专题07 降低化学反应活化能的酶 细胞的能量通货ATP解析版.docx
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专题07降低化学反应活化能的酶细胞的能量通货ATP解析版
专题07降低化学反应活化能的酶细胞的能量“通货”——ATP
【高频考点解读】
1.酶在代谢中的作用(Ⅱ)
2.ATP在能量代谢中的作用(Ⅱ)
3.实验:
探究影响酶活性的因素
【热点题型】
题型一酶的本质、生理功能及其实验验证
例1、下列有关酶的叙述,正确的是( )。
①是有分泌功能的细胞产生的 ②有的从食物中获得,有的从体内转化而来 ③凡是活细胞都能产生酶 ④绝大多数酶是蛋白质 ⑤有的酶是蛋白质,有的酶是固醇 ⑥酶在代谢中有多种功能 ⑦在新陈代谢和生殖发育中起调控作用 ⑧酶只是起催化作用 ⑨酶只在细胞内发挥作用 ⑩酶在体内不能更新 ⑪酶制剂通常在低温下保存
A.①②⑤⑪B.③⑦⑨⑩
C.③④⑧⑪D.④⑤⑥⑩
解析 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物;酶大多数是蛋白质,少数为RNA;酶只有催化功能,在个体发育中起调控作用的是激素。
答案 C
【提分秘籍】
1.酶的本质及生理功能
来源及化学本质
活细胞产生的具有生物催化作用的有机物
绝大多数酶是蛋白质
少数酶是RNA
合成场所
核糖体
细胞核(真核生物)
生理功能
催化作用(生物催化剂)
作用原理
降低化学反应的活化能
与无机催化剂对比
2.酶是蛋白质的验证实验(利用双缩脲试剂)
实验结果分析:
通过对照,实验组若出现紫色,证明待测酶的化学本质是蛋白质;不出现紫色,则该酶液的化学本质不是蛋白质。
3.酶具有催化作用的实验设计思路及结果分析
实验结果分析:
根据底物性质利用相应试剂检测,若底物被分解,则证明酶具有催化作用,否则不具有催化作用。
4.酶的高效性——比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验过程中的理论分析:
(2)酶具有高效性的机理是其能够显著降低反应活化能,缩短反应达到平衡点的时间,并使细胞代谢在温和条件下快速进行。
【举一反三】
以下与酶有关的叙述,正确的是(双选)( )。
A.有氧呼吸酶不一定在线粒体中起作用
B.酶都是由内分泌腺细胞合成的,具有高效性和专一性
C.DNA的转录和复制都需要解旋酶
D.细胞质中没有与DNA复制相关的酶
解析 A项正确,有氧呼吸发生在细胞质基质和线粒体,故有氧呼吸酶也存在于细胞质基质中。
酶是由活细胞产生的具有催化能力的有机物,一般说来,只要是活细胞就能产生酶,B项错误。
细胞中DNA的复制需要解旋酶解开双螺旋,转录时以DNA的一条链为模板,故也需要解旋酶,C项正确。
细胞质中含有线粒体和叶绿体,含有与DNA复制相关的酶,D项错误。
答案 AC
【热点题型】
题型二酶相关的曲线解读
例2、请针对下列酶的有关曲线回答问题。
(1)图一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140min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的量变化曲线。
(2)图二表示该酶促反应速率与底物浓度的关系。
若酶量增加一倍,曲线应如何变化?
