第8讲酶与ATP讲练结合整理.docx

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第8讲酶与ATP讲练结合整理

第8讲　酶与ATP

[考纲明细]　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

板块一　知识·自主梳理

一、酶的化学本质和作用

1．酶的作用及原理

（1）酶的作用

酶在细胞代谢中具有催化作用。

（2）酶的作用机理

①活化能是分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需的能量。

②酶的催化作用机理是降低化学反应的活化能。

③酶与无机催化剂作用的比较

酶与无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的作用更显著，两者的比较如图所示。

图中各字母代表的含义：

a．E1、E2、E3分别代表进行相应化学反应所需的活化能。

b．ΔE代表使用酶后降低的活化能。

c．若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则C点在纵轴上将向上移动。

用加热的方法不能降低反应所需活化能，但会提供活化能。

2．酶的发现

（1）巴斯德之前：

发酵是纯化学反应，与生命活动无关。

（2）酶本质的探究历程（连线）

答案　①—e　②—a　③—c　④—d　⑤—b

3．酶的化学本质

4．酶的特性

（1）高效性：

酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍。

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）专一性：

每一种酶只能催化一种或一类化学反应。

①图形

a．图中A表示酶，B表示被催化的底物，E、F表示B被分解后的物质，C、D表示不能被该酶催化的物质。

b．酶和被催化的物质都有特定的空间结构。

②曲线

加入酶B的反应速率与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）作用条件较温和：

高温、过酸、过碱都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；低温时，酶的活性减弱，但不会失活。

5．影响酶促反应速率的因素

（1）温度和pH对酶促反应速率的影响

①甲、乙曲线表明：

a．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。

b．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。

（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。

二、细胞的能量“通货”——ATP

1．ATP的结构

2．ATP的结构及其与RNA的关系

（1）图中A表示腺嘌呤，①是腺苷，②是腺嘌呤核糖核苷酸，③是ADP，④是ATP，⑤是普通化学键，⑥是高能磷酸键。

（2）据图确定ATP与RNA的关系是ATP去掉两个磷酸基团后的剩余部分是组成RNA的基本单位之一。

3．ATP与ADP的相互转化

4．ATP的主要功能

ATP是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。

5．吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量。

放能反应一般与ATP的合成相联系。

◆　深入思考

对于酶、激素、神经递质而言，哪些物质在发挥作用后立即被降解或转移？

为什么？

提示　激素、神经递质。

防止长时间的调控或兴奋（抑制）。

◆　自查诊断

1．高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。

（　　）

答案　×

2．酶提供了反应过程所必需的活化能。

（　　）

答案　×

3．酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸。

（　　）

答案　×

4．ATP脱去两个磷酸基团后是RNA的基本组成单位之一。

（　　）

答案　√

5．无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源。

（　　）

答案　×

板块二　考点·题型突破

考点1

酶的本质、作用

[2017·全国卷Ⅱ]下列关于生物体中酶的叙述，正确的是（　　）

A．在细胞中，核外没有参与DNA合成的酶

B．由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性

C．从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法

D．唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37℃

[解析]　在细胞核外，叶绿体和线粒体中也含有参与DNA合成的酶，A错误；由活细胞产生的酶，在生物体外适宜的条件下也有催化活性，如唾液淀粉酶在适宜条件下可催化试管中的淀粉水解，B错误；盐析可使蛋白质沉淀，但不会破坏蛋白质的空间结构，析出的蛋白质仍可以溶解在水中，其化学性质不会发生改变，C正确；唾液淀粉酶催化反应的最适温度是37℃，但保存时应在低温条件下，D错误。

