1 第3讲 ATP和酶.docx

资源描述

1 第3讲 ATP和酶.docx

《1 第3讲 ATP和酶.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1 第3讲 ATP和酶.docx（30页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

1 第3讲 ATP和酶.docx

1第3讲ATP和酶

第3讲　ATP和酶

考点

考试内容

考试要求

细胞与能量

1.细胞内的吸能反应和放能反应

2.ATP的化学组成和特点

3.ATP在能量代谢中的作用

酶的本质及作用

1.酶的发现过程

2.酶的本质、特性及其在细胞代谢中的作用

影响酶活性的因素与实验探究

1.影响酶作用的因素

2.活动：

探究酶的专一性

3.活动：

探究pH对过氧化氢酶的影响

　细胞与能量

1．吸能反应和放能反应

（1）在植物绿色细胞中最重要的吸能反应——光合作用。

（2）在所有细胞中最重要的放能反应——细胞呼吸。

（3）吸能反应与放能反应的纽带——腺苷三磷酸（ATP）。

2．ATP是细胞中的能量通货

ATP

3．细胞内产生与消耗ATP的“六个结构”

转化场所

常见的生理过程

细胞膜

消耗ATP：

主动转运、胞吞、胞吐

细胞溶胶

产生ATP：

细胞呼吸第一阶段；

消耗ATP：

一些需能反应

叶绿体

产生ATP：

光反应；

消耗ATP：

碳反应和自身DNA复制、转录、蛋白质合成等

线粒体

产生ATP：

需氧呼吸第二、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

　（2019·浙江6月学考）如图是ATP—ADP循环图解，其中①和②表示过程。

下列叙述正确的是（　　）

A．植物细胞在黑暗条件下，过程①只发生在线粒体中

B．人体细胞中，过程①所需的能量来自淀粉的氧化分解

C．生物体内各种吸能反应所需的能量均来自过程②

D．在睡眠或运动状态下，人体细胞中的过程①和②均能达到平衡

[解析]　植物细胞在黑暗条件下，过程①（ATP的合成）可发生在细胞溶胶和线粒体中；人体细胞中不存在淀粉，有糖元等多糖；生物体内各种吸能反应所需的能量也可来自光能，如植物细胞的光合作用；在睡眠或运动状态下，人体细胞中的过程①和②仍能达到平衡，故D正确。

[答案]　D

1．ATP与光合作用及细胞呼吸的关系

（1）与光合作用的关系

（2）与细胞呼吸的关系

2．ATP产生量与O2供给量之间的关系

（1）在无氧条件下，生物细胞可通过厌氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。

（2）随O2供应量增多，需氧呼吸明显加强，ATP产生量随之增加；但当O2供应量达到一定值后，ATP产生量不再增加，此时的限制因素可能是酶、有机物、ADP、磷酸等。

（3）当横坐标表示呼吸强度时，ATP产生量曲线应从原点开始。

[题组突破]

考向一　考查ATP的结构、生理作用

1．（2018·浙江4月选考）ATP是细胞中的能量通货。

下列叙述正确的是（　　）

A．ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量

B．ATP—ADP循环使得细胞储存了大量的ATP

C．ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团

D．ATP分子中的2个高能磷酸键不易断裂水解

解析：

选C。

ATP中的能量也可来自植物的光合作用吸收的光能；细胞内的ATP含量很少；ATP中远离A的高能磷酸键易断裂水解。

2．（2019·浙江1月选考）下图是ATP的结构示意图，其中①②③表示化学键。

下列叙述错误的是（　　）

A．①②③均为磷酸键，其中①所含的能量最少

B．形成③所需的能量可来源于光能也可来源于化学能

C．细胞内的吸能反应所需能量都是由③断裂后直接提供

D．②和③都断裂后所形成的产物中有RNA的基本组成单位

解析：

选C。

据图可知，①②③都是磷酸键，①是普通磷酸键，含有的能量最少，A正确；高能磷酸键中的能量可以来自光能或细胞呼吸释放的化学能，B正确；光合作用是吸能反应，其能量来自光能，不是ATP水解释放的能量，C错误；根据ATP的结构式可知，ATP去掉两个磷酸基团后可作为RNA的基本组成单位之一，D正确。

考向二　ATP与细胞呼吸和光合作用

3．下列关于细胞内合成ATP的叙述，错误的是（　　）

A．在叶绿体中形成ATP需要光能

B．在一定条件下ADP与ATP可以相互转化

C．在线粒体中形成ATP的各个阶段，都需要氧气

D．在有氧与缺氧的条件下，细胞溶胶都能形成ATP

解析：

选C。

在光合作用的光反应过程中利用光能形成ATP；在线粒体中进行需氧呼吸的第二、三两个阶段，只有第三阶段消耗氧气；需氧呼吸和厌氧呼吸的第一阶段都是在细胞溶胶中进行的，都能形成少量的ATP。

