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2023版高考生物一轮总复习第3单元细胞的能量供应和利用第7课酶和ATP教师用书
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这是一份2023版高考生物一轮总复习第3单元细胞的能量供应和利用第7课酶和ATP教师用书，共18页。教案主要包含了教材细节命题，易错提醒，命题动态等内容，欢迎下载使用。
第7课 酶和ATP
►学业质量水平要求◄
1．通过关于酶本质的探索和学习，认识酶的化学本质，总结出酶的作用，并能设计实验证明酶的作用及化学本质。(生命观念、科学思维、科学探究)
2．通过分析与综合，明确酶的高效性和专一性的含义，并学会设计实验，探究酶的专一性和温度、pH等对酶促反应的影响，进而明确酶在生产和生活中的应用。(科学探究、科学思维、社会责任)
3．基于对细胞生命活动实例的分析，结合ATP的结构特点，认同结构和功能相适应的观点。(生命观念、科学思维)
考点一 酶的本质、作用和特性
1．酶本质的探索历程(连线)
2．酶的本质及作用
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
生理功能
催化作用
3.酶的作用机理分析(如下图)
①为有酶催化的反应曲线；②为没有催化剂的反应曲线；③为有无机催化剂催化的反应曲线。
4．酶的催化特性(连线)
5．比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验过程。
步骤
相同处理
向4支试管中分别加入2 mL 过氧化氢溶液
不同处理
不处理
放在90 ℃左右的水浴中加热
滴入2滴FeCl3溶液
滴入2滴肝脏研磨液
现象
气泡
基本无
少
较多
很多
带火星
卫生香
无复燃
有复燃
复燃性较强
复燃性很强
(2)变量分析。
(3)实验结论：酶具有催化作用，同无机催化剂相比，催化效率更高。
6．淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
(1)实验原理。
①淀粉和蔗糖都是非还原糖，葡萄糖、果糖、麦芽糖都是还原糖。
②斐林试剂能鉴定溶液中有无还原糖。
③淀粉酶能催化淀粉水解为还原糖，不能催化蔗糖水解。
(2)实验步骤。
序号
操作步骤
试管1
试管2
1
注入可溶性淀粉溶液
2 mL
—
2
注入蔗糖溶液
—
2 mL
3
注入新鲜的淀粉酶溶液
2 mL
2 mL
4
振荡混匀，将试管的下半部浸到60 ℃左右的热水中，保温5 min
5
取出试管，各加入2 mL斐林试剂，振荡摇匀
6
将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中，煮沸1 min，观察颜色变化
砖红色
沉淀
淡蓝色
(3)实验结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。这说明酶具有专一性。
1．由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性。 ( × )
2．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物。 ( √ )
3．酶提供了反应过程中所必需的活化能。 ( × )
4．酶活性的发挥离不开其特定的结构。 ( √ )
5．同一个体各种体细胞中酶的种类相同、数量不同，代谢不同。 ( × )
6．酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸。 ( × )
7．唾液淀粉酶催化反应的最适温度和保存温度都是37 ℃。 ( × )
【教材细节命题】
1．(必修1 P82“探究·实践”)已知胃蛋白酶的最适pH为1.5，小肠液的pH为7.6，胃蛋白酶随食糜进入小肠后还能发挥作用吗？不能。为什么？因为没有了适宜的pH，胃蛋白酶活性大大下降甚至失活，不再发挥作用。
2．(必修1 P85“科学·技术·社会”)溶菌酶为什么具有抗菌消炎的作用？溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁，起到抗菌消炎的作用。细菌性溶菌酶不能(填“能”或“不能”)用于真菌感染。为什么？由于真菌和细菌细胞壁的成分不同和酶具有专一性等原因，细菌性溶菌酶不能用于真菌感染。
1．酶相关模型的构建与解读
(1)酶的高效性。
①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
②酶和无机催化剂一样，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。
(2)酶的专一性。
①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。
②加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶A对此反应有催化作用。
(3)影响酶活性的因素。
图甲曲线分析：
①在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。
②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。
图乙曲线分析：
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，应为最适pH；反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
(4)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响。
①图甲：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图乙：在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
2．影响因素制约酶活性的机理
(1)高温、过酸、过碱——可破坏酶分子的空间结构而导致酶永久性失活(不可逆转)。
(2)低温——仅抑制酶活性，并不破坏酶分子的空间结构，当温度适当升高时活性可恢复。
(3)酶活性还受某些激活剂或抑制剂的影响，前者可提升酶活性，后者则降低酶活性。
考向1| 酶的本质、作用和特性
1．(2021·广东中山六校联考)下列有关酶的叙述，正确的是( )
A．酶的催化效率比无机催化剂更高是因为酶能降低反应的活化能
B．酶都是在核糖体上合成的，但不一定需要内质网和高尔基体的加工
C．在最适温度和最适pH的条件下，酶对细胞代谢的调节作用最强
D．酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应
D 解析：酶和无机催化剂都能降低反应的活化能，酶在降低反应的活化能方面比无机催化剂更显著，因而催化效率更高，A错误；酶不都在核糖体上合成，如某些化学本质是RNA的酶，蛋白质类酶的合成也不一定需要内质网和高尔基体的参与，B错误；酶在细胞代谢中有催化作用，在最适温度和最适pH的条件下，酶的催化作用最强，C错误；酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应，D正确。
2．(2022·江苏南京模拟)20世纪80年代科学家发现了一种RNaseP酶，是由20%的蛋白质和80%的RNA组成的，如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2＋的浓度，则留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明( )