[答案]　C

题型一　酶的概念及本质

1．[2017·甘肃白银月考]下列关于酶的叙述中，正确的是（　　）

A．人体中酶只能在人体的内环境中起作用

B．酶的形成都要经过核糖体的合成、内质网和高尔基体的加工等几个阶段

C．基因控制生物的性状有些是通过控制酶的合成来控制相应代谢过程实现的

D．酶均是由内分泌腺或外分泌腺的细胞合成的，具有高效性、专一性

答案　C

解析　人体中的酶可以在人体的内环境（细胞外液）中起作用，如乙酰胆碱酶，也可以在细胞内（细胞内液）起作用，如呼吸酶，也可以在体外发挥作用，A错误；少数酶是RNA，RNA的形成不需要核糖体的合成、内质网和高尔基体的加工等几个阶段，B错误；基因控制生物体的性状有两条途径，其中一条是通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状，C正确；酶都是由活细胞产生的具有催化作用的有机物，具有高效性和专一性，D错误。

2.用同一种蛋白酶处理甲、乙两种酶，甲、乙两种酶的活性与处理时间的关系如图所示。

下列分析错误的是（　　）

A．甲酶能够抗该种蛋白酶降解

B．甲酶是不可能具有催化功能的RNA

C．乙酶的化学本质为蛋白质

D．乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变

答案　B

解析　大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶是RNA，用蛋白酶处理后，乙酶活性降低，说明乙酶是蛋白质，其被蛋白酶处理后分解，而甲酶活性不变，则说明甲酶可能是RNA或能够抗这种蛋白酶降解的蛋白质，A、C正确，B错误；乙酶的本质是蛋白质，分子结构改变，蛋白质活性改变，D正确。

题型二　酶的作用及原理

3．如图表示某反应进行时，有酶参与和无酶参与的能量变化，下列叙述正确的是（　　）

A．甲物质为产物，乙物质为反应物

B．曲线Ⅰ表示有酶参与

C．E1为反应前后能量变化

D．酶参与反应时，所降低的活化能为E1－E2

答案　D

解析　甲为反应物，乙为产物，A错误；曲线Ⅰ表示无酶参与，曲线Ⅱ表示有酶参与，B错误；E1为无酶参与时反应所需活化能，C错误；酶参与反应时，降低的活化能为E1－E2，D正确。

考点2

酶的特性及实验

[2016·全国卷Ⅰ]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]　依题意可知，该实验的pH为无关变量，为了排除无关变量的干扰，应控制相同且适宜，而缓冲液能够起到维持反应液的pH恒定的作用，因此需最先加入；酶具有高效性，所以在控制pH恒定的条件下，应先加底物后加酶，让酶促反应在适宜的温度条件下进行，一定时间后检测产物的量。

综上所述，A、B、D错误，C正确。

[答案]　C

题型一　酶的高效性和专一性实验

1．[2017·郑州预测]下表是过氧化氢分解实验的过程和结果，下列分析错误的是（　　）

注：

“－”表示无气泡产生；“＋”的数量表示气泡产生的多少。

A．a和d对照说明酶具有高效性

B．c和d是对比实验，自变量是催化剂类型

C．a、c对照说明FeCl3具有催化作用

D．a、c、d不能说明酶的催化具有专一性

答案　A

解析　a和d对照，只能说明酶能促进化学反应的进行，要证明酶具有高效性，需要将有酶和无机催化剂参与的反应进行比较，A错误；c和d都是实验组，二者形成对比，自变量是催化剂的种类，B正确；a和c对照说明无机催化剂能促进化学反应的进行，即具有催化作用，C正确；实验中只有过氧化氢一种底物和过氧化氢酶一种酶，因而a、c、d不能说明酶的催化具有专一性，D正确。