考向三　细胞内的吸能反应与放能反应

4．下列关于吸能反应和放能反应的叙述，正确的是（　　）

A．肌肉做功，恢复原状的过程属于吸能反应

B．吸能反应所需的能量均来自细胞中的ATP

C．光合作用是植物细胞中最重要的放能反应

D．氨基酸合成蛋白质的过程为吸能反应

解析：

选D。

肌肉收缩过程中，ATP水解提供能量使肌肉发生形状改变，为吸能反应，然后肌肉做功，释放能量，使肌肉恢复原状，属于放能反应，A错误；吸能反应所需的能量也可能来自光能，B错误；光合作用属于吸能反应，C错误；氨基酸合成蛋白质的过程需要ATP水解提供能量，属于吸能反应，D正确。

　酶的本质、功能、特性及影响因素

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，如需氧呼吸酶

胞外酶：

合成后分泌到细胞外起作用，如消化酶

种

类

按功

水解酶：

在物质水解时起催化作用

能分

合成酶：

在物质合成时起催化作用

2.酶的高效性与专一性

（1）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。

（2）专一性

①物理模型

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．影响酶活性的因素

图1　　　　　　　图2

（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。

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。

（2）温度（如图1）

①a点的温度称为最适温度。

②分析b、c点反应速率较低的原因

a．b点：

温度较低，酶活性较低。

b．c点：

温度较高，酶分子遭到破坏而变性失活。

（3）pH（如图2）

①d点的pH称为最适pH。

②导致e、f点反应速率较低的原因：

pH过低或过高，酶的分子结构遭到破坏而变性。

（4）底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响

①图甲：

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，受酶数量限制，酶促反应速率不再增加。

②图乙：

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。

　用某种酶进行有关实验的结果如图所示。

请回答以下问题：

（1）由图1可知加入某种酶后，蔗糖不分解，而麦芽糖被分解。

该实验结果说明酶具有________。

（2）由图2可知该酶最适pH为____，则说明该酶______（填“一定”或“不一定”）不是胃蛋白酶。

（3）图3说明该酶的最适温度________（确定、不确定）。

20℃、30℃和40℃三种温度条件中，________温度条件下该反应速率最快。

（4）由图4实验结果可知________是该酶的激活剂。

该实验的自变量为________________。

[答案]　

（1）专一性　

（2）7　一定　（3）不确定　30℃　（4）Cl－　不同种类的离子和底物浓度

“四看法”达成酶促反应曲线类试题解题策略

（1）一看两坐标轴的含义：

分清自变量与因变量，了解两个变量的关系。

（2）二看曲线的变化：

利用数学模型法观察同一条曲线的升、降或平的变化，掌握变量变化的生物学意义。

如在分析影响酶促反应的因素时，一般情况下，生成物的量未达到饱和时，限制因素是横坐标所表示的因素，当达到饱和后，限制因素是除横坐标所表示的因素之外的其他因素。

（3）三看特殊点：

即曲线的起点、终点、顶点、转折点、交叉点等五点，理解特殊点的意义。

（4）四看不同曲线的变化：

理解曲线之间的内在联系，找出不同曲线的异同及变化的原因。

[题组突破]

考向一　酶的作用及特性

1．（2018·浙江11月选考）酶是生物催化剂，其作用受pH等因素的影响。

下列叙述错误的是（　　）

A．酶分子有一定的形状，其形状与底物的结合无关

B．绝大多数酶是蛋白质，其作用的强弱可用酶活性表示

C．麦芽糖酶能催化麦芽糖的水解，不能催化蔗糖的水解

D．将胃蛋白酶加入pH10的溶液中，其空间结构会改变

解析：

选A。

酶分子有一定的形状，酶与底物结合后，酶的形状会发生改变，使酶和底物紧密配合，故A错误；绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，其作用的强弱可用酶活性表示，故B正确；酶有专一性，麦芽糖酶能催化麦芽糖的水解，不能催化其他物质的水解，故C正确；胃蛋白酶正常发挥作用时所处的环境为酸性环境，加入pH10的溶液中，胃蛋白酶变性，空间结构发生改变，故D正确。