A．该RNA具有生物催化作用
B．酶是由RNA和蛋白质组成的
C．酶的化学本质是蛋白质
D．绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA
A 解析：酶的本质是具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。据题意可知，将该酶中的蛋白质除去，留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，说明剩余的RNA也具有生物催化作用，即这些RNA也是酶，A项符合题意。
考向2| 影响酶活性的因素
3．下图表示改变某一因素前后，淀粉溶液在唾液淀粉酶的作用下分解产生还原糖的结果。请据此分析，改变下列哪种因素才能获得改变后的结果？( )
A．淀粉溶液量 B．pH
C．温度 D．唾液量
A 解析：改变底物的量，产物的量则会减少，图中对照组的还原糖生成量一直多于实验组的还原糖生成量，故改变的是淀粉溶液量，即降低了底物的量，A正确；改变pH或温度(会影响酶的活性)及改变唾液淀粉酶的量，都会影响化学反应速率，但不改变化学反应的平衡点，即产物的最终产量不变，B、C、D错误。
4．(2021·陕西西安五校联考)图甲、乙、丙分别表示酶浓度一定时，反应速率和反应物浓度、温度、pH的关系。图丁表示在最适温度下酶促反应生成氨基酸的量与时间的关系。下列有关表述错误的是( )
A．图甲中，反应速率不再上升是因为受到酶浓度的限制
B．图乙中，a点到b点的变化是由于酶的空间结构逐渐被破坏
C．图丙可表示胃蛋白酶催化反应的反应速率变化曲线
D．如果适当降低温度，则图丁中的M值将保持不变
C 解析：图甲表明，反应物浓度超过某一值后，反应速率不再随反应物浓度的增大而增大，此时的限制因素是酶的浓度，A正确；当温度超过最适温度后，酶的空间结构会被破坏，故图乙中，a点到b点的变化是由于酶的空间结构逐渐被破坏，从而使酶的活性降低，B正确；胃蛋白酶的最适pH约为1.5，与图示中最适pH约为8.0不符，C错误；图丁是在最适温度下测得的，温度降低后酶的活性降低，底物完全反应所需要的时间延长，但最终生成氨基酸的总量不变，即M值不变，D正确。
考点二 (探究·实践)探究影响酶活性的因素
1．探究温度对酶活性的影响
(1)实验原理。
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的深浅来判断酶的活性。
(2)实验材料。
质量分数为2%的淀粉酶溶液、体积分数为3%的可溶性淀粉溶液、热水、蒸馏水、冰块、碘液(相关用具省略)。
(3)实验步骤。
序号
实验操作内容
试管1
试管2
试管3
1
加入等量的可溶性淀粉溶液
2 mL
2 mL
2 mL
2
控制不同的温度条件
冰块
(5 min)
37 ℃温水
(5 min)
沸水
(5 min)
3
加入等量的新鲜唾液淀粉酶溶液
1 mL
(5 min)
1 mL
(5 min)
1 mL
(5 min)
4
加入等量的碘液
1滴
1滴
1滴
5
观察实验现象
蓝色
无蓝色出现
蓝色
(4)实验结论：温度过高、过低都会影响酶的活性，适宜温度下酶的活性最高。
2．探究pH对酶活性的影响
(1)实验原理：2H2O22H2O＋O2。pH影响酶的活性，从而影响O2的生成速率，可用带火星的卫生香燃烧的情况来检验O2的生成速率。
(2)实验材料。
质量分数为20%的肝脏研磨液、体积分数为3%的过氧化氢溶液、物质的量浓度为0.01 mol/L的HCl溶液、物质的量浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液、蒸馏水等。
(3)实验步骤。
序号
实验操作内容
试管1
试管2
试管3
1
加入等量的过氧化氢酶溶液
2滴
2滴
2滴
2
加入等量的不同pH的溶液
1 mL蒸馏水
1 mL 0.01 mol/L的HCl溶液
1 mL 0.01 mol/L的NaOH溶液
3
加入等量的体积分数为3%的过氧化氢溶液
2 mL
2 mL
2 mL
4
观察实验现象
有大量气泡产生
无气泡产生
无气泡产生
5
将带火星的卫生香插入试管内液面的上方
燃烧剧烈
不燃烧
不燃烧
(4)实验结论：过酸、过碱都会影响酶的活性，适宜pH下酶的活性最高。
1．酶活性最高时的温度不适合酶的保存。 ( √ )
2．温度和pH通过影响酶活性，进而影响酶促反应速率；底物浓度和酶浓度也能影响酶促反应速率，但并未改变酶活性。 ( √ )
3．低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构。 ( × )
4．若探究温度对淀粉酶活性的影响，可选择过氧化氢溶液作为底物。 ( × )
5．温度过高、低温都能使酶活性降低，二者的作用原理不同。 ( √ )
1．实验材料选择时的注意事项
(1)在探究温度对酶活性的影响实验中，不能选择过氧化氢和过氧化氢酶作为实验材料，因为过氧化氢在常温下就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。
(2)在探究pH对酶活性的影响实验中，不宜选用淀粉和淀粉酶作为实验材料，因为在酸性条件下淀粉分解也会加快，从而影响实验结果。
2．实验步骤和结果检测的注意事项
(1)在探究温度对酶活性的影响实验中，底物和酶溶液应先分别在预设的温度中保温一段时间后再混合，保证反应从一开始就是预设的温度。
(2)在探究pH对酶活性的影响实验中，宜先保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与酶接触，不宜在未达到预设pH前，让反应物与酶接触。
(3)若选择淀粉和淀粉酶来探究温度对酶活性的影响，检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不能选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需要水浴加热，而该实验需严格控制温度。
考向1| 影响酶活性的因素的基础实验分析
1．(2021·河南高中联考)下图是某课外活动小组探究pH对唾液淀粉酶活性影响时绘制的实验结果图(实验中用盐酸创设酸性条件，盐酸能催化淀粉水解)。下列有关叙述正确的是( )
A．在适宜条件下，与盐酸相比，淀粉酶催化作用更显著
B．pH为1时有淀粉水解，则过酸条件下酶没有失活
C．pH为3时酶的活性等于pH为9时酶的活性
D．根据实验结果可推测淀粉酶的最适pH为7
A 解析：酶具有高效性，在适宜条件下，淀粉酶的催化作用比盐酸更显著，A正确；pH＝1时，酶已失活，此时的淀粉水解是盐酸催化的结果，B错误；pH＝3时的淀粉水解量是酶和盐酸共同作用的结果，不能说明此时酶的活性等于pH为9时酶的活性，C错误；根据实验结果，在现有的数据中pH为7时淀粉酶的催化效率最高，但不能说明淀粉酶的最适pH为7，D错误。
2．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
B 解析：在探究pH对酶活性的影响实验中，自变量应是pH，A错误；淀粉酶能催化淀粉水解为还原糖，不能催化蔗糖水解，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。
考向2| 实验的拓展和应用
3．某同学欲通过下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．该装置可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
C 解析：若滤纸片上分别附有过氧化氢酶、Fe3＋，自变量是不同的催化剂，可用来探究酶的高效性，A错误；过氧化氢在高温下分解会加快，故不能选择过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响，B错误；该装置可以用来探究pH对酶活性的影响，D错误。