2．已知淀粉酶可以把淀粉水解为麦芽糖等物质，蛋白酶可以把蛋白质水解为多肽。

某同学设计如下实验（实验中所涉及的酶的化学本质都是蛋白质）探究有关性质，下列分析错误的是（　　）

A．该实验的目的之一是研究酶之间的相互影响

B．该实验有多组对照，如1号和3号试管，2号和4号试管

C．为了遵循等量原则，实验过程中，1号、2号试管加入的蒸馏水的体积相同

D．①处预期的颜色变化为蓝色，②处不会发生颜色变化

答案　D

解析　由表格实验处理可以看出：

该实验把淀粉酶和蛋白酶混合，则实验的目的之一是研究酶之间的相互影响，A正确；根据实验设计要遵循单一变量原则，可推出1号和3号试管间形成对照，2号和4号试管间形成对照，B正确；根据等量原则，实验过程中，1号、2号试管各加入2mL蒸馏水的目的是保证各试管中液体的体积相同，防止液体体积的差异影响颜色的变化，C正确；3号试管中淀粉酶被蛋白酶分解，淀粉没有被水解，遇碘液变蓝，蛋白酶的化学本质是蛋白质，与双缩脲试剂反应呈紫色，D错误。

技法提升

　对比法——验证酶的作用及高效性与专一性

1．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。

2．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：

用一种酶催化不同反应物

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：

用不同酶催化同一种反应物

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。

3．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＋等量相应酶溶液

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。

注意事项：

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。

题型二　温度和pH对酶活性影响实验

3．下面的表格分别是某兴趣小组探究温度对酶活性影响的实验步骤和探究过氧化氢酶作用的最适pH的实验结果。

据此回答下列问题：

（1）pH在实验一中属于________变量，而在实验二中属于________变量。

（2）实验一的①②③步骤为错误操作，正确的操作应该是___________________

____________________________________________。

实验一的第⑤步最好选用________（试剂）测定单位时间内________________。

（3）如将实验一的新鲜α淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液，你认为是否科学？

________。

为什么？

___________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________。

（4）分析实验二的结果，可得到的结论是：

_______________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________；

在该预实验的基础上要进一步探究该过氧化氢酶的最适pH，可在pH为________之间设置梯度。

答案　

（1）无关　自　

（2）使新鲜α－淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别达到预设温度后再混合（其他合理答案也可）　碘液　淀粉的剩余量　（3）不科学　因为温度会直接影响H2O2的分解　（4）该过氧化氢酶的最适pH约为7，pH降低或升高酶活性均降低（或在pH为5～7的范围内随pH的升高该过氧化氢酶活性升高，在pH为7～9的范围内随pH的升高该过氧化氢酶活性降低）　6～8

解析　

（1）实验一探究的是温度对酶活性的影响，因此自变量是温度，因变量是酶活性，pH属于无关变量；而实验二是探究过氧化氢酶作用的最适pH，自变量是pH。

（2）探究温度对酶活性影响的实验中，应该先使酶和底物分别达到预设温度，然后再将底物和酶混合进行反应，否则会影响实验结果的准确性。

因此，实验一的①②③步骤为错误操作。

淀粉遇碘液变蓝，因此实验一的第⑤步最好选用碘液测定单位时间内淀粉的剩余量，单位时间内淀粉的剩余量越多，说明酶活性越低。

（3）温度会直接影响H2O2的分解，因此实验一的新鲜α－淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液不能换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液。

（4）由实验二的结果可知：

在pH为5～7的范围内随pH的升高该过氧化氢酶活性升高，在pH为7～9的范围内随pH的升高该过氧化氢酶活性降低；该过氧化氢酶作用的最适pH约为7，pH降低或升高酶活性均降低。

