第3单元 第2讲 酶和ATP.docx
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第3单元第2讲酶和ATP
第2讲__酶和ATP
[考纲导学] 1.酶在代谢中的作用（Ⅱ）
2．ATP在能量代谢中的作用（Ⅱ）
3．探究影响酶活性的因素（实验）
知识梳理|夯实高考双基
回扣教材
一、酶的作用
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．酶在代谢中的作用——催化作用
（1）活化能：
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。
（2）酶的作用机理：
降低化学反应的活化能。
3．酶的本质：
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA。
4．酶的特性
（1）高效性：
同无机催化剂相比，降低反应活化能的作用更显著。
（2）专一性：
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
（3）酶的作用条件温和：
在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高，高温、过酸、过碱会使酶变性失活。
二、ATP的结构和功能
1．ATP的结构
（1）写出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。
②A：
腺苷；P：
磷酸基团。
（2）图中①是高能磷酸键，其中远离腺苷的高能磷酸键易形成和断裂。
（3）图中②为ATP水解的过程，其作用是为生命活动提供能量。
2．ATP与ADP的相互转化
ATP
ADP＋Pi＋能量
（1）进行②过程的生理过程和场所
①生理过程
②场所：
线粒体、细胞质基质、叶绿体。
（2）进行②过程的能量来源和去向
①来源：
光能、有机物中的化学能。
②去向：
用于形成ATP中的高能磷酸键。
[特别提醒]
（1）呼吸作用产生的ATP可用于各种生命活动，光合作用光反应产生的ATP只用于暗反应。
（2）吸能反应与ATP水解反应联系，由ATP水解供能；放能反应一般与ATP合成反应联系，释放的能量储存至ATP中，而能量通过ATP分子在吸能反应与放能反应间流通。
（3）ATP在细胞中含量很低，但ATP与ADP的转化十分迅速，且处于动态平衡中。
基础自测
1．判断
（1）纤维素酶能降解植物细胞壁和细菌细胞壁。
（×）
（2）酶活性最高时的温度不适合酶的保存。
（√）
（3）酶提供了反应过程所必需的活化能。
（×）
（4）酶是活细胞产生的并具有催化作用的蛋白质。
（×）
（5）1个ATP分子中只含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团。
（×）
（6）无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源。
（×）
（7）人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。
（×）
2．连线
①巴斯德 a．糖类变酒精必需酵母细胞死亡并
释放其中物质
④萨姆纳 d．从刀豆种子中提取出脲酶（第一个），
证明脲酶的化学本质为蛋白质、
作用为催化尿素分解
【答案】 ① e ② a ③ c ④ d ⑤ b
3．关于酶与ATP的叙述正确的是（ ）
A．ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应
B．酶的形成需要消耗ATP，ATP的形成不需要酶的催化
C．冬季小白鼠体内酶的活性随环境温度的下降而降低
D．酶既能降低化学反应的活化能又能为底物提供能量
【答案】 A
网络记忆
重点突破|领悟高考方向
重点1 酶的本质、作用与特性
[考点精讲]
1．酶的概念
化学本质
绝大多数是蛋白质
少数是RNA
合成原料
氨基酸
核糖核苷酸
合成场所
核糖体
细胞核（真核生物）
来源
一般来说，活细胞都能产生酶
作用场所
细胞内、外或生物体外均可（胞内酶、胞外酶）
生理功能
生物催化作用
作用原理
降低反应的活化能
与无机催化剂相同
的性质
①降低反应的活化能，提高反应速率，但不改变反应的方向和平衡点；②反应前后，酶的性质和数量不变
2.酶的作用机理
与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，两者的比较如图：
3．实验法探究酶的作用与特性
（1）酶化学本质的实验验证
（2）酶的催化作用实验探究
对照组：
反应物＋清水
反应物不被分解；
实验组：
反应物＋等量的相应酶溶液
反应物被分解。
（3）酶的专一性实验探究
