全国版高考生物大一轮复习第8讲降低化学反应活化能的酶细胞的能量通货ATP学案.docx
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全国版高考生物大一轮复习第8讲降低化学反应活化能的酶细胞的能量通货ATP学案
第8讲 降低化学反应活化能的酶细胞的能量“通货”——ATP
1．酶在代谢中的作用（Ⅱ） 2．实验：
探究影响酶活性的因素 3．ATP在能量代谢中的作用（Ⅱ）
酶的本质、作用和特性
1．酶的作用与本质
（1）酶催化作用的原理：
降低化学反应的活化能。
（2）酶的概念
（3）酶本质的探索[连一连]
2．酶的特性
（1）高效性：
催化效率约是无机催化剂的107～1013倍。
（2）专一性：
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
（3）作用条件较温和：
在最适温度和pH条件下，酶的活性最高。
1．（必修1P80图5－2改编）如图中曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示物质A在无催化剂条件和有酶催化条件下生成物质P所需能量的变化过程。
下列相关叙述不正确的是（ ）
A．ab段表示在无催化剂的条件下，物质A生成物质P需要的活化能
B．若将酶改为无机催化剂催化该反应，则a的高度将升高
C．若曲线Ⅱ为最适酶促条件下的曲线，改变酶促条件后，a的高度将降低
D．图中b表示酶降低的活化能
解析：
选C。
若曲线Ⅱ为“最适”酶促条件下的曲线，则改变酶促条件，将会使酶变得“不适”，其催化能力将减弱，此时a的高度将升高。
2．（深入追问）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图所示，请思考：
（1）甲、乙两种酶的化学本质是否相同？
提示：
不相同。
观察曲线图可知，甲酶的活性始终保持不变，表明甲酶能抵抗该种蛋白酶的降解，则甲酶的化学本质不是蛋白质而是RNA，乙酶能被蛋白酶破坏，活性降低，则乙酶为蛋白质。
（2）乙酶活性改变的机制是什么？
提示：
乙酶被降解的过程中其分子结构会发生改变，从而使其活性丧失。
突破1 酶的高效性
①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不能改变化学反应的平衡点。
突破2 酶的专一性
（1）物理模型
①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酶和被催化的反应物分子都有特定的结构。
（2）曲线模型
①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对此反应无催化作用。
②而加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶A可催化该反应，即酶具有专一性。
突破3 影响酶促反应速率的因素分析
1．酶的产生部位、本质、功能
内容
解释
产生部位
一般来说，活细胞都能产生酶
活细胞（哺乳动物成熟红细胞除外）一定能产生，可在细胞内、细胞外（或体外）发挥作用
酶的本质
大多数是蛋白质，少数是RNA
合成原料：
氨基酸或核糖核苷酸
酶的功能
催化
反应前后酶量和化学性质不变
种类
按存在部位分
胞内酶：
合成后在细胞内起作用，如有氧呼吸酶
胞外酶：
合成后分泌到细胞外起作用，如消化酶
按功
能分
水解酶：
在物质水解时起催化作用
合成酶：
在物质合成时起催化作用
2．与酶活性相关的问题分析
（1）温度和pH是通过影响酶活性而影响酶促反应速率的。
（2）底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触面积而影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。
【感知考题】
（2016·高考全国卷甲，29）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）。
[解析]
（1）图示信息显示：
