(新高考)高考生物二轮复习第1部分 专题突破 专题2 第1讲 酶和ATP(含解析)

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[课程标准] 1.说明绝大多数酶是一类催化生化反应的蛋白质，其活性受环境因素的影响。2.探究酶的高效性、专一性以及影响酶活性的因素。3.解释ATP是驱动生命活动的直接能源物质。
考点一 ATP的结构和作用
1．ATP的生成、利用与细胞代谢的关系
(1)ATP中含有两个高能磷酸键，其中远离腺苷的高能磷酸键容易水解与合成。
(2)细胞中ATP含量很少，由于ATP与ADP间的快速转化，因此能保证生命活动的需要。
(3)ATP并非“唯一”的直接能源物质，直接能源物质除ATP外，还有GTP、CTP、UTP等。
(4)除光能、有机物中化学能之外，硝化细菌等化能合成作用的细菌可利用体外环境中的某些无机物(如NH3)氧化时所释放的能量来合成ATP。
2．能源物质归纳
1．(2020·全国Ⅲ，29)参照表中内容，围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。
答案 (1)细胞质基质
(2)无氧呼吸
(3)光能
(4)O2、NADPH
(5)H2O、CO2
解析 (1)(2)由反应物是葡萄糖，终产物除ATP外，还有乙醇和CO2，可知该过程是无氧呼吸，发生的场所(反应部位)是细胞质基质。(3)(4)由场所是叶绿体的类囊体膜和反应名称为光合作用的光反应，可知该过程合成ATP的能量来源是光能，终产物除ATP外，还有O2和NADPH。(5)由反应部位是线粒体，反应物是丙酮酸等，反应名称为有氧呼吸的部分过程，可知该过程是有氧呼吸的第二和第三阶段，终产物除ATP外，还有CO2、H2O。
思维延伸 判断正误：
(1)在有氧和无氧的条件下，酵母菌细胞质基质中都能形成ATP( √ )
(2)ATP在细胞中的含量高，以满足生命活动的需要( × )
(3)酶的合成需要ATP供能，ATP的合成需要酶的催化( √ )
(4)在生物体的活细胞内，ATP与ADP的转化只能单向进行( × )
(5)DNA、ATP、磷脂所含元素的种类相同( √ )
(6)线粒体、叶绿体和高尔基体都是合成ATP的场所( × )
(7)ATP中含有三个高能磷酸键( × )
2．(2016·全国Ⅰ，29节选)在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ或dA－Pα～Pβ～Pγ)。回答下列问题：
(1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。
(2)若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。
答案 (1)γ (2)α
解析 (1)ATP水解生成ADP的过程中，断裂的是远离腺苷A的那个高能磷酸键即β位和γ位之间的高能磷酸键，即γ位磷酸基团转移到DNA末端。要将32P标记到DNA上，带有32P的磷酸基团应在γ位上。(2)dATP脱去β位和γ位的磷酸基团后为腺嘌呤脱氧核糖核苷酸，即DNA的基本组成单位之一，用dATP为原料合成DNA时，要将32P标记到新合成的DNA上，则32P应在α位。
思维延伸 ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都有“A”，但在不同物质中表示的含义不同：
(1)写出图中A1～A4的含义：A1________； A2________________； A3________； A4________。
(2)图乙所示的过程可能是________或________。
答案 (1)腺苷 腺嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸 腺嘌呤 (2)转录 逆转录
1．细胞内有与ATP结构类似的GTP、CTP和UTP等高能磷酸化合物，但ATP用途较为广泛。下列有关叙述错误的是( )
A．UTP分子中含有2个高能磷酸键，彻底水解可得到3种有机物
B．ATP分子中高能磷酸键全部断裂后的产物中有某些酶的基本组成单位
