2027届高考生物人教版一轮复习第7讲　酶和ATP

该高中生物学高考复习学案系统覆盖酶和ATP核心考点，按酶的本质及作用机理、特性及影响因素、ATP结构功能及实验技能构建知识网络，通过思维导图、夯基梳理和问题链设计，引导学生自主整合物质与能量观，形成层次分明的知识体系。 亮点在于诊断性自测与任务驱动学习，如开篇酶的叙述判断题、高考真题演练，结合比较酶与ATP异同的归纳任务，培养科学思维与探究实践素养。每个模块配实验设计与反思任务，帮助学生自主诊断薄弱点，教师可通过学情数据精准指导，支持个性化复习与因材施教。

第三单元　细胞的能量供应和利用 第7讲　酶和ATP 【思维导图】 考点一　酶的本质及作用机理 【夯基梳理】 一、酶的本质及作用 1.【生物科学史】酶本质的探索历程 2.酶的本质及作用 【拓展延伸】 用“酶解法”鉴定酶的本质 “酶解法”——从酶的化学本质上来讲,绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA。酶必须保持正常的结构才能发挥催化作用,因此可以分别利用蛋白酶和RNA酶处理待测酶,再观察其功能是否受影响来确定该酶的本质。设计方案如下图: 【思考】 (1)①酶是由具有分泌功能的细胞产生的　②有的酶从食物中获得,有的是由体内转化而来的　③酶是活细胞产生的　④能合成酶的细胞一定能合成ATP　⑤有的酶是蛋白质,有的是固醇　⑥酶发挥作用后即被灭活　⑦酶在新陈代谢和生长发育中起调控作用　⑧酶既可以作为催化剂,又可以作为化学反应的底物　⑨酶只在细胞内发挥作用 以上有关酶的叙述,正确的是　③④⑧　。  (2)甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理,酶活性与处理时间的关系如图所示,请思考并回答下列问题: 甲、乙两种酶的化学本质是否相同?说出理由。　不相同。观察曲线图可知,甲酶的活性始终保持不变,表明甲酶能抵抗该种蛋白酶的降解,则甲酶的化学本质不是蛋白质而是RNA;乙酶能被蛋白酶破坏,其活性降低,则乙酶的化学本质为蛋白质　。  二、酶在细胞代谢中的作用 比较过氧化氢在不同条件下的分解 (1)方法步骤 (2)实验分析 (3)实验结论 【提醒】①滴加FeCl3溶液和肝脏研磨液时不能共用一支滴管,因为酶的催化具有高效性,少量酶混入FeCl3溶液会影响实验结果的准确性,从而得出错误的结论。②加热不能降低化学反应的活化能,但是可以为反应提供能量。 三、酶的催化作用机理 ①表示无催化剂催化时反应进行所需要的活化能是　AC　段。  ②表示有酶催化时反应进行所需要的活化能是　BC　段。  ③表示酶降低的活化能是　AB　段。  ④该反应中,若将酶催化改为无机催化剂催化,则B点在纵轴上将　向上　移动。  ⑤酶的作用机理是　降低化学反应的活化能　。与无机催化剂相比,酶　降低化学反应的活化能的作用　更显著,催化效率更高  【高考链接】 酶的本质及作用机理的分析推断 1.(2024·广西卷,T5)我国科研工作者利用病毒衣壳蛋白VP16作为纳米骨架,包裹大肠杆菌碱性磷酸酶,构建了高效、易调控的蛋白类纳米酶。关于该纳米酶的说法,错误的是()。 A.催化效率受pH、温度影响 B.可在细胞内发挥作用 C.显著降低反应的活化能 D.可催化肽键的断裂 　　【答案】 D 　　【解析】 酶对化学反应的催化效率,受温度、pH等影响,需要温和的作用条件,A正确;适宜条件下酶在细胞内和细胞外都能发挥作用,B正确;纳米酶是利用病毒衣壳蛋白VP16作为纳米骨架,包裹大肠杆菌碱性磷酸酶而构建的,因此会显著降低反应的活化能,但酶具有专一性,纳米酶不可以催化肽键的断裂,C正确,D错误。 2.(2024·广东卷,T15)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 　　【答案】 B 　　【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的催化功能不同。Ay3-Bi-CB与Ce5-Ay3-Bi-CB相比,缺少Ce5时,纤维素类底物不能被催化;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,将其活性与Ce5-Ay3-Bi-CB肽链的活性对比,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。 【科学方法系列】　控制变量和设计对照实验 【方法解读】 1.若用数学表达式y=ax类比三个变量间的关系,则 2.自变量的控制有“加法原理”和“减法原理”,改变自变量的为实验组,不改变自变量的为对照组。 3.设计对照实验一般有空白对照、相互对照、自身前后对照等,可根据实验的具体情况进行选择设计。 (必修1 P81“探究·实践”)在探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用的实验中,在已知淀粉酶能够催化淀粉水解的情况下,仍然设置了一支先后加入了可溶性淀粉溶液和新鲜淀粉酶溶液的试管,目的是什么?　　　      　　　      　　　    　