,若两支试管均不出现砖红色沉淀,则说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)若以上实验完成后,已经确定其为催化葡萄糖分解的酶,化学本质是蛋白质,需要确定其催化作用的最适温度,设计实验的基本思路是先确定　　　　　　　　　　　,再参照上图中甲试管的处理方法进行实验。实验结束后,再选择其中砖红色沉淀　　　　　　　的两支试管所对应的温度,设置　　　　　　　　　,重复进行实验。 
(4)若通过研究确认该提取物还含有淀粉酶,某同学欲探究温度对淀粉酶活性的影响进行了如下实验:①取6支试管并编号为A、A1、B、B1、C、C1,在试管A、B、C中都加入等量的淀粉溶液,在试管A1、B1、C1中都加入等量淀粉酶溶液。②将试管A、A1放入60 ℃水中,将试管B、B1放入100 ℃水中,将试管C、C1放入冰水中,维持5 min。③分别将等量的淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉溶液中,摇匀后,在相应温度下维持5 min。④取出试管,用斐林试剂检测实验结果。请指出该同学实验中存在的问题,并提出修正方案。存在的问题是　。 修正方案:　。 
【答案】 (1)双缩脲　吡罗红　(2)该物质是能催化蔗糖水解的酶　该物质是能催化葡萄糖分解的酶　(3)系列等温度梯度　最少　更小温度梯度　(4)检测结果的试剂不合适　应该是取出试管,各加入等量的碘液
【解析】 (1)蛋白质与双缩脲试剂发生作用,产生紫色反应,吡罗红使RNA呈现红色。(2)还原性糖可与斐林试剂发生作用生成砖红色沉淀。葡萄糖是还原糖而蔗糖是非还原糖,但蔗糖的水解产物为还原糖。两个都出现砖红色,表明该酶不能催化葡萄糖分解而能催化蔗糖水解,该物质是能催化蔗糖水解的酶;两个都不出现砖红色,说明蔗糖没有水解而葡萄糖被分解,故该物质是能催化葡萄糖分解的酶。(3)设计实验的基本思路:先确定系列等温度梯度,再选择其中砖红色沉淀最少的两支试管所对应的温度之间设置更小温度梯度。(4)使用斐林试剂检测时要用水浴加热处理,放入冰水中的一组在加热过程中,可能仍会有酶促反应进行,因此可改用碘液检测,再根据颜色深浅,判定酶促反应进行的程度。
能量通货ATP1.(2014·大纲全国,2,6分,中等难度)ATP是细胞中重要的高能磷酸化合物。下列有关ATP的叙述,错误的是(　　)A.线粒体合成的ATP可在细胞核中发挥作用B.机体在运动时消耗ATP,睡眠时则不消耗ATPC.在有氧与缺氧的条件下细胞质基质中都能形成ATPD.植物根细胞吸收矿质元素离子所需的ATP来源于呼吸作用
【答案】 B　本题主要考查ATP与其他生命活动关系的知识。细胞核中的许多生理活动(如DNA复制)都要消耗能量,这些能量主要来自线粒体产生的ATP,A项正确;机体在运动时消耗ATP,睡眠时也消耗ATP,因为睡眠时,也会有肌肉收缩、神经传导、物质合成等生命活动,这些生命活动都要消耗ATP,B项错误;有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段都发生在细胞质基质中,都会产生少量ATP,C项正确;植物根细胞吸收矿质元素是主动运输,需要的ATP来源于呼吸作用,D项正确。
2.(2015·海南单科,3,2分,较低难度)ATP是直接为细胞生命活动提供能量的有机物。关于ATP的叙述,错误的是 (　　)A.酒精发酵过程中有ATP生成B.ATP可为物质跨膜运输提供能量C.ATP中高能磷酸键水解可释放能量D.ATP由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成【答案】 D　本题主要考查ATP的结构、功能特点以及细胞呼吸的相关知识。酒精发酵属于无氧呼吸,有ATP生成,A项正确;ATP是直接能源物质,可为物质跨膜运输(如主动运输)提供能量,B项正确;ATP的能量主要储存在高能磷酸键中,高能磷酸键水解可释放能量,C项正确;1分子ATP由1个腺嘌呤、1个核糖和3个磷酸基团组成,D项错误。
3.(2013·海南单科,4,2分,较低难度)关于真核细胞中生命活动与能量关系的叙述,错误的是(　　)A.DNA复制需要消耗能量B.光合作用的暗反应阶段需要消耗能量C.物质通过协助扩散进出细胞时需要消耗ATPD.细胞代谢所需的ATP可在细胞质基质中产生【答案】 C　DNA分子复制的过程中的解旋、形成新的磷酸二酯键都需要消耗能量,A项正确;光合作用的暗反应阶段C3的还原需要消耗光反应产生的[H]和ATP,B项正确;物质通过协助扩散的方式进出细胞时,其动力是膜内外两侧的浓度差,不需要消耗能量,C项错误;有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段都是在细胞质基质进行的,都能产生能量供生命活动利用,D项正确。
