专题二 第1讲.docx
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专题二第1讲
第1讲 酶和ATP
[考纲要求] 1.酶在代谢中的作用（Ⅱ）。
2.ATP在能量代谢中的作用（Ⅱ）。
1．关于酶的易错点
（1）只有在特殊背景或信息下才可认定酶的化学本质为RNA，一般认定酶的化学本质为蛋白质（如各种消化酶、DNA聚合酶等）。
（2）酶只能由活细胞产生，不能来自食物，且几乎所有活细胞（哺乳动物成熟的红细胞除外）均可产生酶，产生场所为核糖体，但发挥作用的场所既可以是细胞内、外，也可以是体外。
（3）酶具有催化作用，不具有调节功能，也不作为能源或组成物质，切不可额外夸大其功能。
（4）酶促反应前后酶的数量和化学性质不变，可以重复利用；酶只改变反应速率，不改变化学反应的平衡点。
（5）低温或盐析能降低酶的活性，不会使酶失活，即酶的空间结构不会被破坏，条件适宜时酶活性可恢复。
（6）高温、强酸、强碱、重金属、紫外线和酒精等有机溶剂会破坏酶的空间结构，使酶失活，酶活性不能恢复。
（7）酶既可以作为催化剂，又可以作为另一个化学反应的底物，如胃蛋白酶或脂肪酶作为催化剂可分解蛋白质或脂肪，它们自身又可作为反应的底物被其他蛋白酶水解。
2．影响酶促反应速率的因素
（1）温度和pH：
通过影响酶活性来影响酶促反应速率。
（2）酶浓度：
在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶浓度与酶促反应速率成正相关。
（3）底物浓度：
在酶浓度一定、其他条件适宜的情况下，随着底物浓度的增加，酶促反应速率先加快后稳定。
3．关于ATP的易错点
（1）ATP只是高能磷酸化合物中的一种，不能将其与能量等同起来。
（2）生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP含量很少，所以能量供应依赖于ATP与ADP间的快速转化。
（3）ATP合成时可产生水，ATP水解时需消耗水。
（4）合成ATP的能量来源除光能、有机物中化学能之外，硝化细菌等能够进行化能合成作用的细菌可利用体外无机物（如NH3）氧化时所释放的能量来合成ATP。
4．细胞内产生与消耗ATP的结构
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：
光反应阶段
消耗ATP：
暗反应阶段和自身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
1．多酶片口服后，其中的胰蛋白酶可在小肠中发挥作用（ ）
2．同一个体各种体细胞中酶的种类相同、数量不同，代谢不同（ ）
3．淀粉酶催化淀粉水解时不需要ATP提供能量（ ）
4．发烧时，食欲减退是因为唾液淀粉酶失去了活性（ ）
5．细胞内蛋白质发生水解时，通常需要另一种蛋白质的参与（ ）
6．ATP是一种高能磷酸化合物（ ）
7．在有氧和缺氧的条件下，酵母菌细胞质基质中都能形成ATP（ ）
8．ATP在细胞中的含量高，以满足生命活动的需要（ ）
9．酶的合成需要ATP供能，ATP的合成需要酶的催化（ ）
10．在生物体的活细胞内，ATP与ADP的转化只能单向进行（ ）
答案 1.√ 2.× 3.√ 4.× 5.√ 6.√ 7.√ 8.× 9.√ 10.×
1．酶具有高效性的原因：
同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。
2．唾液淀粉酶在60℃环境中处理后，再增加底物，反应产物的总量不再变化，原因是该酶在高温下已变性失活，失去催化能力。
3．“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。