此实验中的自变量可以是不同反应物，也可以是不同酶溶液，因变量是反应物是否被分解。
①设计思路一：
换反应物不换酶
实验组：
反应物＋相应酶溶液
反应物被分解；
对照组：
另一反应物＋等量相同酶溶液
反应物不被分解。
②设计思路二：
换酶不换反应物
实验组：
反应物＋相应酶溶液
反应物被分解；
对照组：
相同反应物＋等量另一种酶溶液
反应物不被分解。
（4）酶的高效性实验探究
对照组：
反应物＋无机催化剂
底物分解速率；
实验组：
反应物＋等量酶溶液
底物分解速率。
实验中自变量是无机催化剂和酶，因变量是底物分解速率。
[命题视角]
视角1 考查酶的本质
1．用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。
由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是（ ）
A．蛋白酶 B．RNA聚合酶
C．RNAD．逆转录酶
【答案】 C
视角2 考查有关酶的实验设计思路
2．下列有关酶的实验设计思路正确的是（ ）
A．利用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响
B．利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液验证酶的专一性
C．利用过氧化氢、新鲜的猪肝研磨液和氯化铁溶液研究酶的高效性
D．利用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为3、7、11的缓冲液验证pH对酶活性的影响
【答案】 C
重点2 ATP——细胞的能量通货
[考点精讲]
1．ATP与ADP的相互转化
（1）ATP和ADP相互转化不是可逆反应
ATP的合成
ATP的水解
反应式
ADP＋Pi＋能量
ATP
ATP
ADP＋Pi＋能量
所需酶
ATP合成酶
ATP水解酶
能量来源
光能（光合作用）、化学能（细胞呼吸）
储存在高能磷酸键中的化学能
能量去路
储存于形成的高能磷酸键中
用于各项生命活动
反应场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体
生物体的需能部位
由表可以看出，ATP的合成和ATP的水解所需的酶、能量来源、能量去路和反应场所等不相同，因此ATP和ADP的相互转化并不是可逆反应。
（2）转化场所
转化
场所
相关生理过程
ATP形成
细胞质基质
有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段
线粒体
有氧呼吸的第二、三阶段
叶绿体基粒
光合作用的光反应
ATP水解
叶绿体基质
光合作用的暗反应
细胞膜等生物膜
物质跨膜运输（不包括被动运输）
细胞核
核酸的合成
细胞质
蛋白质、多糖等的合成和各种耗能过程
2.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O2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。
[命题视角]
视角 ATP的结构、作用分析
3．ATP是生命活动中的直接能源物质，下列有关ATP的说法正确的是（ ）
A．物质跨膜运输时，细胞内进行旺盛的ATP和ADP的相互转化
B．光合作用暗反应合成有机物所需的能量完全由光反应产生的ATP提供
C．肌肉细胞中大量线粒体组成肌质体，有利于储存大量ATP为运动供能
D．ATP中的化学能在一些细胞中可来自光能，在另一些细胞中可再转化为光能
【答案】 D
重点3 探究影响酶活性的因素（实验）
[考点精讲]
[实验原理]
（1）温度影响酶活性的实验探究
①淀粉
麦芽糖
↓碘液 ↓碘液
蓝色 无蓝色出现
②温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。
（2）pH对酶活性的影响
①H2O2
H2O＋O2。
②pH影响酶的活性，从而影响O2的生成速率，可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检测O2的多少。
[实验流程]
（1）温度对酶活性的影响
步骤
项目
试管1
试管2
试管3
1
加入可溶性淀粉溶液
2mL
2mL
2mL
2
放置在不同温度环境中
0℃
100℃
60℃
3
加入新配制的α淀粉酶溶液
1mL
1mL
1mL
4
完成反应
5min
5min
5min
5
滴入碘液
2滴
2滴
2滴
6
观察结果
变蓝
变蓝
不变蓝
（2）pH对酶活性的影响
步骤
项目
试管1
试管2
试管3
1
注入等量过氧化氢酶溶液
2滴
2滴
2滴
2
注入不同pH的溶液
1mL蒸馏水
