苏教版生物高考一轮复习必修1第3单元第1讲ATP和酶.docx

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苏教版生物高考一轮复习必修1第3单元第1讲ATP和酶

单元 光合作用和细胞呼吸

第1讲 ATP和酶

考纲要求

全国卷五年考情

1.酶在代谢中的作用(Ⅱ)

2017·卷ⅡT3,2016·卷ⅠT3,2016·卷ⅡT29,2013·卷ⅡT6

2.ATP在能量代谢中的作用(Ⅱ)

2016·卷ⅠT1、T29,2015·卷ⅠT1

考点一|ATP的结构和功能

(对应学生用书第38页)

[识记—基础梳理]

1.ATP的结构

(1)ATP的元素组成:

C、H、O、N、P。

(2)ATP的化学组成:

一分子腺嘌呤,一分子核糖和三分子磷酸基团。

(3)ATP的结构简式:

A-P~P~P。

(4)ATP中的能量:

主要储存在高能磷酸键中。

2.写出ATP与ADP相互转化的反应式

3.ATP的主要来源和功能

(1)来源

(2)功能:

细胞内的一种高能磷酸化合物,是细胞生命活动所需能量的直接来源。

[教材边角知识] 据教材必修1 P63图4-1“ATP与ADP相互转化示意图”可以看出ATP的两个高能磷酸断裂后形成的物质叫腺嘌呤核糖核苷酸,是RNA的基本组成单位之一。

1.判断正误

(1)线粒体内膜上不能合成ATP。

(×)

【提示】 线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所。

(2)人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。

(×)

【提示】 细胞中的ATP与ADP的含量处于动态平衡状态。

(3)无氧条件下,光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源。

(×)

【提示】 无氧呼吸也能产生ATP。

(4)活细胞内ATP与ADP的转化只能单向进行。

(×)

【提示】 ATP与ADP的转化是双向进行的。

(5)细胞内ATP和ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性。

(√)

2.据图思考

(1)图示a处应为-OH(填“-H”或“-OH”)。

(2)图示b为普通磷酸键,c、d为高能磷酸键,其中d处的键最易断裂和重建。

(3)图示框e是指腺嘌呤核糖核苷酸,是组成RNA(填“DNA”或“RNA”)的基本组成单位之一。

[理解—深化探究]

1.ATP的再生图解

2.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:

3.ATP产生速率与O2供给量之间的关系

(1)A点表示在无氧条件下,细胞可进行无氧呼吸分解有机物,产生少量ATP。

(2)AB段表示随O2供应量增多,有氧呼吸明显加强,通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多,ATP的产生速率随之增加。

(3)BC段表示O2供应量超过一定范围后,ATP的产生速率不再加快,此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。

4.ATP的产生和消耗

转化场所

常见的生理过程

细胞膜

消耗ATP:

主动运输、胞吞、胞吐

细胞质基质

产生ATP:

细胞呼吸第一阶段

叶绿体

产生ATP:

光反应

消耗ATP:

暗反应和自身DNA复制、转录、蛋白质合成等

线粒体

产生ATP:

有氧呼吸第二、三阶段

消耗ATP:

自身DNA复制、转录,蛋白质合成等

核糖体

消耗ATP:

蛋白质的合成

细胞核

消耗ATP:

DNA复制、转录等

[运用—考向对练]

1.(2018·西安联考)下列有关ATP的叙述正确的是(  )

【导学号:

41780036】

A.叶肉细胞内形成ATP的场所只有叶绿体和线粒体

B.细胞内的吸能反应一般与ATP的合成有关,放能反应一般与ATP的水解有关

C.对细胞的正常生活来说,ATP与ADP时刻不停地发生转化,且处于动态平衡中

D.1分子ATP彻底水解后得到3分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子腺嘌呤

C [叶肉细胞内形成ATP的生理活动有光合作用和呼吸作用,光合作用形成ATP的场所是叶绿体类囊体薄膜,呼吸作用的场所还有细胞质基质;细胞内的吸能反应一般与ATP的水解有关,放能反应一般与ATP的合成有关;1分子ATP彻底水解后得到3分子磷酸,1分子核糖和1分子腺嘌呤。

]

2.(2018·宁夏银川一中月考)ATP(甲)是生命活动的直接能源物质,据图判断下列叙述正确的是(  )