天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星。
”诗中描述的萤火虫发光的原理是萤火虫尾部细胞中的荧光素接受ATP提供的能量后被激活，在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素而发光。
考点一 ATP的结构和作用
1．ATP结构的组成与特点
（1）1分子ATP＝1分子腺苷＋3分子磷酸基团。
（2）ATP中含有两个高能磷酸键，其中远离腺苷的高能磷酸键容易水解与合成。
2．ATP的合成与水解
3．区别几种化合物中“A”的含义
ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都有“A”，但在不同物质中表示的含义不同，如图所示：
考向一 ATP和ADP的相互转化过程分析
1．图1为ATP的结构，图2为ATP与ADP相互转化的关系式，以下说法正确的是（ ）
A．图1中的五碳糖为脱氧核糖
B．图1中A代表腺苷，b、c为高能磷酸键
C．图2中反应向右进行时，图1中c键断裂并释放能量
D．图2中反应向左进行时，能量只能来自细胞呼吸
答案 C
解析 图1为ATP的结构简式，图中的A代表腺嘌呤，其中的五碳糖为核糖，A与核糖结合形成腺苷，b、c为高能磷酸键，A、B错误；图2中反应向右进行时，表示ATP水解成ADP和Pi，远离腺苷的高能磷酸键即图1中的c键断裂并释放能量，C正确；图2中ADP转化为ATP所需的能量可来自光合作用吸收的光能或细胞呼吸释放的有机物中的化学能，D错误。
2．细胞内有与ATP结构类似的GTP、CTP和UTP等高能磷酸化合物，但ATP用途较为广泛。
下列有关叙述中错误的是（ ）
A．UTP分子中含有2个高能磷酸键，彻底水解可得到3种有机物
B．ATP分子中高能磷酸键全部断裂后的产物中有某些酶的基本组成单位
C．ATP的合成常伴随放能反应，而吸能反应不一定伴随ATP的水解
D．唾液腺细胞分泌唾液淀粉酶的过程是一个需要消耗ATP的胞吐过程
答案 A
解析 UTP（三磷酸尿苷）彻底水解的产物为尿嘧啶、核糖和磷酸，其中磷酸属于无机物，A错误；ATP分子中高能磷酸键全部断裂后的产物有腺嘌呤核糖核苷酸和磷酸，其中腺嘌呤核糖核苷酸是RNA类酶的基本组成单位，B正确；某些吸能反应可能伴随GTP、CTP或UTP的水解，C正确；唾液腺细胞分泌唾液淀粉酶的过程是一个需要消耗ATP的胞吐过程，D正确。
考向二 ATP在细胞代谢中的作用分析
3．（2019·广西钦州三模）ATP是细胞生命活动的直接供能物质，下列有关ATP的说法正确的是（ ）
A．光合作用的光反应和暗反应阶段均能合成ATP
B．离子进出神经细胞，均需ATP直接提供能量才能完成
C．1个ATP分子由1个腺苷和3个磷酸基团构成，与核酸元素组成相同
D．真核细胞的细胞质基质中，消耗的ATP均来源于线粒体和叶绿体
答案 C
解析 光合作用的光反应阶段产生ATP，暗反应阶段消耗ATP，A错误；静息电位形成时K＋外流以及动作电位形成时Na＋内流，均为协助扩散，不需要ATP提供能量，静息电位的维持，在Na＋－K＋泵的作用下排钠保钾的过程是主动运输，需要ATP，B错误；1个ATP分子由一分子腺嘌呤，一分子核糖和3个磷酸基团构成，与核酸元素组成相同，C正确；叶绿体光反应阶段产生的ATP只能用于光合作用暗反应阶段，细胞呼吸产生的ATP用于其他各项生命活动，D错误。
4．（2019·天津，2）下列过程需ATP水解提供能量的是（ ）
A．唾液淀粉酶水解淀粉
B．生长素的极性运输
C．光反应阶段中水在光下分解
D．乳酸菌无氧呼吸的第二阶段
答案 B