40℃条件下产物浓度达到最大值所需时间比20℃条件下短，且40℃条件下产物浓度最大值大于60℃条件下，故在三个温度条件下，该酶活性最高的是B组。
（2）由题图信息可知，在20～40℃范围内的酶活性均大于20℃时的酶活性，故在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加快。
（3）图示信息显示：
在t2时，60℃条件下的酶已失活，故此时增加底物，反应产物总量不会增加。
（4）绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶的化学本质是RNA；酶的特性包括：
高效性、专一性、作用条件较温和。
[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（其他合理答案也可）
高分点拨——类题通法
多种因素对酶促反应的影响
（1）分析图甲可知：
反应溶液中温度变化不影响酶的最适pH。
（2）分析图乙可知：
反应溶液中酸碱度的变化不影响酶的最适温度。
【跟进题组】
命题1 酶的本质及作用
1．（高考真题重组）下列关于酶的叙述，正确的是（ ）
①酶的化学本质是蛋白质或RNA
②随着温度降低，酶促反应的活化能下降
③酶活性最高时的温度不适合该酶的保存
④酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸
⑤淀粉酶溶液中加入蛋白酶不会导致淀粉酶活性发生变化
⑥不同酶的最适温度可能相同
A．①④⑤ B．①③⑥
C．②④⑥D．①⑤⑥
答案：
B
2．（2017·河北石家庄二中高三联考）在蛋白质合成过程中，肽酰转移酶催化核糖体上一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基间形成肽键。
该酶对核糖核酸酶敏感，但对蛋白酶不敏感。
下列关于肽酰转移酶的叙述，错误的是（ ）
A．肽酰转移酶在核糖体上合成
B．肽酰转移酶在核糖体中起作用
C．肽酰转移酶催化氨基酸脱水缩合
D．肽酰转移酶能降低反应的活化能
解析：
选A。
由题意可知肽酰转移酶对核糖核酸酶敏感，但对蛋白酶不敏感，所以其化学本质不是蛋白质，在核糖体上合成的是蛋白质，其本质应是RNA，A错误。
因为是催化氨基酸之间形成肽键的，所以是在核糖体中发挥作用，B正确。
氨基酸之间是通过脱水缩合形成肽键的，C正确。
酶能降低反应所需要的活化能，D正确。
命题2 酶的特性
3．（2017·莱州检测）通过实验研究温度对a、b、c三种酶活性的影响，结果如图。
下列说法正确的是（ ）
A．c酶的最适温度为36℃左右
B．当温度为任一固定值时，酶的用量都会影响实验结果
C．该实验中有两个自变量，因变量只有一个
D．若溶液的pH升高，则曲线b的顶点上移
解析：
选C。
图中c酶随着温度的升高活性增加，c酶活性未出现最高点，A错误；当温度过高时，酶变性失活后酶的用量不再继续影响实验结果，B错误；该实验的自变量是温度和酶的种类，因变量是酶的活性，C正确；此题中，溶液的pH升高，酶的活性变化未知，D错误。
4．（2017·河北唐山模拟）酶抑制剂分竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂，两者作用特点如图甲所示，图乙表示相应的反应速率。
下列有关叙述不正确的是（ ）
A．曲线a表示没有酶抑制剂存在时的作用效果
B．曲线a、b反应速率不再增加是受酶浓度的限制
C．曲线c表示在竞争性抑制剂作用下酶的活性降低
D．非竞争性抑制剂与该酶结合后能改变其空间结构
解析：
选C。
从图乙可知，曲线a表示没有酶抑制剂存在时的作用效果，A正确；曲线a、b反应速率不再随底物浓度的增加而增加，是受酶浓度的限制，B正确；曲线c表示在非竞争性抑制剂作用下酶的活性降低，C错误；由图甲可知，非竞争性抑制剂可以与游离酶结合，进而改变酶的空间结构，D正确。
酶与相似特性物质的比较考查
5．（2017·云南玉溪一中月考）在生命活动中，酶、激素、神经递质、抗体、tRNA等都有一定的专一性，下列叙述正确的是（ ）
A．RNA聚合酶能催化转录过程，也能使DNA中的氢键断裂
B．性激素的合成需要mRNA和核糖体的参与
