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【備考2024】生物高考一輪復習
第7講　酶和ATP
[課標要求] 1.說明絕大多數(shù)酶是一類能催化生化反應的蛋白質(zhì)，酶活性受到環(huán)境因素(如pH和溫度等)的影響2．解釋ATP是驅(qū)動細胞生命活動的直接能源物質(zhì)實驗：探究酶催化的專一性、高效性及影響酶活性的因素
[核心素養(yǎng)](教師用書獨具) 1.通過關(guān)于酶本質(zhì)的探索的學習，認識酶的化學本質(zhì)，并進行分析綜合，總結(jié)出酶的作用，并能設(shè)計實驗證明酶的作用及化學本質(zhì)。(生命觀念　科學思維　科學探究)2．通過分析與綜合，明確酶的高效性和專一性的含義，并學會設(shè)計實驗，探究酶的專一性和溫度、pH等對酶促反應的影響，進而明確酶在生產(chǎn)和生活中的應用。(科學探究　科學思維　社會責任)3．基于對細胞生命活動實例的分析，理解ATP是生命活動的直接能源物質(zhì)，并結(jié)合ATP的結(jié)構(gòu)特點，認同結(jié)構(gòu)和功能相適應的觀點。(生命觀念　科學思維)
考點1　酶的本質(zhì)作用和特性
一、酶的作用和本質(zhì)
1．酶本質(zhì)的探索歷程(連線)
提示：①—f　②—a　③—c　④—d、e　⑤—b
2．酶的本質(zhì)和作用
化學本質(zhì) 絕大多數(shù)是蛋白質(zhì) 少數(shù)是RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
合成場所 核糖體 主要是細胞核(真核細胞)
來源 一般來說，活細胞(哺乳動物成熟的紅細胞除外)都能產(chǎn)生酶
作用場所 細胞內(nèi)、外或生物體外均可
生理功能 催化作用
3.酶作用機理
(1)活化能：分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)所需要的能量。
(2)作用機理：降低化學反應的活化能。
(3)如圖曲線表示在無酶催化和有酶催化條件下某化學反應的能量變化過程。
①無酶催化與有酶催化的反應曲線分別是②①。
②ca段與ba段的含義分別是無催化劑的條件下反應所需要的活化能、酶降低的活化能。
③若將酶催化改為無機催化劑催化該反應，則b點在縱軸上將向上移動。
4．比較過氧化氫在不同條件下的分解
(1)實驗過程
(2)變量分析
二、酶的特性
1．酶的催化特性
(1)高效性：催化效率是無機催化劑的107～1013倍。
(2)專一性：每一種酶只能催化一種或一類化學反應。
(3)作用條件較溫和：在最適宜的溫度和pH條件下，酶的活性最高。高溫、過酸、過堿會使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞而失活；低溫條件下酶的活性很低，但空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
2．探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用
試管編號 1 2
注入可溶性淀粉溶液 2 mL －
注入蔗糖溶液 － 2 mL
注入新鮮的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
60 ℃水浴保溫5 min
新配制的斐林試劑 2 mL 2 mL
沸水浴煮沸1 min
實驗現(xiàn)象 有磚紅色沉淀 沒有磚紅色沉淀
(1)實驗結(jié)果和結(jié)論：1號試管有磚紅色沉淀生成，說明產(chǎn)生了還原糖，淀粉被水解，2號試管不出現(xiàn)磚紅色沉淀，說明蔗糖沒有被水解。結(jié)論：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有專一性。
(2)該實驗的自變量是底物的種類；因變量是底物是否被淀粉酶水解。本實驗設(shè)計思路是探究同一種酶是否能催化不同底物水解。
1．酶提供了反應過程所必需的活化能。 (×)
提示：酶的作用是降低活化能。
2．酶活性的發(fā)揮離不開其特定的結(jié)構(gòu)。 (√)
3．高溫和低溫均能破壞酶的結(jié)構(gòu)使其失去活性。 (×)
提示：低溫不破壞酶的結(jié)構(gòu)。
4．酶活性最高時的溫度適合酶的保存。 (×)
提示：酶適合保存在低溫條件下。
5．酶在催化反應完成后立即被分解。 (×)
提示：酶是催化劑，其在催化反應完成后不會被分解。
6．酶只能在細胞內(nèi)發(fā)揮作用。 (×)
提示：酶在細胞內(nèi)和細胞外都能發(fā)揮作用。
1．已知胃蛋白酶的最適pH為1.5，小腸液的pH為7.6，胃蛋白酶隨食糜進入小腸后還能發(fā)揮作用嗎？為什么？(必修1　P82“背景知識”)
提示：不能，因為沒有了適宜的pH，胃蛋白酶的活性大大降低甚至失活。
2．臨床上溶菌酶與抗生素混合使用，能增強抗生素的療效，溶菌酶的作用是什么？(必修1　P85“科學·技術(shù)·社會”)
提示：溶菌酶能夠溶解細菌的細胞壁。
1．低溫與高溫、過酸、過堿對酶活性影響的不同之處是__________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：低溫抑制酶的活性不破壞酶的結(jié)構(gòu)，高溫、過酸、過堿破壞酶的結(jié)構(gòu)