解析 唾液淀粉酶水解淀粉是在消化道中进行的，不需要消耗ATP水解释放的能量，A项不符合题意；生长素的极性运输是细胞的主动运输，需要消耗ATP水解释放的能量，B项符合题意；光反应阶段中水在光下分解产生[H]和氧气，不需要消耗ATP水解释放的能量，C项不符合题意；乳酸菌无氧呼吸的第二阶段是丙酮酸在酶的催化作用下转化成乳酸，此过程既不产生ATP，也不消耗ATP，D项不符合题意。
考点二 酶及其相关曲线分析
1．影响酶促反应速率因素的曲线分析
温度
pH
底物浓度
酶浓度
在最适温度条件下，酶的活性最高；温度偏高或偏低，都会使酶的活性降低。
温度过高会使酶的空间结构遭到破坏而失去活性
在最适pH条件下，酶的活性最高；每种酶只能在一定的pH范围内表现出活性，过酸或过碱都会使酶的空间结构遭到破坏而失活
当底物达到一定浓度后，受酶量的限制，酶促反应速率不再增加
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
2.应用“四看法”分析酶促反应曲线
一看两坐标轴的含义：
分清自变量与因变量，了解两个变量间的关系。
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，曲线未达到平衡时，限制因素是横坐标所表示的因素，当曲线达到平衡状态后，限制因素是除横坐标所表示的因素之外的其他因素。
三看特殊点：
即曲线的起点、终点、顶点、转折点、交叉点等，理解特殊点的意义。
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。
考向一 酶的本质和特性辨析
5．下列关于酶的叙述，正确的是（ ）
A．在酶促反应中，酶对化学反应的催化效率称为酶活性
B．与无机催化剂相比，酶为化学反应提供的活化能更多使之具有高效性
C．高温、低温、过酸和过碱都会使酶的空间结构受到破坏而永久失活
D．DNA能控制蛋白质类酶的合成，但不能控制RNA类酶的合成
答案 A
解析 在酶促反应中，酶对化学反应的催化效率称为酶活性，A正确；与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，酶不提供能量，B错误；低温不会破坏酶的空间结构，只是抑制酶活性，C错误；DNA既能控制蛋白质类酶的合成，也能控制RNA类酶的合成，D错误。
6．（2019·广东汕头质检）下列关于酶和ATP的说法，正确的是（ ）
A．酶的合成不需要酶，ATP的合成需要酶
B．低温对酶活性的影响是不可逆的
C．在光合作用的暗反应过程中，需要酶但不需要ATP
D．农作物根细胞缺氧时只能在细胞质基质中产生ATP
答案 D
解析 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，ATP的合成需要酶的催化，绝大多数酶是蛋白质，少数RNA也具有催化功能，蛋白质和RNA的合成均需要酶的催化，A错误；高温、过酸、过碱都会使酶失活，但低温不会使酶失活，所以低温对酶活性的影响是可逆的，B错误；光合作用的暗反应过程中C3的还原过程需要光反应产生的ATP供能，同时也需要酶的催化，C错误；根细胞缺氧时可进行无氧呼吸产生ATP，无氧呼吸的场所是细胞质基质，D正确。
考向二 酶的相关曲线分析
7．（2019·湖南株洲质检）下图为酶促反应曲线，Km表示反应速率为
Vmax时的底物浓度。
竞争性抑制剂与底物结构相似，可与底物竞争性结合酶的活性部位；非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合，从而使酶的活性部位功能丧失。
下列分析错误的是（ ）
A．Km值越大，酶与底物亲和力越高
B．加入竞争性抑制剂，Km值增大
C．加入非竞争性抑制剂，Vmax降低
D．非竞争性抑制剂破坏酶的空间结构
答案 A
解析 据图分析，Km值越小，达到