C．ATP的合成常伴随放能反应，而吸能反应不一定伴随ATP的水解
D．唾液腺细胞分泌唾液淀粉酶的过程是一个需要消耗ATP的胞吐过程
答案 A
解析 UTP(三磷酸尿苷)彻底水解的产物为尿嘧啶、核糖和磷酸，其中磷酸属于无机物，A错误；ATP分子中高能磷酸键全部断裂后的产物有腺嘌呤核糖核苷酸和磷酸，其中腺嘌呤核糖核苷酸是RNA类酶的基本组成单位，B正确；某些吸能反应可能伴随GTP、CTP或UTP的水解，C正确。
2．(2019·山东淄博三模)ATP合成酶是一种结构复杂的蛋白质，位于生物膜上，能催化ATP的合成。下列叙述错误的是( )
A．ATP和ATP合成酶都含有核糖
B．ATP合成酶可催化高能磷酸键的合成
C．真核细胞中ATP合成酶可分布于线粒体内膜和叶绿体类囊体薄膜上
D．ATP合成酶在温和的条件下发挥作用
答案 A
解析 ATP中含有核糖，ATP合成酶中不含有核糖，A错误；ATP合成酶能催化高能磷酸键的合成，使ADP形成ATP，B正确；根据题意，ATP合成酶位于生物膜上，在真核细胞中ATP合成酶可分布于线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上，C正确；酶可以在温和条件下催化反应，D正确。
3．图1为ATP的结构，图2为ATP与ADP相互转化的关系式，以下说法正确的是( )
A．图1中的五碳糖为脱氧核糖
B．图1中A代表腺苷，b、c为高能磷酸键
C．图2中反应向右进行时，图1中c键断裂并释放能量
D．图2中反应向左进行时，能量只能来自细胞呼吸
答案 C
解析 图1为ATP的结构简式，图中的A代表腺嘌呤，其中的五碳糖为核糖，A与核糖结合形成腺苷，b、c为高能磷酸键，A、B错误；图2中反应向右进行时，表示ATP水解成ADP和Pi，远离腺苷的高能磷酸键即图1中的c键断裂并释放能量，C正确；图2中ADP转化为ATP所需的能量可能来自光合作用吸收的光能或细胞呼吸释放的有机物中的化学能，D错误。
考点二 酶及其相关曲线分析
1．酶的知识归纳
(1)酶只能由活细胞产生，不能来自食物，且几乎所有活细胞均可产生酶，产生场所主要为核糖体，但发挥作用的场所既可以是细胞内，也可以是细胞外。
(2)酶具有催化作用，不具有调节功能，也不作为能源或组成物质。
(3)过酸、过碱或温度过高，会使酶(蛋白质类)的空间结构遭到破坏，但滴加双缩脲试剂依然会产生紫色。
(4)酶既可以作为催化剂，又可以作为另一个化学反应的底物，如胃蛋白酶或脂肪酶作为催化剂可分解蛋白质或脂肪，它们自身又可作为反应的底物被其他蛋白酶水解。
2．影响酶促反应速率的因素的曲线分析
(1)低温降低酶的活性，但不会使酶失活，即酶的空间结构不被破坏，条件适宜时酶活性可恢复。
(2)高温、强酸、强碱、重金属、紫外线、酒精等有机溶剂会破坏酶的空间结构，使酶失活，酶活性不能恢复。
(3)当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。
(4)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。
(2016·全国Ⅱ，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，反应产物总量也不会增加 (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。
思维延伸 酶相关曲线的“模型与建构”
(1)图1中不同曲线比较说明：
①加酶的曲线和加无机催化剂的曲线比较：酶具有高效性。
②加酶的曲线和不加酶的曲线比较：酶具有催化作用。
(2)图2中两曲线比较：酶具有专一性。
(3)分析图3：OP段的限制因素是底物浓度，P点以后的限制因素最可能是酶浓度。
1．(2020·辽宁省模拟)下列有关酶和ATP的相关叙述，不正确的是( )
A．DNA的合成不一定需要DNA聚合酶的参与
B．细胞内多种化学反应能有序地进行与酶的专一性有关
C．ATP可为生命活动提供能量，其合成常伴随着放能反应进行
D．破伤风杆菌进行无氧呼吸的各个反应阶段均生成ATP
答案 D