4．酶的抑制剂能降低酶的活性，不同的抑制剂对酶活性的影响不同。某科研小组通过实验研究了两种抑制剂对某消化酶酶促反应速率的影响，对实验的结果进行分析并绘图，如图所示。请回答下列问题：
(1)该实验的自变量是______________________，实验中对无关变量应进行控制，该实验的无关变量有__________________(答出两项即可)。
(2)据图分析，随着底物浓度的升高，抑制剂________(填类型)的作用逐渐减弱甚至消失。从活化能的角度分析，推测抑制剂能降低酶促反应速率的原因是
_________________________________________________________________。
(3)某同学认为该实验小组的实验过程应是：
A．将某消化酶溶液等分为①②③三组，将每组等分为若干份；
b．在一定条件下将三组消化酶溶液均与等量的不同浓度的底物混合；
c．在①中加入一定量的蒸馏水，②中加入等量的抑制剂Ⅰ，③中加入等量的抑制剂Ⅱ；
d．定时取样检测各反应中底物的量或产物的量，记录实验结果并绘图。
你认为该实验操作是否正确？__________，如果不正确，请进行改正：
___________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
解析：(1)由图可知，该实验的自变量有两个，分别是抑制剂种类和底物浓度。该实验的无关变量有温度、pH、酶浓度、抑制剂的使用量、反应时间等。(2)由图可知，随着底物浓度的升高，曲线②的酶促反应速率逐渐与曲线①无抑制剂时相同，即抑制剂Ⅰ的作用逐渐减弱甚至消失。抑制剂能降低酶活性，从而减弱酶降低化学反应活化能的能力。(3)题述实验操作不正确，若对酶处理前先将酶与底物混合，则酶会先与底物发生反应，故应先对酶进行不同的处理，然后再将处理后的酶与底物混合。
答案：(1)抑制剂种类和底物浓度 温度、pH、酶浓度、抑制剂的使用量等(合理即可) (2)Ⅰ 在抑制剂的作用下，酶的活性(或催化效率)降低，其降低化学反应活化能的能力下降(答出即可) (3)不正确 步骤c应与步骤b互换，即先对酶溶液进行处理再加入底物(合理即可)
考点三 ATP
1．ATP的组成元素：C、H、O、N、P。
2．ATP的分子结构
(1)分子结构式：A—P～P～P(简写)。
(2)组成图解(填出各部分名称)。
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、二个特殊的化学键、三个磷酸基团。
3．ATP与ADP的相互转化
(1)转化基础：ATP的化学性质不稳定，末端磷酸基团具有较高的转移势能。
(2)ATP和ADP的相互转化过程比较
比较内容
ATP水解
ATP合成
反应式
ATPADP＋Pi＋能量
ADP＋Pi＋能量―→ ATP
酶
ATP水解酶
ATP合成酶
场所
活细胞内多种场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体(植物细胞)
能量转化
放能
吸能
能量来源
ATP的水解
呼吸作用、光合作用
能量去向
用于各项生命活动
储存在ATP中
4.ATP为主动运输供能(以Ca2＋主动运输为例)
(1)参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，酶活性被激活。
(2)在载体蛋白的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，即载体蛋白的磷酸化。
(3)载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外。
1．ATP与ADP时刻不停地进行相互转化。 ( √ )
2．ATP水解释放的能量可用于细胞内的放能反应。 ( × )
3．无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源。 ( × )
4．DNA与ATP中所含元素的种类相同。 ( √ )
5．ATP的结构简式为A—P～P～P，“A”代表腺苷，“P”代表磷酸基团。 ( √ )
【教材细节命题】
1．(必修1 P87正文)人体内，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，请分析原因：ATP与ADP时刻不停地快速地发生相互转化，并且处于动态平衡之中。
2．(必修1 P89阅读材料拓展)“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星。”诗中描述的萤火虫发光的原理是萤火虫尾部细胞中的荧光素接受ATP提供的能量后被激活，在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素而发光。
1．概括ATP与核苷酸的关系
2．比较以下四种结构中“A”的含义
结构
“A”的名称
“A”的分子组成
①
腺苷
腺嘌呤和核糖
②
腺嘌呤脱氧核苷酸
1分子腺嘌呤、1分子脱氧核糖和1分子磷酸
③
腺嘌呤核糖核苷酸
1分子腺嘌呤、1分子核糖和1分子磷酸
④
腺嘌呤
—
3.ATP的再生和利用图解
4．ATP产生量与O2供给量的关系分析
(1)A点为无氧条件下，细胞可通过无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。
(2)AB段随O2供给量增多，有氧呼吸明显加强，ATP产生量逐渐增多。
(3)BC段O2供给量超过一定范围后，ATP的产生量不再增加，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸基团等。
考向1| ATP的结构和功能
1．(2021·广东广州期末)ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，下图是ATP的分子结构图，下列分析正确的是( )
A．圆圈内所示为含氮碱基腺嘌呤
B．方框内所示为腺嘌呤核糖核苷酸
C．细胞合成蛋白质时利用①断裂释放的能量
D．②在光合作用过程中容易形成但不易断裂
A 解析：ATP由腺嘌呤、核糖、磷酸基团(三个)构成，有两个特殊的化学键(图中①②)。图中圆圈内为腺嘌呤，A正确；腺嘌呤与核糖一起形成方块内的结构，即腺苷，B错误；合成蛋白质时，利用ATP中远离A的那个磷酸基团脱离，即②断裂供能，C错误；光合作用过程中，ATP中远离A的那个磷酸基团容易结合，也容易脱离，光反应阶段ADP与Pi利用光能形成ATP，而暗反应阶段ATP水解(即②断裂)供能，D错误。
2．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。
解析：(1)由题干信息可知，ATP中远离A的磷酸基团是Pγ，当ATP水解后形成的Pγ参与DNA的合成，则32P标记的磷酸基团位于ATP的γ位上。(2)dATP去掉2个磷酸基团后是合成DNA的原材料，若用32P标记的dATP合成DNA，则标记的磷酸基团应位于靠近A的位置上，即α位上。
答案：(1)γ (2)α
考向2| ATP与ADP的相互转化
3．下图为ATP与ADP相互转化示意图，有关叙述正确的是( )
A．过程①②都可发生在线粒体和叶绿体中
B．过程①所需能量均来自有机物的氧化分解
C．过程②释放的能量可直接用于人体红细胞吸收葡萄糖
D．吸能反应一般与过程①相联系，放能反应一般与过程②相联系
A 解析：过程①表示ADP与Pi合成ATP；过程②表示ATP水解产生ADP与Pi，同时释放能量的过程，在线粒体和叶绿体中都有ATP的合成与水解，A正确；若ATP的合成发生在叶绿体中，过程①所需能量来自光能，若ATP的合成发生在线粒体中，过程①所需能量来自有机物的氧化分解，B错误；人体红细胞吸收葡萄糖的过程属于协助扩散，不需要消耗能量，没有ATP水解，C错误；ATP的合成即过程①一般与放能反应相联系，ATP的水解即过程②一般与吸能反应相联系，D错误。
