第7讲 酶和ATP-【名师大课堂】2025年高考生物艺术生总复习必备（word教师用书）

第三单元　细胞的能量供应和利用 第7讲　酶和ATP 考点一　酶的本质、作用和特性 　 1．酶的作用：酶在细胞代谢中起　催化　作用。 2．酶的作用机理 （1）活化能：分子从　常态　转变为容易发生化学反应的　活跃　状态所需要的能量。 （2）作用机理：降低化学反应的　活化能　。 3．酶的本质 （1）酶本质的探索历程（连线） 答案：①—f；②—a；③—c；④—d、e；⑤—b （2）酶的本质：酶是　活细胞　产生的具有　催化作用　的有机物，其中绝大多数是 　蛋白质　，少数是　RNA　。 4．酶的特性 （1）高效性：酶的催化效率大约是 　无机催化剂　的107～1013倍。 （2）专一性：每一种酶只能催化　一种或一类　化学反应。 （3）作用条件较温和 ①在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高； ②　高温、过酸、过碱　等条件会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活； ③　低温　条件下酶的活性很低，但空间结构稳定。 [提醒]　酶与无机催化剂的相同点：化学反应前后数量和性质不变；可加快化学反应速率，缩短达到平衡的时间，但不改变平衡点；都能降低化学反应的活化能。 [学以致用] 诊断常考语句，澄清易错易混 1．（必修1 P78黑体）酶提供了反应过程中所必需的活化能。（　×　） 2．（必修1 P79“思考·讨论”）萨姆纳从刀豆种子中提取到了脲酶，并证明脲酶是蛋白质。（　√　） 3．（必修1 P81黑体）酶都是活细胞产生的，具有催化和调节生命活动的作用。（　×　） 4．（必修1 P84正文）高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。（　×　） 5．（必修1 P84正文）细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，还与酶在细胞中的分布有关。（　√　） 6．酸既能催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉水解。（　√　） 阐述基本原理，突破长句表达 　 如图表示A、B两种酶用蛋白酶处理后酶活性与处理时间的关系，据图分析： （1）A、B两种酶的化学本质是否相同？请说明理由：　不相同。因为用蛋白酶处理后，B酶被破坏，活性降低，其化学本质为蛋白质；而A酶活性不变，其化学本质不是蛋白质而是RNA　。 （2）B酶活性改变的原因是　蛋白酶处理过程中B酶空间结构发生改变，从而使其活性丧失　。 （3）依次让A、B两种酶的变化趋势换位，应用　RNA水解　酶处理。 （4）（源于必修1 P79）“关于酶本质的探索”：巴斯德认为酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致，没有活细胞就不能产生酒精；李比希却认为引起发酵的只是酵母菌细胞中的某些物质，不一定需要活的细胞。请你利用酵母菌细胞、研磨和过滤装置、葡萄糖溶液等材料设计一个实验来结束这一争论。 　提示　将酵母菌细胞研磨粉碎、加水搅拌后过滤，将提取液加入葡萄糖溶液中，也能产生酒精，说明引起发酵的是一种化学物质（模拟毕希纳的实验）。　 1．酶专一性的理论模型 （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）酶和被催化的底物分子有特定的、相契合的结构。 2．与酶有关的曲线分析 （1）酶的高效性 ①由曲线可知：酶比无机催化剂的催化效率高。 ②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的方向和平衡点。因此，酶不能改变最终生成物的量。 （2）酶的专一性 ①在底物A中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A能催化底物A的反应。 ②在底物A中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不能催化底物A的反应。 （3）酶的化学本质的探究 ①将A、B两种酶分别用同一种蛋白酶处理，A酶活性不变，能抵抗该种蛋白酶的降解，则其化学本质不是蛋白质，而是RNA；B酶活性降低，能被蛋白酶降解，则其化学本质为蛋白质。 ②B酶活性改变的原因是B酶在被降解的过程中分子结构发生改变。 （4）影响酶活性因素的相关曲线 ①甲曲线分析：在一定温度（pH）范围内，随温度（pH）的升高，随温度（pH）的升高，酶的催化作用增强，超过最适温度（pH），酶的催化作用逐渐减弱；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。 ②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，可能为最适pH；反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。 （5）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的增加而加快，当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再加快。 ②乙图：在底物足量、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。 [真题真练] （2024·广东卷）现有一种天然多糖降解酶，其肽链由4段序列以Ce5－Ay3－Bi－CB方式连接而成。研究者将各段序列以不同方式构建新肽链，并评价其催化活性，部分结果见表。关于各段序列的生物学功能，下列分析错误的是（　B　） 肽链 纤维素类底物 褐藻酸类底物 W1 W2 S1 S2 Ce5－Ay3－ Bi－CB ＋ ＋＋＋ ＋＋ ＋＋＋ Ce5 ＋ ＋＋ — — Ay3－Bi－CB — — ＋＋ ＋＋＋ Ay3 — — ＋＋＋ ＋＋ Bi — — — — CB — — — — [注]　—表示无活性，＋表示有活性，＋越多表示活性越强。 A.Ay3与Ce5 催化功能不同，但可能存在相互影响 B．Bi无催化活性，但可判断与Ay3的催化专一性有关 C．该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关 D．无法判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关 解析：由表可知，Ce5具有催化纤维素类底物的活性，Ay3具有催化褐藻酸类底物的活性，Ay3与Ce5催化功能不同，Ay3－Bi－CB与Ce5－Ay3－Bi－CB相比，当缺少Ce5后，就不能催化纤维素类底物，当Ay3与Ce5同时存在时催化纤维素类底物的活性增强，所以Ay3与Ce5 可能存在相互影响，A正确；由表可知，不论是否与Bi结合，Ay3均可以催化S1与S2，说明Bi与Ay3的催化专一性无关，B错误；由表可知，Ay3－Bi－CB与Ce5－Ay3－Bi－CB相比，去除Ce5后，催化褐藻酸类底物的活性不变，说明该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关，C正确；需要检测Ce5－Ay3－Bi肽链的活性，才能判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关，D正确。故选B。 考点二　实验：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 ①反应原理 ②鉴定原理：温度影响酶的活性，从而影响__淀粉水解__，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）实验步骤 步骤 实验操作 试管1 试管2 试管3 试管4 试管5 试管6 1 加等量可 溶性淀粉 溶液 2 mL 0 2 mL 0 2 mL 0 2 加等量新 鲜淀粉酶 溶液 0 1 mL 0 1 mL 0 1 mL 3 控制不同 温度条件 37℃温水 (5 min) 沸水 (5 min) 冰水 (5 min) 4 酶与底 物混合 将相同温度下的两支试管内溶液混合并继续在原温度条件下，保温一段时间 5 加碘液 1滴 1滴 1滴 6 实验现象 __不变蓝__ __变蓝__ __变蓝__ [提醒]　在上述实验操作中，应将淀粉溶液和酶溶液分别控制温度后再混合。因为酶具有高效性，加入酶后就可以发挥催化作用，影响实验结果。 （3）实验结论：　温度影响酶的活性　。 2．探究pH对酶活性的影响 （1）实验原理 ①反应原理：　H2O22H2O＋O2　（反应式）。 ②鉴定原理：pH影响酶的活性，从而影响　氧气的生成量　，可用　带火星　的卫生香燃烧的情况来检验产生O2的多少。 （2）实验步骤 步骤 实验操作内容 试管1 试管2 试管3 1 注入等量过氧 化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴 2 注入不同pH 的溶液 1 mL 蒸馏水 1 mL 盐酸 1 mL NaOH 3 注入等量的 H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL 4 观察现象 卫生香 复燃 卫生香 不复燃 卫生香 不复燃 [提醒]　上述实验步骤中，不能把调节pH和注入等量的H2O2溶液这两个步骤调换，因为酶与底物一接触，就会发生催化作用，使H2O2分解，影响实验结果。 （3）实验结论：　pH能影响酶的活性　。 与酶相关实验设计的方法 　（1）用“试剂检测法”或“蛋白酶水解法”确认酶的化学本质 （2）用“对比实验法”探究或验证酶特性及影响因素 ①探究酶的催化作用 ②探究酶的高效性 a．设计方案 项目 实验组 对照组 材料 等量的同一种底物 试剂 与底物相对应的酶溶液 等量的无机催化剂 现象 反应速率很快，或反应用时短 反应速率缓慢，或反应用时长 结论 酶具有高效性 b.