2024届人教版高中生物一轮复习酶和ATP学案（不定项）

这是一份2024届人教版高中生物一轮复习酶和ATP学案（不定项），共14页。

第7讲　酶和ATP
[课标要求]　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。3.活动：探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素。

考点一　酶的本质、作用和特性

1．酶的本质及作用

2．酶的作用机理

(1)表示无酶催化时反应进行所需要的活化能是AC段。
(2)表示有酶催化时反应进行所需要的活化能是BC段。
(3)表示酶降低的活化能是AB段。
[提醒]　对酶在细胞代谢中作用的理解
(1)加热不能降低化学反应的活化能，但是可以为反应提供能量。
(2)酶通过降低活化能加快化学反应速率。
(3)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。
(4)在反应前后，酶的化学性质和数量均保持不变；酶可以重复多次利用，不会立即被降解。
(5)酶在细胞内、外，生物体内、外都可以发挥作用。
3．酶的特性

[提醒]　(1)温度、pH都能影响酶的空间结构，改变酶的活性，进而影响酶促反应速率。
(2)底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触面积，进而影响酶促反应速率的，并不影响酶活性。
【易错辨析】
(1)酶活性最高时的温度适合酶的保存。(×)
(2)通常酶只能在细胞内发挥作用。(×)
(3)绝大多数酶用双缩脲试剂检测时会产生紫色反应。(√)
(4)酶促反应速率与温度和pH有关，但酶的活性与温度和pH无关。(×)
(5)不同结构的乳酸脱氢酶能催化同一种反应，说明该类酶不具专一性。(×)
【长句应答】
1．酶具有高效性的原理是同无机催化剂相比，酶能显著降低化学反应的活化能。
2．生物体内酶的化学本质：绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。酶的特性有高效性、专一性、酶的作用条件较温和。
3．过酸、过碱或温度过高使酶永久失活的原因：酶的空间结构遭到破坏。

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．与酶特性和本质有关的曲线分析
(1)酶的高效性：与无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的作用更显著，催化效率更高。

①曲线a、b对比说明酶具有高效性。
②曲线a、c对比说明酶具有催化作用。
③酶只能缩短达到化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的平衡点。因此，酶不能改变最终生成物的量。
(2)酶的专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。

①在底物A中加入酶A的反应速率比无酶条件下的反应速率明显加快，说明酶A对此反应有催化作用。
②在底物A中加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。
(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。
3．影响酶活性因素的相关曲线分析
(1)温度和pH对酶促反应速率的影响

①图甲和图乙显示：高温、过酸或过碱都会使酶失活，而低温不会使酶失活。低温可抑制酶的活性，酶分子空间结构未被破坏，温度适当升高后，酶可恢复活性。
②从图丙和图丁可以看出：pH或温度的变化不影响酶作用的最适温度或最适pH。
(2)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响曲线
底物浓度和酶浓度都是通过影响反应物与酶接触的面积来影响酶促反应速率的，但并不影响酶活性

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，酶促反应速率不再增加。
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。
③丙图：其他条件适宜的情况下，酶量增加，酶促反应的底物饱和时对应的曲线上的a点应向右上移(对应b点位置)。