2．溫度和pH對酶促反應速率的影響與底物濃度和酶濃度對酶促反應速率影響的本質(zhì)不同是___________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
提示：溫度和pH通過影響酶的活性影響酶促反應速率，底物濃度和酶濃度不影響酶的活性，通過影響酶分子與底物的結(jié)合影響酶促反應速率
1．酶高效性的曲線分析
(1)與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。
(2)酶和無機催化劑一樣，只能縮短達到化學平衡所需要的時間，不能改變化學反應的平衡點。
2．酶專一性的曲線分析
(1)加入酶B的反應速率和無酶條件下的反應速率相同，說明酶B對此反應無催化作用。
(2)加入酶A的反應速率比無酶條件下的反應速率明顯加快，說明酶A對此反應有催化作用。
3．影響酶活性因素的相關(guān)曲線分析
甲　　　　　　　　　乙
(1)甲曲線分析：在一定溫度(pH)范圍內(nèi)，隨溫度(pH)的升高，酶的催化作用逐漸增強，超過最適溫度(pH)，酶的催化作用逐漸減弱。
(2)乙曲線分析：縱坐標為反應物剩余量(相對量)，反應物剩余量越多，生成物越少，反應速率越慢；圖示pH＝7時，反應物剩余量最少，該pH下的酶活性相對較高；反應溶液pH的變化不影響酶作用的最適溫度。
4．底物濃度和酶濃度對酶促反應的影響曲線分析
甲(在酶量一定的情況下)　　乙(在底物足量的情況下)
丙
(1)甲圖：在其他條件適宜、酶量一定的情況下，酶促反應速率先隨底物濃度增加而加快，當?shù)孜镞_到一定濃度后，受酶數(shù)量的限制，酶促反應速率不再增加。
(2)乙圖：在底物足量、其他條件適宜的情況下，酶促反應速率與酶濃度成正比。
(3)丙圖：其他條件適宜的情況下，酶量增加，酶促反應的底物飽和時對應的曲線上的a點應向右上移(對應b點位置)。
1．如圖表示將A、B兩種物質(zhì)混合，T1時加入酶C，在最適溫度下這兩種物質(zhì)濃度的變化。
(1)適當降低反應溫度，分析T2值如何變化？
(2)分析T2后B增加緩慢的原因。
(3)T1時加入酶C后，酶促反應速率變化有什么規(guī)律？
提示：(1)該圖為最適溫度下的物質(zhì)變化，適當降低反應溫度，達到反應平衡的時間會延長，T2值會增大。
(2)T2后B增加緩慢的原因是A濃度降低導致反應速率下降。
(3)T1時加入酶C后，酶促反應速率先快后慢。
2．小麥種子中含有α、β兩種淀粉酶，某學習小組對這兩種淀粉酶活性進行探究實驗，步驟如下：
①將等量的α 淀粉酶(70 ℃活性不受影響，100 ℃高溫下失活)與β 淀粉酶(70 ℃處理15 min即失活)加適量蒸餾水混合，分為甲、乙、丙三組；②甲組25 ℃下處理，乙組70 ℃水浴處理15 min后取出，丙組100 ℃下處理15 min后取出；③甲、乙、丙三組分別在25 ℃條件下加入等量且足量的淀粉溶液；④一段時間后，測得甲、乙、丙三組淀粉剩余量分別為a、b、c。請思考回答：
(1)三組淀粉剩余量最多的是哪一組？原因是什么？
(2)利用上述實驗結(jié)果，如何大致比較25 ℃條件下α 淀粉酶和β 淀粉酶活性的大小？
提示：(1)丙組；兩種淀粉酶在100 ℃條件下均失去活性，且降到25 ℃活性不能恢復。
(2)比較b－a(β 淀粉酶的活性)與c－b(α 淀粉酶的活性)數(shù)值的大小。
考查酶的本質(zhì)、作用和特性
1．生物體的正常生命活動離不開酶的作用。下列敘述中錯誤的是(　　)
A．酶是活細胞合成的有機物，大多數(shù)為蛋白質(zhì)，可在細胞內(nèi)外發(fā)揮作用
B．酶在代謝中起催化作用，能有效降低反應活化能，反應前后數(shù)量不變
C．酶受溫度、酸堿度、重金屬影響易變性，保存時要在低溫的緩沖液中
D．在酶促反應中，隨著酶濃度或底物濃度的增加，酶活性先升高后降低
D　[酶在細胞中合成，絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，胞內(nèi)酶在細胞內(nèi)起作用，胞外酶在細胞外起作用，A正確；酶是催化劑，反應前后數(shù)量不變，催化反應的原理是有效降低反應的活化能，B正確；酶易變性，受溫度、酸堿度和重金屬等因素影響，應保存在低溫的緩沖液中，C正確；酶濃度或底物濃度都會影響反應速率，但不會影響酶的活性，D錯誤。]
2．(2021·贛州聯(lián)考)下圖中曲線Ⅰ、Ⅱ分別表示物質(zhì)A在無催化劑條件和有酶催化條件下生成物質(zhì)P所需能量的變化過程。下列相關(guān)敘述正確的是(　　)
A．a(chǎn)d段表示在無催化劑的條件下，物質(zhì)A生成物質(zhì)P需要的活化能
B．若將酶催化改為無機催化劑催化該反應，則b在縱軸上將向下移動
C．若僅增加反應物A的量，則圖中曲線的原有形狀均發(fā)生改變
D．若曲線Ⅱ為最適酶促條件下的曲線，改變酶促條件后，b在縱軸上將向上移動
D　[ac段表示在無催化劑條件下，物質(zhì)A生成物質(zhì)P需要的活化能，A錯誤；與酶相比，無機催化劑降低化學反應活化能的效果不顯著，因此若將酶催化改為無機催化劑催化該反應，則b在縱軸上將向上移動，B錯誤；若僅增加反應物A的量，則圖中曲線的原有形狀不變，C錯誤；若曲線Ⅱ為最適酶促條件下的曲線，改變酶促條件后，則b在縱軸上將向上移動，D正確。]
　與酶相關(guān)的常見誤區(qū)明示
項目 正確說法 錯誤說法
化學本質(zhì) 絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA 酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)
