2025届高三生物一轮复习课件第8课时 酶和ATP

第8课时　 酶和ATP 课标要求 1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质，酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。 2.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 3.活动：探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素。 考情分析 1.酶在代谢中的作用 2024·河北卷，2；2023·天津卷，6；2023·广东卷，1；2023·全国乙卷，32；2022·湖南卷，3 2.酶的相关实验探究 2024·广东卷，15；2024·浙江1月选考，7；2023·浙江6月选考，7；2022·重庆卷，7；2022·北京卷，12；2022·全国乙卷，4；2022·广东卷，13；2021·湖北卷，21 3.ATP的结构和功能 2024·全国甲卷，2；2023·湖南卷，8；2023·北京卷，2；2021·北京卷，1；2021·海南卷，14 考点一 酶在代谢中的作用 1.酶的本质和作用 （1）酶的本质探索历程 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，少部分酶是RNA。 注意：高中阶段接触的酶化学本质基本上是蛋白质，只有核酶是RNA。 酶 化学本质 元素组成 合成原料 合成场所 来源 功能 作用场所 绝大多数是蛋白质 少数是RNA C、H、O、N(S) C、H、O、N、P 氨基酸 核糖核苷酸 核糖体 主要在细胞核 一般来说，活细胞都能产生酶 具有催化作用 细胞内、外及生物体内外均能发挥作用 1.酶的本质和作用 考点一 酶在代谢中的作用 （2）酶的本质及作用 作用机理 降低化学反应的活化能 正确理解有关酶的本质和作用 项目 错误说法 正确理解 产生场所 具有分泌功能的细胞才能产生 化学本质 蛋白质 作用场所 只在细胞内起催化作用 可在细胞内、细胞外、体外发挥作用 温度 影响 低温和高温均使酶变性失活 作用 酶具有调节、催化等多种功能 来源 有的酶来源于食物等 活细胞(不考虑哺乳动物成熟的红细胞) 有机物(大多数为蛋白质，少数为RNA) 低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活；高温使酶变性失活 酶只起催化作用 酶只在生物体内合成 从化学本质、来源、作用及发挥作用后去向等方面比较酶、激素、神经递质和抗体。 酶的本质鉴定实验 设计思路：从酶的化学本质上来讲，绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。所以可以从蛋白质和RNA的物质鉴定的方法来确定酶的化学本质。 方案: 待鉴定酶 + 蛋白酶处理 加入酶的底物 底物没有被催化发生反应→该酶是蛋白质 （酶丧失活性） 底物被催化发生反应→该酶是RNA （酶有活性） 1.酶的本质和作用 考点一 酶在代谢中的作用 （3）酶的作用机理 酶并未供给反应物能量，只是降低了反应物反应的活化能，从而使处于容易发生化学反应的活跃状态的反应物分子增多。 b a c d 反应过程 能量 初态 （反应物） 终态 （产物） 活跃状态 E1 E2 E3 酶降低的活化能： 无催化剂 无机催化剂 酶 E1-E3 1.酶的本质和作用 考点一 酶在代谢中的作用 （4）关注常考的酶及其作用 ① Na+-K+泵：同时具有催化和运输的功能 ② 溶酶体中的水解酶：多种酶，最适PH5.0左右，在核糖体上合成。 ③ 消化酶：多种酶，包括胃蛋白酶、胰蛋白酶、唾液淀粉酶等 ④ 溶菌酶：具有免疫和催化作用，破坏细菌细胞壁中的肽聚糖。 1.酶的本质和作用 考点一 酶在代谢中的作用 （4）关注常考的酶及其作用 ⑤ 过氧化氢酶：普遍存在于动植物细胞中，在动物肝脏浓度较高。将有毒的过氧化氢分解为水和氧气，从而保护细胞免受氧化损伤。 ⑥ 与核酸相关的酶：端粒酶、解旋酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶、限制酶、DNA连接酶、逆转录酶、DNA酶等。 ⑦ 酪氨酸酶：催化酪氨酸转变为黑色素的关键酶。白化病和老年白发与该酶有关。 ⑧ 脲酶：分解尿素的酶，专一性强。是第一个被分离提纯的酶。 ⑨ 纤维素酶、果胶酶：主要用于破坏植物细胞壁。应用于植物细胞工程和果汁生产等。 2.酶的特性 考点一 酶在代谢中的作用 （1）高效性 a b c 时间 产物浓度 加酶 不加催化剂 加无机催化剂 与无机催化剂相比，酶能更显著地降低反应的活化能，从而使反应更有效地进行。 ① a、b相比说明酶具有高效性； ② a、c相比说明酶具有催化作用； ③ 催化剂只缩短到达平衡点的时间，不改变化学反应的平衡点。 2.酶的特性 考点一 酶在代谢中的作用 （2）专一性 一种酶只能催化一种或一类化学反应。 底物浓度 反应速率 底物S+ 酶D 底物S + 酶E 锁钥模型 诱导契合学说 2.酶的特性 考点一 酶在代谢中的作用 （3）作用条件较温和 ① 过酸，过碱，温度过高，酶的空间结构会破坏，酶永久失活(变性)。 ② 低温酶活性下降，但酶的结构更加稳定，恢复适宜温度活性也恢复。因此保存酶的条件是低温而不是最适温度。 2.酶的特性 考点一 酶在代谢中的作用 （3）作用条件较温和 a表示温度对底物分子能量的影响； b表示温度对酶空间结构的影响； c表示温度对酶促反应速率的影响。 3.酶的抑制剂 考点一 酶在代谢中的作用 竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性位点，从而降低酶对底物的催化效应。 非竞争性抑制剂与酶活性位点以外的其他位点结合，能改变酶的构型，使酶不能与底物结合，从而使酶失去催化活性。 练习：判断下列说法的正误。 (1)酶不一定都会与双缩脲试剂发生紫色反应。( ) (2)酶提供了反应过程所必需的活化能。( ) (3)酶活性的发挥离不开其特定的结构。( ) (4)酶在催化反应完成后立即被分解。( ) (5)酶只能在细胞内发挥作用。( ) (6)高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。( ) (7)酶活性最高时的温度适合酶的保存。( ) (8)产生激素的细胞一定产生酶，但是产生酶的细胞不一定能产生激素。( ) √ × √ × × × × √ 练习：酶抑制剂有两类，其中竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性位点，从而降低酶对底物的催化效应，如模型A所示；非竞争性抑制剂与酶活性位点以外的其他位点结合，能改变酶的构型，使酶不能与底物结合，从而使酶失去催化活性，如模型B所示。 (1)结合图示信息判断：高温、过酸、过碱对酶活性的影响与________________________的作用相同。 (2)分析图1和图2，通过增加底物浓度的方法可以降低或解除________________(填抑制剂种类)对酶的抑制作用。 非竞争性抑制剂(模型B) 竞争性抑制剂 练习：酶抑制剂有两类，其中竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性位点，从而降低酶对底物的催化效应，如模型A所示；非竞争性抑制剂与酶活性位点以外的其他位点结合，能改变酶的构型，使酶不能与底物结合，从而使酶失去催化活性，如模型B所示。 (3)研究发现某氨基酸能降低酶G的活性。请设计实验探究该氨基酸降低酶G活性的作用方式属于模型A还是模型B。 ①实验思路：___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 在酶G量一定且底物浓度合适的反应体系中加入某氨基酸，同时不断提高底物浓度，测定酶促反应速率变化 (3)研究发现某氨基酸能降低酶G的活性。请设计实验探究该氨基酸降低酶G活性的作用方式属于模型A还是模型B。 ①实验思路：___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 在酶G量一定且底物浓度合适的反应体系中加入某氨基酸，同时不断提高底物浓度，测定酶促反应速率变化 ②预期实验结果及结论：__________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 若酶促反应速率能恢复，则说明该氨基酸降低酶活性的作用方式属于模型A；若酶促反应速率不能恢复，则说明该氨基酸降低酶活性的作用方式属于模型B 考点二 酶的相关实验探究 1.比较过氧化氢在不同条件下的分解--验证酶的高效性 分组编号 对照组 实 验 组 说明 1号 2号 3号 4号 相同处理 2mL 过氧化氢溶液 不同处理 常温 90℃水浴 2滴FeCl3溶液 2滴鲜肝研磨液 气泡产生 不明显 少量 较多 大量 卫生香复燃 不复燃 不复燃 变亮 复燃 结果 过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样 无关变量 自变量 因变量 （观测指标） 高效性 考点二 酶的相关实验探究 2.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用--验证酶的专一性 方案一 酶相同、底物不同 ① 适量底物1 + 适量酶溶液 ② 等量底物2 + 等量酶溶液 方案二 底物相同、酶不同 ① 适量底物 + 适量酶溶液1 ② 等量底物 + 等量酶溶液2 实验步骤 一 取两支试管，编号1、2 二 1号试管中加入2mL淀粉溶液 2号试管中加入2mL蔗糖溶液 三 各加入淀粉酶溶液2滴，振荡，试管下半部分浸入60℃的水浴中，反应5min。 四 加入等量斐林试剂→振荡→60℃水浴2min 实验现象 砖红色沉淀 无变化 结论 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解 检测试剂能用碘液吗，为什么？ 实验步骤 一 取两支试管，编号1、2 二 向两支试管中各加入2mL淀粉溶液 三 1号试管加入2滴淀粉酶溶液 2号试管加入2滴蔗糖酶溶液 四 反应5min后，向两支试管中加入等量的碘液 实验现象 不变蓝 变蓝 结论 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。 