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高考一轮复习第7讲 酶和ATP学案
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这是一份高考一轮复习第7讲 酶和ATP学案，共32页。
第3单元 细胞代谢
第7讲 酶和ATP
考点内容
核心素养解读
1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质,酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响
2.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
1.通过比较不同条件下过氧化氢的分解实验,认识酶的作用(生命观念)
2.通过分析与酶有关的实验,培养学生利用数形结合分析生物学问题的科学思维习惯(科学思维)
3.通过设计与酶有关的实验,培养对实验现象和结果进行解释、分析和处理的能力,培养对实验方案的评价能力(科学探究)
考点一 酶的本质、作用和特性
必备知识·整合
1.酶的本质与作用
(1)本质与作用
(2)作用机理: 降低 化学反应的活化能。
①无酶催化的反应曲线是 乙 ,有酶催化的反应曲线是 甲 。
②ca段的含义是在无催化剂的条件下,反应所需要的活化能;ba段的含义是酶 降低的活化能 。
③该反应中,若将酶催化改为无机催化剂催化,则b点在纵轴上将 向上 移动。
2.酶的特性
3.酶本质的探索历程(连线)
1.细胞代谢发生在细胞中,是每时每刻进行着的许多化学反应的统称。(必修1 P76正文) (√)
2.酶提供了反应过程中所必需的活化能。(必修1 P78正文)(✕)
3.萨姆纳从刀豆种子中提取到了脲酶,并证明脲酶是蛋白质。(必修1 P79思考·讨论) (√)
4.酶都是活细胞产生的,具有催化和调节生命活动的作用。(必修1 P81正文) (✕)
5.每种酶只能催化一种化学反应。(必修1 P82正文) (✕)
6.高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。(必修1 P84正文) (✕)
7.细胞中的各类化学反应之所以能有序进行,还与酶在细胞中的分布有关。(必修1 P84正文) (√)
8.溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁,具有抗菌消炎的作用。(必修1 P85科学·技术·社会) (√)
(必修1 P84图5-2、5-3拓展)分析图示甲、乙,完成填空。
(1)甲、乙两图横坐标分别为温度、pH,b点表示 最适温度 ,e点表示 最适pH 。
(2)甲图中,温度由a变为b时,酶活性 升高 ;由c变为b时,酶活性 不变 ,原因是 高温使酶的空间结构被破坏,使酶永久失活 。
(3)乙图中,pH由d变为e或由f变为e时,酶活性均不变,原因是 过酸、过碱都会导致酶空间结构被破坏,使酶永久失活 。
(4)结论:在适宜的温度、pH条件下,酶的活性 最高 。
(5)人发烧时不想吃东西,原因是 体温升高导致消化酶活性降低,食物在消化道中消化缓慢 。
(6)唾液淀粉酶随食物进入胃内就会失活,原因是 唾液淀粉酶的最适pH为6.8,而胃液的pH为0.9~1.5 。
重点疑难·突破
1.酶专一性的理论模型
(1)图中A表示酶,B表示被A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A催化的物质。
(2)酶和被催化的底物分子有特定的、相契合的结构。
2.与酶有关的曲线分析
(1)酶的高效性
①由曲线可知:酶比无机催化剂的催化效率高。
②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间,不改变化学反应的方向和平衡点。因此,酶不能改变最终生成物的量。
(2)酶的专一性
①在底物A中加入酶A,反应速率较未加酶时明显加快,说明酶A能催化底物A的反应。
②在底物A中加入酶B,反应速率和未加酶时相同,说明酶B不能催化底物A的反应。
(3)酶的化学本质的探究
①将A、B两种酶分别用同一种蛋白酶处理,A酶活性不变,能抵抗该种蛋白酶的降解,则其化学本质不是蛋白质,而是RNA;B酶活性降低,能被蛋白酶降解,则其化学本质为蛋白质。
②B酶活性改变的原因是B酶在被降解的过程中分子结构发生改变。
(4)影响酶活性因素的相关曲线
①甲曲线分析:在一定温度(pH)范围内,随温度(pH)的升高,酶的催化作用增强,超过最适温度(pH),酶的催化作用逐渐减弱;过酸、过碱、高温都会使酶变性失活,而低温只是抑制酶的活性,酶分子的结构未被破坏,温度升高可恢复活性。
②乙曲线分析:纵坐标为反应物剩余量,剩余量越多,生成物越少,反应速率越慢;图示pH=7时,反应物剩余量最少,可能为最适pH;反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
(5)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响曲线
①甲图:在其他条件适宜、酶量一定的情况下,酶促反应速率先随底物浓度的增加而加快,当底物达到一定浓度后,受酶数量的限制,酶促反应速率不再加快。
②乙图:在底物足量、其他条件适宜的情况下,酶促反应速率与酶浓度成正比。
关键能力·提升
考向一 围绕酶的本质、作用和特性,考查生命观念
1.(不定项选择)下列关于生物体中酶的叙述,正确的是 ( )
A.脲酶可与双缩脲试剂反应产生紫色络合物
B.由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性
C.从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法
D.唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37 ℃
1.答案 AC 脲酶的化学本质是蛋白质,能够与双缩脲试剂反应产生紫色络合物,A正确;只要给予适宜的温度、pH等条件,由活细胞产生的酶在生物体外也具有生物催化活性,B错误;盐析可使蛋白质在水溶液中的溶解度降低,但不影响蛋白质的活性,胃蛋白酶的化学本质是蛋白质,因此从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法,C正确;唾液淀粉酶催化反应的最适温度是37 ℃,但是37 ℃不是保存该酶的最适温度,酶应该在低温条件下保存,D错误。
2.(2021山东日照高三校际联考)真核细胞中,通过转录产生的RNA,往往需要在各种酶的作用下进行剪接加工,下图表示某种酶在该过程中的作用。相关叙述错误的是 ( )
A.该酶的基本组成单位是核糖核苷酸
B.该酶为限制酶,能特异性切割磷酸二酯键
C.该酶的专一性与其特定的碱基排列顺序有关
D.该酶能够显著降低RNA水解所需要的能量
2.答案 B 限制酶作用的底物是DNA,B错误。
题后悟道·归纳
对酶在细胞代谢中作用的理解
(1)酶通过降低活化能加快化学反应速率。
(2)酶只能提高化学反应速率,缩短反应时间,不会改变化学平衡的位置。
(3)在反应前后,酶的化学性质和数量均保持不变。
(4)加热不能降低活化能。
考向二 围绕外界因素对酶活性的影响,考查科学思维能力
3.(2021黑龙江哈尔滨六中高三开学考)下图为酶促反应曲线,Km表示反应速率为1/2Vmax时的底物浓度。竞争性抑制剂与底物结构相似,可与底物竞争性结合酶的活性部位;非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合,从而使酶的活性部位功能丧失。下列分析错误的是 ( )
A.Km越大,酶与底物亲和力越高
B.加入竞争性抑制剂,Km增大
C.加入非竞争性抑制剂,Vmax降低
D.非竞争性抑制剂破坏酶的空间结构
3.答案 A 据图分析,Km越小,达到1/2Vmax需要的底物浓度越低,说明酶与底物亲和力越高,A错误。
4.(2021河北邯郸摸底)如图为淀粉—琼脂培养基,其上的6个位置分别放置经不同溶液浸泡过的滤纸片。将该培养基置于37 ℃条件下保温。30 min后加入碘液处理,观察6个位置的颜色如表所示。
位置
滤纸的浸泡液
碘液处理后的颜色
1
唾液淀粉酶溶液(pH为6.8)
接近无色
2
蒸馏水
蓝色
3
与HCl混合的唾液淀粉酶溶液
蓝色
4
与NaOH混合的唾液淀粉酶溶液
蓝色
5
煮沸后冷却的唾液淀粉酶溶液
蓝色
6
蛋白酶溶液
?
下列叙述错误的是 ( )
A.37 ℃保温的目的是排除温度对实验结果的影响
B.由位置1和2的实验结果可得出唾液淀粉酶具有催化作用
C.将位置3的滤纸浸于pH为6.8的溶液中,酶的活性恢复
D.由于酶具有专一性,位置6的颜色应该是蓝色
4.答案 C 过酸(位置3)、过碱(位置4)或温度过高(位置5)都会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活,因此将位置3的滤纸浸于pH为6.8的溶液中,酶的活性不会恢复,C错误。
考向三 结合酶特性相关的曲线等模型分析,考查科学思维能力
5.(2021云南两校高三联考)如图曲线乙表示在外界条件均适宜时,反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析正确的是 ( )
A.反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素
B.酶量增加后,图示反应速率可用曲线丙表示
C.降低pH,重复该实验,A、B点位置都不变
D.B点后,升高温度,酶活性增强,曲线将呈现甲所示的变化
5.答案 A 酶量增加后,反应速率增大,图示反应速率可用曲线甲表示,B错误;曲线乙表示在外界条件均适宜时,反应物浓度与酶促反应速率的关系,降低pH,酶活性降低,重复该实验,A、B点位置均将下降,C错误;B点后,升高温度,酶活性下降,曲线不会呈现甲所示变化,D错误。
6.(2020山东高三统一模拟)将某种酶运用到工业生产前,需测定使用该酶的最佳温度范围。下图中的曲线①表示在各种温度下该酶活性相对于最高酶活性的百分比。将该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,由此得到的数据为酶的热稳定性数据,即下图中的曲线②。据此作出判断,不正确的是 ( )
A.曲线①可知80 ℃是该酶活性最高的温度
B.曲线②的各数据点是在对应温度下测得的
C.该酶使用的最佳温度范围是60 ℃~70 ℃
D.该酶的热稳定性在70 ℃之后急剧下降
6.答案 B 曲线②中的数据是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得的,B错误。
题后悟道·方法
“四看法”分析酶促反应曲线
实验一 比较过氧化氢在不同条件下的分解
必备知识·整合
1.实验原理
2H2O22H2O+O2
2.实验设计与现象分析
3.实验结论
(1)①②对照,说明 加热能促进过氧化氢的分解,提高反应速率 。
(2)①④对照,说明酶具有 催化作用 ,同无机催化剂一样可加快化学反应速率。
(3)③④对照,说明酶具有 高效性 ,同无机催化剂相比,酶的催化效率更高。
重点疑难·突破
1.实验成功的4个关键点
(1)若肝脏不新鲜,肝细胞内的过氧化氢酶等有机物会在腐生细菌的作用下分解,使组织中酶分子的数量减少且活性降低,故宜用新鲜肝脏。
(2)实验中使用肝脏的“研磨”液,可以加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中过氧化氢的接触面积,从而加速过氧化氢的分解。
(3)滴加氯化铁溶液和肝脏研磨液时不能共用一支滴管,因为酶的催化具有高效性,少量酶混入FeCl3溶液后就会影响实验结果的准确性,使人作出错误的判断。
(4)加热、Fe3+、H2O2酶,都提高了反应的速率,它们提高反应速率的原理不相同,加热为过氧化氢分子提供了能量,用于从常态转变为容易分解的活跃状态;Fe3+和过氧化氢酶没有提供能量,而是降低了过氧化氢分解反应的活化能。
2.实验变量与对照分析
关键能力·提升
1.(2020陕西咸阳高三模拟)如图为某同学在25 ℃的环境中探究过氧化氢在不同条件下的分解情况,下列相关叙述正确的是( )
A.若该4组实验在60 ℃的环境中进行,则4组气泡的产生速率均增加
B.若要得出酶具有高效性的结论,只能甲组与丙组进行比较
C.丙组与丁组比较,可得出氯化铁能为过氧化氢分解供能的结论
D.无机催化剂与酶的作用机理相似,但前者不具有专一性
1.答案 D 题述实验在60 ℃的环境中进行时,甲组鸡肝脏匀浆中的酶因高温变性,活性丧失,气泡的产生速率降低,A错误;要得出酶具有高效性的结论,可以是甲组与丙组或甲组与乙组进行比较,B错误;丙组与丁组比较,可得出氯化铁能催化过氧化氢分解的结论,不能证明氯化铁能为过氧化氢分解提供能量,C错误。
2.(2021四川成都石室中学高三开学考)将四支装有等量等浓度H2O2溶液的试管进行不同的处理,测定各试管在相同时间内释放的氧气量,如图所示。下列相关叙述正确的是 ( )
A.①②组的结果不同,二者分解等量H2O2所需的活化能相同
B.比较①组、②组和④组的结果,可以说明过氧化氢酶具有高效性
C.③④组结果存在差异的主要原因是过氧化氢酶能降低反应的活化能
D.若在④组的基础上增加②组条件,则相同时间内④组释放的氧气量增加
2.答案 A 比较①组、②组和④组的结果,可以说明过氧化氢酶具有催化作用,欲说明过氧化氢酶具有高效性,需要比较①组、③组和④组的结果,B错误;无机催化剂和酶都能降低反应的活化能,其中酶降低活化能的效果更为显著,C错误;在高温条件下过氧化氢酶的活性会丧失,故若在④组的基础上增加②组条件(90 ℃水浴),则相同时间内④组释放的氧气量减少,D错误。
实验二 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
必备知识·整合
1.实验原理:淀粉和蔗糖都是 非还原 糖。它们在酶的催化作用下都能水解成 还原糖 ,还原糖能与 斐林试剂 反应,生成砖红色沉淀。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶,再用 斐林试剂 鉴定溶液中有无还原糖,就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
2.实验设计
序号
操作步骤
1号试管
2号试管
1
注入质量分数为3%的可溶性淀粉溶液
2 mL
-
2
注入质量分数为3%的蔗糖溶液
-
2 mL
3
注入质量分数为2%的
新配制的淀粉酶溶液
2 mL
2 mL
4
轻轻振荡,保温5 min
60 ℃
60 ℃
5
加斐林试剂,轻轻振荡
2 mL
2 mL
6
水浴加热
煮沸并保持1 min
7
观察溶液颜色
砖红色沉淀
蓝色
3.实验结论:酶具有 专一性 ,淀粉酶只能催化 淀粉 水解,而不能催化 蔗糖 水解。
[特别提醒] 实验注意事项
(1)为了实验的严谨性,实验前应先检查淀粉溶液、蔗糖溶液中是否含有还原性杂质,简便可行的方法是实验前用斐林试剂检测待测溶液,若产生砖红色沉淀,说明待测溶液中含有还原性杂质,不能用于此实验。
(2)用淀粉、蔗糖和淀粉酶来探究酶的专一性时,无论蔗糖是否发生水解,都不与碘液发生颜色反应,因此不能用碘液代替斐林试剂。
关键能力·提升
1.(不定项选择)某同学进行了下列有关酶的实验。
甲组:淀粉溶液+新鲜唾液+斐林试剂→有砖红色沉淀
乙组:蔗糖溶液+新鲜唾液+斐林试剂→无砖红色沉淀
丙组:蔗糖溶液+蔗糖酶溶液+斐林试剂→?
