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高考一轮复习第7讲 酶和ATP课件PPT
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这是一份高考一轮复习第7讲 酶和ATP课件PPT，共60页。
考点一 酶的本质、作用和特性
1.酶的本质与作用(1)本质与作用
(2)作用机理: 化学反应的活化能。
①无酶催化的反应曲线是 ,有酶催化的反应曲线是 。 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 。 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 移 动。
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 ,e点表示 。
(2)甲图中,温度由a变为b时,酶活性 ;由c变为b时,酶活性 ,原 因是 。(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 。(4)结论:在适宜的温度、pH条件下,酶的活性 。(5)人发烧时不想吃东西,原因是 。(6)唾液淀粉酶随食物进入胃内就会失活,原因是 , 。
高温使酶的空间结构被破坏,使酶永久失活
会导致酶空间结构被破坏,使酶永久失活
体温升高导致消化酶活性降低,食物在消
唾液淀粉酶的最适pH为6. 8
而胃液的pH为0.9~1.5
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。
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,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。
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 ℃
解析 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
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
解析 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。
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
解析 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
解析 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
解析 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
1.实验原理2H2O2 2H2O+O2
2.实验设计与现象分析
降低活化能的作用更显著
3.实验结论(1)①②对照,说明 。(2)①④对照,说明酶具有 ,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 ,同无机催化剂相比,酶的催化效率更 高。
加热能促进过氧化氢的分解,提高反应速率
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
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
解析 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
解析 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
1.实验原理:淀粉和蔗糖都是 糖。它们在酶的催化作用下都能水 解成 ,还原糖能与 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 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。
3.实验结论:酶具有 ,淀粉酶只能催化 水解,而不能催化 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。
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
解析 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 ( )
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
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 ( )
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
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
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 判断酶的活性。蓝色 淀粉 麦芽糖 无蓝色出现
是否出现蓝色及蓝色的深浅
(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。
[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:2H2O2 2H2O+O2。(2)步骤
(3)结论:酶的催化作用需要 , 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。
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
解析 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。 。
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
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 。
a.ATP的元素组成: 。b.ATP的化学组成:一分子 、一分子 和三分子 。c.ATP的结构简式: 。
(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 ml 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 比 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 。在有关酶的作用下,ADP可以接受 ,同时与 结合, 重新形成ATP。
(2)ATP与ADP相互转化的过程及能量来源
细胞质基质、线粒体、叶绿体
(3)转化特点①这种相互转化时刻不停地发生,并且处于 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 。
3.ATP的利用(1)ATP利用的实例
(2)ATP——细胞内流通的 ①吸能反应:一般与ATP的 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 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 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 P8 6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 (填“—H”或“—OH”),因为该五碳糖为 。(2)图示b、c、d所示化学键中最易断裂和重建的是 。(3)图示框e中结构的名称是 ,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
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”
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
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
解析 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
解析 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
解析 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( )
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
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。
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
解析 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
解析 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ATPC.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
解析 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
解析 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。
考点一 酶的本质、作用和特性
1.酶的本质与作用(1)本质与作用
(2)作用机理: 化学反应的活化能。
①无酶催化的反应曲线是 ,有酶催化的反应曲线是 。 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 。 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 移 动。
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 ,e点表示 。
(2)甲图中,温度由a变为b时,酶活性 ;由c变为b时,酶活性 ,原 因是 。(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 。(4)结论:在适宜的温度、pH条件下,酶的活性 。(5)人发烧时不想吃东西,原因是 。(6)唾液淀粉酶随食物进入胃内就会失活,原因是 , 。
高温使酶的空间结构被破坏,使酶永久失活
会导致酶空间结构被破坏,使酶永久失活
体温升高导致消化酶活性降低,食物在消
唾液淀粉酶的最适pH为6. 8
而胃液的pH为0.9~1.5
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。
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,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。
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 ℃
解析 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
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
解析 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。
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
解析 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
解析 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
解析 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
1.实验原理2H2O2 2H2O+O2
2.实验设计与现象分析
降低活化能的作用更显著
3.实验结论(1)①②对照,说明 。(2)①④对照,说明酶具有 ,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 ,同无机催化剂相比,酶的催化效率更 高。
加热能促进过氧化氢的分解,提高反应速率
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
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
解析 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
解析 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
1.实验原理:淀粉和蔗糖都是 糖。它们在酶的催化作用下都能水 解成 ,还原糖能与 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 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。
3.实验结论:酶具有 ,淀粉酶只能催化 水解,而不能催化 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。
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
解析 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 ( )
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
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 ( )
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
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
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 判断酶的活性。蓝色 淀粉 麦芽糖 无蓝色出现
是否出现蓝色及蓝色的深浅
(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。
[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:2H2O2 2H2O+O2。(2)步骤
(3)结论:酶的催化作用需要 , 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。
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
解析 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。 。
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
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 。
a.ATP的元素组成: 。b.ATP的化学组成:一分子 、一分子 和三分子 。c.ATP的结构简式: 。
(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 ml 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 比 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 。在有关酶的作用下,ADP可以接受 ,同时与 结合, 重新形成ATP。
(2)ATP与ADP相互转化的过程及能量来源
细胞质基质、线粒体、叶绿体
(3)转化特点①这种相互转化时刻不停地发生,并且处于 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 。
3.ATP的利用(1)ATP利用的实例
(2)ATP——细胞内流通的 ①吸能反应:一般与ATP的 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 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 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 P8 6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 (填“—H”或“—OH”),因为该五碳糖为 。(2)图示b、c、d所示化学键中最易断裂和重建的是 。(3)图示框e中结构的名称是 ,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
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”
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
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
解析 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
解析 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
解析 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( )
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
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。
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
解析 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
解析 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ATPC.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
解析 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
解析 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。
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