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第10讲酶与ATP

第3章　细胞的能量供应和利用

第10讲　酶与ATP

考纲要求

考情分析

命题趋势

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

2017·全国卷Ⅱ，3T

2016，全国卷Ⅰ，3T,4T

2016，全国卷Ⅱ，29T

2015，海南卷，4T,15T

近几年高考对酶相关实验的考查力度有加大的趋势，命题多通过对食品或药物的检测等实验描述，结合图表信息考查学生对实验的设计能力或分析评价能力，综合性强，考生易丢分，应高度重视

关于酶的本质、功能及特性的考查常以选择题的形式进行，题目难度不大

与酶有关的曲线包括酶的特性曲线和影响酶活性的曲线。

影响酶促反应的因素经常结合坐标图进行考查

有关ATP的考查多以选择题的形式出题，近年来出现的频率较低，并且多数都是融合到其他相关知识中进行考查

分值：

2～10分

考点一　酶在代谢中的作用

（见学生用书P50）

一、酶的化学本质和作用

1．酶的化学本质和作用机理

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

可在细胞内、外及体外发挥催化作用

作用机理

降低化学反应的__活化能__

2.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。

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸。

（　×　）

（2）酶都能被蛋白酶水解而失去活性。

（　×　）

（3）酶在催化反应前后，其分子结构不变。

（　√　）

（4）酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率。

（　×　）

（5）在测定唾液淀粉酶活性时，将溶液pH由3提升到6的过程中，该酶的活性将不断上升。

（　×　）

（6）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。

（　×　）

（7）酶活性的变化与酶所处环境的改变无关。

（　×　）

（8）用含蛋白酶的洗衣粉去除油渍，效果比其他类型加酶洗衣粉好。

（　×　）

（9）高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。

（　×　）

（10）酶活性最高时的温度不适合酶的保存。

（　√　）

2．下列关于酶的叙述，正确的是（　B　）

A．酶提供了反应过程所必需的活化能从而提高了化学反应速率

B．活细胞能通过转录、翻译产生酶，或通过转录产生酶

C．人体中酶的活性受温度、pH的影响，并只能在人体的内环境中起作用

D．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

解析　酶降低了化学反应的活化能从而提高化学反应速率，A项错误；酶的本质是蛋白质或RNA，活细胞可以通过转录和翻译生成蛋白质，通过转录生成RNA，B项正确；酶可以在细胞外起作用，如消化酶，C项错误；分泌到细胞外的酶才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，胞内酶则不需要，D项错误。

3．如图所示，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（　B　）

A．酶量是限制曲线AB段反应速率的主要因素

B．酶量减少后，图示反应速率可用曲线a表示

C．升高温度后，图示反应速率可用曲线c表示

D．减小pH，重复该实验，A、B点位置都不变

解析　图中可以看出，在曲线AB段反应速率与反应物浓度呈正相关，因此反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素，A项错误；题干中提出“曲线b表示在最适温度、最适pH条件下”，因此如果增大pH，酶的活性会下降，A、B点位置都会下移，D项错误；曲线b是在最适温度条件下进行的，如果升高温度，酶活性将会下降，反应速率不可用曲线c表示，C项错误。

一　酶与动物激素的比较

项目

酶

动物激素

来源及作用场所

活细胞产生；细胞内或细胞外

专门的内分泌腺或特定部位细胞产生；细胞外发挥作用

化学本质

多数是蛋白质，少数是RNA

固醇类、多肽、蛋白质、氨基酸衍生物、脂质等

生理功能

催化作用

调节作用

共性

在生物体内均属高效能物质，即含量少、作用大、生物代谢不可缺少

[例1]（2015·海南卷）关于人体内酶和激素的叙述，错误的是（　A　）

A．激素的化学本质都是蛋白质

B．酶可以降低化学反应的活化能

C．高效性是酶的重要特性之一

D．激素与靶细胞结合可影响细胞的代谢

解析　激素的化学本质并非都是蛋白质，如性激素为固醇类，A项错误；酶催化作用的实质是降低化学反应的活化能，B项正确；酶具有高效性、专一性等重要特性，C项正确；激素具有调节作用，激素与靶细胞结合后，可以调节靶细胞的代谢，D项正确。