。  　　【答案】 设置一支先后加入了可溶性淀粉溶液和新鲜淀粉酶溶液的试管,可与另一支以蔗糖溶液作为底物的试管作对照,通过实验现象和实验结果的对比,得出淀粉酶能催化淀粉的水解,但不能催化蔗糖的水解,由此得出淀粉酶具有专一性的结论 【高考链接】 (2025·江苏卷,T8)为探究淀粉酶是否具有专一性,有同学设计了实验方案,主要步骤如表。下列相关叙述合理的是()。 步骤 甲组 乙组 丙组 ① 加入2 mL淀粉溶液 加入2 mL淀粉溶液 加入2 mL蔗糖溶液 ② 加入2 mL淀粉酶溶液 加入2 mL蒸馏水 ? ③ 60 ℃水浴加热,然后各加入2 mL斐林试剂,再60 ℃水浴加热 A.丙组步骤②应加入2 mL蔗糖酶溶液 B.两次水浴加热的主要目的都是提高酶活性 C.根据乙组的实验结果可判断出淀粉溶液中是否含有还原糖 D.甲、丙组的预期实验结果都出现砖红色沉淀 　　【答案】 C 　　【解析】 验证淀粉酶的专一性需保持酶相同而底物不同,若加入蔗糖酶则无法证明淀粉酶的作用特性,故丙组步骤②应加入2 mL淀粉酶溶液,A不合理;第一次60 ℃水浴加热是为酶提供最适温度以催化反应,第二次水浴加热是为斐林试剂与还原糖反应提供条件,B不合理;乙组(淀粉+蒸馏水)未加酶,若未显色说明淀粉本身不含还原糖,若显色则可能底物被污染或分解,因此乙组结果可用于判断淀粉是否含还原糖,C合理;甲组(淀粉+淀粉酶)的水解产物为麦芽糖(还原糖),其与斐林试剂在水浴条件下呈砖红色,丙组(蔗糖+淀粉酶)无水解产物,故丙组出现蓝色,D不合理。 考点二　酶的特性及影响酶促反应的因素 【夯实基础】 一、酶的高效性 1.酶高效性的曲线分析 (1)曲线①②对比说明酶具有　高效性　。  (2)曲线①③对比说明酶具有　催化作用　。  (3)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.酶高效性的实验验证 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等 反应速率缓慢或反应用时长等 结论 酶具有高效性 二、酶的专一性 1.酶专一性的曲线分析 (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的反应速率比无酶条件下的反应速率明显　加快　,说明酶A对此反应有催化作用。  (3)只有酶A可催化底物A参与的反应,说明酶具有　专一性　。  (4)细菌性溶菌酶能否防御真菌感染?请说明原因。　不能,因为真菌和细菌的细胞壁成分不同,而酶具有专一性,所以细菌性溶菌酶不能防御真菌感染　。  (5)丝绸和毛皮类衣物不能用加酶洗衣粉来洗涤,因为　加酶洗衣粉中含有蛋白酶,蛋白酶会损坏丝绸和毛皮类衣物的蛋白质纤维　。  2.酶专一性的模型分析 (1)图中A表示　酶　,B表示　底物　,E、F表示　产物　,C、D表示不能被A催化的物质。  (2)在反应前后,酶的化学性质和数量均保持　不变　;酶可以　重复　利用  【思考】 (1)(必修1 P85“科学·技术·社会”)溶菌酶能够溶解细菌的　细胞壁　,具有抗菌消炎的作用。在临床上与抗生素混合使用,能增强抗生素的疗效。  (2)同种酶有时会催化不同的反应,是不是就说明酶不具有专一性?　酶的专一性指的是酶可以催化一种或一类化学反应,不同的化学反应可能是同类的化学反应,故仍说明酶具有专一性　。  3.酶专一性的实验验证 (1)设计思路 项目 实验组 对照组 底物 　底物　相同(等量)  酶 与底物相对应的酶 另外一种酶 现象 　发生　反应  　不发生　反应  结论 酶具有专一性 (2)具体实例——探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 ①实验原理:淀粉和蔗糖都是　非还原糖　,它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖,斐林试剂能与还原糖作用生成　砖红　色沉淀(水浴加热)。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶,再用斐林试剂检测溶液中有无还原糖,就可以验证淀粉酶只能催化特定的化学反应。   ②实验过程 试管编号 1 2 注入可溶性淀粉溶液 2 mL — 注入蔗糖溶液 — 2 mL 注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL 60 ℃水浴保温5 min 新配制的斐林试剂 2 mL 2 mL 热水中加热约2 min 实验现象 　有砖红色沉淀　  　没有砖红色沉淀　  实验结论:酶具有专一性,淀粉酶只能催化淀粉水解,而不能催化蔗糖水解。 【思考】 该实验中能否用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂?请作出判断并说明理由。　不能,因为碘液只能检测淀粉是否被水解,而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色　。  