专题二 第3讲 ATP酶与物质运输.docx

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专题二第3讲ATP酶与物质运输

第3讲　ATP、酶与物质运输

1．从ATP结构简式理解其组成

上图所示序号分别表示为：

①C、H、O、N、P；②腺苷；③核糖；④腺嘌呤；⑤核糖；⑥磷酸基团；⑦高能磷酸键；⑧腺苷；⑨ADP（腺苷二磷酸）。

提醒

（1）ATP≠能量。

ATP是一种高能磷酸化合物，是一种能源物质，不能将两者等同起来。

（2）生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP含量很少，其供应依赖于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）ATP产生量与O2供给量间的关系如下

2．牢记ATP产生和消耗的细胞结构及生理过程

（1）质膜：

消耗ATP——主动转运、胞吞、胞吐。

（2）细胞溶胶：

产生ATP——细胞呼吸糖酵解阶段。

（3）叶绿体：

①产生ATP——光反应。

②消耗ATP——碳反应和自身DNA复制、转录，蛋白质合成等。

（4）线粒体：

①产生ATP——需氧呼吸的柠檬酸循环、电子传递链阶段。

②消耗ATP——自身DNA复制、转录，蛋白质合成等。

（5）核糖体：

消耗ATP——蛋白质的合成。

（6）细胞核：

消耗ATP——DNA复制、转录等。

3．走出有关酶的6个误区

（1）误认为“酶的本质是蛋白质”，实际上绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，进而引申为合成的原料是氨基酸或核糖核苷酸，合成的场所是核糖体或细胞核。

（2）误认为“具有分泌功能的细胞才能产生酶”，实际上，凡是活细胞（哺乳动物成熟的红细胞除外）都能产生酶。

（3）误认为“酶具有调节、催化等多种功能”，实际上酶是生物催化剂，只起催化作用。

（4）误认为“酶只在细胞内起催化作用”，实际上酶既可在细胞内，也可在细胞外发挥作用。

（5）误认为“低温引起酶变性失活”，实际上低温影响酶的活性，但不破坏酶的结构，且低温处理后再回到最适温度条件下，仍具有高效催化性。

（6）误认为“过氧化氢酶和加热促使过氧化氢分解的机理相同”，实际上过氧化氢酶是降低了过氧化氢分解反应的活化能，而加热是使过氧化氢分子获得能量，从常态转变为容易分解的活跃态。

4．理清酶的特性及影响因素的3类曲线

（1）酶的特性的曲线

①图1中加酶的曲线和加无机催化剂的曲线比较表明：

酶具有高效性。

②图2中两曲线比较表明：

酶具有专一性。

（2）各因素对酶促反应速率的影响曲线

①分析图3和图4：

温度或pH通过影响酶的活性来影响酶促反应速率。

②分析图5：

OP段的限制因素是底物浓度，P点以后的限制因素则是酶浓度。

③分析图6中的曲线，反应溶液中pH的变化不会（填“会”或“不会”）影响酶作用的最适温度。

5．酶的特性及相关探究实验

（1）若底物选择淀粉和蔗糖，酶溶液为淀粉酶，验证酶的专一性，检测底物是否被分解的试剂宜选用本尼迪特试剂，不能选用碘—碘化钾溶液，因为碘—碘化钾溶液无法检测蔗糖是否被水解。

（2）若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测试剂宜选用碘—碘化钾溶液，不应该选用本尼迪特试剂，因为本尼迪特试剂需热水浴加热，而该实验中需严格控制温度。

另外在酶溶液和反应物混合前，需要把两者先分别放在各自所需温度下保温一段时间。

（3）在探究酶的最适温度的实验中不宜选择过氧化氢酶催化H2O2分解，因为底物H2O2在加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。

（4）在探究酶的最适pH实验中，操作时必须先将酶和底物分别置于不同pH条件下，然后再将同一pH条件下处理的底物和酶混合，而不能把酶加入反应物中后，再加入盐酸溶液或氢氧化钠溶液。

一般不选择淀粉和淀粉酶进行此实验，因为淀粉在酸性条件下会被水解。

（5）探究酶的高效性时，对照组应为无机催化剂；探究酶的催化作用时，对照组应为不加催化剂；探究酶的专一性时，既可用同一种酶作用于不同底物，也可用不同酶作用于同一底物。

6．物质运输

（1）对渗透作用的理解

①水分子的移动方向是双向的，但最终渗透方向是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数多。

②渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，实质是指渗透压。

③如果溶质分子不能透过半透膜，在达到渗透平衡时，一般两侧溶液的浓度并不相等，因为液面高的一侧形成的静水压，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散，如透析袋内蔗糖溶液与透析袋外的清水可达到渗透平衡，但浓度不相等。