考向一　酶的本质、作用与特性的综合分析
1．(2023·潍坊模拟)下列关于酶的叙述正确的是(　　)
①酶具有催化作用，并都能与双缩脲试剂反应呈紫色
②酶通过提供反应所需的活化能提高反应速率
③蛋白酶能催化不同的蛋白质水解，因此酶不具有专一性
④细胞代谢能够有条不紊地进行，主要由酶的高效性决定
⑤酶是由具有分泌功能的细胞产生的
⑥酶既可作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物
A．③⑤⑥　　　　　 B．②③⑥
C．③⑥ D．⑥
解析：选D　酶大部分是蛋白质、少量是RNA，蛋白质类的酶能与双缩脲试剂反应呈紫色，RNA类的酶不能，①错误；酶的作用原理是降低化学反应的活化能，②错误；酶的专一性是指：酶能催化一种或一类化学反应，③错误；细胞代谢能够有条不紊地进行与酶的专一性有关，④错误；几乎所有活细胞均能产生酶，⑤错误；酶催化相应的化学反应时属于催化剂，酶被分解时作为反应的底物，⑥正确。
2．(2022·湖北联考)在生物体内，酶是具有催化作用的有机物。下列关于酶的叙述，错误的是(　　)
A．过氧化氢酶、脲酶和麦芽糖酶的化学本质都是蛋白质
B．DNA聚合酶和DNA连接酶都能催化磷酸二酯键的形成
C．胰蛋白酶的合成及分泌与核糖体、内质网和高尔基体有关
D．淀粉酶和盐酸通过降低反应物的活化能催化淀粉水解
解析：选D　绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶的化学本质是RNA，而过氧化氢酶、脲酶和麦芽糖酶的化学本质都是蛋白质，A正确；DNA聚合酶能催化脱氧核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键，DNA连接酶催化两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，B正确；胰蛋白酶属于分泌蛋白，其合成及分泌与核糖体、内质网和高尔基体有关，C正确；淀粉酶和盐酸都是催化剂，可以降低化学反应的活化能；但不能降低反应物的活化能，D错误。
考向二　影响酶促反应速率的因素分析
3．(2022·邯郸一模)在适宜的条件下，某实验小组在一定量的淀粉溶液中加入少量淀粉酶，酶促反应速率随反应时间的变化如图所示。下列相关叙述不正确的是(　　)

A．AB时间段内，限制酶促反应速率的主要因素是酶的数量
B．若增加淀粉酶的用量并进行重复实验，则B点会向右上方移动
C．若在D点时加入适量的淀粉酶，则曲线的走势不会发生改变
D．BC时间段内，酶促反应速率下降的原因是底物浓度逐渐降低
解析：选B　由曲线可知，AB时间段内，限制酶促反应速率的主要因素是酶的数量；若增加淀粉酶的用量并进行重复实验，反应速率在起始阶段会增大，反应速率加快，B点会向左上方移动；D点限制反应速率的因素是底物浓度，若在D点时加入适量的淀粉酶，则曲线的走势不会发生改变；BC时间段内，酶促反应速率下降的原因是底物浓度逐渐降低。
4．(2023·湛江模拟)抑制剂与酶结合引起酶活性降低或丧失的过程称为失活作用。根据抑制剂与底物的关系可分为竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂，如图为两种抑制剂的作用机理模型。下列相关叙述错误的是(　　)

A．由模型A可知，酶与底物的结构特异性契合是酶具有专一性的结构基础
B．由模型B可知，竞争性抑制剂通过竞争酶与底物的结合位点而影响酶活性
C．由模型C推测，可通过增加底物浓度来降低非竞争性抑制剂对酶活性的抑制
D．非竞争性抑制剂与底物结合位点以外的位点结合，通过改变酶构象影响酶活性
解析：选C　由模型A可知，酶与底物的结构特异性契合，即一种酶与一种底物或一类底物结合，是酶具有专一性的结构基础；由模型B可知，竞争性抑制剂与底物竞争酶与底物的结合位点，进而影响酶活性；非竞争性抑制剂能改变酶的空间结构，使酶不能与底物结合，即使增加底物浓度也无法解除；由模型C可知，非竞争性抑制剂与底物结合位点以外的位点结合，通过改变酶构象影响酶活性。
考点二　活动：探究酶的高效性、专一性及影响酶活性的因素

1．比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验原理
2H2O22H2O＋O2
(2)实验设计与现象分析