1mL盐酸
1mLNaOH溶液
3
注入等量的H2O2溶液
2mL
2mL
2mL
4
观察现象
有大量气泡生成
无气泡产生
无气泡产生
[实验点拨]
（1）在温度影响酶活性的探究实验中，对应的酶溶液和反应物混合之前，需要把两者先分别放在各自所需温度下保温一段时间；若选择淀粉和淀粉酶来探究时，检测的试剂宜用碘液，不宜选用斐林试剂，因选用斐林试剂需热水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
（2）在pH影响酶活性的探究实验中，操作时必须先将酶置于不同pH条件下（加清水、加氢氧化钠、加盐酸），然后再加入反应物。
不能把酶加入反应物中后，再加入盐酸或氢氧化钠。
（3）H2O2不宜作温度影响酶活性的实验材料，因为其在较高温度下即可快速分解。
[实验演练]
请回答下列有关酶的实验探究的问题：
（1）为证明过氧化氢酶的活性受pH的影响，同学甲做了如下实验：
试管编号
A
B
实验步骤
1
加入2mL5%H2O2溶液
加入2mL5%H2O2溶液
2
5滴2%H2O2酶溶液
5滴2%H2O2酶溶液
3
0.5mL5%NaOH溶液
0.5mL5%HCl溶液
4
观察气泡的产生速率
观察气泡的产生速率
上述实验设计中有两处不妥之处，请指出：
①_____________________________________________________________；
②_____________________________________________________________。
（2）一般情况下，不能用H2O2酶作为材料探究温度对酶活性的影响，原因是
_______________________________________________________________。
你认为我们应该怎样设计实验来证明温度能影响H2O2酶的活性（简单写出设计思路，也可用示意图表示）：
________________________________________
_______________________________________________________________。
查阅资料发现：
H2O2受热和受日光照射时分解速率加快，在温度为30℃以下时比较稳定，在70℃以上时，分解速率更快。
你认为设计上述实验时，应特别注意的事项是_____________________________________________________
_______________________________________________________________。
【答案】
（1）①缺少pH＝7的对照组 ②加入NaOH和HCl的时间顺序不合理，应在加入H2O2酶前改变溶液的pH
（2）H2O2不稳定易分解，温度会影响H2O2的分解速率 将盛有H2O2酶的试管保温于一系列不同温度下一段时间，然后与同温度的H2O2溶液混合，观察同温度下加H2O2酶和不加H2O2酶的两组试管中气泡的产生速率 将温度控制在70℃以下
[心有灵犀]
（1）温度、pH对酶催化活性影响的条件控制与作用。
（2）在用淀粉酶做实验时，需注意不同来源的淀粉酶最适温度不同：
唾液淀粉酶——37℃；市售淀粉酶——60℃左右。
模型解读类1|酶的催化作用特点及相关曲线分析
[典例导悟]
用某种酶进行有关实验的结果如图所示，下列有关说法错误的是（ ）
A．该酶的最适催化温度不确定
B．图2和图4能说明该酶一定不是胃蛋白酶
C．由图4实验结果可知酶具有高效性
D．由图3实验结果可知Cl－是酶的激活剂
【解析】 图1显示温度对酶活性的影响，从图中能得到的结论是该酶的最适催化温度为30℃左右，A正确；图2显示该酶的最适pH为7，而胃蛋白酶的最适pH为1.5，由图4可见该酶为麦芽糖酶，B正确；图3能说明Cl－是酶的激活剂、Cu2＋是酶的抑制剂，D正确；图4说明酶具有专一性，C错误。
【答案】 C
[拓展升华]
1．酶的特性及曲线分析
（1）高效性：
酶的高效性是和无机催化剂相比较来说的，故下图曲线中只有曲线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合物的化学反应，这说明酶的催化作用具有专一性的特点。
①酶专一性的“锁和钥匙学说”。
如图所示：
②酶的专一性曲线
a．加入酶A，反应速率较无酶条件下的变化是明显加快，说明酶A能催化该反应。
b．在该反应物中加入酶B，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。
c．综合a、b说明酶具有专一性。
2．影响酶促反应的因素曲线分析
（1）温度和pH对酶促反应的影响
甲 乙 丙