產(chǎn)生部位 一般來說，凡是活細胞都能產(chǎn)生酶(不考慮哺乳動物的成熟紅細胞) 具有分泌功能的細胞才能產(chǎn)生酶
合成原料 氨基酸或核糖核苷酸 氨基酸
合成場所 核糖體或細胞核 核糖體
生理功能 生物催化劑，只起催化作用 酶具有調(diào)節(jié)、催化等多種功能
來源 在生物體內(nèi)合成 有的來源于食物
作用場所 既可在細胞內(nèi)，也可在細胞外、體外發(fā)揮作用 只在細胞內(nèi)起催化作用
溫度影響 低溫影響酶的活性，不破壞酶的結(jié)構(gòu)，但高溫易使酶失活 低溫會引起酶變性失活
作用前后 催化反應前后的數(shù)量和性質(zhì)沒有變化 發(fā)生催化作用后被分解
考查酶作用和特性的坐標曲線分析
3．(2021·濰坊檢測)下圖表示酶促反應速率在最適溫度和pH條件下，隨反應物濃度變化的曲線。以下分析正確的是(　　)
A．如果A點時溫度升高10 ℃，曲線上升幅度將變大
B．與A點相比，B點時的酶活性更高
C．B點時，向反應混合物中加入少量同樣的酶，反應速率會加快
D．如果B點時適當降低pH，會使酶降低化學反應活化能的效果更顯著
C　[酶活性受溫度、pH影響，該圖表示的是最適溫度下酶促反應，溫度升高或者降低都會使曲線下降，A錯誤；B點時的酶活性與A點相同，B錯誤；B點時，隨著反應物濃度增大，反應速率不再變化，限制酶促反應速率的條件可能是酶數(shù)量，所以向反應混合物中加入少量同樣的酶，反應速率會加快，C正確；B點pH下降，酶促反應速率下降，D錯誤。]
4．(2021·衡水中學二調(diào))某科研小組將新鮮的蘿卜磨碎、過濾制得提取液，以等體積等濃度H2O2為底物，對提取液中過氧化氫酶的活性進行相關(guān)研究，得到如圖所示的實驗結(jié)果。下列說法錯誤的是(　　)
實驗一
實驗二
A．從實驗一可以看出，與加Fe3＋相比，單位時間內(nèi)加蘿卜提取液產(chǎn)生的氧氣多，其原因是酶降低反應活化能的效果更顯著
B．若將實驗一中的蘿卜提取液換成等量的新鮮肝臟研磨液，則O2產(chǎn)生總量明顯增多
C．實驗二是在最適溫度下測定相同時間內(nèi)H2O2的剩余量，引起A、B曲線出現(xiàn)差異的原因最可能是酶的含量不同
D．過氧化氫酶制劑的保存，一般應選擇低溫、pH為7的條件
B　[實驗一的兩條曲線是比較相同時間內(nèi)蘿卜提取液和Fe3＋催化H2O2產(chǎn)生O2的量，主要目的是研究提取液中的過氧化氫酶和Fe3＋的催化效率，過氧化氫酶的催化效率高是因為酶降低活化能的效果更顯著，A正確；氧氣產(chǎn)生總量取決于底物過氧化氫的量，B錯誤；實驗二中在相同溫度下、相同時間內(nèi)過氧化氫的剩余量不同最可能是因為酶的量不同，C正確；低溫和中性環(huán)境不會破壞酶分子的結(jié)構(gòu)，有利于過氧化氫酶制劑的保存，D正確。]
　“四看法”分析酶促反應曲線
一看兩坐標軸的含義：分清自變量與因變量，了解兩個變量間的關(guān)系。
二看曲線的變化：利用數(shù)學模型法觀察同一條曲線的升、降或平的變化，掌握變量變化的生物學意義。如在分析影響酶促反應的因素時，一般情況下，曲線未達到平衡時，限制因素是橫坐標所表示的因素，當曲線達到平衡狀態(tài)后限制因素是除橫坐標所表示的因素之外的其他因素。
三看特殊點：即曲線的起點、終點、頂點、轉(zhuǎn)折點、交叉點等，理解特殊點的意義。
四看不同曲線的變化：理解曲線之間的內(nèi)在聯(lián)系，找出不同曲線的異同及變化的原因。
考查酶的作用和特性的實驗設(shè)計和分析
5．(2021·福建三校聯(lián)考)某興趣小組利用如圖所示裝置探究H2O2在不同條件下的分解，F(xiàn)eCl3可催化H2O2的分解。實驗中所用各種溶液的量相同。下列敘述正確的是(　　)
　
甲　　　　　　　　乙
A．甲、乙裝置反應結(jié)束后，量筒Ⅱ中收集到的氣體多于量筒Ⅰ
B．若探究溫度對酶活性的影響，可設(shè)置一系列溫度梯度的裝置乙
C．將裝置甲中的FeCl3溶液換成淀粉酶溶液可探究酶的專一性
D．將裝置甲中的FeCl3溶液換成HCl溶液可探究酶的活性受pH影響
C　[由于過氧化氫的量是一樣的，所以最后產(chǎn)生的氧氣的量是一樣的，A錯誤；探究溫度對酶活性的影響不能選擇過氧化氫作為底物，B錯誤；將裝置甲中的FeCl3溶液換成淀粉酶溶液可探究酶的專一性，C正確；探究pH對酶活性的影響需要將HCl和NaOH分別加入過氧化氫酶溶液中處理，D錯誤。]
6．(2021·廣州二模)研究者進行兩項乳糖水解反應實驗，實驗一用不同濃度的酶作用于10%的乳糖溶液， 實驗二選用實驗一的某一酶濃度為條件，用不同濃度的乳糖溶液進行實驗。兩項實驗反應體系的體積相同且相對反應速率的基準一致，結(jié)果見表1、2。下列敘述錯誤的是(　　)
表1　不同酶濃度下乳糖水解相對反應速率
組別 酶濃度/% 相對反應速率
1 0 0
2 1 25
3 2 50
4 4 100
表2　不同乳糖濃度下乳糖水解相對反應速率
組別 乳糖濃度/% 相對反應速率
1 0 0
2 5 25
3 10 50
4 20 65
A．該實驗的反應速率可以用單位時間、單位體積內(nèi)產(chǎn)物的生成量表示
B．實驗一若改用20%的乳糖溶液，則組別3的相對反應速率為100
C．實驗二組別4中乳糖水解增速變緩的原因是酶的數(shù)量有限
D．比較實驗一與實驗二可知，實驗二中的酶濃度為2%
