知识清单06 降低化学反应活化能的酶 ATP-2022年高考生物一轮复习必背知识清单

知识清单06  降低化学反应活化能的酶  ATP小贴士：虽然现在取消考试大纲和考试说明，但是仍需了解下该内容考纲内容考纲解读1．酶在代谢中的作用（Ⅱ）；2．ATP在能量代谢中的作用（Ⅱ）。1．能说出酶的发现历程，体验科学方法对科学研究的重要性；能概述酶的概念及酶促反应的原理；能举例说明酶的特性。2. 能描述ATP的化学组成和特点；能ATP与ADP相互转化的过程；能概述ATP在生命活动中的作用和意义一、酶的本质、作用和特性1．酶的概念剖析（1）本质与作用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（真核细胞）来源一般来说，活细胞（哺乳动物成熟的红细胞除外）都能产生酶作用场所细胞内、外或生物体外均可生理功能生物催化作用 （2）作用机理降低化学反应的活化能（分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量），曲线分析如下：①ac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。常见酶的作用比较：  酶的种类作用    代谢有关 的酶淀粉酶催化淀粉水解成麦芽糖麦芽糖酶催化麦芽糖水解成葡萄糖脂肪酶催化脂肪水解成甘油和脂肪酸蛋白酶作用于肽键，使蛋白质水解成多肽（部分氨基酸）肽酶作用于肽键，使多肽水解成氨基酸过氧化氢酶使过氧化氢分解成氧气和水DNA 酶作用于磷酸二酯键，使其断裂水解成脱氧核苷酸遗 传 变 异相关的酶解旋酶作用于氢键，使 DNA 的两条链解旋。DNA 聚合酶（Taq 酶）作用于（形成）磷酸二酯键，使多个脱氧核苷酸聚合成 DNARNA 聚合酶作用于（形成）磷酸二酯键，使多个核糖核苷酸聚合成 RNA逆转录酶作用于（形成）磷酸二酯键，使 RNA 逆转录成 DNA生 物 工 程相关的酶限制酶作用于磷酸二酯键，其断裂使 DNA 形成黏性末端或平末端DNA 连接酶作用于（形成）磷酸二酯键，使两个 DNA 连接形成重组 DNA纤维素酶、果胶酶去除植物细胞的细胞壁，形成原生质体胰蛋白酶（胶原蛋白酶）使动物组织、器官分散成单个细胞，便于动物细胞培养注意：氢键的断裂除了解旋酶外，还可以加热；氢键只要互不配对，不需要酶就可以形成。2．酶的特性（1）高效性：催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍。曲线分析如下：酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。因此，酶不能（“能”或“不能”）改变最终生成物的量。（2）专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。图像分析如下：①图中A表示酶，B表示被催化的底物，E、F表示B被分解后产生的物质，C、D表示不能被酶催化的物质。②酶和被催化的反应物分子都有特定的结构。（3）作用条件较温和：在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。高温、过酸、过碱会使酶的空间结构遭到破坏而失活；低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定。曲线分析如下：①分析图A、B可知，在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。温度和pH偏高或偏低，酶活性都会明显降低。②分析图A、B中曲线的起点和终点可知：过酸、过碱、高温都会使酶失去活性，而低温只是使酶的活性降低。前者都会使酶的空间结构遭到破坏，而后者并未破坏酶的分子结构。二、探究影响酶活性的因素1．实验原理（1）探究温度对酶活性的影响①反应原理：淀粉   麦芽糖　　 　     碘↓液　　 　碘↓液　　　　    蓝色　　    无蓝色出现②鉴定原理：温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色深浅来判断酶的活性。（2）探究pH对酶活性的影响①反应原理（用反应式表示）：2H2O2 2H2O＋O2。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O2产生量的多少。2．实验步骤（1）温度对酶活性的影响实验操作内容试管1试管2试管3底物控制2 mL 3%的可溶性淀粉溶液温度控制60 ℃热水沸水冰块酶控制1 mL相同温度的2%新鲜淀粉酶溶液试剂控制等量的碘液观察指标检测是否出现蓝色及蓝色的深浅（2）pH对酶活性的影响实验操作内容试管1试管2试管3底物控制2 mL 3%的过氧化氢溶液pH控制1 mL蒸馏水1 mL 5%的HCl1 mL 5%的NaOH酶控制2滴过氧化氢酶溶液观察指标气泡的产生量三、ATP的结构和功能1．ATP的结构（1）元素组成：C、H、O、N、P。（2）化学组成：1分子腺苷和3分子磷酸基团。（3）结构式：由结构式可看出，ATP的结构特点可用“一、二、三”来总结，即一个腺苷 、二个高能磷酸键、三个磷酸基团      2．ATP在细胞代谢中的作用（1）ATP与ADP的相互转化 ATP的合成ATP的水解反应式ADP＋Pi＋能量→ATPATP→ADP＋Pi＋能量所需酶ATP合成酶ATP水解酶能量来源光能（光合作用），化学能（细胞呼吸）储存于高能磷酸键中的能量能量去路储存于形成的高能磷酸键中用于各项生命活动反应场所细胞质基质、线粒体、叶绿体生物体的需能部位（2）ATP的形成途径（3）ATP产生量与O2供给量、呼吸强度的关系考点1　酶的特性与影响因素项目错误说法正确理解产生场所具有分泌功能的细胞才能产生[来活细胞（不考虑哺乳动物成熟的红细胞等）化学本质蛋白质有机物（大多数为蛋白质，少数为RNA）作用场所只在细胞内起催化作用可在细胞内、细胞外、体外发挥作用温度影响低温和高温均使酶变性失活低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活；高温使酶变性失活作用酶具有调节、催化等多种功能酶只起催化作用来源有的可来源于食物等酶只在生物体内合成考点2　与酶有关的实验设计考点3　ATP的结构及与能量代谢的关系ATP与ADP的相互转化（1）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。