操作示例 ③探究酶的专一性 a．设计方案 方案一 实验组：底物＋相应酶液底物被分解 对照组：另一种底物＋相同酶液底物不被分解 方案二 实验组：底物＋相应酶液底物被分解 对照组：相同底物＋另一种酶液底物不被分解 b.操作示例 【总结提升】　与酶相关实验设计的注意事项 （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，理由是保证反应从一开始就是预设的温度。 （2）在探究pH（温度）对酶活性的影响实验中，应控制最适温度（pH），目的是排除温度（pH）干扰。 （3）在探究温度对酶活性的影响实验中，不宜选择过氧化氢（H2O2）和过氧化氢酶作为实验材料，理由是过氧化氢（H2O2）在常温下就能分解，加热条件下分解会加快，从而影响实验结果。 （4）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，理由是在酸性条件下淀粉分解也会加快，从而影响实验结果。 （5）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，不宜选用斐林试剂，理由是用斐林试剂鉴定时需要水浴加热，而该实验中需严格控制温度。 （6）若底物选择淀粉和蔗糖，用淀粉酶来验证酶的专一性时，检测底物是否被分解的试剂宜选用斐林试剂，不宜选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。 [真题真练] （2024·浙江1月选考）红豆杉细胞内的苯丙氨酸解氨酶（PAL）能催化苯丙氨酸生成桂皮酸，进而促进紫杉醇的合成。低温条件下提取PAL酶液，测定PAL的活性，测定过程如表。 步骤 处理 试管1 试管2 ① 苯丙氨酸 1.0 mL 1.0 mL ② HCl溶液 （6 mol/L） — 0.2 mL ③ PAL酶液 1.0 mL 1.0 mL ④ 试管1加0.2 mL H2O。2支试管置于30 ℃水浴1小时 ⑤ HCl溶液 （6 mol/L） 0.2 mL — ⑥ 试管2加0.2 mL H2O。测定2支试管中的产物量 下列叙述错误的是（　B　） A.低温提取以避免PAL失活 B．30 ℃水浴1小时使苯丙氨酸完全消耗 C．④加H2O补齐反应体系体积 D．⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应 解析：温度过高会使酶失活，因此本实验应在低温条件下对PAL进行提取，以避免PAL失活，A正确；因为试管2在步骤②中加入了HCl溶液，PAL已经变性失活，故试管②底物苯丙氨酸不会被PAL催化消耗，B错误；④加0.2 mL H2O，补齐了步骤②试管1中没有加入的液体（0.2 mL HCl溶液）的体积，故C正确；pH过低或过高酶均会失活，故步骤⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应，D正确。 要语必背 必背教材结论性语句 1．(必修1 P76)细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应。 2．(必修1 P78)活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。 3．(必修1 P81)酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。 4．(必修1 P82)酶活性：酶催化特定化学反应的能力。 5．(必修1 P78)与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。 6．(必修1 P84)酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。 7．(必修1P84)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。低温下酶的空间结构稳定，因此，酶制剂适宜在低温下保存。 考点三　ATP的结构与功能 1．ATP是一种高能磷酸化合物 （1）ATP的功能 ATP是驱动细胞生命活动的　直接能源物质　。 （2）ATP的结构 a．ATP的元素组成：　C、H、O、N、P　。 b．ATP的化学组成：一分子　腺嘌呤　、一分子　核糖　和三分子　磷酸基团　。 c．ATP的结构简式：　A—P～P～P　。 （3）ATP的供能原理 （4）ATP是一种高能磷酸化合物，理由是　ATP水解的过程就是释放能量的过程，1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ　。 2．ATP和ADP可以相互转化 （1）转化基础 ①　ADP　比　ATP　稳定。 ②ATP水解后脱离下来的磷酸基团如果未转移给其他分子，就成为　游离的磷酸（Pi）　。在有关酶的作用下，ADP可以接受　能量　，同时与　Pi　结合，重新形成ATP。 （2）ATP与ADP相互转化的过程及能量来源 项目 ATP的合成 ATP的水解 反应式 ADP＋Pi＋ 能量ATP ATPADP＋ Pi＋能量 所需酶 　ATP合成酶　 　ATP水解酶　 能量 来源 　光能　（光合作用）、有机物中的　化学能　（细胞呼吸） 储存在　特殊的化学键　中的能量 能量 去路 储存在　特殊的化学键　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 （3）转化特点 ①这种相互转化时刻不停地发生，并且处于　动态平衡　之中。 ②ATP与ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了　生物界的统一性　。 3．ATP的利用 （1）主动运输； （2）生物发光、发电； （3）肌肉　收缩　； （4）蔗糖　合成　； （5）大脑思考等。 4．ATP用于Ca2＋主动运输的机理 膜内Ca2＋与载体蛋白结合 ↓ Ca2＋载体蛋白催化ATP__水解__ ↓ Ca2＋载体蛋白__磷酸化__ ↓ Ca2＋载体蛋白__空间结构__变化 ↓ Ca2＋主动运输释放到膜外 [学以致用] 诊断常考语句，澄清易错易混 1．（必修1 P86正文）ATP是驱动细胞生命活动的唯一的直接能源物质。（　×　） 2．（必修1 P86正文）ATP含有3个特殊化学键，但是只有一个特殊化学键会发生断裂。（　×　） 3．（必修1 P87正文）人在剧烈运动时，骨骼肌细胞ATP的合成远多于ATP的水解。（　×　） 4．（必修1 P87正文）人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。（　×　） 5．（必修1 P87正文）植物细胞可以通过光合作用和细胞呼吸形成ATP，而动物细胞只能通过细胞呼吸形成ATP。（　√　） 阐述基本原理，突破长句表达 1．人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，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时刻不停地发生快速相互转化，并且处于动态平衡之中　。 2．植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都以ATP作为能量“货币”，由此说明：　生物界具有统一性，也说明种类繁多的生物有着共同的起源　。 3．（必修1 P86问题探讨拓展）萤火虫尾部发光的原理是　提示　萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶，在ATP提供能量的前提下，荧光素酶可催化荧光素转化为能发出荧光的氧化荧光素　。 1．关于ATP的4个易错点 （1）ATP≠能量，ATP是一种高能磷酸化合物，是一种可以储存能量的物质。 （2）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，因此不是可逆反应。 （3）细胞中的ATP与ADP的转化总是处于动态平衡中，由于ADP、Pi可重复利用，只要提供能量，生物体就可不断合成ATP，满足生物体的需要。 （4）混淆DNA、RNA、ATP和核苷酸中的“A” 物质结构 物质名称(简称或缩写) “A”的含义 A—P～P～P ATP 腺苷(腺嘌呤＋核糖) ATP 腺嘌呤 核苷酸 腺嘌呤 DNA 腺嘌呤脱氧核苷酸 RNA 腺嘌呤核糖核苷酸 说明：上述物质的共同点为所有“A”都含有腺嘌呤 2.ATP与细胞的代谢 3．细胞内产生与消耗ATP的常见生理过程 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 消耗ATP：暗反应和自身DNA复制、转录、翻译等 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、翻译等 核糖体 消耗ATP：蛋白质的合成 细胞核 消耗ATP：DNA复制、转录等 [真题真练] （2022·浙江卷）下列关于腺苷三磷酸分子的叙述，正确的是（　D　） A．由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成 B．分子中与磷酸基团相连接的化学键称为高能磷酸键 C．在水解酶的作用下不断地合成和水解 D．是细胞中吸能反应和放能反应的纽带 解析：1分子的ATP是由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基团组成，A错误；ATP分子的结构式可以简写成A—P～P～P，磷酸基团与磷酸基团相连接的化学键是一种特殊的化学键，B错误；ATP在水解酶的作用下水解，在合成酶的作用下ADP和磷酸吸收能量合成ATP，C错误；吸能反应一般与ATP的分解相联系，放能反应一般与ATP的合成相联系，故吸能反应和放能反应之间的纽带就是ATP，D正确。故选D。 学科网（北京）股份有限公司 $$