解析 由RNA逆转录形成DNA时需要逆转录酶，DNA复制形成DNA时需要DNA聚合酶，A正确；每一种酶只能催化一种或一类化学反应，酶的专一性能保证细胞内多种化学反应有序地进行，B正确；ATP是生命活动的直接能源物质，可为生命活动提供能量，其合成常伴随着放能反应进行，C正确；无氧呼吸只在第一阶段产生少量能量，合成少量ATP，D错误。
2．(2020·南京二模)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。下列叙述正确的是( )
A．该反应体系中酶促反应速率先慢后快
B．酶C提高了A生成B这一反应的活化能
C．实验中适当提高反应温度可使T2值减小
D．T2后B增加缓慢是由于A含量过少导致
答案 D
解析 该反应体系中酶促反应速率先快后慢，反应物逐渐减少，A错误；酶C降低了A生成B这一反应的活化能，B错误；该反应已经是在最适温度下进行，若适当提高反应温度，可使T2值增大，反应时间变长，C错误；T2后产物(B)增加缓慢是由于底物(A)含量过少导致，D正确。
3．高温淀粉酶在应用前，需要对该酶发挥作用的最佳温度范围进行测定。下图中曲线①表示在一定温度范围内的相对酶活性(酶活性与酶最大活性的百分比)。曲线②为酶的热稳定性数据，即将酶在不同温度下保温足够长的时间，再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性而得到的数据。下列有关叙述正确的是(不定项)( )
A．曲线①表明，当温度为80 ℃时，该酶活性最高
B．该酶发挥作用的最佳温度范围是60～70 ℃
C．曲线②上35 ℃数据点是在60～70 ℃时测得的
D．曲线②表明该酶的热稳定性在70 ℃之后迅速下降
答案 ABD
解析 结合题干可知，曲线①表明80 ℃是该酶活性最高时的温度，A正确；该酶发挥作用的最佳温度范围是60～70 ℃，因为此温度下不仅酶活性较强，且热稳定性也强，B正确；由题目要求中对②曲线对应的操作过程的叙述可知，曲线②上35 ℃数据点是在酶活性最高的温度下(即80 ℃)测得的，C错误；曲线②表明该酶的热稳定性在70 ℃之后急剧下降，D正确。考点三 有关酶的实验分析
1．实验材料和检测指标
2.探究酶的最适温度或最适pH的实验设计程序
3．四步法分析酶的实验题
第一步，分析实验目的，确定自变量与因变量(检测指标)。
第二步，明确实验原理，理清自变量和无关变量的控制方法。
第三步，分析实验步骤，判断是否遵循实验的对照原则、单一变量原则及科学性原则。
第四步，如果是选择题，要依据实验原理、实验原则、所学的生物知识进行综合分析，然后做出判断；如果是非选择题则应注意联系教材知识综合分析，以确定所填答案。
(2016·全国Ⅰ，3)若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活力的实验中，下列操作顺序合理的是( )
A．加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量
B．加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
C．加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量
D．加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
答案 C
解析 测定酶活力影响因素时，为了排除无关变量的干扰，在改变被探究因素之前，务必防止酶与底物混合，故只有C选项所述操作顺序正确。
思维延伸 下列设计合理的是实验________。
答案 ②
解析 过氧化氢受热易分解，不宜用过氧化氢探究温度对酶活性的影响，①不合理；蔗糖酶不能催化淀粉水解，③不合理；斐林试剂呈碱性，能与酸性物质发生反应，且淀粉在酸性条件下会水解，不适合用于探究pH对酶活性的影响的实验，④不合理。
1．把混有反应物的液体，加到捣碎的土豆汁液中(酶液)，在37 ℃下观察到某些反应现象。在这种情况下，学生甲设计的对照实验是用蒸馏水代替反应物，加入酶液中，也可观察到该反应现象；学生乙设计的对照实验是用蒸馏水代替酶液，加入反应物中，则观察不到该反应现象。下面是对此问题的解释，其中可能性最大的一项是( )