B　[酶促反應的速率可以用單位時間、單位體積內(nèi)產(chǎn)物的生成量或底物的減少量表示，A正確；據(jù)表2可知，當乳糖濃度為20%時，相對反應速率為65，B錯誤；據(jù)分析可知，實驗二中當酶的作用達到或接近飽和時，增大底物濃度水解增速會變緩，C正確；實驗一選用的乳糖濃度為10%，根據(jù)實驗二組別3乳糖濃度為10%時相對反應速率為50，與實驗一中酶濃度為2%一致，故可知實驗二中選用的酶濃度為2%，D正確。]
考點2　(探究·實踐)探究影響酶活性的因素
1．實驗原理
(1)探究溫度對酶活性的影響
①反應原理
②鑒定原理：溫度影響酶的活性，從而影響淀粉水解，滴加碘液，根據(jù)是否出現(xiàn)藍色及藍色的深淺來判斷酶的活性。
(2)探究pH對酶活性的影響
①反應原理：2H2O22H2O＋O2。
②鑒定原理：pH影響酶的活性，從而影響氧氣的生成量，可用帶火星的衛(wèi)生香燃燒情況來檢驗O2產(chǎn)生量的多少。
2．實驗步驟與結(jié)論
(1)溫度對酶活性的影響
①實驗步驟與現(xiàn)象(如表)
試管編號 試管1 試管1′ 試管2 試管2′ 試管3 試管3′
實驗步驟 一 1 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 1 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 1 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液
二 放入0 ℃冰水中約5 min 放入60 ℃熱水中約5 min 放入100 ℃熱水中約5 min
三 將1與1′試管內(nèi)的液體混合后繼續(xù)在0 ℃冰水內(nèi)放置10 min 將2與2′試管內(nèi)的液體混合后繼續(xù)在60 ℃熱水內(nèi)放置10 min 將3與3′試管內(nèi)的液體混合后繼續(xù)在100 ℃熱水內(nèi)放置10 min
四 取出試管各加入兩滴碘液，振蕩
實驗現(xiàn)象 變藍 不變藍 變藍
②實驗結(jié)論：在最適溫度條件下，酶的活性最高，高溫、低溫都影響酶的活性。
(2)pH對酶活性的影響
①實驗步驟與現(xiàn)象(如表)
試管編號 試管1 試管2 試管3
實驗步驟 一 2滴過氧化氫酶溶液
二 1 mL蒸餾水 1 mL物質(zhì)的量濃度為0.01 mol/L的鹽酸溶液 1 mL物質(zhì)的量濃度為0.01 mol/L的NaOH溶液
三 2 mL體積分數(shù)為3%的過氧化氫溶液
實驗現(xiàn)象 衛(wèi)生香燃燒猛烈 衛(wèi)生香燃燒不猛烈 衛(wèi)生香燃燒不猛烈
②實驗結(jié)論：在最適pH條件下，酶的活性最高，過酸、過堿都影響酶的活性。
1．實驗變量控制的三個原則
實驗變量 控制原則 實例
自變量 單一變量原則 探究溫度對酶活性的影響實驗中只有溫度一個自變量
無關(guān)變量 等量適宜原則 探究溫度對酶活性的影響實驗中pH為無關(guān)變量，不但相同，還要適宜
因變量 可觀測性原則 探究溫度對酶活性的影響實驗中，根據(jù)淀粉遇碘變藍的顏色反應將不可觀測的反應直觀地顯現(xiàn)出來，便于實驗結(jié)果的觀測
2.實驗材料和試劑的選擇
(1)探究溫度影響酶活性的實驗不宜選擇過氧化氫(H2O2)和過氧化氫酶做實驗材料，因為過氧化氫(H2O2)在常溫常壓時就能分解，加熱條件下分解會加快，從而影響實驗結(jié)果。
(2)探究pH影響酶活性的實驗不宜選擇淀粉和淀粉酶做實驗材料，因為強酸能催化淀粉水解，從而影響實驗結(jié)果。
3．實驗步驟和結(jié)果檢測的注意事項
(1)若選擇淀粉和淀粉酶探究溫度影響酶的活性，檢測底物被分解的試劑宜選用碘液，不宜選用斐林試劑，因為用斐林試劑鑒定時需水浴加熱，而該實驗中需嚴格控制溫度。
(2)在探究溫度影響酶活性的實驗中應將淀粉溶液和淀粉酶溶液在設(shè)定的溫度下先保溫一段時間后再混合，而不能先混合再保溫，因為酶具有高效性，酶和底物混合后，就發(fā)揮催化作用，這樣反應不是在設(shè)定的溫度下完成，自變量控制不嚴格。
(3)在探究pH對酶活性的影響時，需要保證酶的最適溫度(排除溫度干擾)，且將酶溶液的pH調(diào)至實驗要求的pH后再讓反應物與底物接觸，不宜在未達到預設(shè)pH前，讓反應物與酶接觸。
1．(2021·茂名一模)在探究溫度對酶活性影響的實驗設(shè)計中，下列操作及材料的選取合理的是(　　)
A．選用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液和碘液
B．選用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液和斐林試劑
C．選用過氧化氫溶液和新鮮的肝臟研磨液
D．將酶和底物在室溫下混合后置于不同溫度下保溫
A　[碘液可以使淀粉變藍色，經(jīng)淀粉酶處理過的淀粉溶液遇碘液后藍色變淺，實驗結(jié)果明顯，因此可以用碘液進行檢驗，A正確。斐林試劑在檢驗還原糖時需要水浴加熱，溫度會影響淀粉酶的活性，B錯誤。溫度會影響過氧化氫的分解，影響實驗結(jié)果，C錯誤。探究溫度對酶活性的影響時，將酶與底物溶液在不同溫度下分別保溫后在相同溫度混合，D錯誤。]
2．探究溫度對酶活性影響最合理的實驗步驟是 (　　)
①取3支試管，編號，各注入2 mL淀粉液；另取3支試管，編號，各自注入1 mL新鮮的淀粉酶溶液　②將淀粉酶溶液注入相同溫度下的淀粉液試管中，維持各自的溫度5 min　③向各試管中滴一滴碘液　④將6支試管分成三組，每組各有一份淀粉液和一份淀粉酶溶液，分別放在60 ℃的熱水、沸水和冰水中　⑤觀察實驗現(xiàn)象