不能，蔗糖和蔗糖的分解产物均不能和碘液反应 检测试剂能用斐林试剂吗，为什么？ 可以，淀粉是非还原糖，其水解产物是还原糖。 考点二 酶的相关实验探究 3.探究温度对酶活性的影响 实 验 步 骤 一 1号 2号 3号 二 各加入2mL淀粉溶液 三 0 ℃保温 60 ℃保温 100 ℃保温 三 加入0 ℃保温的淀粉酶2滴 加入60 ℃保温的淀粉酶2滴 加入100 ℃保温的淀粉酶2滴 四 在各自的温度条件下反应约5min 五 各加入两滴碘液→振荡 实验现象 蓝色 不变蓝 蓝色 结论 温度对酶的活性有影响，温度偏低或偏高都会降低酶活性 思考：（1）能不能先将酶和底物混合再用对应温度处理？ （2）检测试剂能用斐林试剂吗，为什么？ （3）能用H2O2和过氧化氢酶进行该实验吗，为什么？ 不能，酶和底物接触后会迅速反应，影响实验结果。 不能，实验要严格控制温度，斐林试剂需水浴加热。 不能，高温会促进H2O2的分解。 考点二 酶的相关实验探究 4.探究PH对酶活性的影响 思考：（1）能用淀粉和淀粉酶溶液来进行该实验吗，为什么？ （2）该实验的无关变量有哪些？ 不能，淀粉在酸性条件下会水解。 温度、H2O2浓度、酶的量、反应时间等。 实 验 步 骤 一 1号 2号 3号 二 各加入肝脏研磨液2滴 三 加蒸馏水1mL 等量的 5%HCl 等量的 5%NaOH 三 各加入3%H2O22mL 四 反应约5min，记录气泡产生情况 实验现象 较多气泡 几乎无气泡 几乎无气泡 结论 过酸、过碱会影响酶的活性，适宜pH下酶的催化效率最高 练习：(2024·广东卷，15)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(　 　) 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 B 练习：(多选)(2025·山东临沂高三模拟)某研究小组将淀粉与淀粉酶分别保温至0 ℃、60 ℃、100 ℃，一段时间后，按对应温度分别混匀，混合溶液各装入一个透析袋中，再将透析袋放入装有液体的烧杯中，将装置温度分别调整到对应的温度，反应相同时间后将透析袋取出，并用试剂对烧杯中的溶液进行鉴定。下列相关叙述正确的是(　 　) A.本实验中检验试剂不能选用斐林试剂，以免温度对实验结果造成干扰 B.该实验研究的目的是温度对酶活性的影响，温度和反应时间是自变量 C.上述过程中调整装置温度应在放入透析袋前进行 D.透析袋的作用是将麦芽糖和葡萄糖等小分子与淀粉等大分子分离 CD 考点三 ATP的结构和功能 1.ATP是一种高能磷酸化合物 （1）ATP的结构 ①ATP的中文名称：_____________________； ②ATP的元素组成：_____________________； ③一分子ATP的化学组成：一分子_________，一分子_______和三分子___________。 ④ATP的结构简式：______________。 ④ATP脱掉两个磷酸基团后形成物质的名称是________________________________________，是构成_______的基本单位。 腺苷三磷酸 C、H、O、N、P 腺嘌呤 核糖 磷酸基团 A-P～P～P 腺苷一磷酸（腺嘌呤核糖核苷酸，AMP） RNA 腺苷(A) AMP（腺苷一磷酸） ADP（腺苷二磷酸） 考点三 ATP的结构和功能 1.ATP是一种高能磷酸化合物 （2）ATP的结构特点 两个相邻磷酸集团都带负电相互排斥等原因，使得特殊的化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP与其他分子结合的趋势，具有较高的转移势能。 特殊的化学键 1molATP水解释放的能量高达30.54kJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。 考点三 ATP的结构和功能 1.ATP是一种高能磷酸化合物 （3）ATP在生物体内的存在特点 资料2：研究显示，一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有40kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5kg的ATP转化成ADP。 资料1：成人体内ATP总量约2~10mg，人体安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1~2s。 ATP在生物体内含量少，消耗多（ATP与ADP相互转化迅速）。 因为ATP远离腺苷的特殊化学键容易断裂和形成，在这个过程中伴随着末端磷酸基团的高转移势能的释放和形成，所以ATP的结构适于直接供能。 注意：ATP是细胞中主要的直接能源物质，但并不是唯一的直接能源物质。 NTP与dNTP NTP与dNTP 均是高能磷酸化合物，可用作 RNA 或 DNA 的合成原料，合成过程中会脱去两个磷酸基团，并释放出大量的能量。 考点三 ATP的结构和功能 2.ATP和ADP相互转化 ATP合成酶 ATP水解酶 ATP的合成是吸能反应，一般和生物体内放能反应相联系。 