A.在主动运输过程中,乙的含量会明显增加

B.丙中不含磷酸键,是RNA基本组成单位之一

C.丁由腺嘌呤和核糖组成,而戊可用于甲的合成

D.甲―→乙和乙―→丙过程中,其催化作用的酶空间结构相同

C [生物体内ATP、ADP的含量比较少,且处于动态平衡;丙中含有一个普通磷酸键;甲―→乙和乙―→丙是不同的酶促反应,酶种类不同,其空间结构不同。

]

3.(2018·福建师大附中期中)ATP是细胞的能量通货,是生命活动的直接能源物质,如图为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(  )

图1         图2

A.图1中的a可以成为RNA的组成单位之一,b、c为高能磷酸键

B.图2中反应向右进行时,图1中的c键断裂并释放能量

C.ATP与ADP快速转化依赖于酶的催化作用具有高效性

D.ATP的合成总是伴随有机物的氧化分解

D [a表示腺嘌呤核糖核苷酸,b、c为高能磷酸键,A正确;ATP水解时,远离腺苷的高能磷酸键易断裂并释放能量,B正确;酶的催化具有高效性,可催化ATP与ADP的快速转化,C正确;植物细胞中的ATP可通过光合作用产生,D项错误。

]

[误区警示]

1.误认为ATP与ADP的相互转化是可逆反应

ATP的合成和ATP的水解在所需的酶、能量来源、能量去路和反应场所方面都不尽相同,因此ATP和ADP的相互转化并不是可逆反应,但物质可重复利用。

2.误认为细胞中含有大量ATP

生命活动需要消耗大量能量,但细胞中ATP含量很少。

由于ADP、Pi等可重复利用,只要提供能量(光能或化学能),生物体就可不断合成ATP,满足生命活动的需要。

考点二|酶的本质、作用及特性

(对应学生用书第39页)

[识记—基础梳理]

1.酶的本质及生理功能

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

主要是细胞核(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

生理功能

催化作用

作用原理

降低化学反应的活化能

2.酶的作用原理

下图表示酶降低反应活化能的图解,据图填空。

(1)没有酶催化的反应曲线是②。

(2)有酶催化的反应曲线是①。

(3)AC段的含义是在无催化剂催化条件下,反应所需要的活化能。

(4)BC段的含义是酶降低的活化能。

(5)若将酶催化改为无机催化剂催化该反应,则B点在纵轴上将向上移动。

3.酶的特性

(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,不改变化学反应的平衡点。

(2)酶的专一性

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。

[教材边角知识] 据教材必修1 P66图4-4“酶促反应过程示意图”分析回答:

(1)酶在反应过程中结构可能改变吗?

【提示】 可能,但反应前和反应后保持不变。

(2)酶的专一性是否说明一种酶只能催化一种反应?

【提示】 否。

酶的专一性是指一种酶催化一种或一类化学反应。

1.判断正误

(1)酶在催化反应前后,其分子结构不变。

(√)

(2)酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率。

(×)

【提示】 酶的作用是降低活化能,不能为反应物供能。

(3)酶的基本组成单位是氨基酸或脱氧核糖核苷酸。

(×)

【提示】 酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸。

(4)所有酶的合成都包括转录和翻译两个过程。

(×)

【提示】 若酶的本质为RNA,则其合成只有转录过程。

(5)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。

(×)

【提示】 探究温度对酶活性的影响时,应将酶与底物溶液分别在设定温度梯度下保温后再混合。

(6)酶活性的变化与酶所处环境的改变无关。

(×)

【提示】 环境条件的改变会影响酶的活性。

(7)高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。

(×)

【提示】 低温不破坏酶的结构。

(8)酶活性最高时的温度不适合酶的保存。

(√)

2.据图思考

探究酶促反应与反应时间的关系。

(1)甲、乙、丙三图的时间t0、t1和t2是一致的。

(2)随着反应的进行,反应物因被消耗而减少,生成物因生成而增多。

(3)t0~t1段,因反应物较充足,所以反应速率较高,反应物消耗较快,生成物生成速度快。

t1~t2段,因反应物含量较少,所以反应速率降低,反应物消耗较慢,生成物生成速度较慢。

t2时,反应物被消耗干净,生成物也不再增加,此时反应速率为0。

[理解—深化探究]

1.试剂法检测酶的本质

2.酶的特性

(1)高效性:

