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第1讲酶和ATP[考纲要求]1.酶在代谢中的作用(Ⅱ)。2.ATP在能量代谢中的作用(Ⅱ)。1．关于酶的易错点(1)只有在特殊背景或信息下才可认定酶的化学本质为RNA，一般认定酶的化学本质为蛋白质(如各种消化酶、DNA聚合酶等)。(2)酶只能由活细胞产生，不能来自食物，且几乎所有活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)均可产生酶，产生场所为核糖体，但发挥作用的场所既可以是细胞内、外，也可以是体外。(3)酶具有催化作用，不具有调节功能，也不作为能源或组成物质，切不可额外夸大其功能。(4)酶促反应前后酶的数量和化学性质不变，可以重复利用；酶只改变反应速率，不改变化学反应的平衡点。(5)低温或盐析能降低酶的活性，不会使酶失活，即酶的空间结构不会被破坏，条件适宜时酶活性可恢复。(6)高温、强酸、强碱、重金属、紫外线和酒精等有机溶剂会破坏酶的空间结构，使酶失活，酶活性不能恢复。(7)酶既可以作为催化剂，又可以作为另一个化学反应的底物，如胃蛋白酶或脂肪酶作为催化剂可分解蛋白质或脂肪，它们自身又可作为反应的底物被其他蛋白酶水解。2．影响酶促反应速率的因素(1)温度和pH：通过影响酶活性来影响酶促反应速率。(2)酶浓度：在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶浓度与酶促反应速率成正相关。(3)底物浓度：在酶浓度一定、其他条件适宜的情况下，随着底物浓度的增加，酶促反应速率先加快后稳定。3．关于ATP的易错点(1)ATP只是高能磷酸化合物中的一种，不能将其与能量等同起来。(2)生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP含量很少，所以能量供应依赖于ATP与ADP间的快速转化。(3)ATP合成时可产生水，ATP水解时需消耗水。(4)合成ATP的能量来源除光能、有机物中化学能之外，硝化细菌等能够进行化能合成作用的细菌可利用体外无机物(如NH3)氧化时所释放的能量来合成ATP。4．细胞内产生与消耗ATP的结构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：光反应阶段消耗ATP：暗反应阶段和自身DNA复制、转录，蛋白质合成等线粒体产生ATP：有氧呼吸第二、三阶段消耗ATP：自身DNA复制、转录，蛋白质合成等核糖体消耗ATP：蛋白质的合成细胞核消耗ATP：DNA复制、转录等1．多酶片口服后，其中的胰蛋白酶可在小肠中发挥作用()2．同一个体各种体细胞中酶的种类相同、数量不同，代谢不同()3．淀粉酶催化淀粉水解时不需要ATP提供能量()4．发烧时，食欲减退是因为唾液淀粉酶失去了活性()5．细胞内蛋白质发生水解时，通常需要另一种蛋白质的参与()6．ATP是一种高能磷酸化合物()7．在有氧和缺氧的条件下，酵母菌细胞质基质中都能形成ATP()8．ATP在细胞中的含量高，以满足生命活动的需要()9．酶的合成需要ATP供能，ATP的合成需要酶的催化()10．在生物体的活细胞内，ATP与ADP的转化只能单向进行()答案1.√2.×3.√4.×5.√6.√7.√8.×9.√10.×1．酶具有高效性的原因：同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。2．唾液淀粉酶在60℃环境中处理后，再增加底物，反应产物的总量不再变化，原因是该酶在高温下已变性失活，失去催化能力。3．“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。考点一ATP的结构和作用1．ATP结构的组成与特点(1)1分子ATP＝1分子腺苷＋3分子磷酸基团。(2)ATP中含有两个高能磷酸键，其中远离腺苷的高能磷酸键容易水解与合成。2．ATP的合成与水解3．