A．①②④③⑤　　 B．①③②④⑤
C．①③④②⑤ D．①④②③⑤
D　[實驗設(shè)計要排除無關(guān)變量，酶和底物保持在相同溫度下發(fā)生催化反應，才能嚴格控制溫度，所以最合理的實驗步驟為①④②③⑤。]
3．下表是某小組為探究“過氧化氫酶的活性是否受pH的影響”而設(shè)計的實驗操作步驟(豬肝中含有過氧化氫酶)。請回答下列問題：
操作步驟 操作方法 試管甲 試管乙
1 加體積分數(shù)為3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL
2 加質(zhì)量分數(shù)為5%的鹽酸溶液 1 mL —
3 加質(zhì)量分數(shù)為5%的氫氧化鈉溶液 — 1 mL
4 加質(zhì)量分數(shù)為20%的豬肝研磨液 2滴 2滴
5 觀察相同時間內(nèi)試管中產(chǎn)生的氣泡數(shù)量
(1)上述操作步驟中存在明顯的缺陷，請寫出改進方案：
①____________________________________________________________，
②____________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)在完成改進方案后，若實驗結(jié)果為________________________________
__________，則說明過氧化氫酶的活性受pH的影響。
(3)如果本實驗用出現(xiàn)一定氣泡數(shù)量所需要的時間來表示酶的活性，那么所需的時間越長，酶的活性越________。
(4)如果將本實驗的自變量換成溫度來探究“過氧化氫酶的活性是否受溫度的影響”你認為是否合適？________，原因是______________________________
___________________________________________________________________。
[解析]　(1)本實驗應該有蒸餾水對照、過酸、過堿這三組，并且應該是自變量處理在前。(2)在完成改進方案后，若甲、乙兩試管中產(chǎn)生的氣泡數(shù)量少，丙試管中產(chǎn)生大量的氣泡，則說明過氧化氫酶的活性受pH的影響；若甲、乙、丙3支試管中產(chǎn)生的氣泡的情況基本一樣，則說明過氧化氫酶的活性不受pH的影響。(3)如果本實驗用出現(xiàn)一定氣泡數(shù)量所需要的時間來表示酶的活性，那么所需的時間越長，酶的活性越低。(4)過氧化氫會隨溫度升高分解加快，從而對實驗結(jié)果造成干擾，因此不能用過氧化氫酶探究溫度對酶活性的影響。
[答案]　(1)①操作步驟1、4互換　②增加丙試管，在加入鹽酸或氫氧化鈉的步驟中換為加入1mL蒸餾水，其他步驟與修正后的步驟相同　(2)甲、乙兩試管中產(chǎn)生的氣泡數(shù)量少，丙試管中產(chǎn)生大量的氣泡　(3)低　(4)否(不合適)　過氧化氫會隨著溫度的升高分解加快，從而對實驗結(jié)果造成干擾
考點3　細胞的能量“貨幣”ATP
一、ATP的結(jié)構(gòu)
1．圖中各部分名稱
A代表腺嘌呤，P代表磷酸基團，①代表腺苷，②代表AMP，即腺嘌呤核糖核苷酸，③代表ADP，④代表ATP，⑤代表特殊的化學鍵。
2．特點
(1)ATP不穩(wěn)定的原因是ATP中兩個相鄰的磷酸基團都帶負電荷而相互排斥等，使得特殊的化學鍵不穩(wěn)定，末端磷酸基團有較高的轉(zhuǎn)移勢能。
(2)ATP的水解過程就是釋放能量的過程，1 mol ATP水解釋放的能量高達30.54 kJ，所以說ATP是一種高能磷酸化合物。
(3)ATP在酶的作用下水解時，脫離下來的末端磷酸基團挾能量與其他分子結(jié)合，從而使后者發(fā)生變化。
二、ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化
三、ATP的利用
1．ATP為細胞中絕大多數(shù)需能生命活動直接供能
2．ATP為Ca2＋跨膜主動運輸直接供能機理分析
(1)Ca2＋與膜上載體蛋白(催化ATP水解的酶)相應位點結(jié)合，酶活性被激活→(2)酶水解ATP釋放的末端磷酸基團與Ca2＋載體蛋白結(jié)合導致后者磷酸化，伴隨著能量的轉(zhuǎn)移→(3)Ca2＋載體蛋白空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使Ca2＋的結(jié)合位點轉(zhuǎn)向膜外側(cè)，將Ca2＋釋放到膜外。
3．ATP是細胞內(nèi)流通的能量“貨幣”
(1)化學反應中的能量變化與ATP的關(guān)系
①許多吸能反應一般與ATP水解的反應相聯(lián)系；
②許多放能反應一般與ATP合成的反應相聯(lián)系。
(2)能量通過ATP分子在吸能反應和放能反應之間循環(huán)流通。
1．1個ATP分子中只含有1個腺嘌呤和3個磷酸基團。 (×)
提示：1個ATP分子中含有1個腺嘌呤、1個核糖和3個磷酸基團。
2．ATP是生命活動的直接能源物質(zhì)，但它在細胞中的含量很少。 (√)
3．淀粉水解成葡萄糖時伴隨有ATP的生成。 (×)
提示：淀粉水解成葡萄糖時不合成ATP。
4．ATP水解釋放的能量可用于細胞內(nèi)的吸能反應。 (√)
5．無氧條件下，光合作用是葉肉細胞產(chǎn)生ATP的唯一來源。
(×)