下列叙述正确的是 ( )
A.丙组的实验结果是“无砖红色沉淀”
B.加入斐林试剂后还应水浴加热
C.该同学的实验目的是验证酶的专一性
D.为省去水浴加热步骤,可用碘液代替斐林试剂
1.答案 BC 分析甲、乙、丙三组,丙组中,蔗糖酶可以把蔗糖水解为葡萄糖和果糖,二者均为还原糖,在水浴加热条件下与斐林试剂反应产生砖红色沉淀,A错误;加入斐林试剂后还应
水浴加热,B正确;实验中淀粉酶能水解淀粉,不能水解蔗糖,而蔗糖只能被蔗糖酶水解,能验证酶具有专一性,C正确;碘液只能检测淀粉是否水解,而不能检测蔗糖是否水解,D错误。
2.(2020山东3月联考)据表分析,下列说法正确的是 ( )
组别
①
②
③
④
⑤
⑥
质量分数为3%的淀粉溶液(mL)
2
—
2
—
2
—
质量分数为3%的蔗糖溶液(mL)
—
2
—
2
—
2
质量分数为2%的α-淀粉酶溶液(mL)
1
1
1
1
1
1
反应温度(℃)
0
0
60
60
100
100
碘液
2滴
2滴
2滴
2滴
2滴
2滴
注:表中“—”表示没有添加。
A.α-淀粉酶溶液的用量是无关变量
B.①②两组实验可用于验证酶的专一性
C.②④⑥三组实验可说明温度能影响酶活性
D.设计上述实验的目的是验证酶的专一性
2.答案 A ①②两组实验的温度不是α-淀粉酶的适宜温度,此温度下α-淀粉酶不能正常发挥作用,所以不能用于验证酶的专一性,B错误;α-淀粉酶不能催化蔗糖水解,故②④⑥不能说明温度能影响酶活性,C错误;该实验的目的是探究温度对酶活性的影响,因碘液无法检测蔗糖是否被分解,所以无法验证酶的专一性,D错误。
3.为了证明酶的作用具有专一性,某同学设计了如下5组实验,分别选择一定的试剂进行检测,下列有关实验方案和检测结果的叙述,正确的是 ( )
组别
①
②
③
④
⑤
酶
淀粉酶
蛋白酶
淀粉酶
淀粉酶
淀粉酶
反应物
蔗糖
淀粉
蛋白质
淀粉
麦芽糖
A.②和③对比,用双缩脲试剂检测;②中不变紫色,③中呈现紫色
B.③和④对比,用斐林试剂检测;水浴加热下③中不出现砖红色沉淀,④中出现砖红色沉淀
C.①和④对比,用斐林试剂检测;水浴加热下①中不出现砖红色沉淀,④中出现砖红色沉淀
D.④和⑤对比,用斐林试剂检测;水浴加热下④和⑤中均出现砖红色沉淀
3.答案 C 蛋白酶和淀粉酶都是蛋白质,都能与双缩脲试剂反应呈现紫色,不能用来证明酶的作用具有专一性,A错误;斐林试剂可以用来检测淀粉是否水解,但不能用来检测蛋白质是否水解,不能用来证明酶的作用具有专一性,B错误;麦芽糖是还原糖,麦芽糖的水解产物(葡萄糖)也是还原糖,用斐林试剂不能检测麦芽糖是否水解,D错误。
实验三 影响酶活性的条件
必备知识·整合
1.探究温度对酶活性的影响
(1)原理:温度影响淀粉酶的活性,进而影响淀粉的水解速率。淀粉遇碘变蓝,可以根据 是否出现蓝色及蓝色的深浅 判断酶的活性。
蓝色淀粉麦芽糖无蓝色出现
(2)实验步骤、现象及结论
取6支试管,分别编号为1与1'、2与2'、3与3',并分别进行以下操作。
试管编号
1
1'
2
2'
3
3'
实验
步骤
一
2 mL淀
粉酶溶液
2 mL可溶
性淀粉溶液
2 mL淀
粉酶溶液
2 mL可溶
性淀粉溶液
2 mL淀
粉酶溶液
2 mL可溶性
淀粉溶液
二
在冰水中水浴5 min
在60 ℃温水中水浴5 min
在沸水中水浴5 min
三
1与1'试管内液体混合,摇匀
2与2'试管内液体混合,摇匀
3与3'试管内液体混合,摇匀
四
在冰水中水浴数分钟
在60 ℃温水中水浴相同时间
在沸水中水浴相同时间
五
取出试管,分别滴加2滴碘液,摇匀,观察现象
实验现象
呈蓝色
无蓝色出现
呈蓝色
结论
酶发挥催化作用需要适宜的温度条件,温度过高和过低都将影响酶的活性
[特别提醒] 实验注意事项
(1)探究温度对酶活性的影响时,一定要让反应物和酶在各自所需的温度下保温一段时间,再进行混合。
(2)选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度时,检测试剂不可用斐林试剂代替碘液。因为斐林试剂需在水浴加热条件下才会发生特定的颜色反应,而该实验中需严格控制温度。
(3)探究温度对酶活性的影响时,不宜用H2O2作反应物,因为H2O2易分解,加热条件下其分解会加快,氧气的产生速率增加,并不能准确反映酶活性的变化。
2.探究pH对酶活性的影响
(1)原理:2H2O22H2O+O2。
(2)步骤
实验步骤
实验操作内容
试管1
试管2
试管3
一
注入等量过氧
化氢酶溶液
2滴
2滴
2滴
二
注入不同
pH的溶液
1 mL蒸馏水
1 mL盐酸
1 mL NaOH溶液
三
注入等量的
过氧化氢溶液
2 mL
2 mL
2 mL
四
观察现象
有大量
气泡产生
基本无
气泡产生
基本无气泡产生
(3)结论:酶的催化作用需要 适宜的pH , pH偏低或偏高 都会影响酶的活性。
[特别提醒] 实验注意事项
(1)探究pH对酶活性的影响时,必须先调pH,然后再将反应物与酶混合,否则反应物会在未调节好pH的情况下就在酶的作用下发生反应,影响实验的准确性。另外,本实验中也可将过氧化氢酶溶液和过氧化氢溶液分别调至同一pH再混合,以保证反应开始便达到预设pH。
(2)探究pH对酶活性的影响时,不能用斐林试剂作指示剂,因为盐酸会和斐林试剂发生反应,使斐林试剂失去作用。
(3)探究pH对酶活性的影响时,不宜采用淀粉酶催化淀粉的反应,因为用作鉴定试剂的碘液会和NaOH发生化学反应,使碘与淀粉生成蓝色络合物的机会大大减少,而且在酸性条件下淀粉也会被水解,从而影响实验的观察效果。
关键能力·提升
1.(2020安徽马鞍山一模)关于酶及其特性的实验设计,下列叙述正确的是 ( )
A.探究酶的专一性,可利用淀粉酶、淀粉、蔗糖和碘液设计实验
B.探究酶的高效性,因作用机理不同,加酶组比加FeCl3组产生的气体量多
C.探究pH对酶活性影响的实验步骤为:加底物→调pH→加酶→混匀→观察
D.探究温度对酶活性的影响,可利用淀粉酶、淀粉和斐林试剂设计实验
1.答案 C 在探究酶的专一性实验时,不能利用淀粉酶、淀粉、蔗糖和碘液设计实验,因为无论蔗糖是否发生水解,都不与碘液发生颜色反应,A错误;无机催化剂和酶的作用机理相同,都是降低化学反应的活化能,B错误;利用斐林试剂检测产物量时,需要水浴加热,反应温度就会发生改变,影响实验结果,所以不能选用斐林试剂探究温度对酶活性的影响,D错误。
2.某同学进行了温度对酶活性影响的研究,设计了如下实验。
(1)实验步骤:Ⅰ.取三支试管,分别加入质量分数为3%的可溶性淀粉溶液。Ⅱ.将三支试管分别放入冰水、25 ℃的水和沸水中,在三支试管中分别加入相同温度、质量分数为2%的淀粉酶溶液,前两支试管中的pH=6.8,第三支试管中的pH=4,摇匀后维持各自的温度5 min。Ⅲ.在三支试管中各滴一滴碘液,并摇匀。
(2)观察并记录。
(3)结论:温度过高或过低都影响酶的活性。
请回答下列问题:
①该实验 (填“能”或“不能”)得出上述实验结论。
②指出实验步骤中的错误之处,并加以纠正或补充。 。
2.答案 ①不能
②a.试管上没有做标记,应用字母或数字标记,如三支试管应分别标记为A、B、C;b.步骤Ⅰ和步骤Ⅱ试管中加入的两种溶液没有量的描述,如步骤Ⅰ中“质量分数为3%的可溶性淀粉溶液”应改为“质量分数为3%的可溶性淀粉溶液2 mL”;c.步骤Ⅱ中没有设置最适温度,应把25 ℃改为60 ℃;d.实验组与对照组未遵循单一变量原则,存在pH和温度两个变量,研究温度对酶活性的影响时,pH应相同且适宜,都为6.8(其他合理答案亦可)
解析 ①该实验探究温度对酶活性的影响。但实验步骤中没有遵循单一变量原则,缺少最适温度等因素,导致不能得出实验结论。②根据题意分析可知:试管上没有做标记,应用字母或数字进行标记,如三支试管上应分别标记为A、B、C。步骤Ⅰ和步骤Ⅱ试管中加入的两种溶液应有量的描述,如步骤Ⅰ中“质量分数为3%的可溶性淀粉溶液”应改为“质量分数为3%的可溶性淀粉溶液2 mL”。步骤Ⅱ中没有设置最适温度,应把25 ℃改为60 ℃。实验组与对照组未遵循单一变量原则,存在pH和温度两个变量,研究温度对酶活性的影响时,pH应相同且适宜,都为6.8。
考点二 ATP的结构、产生和利用
必备知识·整合
1.ATP是一种高能磷酸化合物
(1)ATP的功能
ATP是驱动细胞生命活动的 直接能源物质 。
(2)ATP的结构
a.ATP的元素组成: C、H、O、N、P 。
b.ATP的化学组成:一分子 腺嘌呤 、一分子 核糖 和三分子 磷酸基团 。
c.ATP的结构简式: A—P~P~P 。
(3)ATP的供能原理
两个相邻的磷酸基团都带有 负电荷 而相互排斥等ATP中的 特殊化学键 不稳定, 末端磷酸基团 有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势,即具有较高的 转移势能 ATP在酶的作用下水解时,脱离下来的 末端磷酸基团 挟能量与其他分子结合,从而使后者发生变化
(4)ATP是一种高能磷酸化合物,理由是 ATP水解的过程就是释放能量的过程,1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ 。
2.ATP和ADP可以相互转化
(1)转化基础
① ADP 比 ATP 稳定。
②ATP水解后脱离下来的磷酸基团如果未转移给其他分子,就成为 游离的磷酸(Pi) 。在有关酶的作用下,ADP可以接受 能量 ,同时与 Pi 结合,重新形成ATP。
(2)ATP与ADP相互转化的过程及能量来源
项目
ATP的合成
ATP的水解
反应式
ADP+Pi+能量ATP
ATPADP+Pi+能量
所需酶
ATP合成酶
ATP水解酶
能量来源
光能 (光合作用)、有机物中的 化学能 (细胞呼吸)
储存在 特殊的化学键 中的能量
能量去路
储存在 特殊的化学键 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
(3)转化特点
①这种相互转化时刻不停地发生,并且处于 动态平衡 之中。
②ATP与ADP相互转化的能量供应机制,在所有生物的细胞内都是一样的,这体现了 生物界的统一性 。
3.ATP的利用
(1)ATP利用的实例
(2)ATP——细胞内流通的 能量“货币”
①吸能反应:一般与ATP的 水解 反应相联系,由ATP水解提供能量。如蛋白质的合成。
②放能反应:一般与ATP的 合成 相联系,释放的能量储存在ATP中。如细胞内有机物的氧化分解反应。
③能量通过 ATP分子 在吸能反应和放能反应之间流通。
1.ATP是驱动细胞生命活动的唯一的直接能源物质。(必修1 P86正文) (✕)
2.ATP由腺苷、核糖和三分子磷酸组成。(必修1 P86相关信息) (✕)
3.ATP含有3个特殊化学键,但是只有一个特殊化学键会发生断裂。(必修1 P86正文) (✕)
4.人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。(必修1 P87正文) (✕)
5.人在剧烈运动时,骨骼肌细胞ATP的合成远多于ATP的水解。(必修1 P87正文) (✕)
6.植物细胞可以通过光合作用和细胞呼吸形成ATP,而动物细胞只能通过细胞呼吸形成ATP。(必修1 P87图5-5) (√)
7.ATP水解释放的能量可用于细胞内的放能反应。(必修1 P89正文) (✕)
1.(必修1 P86问题探讨拓展)萤火虫尾部发光的原理是 萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶,在ATP提供能量的前提下,荧光素酶可催化荧光素转化为能发出荧光的氧化荧光素 。
2.(必修1 P86相关信息拓展)据图分析ATP的结构和特点。
(1)图示a处为 —OH (填“—H”或“—OH”),因为该五碳糖为 核糖 。
(2)图示b、c、d所示化学键中最易断裂和重建的是 d 。
(3)图示框e中结构的名称是 腺嘌呤核糖核苷酸 ,它与RNA的关系是 它是构成RNA的基本单位之一 。
3.(必修1 P87正文拓展)人体内ATP的含量很少,但在剧烈运动时,每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP,以供运动之需,但人体内ATP总含量并没有太大变化,其原因是 ATP与ADP时刻不停地发生相互转化 。
重点疑难·突破
1.关于ATP的4个易错点
(1)ATP≠能量,ATP是一种高能磷酸化合物,是一种可以储存能量的物质。
(2)ATP与ADP的相互转化,从物质方面来看是可逆的,从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的,因此不是可逆反应。
(3)细胞中的ATP与ADP的转化总是处于动态平衡中,由于ADP、Pi可重复利用,只要提供能量,生物体就可不断合成ATP,满足生物体的需要。
(4)混淆DNA、RNA、ATP和核苷酸中的“A”
物质结构
物质名称
(简称或缩写)
“A”的含义
A—P~P~P
ATP
腺苷(腺嘌呤+核糖)
ATP
腺嘌呤
核苷酸