Vmax需要的底物浓度越低，说明酶与底物亲和力越高，A错误；加入竞争性抑制剂，酶与底物结合的机会减少，则Km值增大，B正确；加入非竞争性抑制剂，使酶的活性部位功能丧失，导致Vmax降低，C正确；非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合，从而破坏了酶的空间结构，D正确。
8．高温淀粉酶在应用前，需要对该酶发挥作用的最佳温度范围进行测定。
下图中曲线①表示在一定温度范围内的相对酶活性（酶活性与酶最大活性的百分比）。
曲线②为酶的热稳定性数据，即将酶在不同温度下保温足够长的时间，再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性而得到的数据。
下列有关叙述不正确的是（ ）
A．曲线①表明，当温度为80℃时，该酶活性最高
B．该酶发挥作用的最佳温度范围是60～70℃
C．曲线②上35℃数据点是在60～70℃时测得的
D．曲线②表明，该酶的热稳定性在70℃之后迅速下降
答案 C
解析 结合题干可知，曲线①表明80℃是该酶活性最高时的温度，A正确；该酶发挥作用的最佳温度范围是60～70℃，因为此温度下不仅酶活性较强，且热稳定性也强，B正确；曲线②上35℃数据点是在酶活性最高的温度下（即80℃）测得的（由题目要求中对②曲线对应的操作过程的叙述知），C错误；曲线②表明该酶的热稳定性在70℃之后急剧下降，D正确。
考点三 有关酶的实验设计与分析
1．准确选取实验材料和检测指标
实验目的
实验材料
检测指标（试剂）
备注
高效性
过氧化氢与过氧化氢酶
O2产生的快慢与多少
与无机催化剂对比
专一性
淀粉、蔗糖与淀粉酶
斐林试剂
不能用碘液
温度对酶活性的影响
淀粉和淀粉酶
碘液
不能用过氧化氢与过氧化氢酶；不能用斐林试剂检验结果
pH对酶活性的影响
过氧化氢与过氧化氢酶
O2产生的快慢与多少
不能用淀粉和淀粉酶
2.探究酶的最适温度或最适pH的实验设计程序
3．四步法分析酶的实验题
第一步，分析实验目的，确定自变量与因变量（检测指标）。
第二步，明确实验原理，理清自变量和无关变量的控制方法。
第三步，分析实验步骤，判断是否遵循实验的对照原则、单一变量原则及科学性原则。
第四步，如果是选择题，要依据实验原理、实验原则、所学的生物知识进行综合分析，然后做出判断；如果是非选择题则应注意联系教材知识综合分析，以确定所填答案。
考向一 酶相关实验的分析
9．下表是关于酶专一性的实验设计，相关叙述正确的是（ ）
步骤
编号
1
2
3
4
5
注入淀粉溶液
注入蔗糖溶液
注入某种酶溶液
注入斐林试剂并水浴加热
观察现象
试管Ⅰ
2mL
—
2mL
2mL
A
试管Ⅱ
—
2mL
2mL
2mL
B
A.该实验的自变量是酶的种类，无关变量是底物的用量、反应温度等
B．步骤3可以选用新鲜的淀粉酶或蔗糖酶
C．若步骤3选用新鲜的淀粉酶，则现象A是无砖红色沉淀，B是有砖红色沉淀
D．该实验还可选用碘液作为检测试剂
答案 B
解析 本实验用同种酶催化两种不同的物质来研究酶的专一性，自变量是底物的种类，酶可以选择新鲜的淀粉酶或蔗糖酶，A错误、B正确；若选择新鲜的淀粉酶，试管Ⅰ中的淀粉被水解生成还原糖，所以现象A是产生砖红色沉淀，试管Ⅱ中的蔗糖不能被淀粉酶催化水解，蔗糖是非还原糖，所以现象B是无砖红色沉淀，C错误；蔗糖及蔗糖水解产物都不能跟碘液发生颜色反应，故用碘液无法判断蔗糖是否被催化水解，D错误。
10．把混有反应物的液体，加到捣碎的土豆汁液中（酶液），在37℃下观察到某些反应现象。
在这种情况下，学生甲设计的对照实验是用蒸馏水代替反应物，加入酶液中，也可观察到该反应现象；学生乙设计的对照实验是用蒸馏水代替酶液，加入反应物中，则观察不到该反应现象。
下面是对此问题的解释，其中可能性最大的一项是（ ）
A．酶催化的反应即使完全没有反应物，也可缓慢进行
B．酶由于被蒸馏水溶解出来，因而能进行反应
C．该酶液中混有与反应物相同的物质