请在图中画出。
(3)图三可以表示人体________在37℃条件下酶促反应速率与pH的关系。
A.唾液淀粉酶B.胃蛋白酶
C.胰脂肪酶D.呼吸氧化酶
【提分秘籍】酶相关的曲线解读
1.表示酶高效性的曲线
(1)催化剂可加快化学反应速率,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时间,不改变化学反应的平衡点。
(3)酶只能催化自然条件下能发生的化学反应。
2.表示酶专一性的曲线
加入酶B的反应速率与无酶A或空白对照条件下的反应速率相同,而加入酶A的反应速率随反应物浓度增大明显加快,说明酶B对此反应无催化作用。
进而说明酶具有专一性。
3.影响酶活性的曲线
(1)甲、乙曲线表明:
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。
(2)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。
4.底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响
(1)在其他条件适宜,酶量一定的条件下,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,受酶数量和酶活性限制,酶促反应速率不再增加。
(2)在底物充足,其他条件适宜的条件下,酶促反应速率与酶浓度成正比。
【举一反三】
如图甲是过氧化氢酶活性受pH影响的示意图,图乙表示在最适温度下,pH=b时,H2O2分解产生O2的量随时间的变化情况。
若该酶促反应过程中某一个条件发生变化,下列说法正确的是( )。
A.pH=a时,E点下移,D点左移
B.pH=c时,E点为0
C.温度降低时,E点不变,D点右移
D.H2O2的量增加时,E点下移,D点左移
【热点题型】
题型三考查ATP的结构与作用
例3、ATP是细胞的能量“通货”,是生命活动的直接能源物质,下图为ATP的结构和ATP与ADP相互转化的关系式。
下列说法不正确的是( )。
A.图1中的A代表腺苷,b、c为高能磷酸键
B.图2中进行①过程时,图1中的c键断裂并释放能量
C.ATP与ADP快速转化依赖于酶催化作用具有高效性
D.夜间有O2存在时,图2中过程②主要发生在线粒体
【提分秘籍】
1.ATP的结构简析
(1)组成元素:
C、H、O、N、P。
(2)简称:
三磷酸腺苷。
(3)各字母代表的含义:
A——腺苷(腺嘌呤+核糖);P——磷酸基团;~——高能磷酸键。
(4)结构简式:
A—P~P~P(远离腺苷A的那个高能磷酸键容易断裂,也容易形成)。
2.ATP的形成途径
3.ATP与ADP的相互转化
注意 酶1、酶2不同:
酶1——合成酶,酶2——水解酶。
转化式:
ADP+Pi+能量→ATP。
(1)ATP在生物体内含量少,但转化十分迅速,从而使细胞中的ATP总是处于一种动态平衡中。
(2)ATP与ADP的相互转化不是可逆反应。
因为转化过程中的所需酶、能量的来源和去路和反应场所都不完全相同。
但是物质是可循环利用的。
(3)ATP的形成需要满足4个条件:
2种原料(ADP和Pi)、能量和酶。
另外合成ATP的过程中有水生成。
【举一反三】
糖类、脂肪等有机物是细胞中的能源物质,它们含有大量的化学能,这些有机物中含有的能量用于生命活动需经过如图所示的过程。
下列相关说法错误的是( )。
A.呼吸作用的重要意义之一是为生命活动提供能量
B.糖类、脂肪等有机物中的能量需要先转化成ATP中的能量才能用于生命活动
C.图中显示了ATP是生命活动的直接能源物质
D.糖类、脂肪等有机物中的化学能可以全部转化为ATP中的化学能
解析 糖类、脂肪等有机物中的化学能在氧化分解时大部分转化为热能,少部分转化为ATP中的化学能。
答案 D
【热点题型】
题型四考查影响酶活性的条件及酶的专一性
例4、某同学将马铃薯磨碎、过滤得到提取液进行以下实验。
Ⅰ.在30℃的条件下,取等量提取液分别加到4支盛有等量过氧化氢溶液,pH分别为3、5、7、9的试管中,结果发现每支试管都产生气体。
请回答下列问题:
(1)该实验的课题是__________________________。
(2)该实验中的自变量是______________________。
(3)各实验组均在30℃下进行的原因是:
①__________;
②______________________________________。
Ⅱ.将加入4支试管中的马铃薯提取液的量减半,重复实验Ⅰ。
分别测定实验Ⅰ、Ⅱ中过氧化氢的含量在相同时间内的变化,绘制成如图所示曲线,请回答下列问题。
(4)曲线a是实验________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)的结果。
(5)曲线a和b中,过氧化氢含量的最低点基本位于横坐标同一位置的原因是___________________________________。
