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题型 4 与酶相关的实验设计与分析（核心知识）
一、相关概念
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、活化能：指分子从 常态 转变为容易发生化学反应的 活跃状态 所需要的能量。
3、图示：
（1）ad段表示 没有催化剂 条件下反应的活化能；cd段表示 有酶催化 条件下反应的活化能；bd
段表示在 有无机催化剂 条件下反应的活化能。
（2）ac段表示有酶催化条件下 降低 的活化能；bc段表示与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用
更显著 。
4、科学方法：控制变量和设计对照实验
（1）变量：实验过程中的变化因素。
①自变量： 人为控制 的对实验对象进行处理的因素。
②因变量：因 自变量 改变而变化的变量。
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。
（2）对照实验：除自变量外，其余因素（无关变量）都 保持一致 ，并将结果进行比较的实验。对
照实验一般要设置 对照组 和 实验组 。
①对照组：没有（有/没有）经实验因素处理的一组或者实验结果已知的一组。
②实验组：有（有/没有）经实验因素处理的一组或者实验结果未知的一组。
（3）对照实验的类型
① 空白对照 ：不给对照组作任何实验处理。
② 自身对照 ：对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不另设对照组。
③ 条件对照 ：虽给对照组施以某种实验因素的处理，但这种处理是作为对照因素的，不是所要
研究的实验因素。
④ 相互对照 ：不另设对照组，而是几个实验组之间相互对照，其中的每一组既是实验组也是其
他组的对照组，也称为对比实验。
二、实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解实验原理：
1、
2、实验装置
3、实验分析
（1）自变量： 温度 、 催化剂种类
（2）因变量： 过氧化氢分解速率
（3）无关变量：反应时间 、 反应物浓度 等
4、结果分析
（1）1与4对照，说明酶具有 催化 作用
（2）3与4对照，说明与无机催化剂相比，酶具有 高效性
（3）1与2、3、4对照，说明加热、无机催化剂、酶均能 提高 反应速率。
（注意：三者的作用原理不同
加热能促进过氧化氢分解原理：加热为分子 提供能量 ；
无机催化剂和酶能促进过氧化氢分解原理： 降低了化学反应所需的活化能 。）
三、酶的本质
概念 酶是 活 细胞产生的具有 催化 作用的有机物
化学本质 大多数是 蛋白质 少数是 RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
合成场所 核糖体 主要是 细胞核
作用场所 细胞 内 、 外 ，生物体 外
来源 一般来说， 活细胞 都能产生酶（除了哺乳动物成熟红细胞等）
生理功能 具有生物 催化 作用
作用机理 降低 化学反应的活化能
四、酶的特性
1、高效性（1）定义：与 无机催化剂 相比，酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍。
（2）图解：
①加入 酶 ；②加入 无机催化剂 ；③没有加入酶和无机催化剂
①②相比说明酶具有 高效性 ；①③相比说明酶具有 催化作用
（3）实验验证：
自变量： 催化剂的种类
2、专一性
（1）含义：每一种酶只能催化 一种 或 一类 化学反应。
（2）图解：
加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶 B对此反应 没有 （有/没有）催化作
用。而加入酶A的反应速率明显较快，说明酶A 有 （有/没有）催化该反应，即酶具有 专一性 。
（3）酶专一性的验证思路
相同底物，不同酶液 不同底物，相同酶液
自变量 酶的种类 底物种类
实验组 底物+相应酶液→底物被分解 底物+相应酶液→底物被分解
对照组 相同底物+另一酶液→底物不被分解 另一底物+相同酶液→底物不被分解
3、作用条件温和（1）含义：酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
（2）图解：
①在最适温度时，酶的活性 最高 ；＜最适温度的范围内，随着温度升高，酶的活性 逐渐
升高 ；＞最适温度时，随着温度升高，酶的活性 逐渐降低甚至失活 。
②在最适pH时，酶的活性 最高 ；高于或低于最适pH时，酶的活性都 降低甚至失活 。
③过酸、过碱、高温都会使酶的 空间结构 遭到破坏，从而变性失活，而低温只是 抑制
酶活性，空间结构 没有 被破坏，温度升高可 恢复 活性。
（3）实验验证：
①探究温度对酶活性的影响（以淀粉、淀粉酶为例）
