专题梳理4 ATP、酶（word版）-【精英1号】2024年高中生物学考笔记·知识梳理手册

专题梳理4　ATP、酶 一、ATP是细胞内的“能量通货” (一)ATP是细胞生命活动的直接能源 1．ATP的结构 a：a腺嘌呤；b：b核糖；c：c磷酸基团；d：d高能磷酸键；e：e腺苷。 2．ATP的功能：ATP是生命活动的直接能源。 (二)细胞内ATP与ADP保持动态平衡 1．分布：在活细胞中，ATP广泛分布在细胞核、线粒体、叶绿体、细胞溶胶等结构中，但含量很低。 2．ATP的水解与合成 (1)水解：ATP在细胞中易于水解。1个ATP分子含有两个高能磷酸键，在酶1的作用下，远离腺苷的高能磷酸键水解，形成腺苷二磷酸(ADP)，释放出1个磷酸，同时释放能量。 (2)合成：ATP在细胞中易于再生。在酶2的作用下，ADP和1个磷酸结合重新形成ATP，在这个过程中吸收的能量以高能磷酸键的形式储存起来。 3．ATP-ADP循环：通过ATP的合成和水解，使放能反应所释放的能量用于吸能反应，此过程被称为ATP-ADP循环。细胞中ATP-ADP循环速度很快，细胞内ATP的含量能够维持在相对稳定的水平。 4．ATP与常见生命活动 (1)与光合作用的关系 (2)与呼吸作用的关系 二、酶是生物催化剂 (一)绝大多数酶是蛋白质 1．酶的发现历程(连线)： ①斯帕兰扎尼　 a．酶的本质是蛋白质 ②巴斯德　　　 b．促使酒精发酵的不是酵母菌细胞本身 ③李比希　　　 c．胃液中有一种能消化肉的物质 ④毕希纳　　　 d．酵母菌中某种物质参与酒精发酵 ⑤萨姆纳尔　　 e．酒精发酵是酵母菌代谢活动的结果 【答案】　①－c　②－e　③－d　④－b　⑤－a 2．酶的化学本质：酶是由活细胞产生的一类生物催化剂，大多数酶是蛋白质，还有少数特殊的酶是RNA。 3．酶的作用：酶是生物催化剂，具有促使反应物发生化学变化而本身不发生化学变化(可发生物理形变)的特点。酶与底物结合，形成酶底物复合物，然后这个复合物会发生一定的形状变化，使底物变成产物，并从复合物上脱落；同时酶分子又恢复原状。 4．酶作用的强弱可用酶活性表示。 (二)酶的催化功能具有专一性和高效性 1．酶的专一性 (1)图中：A表示酶，B表示被酶催化的物质，E、F表示B被分解后产生的物质，C、D表示无法与酶结合的物质。 (2)由于酶分子的形状只适合与一种或是小部分分子结合，所以一种酶只能催化一种底物或少数几种相似底物的反应。 2．酶的高效性：由于酶通过与底物分子结合，使化学反应极易进行，所以反应效率极高。 3．酶作用原理：化学反应进行时需要吸收能量以断开反应分子的化学键，使反应物活化并完成化学反应生成产物，这种化学反应过程中所需要的能量被称为活化能。酶的作用是降低化学反应活化能，使得化学反应加快。 4．探究酶的专一性和高效性 活动名称 实验原理 实验分析 探究酶的专一性(教材P71) 淀粉(非还原糖)麦芽糖(还原糖) 蔗糖(非还原糖)葡萄糖(还原糖)＋果糖(还原糖) 还原糖＋____①________②____沉淀 ①1、2号试管为__③__，用于检验淀粉、蔗糖能否与本尼迪特试剂发生反应 ②3、4号试管对照说明____④____催化淀粉水解产生还原糖，而不催化蔗糖的水解 ③5、6号试管对照说明____⑤____催化蔗糖水解产生还原糖，而不催化淀粉的水解 探究酶的高效性(教材P73) 细胞中的过氧化氢酶可以催化过氧化氢的分解，反应式：2H2O22H2O＋O2 二氧化锰能催化过氧化氢的分解 ①本实验中使用鸡肝匀浆，可以加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中过氧化氢的接触面积，使其中的酶能正常发挥催化特性 ②1号试管为____⑥____，气泡释放量大，卫生香燃烧剧烈；2号试管为____⑦____，气泡释放量小，卫生香燃烧较强 【答案】　①本尼迪特　②红黄色　③对照组　④唾液淀粉酶　⑤蔗糖酶　⑥实验组　⑦对照组 (三)酶的催化功能受多种条件影响 1．影响因素 (1)pH对酶活性的影响 a．