【提分秘籍】探究影响酶活性的条件及酶的专一性
一、温度对酶活性的影响
1.原理解读
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.实验设计思路
3.实验设计程序
本实验不宜选用过氧化氢酶催化过氧化氢分解,因为过氧化氢酶催化的底物过氧化氢在加热的条件下分解也会加快。
二、pH对酶活性的影响
1.原理解读
(1)2H2O2
2H2O+O2
(2)pH影响酶的活性,从而影响O2的生成量,可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验O2生成量的多少。
2.实验设计思路
O2的产生速率
三、酶的专一性
该实验探究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)方案一:
用同一种酶催化两种不同物质
解读 用淀粉酶分别作用于淀粉和蔗糖后,再用斐林试剂鉴定,根据是否有砖红色沉淀生成来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用,从而探究酶的专一性。
(2)方案二:
用两种不同酶催化同一种物质
①
②再用斐林试剂鉴定,从而探究酶的专一性。
【举一反三】
下列能说明酶不同于一般催化剂的催化特性的是(双选)( )。
A.酶都是蛋白质
B.酶是活细胞产生的,只能在生物体内发挥催化作用
C.酶的催化作用存在最适温度
D.每一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应
解析 酶未必都是蛋白质;酶既可在生物体内发挥催化作用,也可在生物体外发挥催化作用;与一般无机催化剂相比,酶催化具温和性(如C)专一性(如D)及高效性特点。
答案 CD
【高考风向标】
1.(2014·全国卷)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ATP
C.在有氧与缺氧的条件下细胞质基质中都能形成ATP
D.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 【解析】本题考查ATP的有关知识,线粒体中合成的ATP可用于除光合作用以外的耗能反应,A项正确。
机体无论是在运动还是睡眠时,都会消耗ATP,B项错误。
细胞质基质是有氧呼吸与无氧呼吸第一阶段进行的场所,这一过程有ATP产生,C项正确。
植物根细胞吸收矿质元素离子的方式是主动运输,该过程所需ATP来自于细胞呼吸,D项正确。
2.(2014·重庆卷)如图为乙醇在人体内主要的代谢过程。
下列相关叙述,正确的是( )
乙醇
乙醛氧化,F乙酸
CO2、H2O
A.乙醇转化为乙酸发生的氧化反应,均由同一种氧化酶催化
B.体内乙醇浓度越高,与乙醇分解相关的酶促反应速率越快
C.乙醇经代谢产生的[H]可与氧结合生成水,同时释放能量
D.正常生理情况下,人体分解乙醇的速率与环境温度呈正相关
3.(2014·四川卷)在生物体内,下列生理活动只能单向进行的是( )
A.质壁分离过程中水分子的扩散
B.生长素在胚芽鞘中的极性运输
C.肝细胞中糖原与葡萄糖的转化
D.活细胞内ATP与ADP的转化
4.(2014·山东卷)下列有关实验操作的描述,正确的是( )
A.鉴定待测样液中的蛋白质时,先加NaOH溶液,振荡后再加CuSO4溶液
B.制作细胞的有丝分裂装片时,洋葱根尖解离后直接用龙胆紫溶液染色
C.低温诱导染色体加倍实验中,将大蒜根尖制成装片后再进行低温处理
D.探究温度对酶活性的影响时,将酶与底物溶液在室温下混合后于不同温度下保温
【答案】A 【解析】鉴定蛋白质的试剂为双缩脲试剂,该试剂使用时应先加NaOH溶液,再加CuSO4溶液,A项正确。
制作洋葱根尖细胞有丝分裂装片的正确顺序是:
解离→漂洗→染色→制片,B项错误。
低温诱导染色体加倍实验中,应首先对大蒜根尖低温处理,诱导分生区细胞染色体加倍,再制作装片,C项错误。
探究温度对酶活性的影响时,不同组的酶和底物混合前应先保温到实验温度,若在室温下混合再在不同温度下保温,则达到实验温度时,反应可能已发生,D项错误。
5.(2014·福建卷)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
6.(2014·江苏卷)下列生命活动中不需要ATP提供能量的是( )
A.叶肉细胞合成的糖运输到果实
B.吞噬细胞吞噬病原体的过程
C.淀粉酶催化淀粉水解为葡萄糖
D.细胞中由氨基酸合成新的肽链
7.(2014·海南卷)下列物质中,能够直接给细胞生命活动提供能量的是( )
A.脂肪 B.钙离子 C.糖 D.ATP
【答案】D 【解析】脂肪是生物体内的储能物质;钙是生物体内的某些物质的组成成分;糖是生物体内的主要能源物质;ATP是细胞内的能量“通货”,细胞生命活动所需能量直接来源于ATP水解释放的能量。
