届高考生物二轮复习专题04酶与ATP讲.docx

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届高考生物二轮复习专题04酶与ATP讲

专题04　酶与ATP

讲考纲·名师解读

酶的本质及作用特性；探究影响酶活性的因素；ATP的结构；ATP在能量代谢中的作用。

从近几年高考生物试题看，酶和ATP的知识点主要侧重于考查酶的特性及影响酶活性的因素的实验设计和曲线分析、ATP的形成与利用等方面，且所占分值比重较大。

命题的角度往往是联系生活实际综合考查影响酶活性的因素，且多以图表、曲线及实验信息题的形式呈现，着重考查学生的识图及分析、判断能力。

命题的形式既有选择题，也有简答题，但往往以简答题为主。

简答题常将三者联系在一起综合考查。

ATP是细胞内的直接能源物质，各种生命活动的供能均通过ATP，因而ATP不仅是历年高考的重要考点，而且可串联多个知识点，从多个角度切入命题。

如与线粒体、叶绿体的结构相联系，与ATP与ADP相互转化相联系，与细胞内各种供应相联系等。

呈现方式可以是纯文字题，生理图形题，组合式选择题等。

易错点为：

ATP的结构中所含的糖是核糖，不是脱氧核糖；含有腺嘌呤核糖核苷酸，不是腺嘌呤脱氧核糖核苷酸。

无氧呼吸第二阶段不产生ATP；根细胞中虽然没有叶绿体，但可以进行细胞呼吸产生ATP；只要是活细胞，都可以产生ATP，同时也都可以利用ATP。

讲考点·体系构建

1．酶的本质和作用

（1）产生场所：

活细胞（不考虑哺乳动物成熟红细胞等）都能产生酶。

（2）化学本质：

有机物（大多为蛋白质，少数为RNA）。

（3）作用场所：

可在细胞内、细胞外、体外发挥作用。

（4）温度影响：

低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活；高温使酶变性失活。

（5）作用：

酶只起催化作用。

（6）来源：

酶只在生物体内合成。

2．酶的作用原理

酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能，分析如下：

（1）图中ac和bc段分别表示无催化剂和酶催化时反应进行所需要的活化能。

（2）若将酶变为无机催化剂，则b在纵轴上向上移动。

用加热的方法不能降低活化能，但会提供活化能。

【真题再现】（2017天津卷，3）将A、B两种物质混合，T1时加入酶C。

下图为最适温度下A、B浓度的变化曲线。

叙述错误的是（　　）

A．酶C降低了A生成B这一反应的活化能

B．该体系中酶促反应速率先快后慢

C．T2后B增加缓慢是酶活性降低导致的

D．适当降低反应温度，T2值增大

【答案】C

【解析】T1时加入酶C，A物质减少，B物质增加，可推测酶C催化A物质生成B物质，酶通过降低化学反应的活化能加快反应速率，A正确；由曲线可知，T1~T2间，酶促反应速率加快，超过T2后，酶促反应速率减慢，B正确；T2后B增加缓慢是底物A含量过少所致，C错误；曲线是在最适温度下绘制的，若降低反应温度，则反应速率减慢，T2值增大，D正确。

【举一反三】根据研究者对蛋白酶进行的一系列研究，回答下列问题：

（1）已知一定量的蛋白质，用三种不同来源的蛋白酶来进行三组实验，各组实验条件均相同，每隔一段时间测定各组产物氨基酸的量，据此计算单位时间氨基酸的产生量并进行比较。

这一实验的目的是___________________。

请写出一项可以减少实验误差的措施：

_______________________。

（2）将获得的某蛋白酶提取液，以蛋白质和淀粉为底物进行研究，得到下图1、2、3。

从图1、2中可以看出酶与酸在作用上的不同点是__________________；图3中与加酸相比，得到同样多的产物，加酶组所需的时间更短，其原因是酶降低_______________________。

（3）研究者将蛋白酶通过酶工程改造后加入洗衣粉中，发现比普通洗衣粉有更强的去污能力。

某同学为了洗去衣服上的油渍，洗衣时在市售的蛋白酶洗衣液中添加脂肪酶，该同学的做法_________（填“是”或“否”）合理，理由是____________________________________。