不同的酶最适pH不同，在最适pH下，酶的活性最高，高于或低于最适pH，酶的活性都会降低，甚至失活。 b．过酸、过碱的条件下，都会使酶的空间结构遭到破坏而失去活性。 (2)温度对酶活性的影响 a．不同种酶的最适温度不同，高于或低于此温度，酶的活性都会降低。 b．高温使酶的空间结构遭到破坏而失去活性；低温使酶的活性降低，在适宜温度下，酶的活性可以恢复。 2．探究pH对过氧化氢酶的影响 (1)实验原理： ①反应式：2H2O22H2O＋O2 ②pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成量，可用倒置量筒中的气体量来测量。 (2)实验结论：在一定范围内，随着pH升高，酶的活性升高；超过最适pH，随着pH升高，酶的活性降低。过酸或过碱都会使酶失活。 【答案】　①是否加过氧化氢酶(肝脏研磨液)　②气泡产生速度　③过氧化氢溶液的浓度和加入量、反应温度、加入酶量、反应时间等　④气泡产生速度快　⑤气泡产生速度慢　⑥酶能够加速相应的化学反应　⑦催化剂类型(加酶或无机催化剂)　⑧酶的催化效率比无机催化剂高　⑨加热组气泡产生速度明显比常温组快　⑩降低反应活化能　⑪脲酶　⑫少数RNA　⑬生物催化剂 ATP是细胞生命活动的直接能源 【例题1】　[2022·7浙江学考真题]细胞的生存需要能量和营养物质，其中驱动细胞生命活动的直接能源物质是(B) A．H2O B．ATP C．Na＋ D．Ca2＋ 【例题2】　[2021·7浙江学考]荧光素酶催化荧光素与氧发生反应形成氧化荧光素并发出荧光，该过程需ATP供能。基于上述原理发明的手持ATP测定仪，可用于测定食物表面的细菌数。测定时，细菌被裂解，ATP释放到胞外作用于测定仪中的“荧光素酶荧光素体系”并发出荧光，依据荧光强度得出细菌数。下列叙述错误的是(B) A．荧光素与氧发生反应的过程，需要吸收ATP释放的能量 B．荧光强度与ATP消耗量呈正相关，与细菌数呈负相关 C．细菌体内的ATP含量基本恒定，是该测定方法的重要依据 D．ATP是细菌生命活动的直接能源物质，也可在体外水解放能 【解析】荧光素与氧发生反应发光，属于吸能反应，需要ATP分解供能，A正确；细菌数量越多，裂解时释放的ATP越多，发出荧光越强，B错误；要从释放的ATP的量推测细菌个数，前提是细菌体内ATP的含量基本恒定，这是该测定法的基本依据，C正确；ATP是生物体的直接能源物质，细菌裂解时，ATP释放到胞外作用于测定仪中的“荧光素酶荧光素体系”并发出荧光，可推测ATP也可在体外水解放能，D正确。 【例题3】　[2017·4浙江卷]下列关于细胞中吸能反应和放能反应的叙述，错误的是(D) A．糖的氧化反应是放能反应 B．光合作用的碳反应是吸能反应 C．ATP是吸能反应和放能反应的纽带 D．氨基酸合成蛋白质的过程是放能反应 【解析】反应物分子结构比生成物分子结构复杂是放能反应，反之，则为吸能反应。糖的氧化反应就是糖类被氧化为CO2和H2O，是放能反应，A正确；光合作用是将CO2还原为糖分子，需要ATP和NADPH为之提供能量，是吸能反应，B正确；ATP主要利用糖的氧化释放能量合成，同时ATP水解又可为其他吸能反应提供能量，C正确；许多氨基酸合成蛋白质的过程是吸能反应，需ATP供能，因为蛋白质的结构远比氨基酸复杂，D错误。 细胞内ATP与ADP保持动态平衡 【例题4】　[2018·4浙江卷]ATP是细胞中的能量通货，下列叙述正确的是(C) A．ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量 B．ATPADP循环使得细胞储存了大量的ATP C．ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团 D．ATP分子中的2个高能磷酸键不易断裂水解 【解析】ATP的形成途径是光合作用和细胞呼吸，因此ATP中的能量来自光能和细胞呼吸释放的能量，A错误；ATPADP循环，使得细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，不会使得细胞储存大量ATP，B错误；ATP水解远离腺苷的高能磷酸键断裂，形成ADP和Pi，同时释放能量，C正确；ATP分子中含有2个高能磷酸键，远离腺苷的高能磷酸键很容易水解，D错误。 