8.(2013年高考新课标全国卷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:
本题主要考查酶的相关知识。
细胞生命活动所必需的酶,如呼吸氧化酶,会存在于分化程度不同的各类细胞中;低温抑制酶的活性,在一定范围内,当温度回升后,酶的活性可以恢复,但酶的空间结构一旦被破坏,其活性将无法恢复,低温没有破坏酶的空间结构;酶提高化学反应速度是靠降低化学反应的活化能实现的;酶在化学反应中充当催化剂,也可以作为另一个反应的底物。
答案:
B
9.(2013年高考四川卷)下列实验所采取的措施,不涉及“降低化学反应活化能”原理的是( )
A.利用果胶酶提高水果的出汁率
B.滴加肝脏研磨液促使过氧化氢的分解
C.滴加FeCl3溶液提高过氧化氢的分解速率
D.利用水浴加热提高胡萝卜素的萃取效率
10.(2013年高考安徽卷)细胞代谢受酶的调节和控制。
下列叙述正确的是( )
A.激素都是通过影响靶细胞内酶活性来调节细胞代谢
B.代谢的终产物可反馈调节相关酶活性,进而调节代谢速率
C.同一个体各种体细胞酶的种类相同、数量不同,代谢不同
D.对于一个细胞来说,酶的种类和数量不会发生变化
11.(2013年高考海南卷)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
解析:
不同酶的最适温度可能相同,也可能不同,A正确;在一定的范围内随着温度的降低,酶的活性下降,而酶促反应的活化能是不会降低的,B错误;低温时,酶的活性降低,但酶的空间结构稳定,因此,酶制剂适于在低温(0~4℃)下保存,C正确;高温、强酸、强碱都会破坏酶的空间结构,从而使酶失活,D正确。
答案:
B
12.(2013年高考四川卷)在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中,下列生命活动不会同时发生的是( )
A.细胞的增殖与分化 B.光能的吸收与转化
C.ATP的合成与分解D.基因的突变与重组
13.(2013年高考海南卷)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ATP
D.细胞代谢所需的ATP可在细胞质基质中产生
解析:
物质通过协助扩散进出细胞需要载体,但不消耗能量,C错误。
答案:
C
【随堂巩固】
1.下列有关酶的叙述正确的是( )
A.酶都是在核糖体上以氨基酸为原料合成的
B.人体内环境pH变化不影响细胞内酶的催化作用
C.若要长期保存酶,应将其放在低温环境下
D.酶在催化反应完成后立即被降解成为氨基酸
2.为了探究温度、pH对酶活性的影响,下列实验设计合理的是( )
A.实验① B.实验②
C.实验③D.实验④
解析:
过氧化氢受热会分解,因此不宜用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响,实验①不合理;蔗糖酶不能催化淀粉水解,故实验③不合理;斐林试剂可与酸反应,影响物质检测,实验④不合理。
答案:
B
3.下表代表胃、小肠中有关消化液的成分及部分酶的最适pH,下列说法错误的是( )
A.酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物
B.与无机催化剂比较,酶具有高效性,专一性,且需要适宜条件
C.胃液中的胃蛋白酶会随着胃的排空进入小肠,胃蛋白酶进入小肠后,能将蛋白质分解
D.胃液中有大量的胃酸(HCl),它随胃的排空进入小肠后不会破坏小肠中酶的活性
解析:
根据表中信息分析,胃蛋白酶适宜的pH为酸性,当其进入小肠后,由于pH的改变,酶失活不能将蛋白质分解;从表中分析,肠液中含有NaHCO3,胃酸进入小肠后HCl被中和,不破坏小肠酶的活性。
答案:
C
4.如图表示酶活性与温度的关系。
下列叙述正确的是( )
A.当反应温度由t2调到最适温度时,酶活性下降
B.当反应温度由t1调到最适温度时,酶活性上升
C.酶活性在t2时比t1高,故t2时更适合酶的保存
D.酶活性在t1时比t2低,表明t1时酶的空间结构破坏更严重
5.下列关于影响酶反应速率(υ)因素的研究中,条件控制和预期结果的关系合理的是( )
A.有足够的底物,温度、pH等条件适宜且恒定——υ与酶浓度成正比
B.酶浓度恒定,温度、pH等条件适宜且恒定——υ与底物浓度成反比
C.酶浓度和底物一定,在pH适宜的条件下——υ与温度成反比
D.酶浓度和底物一定,在温度适宜的条件下——υ与pH成正比
解析:
在一定范围内,υ与底物浓度成正比。
在低于最适温度范围内,υ与温度成正比,在高于最适温度范围内,υ与温度成反比。
在低于最适pH范围内,υ与pH成正比,在高于最适pH范围内,υ与pH成反比。
答案:
A
6.下列有关酶的叙述,正确的是( )
A.酶可以被水解,产物是氨基酸
B.若反应温度不断升高,则酶的最大反应速率不断提高
C.冬季动物体内酶的活性随环境温度的下降而降低
D.在一定范围内,底物浓度影响着酶促反应速率