二　酶的作用特性曲线分析

1．表示酶高效性的曲线

（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．表示酶专一性的曲线

加入酶B的反应速率与无酶A或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．影响酶活性的曲线

（1）图甲、乙表明：

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。

②过酸、过碱、高温都会使酶失活，而低温只是抑制酶的活性，酶的空间结构未被破坏，温度升高可恢复活性。

（2）从图丙可以看出：

反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。

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）图乙，在底物充足，其他条件适宜的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比。

[例2]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__专一性__。

（2）由图2可知该酶最适pH为__7__，则说明该酶__一定__（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__不确定__（填“确定”或“不确定”）。

20℃、30℃和40℃三种温度条件中，__30_℃__温度条件下该反应速率最快。

（4）由图4实验结果可知，__Cl－__是该酶的激活剂。

该实验的自变量为__不同种类的离子__。

[例3]下图1曲线a表示在最适温度和pH条件下，反应时间与生成物量的关系，图2曲线b表示在最适温度和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（　B　）

A．图1曲线a中，M点后，限制生成物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N、P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

解析　图1曲线a中，M点后，限制生成物量不再增加的因素为反应物的浓度；图2曲线中当反应物浓度一定时，减少酶量，反应速率降低；图2N、P点的速率值是一个定值，无法用曲线c和d表示；图2曲线b是在最适pH下测定的反应物浓度与酶促反应速率的关系，因此无论pH增大还是减小，曲线b都应变成曲线f。

[例1]（福建卷）大菱鲆是我国重要的海水经济鱼类，研究性学习小组尝试对大菱鲆消化道中蛋白酶的活性进行研究。

回答下列问题。

（1）查询资料得知，18℃时，在不同pH条件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶活性如图1。

由图可知，在各自最适pH下，三种蛋白酶催化效率最高的是______________。

（2）资料表明大菱鲆人工养殖温度常年在15～18℃之间。

学习小组假设：

大菱鲆蛋白酶的最适温度在15～18℃之间。

他们设置15℃、16℃、17℃、18℃的实验温度，探究三种酶的最适温度。

①探究实验中以干酪素为底物。

干酪素的化学本质是__________，可用__________试剂鉴定。

②胃蛋白酶实验组和幽门盲囊蛋白酶实验组的pH应分别控制在__________。

③为了控制实验温度，装有酶和底物的试管应置于__________中以保持恒温。

单位时间内______________可以表示蛋白酶催化效率的高低。

④实验结果如图2，据此能否确认该假设成立？

__________。

理由是：

____________________。

（3）研究还发现大菱鲆消化道中淀粉酶和脂肪酶含量少、活性低，所以人工养殖投放的饲料成分中要注意降低________________的比例，以减少对海洋的污染。

[答题送检]来自阅卷名师报告

错误

致错原因

扣分

（1）

未理解酶活性最高即是催化效率最高

－2

（2）

①干酪素虽然陌生，但作为蛋白酶的底物，说明化学本质是蛋白质，考生理解题意不准

－2

③第2空考生语言表述不准确致失分

－2

④考生在回答理由时语言表述不清

－2

[解析]

（1）从图1可知，三种蛋白酶在各自最适pH下，幽门盲囊蛋白酶对应的酶活性值最大，所以其催化效率最高。

（2）①酶具有专一性，蛋白酶只能催化蛋白质的水解，干酪素的化学本质为蛋白质，可用双缩脲试剂鉴定。

②要验证大菱鲆蛋白酶的最适温度，要遵循单一变量、对照等原则，并控制其他无关变量相同且适宜。

由题意可知，此实验中温度为自变量，pH等为无关变量，为了得到准确的结果，pH应为相对应蛋白酶的最适值。

由图1可知，胃蛋白酶最适pH为2，幽门盲囊蛋白酶最适pH为8。

③为了控制实验温度，底物和酶都应放在恒温箱或水浴锅中保温一段时间。

酶的催化效率可以用单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。

④由图2可以看出，当温度在15～18℃范围内时，随着温度的升高，蛋白酶的活性一直在增强，但没有出现下降的拐点，因此，不能得出大菱鲆蛋白酶的最适温度在15～18℃之间这一结论。

