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第7讲ATP与酶[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ATP的结构与功能1．ATP的结构(1)图中各部分名称：A________，①______，②____________，③________，④________，⑤____________，⑥____________。腺嘌呤腺苷一磷酸腺苷ADPATP普通化学键高能磷酸键(2)结构特点①ATP分子中远离A的那个高能磷酸键容易水解断裂，释放出______，ATP就转化为ADP和Pi，ADP和Pi也可以接受能量而重新形成ATP。②高能磷酸键水解时释放的能量多达____________kJ/mol，所以说ATP是细胞内的一种________________。能量30.54高能磷酸化合物2．ATP和ADP的相互转化过程比较细胞质基质线粒体叶绿体细胞质基质线粒体光能放能暗反应[教材对接高考]1．(2016·高考海南卷，T11A)含有两个高能磷酸键的ATP是DNA的基本组成单位之一。()探源：必修1P88相关信息。2．(高考全国卷Ⅱ，T1C)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。()探源：必修1P89文字信息。×√3．[必修1P88“相关信息”]推测由鸟嘌呤和核糖结合的化合物叫什么？提示：鸟苷。4．[必修1P90“思考与讨论”]怎样计算1分子葡萄糖彻底氧化分解所释放的能量与1分子ATP水解为ADP所释放能量的倍数关系。提示：2870kJ/mol÷30.54kJ/mol＝94。思维探究1．据图分析ATP的结构和特点(1)图示a处应为“—H”还是“—OH”？提示：图示a处应为“—OH”，因为该五碳糖为“核糖”。(2)图示b、c、d所示化学键是否相同？其中最易断裂和重建的是哪一个？提示：图示b为普通磷酸键，c、d则为高能磷酸键，其中d处的键最易断裂和重建。(3)图示框e的名称是什么？它与DNA、RNA有何关系？提示：图示框e为腺嘌呤核糖核苷酸，它是构成RNA的基本单位之一，当发生逆转录时，它可与DNA链中的胸腺嘧啶脱氧核苷酸配对。2．下列几种常见化合物的化学组成中，请写出“○”中所对应的含义。提示：①一磷酸腺苷AMP，也表示腺嘌呤核糖核苷酸，②腺嘌呤，③DNA分子上的腺嘌呤脱氧核苷酸，④RNA分子上的腺嘌呤核糖核苷酸，⑤腺苷，⑥腺苷，⑦DNA分子上的腺嘌呤脱氧核苷酸，⑧转运RNA中的腺嘌呤。3．在下面坐标系中画出ATP产生量与O2供给量之间的关系曲线，出现平行段的限制因素有哪些？若横坐标改为呼吸强度时，曲线又是怎样的？提示：当O2供给量达到一定值后，ATP产生量不再增加，是由酶、有机物、ADP或磷酸等限制因素所致。题点一ATP的结构和功能的判断1．关于ATP分子的叙述，错误的是()A．ATP的中文名称是三磷酸腺苷，其结构简式是A—P～P～PB．ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中C．人体细胞形成ATP所利用的能量既可来自化学能又可来自光能D．植物、动物、细菌和真菌的细胞内都以ATP作为能量的“通货”解析：选C。人体细胞不能进行光合作用，因此形成ATP所利用的能量只能来自于化学能。C2．下图为细胞中ATP与ADP相互转化示意图。下列相关叙述正确的是()A．催化①、②过程的酶的功能及合成场所不同B．②过程释放的能量来自于ATP分子中腺苷与磷酸基连接化学键的断裂C．①、②过程均可在线粒体、叶绿体中发生D．根据图示可知，ATP与ADP之间的转化属于可逆反应C解析：选C。①、②过程分别表示ATP的合成及水解，因此催化①、②过程的酶的功能不同，但合成场所相同(均为核糖体)，A错误；②过程释放的能量来自于ATP分子中远离腺苷的高能磷酸键的断裂，B错误；①、②过程均可在线粒体、叶绿体中发生，C正确；①过程的能量来自呼吸作用中有机物氧化分解所释放的化学能和光合作用中色素分子所吸收的光能，②过程的能量来自远离腺苷的高能磷酸键贮存的能量，用于各项生命活动，ATP与ADP之间的转化过程物质是可逆的，但能量等不可逆，因此不属于可逆反应，D错误。规避ATP认识的4个误区(1)ATP与ADP相互转化不可逆：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。(2)ATP是与能量有关的一种物质，不可等同于能量：ATP是一种高能磷酸化合物，高能磷酸键水解时能够释放出高达30.54kJ/mol的能量。(3)不可误认为细胞中含有大量ATP，事实上，细胞中ATP含量很少，只是ATP与ADP转化非常迅速及时，无论是饱食还是饥饿，ATP与ADP含量都保持动态平衡。(4)误认为ATP转化为ADP不消耗水：ATP转化为ADP又称为“ATP的水解反应”，这一过程需ATP水解酶的催化，同时也需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。题点二通过情境信息考查ATP的结构与功能3．“分子马达”是分布于细胞内部或细胞表面的一类蛋白质，它们的结构会随着与ATP和ADP的交替结合而改变，从而使自身或与其结合的分子产生运动。下列相关分析不正确的是()A．线粒体和叶绿体中都有“分子马达”B．RNA聚合酶是沿RNA移动的“分子马达”C．“分子马达”运动所需的能量由ATP水解提供D．细胞膜上的部分载体蛋白是“分子马达”B解析：选B。线粒体和叶绿体中都含有少量的DNA和RNA，它们复制、转录和翻译时的酶都属于“分子马达”，如RNA聚合酶等，A正确；RNA聚合酶是沿DNA模板链移动的“分子马达”，B错误；ATP是直接能源物质，所以“分子马达”运动所需的能量由ATP水解提供，C正确；细胞膜上的部分载体蛋白进行的是主动运输，需要消耗ATP，属于“分子马达”，D正确。4．生物体内的高能磷酸化合物有多种，它们的用途有一定差异(如下表)。