腺嘌呤
DNA
腺嘌呤脱氧核苷酸
RNA
腺嘌呤核糖核苷酸
说明:上述物质的共同点为所有“A”都含有腺嘌呤
2.ATP与细胞的代谢
3.细胞内产生与消耗ATP的常见生理过程
转化场所
常见的生理过程
细胞膜
消耗ATP:主动运输、胞吞、胞吐
细胞质基质
产生ATP:细胞呼吸第一阶段
叶绿体
产生ATP:光反应
消耗ATP:暗反应和自身DNA复制、转录、翻译等
线粒体
产生ATP:有氧呼吸第二、三阶段
消耗ATP:自身DNA复制、转录、翻译等
核糖体
消耗ATP:蛋白质的合成
细胞核
消耗ATP:DNA复制、转录等
关键能力·提升
考向一 围绕ATP的结构及其合成和利用,形成物质与能量观
1.(2021浙江联考)ATP不仅是细胞中放能反应和吸能反应的纽带,更是细胞中的能量“货币”。下列叙述正确的是 ( )
A.ATP的“A”是由一个核糖和一个腺苷组成的
B.ATP中有一个磷酸基团连接在脱氧核糖分子上
C.ATP水解所产生的能量用于吸能反应
D.在常温下细胞呼吸所释放的能量大部分转变成ATP中的化学能
1.答案 C ATP中的“A”指腺苷,由一个腺嘌呤和一个核糖组成,A错误;ATP中没有脱氧核糖,含有的是核糖,B错误;在常温下细胞呼吸所释放的能量大部分转变成热能,少部分转变成ATP中的化学能,D错误。
2.(不定项选择)下列有关ATP的叙述正确的是 ( )
A.ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求
B.图中两次ATP的水解,后者能量可用于各项生命活动
C.图中两次合成ATP,前者能量来源于光能且在人体细胞中不会发生
D.人体进行剧烈运动时,ADP的合成速率显著大于ATP的合成速率
2.答案 ABC 细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中,保证了机体对能量的需求,A正确;图中两次ATP的水解,前者能量储存在有机物中,后者能量可用于各项生命活动,B正确;图中两次合成ATP,前者ATP的合成是通过光合作用进行的,所需能量来源于光能,在人体细胞中不会发生,C正确;人体内,ATP的合成速率与ADP的合成速率基本相等,D错误。
考向二 借助ATP结构与功能的拓展,考查科学思维与科学探究能力
3.核苷三磷酸(NTP)包括ATP、GTP、UTP、CTP等,脱氧核糖核苷三磷酸(dNTP,d表示脱氧)包括dATP、dGTP、dTTP、dCTP。研究发现dNTP可作为DNA合成的原料。下列叙述正确的是 ( )
A.dNTP和NTP的区别体现在五碳糖的种类不同
B.dNTP含有2个特殊的化学键,可为DNA复制提供能量
C.DNA复制时需dATP、dTTP含量越多,则DNA结构越稳定
D.真核细胞分裂时,胞内dNTP都进入细胞核内参与DNA的复制
3.答案 B dNTP和NTP的区别在于五碳糖种类和碱基种类不同;DNA复制时需dCTP、dGTP含量越多,则DNA结构越稳定;真核细胞进行分裂时,除核DNA进行复制外,细胞质DNA也进行复制,胞内dNTP不可能全部进入细胞核内参DNA的复制。
4.(不定项选择)(2021安徽合肥高三调研)磷酸肌酸是一种高能磷酸化合物,它能在肌酸激酶的催化下将自身的磷酸基团转移到ADP分子中来合成ATP(A—P~P~P)。研究者对蛙的肌肉组织进行短暂电刺激,检测对照组和实验组(肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理)肌肉收缩前后ATP和ADP的含量,结果如下表所示,根据实验结果,下列有关分析正确的是( )
腺苷磷酸
对照组/(10-6 mol·g-1)
实验组/(10-6 mol·g-1)
收缩前
收缩后
收缩前
收缩后
ATP
1.30
1.30
1.30
0.75
ADP
0.60
0.60
0.60
0.95
A.对照组中的肌肉组织细胞中有ATP和ADP的相互转化
B.实验组中的肌肉组织细胞中有ATP分解但无ATP合成
C.对照组中的磷酸肌酸可以维持ATP含量的相对稳定
D.实验组数据表明部分生命活动利用了靠近A的磷酸键
4.答案 AC 肌肉收缩需要ATP提供能量,对照组肌肉收缩前后ATP和ADP的含量没有变化,故有ATP和ADP的相互转化,A正确;实验组肌肉收缩后ATP含量下降,说明有ATP分解,但根据数据无法判断有无ATP合成,B错误;磷酸肌酸能将自身的磷酸基团转移到ADP分子中来合成ATP,故对照组中的磷酸肌酸可以维持ATP含量的相对稳定,C正确;题述实验没有测定AMP的含量变化,故不能判断是否有部分生命活动利用了靠近A的磷酸键,D错误。
高考真题再现
1.(2020北京,4,2分)用新鲜制备的含过氧化氢酶的马铃薯悬液进行分解H2O2的实验,两组实验结果如图。第1组曲线是在pH=7.0、20 ℃条件下,向5 mL 1%的H2O2溶液中加入0.5 mL 酶悬液的结果。与第1组相比,第2组实验只做了一个改变。第2组实验提高了 ( )
A.悬液中酶的浓度 B.H2O2溶液的浓度
C.反应体系的温度 D.反应体系的pH
1.答案 B 结合题干信息分析题图,随反应时间增加,生成O2总量的相对值不断增加,达到一定时间(第1组大约为2、第2组大约为3)以后,两组实验中产生的O2总量不再增加(即反应结束),但第2组反应结束时产生的O2总量明显高于第1组。若第2组实验提高了悬液中酶的浓度,则反应结束时产生的O2总量应与第1组相同,A错误;若第2组实验提高了H2O2溶液的浓度,则反应结束时产生的O2总量应比第1组多,B正确;若第2组实验提高了反应体系的温度(或pH),则反应结束时产生的O2总量应与第1组相同,C、D错误。
2.(2019天津理综,2,6分)下列过程需ATP水解提供能量的是 ( )
A.唾液淀粉酶水解淀粉
B.生长素的极性运输
C.光反应阶段中水在光下分解
D.乳酸菌无氧呼吸的第二阶段
2.答案 B 唾液淀粉酶可以在体外适宜条件下水解淀粉,但体外环境中无ATP存在,说明该反应不需要ATP水解提供能量,A不符合题意;生长素的极性运输为消耗能量的主动运输过程,即需要ATP水解提供能量,B符合题意;光反应阶段水的光解不需要ATP水解提供能量,C不符合题意;乳酸菌无氧呼吸第二阶段不需要ATP,也不产生ATP,D不符合题意。
3.(2018浙江4月选考,10,2分)ATP是细胞中的能量通货。下列叙述正确的是 ( )
A.ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量
B.ATP—ADP循环使得细胞储存了大量的ATP
C.ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团
D.ATP分子中的2个高能磷酸键不易断裂水解
3.答案 C 细胞中ATP中的能量可来自细胞呼吸释放的能量,也可来自光能,A错误;ATP—ADP循环使细胞中ATP的量保持相对稳定,B错误;ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团,C正确;ATP分子中有2个高能磷酸键(特殊的化学键),远离A的高能磷酸键易断裂水解,D错误。
4.(2017天津理综,3,6分)将A、B两种物质混合,T1时加入酶C。如图为最适温度下A、B浓度的变化曲线。叙述错误的是( )
A.酶C降低了A生成B这一反应的活化能
B.该体系中酶促反应速率先快后慢
C.T2后B增加缓慢是酶活性降低导致的
D.适当降低反应温度,T2值增大
4.答案 C 由题图中A、B物质变化曲线知,A、B分别为反应物和生成物,酶C的作用是降低A 生成B这一反应的活化能,A 正确;随反应物浓度降低,该体系中酶促反应速率先快后慢,B正确;T2后因A浓度降低导致了反应速率下降,从而导致B浓度增加缓慢,C错误;该图为最适温度下的酶促反应曲线,若适当降低反应温度,达到反应平衡的时间会延长,T2值会增大,D正确。
5.(2020课标全国Ⅲ,29,10分)参照表中内容,围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。
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)
5.答案 (1)细胞质基质 (2)无氧呼吸 (3)光能 (4)O2、NADPH (5)H2O、CO2
一、单项选择题
1.(2020山东淄博高三一模)关于酶的叙述,错误的是 ( )
A.同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中
B.低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构
C.酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速度
D.酶既可以作为催化剂,也可以作为另一个化学反应的底物
1.答案 B 导致酶空间结构被破坏而变性的因素有过酸、过碱、高温等,低温只是抑制酶的活性,不会破坏酶的空间结构,B错误。
2.(2021广西钦州一中摸底)下列关于比较过氧化氢在不同条件下的分解实验的叙述,错误的是 ( )
A.加热能提高过氧化氢的分解速率,但不能降低活化能
B.该实验中加肝脏研磨液和FeCl3的两组可构成对比实验
C.若所用肝脏不新鲜,等量过氧化氢彻底分解所得氧气将减少
D.该实验能得出过氧化氢酶具有催化作用以及高效性的结论
2.答案 C 若所用肝脏不新鲜,则过氧化氢酶的活性下降,催化过氧化氢分解的速率会减慢,但不影响反应平衡,故等量过氧化氢彻底分解理论上将产生等量氧气,C错误。
3.(2020山东章丘四中高三3月模拟)下列是有关酶的实验叙述,正确的是 ( )
A.斯帕兰札尼将肉块放入金属笼内,然后让鹰吞下去,一段时间后,笼内肉块消失了,这个实验说明了胃具有物理性消化的作用
B.在“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”实验中,可通过检测是否有还原糖产生来说明酶的作用具有专一性
C.在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中,加热、Fe3+和过氧化氢酶促使过氧化氢分解的原因都是降低了过氧化氢分解反应的活化能
D.在“探究温度对酶活性的影响”实验中,先将淀粉液与淀粉酶液混合后,再分别置于不同温度条件下5分钟
3.答案 B 斯帕兰札尼将肉块放入金属笼内,然后让鹰吞下去,一段时间后,笼内肉块消失了,这个实验说明了胃具有化学性消化的作用,A错误;在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中,加热能为过氧化氢分解反应提供能量,Fe3+和过氧化氢酶促使过氧化氢分解的原因是降低了过氧化氢分解反应的活化能,C错误;在“探究温度对酶活性的影响”实验中,关键步骤是先将淀粉液和淀粉酶液在不同温度条件下保温5分钟,然后将同一温度保温下的淀粉液与淀粉酶液混合,D错误。
4.(2021湖南茶陵三中高三月考)下列有关细胞的能量“货币”ATP变化的叙述错误的是 ( )
A.ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性
B.人体在紧张或愤怒状态下,细胞内产生ATP的速率大大超过产生ADP的速率
C.ATP中的能量可以来源于光能或化学能
D.人体在剧烈运动时,通过机体神经和体液的调节,细胞产生ATP的速率迅速增加
4.答案 B 人体在紧张或愤怒状态下,细胞内产生ATP的速率与产生ADP的速率相当,两者速率都增大,B错误。
5.(2021黑龙江大庆实验中学高三开学考)如图为细胞中ATP及其相关物质和能量的转化示意图(M表示酶,Q表示能量),下列叙述正确的是 ( )
A.Q1可以来源于光能,Q2不能转化为光能,M1和M2不是同一种酶
B.吸能反应伴随着甲的形成,能量由Q2提供
C.物质乙由腺嘌呤和核糖组成,是构成RNA的基本单位之一
D.葡萄糖与果糖生成蔗糖的过程中,细胞中物质甲的量减少
5.答案 B Q1可以来源于光能,Q2可以转化为光能(如萤火虫的发光),酶具有特异性,M1和M2不是同一种酶,A错误;物质乙为AMP,由腺嘌呤、核糖和磷酸组成,是构成RNA的基本单位之一,C错误;葡萄糖与果糖生成蔗糖的过程中要消耗能量,一般与ATP水解反应相联系,短时间内细胞中物质甲的量会增加,D错误。
6.(2021黑龙江哈尔滨六中高三开学考)如图表示ATP—ADP的循环图解,下列叙述正确的是 ( )
A.①属于放能反应,在细胞内与其他吸能反应密切联系
B.溶酶体中蛋白质水解为氨基酸需要②过程提供能量
C.人在饥饿时,细胞内的过程①和②也能达到平衡
D.各种生物均能独立完成ATP—ADP的循环
6.答案 C 据图分析,①是合成ATP的过程,属于吸能反应,在细胞内与其他放能反应密切联系,A错误;溶酶体中蛋白质水解为氨基酸不需要消耗能量,B错误;细胞中ATP和ADP的含量很少,但是转化非常迅速,人在饥饿时,细胞内的过程①和②也能达到平衡,C正确;病毒没有细胞结构,必须寄生在活细胞中才能完成各项生命活动,因此病毒不能独立完成ATP—ADP的循环,D错误。