C．淋巴因子、溶菌酶都是免疫活性物质，均在第二道防线中发挥作用
D．神经递质通过载体进入突触后神经元时发生了“化学信号→电信号”的转变
解析：
选A。
RNA聚合酶能催化转录过程，也能使DNA中的氢键断裂，A正确；性激素的化学本质是固醇，在内质网中合成，B错误；淋巴因子、溶菌酶都是免疫活性物质，溶菌酶在第一、二道防线中发挥作用，淋巴因子在第三道防线中发挥作用，C错误；神经递质通过与突触后膜的特异性受体结合，使突触后神经元发生“化学信号→电信号”的转变，D错误。
“三法”实验探究酶的本质及特性
1．用“试剂检测法”鉴定酶的本质的原理和方法
2．用“对比实验法”验证酶的高效性、专一性
（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”，实验变量为不同类型的催化剂，因变量为底物的反应速率。
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”（如生物材料研磨液）
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
（2）酶的专一性的实验验证方法——对比法
①设计思路：
常见的方案有两种，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
同种底物（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．用“梯度法”探究影响酶活性的因素（温度或pH）
（1）设计思路：
设计实验时需设置一系列不同温度（或pH）的实验组进行相互对照，最后根据实验现象得出结论。
酶促反应所需时间最短的一组对应的温度（或pH）最接近最适温度（或pH）。
相邻组间的差值（即梯度值）越小，测定的最适温度（或pH）就越精确。
（2）设计方案
组别编号
1
2
…
n
实验材料
等量的同种底物和酶
温度（或pH）
t1（或a1）
t2（或a2）
…
tn（或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对应的温度（或pH）最接近最适温度（或pH）
1．（必修1P78、P83实验改编）下列有关酶的实验的叙述，错误的是（ ）
A．探究pH对酶活性的影响时，一般不用淀粉作为底物
B．探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用时，不能用碘液检测实验结果
C．用H2O2作底物验证酶的高效性时，通过测定气泡或者氧气释放的多少可达到目的
D．探究淀粉酶的最适温度的实验时，应先用设定的温度分别处理底物和酶液后，再混合
解析：
选C。
用H2O2作底物验证酶的高效性时，通过测定单位时间内气泡或者氧气释放的多少可达到目的，即测定反应速率。
2．（深入追问）探究温度、pH对酶活性的影响实验中，自变量和因变量分别是什么？
提示：
探究温度对酶活性的影响实验中，自变量是温度，因变量是淀粉水解程度。
探究pH对酶活性的影响实验中，自变量是pH，因变量是过氧化氢的分解速率。
突破1 温度对酶活性影响的实验步骤及结论
实验操作
试管编号
变量分析
1
2
3
加入α 淀粉酶溶液
1mL
1mL
1mL
无关变量
控制温度
60℃
水浴
沸水浴
冰水浴
自变量
加入淀粉溶液
2mL
2mL
2mL
无关变量
一段时间后
滴加碘液
1滴
1滴
1滴
实验现象
不变蓝
变蓝
变蓝
因变量
实验结论
高温、低温都影响酶的活性
突破2 pH对酶活性影响的实验步骤及结论
实验操作
试管编号
变量分析
1
2
3
加入过氧化
氢酶溶液
2滴
2滴
2滴
无关变量
控制pH
1mL
蒸馏水
1mL
5%HCl
1mL
5%NaOH
自变量
加入3%的
H2O2溶液
2mL
2mL
2mL
无关变量
实验
现象
气泡量
多
少
少
因变量
卫生香燃烧
猛烈
不燃烧
不燃烧
实验结论
过酸、过碱都影响酶的活性
酶活性实验探究中的“三宜”“四不宜”