2．（2018·浙江11月选考）温度对某植物细胞呼吸速率影响的示意图如下。

下列叙述正确的是（　　）

A．a～b段，温度升高促进了线粒体内的糖酵解过程

B．b～c段，与细胞呼吸有关的酶发生热变性的速率加快

C．b点时，氧与葡萄糖中的碳结合生成的二氧化碳最多

D．c点时，细胞呼吸产生的绝大部分能量贮存在ATP中

解析：

选B。

糖酵解发生在细胞溶胶中，故A错误；b～c段，斜率的绝对值不断增大，可知细胞呼吸变弱的速率加快，由此推断与细胞呼吸有关的酶发生热变性的速率加快，故B正确；在呼吸作用过程中，电子传递链中氧与氢离子结合生成水，而二氧化碳是柠檬酸循环中生成的，柠檬酸循环中没有氧的参与，故C错误；呼吸作用产生的绝大部分能量以热能的形式散失，小部分贮存在ATP中，故D错误。

考向二　考查影响酶特性的实验探究

3．为验证酶的特性，进行了实验，基本过程如下表所示（单位：

mL）。

试管号

本尼迪特试剂

1%淀粉溶液

2%蔗糖溶液

稀释的人新鲜唾液

蔗糖酶溶液1

据此分析，下列叙述正确的是（　　）

A．试管1和2的作用是检测淀粉和蔗糖中是否含有还原糖

B．试管3～6需在沸水浴中保温2～3min以利于酶的催化作用

C．试管3和6的实验结果说明酶的作用具有专一性

D．若试管5中出现阳性反应说明蔗糖酶也能分解淀粉

答案：

4．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）

　与酶相关的实验设计与分析

实验目的

实验组

对照组

自变量

因变量

无关变量

验证某种酶是蛋白质

待测酶液＋双缩脲试剂

已知蛋白质＋双缩脲试剂

待测酶液和已知蛋白液

是否出现紫色

温度、pH、试剂量等

验证某种酶具有催化作用

底物＋相应酶液

底物＋蒸馏水

相应酶液的有无

底物是否被分解

底物量、温度、pH、试剂量等

验证某种酶具有专一性

底物＋相应酶液

另一底物＋相同酶液（或同一底物＋另一酶液）

不同底物（或不同酶液）

底物是否被分解

酶的量（或底物的量）、温度、pH、试剂量等

验证某种酶具有高效性

底物＋相应酶液

底物＋无机催化剂

无机催化剂和酶

底物分解速率

底物量、温度、pH、试剂量等

探究某种酶的适宜温度

梯度温度下的同一温度处理后的底物和酶混合

一系列梯度温度

底物的分解速率或底物的剩余量

底物量、酶的量、pH、试剂量等

探究某种酶的最适pH

梯度pH下的同一pH处理后的底物和酶混合

一系列梯度pH

底物的分解速率或底物的剩余量

底物量、酶的量、温度、试剂量等

　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：

探究温度对酶活性影响的实验（实验一）

分组

甲组

乙组

丙组

实

验

步

骤

①淀粉酶溶液

1mL

②可溶性淀粉溶液

5mL

③控制温度

0℃

60℃

90℃

④将新鲜淀粉酶溶液与可溶性淀粉溶液混合后分别恒温

⑤测定单位时间内淀粉的________

注：

淀粉酶的最适温度是60℃。

探究过氧化氢酶作用的最适pH的实验（实验二）

组别

A组

B组

C组

D组

E组

H2O2溶液完全

分解所需时间（秒）

300

180

192

284

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

（2）实验一中的对照组为________组。

（3）实验一的①②③步骤为错误操作，正确的操作应该是______________________。

第⑤步最好选用________（试剂）测定单位时间内________。

（4）如将实验一的新鲜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？

__________________________________________。

（5）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。

（6）该组同学还做了反应速率与底物浓度关系的实验。

如图坐标中已根据实验二结果画出D组中底物浓度与反应速率的曲线，请你在该坐标图中画出C组中底物浓度与反应速率的曲线。

[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，已知60℃是淀粉酶作用的最适温度。

因此乙组的实验结果是另外两组的参照，故为对照组。

（3）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—碘化钾溶液变蓝，因此实验一的第⑤步最好选用碘—碘化钾溶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。

不用本尼迪特试剂测定单位时间内生成物的量，因为本尼迪特试剂需加热才能与还原糖发生显色反应，而加热会影响自变量——温度，进而影响实验结果。

（4）温度会直接影响H2O2的分解，因此实验一的新鲜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。

（5）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。

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。

（6）C组中酶活性比D组中酶活性高，据此可画出C组中底物浓度与反应速率的曲线。

[答案]　

（1）无关　自　

（2）乙　（3）使新鲜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—碘化钾溶液　淀粉的剩余量　（4）不科学　因为温度会直接影响H2O2的分解　（5）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