（2）物质出入细胞方式的判断

（3）影响物质跨膜转运的两大因素——物质浓度、O2浓度

提醒

　有关物质跨膜转运的6点提醒

（1）各种离子和脂溶性差的小分子物质如葡萄糖、氨基酸等，在通过细胞膜时需要载体蛋白协助。

这些物质进出细胞时，如果顺浓度梯度发生则为易化扩散，如果逆浓度梯度发生则为主动转运。

例如，K＋由组织液进入神经细胞以主动转运的方式进行。

（2）跨膜转运是由物质直接穿过细胞膜完成的，动力来自物质浓度差或ATP供能，不但说明细胞膜具有控制物质出入细胞的功能，也体现了细胞膜具有选择透性。

（3）载体蛋白转运物质过程中形状会发生改变，但不一定都会消耗能量，如易化扩散中载体蛋白形状的变化。

（4）胞吞和胞吐是借助膜的融合完成的，其动力来自ATP供能，与膜的流动性有关，体现了细胞膜具有一定的流动性。

（5）理解原理，掌握影响因素：

氧气浓度是通过影响细胞需氧呼吸速率来影响物质转运中的能量供应，但氧气浓度为零时，厌氧呼吸也能为其提供能量；温度可通过影响膜的流动性和有关酶的活性来影响物质的转运速率。