（3）大菱鲆消化道内淀粉酶和脂肪酶含量少、活性低，影响对淀粉和脂肪的消化，所以在人工投放饲料时要注意降低淀粉和脂肪的比例，以减少对海洋的污染。

[规范答题]（每空2分）

（1）幽门盲囊蛋白酶

（2）①蛋白质　双缩脲　②2和8　③恒温箱（或水浴锅）　底物消耗量（或产物生成量）　④不能　据图可知，随着温度提高，酶活性逐步升高，酶活性峰值未出现

（3）淀粉、脂肪

1．（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__B__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__加快__。

（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__不变__，原因是__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）生物体内酶的化学本质是__蛋白质或RNA__，其特性有__高效性和专一性（其他合理答案亦可）__（答出两点即可）。

解析　

（1）在60℃条件下，反应的最终产物浓度比20℃和40℃条件下小很多，说明酶在60℃条件下最终失活。

20℃与40℃条件下相比，40℃时酶促反应到达反应平衡的时间更短，说明40℃条件下酶活性较高。

（2）在时间t1前，如果A组温度提高10℃变成30℃，由该酶活性随温度的变化规律可知，30℃条件下该酶的活性大于20℃条件下的，因此A组酶催化反应的速度会加快。

（3）t2时C组的产物浓度已不再增加，但由A、B组t2时的产物浓度可知，t2时C组底物并未全部被分解，说明C组由于温度过高导致t2时酶已经变性失活。

因此如果在时间t2时，向C组增加2倍量的底物，在其他条件不变的情况下，t3时产物的总量也不会再增加。

（4）生物体内酶的化学本质绝大多数是蛋白质，极少数是RNA。

酶具有高效性、专一性等特性，并且需要适宜的温度和pH等。

用梯度法确定酶的最适温度和pH

设计思路：

常用“梯度法”来探究酶的最适温度（或pH），设计实验时需设置一系列不同温度（或pH）的实验组进行相互对照，最后根据实验现象得出结论——酶促反应时间最短的一组所处的温度（或pH）即为最适温度（或pH）。

相邻组间的差值（即梯度值）越小，测得的最适温度（或pH）就越精确。

考点二　探究影响酶活性的因素

（见学生用书P53）

1．探究温度对酶活性的影响

（1）实验原理

①反应原理：

__蓝色__

淀粉

麦芽糖

__不出现蓝色__

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）实验步骤

步骤

实验操作内容

试管1

试管2

试管3

加等量__可溶性淀粉溶液__

2mL

控制不同温度条件

37℃温水（5min）

沸水（5min）

冰块（5min）

加等量新鲜__淀粉酶__溶液

1mL

加等量__碘液__

1滴

观察实验现象

不出现蓝色或呈现碘液的颜色　

蓝色

（3）实验结论：

__温度影响酶的活性__。

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产生O2的多少。

（2）实验步骤

步骤

实验操作内容

试管1

试管2

试管3

注入等量过氧化氢酶溶液

2滴

注入不同pH的溶液

1mL蒸馏水

1mL盐酸

1mLNaOH

注入等量的H2O2溶液

2mL

观察现象

卫生香复燃

卫生香不复燃

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）用过氧化氢酶催化过氧化氢分解的反应作为探究温度对酶活性的影响是适宜的。

（　×　）

（2）探究pH对酶活性的影响时，可用淀粉酶催化淀粉分解的酶促反应。

（　×　）

（3）在探究温度对酶活性的影响实验中，可用斐林试剂检测实验产物。

（　×　）

（4）验证酶具有专一性的实验中，自变量可以是酶的种类，也可是底物的种类。

（　√　）

（5）探究温度对酶活性影响的实验中，可先将酶与底物混合，再保温。

（　×　）

2．猪笼草是一种食虫植物，为了验证猪笼草分泌液中有蛋白酶，某学生设计了两组实验，如图所示，在35℃水浴中保温一段时间后，甲、乙试管中加入适量的双缩脲试剂，丙、丁试管中不加任何试剂，下列对实验现象的预测正确的是（　C　）