A．酶催化的反应即使完全没有反应物，也可缓慢进行
B．酶由于被蒸馏水溶解出来，因而能进行反应
C．该酶液中混有与反应物相同的物质
D．该酶液中混有催化同一反应的多种酶
答案 C
解析 学生甲用蒸馏水代替反应物，加入酶液中也可观察到反应现象，说明该酶液中可能混有与反应物相同的物质；学生乙设计的对照实验说明，蒸馏水不起催化作用。
2．(2020·山东潍坊模拟)为研究Cu2＋和Cl－对唾液淀粉酶活性的影响，某小组设计了如下操作顺序的实验方案：
甲组：CuSO4溶液—缓冲液—淀粉酶溶液—淀粉溶液—保温—检测
乙组：NaCl溶液—缓冲液—淀粉酶溶液—淀粉溶液—保温—检测
丙组：蒸馏水—缓冲液—淀粉酶溶液—淀粉溶液—保温—检测
各组试剂量均适宜，下列对该实验方案的评价，合理的是(不定项)( )
A．缓冲液的pH应控制为最适pH
B．保温的温度应控制在37 ℃左右
C．宜选用碘液来检测淀粉的剩余量
D．设置的对照实验能达成实验目的
答案 ABC
解析 本实验中pH与温度都是无关变量，为了避免无关变量对实验的干扰，温度和pH都应该设置到最适，A、B合理；本实验的因变量可以是淀粉的剩余量，可以根据碘遇淀粉变蓝的程度来检测实验中淀粉的剩余量，C合理；本实验的自变量是Cu2＋和Cl－，加入的NaCl溶液和CuSO4溶液中还有SOeq \\al(2－,4)和Na＋，无法排除二者对实验的干扰，D不合理。
3．石油降解酶去醛基后变为石化酶，这两种酶都能催化污泥中石油的分解。
(1)验证石化酶化学本质所用的试剂名称是________试剂，酶催化作用的机理是___________。
(2)下图为不同条件下，石油降解酶对某湖泊污泥中石油分解能力的测定结果。
①本实验的自变量为____________________________________________________________，
若要比较石油降解酶及石化酶催化能力的大小，可观测的指标是_______________________。
②湖泊中能合成石油降解酶的细菌可消除轻微石油污染，这种途径属于________分解，这一实例说明生态系统具有一定的自我调节能力。
(3)通过预实验得知两种酶的适宜温度在20～30 ℃之间，为进一步探究两种酶的最适温度及催化能力，某同学以2 ℃为温度梯度设计了如下的实验记录表格。
指出表中的三处错误：
①________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________。
答案 (1)双缩脲 降低化学反应的活化能
(2)①污泥含水量和pH (相同样品中)2天后1 kg污泥中剩余石油含量 ②微生物
(3)①没有标明具体的温度 ②温度设置少两列 ③缺少对石化酶的记录(顺序可颠倒)
解析 (1)石化酶的化学本质是蛋白质，因而可用双缩脲试剂鉴定；酶催化作用的机理是降低化学反应的活化能。(2)①从曲线图中可判断实验的自变量有两个，即污泥含水量和pH。通过比较相同样品中，2天后1 kg污泥中剩余石油含量可知石油降解酶及石化酶催化能力的大小；②通过细菌分解石油污染，这属于微生物分解。(3)根据实验设计的单一变量原则、对照性原则及题意中的温度梯度可知表中的错误。反应部位
(1)______
叶绿体的类囊体膜
线粒体
反应物
葡萄糖
/
丙酮酸等
反应名称
(2)______
光合作用的光反应
有氧呼吸的部分过程
合成ATP的能量来源
化学能
(3)________
化学能
终产物
(除ATP外)
乙醇、CO2
(4)________
(5)________
实验目的
实验材料
检测指标(试剂)
备注
高效性
过氧化氢与过氧化氢酶
O2产生的快慢与多少
与无机催化剂对比
专一性
淀粉、蔗糖与淀粉酶
斐林试剂
不能用碘液检测结果
温度对酶活性的影响
淀粉和淀粉酶
碘液
不能用过氧化氢与过氧化氢酶；不能用斐林试剂检验结果
pH对酶活性的影响
过氧化氢与过氧化氢酶
O2产生的快慢与多少
不能用淀粉和淀粉酶
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
温度
2天后石油
含量(g/kg污泥)
酶
石油降解酶