（6）物质进出细胞核并非都通过核孔复合体：

核孔复合体是RNA和蛋白质等大分子物质进出细胞核的通道；小分子物质进出细胞核是通过跨膜转运实现的，都具有选择性。

7．质壁分离及复原的条件、原因、过程和判断方法

质壁分离及质壁分离复原的条件

（1）活细胞；

（2）有细胞壁和大液泡；（3）细胞液与外界溶液有浓度差

质壁分离及质壁分离复原的内因

质膜及其以内部分伸缩性＞细胞壁的伸缩性

质壁分离的外因

细胞液浓度＜外界溶液浓度，细胞失水

质壁分离复原的外因

细胞液浓度＞外界溶液浓度，细胞吸水

不同实验材料色素分布

（1）洋葱外表皮细胞——液泡中的色素；

（2）洋葱内表皮细胞＋红墨水染色——色素分布在质膜外；

（3）黑藻叶肉细胞——叶绿体中的色素

从细胞角度判断

（1）具有大液泡的成熟植物细胞才可发生质壁分离及复原现象；

（2）死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞（如根尖分生区细胞）不发生质壁分离及复原现象

从溶液角度判断

（1）在溶质可穿膜的溶液中（如KNO3、甘油等），细胞可发生先质壁分离后自动复原现象；

（2）在溶质不能穿膜的溶液中，细胞只会发生质壁分离现象，不能自动复原；

（3）在高浓度溶液中细胞可发生质壁分离现象，但会因过度失水而死亡，不再复原

1．有关ATP、酶及其相关实验的正误判断

（1）肌肉收缩过程中，肌肉改变形状是放能反应（　×　）

（2）蛋白质在消化道内水解为多肽和氨基酸的过程是放能反应（　×　）

提示　蛋白质在消化道内水解为多肽和氨基酸，是在蛋白酶、肽酶的作用下进行的，该过程既不吸能也不放能。

（3）人长时间剧烈运动时，骨骼肌细胞中每摩尔葡萄糖生成ATP的量与安静时相等（　×　）

提示　剧烈运动时，骨骼肌细胞中部分葡萄糖会发生厌氧呼吸，其与安静时（只进行需氧呼吸）生成ATP的量不相同。

（4）酶的合成需要ATP供能，ATP的合成需要酶的催化（　√　）

（5）同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中（　√　）

（6）探究温度对酶活性的影响实验时，将酶与底物溶液在室温下混合后于不同温度下保温（　×　）

提示　酶与底物溶液应分别保温达到相应温度后再混合。

（7）RNA聚合酶能够识别RNA上的启动部位（　×　）

（8）淀粉和淀粉酶能用来探究温度、酸碱度对酶活性的影响（　×　）

提示　淀粉在酸性环境下易被水解。

（9）胃蛋白酶在pH为3、7、11的溶液中水解蛋清可验证pH对酶活性的影响（　×　）

提示　胃蛋白酶的适宜pH为2左右，所以设计的pH取值不合理。

2．有关物质出入细胞的方式的正误判断

（1）质壁分离过程中，水分子外流导致细胞内渗透压升高（　√　）

（2）物质运输过程中载体蛋白都会发生形状变化且需要消耗能量（　×　）

提示　易化扩散需要载体蛋白且不需要消耗能量。

（3）雌激素需通过胞吐的方式从卵巢中分泌出来（　×　）

提示　雌激素属于脂质，从卵巢内的分泌细胞分泌出来一般是通过扩散的方式。

（4）同一种物质进出同一细胞时，转运方式可能不同（　√　）

提示　例如Na＋运出神经细胞的转运方式是主动转运，运进是易化扩散。

（5）膜电位由内负外正转变为内正外负的过程中有Na＋流入细胞，膜电位恢复过程中有Na＋排出细胞，其方式分别为被动转运和主动转运（　√　）

（6）质壁分离实验中，不能用光学显微镜观察到质膜及其以内部分紧紧地贴着细胞壁（　×　）

（7）质壁分离及质壁分离复原实验中实验材料不能是绿色植物的叶肉细胞或紫色洋葱内表皮细胞（　×　）

提示　质壁分离及质壁分离复原实验中常用紫色洋葱外表皮细胞，因为有紫色大液泡，绿色植物的叶肉细胞有叶绿体也可作为实验材料。

1．渗透平衡时细胞内外的浓度一定相等吗？

请说明理由。

提示　不一定；渗透平衡≠浓度相等，达到渗透平衡时半透膜两侧水分子移动达到动态平衡，此时膜两侧不同溶液的浓度未必相等。

2．无机盐离子都是通过主动转运进出细胞吗？

请说明理由。

提示　不是；Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动转运的方式进出细胞，但也可通过易化扩散（离子通道）的方式进出细胞，如神经细胞维持静息电位时的K＋外流和形成动作电位时的Na＋内流。

3．在做温度影响酶的活性的实验中，若某两支试管的反应速率相同，在其他条件均相同的条件下，可判断这两支试管所处的环境温度也一定是相同的吗？

请说明理由。

提示　不一定；可能存在两个不同的温度，这两个温度分别位于最适温度的左右，此时酶的活性相同。

4．在测定胃蛋白酶活性时，将溶液的pH由10降到2的过程中，胃蛋白酶的活性将逐渐增强吗？

请说明理由。

提示　不是；胃蛋白酶在pH＝10的时候已经变性失活，无法复原。

命题点一　考查ATP的结构和功能

1．（2020·温州模拟）下列关于ATP的叙述，正确的是（　　）

A．ATP中的能量不能转移到蛋白质中

B．肌肉收缩过程中需消耗能量，ATP使肌肉中的能量增加，改变形状，是吸能反应

C．钾离子顺浓度梯度跨膜转运需要ATP供能

D．生态系统以ATP的形式实现能量传递

答案　B

解析　蛋白质合成的过程中，需要ATP供能，ATP中的能量可以转移到蛋白质中，A错误；钾离子顺浓度梯度跨膜转运属于易化扩散，不需要ATP供能，C错误；生态系统中各营养级之间进行能量传递时通过含碳有机物中的化学能进行传递，D错误。

2．下列有关ATP的叙述，错误的是（　　）

A．神经细胞去极化时Na＋内流使ADP的含量下降

B．ATP中的“A”与构成DNA、RNA中的碱基“A”不是同一物质

C．质壁分离及质壁分离复原过程都不消耗ATP

D．ATP是细胞吸能反应的直接供能物质

答案　A

解析　神经细胞去极化时Na＋内流属于易化扩散，不消耗能量，故ADP的含量不会下降，A错误；ATP中的“A”指腺苷，DNA、RNA中的碱基“A”指腺嘌呤，它们不是同一物质，B正确；质壁分离及质壁分离复原过程主要是由于水的渗透作用，该过程属于扩散，不消耗ATP，C正确。

易混易错

　理清“A”的4种含义

（1）ATP：

A表示：

腺苷。

（2）核苷酸：

A表示：

腺嘌呤。

（3）DNA：

A表示：

腺嘌呤脱氧核糖核苷酸。

（4）RNA：

A表示：

腺嘌呤核糖核苷酸。

命题点二　考查酶实验及曲线分析（含相关实验）

3．下列有关酶的叙述，错误的是（　　）

A．酶在生物体外也能发挥作用

B．在相同条件下，对同一反应酶总是比无机催化剂的催化效率高

C．某些RNA也能降低化学反应的活化能

D．人体中提取的胃蛋白酶从100℃环境中转移到37℃的环境后，其活性不变

答案　B

解析　酶在细胞内和细胞外都可以发挥作用，A正确；酶的作用需要温和的条件，在高温、强酸、强碱等会使酶失活的条件下，无机催化剂的效率更高，B错误；有的酶的化学本质是RNA，能够降低化学反应的活化能，C正确；胃蛋白酶在100℃环境中已经失去活性，因此人体中提取的胃蛋白酶从100℃环境中转移到37℃的环境后，其活性不变，D正确。

4．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到图7可判断该酶很可能是麦芽糖酶

B．图2不能说明酶具有高效性，由图3可判断该酶的最适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．由图3和图4可知温度和pH对酶的影响机理是相同的

