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第三单元细胞的能量供应和利用第8讲酶和ATP[考纲要求]1.ATP在能量代谢中的作用(Ⅱ)。2.酶在代谢中的作用(Ⅱ)。3.实验：探究影响酶活性的因素。考点一聚焦酶的本质、作用和特性1．酶的本质及生理功能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均可生理功能具有生物催化作用作用原理降低化学反应的活化能2.酶的作用原理下图曲线表示在无酶催化条件和有酶催化条件下某化学反应的能量变化过程。(1)没有酶催化的反应曲线是②。(2)有酶催化的反应曲线是①。(3)AC段的含义是在无催化剂的条件下，反应所需要的活化能。(4)BC段的含义是酶降低的活化能。(5)若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则B点在纵轴上将向上移动。3．酶的特性(1)酶的高效性①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，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，说明酶具有专一性。(3)酶的作用条件较温和①在最适宜的温度、pH条件下，酶的活性最高，过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。一般在低温条件下，酶的活性降低，但不会失活。由低温恢复到适宜温度时，酶活性可以恢复。②下图为温度和pH对某种酶影响两曲线从甲和乙图可以看出：反应溶液pH(温度)的变化不影响酶作用的最适温度(pH)，读图乙可知图甲中M点的温度可能介于33～37℃之间，请在图甲中绘出pH＝8的变化曲线。提示类似于pH＝7的曲线，整体曲线比pH＝7的曲线低。4．酶的本质及作用的实验验证(1)酶的化学本质的实验验证(2)酶的催化作用的实验验证对照组：反应物＋清水→反应物不被分解实验组：反应物＋等量的相应酶溶液→反应物被分解[思维诊断](1)用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是RNA聚合酶(2014·福建，1B)(×)(2)酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸(2011·天津，1A)(×)(3)所有酶的合成都包括转录和翻译两个过程(×)(4)酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率(2011·天津，1B)(×)(5)酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸(2011·海南，14D)(×)(6)高温、低温都使酶活性降低，二者的作用实质不同(√)(7)底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触面积而影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性(√)题组一分析酶的本质与作用1．20世纪80年代科学家发现了一种RNaseP酶，它由20%的蛋白质和80%的RNA组成。如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2＋的浓度，他们发现留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明()A．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答案A解析由题可知，除去RNaseP酶中的蛋白质，在提高Mg2＋的浓度的前提下，RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，说明起催化作用的不仅是这种蛋白质，其中的RNA也有催化作用。D项由于本题只说明了这种酶的催化成分是RNA，故不具有普遍性。2．图示为木瓜蛋白酶和胃蛋白酶对抗体的消化作用，根据图示实验结果，不能得出的结论是()A．胃蛋白酶能使抗体失活B．抗体的化学本质是蛋白质C．木瓜蛋白酶和胃蛋白酶的化学本质是蛋白质D．