区别几种化合物中“A”的含义ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都有“A”，但在不同物质中表示的含义不同，如图所示：考向一ATP和ADP的相互转化过程分析1．图1为ATP的结构，图2为ATP与ADP相互转化的关系式，以下说法正确的是()A．图1中的五碳糖为脱氧核糖B．图1中A代表腺苷，b、c为高能磷酸键C．图2中反应向右进行时，图1中c键断裂并释放能量D．图2中反应向左进行时，能量只能来自细胞呼吸答案C解析图1为ATP的结构简式，图中的A代表腺嘌呤，其中的五碳糖为核糖，A与核糖结合形成腺苷，b、c为高能磷酸键，A、B错误；图2中反应向右进行时，表示ATP水解成ADP和Pi，远离腺苷的高能磷酸键即图1中的c键断裂并释放能量，C正确；图2中ADP转化为ATP所需的能量可来自光合作用吸收的光能或细胞呼吸释放的有机物中的化学能，D错误。2．细胞内有与ATP结构类似的GTP、CTP和UTP等高能磷酸化合物，但ATP用途较为广泛。下列有关叙述中错误的是()A．UTP分子中含有2个高能磷酸键，彻底水解可得到3种有机物B．ATP分子中高能磷酸键全部断裂后的产物中有某些酶的基本组成单位C．ATP的合成常伴随放能反应，而吸能反应不一定伴随ATP的水解D．唾液腺细胞分泌唾液淀粉酶的过程是一个需要消耗ATP的胞吐过程答案A解析UTP(三磷酸尿苷)彻底水解的产物为尿嘧啶、核糖和磷酸，其中磷酸属于无机物，A错误；ATP分子中高能磷酸键全部断裂后的产物有腺嘌呤核糖核苷酸和磷酸，其中腺嘌呤核糖核苷酸是RNA类酶的基本组成单位，B正确；某些吸能反应可能伴随GTP、CTP或UTP的水解，C正确；唾液腺细胞分泌唾液淀粉酶的过程是一个需要消耗ATP的胞吐过程，D正确。考向二ATP在细胞代谢中的作用分析3．(2019·广西钦州三模)ATP是细胞生命活动的直接供能物质，下列有关ATP的说法正确的是()A．光合作用的光反应和暗反应阶段均能合成ATPB．离子进出神经细胞，均需ATP直接提供能量才能完成C．1个ATP分子由1个腺苷和3个磷酸基团构成，与核酸元素组成相同D．真核细胞的细胞质基质中，消耗的ATP均来源于线粒体和叶绿体答案C解析光合作用的光反应阶段产生ATP，暗反应阶段消耗ATP，A错误；静息电位形成时K＋外流以及动作电位形成时Na＋内流，均为协助扩散，不需要ATP提供能量，静息电位的维持，在Na＋－K＋泵的作用下排钠保钾的过程是主动运输，需要ATP，B错误；1个ATP分子由一分子腺嘌呤，一分子核糖和3个磷酸基团构成，与核酸元素组成相同，C正确；叶绿体光反应阶段产生的ATP只能用于光合作用暗反应阶段，细胞呼吸产生的ATP用于其他各项生命活动，D错误。4．(2019·天津，2)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答案B解析唾液淀粉酶水解淀粉是在消化道中进行的，不需要消耗ATP水解释放的能量，A项不符合题意；生长素的极性运输是细胞的主动运输，需要消耗ATP水解释放的能量，B项符合题意；光反应阶段中水在光下分解产生[H]和氧气，不需要消耗ATP水解释放的能量，C项不符合题意；乳酸菌无氧呼吸的第二阶段是丙酮酸在酶的催化作用下转化成乳酸，此过程既不产生ATP，也不消耗ATP，D项不符合题意。考点二酶及其相关曲线分析1．影响酶促反应速率因素的曲线分析温度pH底物浓度酶浓度在最适温度条件下，酶在最适pH条件下，酶当底物达到一定底物充足，其他的活性最高；温度偏高或偏低，都会使酶的活性降低。温度过高会使酶的空间结构遭到破坏而失去活性的活性最高；每种酶只能在一定的pH范围内表现出活性，过酸或过碱都会使酶的空间结构遭到破坏而失活浓度后，受酶量的限制，酶促反应速率不再增加条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比2.应用“四看法”分析酶促反应曲线一看两坐标轴的含义：分清自变量与因变量，了解两个变量间的关系。二看曲线的变化：利用数学模型法观察同一条曲线的升、降或平的变化，掌握变量变化的生物学意义。如在分析影响酶促反应的因素时，一般情况下，曲线未达到平衡时，限制因素是横坐标所表示的因素，当曲线达到平衡状态后，限制因素是除横坐标所表示的因素之外的其他因素。