提示：無氧呼吸也能產(chǎn)生ATP。
6．線粒體內(nèi)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和葉綠體中進行光反應的膜結(jié)構(gòu)中都能合成ATP。 (×)
提示：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上不能產(chǎn)生ATP。
1．寫出下圖中的“A”的含義：(必修1　P86“相關(guān)信息”)
①________；②________；③________；④________。
提示：腺苷　腺嘌呤　腺嘌呤脫氧核苷酸　腺嘌呤核糖核苷酸
2．ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化是不是一個可逆反應？為什么？(必修1　P87“圖5－4”)
提示：不是可逆反應，因為從物質(zhì)方面看是可逆的，從酶、進行的場所、能量來源等方面看是不可逆的。
1．人體內(nèi)ATP的含量很少，但在劇烈運動時，每分鐘約有0.5 kg的ATP轉(zhuǎn)化為ADP，以供運動之需，但人體內(nèi)ATP總含量并沒有太大變化，這一事實說明________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
提示：ATP與ADP時刻不停地發(fā)生快速相互轉(zhuǎn)化，并且處于動態(tài)平衡之中
2．植物、動物、細菌和真菌的細胞內(nèi)，都以ATP作為能量“貨幣”，由此說明_________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
提示：生物界具有統(tǒng)一性，也反映種類繁多的生物有著共同的起源
1．ATP的再生和利用圖解
2．ATP產(chǎn)生量與O2供給量的關(guān)系分析
實驗室里有螢火蟲尾部研磨粉、生理鹽水、葡萄糖溶液、ATP溶液，請設(shè)計實驗證明ATP是直接能源物質(zhì)。寫出實驗步驟和實驗結(jié)果。
思路建模：設(shè)置對照→分組編號→控制自變量→檢測因變量。
提示：將螢火蟲尾部研磨粉用生理鹽水配制成懸濁液；取兩支試管編號為甲、乙，分別加入等量的已配制的懸濁液；向甲試管中加入兩滴ATP溶液，向乙試管中加入兩滴葡萄糖溶液，在黑暗環(huán)境中觀察兩試管；觀察到甲試管發(fā)出熒光，乙試管沒有發(fā)出熒光。
ATP的結(jié)構(gòu)特點及ATP與ADP的轉(zhuǎn)化
1．(2021·長沙聯(lián)考)物質(zhì)甲、乙通過反應①、②相互轉(zhuǎn)化的反應如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．物質(zhì)甲徹底水解得到的產(chǎn)物是合成DNA和RNA的原料
B．根尖分生區(qū)細胞中反應②可以發(fā)生在細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和葉綠體中
C．細胞中甲和乙的相互轉(zhuǎn)化時刻不停地發(fā)生并處于動態(tài)平衡之中
D．放能反應一般與反應①相聯(lián)系，吸能反應一般與反應②相聯(lián)系
C　[物質(zhì)甲是ATP，ATP徹底水解得到的產(chǎn)物是磷酸、核糖和腺嘌呤，而合成DNA和RNA的原料是核苷酸，A錯誤；根尖分生區(qū)細胞中反應②可以發(fā)生在細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體中，根尖分生區(qū)細胞無葉綠體，B錯誤；細胞中甲和乙即ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化時刻不停地發(fā)生并處于動態(tài)平衡之中，C正確；放能反應一般與ATP的合成即反應②相聯(lián)系，吸能反應一般與ATP的水解即反應①相聯(lián)系，D錯誤。]
2．(2021·黃岡聯(lián)考)如圖是生物體內(nèi)ATP合成與分解示意圖，下列敘述正確的是(　　)
A．能量1可以來自蛋白質(zhì)水解為氨基酸的過程
B．能量1可以來自丙酮酸的氧化分解
C．能量2可以用于葉綠體中H2O的光解
D．能量2可以用于光合作用中CO2的固定
B　[能量1為合成ATP的能量，來自呼吸作用或光合作用，A錯誤；能量1可以來自丙酮酸的氧化分解，B正確；H2O的光解所需能量來自光能，C錯誤；能量2可以用于各種需能的生命活動，但是光合作用中CO2的固定不需要消耗能量，D錯誤。]
　細胞內(nèi)ATP產(chǎn)生與消耗的生理過程及場所
考查細胞內(nèi)ATP的利用
3．(2021·濰坊檢測)ATP作為細胞的能量“貨幣”，是由其分子結(jié)構(gòu)決定的。ATP是由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三個相連的磷酸基團構(gòu)成的，這三個磷酸基團從與分子中腺苷基團連接處算起，依次分別稱為α、β、γ磷酸基團。下列有關(guān)說法正確的是(　　)
A．γ磷酸基團具有較高的轉(zhuǎn)移勢能，因此ATP分子中只有磷酸基團能夠水解
B．離子泵是一種具有ATP水解酶活性的載體蛋白，動物一氧化碳中毒會降低離子泵跨膜運輸?shù)乃俾?br/>C．人體在劇烈運動時ATP的合成速度大于分解速度
D．神經(jīng)元興奮時，Na＋內(nèi)流和釋放神經(jīng)遞質(zhì)均需要ATP水解供能