与无机催化剂相比,酶降低反应活化能的作用更显著,催化效率更高。

①与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。

②a、b→酶的催化具高效性;a、c→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。

①物理模型——“锁和钥匙学说”

a.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。

b.酶和被催化的反应物分子都有特定的结构。

②曲线模型:

a.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。

b.而加入酶A的反应速率一定范围内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。

3.探究影响酶促反应的因素

(1)温度和pH

①在最适温度(pH)时,酶的催化作用最强,高于或低于最适温度(pH),酶的催化作用都将减弱。

②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。

③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,温度升高可恢复活性。

④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

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,受酶数量和酶活性限制,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。

[运用—考向对练]

◎考向1 酶的本质、作用和特性

1.(2018·湖北荆州中学摸底考)下列关于酶的叙述,正确的是(  )

A.酶具有催化作用并都能与双缩脲试剂反应呈紫色

B.细胞代谢能够有条不紊地进行与酶的专一性有关

C.酶适宜在最适温度及最适pH条件下长期保存

D.可用过氧化氢作底物来探究温度对酶活性的影响

B [大多数酶是蛋白质,蛋白质能与双缩脲试剂反应呈紫色,而少数酶是RNA,RNA不能与双缩脲试剂反应;每一种酶只能催化一种或一类化学反应,这是细胞代谢能够有条不紊地进行的重要原因;在最适温度和pH条件下,酶的活性最强,不适合长期保存;过氧化氢高温易分解,所以一般不选择过氧化氢溶液作为底物来探究温度对酶活性的影响。

]

2.(2018·山西大同模拟)下图表示某酶促反应过程,它所反映的酶某一特性以及字母a、b、c最有可能代表的物质依次是(  )

【导学号:

41780037】

A.高效性、蛋白酶、蛋白质、多肽

B.专一性、麦芽糖酶、麦芽糖、葡萄糖

C.专一性、淀粉酶、淀粉、麦芽糖

D.高效性、脂肪酶、脂肪、甘油和脂肪酸

C [据图分析,a化学反应前后数量和化学性质不变,应表示酶,b是底物,c表示产物。

在a的作用下,大分子b分解成2个结构单元的小分子c,说明酶的专一性。

对照四个选项,淀粉属于多糖,麦芽糖属于二糖,C项正确。

]

3.(2018·安徽六校联考)下图表示某反应进行时,有酶参与和无酶参与的能量变化,则下列叙述正确的是(  )

A.此反应为放能反应

B.曲线Ⅰ表示有酶参与

C.E1为反应前后能量的变化

D.酶参与反应时,所降低的活化能为E4

D [曲线Ⅱ是有酶催化条件下的能量变化,其降低的活化能为E4,反应前后能量的变化应为E3,反应产物的能量值比原来的高,反应为吸能反应。

]

[误区警示]走出酶的“九大误区”

项目

正确说法

错误说法

化学本质

绝大多数是蛋白质,少数是RNA

酶的本质是蛋白质

产生部位

一般来说,凡是活细胞都能产生酶(不考虑哺乳动物的成熟红细胞)

具有分泌功能的细胞才能产生酶

合成原料

氨基酸或核糖核苷酸

氨基酸

合成场所

核糖体或细胞核

核糖体

生理功能

生物催化剂,只起催化作用

酶具有调节、催化等多种功能

来源

生物体内合成

有的来源于食物

作用场所

既可在细胞内,也可在细胞外、体外发挥作用

只在细胞内起催化作用

温度影响

低温影响酶的活性,不破坏酶的结构,但高温易使酶失活

低温会引起酶变性失活

作用前后

催化反应前后的数量和性质没有变化

发生催化作用后被分解

(2018·河南洛阳期中)下列关于酶的叙述,错误的是(  )

A.酶与双缩脲试剂不一定发生紫色反应

B.反应前后,酶的化学性质和数量不变

C.低温能降低酶活性的原因是破坏了酶的空间结构

D.酶既可以作为催化剂,也可以作为另一个反应的底物

C [绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA,RNA与双缩脲试剂不发生紫色反应,A正确;酶是催化剂,反应前后酶的化学性质和数量不变,B正确;低温能抑制酶活性,高温降低酶活性的原因是破坏了酶的空间结构,C错误;酶既可以作为催化剂,也可以作为蛋白酶或RNA酶水解的底物,D正确。

]

◎考向2 考查外界因素对酶促反应的影响

4.(2018·江苏淮安调研)下表为不同温度条件下三种酶活性高低的相对值。

下列相关叙述正确的是(  )