（1）若底物选择淀粉和蔗糖，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）在探究酶的最适温度的实验中，不宜选择过氧化氢（H2O2）和过氧化氢酶作实验材料，因为过氧化氢（H2O2）在常温常压时就能分解，加热条件下分解会加快，从而影响实验结果。
（4）在探究pH对酶活性的影响时，需要保证酶的最适温度（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。
【感知考题】
为了探究温度、pH对酶活性的影响，设计了如下实验，请回答：
（1）（高考江苏卷改编）下列实验设计合理的是__________。
实验
编号
探究课题
选用材料与试剂
①
温度对酶活性的影响
过氧化氢溶液 新鲜的肝脏研磨液
②
温度对酶活性的影响
新制的淀粉酶溶液 可溶性淀粉溶液 碘液
③
pH对酶活性的影响
新制的蔗糖酶溶液 可溶性淀粉溶液 碘液
④
pH对酶活性的影响
新制的淀粉酶溶液 可溶性淀粉溶液 斐林试剂
（2）（2016·高考全国卷乙，3改编）若除酶外所有试剂均已预保温，则在测定酶活力的实验中，合理的操作顺序是：
加入缓冲液→____________→__________→保温并计时→一段时间后检测产物的量。
（3）（高考全国卷改编）某同学从温度为55～65℃的泉水中筛选出能合成脂肪酶的细菌，根据该细菌的生活环境，简要写出测定该酶催化作用最适温度的实验思路。
[答案]
（1）实验②
（2）加入底物 加入酶（两空可颠倒）
（3）在一定温度范围内（包括55～65℃）设置温度梯度，分别测定酶活性，若所测数据出现峰值，则峰值所对应的温度即为该酶催化作用的最适温度。
否则，扩大温度范围，继续实验，直到出现峰值。
高分点拨——类题通法
（1）在探究酶活性的最适温度时，需要先把酶和反应物分别放在各自所需温度下保温一段时间。
（2）在探究酶活性的最适pH时，需先将酶置于不同pH条件下，然后再加入反应物，如可溶性淀粉液，切记不能在加入酶后，先加入反应物，再加入盐酸或氢氧化钠。
【跟进题组】
命题1 酶特性的实验验证
1．（2017·北京海淀区第二次练习）为了证明酶的作用具有专一性，某同学设计了如下5组实验，分别选择一定的试剂进行检测，合理的实验方案是（ ）
组别
①
②
③
④
⑤
酶
蛋白酶
蛋白酶
淀粉酶
淀粉酶
淀粉酶
反应物
蛋白质
淀粉
蛋白质
淀粉
麦芽糖
A．①和③对比，用双缩脲试剂检测
B．②和④对比，用碘液检测
C．④和⑤对比，用斐林试剂检测
D．③和④对比，用斐林试剂检测
解析：
选B。
由于蛋白酶本身是蛋白质，遇双缩脲试剂呈现紫色，不能断定蛋白质是否被分解，A错误；淀粉酶能催化淀粉的水解，蛋白酶不能催化淀粉的水解，用碘液检测，颜色反应不同，B正确；淀粉是非还原糖，在淀粉酶的作用下分解生成还原糖，麦芽糖是还原糖，用斐林试剂不能判断麦芽糖是否分解，C错误；斐林试剂不能判断蛋白质是否分解，D错误。
2．（2017·福建仙游一中高三月考）如图表示在25℃、pH＝7条件下，向2mL的H2O2溶液中加入两滴肝脏研磨液，H2O2分解产生O2量随时间的变化。
若该酶促反应过程中改变某一条件，以下分析正确的是（ ）
A．以Fe3＋替代肝脏研磨液，a值减小，b值增大
B．滴加4滴肝脏研磨液，a值不变，b值增大
C．温度为37℃时，a值不变，b值减小
D．H2O2量增加为4mL时，a值增大，b值减小
解析：
选C。
在生物化学反应中，酶的催化作用比无机催化剂的作用要高，酶具有高效性，但是两者的催化作用都不会改变化学反应的平衡点，所以a值不会减小，b值会增大，A错误；用4滴肝脏研磨液，a值不变，b值减小，B错误；37℃接近人体正常体温，是酶的最适温度，催化效率是最高的，所用时间会减少，故b值减小，C正确；底物的量增加时，产物的量和时间都会有所增加，故a和b都增大，D错误。
命题2 温度、pH对酶活性影响的实验探究
3．（2017·泰安高三模拟）将牛奶和姜汁混合，能使牛奶凝固。
某同学用曾煮沸的姜汁重复这项实验，牛奶在任何温度下均不能凝固。
将不同温度的等量牛奶中混入一些新鲜姜汁。
观察结果如表：
温度（℃）
20
40
60
80
100
结果
15min
后仍未
凝固
14min
内完全
凝固
1min
内完全
凝固
1min
内完全
凝固
15min
后仍未
凝固