【答案】

（1）探究不同来源蛋白酶的活性每组实验重复几次；记录的数据取平均值等

（2）酶具有专一性，而无机催化剂没有化学反应的活化能更显著，因而催化效率更高

（3）否蛋白酶会降解脂肪酶

【解析】

（1）根据题意，本实验的目的是探究不同来源蛋白酶的活性。

自变量是三种不同来源的蛋白酶，因变量是各组产物氨基酸的量。

为减少实验误差，每组实验必须重复几次，实验结果取记录的数据的平均值等。

（2）据图1可知，加入蛋白酶使蛋白质底物剩余量减少，而淀粉底物剩余量没有发生变化，说明蛋白酶催化分解蛋白质而不分解淀粉。

据图2可知，加入酸使蛋白质和淀粉底物剩余量都减少，说明酸催化分解蛋白质和淀粉。

从图1、2中可以看出酶与酸在作用上的不同点是酶具有专一性，而无机催化剂没有；据图3可知，图3中与加酸相比，得到同样多的产物，加酶组所需的时间更短，其原因是酶降低化学反应的活化能更显著，因而催化效率更高。

（3）某同学为了洗去衣服上的油渍，洗衣时在市售的蛋白酶洗衣液中添加脂肪酶，该同学的做法不合理，因为蛋白酶会降解脂肪酶。

3．酶与激素的比较

（1）相同点：

都具有微量、高效的特点，也都具有一定的特异性。

（2）区别：

产生

化学本质

作用机制

激素

内分泌细胞

蛋白质、多肽、固醇、单胺等

作为信号分子作用于相应的靶细胞，并在发挥作用后被灭活

酶

所有的活细胞

绝大多数为蛋白质，少数为RNA

作为催化剂降低反应的活化能，在化学反应的前后，其质量与化学性质均不发生改变

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。

（2）专一性：

每一种酶只能催化一种或一类化学反应。

（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。

【真题再现】（2016新课标Ⅱ卷，29）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）。

【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，反应底物总量也不会增加

（4）蛋白质或RNA高效性、专一性

【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。

【举一反三】某实验小组探究了温度对唾液淀粉酶活性的影响，实验步骤及相关的实验现象如下表所示，据此下列说法中不正确的是（　　）

A．对唾液稀释的目的是消除个人的酶对酸碱度的适宜程度不同

B．该实验可证明低温和高温均抑制酶活性，但作用原理不相同

C．分析实验结果可知人体的唾液淀粉酶具有较高的热稳定性

D．加入pH为6.8的缓冲液可控制无关变量，保证实验的快速进行

【答案】B

【解析】对唾液进行稀释，目的是缩小酶的个体差异，消除个人的酶对酸碱度的适宜程度不同及得到相对一致的酶浓度，A正确；由题图可知，酶在低温和高温下处理后，恢复到室温条件后均具有酶活性，但不能证明在低温和高温条件下对酶的作用原理不相同，B错误；据表格可知，90℃处理后淀粉酶仍有活性，可知人体的唾液淀粉酶具有较高的热稳定性，C正确；本实验中pH是无关变量，控制无关变量可保证实验的准确进行，D正确。

3．ATP的结构与功能

（1）结构：

ATP的结构简式是A－P～P～P，一个ATP分子中含有一个普通磷酸键，两个高能磷酸键，三个磷酸基团。

（2）功能：

直接为细胞的生命活动提供能量。

4．ATP与ADP的相互转化

（1）ATP水解：

在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离A的高能磷酸键很容易水解，并释放能量。

（2）ATP形成：

在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与一个游离的Pi结合，重新形成ATP。

（3）ATP形成的能量来源：

①对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自于细胞呼吸；对于绿色植物来说，则来自于细胞呼吸和光合作用。

②细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的共性。

【真题再现】（2018浙江卷，10）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

【答案】C

【解析】ATP的形成途径是光合作用和细胞呼吸，因此ATP中的能量来自光能和细胞呼吸释放的能量，A错误；ATP-ADP循环，使得细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，B错误；ATP水解远离腺苷的高能磷酸键断裂，形成ADP和Pi，同时释放能量，C正确；ATP分子中含有2个高能磷酸键，远离腺苷的高能磷酸键很容易水解，D错误。

【举一反三】ATP是生物体内重要的能源物质，下列有关叙述不正确的是（　　）

A．AMP可以作为合成ATP及RNA的原料

B．丁过程中合成ATP所需的能量可以是光能、化学能、热能

C．甲过程中释放的能量可用于主动运输

D．催化乙过程和丙过程的酶肯定不是同一种酶

【答案】B

【解析】AMP是一磷酸腺苷，又叫腺嘌呤核糖核苷酸，是合成RNA的原料，AMP可参与AMP+Pi+能量→ADP，ADP可合成ATP，A正确；光能在光合作用的光反应中可转化为ATP中的能量，细胞呼吸中有机物分解释放出的能量，也可合成ATP，但热能无法用于合成ATP，B错误；ATP是生物体内的直接能源物质,其水解释放的能量可以用于各项生命活动，C正确；酶具有专一性,催化乙过程和丙过程的酶不是同一种酶，D正确。