ATP水解是放能反应，一般和生物体内吸能反应相联系。 光合作用的光能、呼吸作用将有机物分解释放的能量 用于供给各项生命活动。 注意：ATP的合成和水解物质可逆，但所需的酶、场所、能量的来源是不同的。 ATP与ADP的相互转化，时刻不停地发生并且处于动态平衡中。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。 考点三 ATP的结构和功能 2.ATP和ADP相互转化 细胞内产生与消耗ATP的生理过程 转化场所 常见的生理过程 细胞膜 细胞质基质 叶绿体 线粒体 核糖体 细胞核 消耗 ATP：主动运输、胞吞、胞吐 产生 ATP：细胞呼吸第一阶段 产生 ATP：光反应 消耗 ATP：暗反应和自身 DNA 复制、转录、翻译等 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 消耗 ATP：蛋白质的合成 消耗 ATP：DNA 复制、转录等 考点三 ATP的结构和功能 2.ATP和ADP相互转化 【拓展】ATP的合成 化学渗透学说：跨膜的质子动力势是ATP合成的能量来源。 主要存在于线粒体内膜，叶绿体基粒膜、细菌的质膜上。 考点三 ATP的结构和功能 3.ATP的利用 ATP水解释放的能量直接用于各项生命活动。 用于大脑思考（电能） 用于主动运输 用于生物发光(光能) 用于生物发电（电能） 用于物质合成（化学能） 用于肌肉收缩（机械能） 考点三 ATP的结构和功能 3.ATP的利用 ATP的供能机制 ① ② ③ ①参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶，当Ca2+与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。 ②在载体蛋白这种酶的作用下，ATP的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白 结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。 ③载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使 Ca2+ 的结合位点转向膜外侧，将Ca2+释放到膜外。 练习：（多选）下列有关ATP的叙述，正确的是（ ） A.ATP由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成 B.DNA与ATP中所含元素的种类相同 C.含有两个高能磷酸键的ATP是DNA的 基本组成单位之一 D.ATP中的“A”与构成DNA和RNA中的 碱基“A”不是同一物质 E.1分子ATP彻底水解后得到3分子磷酸 基团、1分子ADP BD 练习： (2024·全国甲卷，2改编)ATP可为代谢提供能量，也参与RNA的合成，ATP结构如图所示，图中～表示特殊的化学键，下列叙述错误的是(　　) A.ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量 B.用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA C.β和γ位磷酸基团之间的特殊的化学键不能在细胞核中断裂 D.光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的特殊的化学键 C 练习：如图从左到右表示，ATP合成和分解的过程，下列叙述错误的是_______。 ①ATP生成ADP的过程中，ATP分子的末端磷酸基团会脱离下来； ②能量1在动物体内可以来自细胞呼吸，在植物体内可以来自光合作用和细胞呼吸； ③能量2可以用于各项生命活动，例如人的红细胞吸收葡萄糖分子的过程； ④在原核细胞中也可以发生ATP和ADP的相互转化过程； ⑤图中酶1和酶2的化学本质相同，但二者的种类不同； ⑥在正常生物体内，ATP与ADP的相互转化不断发生并处于动态平衡中。 ③ 练习：蛋白质磷酸化和去磷酸化是调节和控制蛋白质活力和功能的最重要的机制。某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化，参与细胞信号传递，调控蛋白质的活性和功能，如图所示。 (1)某种信号到达和信号减弱时发挥作用的酶分别是 _____________________体现了酶的_______ (填特性)。 (2)蛋白激酶催化的反应属于________(填“吸能”或“放能”) 反应。 (3)蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，会造成的结果是_________________ ____________________________。 蛋白激酶和蛋白磷酸酶 专一性 吸能 影响细胞信号传递， 影响蛋白质功能发挥 练习： 结合有氧呼吸和无氧呼吸的曲线图，画出不同类型中ATP的产生量与O2供给量间的关系。 ①人体内的一般组织细胞；②哺乳动物成熟的红细胞；③厌氧型细菌。 $$