4．(2022·湖北黄冈模拟)下图表示ATP与ADP的相互转化过程，下列相关叙述错误的是( )
A．图中的M指的是腺嘌呤，N指的是核糖
B．食物为ATP充电指的是呼吸作用分解来自食物中的有机物产能
C．运动时肌肉细胞中ATP的充电速率远高于其放能速率
D．ATP的“充电”和“放能”所需要的酶不同
C 解析：根据题图判断，M指的是腺嘌呤，N指的是核糖，A正确；食物中稳定的化学能转化成ATP中活跃的化学能，需通过呼吸作用来完成，B正确；ATP的合成和分解速率始终处于一种动态平衡状态，C错误；酶具有专一性，故ATP的合成和分解所需要的酶不同，D正确。
【易错提醒】ATP理解的两点提醒
(1)ATP不等同于能量：ATP是与能量有关的一种高能磷酸化合物，水解时会释放出大量的能量。
(2)ATP与ADP的相互转化不可逆：从物质方面来看是可逆的，但从酶、进行的场所、能量等方面来看是不可逆的。
【命题动态】酶和ATP是细胞代谢有序进行的必备物质和条件。“酶”的内容主要包括酶的化学本质、作用特性以及对相关实验的分析和设计；“ATP”的内容主要包括ATP的结构及其在能量供应系统中的作用。 从近年的高考看，该专题主要以选择题的形式从“酶在代谢中的作用”角度考查酶的本质、种类、作用特性以及与其他生理过程的联系，另外还常以实验题的形式考查与酶特性有关的实验设计。预计2023年高考中该专题仍将从物质与能量的视角考查酶的作用原理与ATP的结构及其功能。
1．(2021·北京卷)ATP是细胞的能量“通货”，关于ATP的叙述错误的是( )
A．含有C、H、O、N、P
B．必须在有氧条件下合成
C．胞内合成需要酶的催化
D．可直接为细胞提供能量
[思维培养]
B 解析：ATP中含有腺嘌呤、核糖与磷酸基团，故元素组成为C、H、O、N、P，A正确；在无氧条件下，无氧呼吸过程中也能合成少量ATP，B错误；ATP合成过程中需要ATP合成酶的催化，C正确；ATP是生物体的直接能源物质，可直接为细胞提供能量，D正确。
2．(2021·湖北卷)使酶的活性下降或丧失的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂主要有两种类型：一类是可逆抑制剂(与酶可逆结合，酶的活性能恢复)；另一类是不可逆抑制剂(与酶不可逆结合，酶的活性不能恢复)。已知甲、乙两种物质(能通过透析袋)对酶A的活性有抑制作用。
实验材料和用具：蒸馏水，酶A溶液，甲物质溶液，乙物质溶液，透析袋(人工合成半透膜)，试管，烧杯等。
为了探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，现提出以下实验设计思路。请完善该实验设计思路，并写出实验预期结果。
(1)实验设计思路：
取________支试管(每支试管代表一个组)，各加入等量的酶A溶液，再分别加入等量____________________，一段时间后，测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液，再测定各自的酶活性。
(2)实验预期结果与结论：
若出现结果①：_______________________________________。
结论①：甲、乙均为可逆抑制剂。
若出现结果②：________________________________________。
结论②：甲、乙均为不可逆抑制剂。
若出现结果③：_______________________________________。
结论③：甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂。
若出现结果④：________________________________________。
结论④：甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂。
解析：(1)分析题意可知，实验目的是探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，则实验的自变量为甲、乙物质的有无，因变量为酶A的活性，实验设计应遵循对照与单一变量原则，故可设计实验如下：取2支试管各加入等量的酶A溶液，再分别加等量甲物质溶液、乙物质溶液(单一变量原则)；一段时间后，测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液，再测定各自的酶活性。(2)据题意可知，物质甲和物质乙对酶A的活性有抑制作用，但作用机理未知，且透析前有物质甲和物质乙的作用，透析后无物质甲和物质乙的作用，前后对照可推测两种物质的作用机理，可能的情况有：①若甲、乙均为可逆抑制剂，则酶的活性能恢复，故透析后，两组的酶活性均比透析前酶的活性高。②若甲、乙均为不可逆抑制剂，则两组中酶的活性均不能恢复，故透析前后，两组的酶活性均不变。③若甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂，则甲组中活性可以恢复，而乙组不能恢复，故加甲物质溶液组，透析后酶活性比透析前高；加乙物质溶液组，透析前后酶活性不变。④若甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂，则甲组中活性不能恢复，而乙组能恢复，故加甲物质溶液组，透析前后酶活性不变；加乙物质溶液组，透析后酶活性比透析前高。
答案：(1)2 甲物质溶液、乙物质溶液 (2)透析后，两组的酶活性均比透析前酶的活性高 透析前后，两组的酶活性均不变 加甲物质溶液组，透析后酶活性比透析前高；加乙物质溶液组，透析前后酶活性不变 加甲物质溶液组，透析前后酶活性不变；加乙物质溶液组，透析后酶活性比透析前高
1．(生活、学习和实践情境)某小组为了解某种加酶洗衣粉对蛋白质的水解作用，将完全相同的蛋白块置于等量适宜浓度的该洗衣粉溶液中，蛋白块消失所需的时间与温度的关系如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A．该洗衣粉水解脂肪的最适温度也是45 ℃
B．B、C两点催化效率相同且均低于A点的原理相同
C．若改变该洗衣粉溶液的pH，则A点会向左或向右移动
D．若减小该洗衣粉溶液的浓度，A、B、C三点均向上移动
D 解析：分析题图可知，该洗衣粉中的蛋白酶水解蛋白质的最适温度是45 ℃，由于实验没有涉及温度对该洗衣粉中脂肪酶活性的影响，故无法得出该洗衣粉水解脂肪的最适温度，A错误；B、C两点虽催化效率相同，但低于A点的原理不同，30 ℃时蛋白酶的活性受到抑制，酶的空间结构没有发生不可逆变化，而60 ℃时蛋白酶的空间结构发生不可逆改变，B错误；在不同pH条件下，酶的最适温度不变，即改变该洗衣粉溶液的pH，A点不会向左或向右移动，C错误；减小该洗衣粉溶液的浓度，相当于减小其中的酶浓度，催化一定量的底物时，酶浓度越小，反应速率越慢，蛋白块消失所需的时间越长，故A、B、C三点均向上移动，D正确。
2．(科学实验和探究情境)某小组为研究酶作用的影响因素，进行了“探究pH对过氧化氢酶的影响”的活动。下列叙述错误的是( )
A．反应小室应保持在适宜水温的托盘中
B．加入各组反应小室中含有酶的滤纸片的大小和数量应一致
C．将过氧化氢溶液加到反应小室中的滤纸片上后需迅速加入pH缓冲液
D．比较各组量筒中收集的气体量可判断过氧化氢酶作用的适宜pH范围
C 解析：温度也会影响酶的活性，且该实验中温度为无关变量，应保持相同且适宜，故反应小室应保持在适宜水温的托盘中，A正确；各组的滤纸片大小和数量属于无关变量，应保持一致，B正确；酶的催化需要在缓冲液的环境中进行，因此应先加入pH缓冲液，再使得酶与底物接触，C错误；比较各组量筒中收集的气体量，可以反映在不同pH条件下过氧化氢酶的活性大小，从而判断过氧化氢酶的适宜pH范围，D正确。