三看特殊点：即曲线的起点、终点、顶点、转折点、交叉点等，理解特殊点的意义。四看不同曲线的变化：理解曲线之间的内在联系，找出不同曲线的异同及变化的原因。考向一酶的本质和特性辨析5．下列关于酶的叙述，正确的是()A．在酶促反应中，酶对化学反应的催化效率称为酶活性B．与无机催化剂相比，酶为化学反应提供的活化能更多使之具有高效性C．高温、低温、过酸和过碱都会使酶的空间结构受到破坏而永久失活D．DNA能控制蛋白质类酶的合成，但不能控制RNA类酶的合成答案A解析在酶促反应中，酶对化学反应的催化效率称为酶活性，A正确；与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，酶不提供能量，B错误；低温不会破坏酶的空间结构，只是抑制酶活性，C错误；DNA既能控制蛋白质类酶的合成，也能控制RNA类酶的合成，D错误。6．(2019·广东汕头质检)下列关于酶和ATP的说法，正确的是()A．酶的合成不需要酶，ATP的合成需要酶B．低温对酶活性的影响是不可逆的C．在光合作用的暗反应过程中，需要酶但不需要ATPD．农作物根细胞缺氧时只能在细胞质基质中产生ATP答案D解析酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，ATP的合成需要酶的催化，绝大多数酶是蛋白质，少数RNA也具有催化功能，蛋白质和RNA的合成均需要酶的催化，A错误；高温、过酸、过碱都会使酶失活，但低温不会使酶失活，所以低温对酶活性的影响是可逆的，B错误；光合作用的暗反应过程中C3的还原过程需要光反应产生的ATP供能，同时也需要酶的催化，C错误；根细胞缺氧时可进行无氧呼吸产生ATP，无氧呼吸的场所是细胞质基质，D正确。考向二酶的相关曲线分析7．(2019·湖南株洲质检)下图为酶促反应曲线，Km表示反应速率为12Vmax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值越大，酶与底物亲和力越高B．加入竞争性抑制剂，Km值增大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答案A解析据图分析，Km值越小，达到12Vmax需要的底物浓度越低，说明酶与底物亲和力越高，A错误；加入竞争性抑制剂，酶与底物结合的机会减少，则Km值增大，B正确；加入非竞争性抑制剂，使酶的活性部位功能丧失，导致Vmax降低，C正确；非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合，从而破坏了酶的空间结构，D正确。8．高温淀粉酶在应用前，需要对该酶发挥作用的最佳温度范围进行测定。下图中曲线①表示在一定温度范围内的相对酶活性(酶活性与酶最大活性的百分比)。曲线②为酶的热稳定性数据，即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其残余酶活性而得到的数据。下列有关叙述不正确的是()A．曲线①表明，当温度为80℃时，该酶活性最高B．该酶发挥作用的最佳温度范围是60～70℃C．曲线②上35℃数据点是在60～70℃时测得的D．曲线②表明，该酶的热稳定性在70℃之后迅速下降答案C解析结合题干可知，曲线①表明80℃是该酶活性最高时的温度，A正确；该酶发挥作用的最佳温度范围是60～70℃，因为此温度下不仅酶活性较强，且热稳定性也强，B正确；曲线②上35℃数据点是在酶活性最高的温度下(即80℃)测得的(由题目要求中对②曲线对应的操作过程的叙述知)，C错误；曲线②表明该酶的热稳定性在70℃之后急剧下降，D正确。考点三有关酶的实验设计与分析1．准确选取实验材料和检测指标实验目的实验材料检测指标(试剂)备注高效性过氧化氢与过氧化氢酶O2产生的快慢与多少与无机催化剂对比专一性淀粉、蔗糖与淀粉酶斐林试剂不能用碘液温度对酶活性的影响淀粉和淀粉酶碘液不能用过氧化氢与过氧化氢酶；不能用斐林试剂检验结果pH对酶活性的影响过氧化氢与过氧化氢酶O2产生的快慢与多少不能用淀粉和淀粉酶2.探究酶的最适温度或最适pH的实验设计程序3．四步法