7.(2020河南联考)木聚糖酶能将木聚糖最终降解为木二糖、木三糖等聚合度低的低聚木糖。为探究木聚糖酶降解蔗渣木聚糖的最优温度和pH组合,科学家在下表所示的不同因素水平组合下,在蔗渣木聚糖粗提液中加入2%木聚糖酶,分别酶解6 h,在酶解完全后离心取上清液检测低聚木糖得率及平均聚合度。下列说法不正确的是 ( )
酶水解因素水平设计表
因素
水平
酶解温度/℃
35
40
45
50
55
酶解pH
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
A.通过进行25组温度和pH组合实验可以准确测定木聚糖酶的最适温度和最适pH
B.每个组合重复操作3次实验取均值,目的是排除偶然因素对实验结果的干扰
C.低聚木糖得率越高、平均聚合度越低的组合是木聚糖酶降解蔗渣木聚糖的最优组合
D.酶添加量2%和酶解时间6 h属于实验的无关变量
7.答案 A 本实验不能准确测定木聚糖酶的最适温度和最适pH,只能确定温度和pH的最佳组合范围,A错误;每个组合重复操作3次实验取均值,目的是排除偶然因素对实验结果的干扰,B正确;木聚糖酶能将木聚糖最终降解为木二糖、木三糖等聚合度低的低聚木糖,因此,低聚木糖得率越高、平均聚合度越低的组合是木聚糖酶降解蔗渣木聚糖的最优组合,C正确;酶添加量2%和酶解时间6 h属于实验的无关变量,D正确。
二、不定项选择题
8.(2020山东威海高三期中)ATP合成酶广泛分布于线粒体内膜、叶绿体类囊体膜等。当H+顺浓度梯度穿过ATP合成酶时,该酶能促使ADP与Pi形成ATP。结合所学知识,推测下列说法正确的是 ( )
A.ATP合成酶只能存在于真核细胞中
B.ATP合成酶既具有催化作用,同时也具有运输作用
C.加热能加快ATP合成酶催化ADP和Pi形成ATP
D.ATP合成酶使ADP和Pi形成ATP时,伴随着能量的释放
8.答案 B 原核生物也需要进行呼吸作用,产生ATP为各项生命活动提供能量,而ATP合成酶是催化形成ATP的,推测原核生物内也含有ATP合成酶,A错误;据题可知,ATP合成酶能促使ADP与Pi形成ATP,说明ATP合成酶具有催化作用,“H+顺浓度梯度穿过ATP合成酶”,推测ATP合成酶具有运输作用,B正确;ATP合成酶的活性受温度影响,超过最适温度后,随着温度的升高,酶活性降低直至变性失活,C错误;ATP合成酶使ADP和Pi形成ATP时,伴随着能量的储存,D错误。
9.某同学欲通过如图所示的装置进行与酶有关的实验研究,下列分析正确的是 ( )
A.若不同滤纸片上分别附有等量过氧化氢酶、Fe3+,则该装置可用于探究酶的专一性
B.该装置不能用于探究温度对过氧化氢酶活性的影响
C.酶促反应速率可用滤纸片进入烧杯液面到浮出烧杯液面的时间(t3-t1)来表示
D.该装置不能用于探究pH对酶活性的影响
9答案 BC 若选用过氧化氢酶、Fe3+,自变量是不同的催化剂,可用来探究酶的高效性,A错误;过氧化氢在高温下更容易分解,故不能选择过氧化氢来探究温度对酶活性的影响,B正确;酶促反应在酶与底物接触时开始,其速率可用滤纸片从进入烧杯液面到浮出液面的时间(即t3-t1)来表示,C正确;探究pH对酶活性影响的实验中的自变量是pH,若将装置中的过氧化氢溶液设置成不同pH,该装置可以用来探究pH对酶活性的影响,D错误。
10.(2020浙江诸暨适应性考试)荧光素接受ATP提供的能量后被激活,在荧光素酶的作用下激活的荧光素与氧发生化学反应,形成氧化荧光素并且发出荧光。研究人员用不同条件处理荧光素酶后,在添加足量的荧光素条件下测定酶浓度与发光强度间的关系如下图所示。下列说法正确的是 ( )
A.高温、重金属都可能破坏了酶的空间结构
B.荧光素和荧光素酶可用于ATP的定量检测
C.A点后发光强度不再增大,可能受荧光素量的限制
D.在生产实践中应用荧光素酶,为节约用量,可用Mg2+处理
10.答案 ABD 由图可知,用高温、重金属处理后,发光强度很低,说明荧光素酶的活性很低,高温和重金属都可能破坏了酶的空间结构,A正确;荧光素在荧光素酶和ATP等物质的参与下可进行反应发出荧光,ATP是驱动荧光素发出荧光的直接能源物质,发光强度与ATP的含量成正比,所以根据发光强度可以计算出实验中消耗ATP的含量,即荧光素和荧光素酶可用于ATP的定量检测,B正确;由题可知,荧光素是足量的,A点后发光强度不再增大,可能是受ATP含量等条件的限制,C错误;Mg2+处理,在较低荧光素酶浓度下就能达到较高发光强度,在生产实践中若要节省荧光素酶的用量,可以用Mg2+处理,D正确。
三、非选择题
11.(2020山东济宁一中二检)植物内的过氧化物酶能分解H2O2,氧化焦性没食子酸呈橙红色。为探究甘蓝梗中是否存在过氧化物酶,设计实验如表。请回答:
试管编号
1%焦性没
食子酸/mL
2%H2O2
/mL
缓冲液
/mL
甘蓝梗提
取液/mL
煮沸冷却后的甘
蓝梗提取液/mL
1
2
2
2
-
-
2
2
2
-
2
-
3
2
2
-
-
2
注:表中“-”表示没有添加。
(1)1、2号试管中, 试管是对照组,该实验的自变量是 。
(2)若2号试管显橙红色,并不能证明甘蓝梗中存在过氧化物酶,你的改进措施是 。
(3)若3号试管不显橙红色,推测其原因是 。
(4)已知白菜梗内也含过氧化物酶,经测定,相同条件下,两种植物提取液中过氧化物酶的活性不同,从其分子结构分析,原因可能是 。
(5)如何通过实验检测过氧化物酶的化学本质,并比较甘蓝梗和白菜梗内过氧化物酶的含量(假设两种植物提取液中只含过氧化物酶)。请简述设计思路: 。
11.答案 (1)1号 甘蓝梗提取液的有无 (2)再增加一组实验,把缓冲液换成2 mL过氧化物酶,其他条件与1号试管相同 (3)高温使甘蓝梗提取液中的过氧化物酶变性失活 (4)两种植物过氧化物酶的氨基酸序列不同(或空间结构不同) (5)将等量的白菜梗和甘蓝梗提取液分别放入两支试管中,再分别加等量且适量的双缩脲试剂进行实验。若产生紫色反应,说明过氧化物酶的化学本质是蛋白质;显色反应强(紫色深)的一组,过氧化物酶含量高
解析 (1)由表可知,在1、2号试管中,1号试管中只加入了缓冲液未进行其他处理,其为对照组;该实验的自变量是甘蓝梗提取液的有无。(2)若要证明2号试管显橙红色,代表着甘蓝梗中存在过氧化物酶,则需设计一组以过氧化物酶为自变量的实验,用其实验结果进行对照,才能说明甘蓝梗中存在过氧化物酶。因此依据单一变量原则,再增加一组实验:把缓冲液换成2 mL过氧化物酶,其他条件与1号试管相同。(3)3号试管的处理是将甘蓝梗提取液煮沸冷却,与2号试管处理及结果进行对照,可知3号试管不显橙红色的原因是高温处理使酶变性失活。(4)根据结构与功能相适应的原理,并结合过氧化物酶的本质——蛋白质,可推测:相同条件下,两种植物提取液中过氧化物酶的活性不同,从其分子结构分析,可能是因为两种植物中的过氧化物酶的空间结构(或氨基酸的种类、数目、排列顺序等)不同。(5)过氧化物酶的本质是蛋白质,可选择双缩脲试剂来检测,并且可根据颜色的深浅估测相应过氧化物酶的含量。具体实验设计思路:将等量的白菜梗和甘蓝梗提取液分别放入两支试管中,再分别加等量且适量的双缩脲试剂进行实验。若产生紫色反应,说明过氧化物酶的化学本质是蛋白质;显色反应强(紫色深)的一组,过氧化物酶含量高。
12.(2020四川宜宾四中高考适应性考试)F1F0型ATP合成酶是生物膜上能合成ATP的酶,由固定在生物膜上的F0和悬浮状态的F1构成。请回答下列问题:
(1)ATP分子的结构可以简写成 ,同无机催化剂相比,F1F0型ATP合成酶具有 (填特性,答出两点即可)。
(2)线粒体中,F0由线粒体基因编码并在线粒体中合成,F1由细胞核基因编码并在 上合成后进入线粒体,在线粒体的 上与F0组装成有功能的酶。
(3)叶绿体中的F1F0型ATP合成酶分布在 上,参与该酶合成的RNA,种类最多的是 。
12.答案 (1)A—P~P~P 专一性、高效性 (2)核糖体 内膜 (3)类囊体膜 tRNA
解析 (1)ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写,分子结构可以简写成A—P~P~P。A表示腺苷、T表示三个、P表示磷酸基团,“~”表示特殊的化学键。酶是生物催化剂,具有高效性、专一性等特点。(2)由题可知,F1是蛋白质,蛋白质的合成场所是核糖体。由题可知,F1F0型ATP合成酶是生物膜上能合成ATP的酶,而线粒体内膜参与呼吸作用合成ATP,因此F1与F0在线粒体内膜上组装成有功能的酶。(3)叶绿体中合成ATP的场所为类囊体膜,通过光反应产生。该酶的本质是蛋白质,参与蛋白质合成的RNA种类最多的是tRNA,负责转运氨基酸。
13.(2020福建泰宁一中高三阶段考)为了检测某种酶X对3种二糖(糖A、糖B、糖C)的作用,设计了如下图所示的实验。5 min后检测每支试管中的单糖和二糖,结果如下表:
试管1
试管2
试管3
单糖
无
无
有
二糖
有
有
无
(1)该实验需将三支试管置于相同温度中的目的是 。
(2)从本实验中,可得出的结论是: 。
(3)为进一步检测该酶的活性与pH的关系,请用下面所给的材料和实验室中的基本设备,设计一个实验,探究pH对酶活性的影响。
实验材料:酶X,糖A溶液、糖B溶液、糖C溶液(自选一种),指示剂,不同pH的溶液(盐酸、清水、氢氧化钠)。
实验步骤:
①取三支洁净试管,向三支试管中均加入1 mL酶X溶液,编号为A、B、C。
②向A、B、C三支试管分别加入 ,摇匀。
③将 溶液各2 mL注入A、B、C三支试管中,置于37 ℃中水浴保温5 min。
④向各支试管中分别加入等量指示剂,观察颜色变化。
(4)下图表示在最适温度和最适pH下H2O2分解产生的O2量随时间的变化,当温度降低时,E点的变化是 ,D点的变化是 。
13.答案 (1)排除无关变量(温度)对实验结果的干扰 (2)酶具有专一性 (3)等量盐酸、清水、氢氧化钠 糖C (4)不变 右移
解析 (1)温度为该实验的无关变量。实验中将三支试管置于相同温度中的目的是排除无关变量(温度)对实验结果的干扰。(2)表格信息显示:试管1与2中无单糖生成,试管3中有单糖生成,说明酶X不能催化糖A、糖B水解,但能催化糖C水解,说明酶具有专一性。(3)检测该酶的活性与pH的关系,选择的底物为糖C,自变量是pH,因变量的观测指标为加入指示剂后是否出现颜色反应,而其他对实验结果有影响的因素均为无关变量,应保持相同且适宜。(4)曲线图表示在最适温度和最适pH下H2O2分解产生的O2量随时间的变化。O2量的最大值与H2O2的量有关,与酶的活性无关。当温度降低时,H2O2酶的活性降低,E点不变,但H2O2完全分解所用的时间延长,所以D点右移。
第3单元 细胞代谢
第7讲 酶和ATP
考点内容
核心素养解读
1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质,酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响
2.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
1.通过比较不同条件下过氧化氢的分解实验,认识酶的作用(生命观念)
2.通过分析与酶有关的实验,培养学生利用数形结合分析生物学问题的科学思维习惯(科学思维)
3.通过设计与酶有关的实验,培养对实验现象和结果进行解释、分析和处理的能力,培养对实验方案的评价能力(科学探究)
考点一 酶的本质、作用和特性
必备知识·整合
1.酶的本质与作用
(1)本质与作用
(2)作用机理: 降低 化学反应的活化能。
①无酶催化的反应曲线是 乙 ,有酶催化的反应曲线是 甲 。
②ca段的含义是在无催化剂的条件下,反应所需要的活化能;ba段的含义是酶 降低的活化能 。
③该反应中,若将酶催化改为无机催化剂催化,则b点在纵轴上将 向上 移动。
2.酶的特性
3.酶本质的探索历程(连线)
1.细胞代谢发生在细胞中,是每时每刻进行着的许多化学反应的统称。(必修1 P76正文) (√)
2.酶提供了反应过程中所必需的活化能。(必修1 P78正文)(✕)
3.萨姆纳从刀豆种子中提取到了脲酶,并证明脲酶是蛋白质。(必修1 P79思考·讨论) (√)
4.酶都是活细胞产生的,具有催化和调节生命活动的作用。(必修1 P81正文) (✕)
5.每种酶只能催化一种化学反应。(必修1 P82正文) (✕)
6.高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。(必修1 P84正文) (✕)
7.细胞中的各类化学反应之所以能有序进行,还与酶在细胞中的分布有关。(必修1 P84正文) (√)
8.溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁,具有抗菌消炎的作用。(必修1 P85科学·技术·社会) (√)
(必修1 P84图5-2、5-3拓展)分析图示甲、乙,完成填空。