B　[γ磷酸基團是遠離腺苷的磷酸基團，具有較高的轉(zhuǎn)移勢能，但ATP分子中不只有磷酸基團能夠水解，腺嘌呤和核糖之間也可以水解，A錯誤；離子通過離子泵的跨膜運輸需要載體和消耗能量，屬于主動運輸，人體一氧化碳中毒減少能量的供應，進而會降低離子泵跨膜運輸離子的速率，B正確；人體在劇烈運動時ATP的合成速度和分解速度都加快，處于動態(tài)平衡，C錯誤；神經(jīng)元興奮，動作電位產(chǎn)生時Na＋的內(nèi)流，是通過離子通道運輸?shù)谋粍舆\輸過程，不需要細胞呼吸提供能量，不需要ATP水解，神經(jīng)遞質(zhì)釋放方式是胞吐，需要消耗能量，需ATP水解，D錯誤。]
4．(不定項)(2021·永州聯(lián)考)ATP是一種非常重要的化合物，它是細胞的能量“貨幣”，其結(jié)構(gòu)簡式為A—P～P～P。ATP的水解可以為物質(zhì)的主動運輸供能，如圖是ATP為主動運輸供能的示意圖。下列有關(guān)敘述錯誤的是(　　)
A．ATP中離A最遠的兩個磷酸基團被水解后，剩余部分是組成DNA的一種基本單位
B．參與Ca2＋主動運輸?shù)妮d體蛋白是一種能催化ATP水解的酶
C．在運輸Ca2＋的載體蛋白的作用下，ATP分子的末端磷酸基團脫離下來與載體蛋白結(jié)合，這一過程伴隨能量的轉(zhuǎn)移
D．由圖可知，細胞中Ca2＋的跨膜運輸是由ATP水解提供能量的主動運輸，而ATP水解總是跟放能反應有關(guān)
AD　[ATP中的“～”代表一種特殊的化學鍵，斷開兩個這種化學鍵，就形成A—P，又叫AMP(腺嘌呤核糖核苷酸)，它是組成RNA的一種基本單位，A錯誤；如圖所示，參與Ca2＋主動運輸?shù)妮d體蛋白是一種能催化ATP水解的酶，當膜內(nèi)側(cè)的Ca2＋與其相應位點結(jié)合時，酶活性就被激活了，B正確；在運輸Ca2＋的載體蛋白這種酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基團脫離下來與載體蛋白結(jié)合，這一過程伴隨能量的轉(zhuǎn)移，此過程就是載體蛋白的磷酸化，C正確；細胞中Ca2＋的跨膜運輸是主動運輸，需要ATP水解釋放能量為其供能，而細胞內(nèi)許多吸能反應與ATP水解的反應相聯(lián)系，D錯誤。]
1．核心概念
(1)(必修1 P76)細胞代謝：細胞中每時每刻都進行著許多化學反應。
(2)(必修1 P78)活化能：分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)所需要的能量。
(3)(必修1 P81)酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)。
(4)(必修1 P82)酶活性：酶催化特定化學反應的能力。
2．結(jié)論語句
(1)(必修1 P78)與無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，催化效率更高。　
(2)(必修1 P84)酶所催化的化學反應一般是在比較溫和的條件下進行的。
(3)(必修1 P84)過酸、過堿或溫度過高，會使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使酶永久失活。低溫下酶的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此，酶制劑適宜在低溫下保存。
(4)(必修1 P86)ATP是一種高能磷酸化合物。
(5)(必修1 P87)ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化是時刻不停地發(fā)生并且處于動態(tài)平衡之中的。
1．(2020·海南等級考)下列關(guān)于胰蛋白酶和胰島素的敘述，正確的是 (　　)
A．都可通過體液運輸?shù)饺?br/>B．都在細胞內(nèi)發(fā)揮作用
C．發(fā)揮作用后都立即被滅活
D．都能在常溫下與雙縮脲試劑發(fā)生作用，產(chǎn)生紫色反應
D　[胰腺分泌的胰液中含有胰蛋白酶，通過導管運輸至消化道內(nèi)發(fā)揮作用，而胰島素由胰島B細胞分泌，可通過血液運輸至全身，A錯誤；胰蛋白酶在消化道內(nèi)發(fā)揮作用，而胰島素通過與靶細胞膜上的受體結(jié)合，進而調(diào)節(jié)靶細胞的代謝活動，二者均不在細胞內(nèi)發(fā)揮作用，B錯誤；胰蛋白酶在催化反應前后性質(zhì)不改變，胰島素發(fā)揮作用后會被滅活，C錯誤；胰蛋白酶和胰島素的化學本質(zhì)都是蛋白質(zhì)，都能在常溫下與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應，D正確。]
2．(2021·重慶選擇性考試適應性測試)下列關(guān)于酶的敘述，正確的是(　　)
A．細胞衰老過程中所有酶的活性降低
B．胰蛋白酶能徹底水解蛋白質(zhì)
C．赤霉素能誘導α 淀粉酶產(chǎn)生
D．過氧化氫酶能升高過氧化氫的活化能
C　[細胞衰老過程中，大部分酶的活性降低，但與細胞衰老有關(guān)的酶的活性可能上升，A錯誤；胰蛋白酶水解蛋白質(zhì)成多肽，但蛋白質(zhì)徹底水解需要肽酶，B錯誤；赤霉素能誘導α 淀粉酶產(chǎn)生，使種子無需萌發(fā)即可產(chǎn)生α 淀粉酶，C正確；酶的作用機理是降低化學反應的活化能，D錯誤。]
3．(2021·湖南招生適應性測試)ATP是細胞生命活動的能量“貨幣”。下列敘述錯誤的是(　　)