下列相关叙述正确的是()高能磷酸化合物ATPGTPUTPCTP主要用途能量通货蛋白质合成糖原合成脂肪和磷脂的合成A．葡萄糖和果糖反应生成蔗糖的过程中，可由ATP直接供能B．在糖原、脂肪和磷脂的合成过程中，消耗的能量均不能来自ATPC．UTP分子中所有高能磷酸键断裂后，可得到尿嘧啶脱氧核苷酸D．无光情况下，叶肉细胞内合成ATP的场所有线粒体和叶绿体A解析：选A。ATP是直接能源物质，蔗糖等物质的合成可由ATP直接供能，A正确；ATP是细胞内能量“通货”，也就是说蛋白质、糖原、脂肪和磷脂的合成也可由ATP直接供能，B错误；UTP中所有高能磷酸键断裂后形成尿嘧啶核糖核苷酸，且脱氧核苷酸中没有尿嘧啶脱氧核苷酸，C错误；叶绿体内能产生ATP，但必须要有光照，无光情况下，叶肉细胞内合成ATP的场所只有线粒体和细胞质基质，D错误。题点三ATP合成过程中的能量转换机制的实验分析5．ATP作为细胞中的直接能源物质为细胞生命活动直接提供能量。为了研究ATP合成过程中的能量转换机制，科学家利用提纯的大豆磷脂、某种细菌膜蛋白(Ⅰ)和牛细胞中的ATP合成酶(Ⅱ)构建了ATP体外合成体系，如图所示。请回答问题：(1)ATP在供能时，远离A的____________断裂，将能量释放出来。(2)科学家利用人工体系模拟了ATP合成时的能量转换过程。在叶绿体中此过程发生的场所为____________。(3)科学家利用人工体系进行了相关实验，如下表。人工体系组别大豆磷脂构成的囊泡ⅠⅡH＋通过Ⅰ的转运H＋通过Ⅱ的转运ATP1＋＋＋有有产生2＋－＋无无不产生3＋＋－有无不产生注：“＋”“－”分别表示人工体系中组分的“有”“无”①比较第1组和第2组的结果可知，Ⅰ可以转运H＋进入囊泡。进一步研究发现，第1组囊泡内pH比囊泡外低1.8，说明囊泡内的H＋浓度________囊泡外。②比较第1组和第3组的结果可知，伴随图中的____________的过程，ADP和Pi合成ATP。(4)结合图与实验分析，说明人工体系产生ATP的能量转换过程是光能→____________→ATP中的化学能。解析：(1)ATP中远离A高能磷酸键断裂，释放能量，供给各项耗能的生命活动。(2)叶绿体中合成ATP的场所是类囊体薄膜。(3)①第1组囊泡内pH比囊泡外低1.8，说明囊泡内的H＋浓度高，大于囊泡外的H＋浓度。②比较第1组和第3组的结果可知，伴随H＋通过Ⅱ向囊泡外转运的过程，ADP和Pi合成ATP。(4)上述实验数据分析可知人工体系产生ATP的能量转换过程是：光能→H＋电化学势能→ATP中的化学能。答案：(1)高能磷酸键(2)类囊体膜(囊状结构薄膜)(3)高于(大于)H＋通过Ⅱ向囊泡外转运(4)H＋电化学势能(H＋浓度梯度势能)考点二酶的本质、作用、特性及影响因素1．酶的概念解读蛋白质RNA核糖体内外活细胞催化核糖核苷酸2．比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验流程小、少、慢大、多、快(2)变量分析无机催化剂(FeCl3)和过氧化氢酶产生的气泡的数目多少温度3．酶的作用机理(1)活化能是________________________________________________________。(2)酶的催化作用机理是______________________。分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需降低化学反应的活化能要的能量(3)利用曲线图理解酶的作用机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。a．无酶催化的反应曲线是____。b．有酶催化的反应曲线是____。c．ca段的含义是在无催化剂的条件下，反应所需要的活化能。d．ba段的含义是酶______________。e．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______移动。②①降低的活化能向上4．酶本质的探索历程(连线)5．酶的特性(连线)1．表格法关注酶的8个易错点项目正确说法错误说法产生场所活细胞(不考虑哺乳动物成熟的红细胞等)具有分泌功能的细胞才能产生化学本质有机物(大多数为蛋白质，少数为RNA)蛋白质作用场所可在细胞内、细胞外、体外发挥作用只在细胞内起催化作用项目正确说法错误说法温度影响低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活低温和高温均使酶变性失活作用酶只起催化作用酶具有调节、催化等多种功能来源生物体内合成有的可来源于食物等合成原料氨基酸、核糖核苷酸只有氨基酸合成场所核糖体、细胞核等只有核糖体2.与酶有关的曲线分析(1)酶高效性的曲线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)酶专一性的曲线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)影响酶活性因素的相关曲线甲曲线分析：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。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。3．酶专一性的理论模型解读(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)酶和被催化的反应物分子都有特定的结构。[教材对接高考]1．(高考海南卷，T4A)酶的化学本质是蛋白质或RNA。()探源：必修1P81～82资料分析。2．(高考全国卷Ⅱ，T6B)低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构。()探源：必修1P85文字信息。√×3．[必修1P78实验]对2号试管和4号试管操作的目的有什么不同？提示：