(1)甲、乙两图横坐标分别为温度、pH,b点表示 最适温度 ,e点表示 最适pH 。
(2)甲图中,温度由a变为b时,酶活性 升高 ;由c变为b时,酶活性 不变 ,原因是 高温使酶的空间结构被破坏,使酶永久失活 。
(3)乙图中,pH由d变为e或由f变为e时,酶活性均不变,原因是 过酸、过碱都会导致酶空间结构被破坏,使酶永久失活 。
(4)结论:在适宜的温度、pH条件下,酶的活性 最高 。
(5)人发烧时不想吃东西,原因是 体温升高导致消化酶活性降低,食物在消化道中消化缓慢 。
(6)唾液淀粉酶随食物进入胃内就会失活,原因是 唾液淀粉酶的最适pH为6.8,而胃液的pH为0.9~1.5 。
重点疑难·突破
1.酶专一性的理论模型
(1)图中A表示酶,B表示被A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A催化的物质。
(2)酶和被催化的底物分子有特定的、相契合的结构。
2.与酶有关的曲线分析
(1)酶的高效性
①由曲线可知:酶比无机催化剂的催化效率高。
②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间,不改变化学反应的方向和平衡点。因此,酶不能改变最终生成物的量。
(2)酶的专一性
①在底物A中加入酶A,反应速率较未加酶时明显加快,说明酶A能催化底物A的反应。
②在底物A中加入酶B,反应速率和未加酶时相同,说明酶B不能催化底物A的反应。
(3)酶的化学本质的探究
①将A、B两种酶分别用同一种蛋白酶处理,A酶活性不变,能抵抗该种蛋白酶的降解,则其化学本质不是蛋白质,而是RNA;B酶活性降低,能被蛋白酶降解,则其化学本质为蛋白质。
②B酶活性改变的原因是B酶在被降解的过程中分子结构发生改变。
(4)影响酶活性因素的相关曲线
①甲曲线分析:在一定温度(pH)范围内,随温度(pH)的升高,酶的催化作用增强,超过最适温度(pH),酶的催化作用逐渐减弱;过酸、过碱、高温都会使酶变性失活,而低温只是抑制酶的活性,酶分子的结构未被破坏,温度升高可恢复活性。
②乙曲线分析:纵坐标为反应物剩余量,剩余量越多,生成物越少,反应速率越慢;图示pH=7时,反应物剩余量最少,可能为最适pH;反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
(5)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响曲线
①甲图:在其他条件适宜、酶量一定的情况下,酶促反应速率先随底物浓度的增加而加快,当底物达到一定浓度后,受酶数量的限制,酶促反应速率不再加快。
②乙图:在底物足量、其他条件适宜的情况下,酶促反应速率与酶浓度成正比。
关键能力·提升
考向一 围绕酶的本质、作用和特性,考查生命观念
1.(不定项选择)下列关于生物体中酶的叙述,正确的是 ( )
A.脲酶可与双缩脲试剂反应产生紫色络合物
B.由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性
C.从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法
D.唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37 ℃
1.答案 AC 脲酶的化学本质是蛋白质,能够与双缩脲试剂反应产生紫色络合物,A正确;只要给予适宜的温度、pH等条件,由活细胞产生的酶在生物体外也具有生物催化活性,B错误;盐析可使蛋白质在水溶液中的溶解度降低,但不影响蛋白质的活性,胃蛋白酶的化学本质是蛋白质,因此从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法,C正确;唾液淀粉酶催化反应的最适温度是37 ℃,但是37 ℃不是保存该酶的最适温度,酶应该在低温条件下保存,D错误。
2.(2021山东日照高三校际联考)真核细胞中,通过转录产生的RNA,往往需要在各种酶的作用下进行剪接加工,下图表示某种酶在该过程中的作用。相关叙述错误的是 ( )
A.该酶的基本组成单位是核糖核苷酸
B.该酶为限制酶,能特异性切割磷酸二酯键
C.该酶的专一性与其特定的碱基排列顺序有关
D.该酶能够显著降低RNA水解所需要的能量
2.答案 B 限制酶作用的底物是DNA,B错误。
题后悟道·归纳
对酶在细胞代谢中作用的理解
(1)酶通过降低活化能加快化学反应速率。
(2)酶只能提高化学反应速率,缩短反应时间,不会改变化学平衡的位置。
(3)在反应前后,酶的化学性质和数量均保持不变。
(4)加热不能降低活化能。
考向二 围绕外界因素对酶活性的影响,考查科学思维能力
3.(2021黑龙江哈尔滨六中高三开学考)下图为酶促反应曲线,Km表示反应速率为1/2Vmax时的底物浓度。竞争性抑制剂与底物结构相似,可与底物竞争性结合酶的活性部位;非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合,从而使酶的活性部位功能丧失。下列分析错误的是 ( )
A.Km越大,酶与底物亲和力越高
B.加入竞争性抑制剂,Km增大
C.加入非竞争性抑制剂,Vmax降低
D.非竞争性抑制剂破坏酶的空间结构
3.答案 A 据图分析,Km越小,达到1/2Vmax需要的底物浓度越低,说明酶与底物亲和力越高,A错误。
4.(2021河北邯郸摸底)如图为淀粉—琼脂培养基,其上的6个位置分别放置经不同溶液浸泡过的滤纸片。将该培养基置于37 ℃条件下保温。30 min后加入碘液处理,观察6个位置的颜色如表所示。
位置
滤纸的浸泡液
碘液处理后的颜色
1
唾液淀粉酶溶液(pH为6.8)
接近无色
2
蒸馏水
蓝色
3
与HCl混合的唾液淀粉酶溶液
蓝色
4
与NaOH混合的唾液淀粉酶溶液
蓝色
5
煮沸后冷却的唾液淀粉酶溶液
蓝色
6
蛋白酶溶液
?
下列叙述错误的是 ( )
A.37 ℃保温的目的是排除温度对实验结果的影响
B.由位置1和2的实验结果可得出唾液淀粉酶具有催化作用
C.将位置3的滤纸浸于pH为6.8的溶液中,酶的活性恢复
D.由于酶具有专一性,位置6的颜色应该是蓝色
4.答案 C 过酸(位置3)、过碱(位置4)或温度过高(位置5)都会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活,因此将位置3的滤纸浸于pH为6.8的溶液中,酶的活性不会恢复,C错误。
考向三 结合酶特性相关的曲线等模型分析,考查科学思维能力
5.(2021云南两校高三联考)如图曲线乙表示在外界条件均适宜时,反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析正确的是 ( )
A.反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素
B.酶量增加后,图示反应速率可用曲线丙表示
C.降低pH,重复该实验,A、B点位置都不变
D.B点后,升高温度,酶活性增强,曲线将呈现甲所示的变化
5.答案 A 酶量增加后,反应速率增大,图示反应速率可用曲线甲表示,B错误;曲线乙表示在外界条件均适宜时,反应物浓度与酶促反应速率的关系,降低pH,酶活性降低,重复该实验,A、B点位置均将下降,C错误;B点后,升高温度,酶活性下降,曲线不会呈现甲所示变化,D错误。
6.(2020山东高三统一模拟)将某种酶运用到工业生产前,需测定使用该酶的最佳温度范围。下图中的曲线①表示在各种温度下该酶活性相对于最高酶活性的百分比。将该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,由此得到的数据为酶的热稳定性数据,即下图中的曲线②。据此作出判断,不正确的是 ( )
A.曲线①可知80 ℃是该酶活性最高的温度
B.曲线②的各数据点是在对应温度下测得的
C.该酶使用的最佳温度范围是60 ℃~70 ℃
D.该酶的热稳定性在70 ℃之后急剧下降
6.答案 B 曲线②中的数据是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得的,B错误。
题后悟道·方法
“四看法”分析酶促反应曲线
实验一 比较过氧化氢在不同条件下的分解
必备知识·整合
1.实验原理
2H2O22H2O+O2
2.实验设计与现象分析
3.实验结论
(1)①②对照,说明 加热能促进过氧化氢的分解,提高反应速率 。
(2)①④对照,说明酶具有 催化作用 ,同无机催化剂一样可加快化学反应速率。
(3)③④对照,说明酶具有 高效性 ,同无机催化剂相比,酶的催化效率更高。
重点疑难·突破
1.实验成功的4个关键点
(1)若肝脏不新鲜,肝细胞内的过氧化氢酶等有机物会在腐生细菌的作用下分解,使组织中酶分子的数量减少且活性降低,故宜用新鲜肝脏。
(2)实验中使用肝脏的“研磨”液,可以加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中过氧化氢的接触面积,从而加速过氧化氢的分解。
(3)滴加氯化铁溶液和肝脏研磨液时不能共用一支滴管,因为酶的催化具有高效性,少量酶混入FeCl3溶液后就会影响实验结果的准确性,使人作出错误的判断。
(4)加热、Fe3+、H2O2酶,都提高了反应的速率,它们提高反应速率的原理不相同,加热为过氧化氢分子提供了能量,用于从常态转变为容易分解的活跃状态;Fe3+和过氧化氢酶没有提供能量,而是降低了过氧化氢分解反应的活化能。
2.实验变量与对照分析
关键能力·提升
1.(2020陕西咸阳高三模拟)如图为某同学在25 ℃的环境中探究过氧化氢在不同条件下的分解情况,下列相关叙述正确的是( )
A.若该4组实验在60 ℃的环境中进行,则4组气泡的产生速率均增加
B.若要得出酶具有高效性的结论,只能甲组与丙组进行比较
C.丙组与丁组比较,可得出氯化铁能为过氧化氢分解供能的结论
D.无机催化剂与酶的作用机理相似,但前者不具有专一性
1.答案 D 题述实验在60 ℃的环境中进行时,甲组鸡肝脏匀浆中的酶因高温变性,活性丧失,气泡的产生速率降低,A错误;要得出酶具有高效性的结论,可以是甲组与丙组或甲组与乙组进行比较,B错误;丙组与丁组比较,可得出氯化铁能催化过氧化氢分解的结论,不能证明氯化铁能为过氧化氢分解提供能量,C错误。
2.(2021四川成都石室中学高三开学考)将四支装有等量等浓度H2O2溶液的试管进行不同的处理,测定各试管在相同时间内释放的氧气量,如图所示。下列相关叙述正确的是 ( )
A.①②组的结果不同,二者分解等量H2O2所需的活化能相同
B.比较①组、②组和④组的结果,可以说明过氧化氢酶具有高效性
C.③④组结果存在差异的主要原因是过氧化氢酶能降低反应的活化能
D.若在④组的基础上增加②组条件,则相同时间内④组释放的氧气量增加
2.答案 A 比较①组、②组和④组的结果,可以说明过氧化氢酶具有催化作用,欲说明过氧化氢酶具有高效性,需要比较①组、③组和④组的结果,B错误;无机催化剂和酶都能降低反应的活化能,其中酶降低活化能的效果更为显著,C错误;在高温条件下过氧化氢酶的活性会丧失,故若在④组的基础上增加②组条件(90 ℃水浴),则相同时间内④组释放的氧气量减少,D错误。
实验二 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
必备知识·整合
1.实验原理:淀粉和蔗糖都是 非还原 糖。它们在酶的催化作用下都能水解成 还原糖 ,还原糖能与 斐林试剂 反应,生成砖红色沉淀。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶,再用 斐林试剂 鉴定溶液中有无还原糖,就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
2.实验设计
序号
操作步骤
1号试管
2号试管
1
注入质量分数为3%的可溶性淀粉溶液
2 mL
-
2
注入质量分数为3%的蔗糖溶液
-
2 mL
3
注入质量分数为2%的
新配制的淀粉酶溶液
2 mL
2 mL
4
轻轻振荡,保温5 min
60 ℃
60 ℃
5
加斐林试剂,轻轻振荡
2 mL
2 mL
6
水浴加热
煮沸并保持1 min
7
观察溶液颜色
砖红色沉淀
蓝色
3.实验结论:酶具有 专一性 ,淀粉酶只能催化 淀粉 水解,而不能催化 蔗糖 水解。
[特别提醒] 实验注意事项
(1)为了实验的严谨性,实验前应先检查淀粉溶液、蔗糖溶液中是否含有还原性杂质,简便可行的方法是实验前用斐林试剂检测待测溶液,若产生砖红色沉淀,说明待测溶液中含有还原性杂质,不能用于此实验。
(2)用淀粉、蔗糖和淀粉酶来探究酶的专一性时,无论蔗糖是否发生水解,都不与碘液发生颜色反应,因此不能用碘液代替斐林试剂。
关键能力·提升
1.(不定项选择)某同学进行了下列有关酶的实验。
甲组:淀粉溶液+新鲜唾液+斐林试剂→有砖红色沉淀
乙组:蔗糖溶液+新鲜唾液+斐林试剂→无砖红色沉淀
丙组:蔗糖溶液+蔗糖酶溶液+斐林试剂→?