A．甲和乙中溶液都呈紫色；丙和丁中蛋白块消失

B．甲中溶液呈紫色，乙中溶液不呈紫色；丙中蛋白块消失，丁中蛋白块不消失

C．甲和乙中溶液呈紫色；丙中蛋白块消失，丁中蛋白块不消失

D．甲和乙中溶液都不呈紫色；丙中蛋白块消失，丁中蛋白块不消失

解析　本实验属于验证性实验，因为分泌液中含有蛋白酶，蛋白酶和蛋白液的化学本质都是蛋白质。

鉴定蛋白质常用的试剂是双缩脲试剂，呈紫色反应。

实验①中的甲和乙试管始终显示紫色，不能形成对照；而实验②改用观察蛋白块的存在情况（丙中蛋白块消失、丁中蛋白块不消失），形成鲜明的对照，说明了猪笼草的分泌液中含有蛋白酶。

根据题意分析可知，丁中蛋白块加水，因没有蛋白酶催化分解而不消失。

3．下表是其他条件均为最适情况下探究乳糖酶催化乳糖水解的相关实验结果，以下分析正确的是（　D　）

实验一（乳糖浓度为10%）

实验二（酶浓度为2%）

酶浓度

相对反应速率

乳糖浓度

相对反应速率

10%

100

20%

200

30%

A.实验一若继续增加酶浓度，相对反应速率不再增大

B．实验二若继续增加乳糖浓度，相对反应速率会增大

C．实验二若将反应温度提高5℃，相对反应速率将增大

D．实验一的自变量是酶浓度，实验二的自变量是乳糖浓度

解析　实验一中，酶浓度在0～5%范围内，随着酶浓度的升高，相对反应速率逐渐增大，若继续增加酶浓度，相对反应速率会继续增大；实验二中相对反应速率已达最大值，若继续增加乳糖浓度，相对反应速率不再增大；本实验是在最适条件下进行的，实验二若将反应温度提高5℃，则酶活性降低，相对反应速率降低。

一　探究温度、pH对酶活性的影响

1．设计思路：

采取对比的手段，将待探究的环境因素施加到实验组上，将其与对照组比较，观察酶促反应速率的变化，就可确定该环境因素对酶活性的影响。

2．设计方案

项目

实验组

对照组

材料

等量的同一种底物和等量的同种酶

试剂

待测的自变量

蒸馏水或其他无关变量

现象

反应速率快或慢

正常的反应速率

结论

反应速率快→对酶活性有促进作用；反应速率慢→对酶活性有抑制作用；反应速率没有变化→无影响

3.设置实验步骤时，应注意

（1）根据试题要求，确定单一变量，依据实验变量进行合理分组。

（2）根据实验材料，结合实验原理，确定实验现象的观测手段。

（3）除单一变量外，确保其他实验条件相同且适宜。

（4）合理确定操作程序，确保程序合理、表达准确。

[例1]下列有关探究温度、pH对酶活性影响的实验设计合理的是（　B　）

实验编号

探究课题

选用材料与试剂

①

温度对酶活性的影响

过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液

②

温度对酶活性的影响

新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液

③

pH对酶活性的影响

新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液

④

pH对酶活性的影响

新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林试剂

A.实验①　B．实验②　

C．实验③　D．实验④

解析　过氧化氢在高温下易分解，因此不能用过氧化氢作为底物来探究温度对酶活性的影响，A项错误；根据酶的专一性，蔗糖酶不能使淀粉水解，C项错误；淀粉在酸性条件下易分解，因此不能用淀粉作为底物探究pH对酶活性的影响，D项错误。