第7课 酶和ATP
►学业质量水平要求◄
1．通过关于酶本质的探索和学习，认识酶的化学本质，总结出酶的作用，并能设计实验证明酶的作用及化学本质。(生命观念、科学思维、科学探究)
2．通过分析与综合，明确酶的高效性和专一性的含义，并学会设计实验，探究酶的专一性和温度、pH等对酶促反应的影响，进而明确酶在生产和生活中的应用。(科学探究、科学思维、社会责任)
3．基于对细胞生命活动实例的分析，结合ATP的结构特点，认同结构和功能相适应的观点。(生命观念、科学思维)
考点一 酶的本质、作用和特性
1．酶本质的探索历程(连线)
2．酶的本质及作用
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
生理功能
催化作用
3.酶的作用机理分析(如下图)
①为有酶催化的反应曲线；②为没有催化剂的反应曲线；③为有无机催化剂催化的反应曲线。
4．酶的催化特性(连线)
5．比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验过程。
步骤
相同处理
向4支试管中分别加入2 mL 过氧化氢溶液
不同处理
不处理
放在90 ℃左右的水浴中加热
滴入2滴FeCl3溶液
滴入2滴肝脏研磨液
现象
气泡
基本无
少
较多
很多
带火星
卫生香
无复燃
有复燃
复燃性较强
复燃性很强
(2)变量分析。
(3)实验结论：酶具有催化作用，同无机催化剂相比，催化效率更高。
6．淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
(1)实验原理。
①淀粉和蔗糖都是非还原糖，葡萄糖、果糖、麦芽糖都是还原糖。
②斐林试剂能鉴定溶液中有无还原糖。
③淀粉酶能催化淀粉水解为还原糖，不能催化蔗糖水解。
(2)实验步骤。
序号
操作步骤
试管1
试管2
1
注入可溶性淀粉溶液
2 mL
—
2
注入蔗糖溶液
—
2 mL
3
注入新鲜的淀粉酶溶液
2 mL
2 mL
4
振荡混匀，将试管的下半部浸到60 ℃左右的热水中，保温5 min
5
取出试管，各加入2 mL斐林试剂，振荡摇匀
6
将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中，煮沸1 min，观察颜色变化
砖红色
沉淀
淡蓝色
(3)实验结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。这说明酶具有专一性。
1．由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性。 ( × )
2．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物。 ( √ )
3．酶提供了反应过程中所必需的活化能。 ( × )
4．酶活性的发挥离不开其特定的结构。 ( √ )
5．同一个体各种体细胞中酶的种类相同、数量不同，代谢不同。 ( × )
6．酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸。 ( × )
7．唾液淀粉酶催化反应的最适温度和保存温度都是37 ℃。 ( × )
【教材细节命题】
1．(必修1 P82“探究·实践”)已知胃蛋白酶的最适pH为1.5，小肠液的pH为7.6，胃蛋白酶随食糜进入小肠后还能发挥作用吗？不能。为什么？因为没有了适宜的pH，胃蛋白酶活性大大下降甚至失活，不再发挥作用。
2．(必修1 P85“科学·技术·社会”)溶菌酶为什么具有抗菌消炎的作用？溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁，起到抗菌消炎的作用。细菌性溶菌酶不能(填“能”或“不能”)用于真菌感染。为什么？由于真菌和细菌细胞壁的成分不同和酶具有专一性等原因，细菌性溶菌酶不能用于真菌感染。
1．酶相关模型的构建与解读
(1)酶的高效性。
①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
②酶和无机催化剂一样，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。
(2)酶的专一性。
①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。
②加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶A对此反应有催化作用。
(3)影响酶活性的因素。
图甲曲线分析：
①在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。
②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。
图乙曲线分析：
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，应为最适pH；反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
(4)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响。
①图甲：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图乙：在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
2．影响因素制约酶活性的机理
(1)高温、过酸、过碱——可破坏酶分子的空间结构而导致酶永久性失活(不可逆转)。
(2)低温——仅抑制酶活性，并不破坏酶分子的空间结构，当温度适当升高时活性可恢复。
(3)酶活性还受某些激活剂或抑制剂的影响，前者可提升酶活性，后者则降低酶活性。
考向1| 酶的本质、作用和特性
1．(2021·广东中山六校联考)下列有关酶的叙述，正确的是( )
A．酶的催化效率比无机催化剂更高是因为酶能降低反应的活化能
B．酶都是在核糖体上合成的，但不一定需要内质网和高尔基体的加工
C．在最适温度和最适pH的条件下，酶对细胞代谢的调节作用最强
D．酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应
D 解析：酶和无机催化剂都能降低反应的活化能，酶在降低反应的活化能方面比无机催化剂更显著，因而催化效率更高，A错误；酶不都在核糖体上合成，如某些化学本质是RNA的酶，蛋白质类酶的合成也不一定需要内质网和高尔基体的参与，B错误；酶在细胞代谢中有催化作用，在最适温度和最适pH的条件下，酶的催化作用最强，C错误；酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应，D正确。
2．(2022·江苏南京模拟)20世纪80年代科学家发现了一种RNaseP酶，是由20%的蛋白质和80%的RNA组成的，如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2＋的浓度，则留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明( )
A．该RNA具有生物催化作用
B．酶是由RNA和蛋白质组成的
C．酶的化学本质是蛋白质
D．绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA
A 解析：酶的本质是具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。据题意可知，将该酶中的蛋白质除去，留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，说明剩余的RNA也具有生物催化作用，即这些RNA也是酶，A项符合题意。
考向2| 影响酶活性的因素
3．下图表示改变某一因素前后，淀粉溶液在唾液淀粉酶的作用下分解产生还原糖的结果。请据此分析，改变下列哪种因素才能获得改变后的结果？( )
A．淀粉溶液量 B．pH
C．温度 D．唾液量
A 解析：改变底物的量，产物的量则会减少，图中对照组的还原糖生成量一直多于实验组的还原糖生成量，故改变的是淀粉溶液量，即降低了底物的量，A正确；改变pH或温度(会影响酶的活性)及改变唾液淀粉酶的量，都会影响化学反应速率，但不改变化学反应的平衡点，即产物的最终产量不变，B、C、D错误。
4．(2021·陕西西安五校联考)图甲、乙、丙分别表示酶浓度一定时，反应速率和反应物浓度、温度、pH的关系。图丁表示在最适温度下酶促反应生成氨基酸的量与时间的关系。下列有关表述错误的是( )
A．图甲中，反应速率不再上升是因为受到酶浓度的限制
B．图乙中，a点到b点的变化是由于酶的空间结构逐渐被破坏
C．图丙可表示胃蛋白酶催化反应的反应速率变化曲线
D．如果适当降低温度，则图丁中的M值将保持不变
C 解析：图甲表明，反应物浓度超过某一值后，反应速率不再随反应物浓度的增大而增大，此时的限制因素是酶的浓度，A正确；当温度超过最适温度后，酶的空间结构会被破坏，故图乙中，a点到b点的变化是由于酶的空间结构逐渐被破坏，从而使酶的活性降低，B正确；胃蛋白酶的最适pH约为1.5，与图示中最适pH约为8.0不符，C错误；图丁是在最适温度下测得的，温度降低后酶的活性降低，底物完全反应所需要的时间延长，但最终生成氨基酸的总量不变，即M值不变，D正确。
考点二 (探究·实践)探究影响酶活性的因素
1．探究温度对酶活性的影响
(1)实验原理。
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的深浅来判断酶的活性。
(2)实验材料。
质量分数为2%的淀粉酶溶液、体积分数为3%的可溶性淀粉溶液、热水、蒸馏水、冰块、碘液(相关用具省略)。
(3)实验步骤。
序号
实验操作内容
试管1
试管2
试管3
1
加入等量的可溶性淀粉溶液
2 mL
2 mL
2 mL
2
控制不同的温度条件
冰块
(5 min)
37 ℃温水
(5 min)
沸水
(5 min)
3
加入等量的新鲜唾液淀粉酶溶液
1 mL
(5 min)
1 mL
(5 min)
1 mL
(5 min)
4
加入等量的碘液
1滴
1滴
1滴
5
观察实验现象
蓝色
无蓝色出现
蓝色
(4)实验结论：温度过高、过低都会影响酶的活性，适宜温度下酶的活性最高。
2．探究pH对酶活性的影响
(1)实验原理：2H2O22H2O＋O2。pH影响酶的活性，从而影响O2的生成速率，可用带火星的卫生香燃烧的情况来检验O2的生成速率。
(2)实验材料。
质量分数为20%的肝脏研磨液、体积分数为3%的过氧化氢溶液、物质的量浓度为0.01 mol/L的HCl溶液、物质的量浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液、蒸馏水等。
(3)实验步骤。
序号
实验操作内容
试管1
试管2
试管3
1
加入等量的过氧化氢酶溶液
2滴
2滴
2滴
2
加入等量的不同pH的溶液
1 mL蒸馏水
1 mL 0.01 mol/L的HCl溶液
1 mL 0.01 mol/L的NaOH溶液
3
加入等量的体积分数为3%的过氧化氢溶液
2 mL
2 mL
2 mL
4
观察实验现象
有大量气泡产生
无气泡产生
无气泡产生
5
将带火星的卫生香插入试管内液面的上方
燃烧剧烈
不燃烧
不燃烧
(4)实验结论：过酸、过碱都会影响酶的活性，适宜pH下酶的活性最高。
1．酶活性最高时的温度不适合酶的保存。 ( √ )
2．温度和pH通过影响酶活性，进而影响酶促反应速率；底物浓度和酶浓度也能影响酶促反应速率，但并未改变酶活性。 ( √ )
3．低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构。 ( × )
4．若探究温度对淀粉酶活性的影响，可选择过氧化氢溶液作为底物。 ( × )
5．温度过高、低温都能使酶活性降低，二者的作用原理不同。 ( √ )
1．实验材料选择时的注意事项
(1)在探究温度对酶活性的影响实验中，不能选择过氧化氢和过氧化氢酶作为实验材料，因为过氧化氢在常温下就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。
(2)在探究pH对酶活性的影响实验中，不宜选用淀粉和淀粉酶作为实验材料，因为在酸性条件下淀粉分解也会加快，从而影响实验结果。
2．实验步骤和结果检测的注意事项
(1)在探究温度对酶活性的影响实验中，底物和酶溶液应先分别在预设的温度中保温一段时间后再混合，保证反应从一开始就是预设的温度。
(2)在探究pH对酶活性的影响实验中，宜先保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与酶接触，不宜在未达到预设pH前，让反应物与酶接触。
(3)若选择淀粉和淀粉酶来探究温度对酶活性的影响，检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不能选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需要水浴加热，而该实验需严格控制温度。
考向1| 影响酶活性的因素的基础实验分析
1．(2021·河南高中联考)下图是某课外活动小组探究pH对唾液淀粉酶活性影响时绘制的实验结果图(实验中用盐酸创设酸性条件，盐酸能催化淀粉水解)。下列有关叙述正确的是( )
A．在适宜条件下，与盐酸相比，淀粉酶催化作用更显著
B．pH为1时有淀粉水解，则过酸条件下酶没有失活
C．pH为3时酶的活性等于pH为9时酶的活性
D．根据实验结果可推测淀粉酶的最适pH为7
A 解析：酶具有高效性，在适宜条件下，淀粉酶的催化作用比盐酸更显著，A正确；pH＝1时，酶已失活，此时的淀粉水解是盐酸催化的结果，B错误；pH＝3时的淀粉水解量是酶和盐酸共同作用的结果，不能说明此时酶的活性等于pH为9时酶的活性，C错误；根据实验结果，在现有的数据中pH为7时淀粉酶的催化效率最高，但不能说明淀粉酶的最适pH为7，D错误。
2．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
B 解析：在探究pH对酶活性的影响实验中，自变量应是pH，A错误；淀粉酶能催化淀粉水解为还原糖，不能催化蔗糖水解，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。
考向2| 实验的拓展和应用
3．某同学欲通过下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．该装置可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
C 解析：若滤纸片上分别附有过氧化氢酶、Fe3＋，自变量是不同的催化剂，可用来探究酶的高效性，A错误；过氧化氢在高温下分解会加快，故不能选择过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响，B错误；该装置可以用来探究pH对酶活性的影响，D错误。
4．酶的抑制剂能降低酶的活性，不同的抑制剂对酶活性的影响不同。某科研小组通过实验研究了两种抑制剂对某消化酶酶促反应速率的影响，对实验的结果进行分析并绘图，如图所示。请回答下列问题：