酶是生物催化剂 【例题5】　[2018·11浙江卷]酶是生物催化剂，其作用受pH等因素的影响。下列叙述错误的是(A) A．酶分子有一定的形状，其形状与底物的结合无关 B．绝大多数酶是蛋白质，其作用的强弱可用酶活性表示 C．麦芽糖酶能催化麦芽糖的水解，不能催化蔗糖的水解 D．将胃蛋白酶加入到pH＝10的溶液中，其空间结构会改变 【解析】酶分子有一定的形状，能与特定的底物结合，酶的形状决定了酶的专一性，A错误；绝大多数酶是蛋白质，其作用的强弱可用酶活性表示，B正确；酶有专一性，麦芽糖酶能催化麦芽糖的水解，不能催化蔗糖的水解，C正确；胃蛋白酶的最适pH是1.5～2.2，将胃蛋白酶加入到pH＝10的溶液中，其空间结构会改变，D正确。 【例题6】　下列有关酶的描述正确的是(C) A．生长激素和呼吸酶不可能来自同一个细胞 B．酶要经过核糖体的合成、内质网和高尔基体的加工，分泌到细胞外才能发挥作用 C．有些酶和相应的化学试剂作用呈现紫色反应 D．高温或低温均能破坏酶的结构，使其失去活性 【解析】垂体细胞既可以产生生长激素，也可以产生呼吸酶，A错误；胞内酶在细胞内起作用，不必分泌到细胞外，B错误；大多数酶的化学本质是蛋白质，蛋白质和双缩腺试剂作用呈现紫色反应，C正确；高温可以破坏酶的结构使酶失去活性，低温只是降低酶的活性，不能破坏酶的结构，D错误。 酶的特性 【例题7】　[2021·6浙江卷]下列关于酶的特性及其影响因素相关实验的叙述，正确的是(B) A．“酶的催化效率”实验中，若以熟马铃薯块茎代替生马铃薯块茎，实验结果相同 B．“探究pH对过氧化氧酶的影响”实验中，分别加入不同pH的缓冲液后再加入底物 C．“探究酶的专一性”实验中，设置1、2号试管的目的是检验酶液中是否混有还原糖 D．设计温度对蛋白酶活性影响的实验方案时，可选择本尼迪特试剂检测反应产物 【解析】“酶的催化效率”实验中，若以熟马铃薯块茎代替生马铃薯块茎，熟马铃薯块茎中的过氧化氢酶已经失活，不能催化过氧化氢分解，A错误；先加入pH的缓冲液后再加入底物，顺序不能颠倒，B正确；“探究酶的专一性”实验中，设置1、2号试管的目的是作对照，检测蔗糖和淀粉中是否含有还原糖，C错误；设计温度对蛋白酶活性影响的实验方案时，不可选择本尼迪特试剂检测反应产物，本尼迪特试剂需水浴加热使用，影响变量温度，D错误。 【例题8】　[2020·1浙江卷]细菌内某种物质在酶的作用下转变为另一种物质的过程如图所示，其中甲～戊代表生长必需的不同物质，①～⑤代表不同的酶。野生型细菌只要在培养基中添加甲就能生长，而突变型细菌必须在培养基中添加甲、乙、丁才能生长。下到叙述正确的是(D) A．突变型细菌缺乏酶①②③ B．酶④与乙结合后不会改变酶④的形状 C．酶②能催化乙转变为丙，也能催化丙转变为丁 D．若丙→戊的反应受阻，突变型细菌也能生长 【解析】分析题意可知，野生型细菌体内含有这5种酶，所以只要在培养基中添加甲就能合成生长需要的乙、丙、丁、戊这4种物质；而突变型细菌必须在培养基中添加甲、乙、丁才能生长，说明缺乏合成相应物质所必需的酶。突变型细菌缺乏酶①、③，A错误；酶④与乙结合后会改变酶④的形状，反应结束恢复形状，B错误；酶具有专一性，酶②能催化乙转变为丙，但不能催化丙转变为丁，C错误；若丙→戊的反应受阻，该突变型细菌可通过酶④将乙→戊，突变型细菌也能生长，D正确。 探究酶的专一性、高效性及影响酶催化功能的因素 [2021·7浙江学考改]某小组进行“探究酶催化的专一性”活动，实验思路如下表所示。(据此作答例题9、例题10) 组别 甲 乙 丙 丁 1%淀粉溶液3mL ＋ － ＋ － 2%蔗糖溶液3mL － ＋ － ＋ 唾液淀粉溶液1mL － － ＋ ＋ 蒸馏水1mL ＋ ＋ － － 37℃水浴10min，分别加入检测试剂2mL，摇匀，沸水浴2min，观察并记录颜色变化 注：①“＋”表示加入，“－”表示不加入；②检测试剂可选择本尼迪特试剂和斐林试剂中的一种。 