在该预实验的基础上要进一步探究该过氧化氢酶的最适pH，可在pH为6～8之间设置梯度。

技法提升

　“梯度法”探究酶的最适温度或最适pH

1．设计思路

以温度或pH为自变量，检验反应彻底完成所需时间或相同时间内底物剩余量或相同时间内产物生成量。

2．设计方案

注意事项

1．温度对酶活性的影响的注意事项

（1）探究温度对酶活性的影响时，一定要让底物和酶在各自所需的温度下保温一段时间，再进行混合，并且按一定的温度梯度多设几个实验组。

（2）若选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度，检测的试剂不可用斐林试剂代替碘液。

因为斐林试剂需在水浴加热条件下才会发生特定的颜色反应，而该实验中需严格控制温度。

（3）探究温度对酶活性的影响时，不适宜用H2O2作底物，因为H2O2遇热会分解。

2．pH对酶活性的影响的注意事项

（1）探究pH对酶活性的影响实验时，必须先将酶置于不同环境条件下（加蒸馏水、加NaOH溶液、加盐酸），然后再加入反应物。

否则反应物会在未调节好pH的情况下就在酶的作用下发生反应，影响实验准确性。

（2）探究pH对酶活性的影响时，不能用斐林试剂作指示剂，因为盐酸会和斐林试剂中的Cu（OH）2发生中和反应，使斐林试剂失去作用。

（3）探究pH对酶活性的影响时，不宜采用淀粉酶催化淀粉的反应，因为用作鉴定试剂的碘液会和NaOH发生化学反应，使碘与淀粉生成蓝色络合物的机会大大减少，而且在酸性条件下淀粉也会水解，从而影响实验的观察效果。

考点3

酶的曲线分析

[2016·全国卷Ⅱ]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）曲线图显示：

在反应开始的一段时间内，40℃时产物浓度增加最快，说明酶的活性最高，而B组控制的温度是40℃。

（2）A组控制的温度是20℃。

在时间t1之前，如果A组温度提高10℃，因酶的活性增强，则A组酶催化反应速度会加快。

（3）对比分析图示中的3条曲线可推知，在时间t2时，C组的酶在60℃条件下已经失活，所以如果在时间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，在t3时，C组产物的总量不变。

（4）绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。

酶具有高效性、专一性，酶的作用条件较温和。

[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）

题型一　温度和pH对酶活性影响曲线的应用

1．[2017·湖南六校联考]如图为某酶在不同温度下反应曲线随时间变化的关系，从图中不能获得的信息是（　　）

A．酶促反应最适温度范围

B．高温使酶活性下降

C．酶促反应生成物量与时间的关系

D．酶促反应速率与酶浓度的关系

答案　D

解析　20～40℃时，生成物量一直增加，50℃时酶促反应进行的时间较短，从而可推测酶促反应的最适温度范围，A正确；比较50℃、60℃、70℃下的三条曲线，可知高温使酶的活性下降，B正确；图中横坐标为时间，纵坐标为生成物量，因而题图能反映不同温度下酶促反应中生成物量与时间的关系，C正确；图中没有设置该酶的浓度梯度，因此不能说明酶促反应速率与酶浓度的关系，D错误。

2．[2018·河南模拟]图1是过氧化氢酶活性受pH影响的曲线，图2表示在最适温度下，pH＝b时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初始条件，以下改变正确的是（　　）

A．pH＝c时，e点为0

B．pH＝a时，e点下移，d点左移

C．温度降低时，e点不移，d点右移

D．H2O2量增加时，e点不移，d点左移

答案　C

解析　H2O2在无酶条件下可自然分解，故当酶活性为0时，O2生成量不为0，A错误；O2的最大释放量只与H2O2的量有关，与酶的活性无关，pH下降、温度降低都使酶活性下降，O2最终生成量不变，反应达到平衡所需时间增加，d点向右移动，B错误，C正确；H2O2量增加时，O2生成量增加（即e点上升），反应达到平衡所需时间增加，d点右移，D错误。

题型二　底物浓度、生成物量与酶促反应速率的关系曲线的应用

3．图1曲线a表示在最适温度、最适pH条件下时间与生成物的量的关系，图2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1曲线a中，A点后，限制生成物的量不再增加的因素是酶的数量不足