二　与酶有关的实验设计

1．试剂检测探究酶的本质

（1）设计思路：

从酶的化学本质上来讲，绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。

在高中教材中常见的一些酶，如淀粉酶、蛋白酶等，其本质都是蛋白质。

所以，对酶本质的验证常常是变相地考查蛋白质的鉴定方法。

因此，使用双缩脲试剂进行鉴定即可。

（2）设计方案

项目

实验组

对照组

材料

待测酶溶液

已知蛋白液（等量）

试剂

分别加入等量的双缩脲试剂

现象

是否呈现紫色

呈现紫色

结论

呈现紫色说明该酶的化学本质为蛋白质；否则该酶的化学本质不是蛋白质

2.对比法探究酶的高效性

（1）设计思路：

通过将不同类型催化剂（主要是酶与无机催化剂）催化底物的反应速率进行比较，得出结论。

（2）设计方案

项目

实验组

对照组

材料

等量的同一种底物

试剂

与底物相对应的酶溶液

等量的无机催化剂

现象

反应速度很快，或反应用时短

反应速度缓慢，或反应用时长

结论

酶具有高效性

3.对比法探究酶的专一性

（1）设计思路：

常见的方案有两种，即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。

（2）设计方案

项目

方案一

方案二

实验组

对照组

实验组

对照组

材料

同种底物（等量）

与酶相对应的底物

另外一种底物

试剂

与底物相对应的酶

另外一种酶

同一种酶（等量）

现象

发生反应

不发生反应

发生反应

不发生反应

结论

酶具有专一性

[例2]如图是探究过氧化氢酶量对酶促反应速率影响的实验装置图。

请回答下列问题。

（1）本实验中对自变量的控制可通过__改变滤纸片的大小和数目__来实现。

除了自变量和因变量外，本实验中哪些是无关变量？

__过氧化氢溶液的量、溶液的pH、反应时间等__（答出主要两点）。

（2）若要验证酶的专一性，在此实验装置的基础上，应如何改进？

__增加对照组，将肝脏研磨液换成淀粉酶等其他种类的酶__（请写出具体的措施）。

（3）能否用本实验装置来验证温度对酶活性的影响？

__不能__，原因是__高温条件下过氧化氢不稳定易分解__。

（4）在相同浓度相同体积的过氧化氢溶液的不同实验组中加入相同大小不同数目的浸润过肝脏研磨液的滤纸片，则几个实验组最终生成的气体量是否相同？

__相同__。

原因是__酶只改变化学反应的速率不影响反应平衡__。

解析　

（1）该实验中，自变量是过氧化氢酶的量，因此可以通过改变浸过肝脏研磨液的滤纸片的大小和数目来实现对自变量的控制。

本实验中的无关变量有过氧化氢溶液的量、溶液的pH、反应时间等。

（2）酶的专一性可以用不同的酶催化同一种底物的实验加以对照分析，在题干实验装置的基础上，可以增加对照组，将肝脏研磨液换成淀粉酶等其他种类的酶。

（3）由于H2O2在加热的条件下分解较快，故不能用于验证温度对酶活性的影响。

（4）由于酶只改变化学反应的速率，不影响反应平衡，并且各组底物量相等，因此几个实验组最终生成的气体量相同。

[例1]某校生物研究性学习小组通过使用三种生物的淀粉酶提取液（提取液中酶浓度相同）进行实验，比较这三种生物所产生的淀粉酶的活性大小。

实验步骤如下：

步骤

试管1

试管2

试管3

试管4

加蒸馏水

2mL

①

加pH＝8的缓冲液

0.5mL

加淀粉溶液

2mL

加酶提取液

甲生物淀粉酶提取液

1mL

乙生物淀粉酶提取液

1mL

丙生物淀粉酶提取液

1mL

37℃水浴保温

30min

滴加碘液

5滴

实验结果：

编号

试管1

试管2

试管3

试管4

颜色深浅程度

＋＋

－

＋

②

（注：

“＋”显色，“＋＋”显深色，“－”不显色。

）

请根据实验步骤和实验结果回答下列问题：

（1）表中①处应为__________；②处颜色深浅程度应表示为__________（用“＋”或“－”表示）。

（2）该实验的自变量是__________，

无关变量有__________（至少写出2种）。

（3）除用碘液检验淀粉的剩余量来判断实验结果外，还可以用________________来检验生成物的量。

若用该试剂检验，颜色变化最深的试管是__________________。

（4）根据上述结果得出的结论是：

不同

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