（6）

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本尼迪特试剂，不宜选用碘—碘化钾溶液，因为碘—碘化钾溶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—碘化钾溶液，不宜选用本尼迪特试剂，因为用本尼迪特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。

[题组突破]

考向一　实验基础

1．（2019·浙江4月选考）为研究酶的特性，进行了实验，基本过程如下表所示：

步骤

基本过程

试管A

试管B

加入2%过氧化氢溶液

3mL

加入马铃薯匀浆

少许

－

加入二氧化锰

－

少许

检测

据此分析，下列叙述错误的是（　　）

A．实验的可变因素是催化剂的种类

B．可用产生气泡的速率作检测指标

C．该实验能说明酶的作用具有高效性

D．不能用鸡肝匀浆代替马铃薯匀浆进行实验

答案：

2．某同学进行有关酶的实验：

组1　1%淀粉溶液＋新鲜唾液＋本尼迪特试剂→红黄色沉淀

组2　2%蔗糖溶液＋新鲜唾液＋本尼迪特试剂→无红黄色沉淀

组3　2%蔗糖溶液＋蔗糖酶溶液＋本尼迪特试剂→

下列叙述错误的是（　　）

A．自变量是底物和酶

B．组3的结果是红黄色沉淀

C．指示剂可用碘—碘化钾溶液替代

D．实验结果证明酶具有专一性

解析：

选C。

蔗糖在蔗糖酶的作用下水解为葡萄糖和果糖，故组3的结果为红黄色沉淀；通过3组实验比较说明酶具有专一性；碘—碘化钾溶液只能用来检测淀粉，故选C。

考向二　实验应用

3．（2019·杭州五校联考）下表是探究淀粉酶对淀粉和蔗糖作用的实验设计及结果，根据实验结果判断，下列结论正确的是（　　）

试管编号

①

②

③

④

⑤

⑥

2mL3%淀粉溶液

＋

－

2mL3%蔗糖溶液

－

＋

1mL2%淀粉酶溶液

＋

反应温度（℃）

2mL本尼迪特试剂

＋

红黄色深浅

＋＋＋

＋＋

＋

－

注：

“＋”表示有；“－”表示无；最后一行“＋”的多少表示颜色的深浅。

A．蔗糖被水解成还原糖

B．上述①②③反应的自变量为温度

C．40℃为淀粉酶的最适温度

D．淀粉酶对蔗糖的水解具有专一性

解析：

选B。

由于酶具有专一性，蔗糖不能被淀粉酶催化水解成还原糖，A项错误；上述①②③反应中其他条件相同，但温度不同，故其自变量为温度，B项正确；由表中数据可知，40℃时淀粉酶活性最强，但并不能说明40℃即为淀粉酶的最适温度，C项错误；淀粉酶不能催化蔗糖水解，D项错误。

4．为了探究pH对过氧化氢酶活性的影响，某小组同学进行了如下实验。

实验材料：

直径4cm、厚度0.5cm的马铃薯块茎圆片若干，随机平均分为三组。

实验步骤：

　　　组别

步骤　　　

第1组

第2组

第3组

1mol/L的HCl溶液

浸泡5min

－

1mol/L的NaOH溶液

－

①

－

蒸馏水

－

浸泡5min

取出后，用吸水纸吸去马铃薯块茎圆片上多余的液体

3%的过氧化氢溶液

5滴

及时观察现象

第1、2组马铃薯块茎圆片上均无气泡产生

②

注：

“－”表示不做处理。

请分析回答：

（1）表格中的①是________，②是______________________________________。

（2）该实验的无关变量有_____________________________________________________（至少写出两项）。

（3）及时观察时，第1、2组马铃薯块茎圆片上均无气泡产生，是因为________________________________________________________________________。

（4）放置几分钟后，该组同学发现第3组马铃薯块茎圆片上基本无气泡继续产生，第1、2组马铃薯块茎圆片上竟然有少量气泡产生。

请分析：

第3组基本无气泡继续产生的原因是________；第1、2组有少量气泡产生的原因可能是______________________________________（写出一点即可）。

解析：

（1）对第1、2、3组的处理分别是用盐酸、氢氧化钠、蒸馏水浸泡，且浸泡时间均为5min，故①是浸泡5min。

第1、2组分别用盐酸和氢氧化钠处理后，滴加过氧化氢溶液后不产生气泡，说明强酸和强碱影响了马铃薯块茎中过氧化氢酶的活性，第3组没有用酸和碱处理，该组马铃薯块茎中过氧化氢酶的活性强，会催化过氧化氢分解产生氧气，从而产生大量气泡，故②是有大量气泡产生。

展开阅读全文