胃蛋白酶催化抗体分解断裂的肽键数目多于木瓜蛋白酶答案C解析经木瓜蛋白酶或胃蛋白酶处理后，抗体中的部分化学键断裂，进而导致抗体失活；根据酶的专一性可知，抗体的化学本质为蛋白质；本实验不能得出两种酶的化学本质是蛋白质的结论；从图中信息可知，胃蛋白酶催化抗体水解时断裂的肽键数较多。技法提炼用“二、一、一、一”巧记酶的概念题组二酶的作用机理与作用特性3．下列有关酶的叙述中，正确的是()A．酶的催化效率总是高于无机催化剂B．酶提供使反应开始所必需的活化能C．在叶绿体基质中不存在ATP合成酶D．低温下酶的活性降低是因为酶的空间结构被破坏答案C解析酶的活性受温度、pH影响，所以酶的催化效率不总是高于无机催化剂，A项错误；酶的作用原理是降低化学反应所需的活化能，不是提供活化能，B项错误；低温使酶的活性降低，但并不破坏其空间结构，D项错误；叶绿体基质是光合作用暗反应进行的场所，完成ATP水解过程，故C项正确。4．图乙表示图甲的反应过程中有关物质浓度随时间变化的曲线，下列叙述正确的是()A．图甲中物质a可以是麦芽糖也可以是乳糖，该过程为吸能反应B．图甲中物质b能降低该化学反应的活化能，其化学本质与无机催化剂相同C．图乙中若曲线①②③表示不同温度下酶促反应速率，则曲线①温度＞曲线②温度＞曲线③温度D．图乙中若曲线①②③表示不同酶浓度下酶促反应速率，则曲线①酶浓度＞曲线②酶浓度＞曲线③酶浓度答案D解析据图甲可知，该物质由两个相同的基本单位组成，乳糖由一分子半乳糖和一分子葡萄糖组成，A项错误；b是酶，化学本质是蛋白质或RNA，B项错误；因为不确定该酶的最适温度，故不能确定曲线①②③的温度，C项错误。题组三影响酶促反应速率的因素5．如图所示，曲线b表示在最适温度、最适pH条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析正确的是()A．酶量是限制曲线AB段反应速率的主要因素B．酶量减少后，图示反应速率可用曲线a表示C．升高温度后，图示反应速率可用曲线c表示D．减小pH，重复该实验，A、B点位置都不变答案B解析AB段随着反应物浓度升高，反应速率加快，限制因素是反应物的浓度，A项错误；酶量减少，在反应物浓度一定的条件下，反应速率下降，可用曲线a表示，B项正确；图中曲线b是在最适温度、最适pH下的曲线图，因此，升高温度，减小pH，酶活性下降，反应速率下降，应为曲线a，C、D项错误。6．下图是某研究小组利用过氧化氢酶探究H2O2分解条件而获得的实验结果。相关叙述错误的是()A．图一可以得出酶具有高效性B．图一bc段产生的原因可能是底物数量(浓度)有限C．图二bc段产生的原因可能是过氧化氢酶数量(浓度)有限D．图三可以得出pH越小或越大酶活性越高答案D解析图一表示过氧化氢酶比Fe3＋催化H2O2分解的效率高；图一bc段产生的原因是H2O2全部分解，随时间延长，O2产生量不再增加；图二bc段O2产生速率不再增加，是因为反应液中酶的数量有限；图三中纵坐标表示的是溶液中的H2O2量，H2O2量越多，表示酶的活性越低。归纳提升解读影响酶活性因素的相关曲线(1)温度和pH：在一定范围内，随着温度(或pH)升高，酶的活性增强；超过最适温度(或最适pH)，随着温度(或pH)升高，酶的活性降低。低温和高温都能降低酶的活性，但低温不使酶失活，只起到抑制作用，高温能使酶(蛋白质类)变性而失去活性。过酸或过碱都会使酶失去活性。(2)底物浓度：在一定的底物浓度范围内，酶的催化速率随着底物浓度的增加而加快，达到一定浓度后因为酶的数量有限(所有酶都参加了反应)，反应速率变化不明显。(3)反应时间：酶有它的产生和消亡过程，当酶发挥作用一段时间后，由于钝化而使其活性降低，最终被分解。(4)酶的浓度：在一定范围内，随着酶浓度的增加，反应速率加快，之后由于底物有限，反应速率不再增加。题组四与酶有关的实验设计7．下列有关酶的实验设计思路，正确的是()A．利用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响B．利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液验证酶的专一性C．利用过氧化氢、新鲜的猪肝研磨液和氯化铁溶液研究酶的高效性D．利用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为3、7、11的缓冲液验证pH对酶活性的影响答案C解析因为过氧化氢不稳定，在高温下会自行分解成水和氧气，从而不能正确表现酶活性；利用淀粉、蔗糖、淀粉酶验证酶的专一性，只能用斐林试剂鉴定，根据是否有砖红色沉淀来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探究酶的专一性，不能用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解；胃蛋白酶的最适pH为1.5，验证pH对酶活性的影响应设置在最适pH左右。