7.下列与萤火虫发光有关的叙述正确的是( )
A.萤火虫发光的直接能源物质ATP主要来自线粒体基质
B.萤火虫发光细胞中的荧光素接受ATP供能后无需转化即可发出荧光
C.萤火虫发光过程中吸能反应与ATP的合成相联系
D.萤火虫发出的荧光是一种物理信息
解析:
生命活动的直接能源物质ATP主要来自线粒体内膜,萤火虫发光细胞中的荧光素接受ATP供能后需转化为光能才可发出荧光,吸能反应与ATP的水解相联系。
答案:
D
8.为了验证胰腺的分泌液中有蛋白酶,某学生设计了两组实验,如下图所示,在37℃水浴中保温一段时间后,1、2中加入适量双缩脲试剂,3、4不加任何试剂,下列实验能达到目的的是( )
A.实验①B.实验②
C.实验①、实验②都能D.实验①、实验②都不能
9.图中的新鲜土豆片与H2O2接触后,产生的现象及推测错误的是( )
A.为保证实验的严谨性,需要控制温度等无关变量
B.增加新鲜土豆片的数量,量筒中产生的气体速率加快
C.一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限
D.若有气体大量产生,可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶
解析:
根据图示装置可推出该实验研究的是酶的高效性、酶量对酶促反应速率的影响;温度为无关变量,A正确;增加酶的浓度,可以加快反应速率,B正确;气体量取决于过氧化氢的量,与酶的活性和浓度无关,C错误;酶具有催化作用和高效性,D正确。
答案:
C
10.图一曲线a表示在最适温度、最适pH条件下时间与生成物量的关系,图二曲线b表示在最适温度、最适pH条件下,反应物浓度与酶促反应速率的关系。
据图分析正确的是( )
A.图一曲线a中,A点后,限制生成物量不再增加的因素是酶的数量不足
B.图二曲线,酶减少后,图示反应速率可用曲线f表示
C.分别在图二中取B、C点的速率值,对应图一中的曲线c和d
D.减小pH,重复该实验,图二曲线b应变为曲线f;增大pH,应变为曲线e
11.如表所示是与酶有关的实验,请回答问题:
(注:
“+”的数量代表单位时间内产生气泡的多少)
(1)比较1号和3号试管,说明____________________________________________。
(2)2号和3号试管出现不同结果的原因是_________________________________;
该组实验的自变量是_________________________________________________。
(3)如果将3号试管的温度降低到5℃,产生的气泡数量将_______,原因是________________________________________________________________________。
解析:
(1)1号试管是对照组,3号试管加入的是过氧化氢酶,3号试管单位时间内产生的气泡数量明显多于1号试管的,说明过氧化氢酶能降低过氧化氢分解反应的活化能。
(2)2号试管与3号试管的自变量为催化剂的种类,酶与无机催化剂FeCl3相比具有高效性,酶的催化效率更高。
(3)温度影响酶的活性,降低3号试管的温度,会导致过氧化氢酶的活性降低,从而导致单位时间内产生的气泡数量减少。
答案:
(1)过氧化氢酶能降低过氧化氢分解反应的活化能
(2)同无机催化剂相比,酶的催化效率更高 催化剂的种类 (3)减少 低温抑制过氧化氢酶的活性
12.为探究植酸酶对鲈鱼生长和消化酶活性的影响,研究者设计并进行了相关实验,实验步骤及结果如下:
①鲈鱼的驯养:
将从海洋中捕获的鲈鱼鱼苗在浮式海水网箱中饲养14d,用普通饲料投喂,备用。
②饲料的配制:
在每千克普通饲料中添加200mg植酸酶,配制成加酶饲料;并将普通饲料和加酶饲料分别制成大小相同的颗粒,烘干后储存。
③鲈鱼的饲养:
挑选体格健壮、大小一致的鲈鱼随机分组,放养于规格相同的浮式海水网箱中,放养密度为60尾/箱。
给对照组的鲈鱼定时投喂适量的普通饲料,给实验组的鲈鱼同时投喂等量加酶饲料。
④称重并记录:
投喂8周后,从每个网箱中随机取20尾鲈鱼称重。
结果显示,对照组、实验组鱼体平均增重率分别为859.3%、947.2%。
⑤制备鲈鱼肠道中消化酶样品,并分别测定消化酶的活性,结果如下表。
根据上述实验,回答下列问题:
(1)步骤①中选用鲈鱼鱼苗而不是成体的主要原因是________________;实验前的驯养是为了________________________________________________________________________。
(2)步骤②中将配制好的饲料进行烘干要特别注意________,其原因是________________________________________________________________________。
(3)步骤③中还应控制好的无关变量主要有_____