温度

酶种类  

10℃

20℃

30℃

40℃

a酶

40

65

95

75

b酶

15

60

97

25

c酶

10

25

50

90

A.a酶比b酶的最适温度高

B.c酶的最适温度一定大于40℃

C.温度低于20℃时,酶都因结构被破坏活性降低

D.40℃时,a酶和b酶的空间结构发生改变

D [据表无法判断a酶、b酶最适温度的具体值,A、B错误。

当低于20℃时,酶的活性会受到抑制,但空间结构没有被破坏,C错误。

当温度远超过酶的最适温度时,大部分酶的空间结构被破坏,发生不可逆的改变。

当温度升高时,a酶和b酶的活性会下降,因为酶的空间结构被破坏,D正确。

]

5.图1是对酶的某种特性的解释模型,图2、3、4、5、6、7是在不同条件下某种酶促反应的变化情况,据图分析下列说法不正确的是(  )

A.图1可以解释酶具有专一性,由图5和图7可判断该酶很可能是麦芽糖酶

B.图2说明酶具有催化作用,图3可判断该酶最适pH不受温度影响,由图4可判断该酶的最适温度不受pH的影响

C.图6能说明Cl-是该酶的激活剂,而Cu2+是该酶的抑制剂

D.图3和图4中温度和pH对酶的影响机理是完全一样的

D [图1显示一种酶只能催化特定物质的反应;结合酶的本质和专一性,由图5、图7可判断该酶很可能是麦芽糖酶;图6中由几条曲线对比可知,相同底物浓度时,酶+Cu2+反应速率较低,酶+Cl-反应速率较高,说明Cl-是该酶的激活剂,而Cu2+是该酶的抑制剂;低温、高温和pH对酶的影响机理不同。

]

6.下图甲是H2O2酶活性受pH影响的曲线,图乙表示在最适温度下,pH=B时H2O2分解产生的O2量随时间的变化,若该酶促反应过程中改变某一初始条件,以下改变正确的是(  )

A.pH=A时,E点下降,D点左移

B.pH=C时,E点为0

C.温度降低时,E点不移动,D点右移

D.H2O2量增加时,E点不移动,D点左移

C [O2的最大释放量只与H2O2的量有关,与酶的活性无关,与pH=B时相比,pH=A时酶的活性下降,E点不变,D点右移;H2O2不稳定,在过氧化氢酶失活时,H2O2仍能分解;温度降低时酶的活性降低,E点不变,但H2O2完全分解所用的时间延长,D点右移;增加H2O2量,E点上移,D点右移。

]

[技法总结]“四看法”分析酶促反应曲线

关于温度对酶活性的影响,下列叙述错误的是(  )

A.实验过程中,应将酶与底物分别保温后再混合

B.0℃左右低温降低酶活性,但其空间结构保持稳定

C.超过酶的最适温度,酶将因为肽键被破坏而逐渐失活

D.从生活在热泉生态系统中的生物体内最可能找到耐高温的酶

C [由于酶具有高效性,因此需创设温度条件后才能将酶和底物混合;低温酶活性受抑制,但空间结构没有发生改变;超过酶的最适温度,酶的空间结构被破坏而逐渐失活;热泉生态系统中的生物能耐高温,因此可能找到耐高温的酶。

]

考点三|探究影响酶活性的因素

(对应学生用书第42页)

[识记—基础梳理]

1.探究温度对酶活性的影响

(1)实验原理

①反应原理

②鉴定原理:

温度影响酶的活性,从而影响淀粉水解,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)实验流程及结论

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

混合

混合

混合

无关变量

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

(3)实验关键

①实验中变量分析

②实验材料的选择

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)在探究酶的适宜温度的实验中,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,加热的条件下分解会加快,从而影响实验结果。

2.探究pH对酶活性的影响

(1)实验原理

①反应原理:

2H2O2

2H2O+O2(反应式)