讲方法·技巧点拨

1．模型法理解酶的作用与特性

（1）酶的模型1

①该模型表示了酶的作用特点——专一性。

②图中b表示酶，c表示被催化的反应物。

（2）酶的模型2

①该模型表示酶具有催化作用和高效性。

②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，而不能改变化学反应的平衡点。

2．酶的曲线分析

（1）影响酶活性的曲线　

①在一定温度（pH）范围内，随着温度（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、高温都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶失去活性；而低温只是抑制酶的活性，酶的分子结构并未遭到破坏，温度升高可恢复其活性。

（2）底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响

①甲图中：

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的增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性的限制，酶促反应速率不再增加。

②乙图中：

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。

③甲、乙两图中底物浓度、酶浓度都是通过底物与酶的接触面积大小影响酶促反应速率的。

3．“四步法”分析酶促反应曲线

（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（特殊点）：

“抓点求突破”。

明确酶促反应曲线中起点、终点、顶点、拐点、交叉点、特殊条件下的交点等表示的生物学含义。

（4）判断：

“先分后合巧辨析”。

对多条酶促反应曲线图，根据曲线上不同标示物识别曲线所代表的意义（有的曲线直接标出），首先对每一条曲线单独分析，进行比较，判断曲线间有无联系或找出相互关系，然后综合分析。

4．ATP结构的“一、二、三”

5．ATP、DNA、RNA、核苷酸结构中“A”的含义辨析

（1）ATP结构中的A为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。

（2）DNA结构中的A为腺嘌呤脱氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。

（3）RNA结构中的A为腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成。

（4）核苷酸结构中的A为腺嘌呤。

可见，它们的共同点是都含有腺嘌呤。

讲易错·归纳总结

1．与酶有关实验的易混易误点分析

（1）探究温度对酶活性的影响：

①不能用过氧化氢酶来探究温度对酶活性的影响，因为加热本身也能使过氧化氢分解加快。

②必须在达到预设的温度条件后，再让反应物与酶接触，避免在未达到预设的温度时反应物与酶接触发生反应，影响实验结果。

③在探究温度对淀粉酶活性影响的实验时，最好不用斐林试剂来检测淀粉是否在淀粉酶的催化下水解生成麦芽糖等还原糖，因为加入斐林试剂后需要加热才能出现砖红色沉淀，这样原处于低温条件下的淀粉酶的活性会慢慢恢复，催化淀粉水解产生还原糖，导致形成错觉，从而得出错误的结论。

（2）用不同底物、同种酶来探究酶的专一性时，若是用淀粉酶作用于淀粉、蔗糖两种底物，则应用斐林试剂作为检测试剂，不能选用碘液作为检测试剂，因为碘液无法检测蔗糖是否发生了水解。

2．对ATP认识上的四个易误点

（1）误认为ATP与ADP的相互转化是可逆反应。

ATP与ADP的相互转化过程中，物质可重复利用，但能量不可循环利用。

（2）误认为ATP转化为ADP不消耗水。

ATP转化为ADP又称“ATP的水解反应”，这一过程需要酶的催化，同时也需要消耗水。

（3）误认为ATP就是能量。

ATP是一种高能磷酸化合物，是与能量有关的一种物质，不能将两者等同起来。

（4）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，满足生物体的需要。

3．有关“生物与能量”的知识归纳

（1）“物质合成”：

如细胞分裂间期蛋白质的合成和DNA的复制、葡萄糖合成糖原、甘油和脂肪酸合成脂肪等，需要消耗ATP。

但蛋白质在消化道内被消化为氨基酸不消耗ATP。

（2）“神经传导”：

在神经纤维上表现为动作电位，需要消耗ATP；在突触小体内，进行神经递质的合成与释放，需要消耗ATP。

（3）病毒等少数种类的生物不具有独立代谢能力，其增殖或复制过程也要消耗ATP，这些ATP是由宿主细胞代谢产生的。

ATP与ADP相互转化的供能机制是生物界的共性。

（4）植物光合作用光反应阶段产生的ATP用于暗反应阶段C3的还原，不用于其他生命过程；植物或动物细胞呼吸产生的ATP才能用于多种生命过程。

（5）光能进入生物群落后，以化学能的形式储存于有机物中，以有机物为载体通过食物链流动。

（6）能量在生物群落中单向流动，不能重复利用。