下列叙述正确的是 ( )
A.丙组的实验结果是“无砖红色沉淀”
B.加入斐林试剂后还应水浴加热
C.该同学的实验目的是验证酶的专一性
D.为省去水浴加热步骤,可用碘液代替斐林试剂
1.答案 BC 分析甲、乙、丙三组,丙组中,蔗糖酶可以把蔗糖水解为葡萄糖和果糖,二者均为还原糖,在水浴加热条件下与斐林试剂反应产生砖红色沉淀,A错误;加入斐林试剂后还应
水浴加热,B正确;实验中淀粉酶能水解淀粉,不能水解蔗糖,而蔗糖只能被蔗糖酶水解,能验证酶具有专一性,C正确;碘液只能检测淀粉是否水解,而不能检测蔗糖是否水解,D错误。
2.(2020山东3月联考)据表分析,下列说法正确的是 ( )
组别
①
②
③
④
⑤
⑥
质量分数为3%的淀粉溶液(mL)
2
—
2
—
2
—
质量分数为3%的蔗糖溶液(mL)
—
2
—
2
—
2
质量分数为2%的α-淀粉酶溶液(mL)
1
1
1
1
1
1
反应温度(℃)
0
0
60
60
100
100
碘液
2滴
2滴
2滴
2滴
2滴
2滴
注:表中“—”表示没有添加。
A.α-淀粉酶溶液的用量是无关变量
B.①②两组实验可用于验证酶的专一性
C.②④⑥三组实验可说明温度能影响酶活性
D.设计上述实验的目的是验证酶的专一性
2.答案 A ①②两组实验的温度不是α-淀粉酶的适宜温度,此温度下α-淀粉酶不能正常发挥作用,所以不能用于验证酶的专一性,B错误;α-淀粉酶不能催化蔗糖水解,故②④⑥不能说明温度能影响酶活性,C错误;该实验的目的是探究温度对酶活性的影响,因碘液无法检测蔗糖是否被分解,所以无法验证酶的专一性,D错误。
3.为了证明酶的作用具有专一性,某同学设计了如下5组实验,分别选择一定的试剂进行检测,下列有关实验方案和检测结果的叙述,正确的是 ( )
组别
①
②
③
④
⑤
酶
淀粉酶
蛋白酶
淀粉酶
淀粉酶
淀粉酶
反应物
蔗糖
淀粉
蛋白质
淀粉
麦芽糖
A.②和③对比,用双缩脲试剂检测;②中不变紫色,③中呈现紫色
B.③和④对比,用斐林试剂检测;水浴加热下③中不出现砖红色沉淀,④中出现砖红色沉淀
C.①和④对比,用斐林试剂检测;水浴加热下①中不出现砖红色沉淀,④中出现砖红色沉淀
D.④和⑤对比,用斐林试剂检测;水浴加热下④和⑤中均出现砖红色沉淀
3.答案 C 蛋白酶和淀粉酶都是蛋白质,都能与双缩脲试剂反应呈现紫色,不能用来证明酶的作用具有专一性,A错误;斐林试剂可以用来检测淀粉是否水解,但不能用来检测蛋白质是否水解,不能用来证明酶的作用具有专一性,B错误;麦芽糖是还原糖,麦芽糖的水解产物(葡萄糖)也是还原糖,用斐林试剂不能检测麦芽糖是否水解,D错误。
实验三 影响酶活性的条件
必备知识·整合
1.探究温度对酶活性的影响
(1)原理:温度影响淀粉酶的活性,进而影响淀粉的水解速率。淀粉遇碘变蓝,可以根据 是否出现蓝色及蓝色的深浅 判断酶的活性。
蓝色淀粉麦芽糖无蓝色出现
(2)实验步骤、现象及结论
取6支试管,分别编号为1与1'、2与2'、3与3',并分别进行以下操作。
试管编号
1
1'
2
2'
3
3'
实验
步骤
一
2 mL淀
粉酶溶液
2 mL可溶
性淀粉溶液
2 mL淀
粉酶溶液
2 mL可溶
性淀粉溶液
2 mL淀
粉酶溶液
2 mL可溶性
淀粉溶液
二
在冰水中水浴5 min
在60 ℃温水中水浴5 min
在沸水中水浴5 min
三
1与1'试管内液体混合,摇匀
2与2'试管内液体混合,摇匀
3与3'试管内液体混合,摇匀
四
在冰水中水浴数分钟
在60 ℃温水中水浴相同时间
在沸水中水浴相同时间
五
取出试管,分别滴加2滴碘液,摇匀,观察现象
实验现象
呈蓝色
无蓝色出现
呈蓝色
结论
酶发挥催化作用需要适宜的温度条件,温度过高和过低都将影响酶的活性
[特别提醒] 实验注意事项
(1)探究温度对酶活性的影响时,一定要让反应物和酶在各自所需的温度下保温一段时间,再进行混合。
(2)选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度时,检测试剂不可用斐林试剂代替碘液。因为斐林试剂需在水浴加热条件下才会发生特定的颜色反应,而该实验中需严格控制温度。
(3)探究温度对酶活性的影响时,不宜用H2O2作反应物,因为H2O2易分解,加热条件下其分解会加快,氧气的产生速率增加,并不能准确反映酶活性的变化。
2.探究pH对酶活性的影响
(1)原理:2H2O22H2O+O2。
(2)步骤
实验步骤
实验操作内容
试管1
试管2
试管3
一
注入等量过氧
化氢酶溶液
2滴
2滴
2滴
二
注入不同
pH的溶液
1 mL蒸馏水
1 mL盐酸
1 mL NaOH溶液
三
注入等量的
过氧化氢溶液
2 mL
2 mL
2 mL
四
观察现象
有大量
气泡产生
基本无
气泡产生
基本无气泡产生
(3)结论:酶的催化作用需要 适宜的pH , pH偏低或偏高 都会影响酶的活性。
[特别提醒] 实验注意事项
(1)探究pH对酶活性的影响时,必须先调pH,然后再将反应物与酶混合,否则反应物会在未调节好pH的情况下就在酶的作用下发生反应,影响实验的准确性。另外,本实验中也可将过氧化氢酶溶液和过氧化氢溶液分别调至同一pH再混合,以保证反应开始便达到预设pH。
(2)探究pH对酶活性的影响时,不能用斐林试剂作指示剂,因为盐酸会和斐林试剂发生反应,使斐林试剂失去作用。
(3)探究pH对酶活性的影响时,不宜采用淀粉酶催化淀粉的反应,因为用作鉴定试剂的碘液会和NaOH发生化学反应,使碘与淀粉生成蓝色络合物的机会大大减少,而且在酸性条件下淀粉也会被水解,从而影响实验的观察效果。
关键能力·提升
1.(2020安徽马鞍山一模)关于酶及其特性的实验设计,下列叙述正确的是 ( )
A.探究酶的专一性,可利用淀粉酶、淀粉、蔗糖和碘液设计实验
B.探究酶的高效性,因作用机理不同,加酶组比加FeCl3组产生的气体量多
C.探究pH对酶活性影响的实验步骤为:加底物→调pH→加酶→混匀→观察
D.探究温度对酶活性的影响,可利用淀粉酶、淀粉和斐林试剂设计实验
1.答案 C 在探究酶的专一性实验时,不能利用淀粉酶、淀粉、蔗糖和碘液设计实验,因为无论蔗糖是否发生水解,都不与碘液发生颜色反应,A错误;无机催化剂和酶的作用机理相同,都是降低化学反应的活化能,B错误;利用斐林试剂检测产物量时,需要水浴加热,反应温度就会发生改变,影响实验结果,所以不能选用斐林试剂探究温度对酶活性的影响,D错误。
2.某同学进行了温度对酶活性影响的研究,设计了如下实验。
(1)实验步骤:Ⅰ.取三支试管,分别加入质量分数为3%的可溶性淀粉溶液。Ⅱ.将三支试管分别放入冰水、25 ℃的水和沸水中,在三支试管中分别加入相同温度、质量分数为2%的淀粉酶溶液,前两支试管中的pH=6.8,第三支试管中的pH=4,摇匀后维持各自的温度5 min。Ⅲ.在三支试管中各滴一滴碘液,并摇匀。
(2)观察并记录。
(3)结论:温度过高或过低都影响酶的活性。
请回答下列问题:
①该实验 (填“能”或“不能”)得出上述实验结论。
②指出实验步骤中的错误之处,并加以纠正或补充。 。
2.答案 ①不能
②a.试管上没有做标记,应用字母或数字标记,如三支试管应分别标记为A、B、C;b.步骤Ⅰ和步骤Ⅱ试管中加入的两种溶液没有量的描述,如步骤Ⅰ中“质量分数为3%的可溶性淀粉溶液”应改为“质量分数为3%的可溶性淀粉溶液2 mL”;c.步骤Ⅱ中没有设置最适温度,应把25 ℃改为60 ℃;d.实验组与对照组未遵循单一变量原则,存在pH和温度两个变量,研究温度对酶活性的影响时,pH应相同且适宜,都为6.8(其他合理答案亦可)
解析 ①该实验探究温度对酶活性的影响。但实验步骤中没有遵循单一变量原则,缺少最适温度等因素,导致不能得出实验结论。②根据题意分析可知:试管上没有做标记,应用字母或数字进行标记,如三支试管上应分别标记为A、B、C。步骤Ⅰ和步骤Ⅱ试管中加入的两种溶液应有量的描述,如步骤Ⅰ中“质量分数为3%的可溶性淀粉溶液”应改为“质量分数为3%的可溶性淀粉溶液2 mL”。步骤Ⅱ中没有设置最适温度,应把25 ℃改为60 ℃。实验组与对照组未遵循单一变量原则,存在pH和温度两个变量,研究温度对酶活性的影响时,pH应相同且适宜,都为6.8。
考点二 ATP的结构、产生和利用
必备知识·整合
1.ATP是一种高能磷酸化合物
(1)ATP的功能
ATP是驱动细胞生命活动的 直接能源物质 。
(2)ATP的结构
a.ATP的元素组成: C、H、O、N、P 。
b.ATP的化学组成:一分子 腺嘌呤 、一分子 核糖 和三分子 磷酸基团 。
c.ATP的结构简式: A—P~P~P 。
(3)ATP的供能原理
两个相邻的磷酸基团都带有 负电荷 而相互排斥等ATP中的 特殊化学键 不稳定, 末端磷酸基团 有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势,即具有较高的 转移势能 ATP在酶的作用下水解时,脱离下来的 末端磷酸基团 挟能量与其他分子结合,从而使后者发生变化
(4)ATP是一种高能磷酸化合物,理由是 ATP水解的过程就是释放能量的过程,1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ 。
2.ATP和ADP可以相互转化
(1)转化基础
① ADP 比 ATP 稳定。
②ATP水解后脱离下来的磷酸基团如果未转移给其他分子,就成为 游离的磷酸(Pi) 。在有关酶的作用下,ADP可以接受 能量 ,同时与 Pi 结合,重新形成ATP。
(2)ATP与ADP相互转化的过程及能量来源
项目
ATP的合成
ATP的水解
反应式
ADP+Pi+能量ATP
ATPADP+Pi+能量
所需酶
ATP合成酶
ATP水解酶
能量来源
光能 (光合作用)、有机物中的 化学能 (细胞呼吸)
储存在 特殊的化学键 中的能量
能量去路
储存在 特殊的化学键 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
(3)转化特点
①这种相互转化时刻不停地发生,并且处于 动态平衡 之中。
②ATP与ADP相互转化的能量供应机制,在所有生物的细胞内都是一样的,这体现了 生物界的统一性 。
3.ATP的利用
(1)ATP利用的实例
(2)ATP——细胞内流通的 能量“货币”
①吸能反应:一般与ATP的 水解 反应相联系,由ATP水解提供能量。如蛋白质的合成。
②放能反应:一般与ATP的 合成 相联系,释放的能量储存在ATP中。如细胞内有机物的氧化分解反应。
③能量通过 ATP分子 在吸能反应和放能反应之间流通。
1.ATP是驱动细胞生命活动的唯一的直接能源物质。(必修1 P86正文) (✕)
2.ATP由腺苷、核糖和三分子磷酸组成。(必修1 P86相关信息) (✕)
3.ATP含有3个特殊化学键,但是只有一个特殊化学键会发生断裂。(必修1 P86正文) (✕)
4.人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。(必修1 P87正文) (✕)
5.人在剧烈运动时,骨骼肌细胞ATP的合成远多于ATP的水解。(必修1 P87正文) (✕)
6.植物细胞可以通过光合作用和细胞呼吸形成ATP,而动物细胞只能通过细胞呼吸形成ATP。(必修1 P87图5-5) (√)
7.ATP水解释放的能量可用于细胞内的放能反应。(必修1 P89正文) (✕)
1.(必修1 P86问题探讨拓展)萤火虫尾部发光的原理是 萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶,在ATP提供能量的前提下,荧光素酶可催化荧光素转化为能发出荧光的氧化荧光素 。
2.(必修1 P86相关信息拓展)据图分析ATP的结构和特点。
(1)图示a处为 —OH (填“—H”或“—OH”),因为该五碳糖为 核糖 。
(2)图示b、c、d所示化学键中最易断裂和重建的是 d 。
(3)图示框e中结构的名称是 腺嘌呤核糖核苷酸 ,它与RNA的关系是 它是构成RNA的基本单位之一 。
3.(必修1 P87正文拓展)人体内ATP的含量很少,但在剧烈运动时,每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP,以供运动之需,但人体内ATP总含量并没有太大变化,其原因是 ATP与ADP时刻不停地发生相互转化 。