②鉴定原理:

pH影响酶的活性,从而影响氧气的生成量,可用带火星的卫生香燃烧的情况来检验O2产生量的多少。

(2)实验流程

序号

实验操作内容

试管1

试管2

试管3

1

注入等量的过氧化氢酶溶液

2滴

2滴

2滴

2

注入等量的不同pH的溶液

1mL蒸馏水

1mL5%的HCl

1mL5%的NaOH

3

注入等量的3%的过氧化氢溶液

2mL

2mL

2mL

4

观察实验现象

有大量气泡产生

无气泡产生

无气泡产生

5

将点燃的卫生香插入试管内液面的上方

燃烧剧烈

燃烧较弱

燃烧较弱

(3)实验关键

①实验材料选择

实验中不选用淀粉酶探究pH对酶活性的影响的原因是强酸强碱催化淀粉水解,这样实验中就存在两个实验变量,使实验结果受到干扰。

②试分析在探究温度和pH对酶活性的影响实验时,能否先将酶和反应物混合后再分别放置在不同条件下处理(即将两个实验步骤中的2、3顺序颠倒)。

【提示】 不能。

因为酶具有高效性,把酶和反应物混合后就会立即发生催化反应。

[对点练习]

1.下表是探究温度对纤维素酶活性影响的实验设计及结果:

试管

纤维素悬液(mL)

2

2

2

纤维素酶液(mL)

1

1

1

反应温度(℃)

30

40

50

斐林试剂(mL)

2

2

2

砖红色深浅

++

+++

根据以上实验设计及结果,以下说法不正确的是(  )

A.该实验的自变量为温度

B.该实验检测的因变量是还原糖的生成量

C.纤维素被水解成了还原糖

D.该纤维素酶的最适温度为40℃

D [由表格数据可看出,温度设置只有3个不同温度,无法判断该纤维素酶的最适温度。

]

2.(2018·河南中原名校联考)某同学为验证pH对淀粉酶催化淀粉水解速率的影响,制订了下列实验方案。

请回答:

实验方案:

①取5支试管,标上A、B、C、D、E。

②在A、B、C、D、E5支试管中分别加入1mL质量分数为2%的新鲜淀粉酶溶液。

③然后再向5支试管中分别加入10mL质量分数为3%的可溶性淀粉溶液。

④在A试管中加入2mL质量分数为2%的盐酸,B试管中加入2mL质量分数为5%的盐酸,C试管中加入2mL蒸馏水,D试管中加入2mL质量分数为2%的氢氧化钠溶液,E试管中加入2mL质量分数为5%的氢氧化钠溶液,摇匀。

⑤实验进行5分钟后测定试管中可溶性淀粉含量。

(1)请指出上述实验方案中存在的两处错误,并加以改正。

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________。

(2)某同学对上述实验方案修正后,重新进行了实验,记为实验一。

同时还做了如下实验二:

将加入5支试管中的淀粉酶溶液的量减半,重复上述实验。

在相同时间内,分别测得两次实验中淀粉含量变化并绘制成如上图所示的曲线。

①实验一中的自变量是________,因变量是________。

②曲线甲是第________次实验的结果。

原因是____________________。

③曲线甲和乙中,淀粉含量的最低点位于横坐标同一位置的原因是________________;造成a、b两点不同的原因是实验中_______________。

(3)如果本实验是定性研究pH对淀粉酶活性的影响,在实验中可以用________试剂来鉴定______是否存在或颜色反应深浅来确定反应进行的程度。

[解析] 

(1)在探究温度或pH对酶活性的影响时,应保证酶和底物均处于设定的温度或pH后再混合;实验应在适宜的温度下反应5分钟后,再测定可溶性淀粉含量。

(2)实验一中的自变量为pH,因变量为淀粉的变化量;曲线甲是第二次实验的结果,因为反应相同时间后此组淀粉的剩余量多,说明酶少,反应速率慢;同一种酶的最适pH是相同的,不会因酶量的多少而改变;而酶量的不同,影响反应速率,影响相同时间后各组淀粉的剩余量。

(3)定性实验中可以用斐林试剂检验生成物(还原糖)的多少来确定反应进行的程度。

[答案] 

(1)实验中③④的顺序不对,应先进行④再进行③;没有对温度等无关变量进行控制,步骤⑤应改为将5支试管放在适宜的恒温水浴中,实验进行5分钟后测定试管中可溶性淀粉含量

(2)①pH 可溶性淀粉的变化量 ②二 甲与乙所用时间相同,但甲分解的淀粉量较少,说明甲中所含酶的量较少 ③同一种酶的最适pH是一定的 酶的用量不同,相同时间内分解的淀粉的量不同

(3)斐林 还原糖

真题验收|感悟高考 淬炼考能

(对应学生用书第44页)

1.(2017·全国卷Ⅱ)下列关于生物体中酶的叙

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