D．图6能说明Cl－是该酶的激活剂，而Cu2＋是该酶的抑制剂

答案　C

解析　低温可以抑制酶的活性，随着温度升高，酶的活性可以逐渐恢复，高温、过酸、过碱可以使酶的空间结构发生改变，使酶永久性的失活，C错误。

5．（2020·浙江7月选考）为研究酶作用的影响因素，进行了“探究pH对过氧化氢酶的影响”的活动。

下列叙述错误的是（　　）

A．反应小室应保持在适宜水温的托盘中

B．加入各组反应小室中含有酶的滤纸片的大小和数量应一致

C．将H2O2加到反应小室中的滤纸片上后需迅速加入pH缓冲液

D．比较各组量筒中收集的气体量可判断过氧化氢酶作用的适宜pH范围

答案　C

解析　探究pH对过氧化氢酶的影响时，温度是无关变量，应保持适宜的温度，A项正确；含有酶的滤纸片的大小和数量也是无关变量，应保持一致，B项正确；加入含酶的滤纸片后，应先加入pH缓冲液调节好不同pH，再将H2O2加到反应小室中的滤纸片上，避免未达到预设的pH时过氧化氢酶已催化H2O2分解，C项错误；比较各组量筒中单位时间内收集的气体量，气体量较多的两组对应的pH即为过氧化氢酶作用的适宜pH范围，D项正确。

6．科学家通过实验分别研究了pH对来自同一生物体的酶a和酶b的催化活性的影响，结果如图所示。

下列叙述正确的是（　　）

A．将pH从2调至6，酶b的活性逐渐增强

B．酶b的催化效率始终高于酶a

C．酶b具有高效性，酶a不具有高效性

D．酶a与酶b可能在不同部位起作用

答案　D

解析　酶b的最适pH为6，pH为2时，酶b失去活性，A错误；在不同的pH条件下，酶a和酶b的活性大小有区别：

pH小于5时，酶a的活性大于酶b；pH等于5时，酶b与酶a的活性相等；pH大于5时，酶b的活性大于酶a，B错误；酶都能降低化学反应的活化能，都具有高效性，C错误；酶a与酶b催化活性的最适pH不同，应该在该生物体的不同部位发挥作用，D正确。

命题点三　考查物质出入细胞的方式（含相关实验）

7．（2019·浙江4月选考）哺乳动物细胞在0.9%NaCl溶液中仍能保持其正常形态。

将兔红细胞置于不同浓度NaCl溶液中，一段时间后制作临时装片，用显微镜观察并比较其形态变化。

下列叙述正确的是（　　）

A．在高于0.9%NaCl溶液中，红细胞因渗透作用失水皱缩并发生质壁分离

B．在0.9%NaCl溶液中，红细胞形态未变是由于此时没有水分子进出细胞

C．在低于0.9%NaCl溶液中，红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至有的破裂

D．渗透作用是指水分子从溶液浓度较高处向溶液浓度较低处进行的扩散

答案　C

解析　兔红细胞没有细胞壁，不会发生质壁分离，A项错误；在0.9%NaCl溶液中，红细胞形态未变是由于水分子进出细胞达到平衡，B项错误；在低于0.9%NaCl溶液中，进入红细胞的水分子多于出红细胞的水分子，红细胞会因渗透作用吸水膨胀甚至有的破裂，C项正确；渗透作用是水分子通过膜的扩散，其中水分子是从其分子数相对较多处向相对较少处扩散，即从溶液浓度较低处向溶液浓度较高处进行扩散，D项错误。

8．下列关于物质跨膜转运的叙述，错误的是（　　）

A．主动转运过程中，需要载体蛋白协助和ATP提供能量

B．渗透、胞吞和胞吐都不需要跨膜，也不需要消耗能量

C．主动转运和易化扩散过程中，载体蛋白都会发生形变

D．质壁分离过程中，水分子通过扩散外流，导致细胞内渗透压升高

答案　B

9．下列关于图甲、图乙、图丙的叙述，正确的是（　　）

A．成熟的植物细胞能发生质壁分离的原因之一是其质膜相当于图甲中的③

B．图乙中，三种物质进入细胞的方式中只有钠离子的运输不是主动转运

C．图乙中，转运葡萄糖和钠离子的载体蛋白相同，可见载体不具有特异性

D．图丙中，限制b点和c点的物质转运速率的因素分别是载体蛋白数量和能量

答案　B

解析　图乙中尽管葡萄糖和钠离子载体相同，但载体蛋白仍具特异性，如其他离子不能由该载体蛋白转运，C错误；图丙中b点、c点的限制因素分别为能量和载体蛋白数量，D错误。