(1)该实验的自变量是______________________，实验中对无关变量应进行控制，该实验的无关变量有__________________(答出两项即可)。
(2)据图分析，随着底物浓度的升高，抑制剂________(填类型)的作用逐渐减弱甚至消失。从活化能的角度分析，推测抑制剂能降低酶促反应速率的原因是
_________________________________________________________________。
(3)某同学认为该实验小组的实验过程应是：
A．将某消化酶溶液等分为①②③三组，将每组等分为若干份；
b．在一定条件下将三组消化酶溶液均与等量的不同浓度的底物混合；
c．在①中加入一定量的蒸馏水，②中加入等量的抑制剂Ⅰ，③中加入等量的抑制剂Ⅱ；
d．定时取样检测各反应中底物的量或产物的量，记录实验结果并绘图。
你认为该实验操作是否正确？__________，如果不正确，请进行改正：
___________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
解析：(1)由图可知，该实验的自变量有两个，分别是抑制剂种类和底物浓度。该实验的无关变量有温度、pH、酶浓度、抑制剂的使用量、反应时间等。(2)由图可知，随着底物浓度的升高，曲线②的酶促反应速率逐渐与曲线①无抑制剂时相同，即抑制剂Ⅰ的作用逐渐减弱甚至消失。抑制剂能降低酶活性，从而减弱酶降低化学反应活化能的能力。(3)题述实验操作不正确，若对酶处理前先将酶与底物混合，则酶会先与底物发生反应，故应先对酶进行不同的处理，然后再将处理后的酶与底物混合。
答案：(1)抑制剂种类和底物浓度 温度、pH、酶浓度、抑制剂的使用量等(合理即可) (2)Ⅰ 在抑制剂的作用下，酶的活性(或催化效率)降低，其降低化学反应活化能的能力下降(答出即可) (3)不正确 步骤c应与步骤b互换，即先对酶溶液进行处理再加入底物(合理即可)
考点三 ATP
1．ATP的组成元素：C、H、O、N、P。
2．ATP的分子结构
(1)分子结构式：A—P～P～P(简写)。
(2)组成图解(填出各部分名称)。
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、二个特殊的化学键、三个磷酸基团。
3．ATP与ADP的相互转化
(1)转化基础：ATP的化学性质不稳定，末端磷酸基团具有较高的转移势能。
(2)ATP和ADP的相互转化过程比较
比较内容
ATP水解
ATP合成
反应式
ATPADP＋Pi＋能量
ADP＋Pi＋能量―→ ATP
酶
ATP水解酶
ATP合成酶
场所
活细胞内多种场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体(植物细胞)
能量转化
放能
吸能
能量来源
ATP的水解
呼吸作用、光合作用
能量去向
用于各项生命活动
储存在ATP中
4.ATP为主动运输供能(以Ca2＋主动运输为例)
(1)参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，酶活性被激活。
(2)在载体蛋白的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，即载体蛋白的磷酸化。
(3)载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外。
1．ATP与ADP时刻不停地进行相互转化。 ( √ )
2．ATP水解释放的能量可用于细胞内的放能反应。 ( × )
3．无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源。 ( × )
4．DNA与ATP中所含元素的种类相同。 ( √ )
5．ATP的结构简式为A—P～P～P，“A”代表腺苷，“P”代表磷酸基团。 ( √ )
【教材细节命题】
1．(必修1 P87正文)人体内，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，请分析原因：ATP与ADP时刻不停地快速地发生相互转化，并且处于动态平衡之中。
2．(必修1 P89阅读材料拓展)“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星。”诗中描述的萤火虫发光的原理是萤火虫尾部细胞中的荧光素接受ATP提供的能量后被激活，在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素而发光。
1．概括ATP与核苷酸的关系
2．比较以下四种结构中“A”的含义
结构
“A”的名称
“A”的分子组成
①
腺苷
腺嘌呤和核糖
②
腺嘌呤脱氧核苷酸
1分子腺嘌呤、1分子脱氧核糖和1分子磷酸
③
腺嘌呤核糖核苷酸
1分子腺嘌呤、1分子核糖和1分子磷酸
④
腺嘌呤
—
3.ATP的再生和利用图解
4．ATP产生量与O2供给量的关系分析
(1)A点为无氧条件下，细胞可通过无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。
(2)AB段随O2供给量增多，有氧呼吸明显加强，ATP产生量逐渐增多。
(3)BC段O2供给量超过一定范围后，ATP的产生量不再增加，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸基团等。
考向1| ATP的结构和功能
1．(2021·广东广州期末)ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，下图是ATP的分子结构图，下列分析正确的是( )
A．圆圈内所示为含氮碱基腺嘌呤
B．方框内所示为腺嘌呤核糖核苷酸
C．细胞合成蛋白质时利用①断裂释放的能量
D．②在光合作用过程中容易形成但不易断裂
A 解析：ATP由腺嘌呤、核糖、磷酸基团(三个)构成，有两个特殊的化学键(图中①②)。图中圆圈内为腺嘌呤，A正确；腺嘌呤与核糖一起形成方块内的结构，即腺苷，B错误；合成蛋白质时，利用ATP中远离A的那个磷酸基团脱离，即②断裂供能，C错误；光合作用过程中，ATP中远离A的那个磷酸基团容易结合，也容易脱离，光反应阶段ADP与Pi利用光能形成ATP，而暗反应阶段ATP水解(即②断裂)供能，D错误。
2．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。
解析：(1)由题干信息可知，ATP中远离A的磷酸基团是Pγ，当ATP水解后形成的Pγ参与DNA的合成，则32P标记的磷酸基团位于ATP的γ位上。(2)dATP去掉2个磷酸基团后是合成DNA的原材料，若用32P标记的dATP合成DNA，则标记的磷酸基团应位于靠近A的位置上，即α位上。
答案：(1)γ (2)α
考向2| ATP与ADP的相互转化
3．下图为ATP与ADP相互转化示意图，有关叙述正确的是( )
A．过程①②都可发生在线粒体和叶绿体中
B．过程①所需能量均来自有机物的氧化分解
C．过程②释放的能量可直接用于人体红细胞吸收葡萄糖
D．吸能反应一般与过程①相联系，放能反应一般与过程②相联系
A 解析：过程①表示ADP与Pi合成ATP；过程②表示ATP水解产生ADP与Pi，同时释放能量的过程，在线粒体和叶绿体中都有ATP的合成与水解，A正确；若ATP的合成发生在叶绿体中，过程①所需能量来自光能，若ATP的合成发生在线粒体中，过程①所需能量来自有机物的氧化分解，B错误；人体红细胞吸收葡萄糖的过程属于协助扩散，不需要消耗能量，没有ATP水解，C错误；ATP的合成即过程①一般与放能反应相联系，ATP的水解即过程②一般与吸能反应相联系，D错误。
4．(2022·湖北黄冈模拟)下图表示ATP与ADP的相互转化过程，下列相关叙述错误的是( )