a.实验原理：温度通过影响淀粉酶的活性，进而影响淀粉的水解速率。淀粉遇碘变蓝，根据 是
否出现蓝色及蓝色深浅 可以判断酶活性的高低。
b.自变量： 温度 ；因变量： 酶的活性（或酶促反应速率）
c.注意事项：将酶与底物混合前需要先 各自 在相应温度下保温一段时间，目的是 调整二者
的本身温度到所需温度，保证二者接触时的温度是实验温度 。
②探究pH对酶活性的影响（以HO、过氧化氢酶为例）
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a.实验原理：pH通过影响过氧化氢酶的活性，进而影响过氧化氢的分解速率。可以用 卫生香
的复燃情况 来检验O 生成速率，进而判断酶活性，也可以根据 产生气泡的量或速率 来判断酶活
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性。
b.自变量： pH ；因变量： 酶的活性（或酶促反应速率）
c.注意事项：将酶与底物混合前需先将酶置于不同 pH 条件下，再加入底物。否则反应物会在
未调好pH的情况下就在酶的作用下发生反应，影响实验的准确性。
4、归纳关于酶实验的“三不能一必须一特殊”
看到蔗糖，不能用碘液 （ 原因是 蔗糖无论是否水解都不能与碘液反应 ）；
看到温度，不能用 H O（原因是 H O 在高温条件下会分解 ） ；
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看到 pH ，不能用淀粉 （ 原因是 淀粉在酸性条件下可以水解 ） ；
看到高效性，必须用无机催化剂。
看到蛋白酶，特殊用蛋白块为底物，且不能用双缩脲检测（原因是 无论蛋白质溶液是否被彻底水解，蛋白酶的本质亦是蛋白质，也能与双缩脲反应呈紫色 ）。
五、影响酶促反应的因素
1、底物浓度和酶浓度影响酶促反应的曲线
（1）甲图：在酶量一定、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率先随着底物浓度的增加而 加快 ，
但当底物达到一定浓度后，受 酶数量 等的限制，酶促反应速率不再增加。
（2）乙图：在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成 正比 。
2、温度和pH影响酶促反应速率的曲线
从丙图可看出：
①反应物剩余量越多，生成物越少，则酶促反应速率 越慢 。
②图中三个pH条件下，pH= 7 时酶促反应速率相对较快。
③反应溶液pH的变化 不影响 酶作用的最适温度。
六、ATP的分子结构
（1）中文名称： 腺苷三磷酸 。
（2）化学组成：1分子 腺苷 和3分子 磷酸基团 。
（3）ATP的结构简式： A-P~P~P 。
（4）ATP的元素组成： C 、 H 、 O 、 N 、 P 。
七、ATP的特点
（1）ATP是一种 高能磷酸化合物 ，含有2个“ ~ ”。
（2）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“~” 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，即具有较高的 转移势能 。当ATP在酶的作用下水解时，
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。八、ATP的功能
ATP是驱动细胞生命活动的 直接 能源物质。
九、ATP和ADP相互转化
ATP合成 ATP水解
ATP中“~”不稳定，其中 远离腺苷 的“~”既容易 水解 ，也容易 形成 ，伴随
转化原因
着“~”的水解实现ATP→ADP的转化，而伴随这“~”的形成实现ADP→ATP的转化。
示意图
反应式
（1）绿色植物：既可以来自 光能 （光合
作用），也可以来自 呼吸作用 所释放的能
能量来源 量 储存在 “ ~” 中的能量
（2）动物、人、真菌、大多数细菌：均来自
细胞呼吸 时有机物分解所释放的能量
用于主动运输，生物发电、发光，肌肉收
能量去路 用于形成 “ ~”
缩，大脑思考等 各项生命活动
反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的 需能 部位
与其他生化
本身属于吸能反应，与 放能 反应相联系 本身属于放能反应，与 吸能 反应相联系
反应的联系
1. ATP与ADP的相互转化 不是 （是/不是）可逆反应。虽然转化过程中的 物质 是可
逆的，但所需的 酶 、 能量 的来源和去路、 反应场所 不完全相同。
联系 2. 合成ATP的过程中有 水 生成，水解ATP的过程中有 水 消耗。
3. 能量通过ATP在吸能反应和放能反应之间流通。因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内
流通的 能量“货币” 。
十、 ATP与ADP的含量
ATP在生物体内的含量 少 ，但与ADP的转化 十分迅速 ，从而使细胞中的ATP和ADP总是处
于 动态平衡 。