B．图2曲线，酶减少后，图示反应速率可用曲线f表示

C．分别在图2中取B、C点的速率值，对应图1中的曲线c和d

D．减小pH，重复该实验，图2曲线b应变为曲线f；增大pH，应变为曲线e

答案　B

解析　图1曲线a中，A点后，生成物的量不再增加是因为反应已达到最大限度，反应物浓度是限制因素，A错误；图2曲线酶减少后，最大反应速率会降低，可用曲线f表示，B正确；B、C两点速率值是一个定值，无法用曲线c、d表示，C错误；改变pH，就不再是最适pH，曲线都将下降，D错误。

易错警示

　影响酶促反应速率≠影响酶活性

（1）温度、pH都能影响酶的空间结构，改变酶的活性，进而影响酶促反应速率。

（2）底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触来影响酶促反应速率的，并不影响酶活性。

题型三　酶促反应有关曲线的综合应用

4.[2017·河北石家庄一模]如图表示某种酶在不同处理条件下催化某反应后，生成物的量与反应时间的关系。

据图分析正确的是（　　）

A．若①②③表示温度，则一定是①>②>③

B．若①②③表示酶的浓度，且底物的量一定，则一定是①>②>③

C．若①②③表示pH，则一定是①>②>③

D．若①②③表示底物浓度，则一定是①>②>③

答案　B

解析　温度对酶活性的影响存在最适温度，低于或高于最适温度，酶活性都降低，因此无法推断A是否成立，A错误；在底物一定且未达到反应平衡的情况下，酶浓度越大，相同时间内生成物的量越多，B正确；pH影响酶的活性也存在最适pH，低于或高于最适pH，酶的活性都降低，因此无法推断C是否成立，C错误；根据题图，生成物的量最终相同，因此底物的量一定相同，D错误。

5.酶抑制剂分为竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂，其中竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性位点，从而降低酶对底物的催化效应；非竞争性抑制剂和酶活性位点以外的其他位点结合，能改变酶的构型，使酶不能与底物结合，从而使酶失去催化活性。

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c表示在竞争性抑制剂作用下酶的活性降低

C．曲线a、b酶促反应速率不再增加是因为酶处于饱和状态

D．竞争性抑制剂与该酶催化的底物化学结构相似

答案　B

解析　图中曲线a反应速率最快，可表示没有酶抑制剂存在时的作用效果，A正确；竞争性抑制剂与底物竞争酶活性位点，因此当底物浓度高时，反应速率可以升高，因此曲线b表示在竞争性抑制剂作用下酶的活性降低，B错误；曲线a、b酶促反应速率不再增加是因为酶处于饱和状态，C正确；竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性位点，因此应与酶催化的底物具有相似的化学结构，D正确。

6．[2017·山西四校联考]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说明酶具有高效性作用，由图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

答案　D

解析　图1中的酶为b，它只能和c结合发挥作用，而不能和a结合，说明酶具有专一性，图5反映出随着蛋白酶处理时间延长，酶活性降低，而麦芽糖酶的化学本质为蛋白质，图7说明该酶能将麦芽糖水解，故据两图判断该酶可能为麦芽糖酶，A正确；图2曲线说明与加无机催化剂相比，加酶时生成物的量达到最大值的时间较短，说明酶具有高效性，图3中在不同温度条件下，该酶作用的最适pH均为A对应的pH，图4说明在不同pH条件下，该酶作用的最适温度均为B点对应的温度，B正确；图6曲线中，加Cl－的反应速率明显高于不加Cl－的，加Cu2＋的反应速率明显低于不加Cu2＋的，C正确；温度较低时不影响酶的分子结构，而温度较高或pH过低、过高均直接破坏酶的分子结构，D错误。

技法提升

分析酶促反应曲线的关键

（1）识标：

“识标明变量”，明确酶促反应曲线坐标图中横坐标（自变量）和纵坐标（因变量）的含义。

（2）析线：

“析线理关系”，分析酶促反应曲线走势，明确因变量怎样随自变量的变化而变化。

“上升”“下降”“先升后降”“先升后稳”“水平”等。

（3）明点（特殊