D．该酶液中混有催化同一反应的多种酶
答案 C
解析 学生甲用蒸馏水代替反应物，加入酶液中也可观察到反应现象，说明该酶液中混有与反应物相同的物质；学生乙设计的对照实验说明，蒸馏水不起催化作用。
考向二 酶相关实验的评价与修正
11．为探究“影响酶活性的因素”，某同学设计了一个实验方案见下表，下面有关分析合理的是（ ）
试管
底物和试剂
实验条件
1
1mL10%鸡蛋清溶液
37℃水浴
2
1mL10%鸡蛋清溶液＋1mL胰蛋白酶
37℃水浴；pH为5
3
1mL10%鸡蛋清溶液＋1mL胰蛋白酶
？
4
1mL10%鸡蛋清溶液＋1mL胰蛋白酶
5℃水浴；pH为8～9
A.实验想要探究影响酶活性的因素是温度
B．1号试管设置合理，为空白对照组
C．3号试管的实验条件是37℃水浴，pH8～9
D．蛋清液和酶液应在混合均匀后再进行水浴
答案 C
解析 由表格中实验的自变量可知，该实验是探究温度和pH对酶活性的影响，A错误；1号试管是空白对照组，应该加入1mL蒸馏水，实验设置不合理，B错误；3号试管的实验条件应是37℃水浴，pH为8～9，可与2号、4号试管形成对照，C正确；蛋清液和酶应分别达到预设的温度、pH后再混合，否则会影响实验效果，D错误。
12．石油降解酶去醛基后变为石化酶，这两种酶都能催化污泥中石油的分解。
（1）验证石化酶化学本质所用的试剂名称是________试剂，酶催化作用的机理是___________。
（2）下图为不同条件下，石油降解酶对某湖泊污泥中石油分解能力的测定结果。
①本实验的自变量为_____________________________________________________________，
若要比较石油降解酶及石化酶催化能力的大小，可观测的指标是________________________。
②湖泊中能合成石油降解酶的细菌可消除轻微石油污染，这种途径属于________分解，这一实例说明生态系统具有一定的自我调节能力。
（3）通过预实验得知两种酶的适宜温度在20～30℃之间，为进一步探究两种酶的最适温度及催化能力，某同学以2℃为温度梯度设计了如下的实验记录表格。
温度
2天后石油含量（g/kg污泥）
酶
石油降解酶
指出表中的三处错误：
①________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________。
答案
（1）双缩脲 降低化学反应的活化能
（2）①污泥含水量和pH （相同样品中）2天后1kg污泥中剩余石油含量 ②微生物
（3）①没有标明具体的温度 ②温度设置少两列 ③缺少对石化酶的记录（顺序可颠倒）
解析
（1）石化酶的化学本质是蛋白质，因而可用双缩脲试剂鉴定；酶催化作用的机理是降低化学反应的活化能。
（2）从曲线图中可判断实验的自变量有两个，即污泥含水量和pH；通过比较相同样品中2天后1kg污泥中剩余石油含量可知石油降解酶及石化酶催化能力的大小；通过细菌分解石油污染，这属于微生物分解。
（3）根据实验设计的单一变量原则、对照性原则及题意中的温度梯度可知表中的错误。
1．（2019·山东日照高三一模）下列有关酶的叙述，正确的是（ ）
A．在不同温度条件下，酶促反应速率一定不同
B．在高温环境中酶失活的主要原因是肽键断裂
C．ATP水解酶的合成和发挥作用都伴随ADP的生成
D．Fe3＋和过氧化氢酶催化H2O2分解的作用原理不同
答案 C
解析 酶的活性受温度的影响，在最适温度前随着温度的升高酶活性增强，超过最适温度后随着温度升高酶活性降低，所以可能存在不同温度条件下，酶促反应速率相同的情况，A错误；酶分子在高温环境中失活的主要原因是空间结构改变，而在高温环境中肽键并没有断裂，B错误；ATP水解酶的合成过程中消耗的能量来自ATP的水解，ATP水解酶催化ATP水解产生ADP和磷酸，C正确；Fe3＋和过氧化氢酶催化H2O2分解的作用原理相同，均是通过降低化学反应的活化能实现其催化作用，D错误。