(3)实验结论
ⅰ.①②对照，说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
ⅱ.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。
ⅲ.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。
2．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)实验步骤
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)实验结果和结论：1号试管有砖红色沉淀生成，说明产生了还原糖，淀粉被水解，2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有被水解。结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有专一性。
(4)上述实验中不能(填“能”或“不能”)用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂，因为碘液只能检测淀粉是否被水解，而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色。
(5)该实验的自变量是底物的种类；因变量是底物是否被淀粉酶水解。本实验设计思路是探究同一种酶是否能催化不同底物水解。
3．探究影响酶活性的条件
(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
试管内液体混合，摇匀
试管内液体混合，摇匀
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
(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。
【易错辨析】
(1)若探究过氧化氢酶的高效性，可选择无机催化剂氯化铁作为对照。(√)
(2)若用淀粉、蔗糖和淀粉酶来探究酶的专一性，可用碘液对实验结果进行检测。(×)
(3)探究蛋白酶的专一性，可用双缩脲试剂进行检测。(×)
(4)淀粉酶与淀粉常温下混合后，快速置于预设温度环境中可减小实验误差。(×)
(5)“探究pH对过氧化氢酶的影响”实验中，设置不同的pH组以构成相互对照。(√)
【长句应答】
1．有同学在原实验基础上增加了一组试管，向其中加入2 mL过氧化氢溶液和2滴煮沸过的肝脏研磨液，这样做的目的是什么？
提示：与加入新鲜肝脏研磨液的试管形成对照，可证明高温下失活的酶无催化作用。
2．除使用淀粉酶、淀粉和蔗糖验证酶具有专一性外，请你写出另一种验证思路(写出酶及反应物)。
提示：选择不同的酶、催化同一底物，如用淀粉酶、蔗糖酶分别催化淀粉。

酶相关实验探究的“宜”与“不宜”
(1)探究温度影响酶活性的实验不宜选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶做实验材料，因为过氧化氢(H2O2)在常温常压时就能分解，加热条件下分解会加快，从而影响实验结果。
(2)探究pH影响酶活性的实验不宜选择淀粉和淀粉酶做实验材料，因为强酸能催化淀粉水解，从而影响实验结果。
(3)若选择淀粉和淀粉酶探究温度影响酶的活性，检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不宜选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
(4)在探究温度影响酶活性的实验中应将淀粉溶液和淀粉酶溶液在设定的温度下先保温一段时间后再混合，而不能先混合再保温，因为酶具有高效性，酶和底物混合后，就发挥催化作用，这样反应不是在设定的温度下完成，自变量控制不严格。
(5)在探究pH对酶活性的影响时，需要保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且在酶溶液中加入调pH的溶液后再让反应物与底物接触，不宜在未加入调pH的溶液前，让反应物与酶接触。

考向一　酶的相关实验设计与分析
1．为探究影响酶活性的因素、验证酶的专一性和高效性等，某同学设计了4套方案，如表所示。下列相关叙述正确的是(　　)
方案
催化剂
底物
pH
温度
①
胃蛋白酶、胰蛋白酶
蛋白块
中性
室温
②
淀粉酶
淀粉、蔗糖
适宜
适宜
③
蛋白酶
蛋白质
适宜
不同温度
④
过氧化氢酶、氯化铁溶液
过氧化氢
强酸性
室温
A.方案①的目的是探究pH对酶活性的影响，自变量是酶的种类
B．方案②的目的是验证淀粉酶的专一性，可用斐林试剂检测
C．方案③的目的是验证温度对酶活性的影响，可用双缩脲试剂检测
D．方案④的目的是验证酶的高效性，加酶的一组产生气泡数较多
解析：选B　在探究pH对酶活性的影响实验中，自变量是pH，A错误；淀粉酶能将淀粉分解，不能将蔗糖分解，利用斐林试剂检测生成物可以达到目的，B正确；由于蛋白酶的化学本质是蛋白质，能够与双缩脲试剂发生紫色反应，故不能用双缩脲试剂检测蛋白质是否被分解，C错误；在高温、过酸、过碱的条件下，酶的空间结构遭到破坏，导致酶变性失活，因此强酸性条件下，过氧化氢酶失活，不能用于验证酶的高效性，D错误。
2．(2023·湛江模拟)已知淀粉在酸性条件下能被水解，如图表示pH对淀粉酶活性的影响结果。下列有关叙述正确的是(　　)