凡是大分子有机物（如蛋白质、糖原、淀粉等）的水解都需要消耗水。（2）ATP水解释放的能量是储存于高能磷酸键中的化学能，可直接用于各项生命活动（光反应阶段合成的ATP只用于暗反应）；而合成ATP所需能量则主要来自有机物氧化分解释放的化学能或光合作用中吸收的光能。(1)DNA聚合酶：将单个的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成链。(2)DNA连接酶：将两个DNA片段连接起来。(3)RNA聚合酶：将单个的核糖核苷酸连接成链，并能够在转录时打开DNA碱基对间的氢键。(4)解旋酶：在DNA分子复制过程中打开DNA碱基对之间的氢键。(5)ATP水解酶：能打开远离腺苷的高能磷酸键。(6)ATP合成酶：能连接远离腺苷的高能磷酸键。(7)限制性核酸内切酶：识别特定的核苷酸序列，从固定的切点切开磷酸二酯键。(8)蛋白酶：将蛋白质的部分肽键切断，得到不同的肽链和氨基酸。(9)纤维素酶、果胶酶：水解纤维素、果胶，破坏植物细胞壁。     实验设计概述  （1）实验分析题型——根据提供的实验方案，分析其中的步骤、现象、结果，作出解答。（2）实验方案的纠错或完善题型——对实验方案中的错误或不完善处，进行改正、补充，使实验方案趋于完善。（3）实验设计题型（验证性实验；探究性实验）——根据题目提供的条件，自行设计实验方案。（4）实验有关的综合类题型——以实验为背景，主要涉及代谢、遗传和生态相关知识。所有实验设计的主要问题就是“六依托”，即细心审题、原理分析、材料分析、变量分析、结果分析和正确表达。不管哪种类型的实验都不同程度上涉及到对照原则，这要求遵循：        （1）单一变量原则：即控制其他因素不变，只改变其中某一因素，观察其对实验结果的影响，不论一个实验有几个因子都应做到一个实验因子对应观察一个反应因子。（2）设立对照原则：通过设立对照可消除无关变量对结果的影响，增加实验的可信度。在实验过程中要设立实验组和对照组。实验组：是接受实验变量处理的对象组。对照组：亦称控制组，对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组。至于哪个作为实验组，哪个作为对照组，一般是随机决定的。这样，从理论上说，由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的、被平衡了的，故实验组与对照组两者之差异，则可认定为是来自实验变量的效果，这样的实验结果是可信的。按对照的内容和形式上的不同，通常有以下对照类型：（1）空白对照 指不做任何实验处理的对象组。例如在“生物组织中可溶性糖的鉴定”的实验中，假如用两个试管，向甲试管溶液加入试剂，而乙试管溶液不加试剂，一起进行沸水浴，比较它们的变化。这样，甲为实验组，乙为对照组，且乙为典型的空白对照。空白对照能明白地对比和衬托出实验组的变化和结果，增加了说服力。（2）自身对照 指实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照。如“植物细胞质壁分离和复原”实验，则是典型的自身对照。自身对照，方法简便，关键是要看清楚实验处理前后现象变化的差异，实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化则为实验组。（3）条件对照 指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理作为对照意义的，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的，或不是所要研究的处理因素。例如，“动物激素饲喂小动物”实验，其实验设计方案是：甲组：饲喂甲状腺激素(实验组);乙组：饲喂甲状腺抑制剂(条件对照组);丙组：不饲喂药剂(空白对照组)。显然，乙组为条件对照。该实验既设置了条件对照，又设置了空白对照，通过比较．对照，更能充分说明实验变量---甲状腺激素能促进蝌蚪的生长发育。（4）相互对照 指不另设对照组，而是几个实验组相互对比对照。如“植物激素与向光性向重力性实验”和“温度对唾液淀粉酶活性的影响的实验”中，所采用的都是相互对照，较好地平衡和抵消了无关变量的影响，使实验结果具有说服力。2．实验设计的具体方法 实验设计往往是解答实验题的难点，但只要理清思路，找准方法和突破口，也能化难为易。实验的设计可遵循以下思路和方法进行。（1）首先确定实验目的，并对其去粗取精，提炼要点，确定是验证性实验还是探究性实验。（2）根据实验原理，对照实验目的，通过初步分析，在头脑中搜寻教材上或曾做过的实验模型，初步形成大致方案，实验设计大多与单因子变量和对照实验有关。（3）回归检验看看自己设的实验是否存在科学性原则，紧扣实验原理来进行分析；是否有遗漏的地方；是否还有其它可能性存在，即检验实验的严密性、科学性问题。实验设计的检验过程最终应该对照实验原理，回归实验目的。（4）实验设计中反应变量的确定和控制  生物实验设计中，反应变量的确定非常重要，因为任何一个科学实验的结论都是从反应变量所表现出的数量、质量或状态的事实中推导或分析出来的。生物实验中很多反应变量就是实验条件。设计实验时，应该根据实验目的和实验原理来确定对实验结果有影响的反应变量。  同时，对其他无关变量或非研究变量应进行控制。对变量的控制所要遵循的原则是对照原则，即控制其他因素不变，而只改变其中一个因素（反应变量），观察其对实验结果的影响。通过对照的建立，达到对变量的控制，这是生物实验设计的灵魂。