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。
③从丙图可以看出：
反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
（2）底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响
甲（酶量一定情况下） 乙（在底物足量情况下）
①甲图：
在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，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。
[题组对练]
1．如图是温度对a、b、c三种酶活性影响的曲线图。
下列叙述正确的是（ ）
A．c酶的最适温度为37℃左右
B．b酶的最适温度高于a酶的最适温度
C．该图反映了实验的两个自变量，一个因变量
D．该实验过程不需要考虑pH
【答案】 C
2．在三支试管中加入等量的质量分数为5%的过氧化氢溶液，再分别加入适量的二氧化锰、新鲜猪肝研磨液、唾液，一段时间后测得底物含量变化如图所示。
则下列叙述不正确的是（ ）
A．曲线乙表示二氧化锰的催化作用，曲线甲与曲线乙对照反映了无机催化剂具有专一性
B．曲线丙表示猪肝中过氧化氢酶的催化作用，曲线甲与曲线丙对照不能反映酶具有专一性
C．曲线丙与曲线乙对照可以说明酶具有高效性
D．曲线甲不下降的原因可能是唾液淀粉酶与该底物不能形成酶—底物复合物
【答案】 A
当堂验收|提升高考考能
1．（2016·海南高考）下列有关植物细胞能量代谢的叙述，正确的是（ ）
A．含有两个高能磷酸键的ATP是人体DNA基本组成单位之一
B．加入呼吸抑制剂可使细胞中ADP生成减少，ATP生成增加
C．无氧条件下，丙酮酸转变为酒精的过程中伴随有ATP的合成
D．光下叶肉细胞的细胞质基质、线粒体和叶绿体中都有ATP合成
【解析】 ATP中含有核糖，DNA中含有脱氧核糖，A项错误；呼吸抑制剂抑制呼吸作用，会使ADP生成增加，ATP生成减少，B项错误；无氧呼吸的第二阶段不产生ATP，C项错误；光下叶肉细胞的细胞质和线粒体可以进行有氧呼吸，叶绿体进行光合作用，均可产生ATP，D项正确。
【答案】 D
2．（2013·新课标全国卷Ⅱ）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
【解析】 无论细胞分化到什么程度，某些基本的物质和能量代谢是细胞所共有的，如细胞呼吸、转录、翻译等，这些反应中涉及的酶就是分化程度不同的细胞中所共有的酶，故A项正确。
酶的催化作用需要一个适宜的温度，如果低于这个温度，会使分子运动减弱，反应速度降低，表现为酶活性降低，但并没有改变酶的空间结构，温度升高可恢复活性，故B项错误。
酶在生化反应中起着催化剂的作用，其作用机理是降低化学反应的活化能，提高了反应速度，故C项正确。
绝大多数酶的化学本质是蛋白质，酶在一些化学反应中可作为催化剂，而在另一些化学反应中，则可能作为底物被相关蛋白酶分解，故D项正确。
【答案】 B
3．（2016·全国乙卷）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
【解析】 在测定酶活力的实验中，需要保证pH和温度均相同且适宜，故缓冲液应在加入底物和酶之前加入，只有C项符合要求。
【答案】 C
4．（2016·全国甲卷）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）在60℃条件下，反应的最终产物浓度比20℃和40℃条件下小很多，说明酶在60℃条件下最终失活。
20℃与40℃条件下相比，40℃时酶促反应到达反应平衡的时间短，说明40℃条件下酶活性较高。
（2）在时间t1前，如果A组温度提高10℃变成30℃，由该酶活性随温度的变化规律可知，30℃条件下的该酶活性大于20℃条件下的，那么A组酶催化反应的速度会加快。
（3）t2时C组的产物浓度已不再增加，但由A组和B组t2时的产物浓度可知，t2时C组底物并未全部被分解，C组产物浓度不再增加是由于C组温度条件下t2时酶已经变性失活。
因此如果在时间t2时，向C组增加2倍量的底物，在其他条件不变的情况下，t3时产物的总量也不会再增加。
（4）生物体内酶的化学本质绝大多数是蛋白质，极少数是RNA。
酶具有高效性、专一性等特性，并且需要适宜的温度和pH等。
【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，反应底物总量也不会增加
（4）蛋白质或RNA 高效性和专一性（其他合理答案可酌情给分）
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