【例题9】　丙和丁可构成一组对照实验，其自变量是(B) A．酶的种类 B．底物种类 C．反应温度 D．颜色变化 【例题10】　下列关于该实验的分析，正确的是(C) A．设置甲、乙两组是为了证明淀粉和蔗糖都是还原糖 B．沸水浴加热2min的作用是让酶促反应充分进行 C．若选用碘液作为检测试剂，则无法检测蔗糖是否水解 D．若用蔗糖酶替换唾液淀粉酶，则不能探究酶催化的专一性 【解析】设置甲、乙两组是为了证明淀粉和蔗糖中不含还原糖，A错误；本尼迪特鉴定还原糖需要沸水浴加热，B错误；碘液无法鉴定蔗糖以及蔗糖水解产物，无法判断蔗糖是否水解，C正确；若用蔗糖酶替换唾液淀粉酶，则丙组无红黄色沉淀，丁组有红黄色沉淀，现象不一样，依然可以探究酶催化的专一性，D错误。 【例题11】　[2023·1浙江卷]某同学研究某因素对酶活性的影响，实验处理及结果如下：己糖激酶溶液置于45 ℃水浴12 min，酶活性丧失50%；己糖激酶溶液中加入过量底物后置于45 ℃水浴12 min，酶活性仅丧失3%。该同学研究的因素是(　B　) A．温度 B．底物 C．反应时间 D．酶量 【解析】根据题干信息，两组实验的温度均为45 ℃，水浴时间均为12 min，但一组加入过量底物，而另一组没有加底物，观测指标是酶活性丧失量，故该实验研究的是过量底物对酶在高温下活性丧失的影响。故选B。 【例题12】　[2020·7浙江卷]为研究影响酶作用的因素，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(C) 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H2O2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 【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，则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；应将反应小室稍立起，使有滤纸片的一侧在上面，然后依次小心加入pH缓冲液和H2O2溶液，此时混合液不能与滤纸片接触，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。 易错点1：误以为ATP是能量通货的原因是ATP中能量多。 ATP中能量少，便于流通，才作为能量通货。 易错点2：误以为肌肉收缩过程中，肌肉改变形状是放能反应。 肌肉收缩过程中，ATP先使肌肉中的能量增加，改变形状，这是吸能反应；然后肌肉做功，失去能量，恢复原状，这是放能反应。 易错点3：误以为吸能反应中的能量全部来自放能反应。 光合作用是吸能反应，但其能量来自太阳光能。 易错点4：误以为ATP是RNA的基本单位之一。 RNA的基本组成单位之一是腺苷一磷酸(腺嘌呤核糖核苷酸)，ATP是腺苷三磷酸。 易错点5：误以为运动时ATP合成速率远小于ATP水解速率。 运动时机体仍保持稳态，所以ATP合成速率和ATP水解速率基本相等，但ATP水解速率比安静时快。 易错点6：误以为主动转运的能量都来源于ATP。 一些糖或氨基酸的主动转运并不直接依靠水解ATP的能量，而是依赖于离子梯度形式贮存的能量。在小肠或肾细胞中，葡萄糖是伴随Na＋一起输入细胞的，Na＋顺浓度梯度进入细胞，葡萄糖逆浓度梯度进入细胞，Na＋浓度差推动葡萄糖输入细胞。 易错点7：误以为酶的运输都是胞吐。 DNA聚合酶通过核孔进行运输。 易错点8：误以为酶的保存温度是其最适温度。 一般将酶保存在低温条件下。 易错点9：误以为1g蔗糖酶能使多少克蔗糖水解，就代表蔗糖酶的活性是多少。 应有时间限制，1g蔗糖酶在1min内能使多少克蔗糖水解，才能代表蔗糖酶的活性是多少。 易错点10：误以为细胞内所有的化学反应都需要酶催化。 酶作为催化剂，与普通的化学无机催化剂一样，仅能催化符合热力学原理的相关反应，而像过氧化氢在没有酶的催化下也能发生自分解。 学科网（北京）股份有限公司 $$