1.ATP的结构与功能
(2)ATP的结构(如下图所示)
2.ATP与ADP的相互转化(1)反应式:ATP ADP+Pi+能量此反应为不可逆反应,原因:①所需酶不同;②反应场所不同;③能量的来源和去路不同,但物质是可以循环利用的。(2)ATP合成和分解中能量的来源和去路①植物细胞可通过光合作用和呼吸作用形成ATP,而动物细胞只能通过呼吸作用形成ATP。②植物光合作用光反应阶段产生的ATP只能用于暗反应,不能用于其他生命活动;植物和动物呼吸作用产生的ATP才能用于多种生命活动。
典例导引3(2017·河南洛阳月考,9)从萤火虫中分离得到的荧光素和荧光素酶可用于ATP 的定量检测,其原理是ATP提供的能量使荧光素酶催化荧光素氧化而发光,光的强弱反映了ATP含量的高低。下列关于人体内ATP的叙述,不正确的是(　　)A.供能时,ATP中远离腺苷的高能磷酸键容易断裂B.在线粒体中生成大量 ATP 时,伴随着氧气的消耗C.在生命活动旺盛的细胞中,线粒体和 ATP 的含量很高D.人体内 ATP 中高能磷酸键中的能量最终来自植物吸收的光能
【解析】 ATP 的分子简式可以表达为 A—P~P~P,供能时,远离腺苷的高能磷酸键断裂,形成ADP和磷酸,A项正确;线粒体是有氧呼吸的主要场所,在有氧呼吸的第3步,[H]和氧气结合生成水,同时生成大量 ATP,B项正确;在生命活动旺盛的细胞中,线粒体含量较高,但ATP含量不会很高,ATP和ADP在细胞内的转化速度快,C项错误;人体内 ATP 中高能磷酸键中的能量最终来自植物吸收的光能,D项正确。【答案】 C
高招3图解ATP产生量与O2含量的关系(1)AB段表示在一定范围内,ATP产生量随O2供应量的增大而增多。(原因是随O2浓度增大,有氧呼吸速率增大)(2)BC段表示当O2供应量达到一定值时,ATP产生量不再增加,这是由于细胞中ATP的量很少,且处于一种动态平衡中。(因酶、有机物、ADP、磷酸有限)(3)A点表示无氧条件下,细胞进行无氧呼吸也能产生少量ATP。(4)若横坐标为呼吸强度,ATP产生量曲线应从原点开始。
1.(2017·湖北联考,4)ATP是细胞内的能量“通货”,下列关于ATP的叙述,正确的是(　　)A.ATP中的能量可以来源于光能或化学能或热能B.以ATP作为直接能源物质是细胞统一性的表现之一C.叶肉细胞叶绿体产生的ATP和线粒体产生的ATP均可用于各项生命活动D.ATP断裂了所有的高能磷酸键后可作为合成核糖核苷酸的原料之一【答案】 B　ATP中的能量可以来源于光能或化学能,但不能来源于热能,A项错误;ATP是各种细胞中的直接能源物质,是细胞统一性的表现之一,B项正确;叶肉细胞叶绿体产生的ATP只用于暗反应,线粒体产生的ATP可用于除暗反应以外的各项生命活动,C项错误;ATP断裂了所有的高能磷酸键后成为腺嘌呤核糖核苷酸,是合成核糖核酸的原料之一,D项错误。
2.(2017·安徽淮北模拟,5)下列有关酶和ATP的叙述,正确的是(　　)A.酶与无机催化剂加快化学反应速率的作用机理不同B.绿色植物生命活动过程所需ATP直接主要由光合作用提供C.在一定范围内增大酶浓度和底物浓度均可加快化学反应速率D.剧烈运动时,人骨骼肌细胞中每摩尔葡萄糖生成ATP的最多【答案】 C　酶与无机催化剂都能够降低化学反应的活化能,酶的作用更显著,A项错误;绿色植物生命活动过程中所需的直接能源物质ATP主要由呼吸作用提供,B项错误;在一定范围内增大催化剂(酶)浓度和底物浓度均可加快化学反应速率,C项正确;剧烈运动时,骨骼肌细胞中部分细胞无氧呼吸,每摩尔葡萄糖生成的ATP减少,D项错误。
3.(2017·甘肃张掖一模,3)下列关于人体内ATP的叙述,错误的是(　　)A.细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的B.线粒体中大量产生ATP时,一定伴随着氧气的消耗C.在生命活动旺盛的细胞中ATP的含量较多D.一分子ATP脱去两个磷酸基团可形成一分子腺嘌呤核糖核苷酸
【答案】 C　ATP是直接的能源物质,细胞内绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供的,A项正确;线粒体是有氧呼吸的主要场所,有氧呼吸的第三阶段释放的能量多,产生的ATP多,此阶段在线粒体内膜上进行,还原性氢与氧气结合生成水,B项正确; ATP在细胞内含量很少,所需要的大量的ATP依靠ATP与ADP的快速转化来提供,C项错误; ATP由一分子含氮的鸟嘌呤碱基、一分子核糖和三分子磷酸组成,因此一分子ATP脱去两个磷酸基团可形成一分子腺嘌呤核糖核苷酸,D项正确。