2．下图是生物体内常见的一种生理作用图示，下列叙述不正确的是（ ）
A．②的成分有可能是蛋白质
B．图中显示①具有高效性，反应完成后，①的性质发生改变
C．③或④的生成速率可以表示酶促反应的速率
D．如果探究底物浓度对酶促反应速率的影响，②的数量就是实验的自变量
答案 B
解析 ①是酶，②是底物，底物可能是蛋白质，A正确；图中显示①具有专一性，反应完成后，①的性质未发生改变，B错误；③或④的生成速率可以表示酶促反应的速率，C正确；如果探究底物浓度对酶促反应速率的影响，②的数量就是实验的自变量，D正确。
3．下列关于ATP的叙述，错误的是（ ）
A．细胞质和细胞核中都有ATP的分布
B．原核细胞合成ATP时能量只能来自细胞呼吸释放的化学能
C．放能反应一般与ATP的合成相联系
D．神经元释放神经递质需要ATP供能
答案 B
解析 ATP是细胞生命活动的直接能源物质，细胞质和细胞核中都有ATP的分布，A正确；原核细胞合成ATP时能量既可以来自细胞呼吸释放的化学能，也可能来自光合作用固定的光能及化能合成作用固定的化学能，B错误；ATP的合成需要消耗能量，放能反应一般与ATP的合成相联系，C正确；神经元释放神经递质的方式为胞吐，需要ATP供能，D正确。
4．细胞中某生命活动过程和某物质结构如图所示，下列叙述错误的是（ ）
A．在肌肉收缩时，图1所示过程释放的能量可使肌肉中的能量增加，形状改变
B．③处的化学键较②处不稳定，且所含的能量也较多
C．ATP中的结构①即图2中的A，该结构在RNA中也存在
D．ADP失去一个磷酸基团之后，即可用于图2中物质的合成
答案 D
解析 在肌肉收缩时需消耗能量，图1所示过程为ATP的水解过程，释放的能量可使肌肉中的能量增加，形状改变，即肌肉收缩，A正确；ATP分子的结构式可以简写成A—P～P～P，水解时远离A的高能磷酸键（即③处）容易断裂，较②处不稳定，且所含的能量也较多，B正确；ATP中的①为腺嘌呤，即图2中的A，该结构在RNA中也存在，C正确；ADP失去一个磷酸基团之后为腺嘌呤核糖核苷酸，是合成RNA的原料之一，不能用于图2中物质（DNA）的合成，D错误。
5．急性胰腺炎是多种病因导致胰酶在胰腺内被激活后引起胰腺组织自身消化、水肿、出血甚至坏死的炎症反应。
据此回答下列相关问题：
（1）胰腺包括外分泌腺和内分泌腺，它们的主要区别是外分泌腺__________（填“有”或“无”）导管；当人们最初知道胰腺内的胰岛B细胞能分泌胰岛素后，试图从磨碎的狗的胰腺中直接提取胰岛素，但未获成功，其原因是__________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
（2）从酶本质的角度来看，酶的合成都需要经过基因的______________过程。
（3）已知胰淀粉酶的抑制剂有竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂两种，非竞争性抑制剂通常与酶活性部位以外的基团结合使酶活性下降，则增加底物浓度________（填“可以”或“不可以”）解除这种抑制。
（4）已知胰淀粉酶主要在小肠中发挥作用，据此简要写出测定其催化作用最适pH的实验思路。
实验思路：
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案
（1）有 胰腺分泌的胰蛋白酶可将胰岛素分解
（2）转录 （3）不可以 （4）在一定pH范围内设置pH梯度，分别测定酶活性，若测得数据出现峰值，则峰值对应的pH即为其最适pH
解
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