A．图中的M指的是腺嘌呤，N指的是核糖
B．食物为ATP充电指的是呼吸作用分解来自食物中的有机物产能
C．运动时肌肉细胞中ATP的充电速率远高于其放能速率
D．ATP的“充电”和“放能”所需要的酶不同
C 解析：根据题图判断，M指的是腺嘌呤，N指的是核糖，A正确；食物中稳定的化学能转化成ATP中活跃的化学能，需通过呼吸作用来完成，B正确；ATP的合成和分解速率始终处于一种动态平衡状态，C错误；酶具有专一性，故ATP的合成和分解所需要的酶不同，D正确。
【易错提醒】ATP理解的两点提醒
(1)ATP不等同于能量：ATP是与能量有关的一种高能磷酸化合物，水解时会释放出大量的能量。
(2)ATP与ADP的相互转化不可逆：从物质方面来看是可逆的，但从酶、进行的场所、能量等方面来看是不可逆的。
【命题动态】酶和ATP是细胞代谢有序进行的必备物质和条件。“酶”的内容主要包括酶的化学本质、作用特性以及对相关实验的分析和设计；“ATP”的内容主要包括ATP的结构及其在能量供应系统中的作用。 从近年的高考看，该专题主要以选择题的形式从“酶在代谢中的作用”角度考查酶的本质、种类、作用特性以及与其他生理过程的联系，另外还常以实验题的形式考查与酶特性有关的实验设计。预计2023年高考中该专题仍将从物质与能量的视角考查酶的作用原理与ATP的结构及其功能。
1．(2021·北京卷)ATP是细胞的能量“通货”，关于ATP的叙述错误的是( )
A．含有C、H、O、N、P
B．必须在有氧条件下合成
C．胞内合成需要酶的催化
D．可直接为细胞提供能量
[思维培养]
B 解析：ATP中含有腺嘌呤、核糖与磷酸基团，故元素组成为C、H、O、N、P，A正确；在无氧条件下，无氧呼吸过程中也能合成少量ATP，B错误；ATP合成过程中需要ATP合成酶的催化，C正确；ATP是生物体的直接能源物质，可直接为细胞提供能量，D正确。
2．(2021·湖北卷)使酶的活性下降或丧失的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂主要有两种类型：一类是可逆抑制剂(与酶可逆结合，酶的活性能恢复)；另一类是不可逆抑制剂(与酶不可逆结合，酶的活性不能恢复)。已知甲、乙两种物质(能通过透析袋)对酶A的活性有抑制作用。
实验材料和用具：蒸馏水，酶A溶液，甲物质溶液，乙物质溶液，透析袋(人工合成半透膜)，试管，烧杯等。
为了探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，现提出以下实验设计思路。请完善该实验设计思路，并写出实验预期结果。
(1)实验设计思路：
取________支试管(每支试管代表一个组)，各加入等量的酶A溶液，再分别加入等量____________________，一段时间后，测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液，再测定各自的酶活性。
(2)实验预期结果与结论：
若出现结果①：_______________________________________。
结论①：甲、乙均为可逆抑制剂。
若出现结果②：________________________________________。
结论②：甲、乙均为不可逆抑制剂。
若出现结果③：_______________________________________。
结论③：甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂。
若出现结果④：________________________________________。
结论④：甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂。
解析：(1)分析题意可知，实验目的是探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，则实验的自变量为甲、乙物质的有无，因变量为酶A的活性，实验设计应遵循对照与单一变量原则，故可设计实验如下：取2支试管各加入等量的酶A溶液，再分别加等量甲物质溶液、乙物质溶液(单一变量原则)；一段时间后，测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液，再测定各自的酶活性。(2)据题意可知，物质甲和物质乙对酶A的活性有抑制作用，但作用机理未知，且透析前有物质甲和物质乙的作用，透析后无物质甲和物质乙的作用，前后对照可推测两种物质的作用机理，可能的情况有：①若甲、乙均为可逆抑制剂，则酶的活性能恢复，故透析后，两组的酶活性均比透析前酶的活性高。②若甲、乙均为不可逆抑制剂，则两组中酶的活性均不能恢复，故透析前后，两组的酶活性均不变。③若甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂，则甲组中活性可以恢复，而乙组不能恢复，故加甲物质溶液组，透析后酶活性比透析前高；加乙物质溶液组，透析前后酶活性不变。④若甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂，则甲组中活性不能恢复，而乙组能恢复，故加甲物质溶液组，透析前后酶活性不变；加乙物质溶液组，透析后酶活性比透析前高。
答案：(1)2 甲物质溶液、乙物质溶液 (2)透析后，两组的酶活性均比透析前酶的活性高 透析前后，两组的酶活性均不变 加甲物质溶液组，透析后酶活性比透析前高；加乙物质溶液组，透析前后酶活性不变 加甲物质溶液组，透析前后酶活性不变；加乙物质溶液组，透析后酶活性比透析前高
1．(生活、学习和实践情境)某小组为了解某种加酶洗衣粉对蛋白质的水解作用，将完全相同的蛋白块置于等量适宜浓度的该洗衣粉溶液中，蛋白块消失所需的时间与温度的关系如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A．该洗衣粉水解脂肪的最适温度也是45 ℃
B．B、C两点催化效率相同且均低于A点的原理相同
C．若改变该洗衣粉溶液的pH，则A点会向左或向右移动
D．若减小该洗衣粉溶液的浓度，A、B、C三点均向上移动
D 解析：分析题图可知，该洗衣粉中的蛋白酶水解蛋白质的最适温度是45 ℃，由于实验没有涉及温度对该洗衣粉中脂肪酶活性的影响，故无法得出该洗衣粉水解脂肪的最适温度，A错误；B、C两点虽催化效率相同，但低于A点的原理不同，30 ℃时蛋白酶的活性受到抑制，酶的空间结构没有发生不可逆变化，而60 ℃时蛋白酶的空间结构发生不可逆改变，B错误；在不同pH条件下，酶的最适温度不变，即改变该洗衣粉溶液的pH，A点不会向左或向右移动，C错误；减小该洗衣粉溶液的浓度，相当于减小其中的酶浓度，催化一定量的底物时，酶浓度越小，反应速率越慢，蛋白块消失所需的时间越长，故A、B、C三点均向上移动，D正确。
2．(科学实验和探究情境)某小组为研究酶作用的影响因素，进行了“探究pH对过氧化氢酶的影响”的活动。下列叙述错误的是( )
A．反应小室应保持在适宜水温的托盘中
B．加入各组反应小室中含有酶的滤纸片的大小和数量应一致
C．将过氧化氢溶液加到反应小室中的滤纸片上后需迅速加入pH缓冲液
D．比较各组量筒中收集的气体量可判断过氧化氢酶作用的适宜pH范围
C 解析：温度也会影响酶的活性，且该实验中温度为无关变量，应保持相同且适宜，故反应小室应保持在适宜水温的托盘中，A正确；各组的滤纸片大小和数量属于无关变量，应保持一致，B正确；酶的催化需要在缓冲液的环境中进行，因此应先加入pH缓冲液，再使得酶与底物接触，C错误；比较各组量筒中收集的气体量，可以反映在不同pH条件下过氧化氢酶的活性大小，从而判断过氧化氢酶的适宜pH范围，D正确。
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