根据以上结果，下列表述中错误的是（ ）
A．新鲜姜汁中含有能使可溶状态的牛奶凝固的酶
B．进一步测定最适温度，可设置60℃、65℃、75℃、80℃四个温度梯度
C．将等量姜汁在不同温度下保温后再与对应温度的牛奶混合，能够提高实验的准确度
D．该实验说明酶需要适宜的温度，100℃时未凝固，是因为酶的活性已经丧失
解析：
选B。
据题意知，100℃时牛奶不能凝固，说明酶变性，失去催化能力，新鲜姜汁含有酶，能催化牛奶凝固，A正确；根据表格分析知，最适温度位于40～100℃之间，测定最适温度时应在40～100℃之间缩小温度梯度，进行多组实验，B错误；将等量姜汁在不同温度下保温后再与对应温度的牛奶混合，能排除姜汁与牛奶混合时，温度变化，提高实验准确度，C正确；该实验说明酶需要适宜的温度，100℃时不能使牛奶凝固，说明酶变性失活，D正确。
4．将新鲜马铃薯磨碎、过滤得到提取液。
在温度30℃的条件下，取等量提取液分别加到4支pH分别为3、5、7、9的各含有100mL体积分数为3%过氧化氢溶液的试管中，结果发现每一支试管都产生气体，然后将加入4个试管中的马铃薯提取液的量减半，重复上述实验。
在相同时间内，分别测得两次实验中过氧化氢的含量变化并绘制成如图1所示曲线，请回答下列问题：
（1）该实验的自变量是________，因变量是________。
（2）曲线B是第________次实验的结果，原因最可能是____________________。
（3）曲线A和B中，过氧化氢含量的最低点位于横坐标同一位置的原因是
________________________________________________________________________。
（4）图2表示马铃薯中过氧化氢酶在体外的最适条件下，底物浓度对酶所催化的反应速率的影响。
请在图上画出：
①如果在A点时，将温度提高5℃时的曲线变化；
②如果在B点时，向反应混合物中加入少量同种酶的曲线变化；
③如果在C点时，加入大量pH为1．8的盐酸的曲线变化。
解析：
（1）图1中，横坐标为自变量之一——pH；坐标系中有两条曲线，分别代表不同量的提取液。
因此，该实验中的自变量是pH的大小和提取液的量。
一般情况下，坐标系中的纵坐标代表的是因变量。
（2）因为两次实验所用过氧化氢溶液的体积相同，但是所用提取液的量不同，提取液的体积多的溶液中酶的含量就多，相同时间分解的过氧化氢的量就多。
（3）pH影响酶的活性，两次实验仅仅是所用提取液（酶）的量不同，而酶的最适pH不因酶量的多少而改变。
（4）本实验是在最适宜条件下进行的，一旦提高温度，酶活性会有所下降；在反应物充足的情况下，酶浓度增加，反应速率增大；通过图1可以看出，马铃薯中过氧化氢酶的最适pH为7，加入大量pH为1．8的盐酸会导致溶液pH降低，过氧化氢酶的活性会急剧下降，则化学反应速率下降。
答案：
（1）pH的大小和提取液的量 反应相同时间后过氧化氢的剩余量
（2）一 第一次实验中提取液的量较多，酶量较多，相同时间分解的过氧化氢量较多 （3）同一种酶的最适pH不变（答案合理即可） （4）如图所示
其他因素对酶活性影响的实验探究
5．（2017·河北衡水中学四调）在研究不同金属离子对某水解酶活性的影响时，得到如表结果。
下列分析不正确的是（ ）
金属离子（mmol/L）
相对活性（%）
对照组
100
Mn2＋
123
Co2＋
79
Mg2＋
74
A．Mn2＋降低了反应过程的活化能
B．Co2＋或Mg2＋可能导致酶结构的改变使其活性降低
C．不同离子对酶的活性有提高或降低作用
D．该水解酶的用量是实验的无关变量
解析：
选A。
Mn2＋提高了酶的活性，从而使酶更有效地降低反应的活化能，而Mn2＋本身不能降低反应过程的活化能，A错误。
ATP的结构和功能
1．ATP的结构简式和简式中A、P所代表的含义
（1）结构简式：
A—P～P～P。
（2）A：
腺苷；P：
磷酸基团。
2．图中①是高能磷酸键，其中远离A的高能磷酸键易形成和断裂。
3．图中②为高能磷酸键水解释放能量的过程，其作用是为各项生命活动提供能量。
）
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