重点疑难·突破
1.关于ATP的4个易错点
(1)ATP≠能量,ATP是一种高能磷酸化合物,是一种可以储存能量的物质。
(2)ATP与ADP的相互转化,从物质方面来看是可逆的,从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的,因此不是可逆反应。
(3)细胞中的ATP与ADP的转化总是处于动态平衡中,由于ADP、Pi可重复利用,只要提供能量,生物体就可不断合成ATP,满足生物体的需要。
(4)混淆DNA、RNA、ATP和核苷酸中的“A”
物质结构
物质名称
(简称或缩写)
“A”的含义
A—P~P~P
ATP
腺苷(腺嘌呤+核糖)
ATP
腺嘌呤
核苷酸
腺嘌呤
DNA
腺嘌呤脱氧核苷酸
RNA
腺嘌呤核糖核苷酸
说明:上述物质的共同点为所有“A”都含有腺嘌呤
2.ATP与细胞的代谢
3.细胞内产生与消耗ATP的常见生理过程
转化场所
常见的生理过程
细胞膜
消耗ATP:主动运输、胞吞、胞吐
细胞质基质
产生ATP:细胞呼吸第一阶段
叶绿体
产生ATP:光反应
消耗ATP:暗反应和自身DNA复制、转录、翻译等
线粒体
产生ATP:有氧呼吸第二、三阶段
消耗ATP:自身DNA复制、转录、翻译等
核糖体
消耗ATP:蛋白质的合成
细胞核
消耗ATP:DNA复制、转录等
关键能力·提升
考向一 围绕ATP的结构及其合成和利用,形成物质与能量观
1.(2021浙江联考)ATP不仅是细胞中放能反应和吸能反应的纽带,更是细胞中的能量“货币”。下列叙述正确的是 ( )
A.ATP的“A”是由一个核糖和一个腺苷组成的
B.ATP中有一个磷酸基团连接在脱氧核糖分子上
C.ATP水解所产生的能量用于吸能反应
D.在常温下细胞呼吸所释放的能量大部分转变成ATP中的化学能
1.答案 C ATP中的“A”指腺苷,由一个腺嘌呤和一个核糖组成,A错误;ATP中没有脱氧核糖,含有的是核糖,B错误;在常温下细胞呼吸所释放的能量大部分转变成热能,少部分转变成ATP中的化学能,D错误。
2.(不定项选择)下列有关ATP的叙述正确的是 ( )
A.ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求
B.图中两次ATP的水解,后者能量可用于各项生命活动
C.图中两次合成ATP,前者能量来源于光能且在人体细胞中不会发生
D.人体进行剧烈运动时,ADP的合成速率显著大于ATP的合成速率
2.答案 ABC 细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中,保证了机体对能量的需求,A正确;图中两次ATP的水解,前者能量储存在有机物中,后者能量可用于各项生命活动,B正确;图中两次合成ATP,前者ATP的合成是通过光合作用进行的,所需能量来源于光能,在人体细胞中不会发生,C正确;人体内,ATP的合成速率与ADP的合成速率基本相等,D错误。
考向二 借助ATP结构与功能的拓展,考查科学思维与科学探究能力
3.核苷三磷酸(NTP)包括ATP、GTP、UTP、CTP等,脱氧核糖核苷三磷酸(dNTP,d表示脱氧)包括dATP、dGTP、dTTP、dCTP。研究发现dNTP可作为DNA合成的原料。下列叙述正确的是 ( )
A.dNTP和NTP的区别体现在五碳糖的种类不同
B.dNTP含有2个特殊的化学键,可为DNA复制提供能量
C.DNA复制时需dATP、dTTP含量越多,则DNA结构越稳定
D.真核细胞分裂时,胞内dNTP都进入细胞核内参与DNA的复制
3.答案 B dNTP和NTP的区别在于五碳糖种类和碱基种类不同;DNA复制时需dCTP、dGTP含量越多,则DNA结构越稳定;真核细胞进行分裂时,除核DNA进行复制外,细胞质DNA也进行复制,胞内dNTP不可能全部进入细胞核内参DNA的复制。
4.(不定项选择)(2021安徽合肥高三调研)磷酸肌酸是一种高能磷酸化合物,它能在肌酸激酶的催化下将自身的磷酸基团转移到ADP分子中来合成ATP(A—P~P~P)。研究者对蛙的肌肉组织进行短暂电刺激,检测对照组和实验组(肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理)肌肉收缩前后ATP和ADP的含量,结果如下表所示,根据实验结果,下列有关分析正确的是( )
腺苷磷酸
对照组/(10-6 mol·g-1)
实验组/(10-6 mol·g-1)
收缩前
收缩后
收缩前
收缩后
ATP
1.30
1.30
1.30
0.75
ADP
0.60
0.60
0.60
0.95
A.对照组中的肌肉组织细胞中有ATP和ADP的相互转化
B.实验组中的肌肉组织细胞中有ATP分解但无ATP合成
C.对照组中的磷酸肌酸可以维持ATP含量的相对稳定
D.实验组数据表明部分生命活动利用了靠近A的磷酸键
4.答案 AC 肌肉收缩需要ATP提供能量,对照组肌肉收缩前后ATP和ADP的含量没有变化,故有ATP和ADP的相互转化,A正确;实验组肌肉收缩后ATP含量下降,说明有ATP分解,但根据数据无法判断有无ATP合成,B错误;磷酸肌酸能将自身的磷酸基团转移到ADP分子中来合成ATP,故对照组中的磷酸肌酸可以维持ATP含量的相对稳定,C正确;题述实验没有测定AMP的含量变化,故不能判断是否有部分生命活动利用了靠近A的磷酸键,D错误。
高考真题再现
1.(2020北京,4,2分)用新鲜制备的含过氧化氢酶的马铃薯悬液进行分解H2O2的实验,两组实验结果如图。第1组曲线是在pH=7.0、20 ℃条件下,向5 mL 1%的H2O2溶液中加入0.5 mL 酶悬液的结果。与第1组相比,第2组实验只做了一个改变。第2组实验提高了 ( )
A.悬液中酶的浓度 B.H2O2溶液的浓度
C.反应体系的温度 D.反应体系的pH
1.答案 B 结合题干信息分析题图,随反应时间增加,生成O2总量的相对值不断增加,达到一定时间(第1组大约为2、第2组大约为3)以后,两组实验中产生的O2总量不再增加(即反应结束),但第2组反应结束时产生的O2总量明显高于第1组。若第2组实验提高了悬液中酶的浓度,则反应结束时产生的O2总量应与第1组相同,A错误;若第2组实验提高了H2O2溶液的浓度,则反应结束时产生的O2总量应比第1组多,B正确;若第2组实验提高了反应体系的温度(或pH),则反应结束时产生的O2总量应与第1组相同,C、D错误。
2.(2019天津理综,2,6分)下列过程需ATP水解提供能量的是 ( )
A.唾液淀粉酶水解淀粉
B.生长素的极性运输
C.光反应阶段中水在光下分解
D.乳酸菌无氧呼吸的第二阶段
2.答案 B 唾液淀粉酶可以在体外适宜条件下水解淀粉,但体外环境中无ATP存在,说明该反应不需要ATP水解提供能量,A不符合题意;生长素的极性运输为消耗能量的主动运输过程,即需要ATP水解提供能量,B符合题意;光反应阶段水的光解不需要ATP水解提供能量,C不符合题意;乳酸菌无氧呼吸第二阶段不需要ATP,也不产生ATP,D不符合题意。
3.(2018浙江4月选考,10,2分)ATP是细胞中的能量通货。下列叙述正确的是 ( )
A.ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量
B.ATP—ADP循环使得细胞储存了大量的ATP
C.ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团
D.ATP分子中的2个高能磷酸键不易断裂水解
3.答案 C 细胞中ATP中的能量可来自细胞呼吸释放的能量,也可来自光能,A错误;ATP—ADP循环使细胞中ATP的量保持相对稳定,B错误;ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团,C正确;ATP分子中有2个高能磷酸键(特殊的化学键),远离A的高能磷酸键易断裂水解,D错误。
4.(2017天津理综,3,6分)将A、B两种物质混合,T1时加入酶C。如图为最适温度下A、B浓度的变化曲线。叙述错误的是( )
A.酶C降低了A生成B这一反应的活化能
B.该体系中酶促反应速率先快后慢
C.T2后B增加缓慢是酶活性降低导致的
D.适当降低反应温度,T2值增大
4.答案 C 由题图中A、B物质变化曲线知,A、B分别为反应物和生成物,酶C的作用是降低A 生成B这一反应的活化能,A 正确;随反应物浓度降低,该体系中酶促反应速率先快后慢,B正确;T2后因A浓度降低导致了反应速率下降,从而导致B浓度增加缓慢,C错误;该图为最适温度下的酶促反应曲线,若适当降低反应温度,达到反应平衡的时间会延长,T2值会增大,D正确。
5.(2020课标全国Ⅲ,29,10分)参照表中内容,围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。
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)
5.答案 (1)细胞质基质 (2)无氧呼吸 (3)光能 (4)O2、NADPH (5)H2O、CO2
一、单项选择题
1.(2020山东淄博高三一模)关于酶的叙述,错误的是 ( )
A.同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中
B.低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构
C.酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速度
D.酶既可以作为催化剂,也可以作为另一个化学反应的底物
1.答案 B 导致酶空间结构被破坏而变性的因素有过酸、过碱、高温等,低温只是抑制酶的活性,不会破坏酶的空间结构,B错误。
2.(2021广西钦州一中摸底)下列关于比较过氧化氢在不同条件下的分解实验的叙述,错误的是 ( )
A.加热能提高过氧化氢的分解速率,但不能降低活化能
B.该实验中加肝脏研磨液和FeCl3的两组可构成对比实验
C.若所用肝脏不新鲜,等量过氧化氢彻底分解所得氧气将减少
D.该实验能得出过氧化氢酶具有催化作用以及高效性的结论
2.答案 C 若所用肝脏不新鲜,则过氧化氢酶的活性下降,催化过氧化氢分解的速率会减慢,但不影响反应平衡,故等量过氧化氢彻底分解理论上将产生等量氧气,C错误。
3.(2020山东章丘四中高三3月模拟)下列是有关酶的实验叙述,正确的是 ( )
A.斯帕兰札尼将肉块放入金属笼内,然后让鹰吞下去,一段时间后,笼内肉块消失了,这个实验说明了胃具有物理性消化的作用
B.在“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”实验中,可通过检测是否有还原糖产生来说明酶的作用具有专一性
C.在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中,加热、Fe3+和过氧化氢酶促使过氧化氢分解的原因都是降低了过氧化氢分解反应的活化能
D.在“探究温度对酶活性的影响”实验中,先将淀粉液与淀粉酶液混合后,再分别置于不同温度条件下5分钟
3.答案 B 斯帕兰札尼将肉块放入金属笼内,然后让鹰吞下去,一段时间后,笼内肉块消失了,这个实验说明了胃具有化学性消化的作用,A错误;在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中,加热能为过氧化氢分解反应提供能量,Fe3+和过氧化氢酶促使过氧化氢分解的原因是降低了过氧化氢分解反应的活化能,C错误;在“探究温度对酶活性的影响”实验中,关键步骤是先将淀粉液和淀粉酶液在不同温度条件下保温5分钟,然后将同一温度保温下的淀粉液与淀粉酶液混合,D错误。
4.(2021湖南茶陵三中高三月考)下列有关细胞的能量“货币”ATP变化的叙述错误的是 ( )
A.ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性
B.人体在紧张或愤怒状态下,细胞内产生ATP的速率大大超过产生ADP的速率
C.ATP中的能量可以来源于光能或化学能
D.人体在剧烈运动时,通过机体神经和体液的调节,细胞产生ATP的速率迅速增加
4.答案 B 人体在紧张或愤怒状态下,细胞内产生ATP的速率与产生ADP的速率相当,两者速率都增大,B错误。