A．糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等有機物中儲存了大量ATP
B．等量的葡萄糖通過酒精發(fā)酵和有氧呼吸產(chǎn)生的ATP數(shù)量不同
C．光合作用和呼吸作用都產(chǎn)生ATP，所需的ADP可共用
D．ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化由不同的酶催化完成
A　[糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等有機物中都儲存著化學能，但ATP是一種高能磷酸化合物，不能儲存在這些有機物中，A錯誤；由于有氧呼吸能徹底分解有機物，而酒精發(fā)酵屬于無氧呼吸不能將有機物徹底分解，所以分解等量的葡萄糖有氧呼吸產(chǎn)生ATP的數(shù)量比無氧呼吸多，B正確；光合作用和呼吸作用都產(chǎn)生ATP，所需要的ADP都是一樣的，故可共用，C正確；催化ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的酶不同，分別為ATP合成酶和ATP水解酶，D正確。]
4．(不定項)(2021·江蘇新高考適應性測試)真菌分泌的植酸酶作為畜禽飼料添加劑，可提高飼料利用率。科研人員對真菌產(chǎn)生的兩種植酸酶在不同pH條件下活性的差異進行研究，結(jié)果如圖。相關(guān)敘述正確的是(　　)
A．植酸酶只能在活細胞中產(chǎn)生，可在細胞外發(fā)揮作用
B．真菌合成的植酸酶需要經(jīng)高爾基體參與，才能轉(zhuǎn)運到細胞外
C．植酸酶A的最適pH為2或6，植酸酶B的最適pH為6
D．兩種酶相比，植酸酶A更適合添加在家畜飼料中
ABD　[植酸酶是由活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，可在細胞內(nèi)或細胞外發(fā)揮作用，A正確；植酸酶為分泌蛋白，真菌合成的植酸酶需要經(jīng)高爾基體對其進行加工和轉(zhuǎn)運，才能分泌到細胞外，B正確；在pH為2時，植酸酶A的相對活性較高，但不是其最適pH，植酸酶A和B在pH為6時，酶的活性均最高，故植酸酶A和植酸酶B的最適pH均為6，C錯誤；因為胃液的pH較低，在此條件下植酸酶A的相對活性較高，故更適合添加在家畜飼料中，D正確。]
5．(2020·北京等級考)用新鮮制備的含過氧化氫酶的馬鈴薯懸液進行分解H2O2的實驗，兩組實驗結(jié)果如圖。第1組曲線是在pH＝7.0、20 ℃條件下，向5 mL 1%的H2O2溶液中加入0.5 mL酶懸液的結(jié)果。與第1組相比，第2組實驗只做了一個改變。第2組實驗提高了(　　)
A．懸液中酶的濃度　 B．H2O2溶液的濃度
C．反應體系的溫度 D．反應體系的pH
B　[提高酶的濃度能夠提高速率，不能提高氧氣的量，A錯誤；提高H2O2溶液的濃度，就是提高底物濃度，產(chǎn)物的量增加，B正確；適度的提高溫度可以加快反應速率，不能提高產(chǎn)物的量，C錯誤；改變反應體系的pH，可以改變反應速率，不能提高產(chǎn)物的量，D錯誤。]
6．(2019·江蘇高考改編)為了檢測玉米籽粒發(fā)芽過程中淀粉含量變化，將不同發(fā)芽階段的玉米籽粒縱切，滴加________，進行觀察。結(jié)果顯示，胚乳呈藍色塊狀，且隨著發(fā)芽時間的延長，藍色塊狀物變小。
(1)上述實驗可得出的結(jié)論是___________________________________。
(2)為了驗證上述藍色塊狀物變小是淀粉酶作用的結(jié)果，設(shè)計了如下實驗：在1～4號試管中分別加入相應的提取液和溶液(如圖所示)，40 ℃溫育30 min后，分別加入斐林試劑并60 ℃水浴加熱，觀察試管內(nèi)顏色變化。請繼續(xù)以下分析：
①設(shè)置試管1作為對照，其主要目的是______________________________
_______________________________________________________________。
②試管2中應加入的X是____________的提取液。
③預測試管3中的顏色變化是______________。若試管4未出現(xiàn)預期結(jié)果(其他試管中結(jié)果符合預期)，則最可能的原因是_____________________________。
[解析]　淀粉遇碘變藍色，常用碘液檢測生物組織中淀粉的存在。(1)隨著發(fā)芽時間的延長，藍色塊狀物變小，說明玉米萌發(fā)過程中會不斷消耗胚乳中儲存的淀粉，使胚乳中的淀粉逐漸減少。(2)在驗證藍色塊狀物變小是淀粉酶作用的結(jié)果的實驗設(shè)計中，要嚴格遵循對照原則、單一變量原則等。設(shè)置1號試管的主要目的是排除用于實驗的淀粉溶液中含有還原糖。試管2中應加入發(fā)芽前玉米提取液。試管3與試管4對照，預期二者的顏色變化都是藍色→磚紅色，說明發(fā)芽玉米提取液中含有淀粉酶并催化淀粉水解成還原糖；如果試管4沒有出現(xiàn)磚紅色沉淀，最可能的原因是淀粉酶已失活。
[答案]　碘液　(1)玉米發(fā)芽過程中胚乳中的淀粉逐漸減少　(2)①排除用于實驗的淀粉溶液中含有還原糖　②發(fā)芽前玉米　③藍色→磚紅色　淀粉酶已失活
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