A．分析实验结果可知，该淀粉酶的最适pH为7
B．若在强酸条件下淀粉的剩余量较少，则淀粉酶具有活性
C．当pH＝3时，淀粉酶的活性比pH＝9时的活性高
D．分离在pH＝13时的淀粉酶，其能与双缩脲试剂产生紫色反应
解析：选D　分析柱形图可知，1 h后，这几组实验中pH为7的条件下淀粉的剩余量最少，淀粉酶的最适pH在7左右，但最适pH并不一定是7，A错误；在强酸条件下，酶的空间结构发生改变，淀粉酶失活无法发挥作用，且因淀粉在酸性条件下能被水解，因此在强酸条件下淀粉的剩余量较少，并不是淀粉酶催化(淀粉酶没有活性)的结果，B错误；分析柱形图可知，pH为3条件下和pH为9条件下淀粉剩余量基本相等，由于淀粉在酸性条件下能被水解，因此pH为3条件下的酶活性低于pH为9条件下酶的活性，C错误；淀粉酶的化学本质为蛋白质，pH为13条件下，淀粉酶的空间结构会发生改变，但肽键没有断裂，故仍然能与双缩脲试剂产生紫色反应，D正确。
考向二　酶相关实验的拓展与应用
3．(2022·全国乙卷)某种酶P由RNA和蛋白质组成，可催化底物转化为相应的产物。为探究该酶不同组分催化反应所需的条件。某同学进行了下列5组实验(表中“＋”表示有，“－”表示无)。
实验组
①
②
③
④
⑤
底物
＋
＋
＋
＋
＋
RNA组分
＋
＋
－
＋
－
蛋白质组分
＋
－
＋
－
＋
低浓度Mg2＋
＋
＋
＋
－
－
高浓度Mg2＋
－
－
－
＋
＋
产物
＋
－
－
＋
－
根据实验结果可以得出的结论是(　　)
A．酶P必须在高浓度Mg2＋条件下才具有催化活性
B．蛋白质组分的催化活性随Mg2＋浓度升高而升高
C．在高浓度Mg2＋条件下RNA组分具有催化活性
D．在高浓度Mg2＋条件下蛋白质组分具有催化活性
解析：选C　实验组①给予的条件为低浓度Mg2＋，有产物生成，表明该条件下酶P具有催化活性，A项不符合题意；实验组③和实验组⑤只有酶P的蛋白质组分，自变量为Mg2＋的浓度，两组实验都无产物生成，说明蛋白质组分不具有催化活性，B项和D项不符合题意；实验组②和实验组④只有酶P的RNA组分，自变量为Mg2＋的浓度，低浓度Mg2＋组无产物生成，说明在低浓度Mg2＋条件下RNA组分不具有催化活性，高浓度Mg2＋组有产物生成，说明在高浓度Mg2＋条件下RNA组分具有催化活性，C项符合题意。
4．(2023·滨州模拟)丝瓜果肉中邻苯二酚等酚类物质在多酚氧化酶(PPO)的催化下形成褐色物质，褐色物质在410 nm可见光下有较高的吸光值(OD值)，且褐色物质越多，OD值越高。经测定PPO的最适pH为5.5。科学家利用丝瓜果肉的PPO粗提液、邻苯二酚、必需的仪器等探究温度对PPO活性的影响，实验结果如下图。下列说法正确的是(　　)

A．实验过程中应将酶和底物混合后在相应温度下保温
B．应使用pH为5.5的缓冲液配制PPO提取液和邻苯二酚溶液
C．丝瓜果肉PPO粗提液的制备和保存应在35 ℃条件下进行
D．可在35～40 ℃间设置温度梯度实验以更精确测定PPO的最适温度
解析：选B　实验应该将酶和底物先分别放在相应的温度条件下一段时间，再将相应温度下的酶和底物混合，因为酶具有高效性，若先将酶和底物混合(反应已经进行)，再放于相应温度下保温，得不到相应的实验效果，A错误；因为该多酚氧化酶(PPO)的最适pH为5.5，pH是无关变量，在实验时，应该保持酶在最适pH下反应，因此该实验应使用pH为5.5的缓冲液配制PPO提取液和邻苯二酚溶液，B正确；酶在高温下会失活，要保证多酚氧化酶(PPO)的结构不受破坏，需要在低温下保存，C错误；35 ℃时多酚氧化酶(PPO)活性为各组中的最高，为了更精确测定PPO的最适温度，应在30～40 ℃之间设置温度梯度，D错误。