特别提醒若选用淀粉、蔗糖、淀粉酶做酶的专一性实验，最好选用斐林试剂检测反应物是否被分解，一般不选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。另外，保证蔗糖的纯度和新鲜程度是实验成功的关键。8．如下图所示的新鲜土豆片与H2O2接触后，产生的现象及推测错误的是()A．若有气体大量产生，可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶B．若增加新鲜土豆片的数量，量筒中产生气体的速率加快C．一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限D．为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量答案C解析新鲜土豆片中含有过氧化氢酶，能催化过氧化氢分解产生氧气(气泡)。增加土豆片的数量即增加酶的含量，可使反应速率加快。一段时间后，因底物过氧化氢全部被消耗分解掉，产生的氧气(气体)量不再增加。技法提炼与酶相关实验的解题技巧(1)认真审题，准确找出变量，围绕变量设置对照。如：①探究酶作用的专一性时，应围绕底物或酶制剂设置变量。②探究酶作用的高效性时，应围绕无机催化剂和酶制剂这一单一变量设置对照。③探究温度(pH)对酶活性的影响时，应设置不同温度(pH)处理进行对照，并确保变量控制的有效性，即应在底物与酶混合之前，先进行同温处理(或先用pH缓冲液调节酶和底物的pH)，后混合酶和底物。(2)设置实验步骤时，应注意：①根据试题要求，确定单一变量，依据实验变量进行合理分组。②根据实验材料，结合实验原理，确定实验现象的观测手段。③除单一变量外，确保其他实验条件相同且适宜。④合理确定操作程序，确保程序合理、表达准确。(3)环境因素对酶活性影响的实验设计案例①设计思路：采取对比的手段，将待探究的环境因素施加到实验组上，将其与对照组比较，观察酶促反应速率的变化，就可确定该环境因素对酶活性的影响。②设计方案：项目实验组对照组材料等量的同一种底物和等量的同种酶试剂待测的自变量蒸馏水或其他无关变量现象反应速率快或慢正常的反应速率结论反应速率快→对酶活性有促进作用；反应速率慢→对酶活性有抑制作用；反应速率没有变化→无影响题组五酶的相关实验规范审答案例批阅答卷——判断对错查找误区评析矫正——辨析误区规范审答错因分析正确答案②不理解因变量应如何观测试管中产生的气泡数量③未审清“写出改进方案”的内涵再增加丙试管，第二步换为1mL蒸馏水，第三步不做处理，其他步骤不变④未审清实验类型，结果要与结论对应甲、乙、丙三支试管中产生的气泡量不同，则过氧化氢酶的活性受pH影响⑤甲、乙、丙三支试管中产生气泡量基本一样，则过氧化氢酶的活性不受pH影响⑥答题不规范冷藏考点二ATP的结构、功能和利用1．结构简式A—P～P～P，其中“A”代表腺苷，“～”代表高能磷酸键。2．结构示意图由结构式可看出，ATP的结构特点可用“一、二、三”来总结，即一个腺苷、二个高能磷酸键、三个磷酸基团。3．ATP与ADP相互转化的反应式ATP酶1酶2ADP＋Pi＋能量。4．ATP的主要功能细胞内的一种高能磷酸化合物，是细胞生命活动所需能量的直接来源。5．ATP的主要来源(1)动物、人、真菌和大多数细菌的呼吸作用。(2)绿色植物的呼吸作用和光合作用。6．ATP与ADP的相互转化ATP的合成ATP的水解反应式ADP＋Pi＋能量――→酶ATPATP――→酶ADP＋Pi＋能量所需酶ATP合成酶ATP水解酶能量来源光能(光合作用)，化学能(细胞呼吸)储存于高能磷酸键中的能量能量去路储存于形成的高能磷酸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[思维诊断](1)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应(2014·新课标Ⅱ，1C)(√)(2)线粒体内膜上不能合成ATP(2012·北京，1A)(×)(3)无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源(2008·广东，4A)(×)(4