5.(2021黑龙江大庆实验中学高三开学考)如图为细胞中ATP及其相关物质和能量的转化示意图(M表示酶,Q表示能量),下列叙述正确的是 ( )
A.Q1可以来源于光能,Q2不能转化为光能,M1和M2不是同一种酶
B.吸能反应伴随着甲的形成,能量由Q2提供
C.物质乙由腺嘌呤和核糖组成,是构成RNA的基本单位之一
D.葡萄糖与果糖生成蔗糖的过程中,细胞中物质甲的量减少
5.答案 B Q1可以来源于光能,Q2可以转化为光能(如萤火虫的发光),酶具有特异性,M1和M2不是同一种酶,A错误;物质乙为AMP,由腺嘌呤、核糖和磷酸组成,是构成RNA的基本单位之一,C错误;葡萄糖与果糖生成蔗糖的过程中要消耗能量,一般与ATP水解反应相联系,短时间内细胞中物质甲的量会增加,D错误。
6.(2021黑龙江哈尔滨六中高三开学考)如图表示ATP—ADP的循环图解,下列叙述正确的是 ( )
A.①属于放能反应,在细胞内与其他吸能反应密切联系
B.溶酶体中蛋白质水解为氨基酸需要②过程提供能量
C.人在饥饿时,细胞内的过程①和②也能达到平衡
D.各种生物均能独立完成ATP—ADP的循环
6.答案 C 据图分析,①是合成ATP的过程,属于吸能反应,在细胞内与其他放能反应密切联系,A错误;溶酶体中蛋白质水解为氨基酸不需要消耗能量,B错误;细胞中ATP和ADP的含量很少,但是转化非常迅速,人在饥饿时,细胞内的过程①和②也能达到平衡,C正确;病毒没有细胞结构,必须寄生在活细胞中才能完成各项生命活动,因此病毒不能独立完成ATP—ADP的循环,D错误。
7.(2020河南联考)木聚糖酶能将木聚糖最终降解为木二糖、木三糖等聚合度低的低聚木糖。为探究木聚糖酶降解蔗渣木聚糖的最优温度和pH组合,科学家在下表所示的不同因素水平组合下,在蔗渣木聚糖粗提液中加入2%木聚糖酶,分别酶解6 h,在酶解完全后离心取上清液检测低聚木糖得率及平均聚合度。下列说法不正确的是 ( )
酶水解因素水平设计表
因素
水平
酶解温度/℃
35
40
45
50
55
酶解pH
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
A.通过进行25组温度和pH组合实验可以准确测定木聚糖酶的最适温度和最适pH
B.每个组合重复操作3次实验取均值,目的是排除偶然因素对实验结果的干扰
C.低聚木糖得率越高、平均聚合度越低的组合是木聚糖酶降解蔗渣木聚糖的最优组合
D.酶添加量2%和酶解时间6 h属于实验的无关变量
7.答案 A 本实验不能准确测定木聚糖酶的最适温度和最适pH,只能确定温度和pH的最佳组合范围,A错误;每个组合重复操作3次实验取均值,目的是排除偶然因素对实验结果的干扰,B正确;木聚糖酶能将木聚糖最终降解为木二糖、木三糖等聚合度低的低聚木糖,因此,低聚木糖得率越高、平均聚合度越低的组合是木聚糖酶降解蔗渣木聚糖的最优组合,C正确;酶添加量2%和酶解时间6 h属于实验的无关变量,D正确。
二、不定项选择题
8.(2020山东威海高三期中)ATP合成酶广泛分布于线粒体内膜、叶绿体类囊体膜等。当H+顺浓度梯度穿过ATP合成酶时,该酶能促使ADP与Pi形成ATP。结合所学知识,推测下列说法正确的是 ( )
A.ATP合成酶只能存在于真核细胞中
B.ATP合成酶既具有催化作用,同时也具有运输作用
C.加热能加快ATP合成酶催化ADP和Pi形成ATP
D.ATP合成酶使ADP和Pi形成ATP时,伴随着能量的释放
8.答案 B 原核生物也需要进行呼吸作用,产生ATP为各项生命活动提供能量,而ATP合成酶是催化形成ATP的,推测原核生物内也含有ATP合成酶,A错误;据题可知,ATP合成酶能促使ADP与Pi形成ATP,说明ATP合成酶具有催化作用,“H+顺浓度梯度穿过ATP合成酶”,推测ATP合成酶具有运输作用,B正确;ATP合成酶的活性受温度影响,超过最适温度后,随着温度的升高,酶活性降低直至变性失活,C错误;ATP合成酶使ADP和Pi形成ATP时,伴随着能量的储存,D错误。
9.某同学欲通过如图所示的装置进行与酶有关的实验研究,下列分析正确的是 ( )
A.若不同滤纸片上分别附有等量过氧化氢酶、Fe3+,则该装置可用于探究酶的专一性
B.该装置不能用于探究温度对过氧化氢酶活性的影响
C.酶促反应速率可用滤纸片进入烧杯液面到浮出烧杯液面的时间(t3-t1)来表示
D.该装置不能用于探究pH对酶活性的影响
9答案 BC 若选用过氧化氢酶、Fe3+,自变量是不同的催化剂,可用来探究酶的高效性,A错误;过氧化氢在高温下更容易分解,故不能选择过氧化氢来探究温度对酶活性的影响,B正确;酶促反应在酶与底物接触时开始,其速率可用滤纸片从进入烧杯液面到浮出液面的时间(即t3-t1)来表示,C正确;探究pH对酶活性影响的实验中的自变量是pH,若将装置中的过氧化氢溶液设置成不同pH,该装置可以用来探究pH对酶活性的影响,D错误。
10.(2020浙江诸暨适应性考试)荧光素接受ATP提供的能量后被激活,在荧光素酶的作用下激活的荧光素与氧发生化学反应,形成氧化荧光素并且发出荧光。研究人员用不同条件处理荧光素酶后,在添加足量的荧光素条件下测定酶浓度与发光强度间的关系如下图所示。下列说法正确的是 ( )
A.高温、重金属都可能破坏了酶的空间结构
B.荧光素和荧光素酶可用于ATP的定量检测
C.A点后发光强度不再增大,可能受荧光素量的限制
D.在生产实践中应用荧光素酶,为节约用量,可用Mg2+处理
10.答案 ABD 由图可知,用高温、重金属处理后,发光强度很低,说明荧光素酶的活性很低,高温和重金属都可能破坏了酶的空间结构,A正确;荧光素在荧光素酶和ATP等物质的参与下可进行反应发出荧光,ATP是驱动荧光素发出荧光的直接能源物质,发光强度与ATP的含量成正比,所以根据发光强度可以计算出实验中消耗ATP的含量,即荧光素和荧光素酶可用于ATP的定量检测,B正确;由题可知,荧光素是足量的,A点后发光强度不再增大,可能是受ATP含量等条件的限制,C错误;Mg2+处理,在较低荧光素酶浓度下就能达到较高发光强度,在生产实践中若要节省荧光素酶的用量,可以用Mg2+处理,D正确。
三、非选择题
11.(2020山东济宁一中二检)植物内的过氧化物酶能分解H2O2,氧化焦性没食子酸呈橙红色。为探究甘蓝梗中是否存在过氧化物酶,设计实验如表。请回答:
试管编号
1%焦性没
食子酸/mL
2%H2O2
/mL
缓冲液
/mL
甘蓝梗提
取液/mL
煮沸冷却后的甘
蓝梗提取液/mL
1
2
2
2
-
-
2
2
2
-
2
-
3
2
2
-
-
2
注:表中“-”表示没有添加。
(1)1、2号试管中, 试管是对照组,该实验的自变量是 。
(2)若2号试管显橙红色,并不能证明甘蓝梗中存在过氧化物酶,你的改进措施是 。
(3)若3号试管不显橙红色,推测其原因是 。
(4)已知白菜梗内也含过氧化物酶,经测定,相同条件下,两种植物提取液中过氧化物酶的活性不同,从其分子结构分析,原因可能是 。
(5)如何通过实验检测过氧化物酶的化学本质,并比较甘蓝梗和白菜梗内过氧化物酶的含量(假设两种植物提取液中只含过氧化物酶)。请简述设计思路: 。
11.答案 (1)1号 甘蓝梗提取液的有无 (2)再增加一组实验,把缓冲液换成2 mL过氧化物酶,其他条件与1号试管相同 (3)高温使甘蓝梗提取液中的过氧化物酶变性失活 (4)两种植物过氧化物酶的氨基酸序列不同(或空间结构不同) (5)将等量的白菜梗和甘蓝梗提取液分别放入两支试管中,再分别加等量且适量的双缩脲试剂进行实验。若产生紫色反应,说明过氧化物酶的化学本质是蛋白质;显色反应强(紫色深)的一组,过氧化物酶含量高
解析 (1)由表可知,在1、2号试管中,1号试管中只加入了缓冲液未进行其他处理,其为对照组;该实验的自变量是甘蓝梗提取液的有无。(2)若要证明2号试管显橙红色,代表着甘蓝梗中存在过氧化物酶,则需设计一组以过氧化物酶为自变量的实验,用其实验结果进行对照,才能说明甘蓝梗中存在过氧化物酶。因此依据单一变量原则,再增加一组实验:把缓冲液换成2 mL过氧化物酶,其他条件与1号试管相同。(3)3号试管的处理是将甘蓝梗提取液煮沸冷却,与2号试管处理及结果进行对照,可知3号试管不显橙红色的原因是高温处理使酶变性失活。(4)根据结构与功能相适应的原理,并结合过氧化物酶的本质——蛋白质,可推测:相同条件下,两种植物提取液中过氧化物酶的活性不同,从其分子结构分析,可能是因为两种植物中的过氧化物酶的空间结构(或氨基酸的种类、数目、排列顺序等)不同。(5)过氧化物酶的本质是蛋白质,可选择双缩脲试剂来检测,并且可根据颜色的深浅估测相应过氧化物酶的含量。具体实验设计思路:将等量的白菜梗和甘蓝梗提取液分别放入两支试管中,再分别加等量且适量的双缩脲试剂进行实验。若产生紫色反应,说明过氧化物酶的化学本质是蛋白质;显色反应强(紫色深)的一组,过氧化物酶含量高。
12.(2020四川宜宾四中高考适应性考试)F1F0型ATP合成酶是生物膜上能合成ATP的酶,由固定在生物膜上的F0和悬浮状态的F1构成。请回答下列问题:
(1)ATP分子的结构可以简写成 ,同无机催化剂相比,F1F0型ATP合成酶具有 (填特性,答出两点即可)。
(2)线粒体中,F0由线粒体基因编码并在线粒体中合成,F1由细胞核基因编码并在 上合成后进入线粒体,在线粒体的 上与F0组装成有功能的酶。
(3)叶绿体中的F1F0型ATP合成酶分布在 上,参与该酶合成的RNA,种类最多的是 。
12.答案 (1)A—P~P~P 专一性、高效性 (2)核糖体 内膜 (3)类囊体膜 tRNA
解析 (1)ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写,分子结构可以简写成A—P~P~P。A表示腺苷、T表示三个、P表示磷酸基团,“~”表示特殊的化学键。酶是生物催化剂,具有高效性、专一性等特点。(2)由题可知,F1是蛋白质,蛋白质的合成场所是核糖体。由题可知,F1F0型ATP合成酶是生物膜上能合成ATP的酶,而线粒体内膜参与呼吸作用合成ATP,因此F1与F0在线粒体内膜上组装成有功能的酶。(3)叶绿体中合成ATP的场所为类囊体膜,通过光反应产生。该酶的本质是蛋白质,参与蛋白质合成的RNA种类最多的是tRNA,负责转运氨基酸。
13.(2020福建泰宁一中高三阶段考)为了检测某种酶X对3种二糖(糖A、糖B、糖C)的作用,设计了如下图所示的实验。5 min后检测每支试管中的单糖和二糖,结果如下表:
试管1
试管2
试管3
单糖
无
无
有
二糖
有
有
无
(1)该实验需将三支试管置于相同温度中的目的是 。
(2)从本实验中,可得出的结论是: 。
(3)为进一步检测该酶的活性与pH的关系,请用下面所给的材料和实验室中的基本设备,设计一个实验,探究pH对酶活性的影响。
实验材料:酶X,糖A溶液、糖B溶液、糖C溶液(自选一种),指示剂,不同pH的溶液(盐酸、清水、氢氧化钠)。
实验步骤:
①取三支洁净试管,向三支试管中均加入1 mL酶X溶液,编号为A、B、C。
②向A、B、C三支试管分别加入 ,摇匀。
③将 溶液各2 mL注入A、B、C三支试管中,置于37 ℃中水浴保温5 min。
④向各支试管中分别加入等量指示剂,观察颜色变化。
(4)下图表示在最适温度和最适pH下H2O2分解产生的O2量随时间的变化,当温度降低时,E点的变化是 ,D点的变化是 。
13.答案 (1)排除无关变量(温度)对实验结果的干扰 (2)酶具有专一性 (3)等量盐酸、清水、氢氧化钠 糖C (4)不变 右移
解析 (1)温度为该实验的无关变量。实验中将三支试管置于相同温度中的目的是排除无关变量(温度)对实验结果的干扰。(2)表格信息显示:试管1与2中无单糖生成,试管3中有单糖生成,说明酶X不能催化糖A、糖B水解,但能催化糖C水解,说明酶具有专一性。(3)检测该酶的活性与pH的关系,选择的底物为糖C,自变量是pH,因变量的观测指标为加入指示剂后是否出现颜色反应,而其他对实验结果有影响的因素均为无关变量,应保持相同且适宜。(4)曲线图表示在最适温度和最适pH下H2O2分解产生的O2量随时间的变化。O2量的最大值与H2O2的量有关,与酶的活性无关。当温度降低时,H2O2酶的活性降低,E点不变,但H2O2完全分解所用的时间延长,所以D点右移。
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