三、酶的作用条件较温和 1.酶的作用条件较温和的曲线分析 (1)含义:酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。 (2)在　最适温度和最适pH　条件下,酶的活性最高。  (3)温度和pH偏高或偏低,酶活性都会明显　降低　。  (4)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　。  (5)在0 ℃左右时,酶的活性很低,但　酶的空间结构　稳定,在适宜的温度下酶的活性会升高。因此,酶制剂适宜在　低温　下保存。  (6)甲图中,温度由a变为b时,酶活性　升高　;由c变为b时,酶活性　不变　,原因是　高温使酶的空间结构遭到破坏,酶永久失活　。  (7)乙图中,pH由d变为e或由f变为e时,酶活性均不变,原因是　过酸、过碱都会导致酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活　。  2.“梯度法”探究酶的最适温度或最适pH (1)探究酶的最适温度 ①设计思路 ②设计方案 【提醒】探究温度对酶活性的影响时,一定要让反应物和酶在各组所需的温度下保温一段时间,再进行混合。 ③具体实验步骤和结果(实验温度范围为0~100 ℃,以10 ℃为梯度,共设11组实验) 试管 编号 试管1 试管1' 试管2 试管2' 试管3 试管3' … 一 1 mL 淀粉 酶溶液 2 mL 淀粉 溶液 1 mL 淀粉 酶溶液 2 mL 淀粉 溶液 1 mL 淀粉 酶溶液 2 mL 淀粉 溶液 … 二 放入0 ℃冰水中约5 min 放入10 ℃热水中约5 min 放入20 ℃热水中约5 min … 三 将1与1'试管内的液体混合后继续在0 ℃冰水内放置10 min 将2与2'试管内的液体混合后继续在10 ℃热水内放置10 min 将3与3'试管内的液体混合后继续在20 ℃热水内放置10 min … 四 取出试管各加入两滴碘液,振荡 实验 结论 淀粉酶在60 ℃时催化淀粉水解的能力最强,高于或低于60 ℃时催化作用都减弱,说明60 ℃左右是淀粉酶的最适温度 【思考】 (1)该实验中可选过氧化氢和过氧化氢酶作为实验材料吗?请作出判断并说明理由。　不能。因为过氧化氢在常温常压时就能分解,加热的条件下分解会加快,从而影响实验结果　。  (2)该实验中能用斐林试剂作为鉴定试剂吗?请作出判断并说明理由。　不能。因为选斐林试剂检测时需要水浴加热,而本实验需严格控制温度　。  (2)探究酶的最适pH ①设计思路 ②设计方案 ③具体实验步骤及结果 试管 编号 试管1 试管2 试管3 … 一 2滴过氧化氢酶溶液 二 1 mL 蒸馏水 调制一定pH梯度的酸、碱分别取1 mL注入相应的试管 三 2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液 实验 结论 该酶在pH为7时催化过氧化氢水解的能力最强,高于或低于7时催化作用都减弱,说明该酶的最适pH为7 【提醒】该实验不宜选淀粉作底物,因为酸(如HCl)本身可促进淀粉分解。 四、影响酶促反应的因素 1.温度和pH 温度和pH影响　酶活性　,从而影响酶促反应速率  不同pH条件下,酶最适温度　不变　;不同温度下,酶最适pH　不变　,即反应溶液pH(温度)的变化　不影响　(填“影响”或“不影响”)酶催化作用的最适温度(pH)  2.酶浓度的影响 ①酶浓度通过影响　反应物与酶的接触　来影响酶促反应速率,并不影响酶的活性。  ②在反应物充足而其他条件适宜的情况下,酶促反应速率与酶浓度成　正比　  3.反应物浓度的影响 其他条件适宜的情况下,若a点时增加酶量,a点应向　右上　方移动  【高考链接】 一、酶的特性辨析 (2025·北京卷,T3)某种加酶洗衣粉包装袋上注有下列信息:本品含有蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶;洗涤前先浸泡15~20 min,特别脏的衣物可减少浸泡用水量;请勿使用60 ℃以上热水。下列叙述错误的是()。 A.该洗衣粉含多种酶,不适合洗涤纯棉衣物 B.洗涤前浸泡有利于酶与污渍结合催化其分解 C.减少浸泡衣物的用水量可提高酶的浓度 D.水温过高导致酶活性下降 　　【答案】 A 　　【解析】 酶具有专一性,纯棉衣物的主要成分是纤维素,而该洗衣粉含有的酶为蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶,这些酶均无法分解纤维素,故该洗衣粉不会损坏纯棉衣物,A错误;洗涤前浸泡可延长酶与污渍的接触时间,有利于酶与污渍结合催化其分解,B正确;一定范围内,减少用水量会提高酶的浓度,从而加快反应速率,C正确;酶活性的发挥需要适宜温度,高温会破坏酶的空间结构导致酶活性下降,故勿使用60 ℃以上热水,D正确。 二、以情境为载体考查影响酶活性的因素(高频) 1.(2025·四川卷,T10)D-阿洛酮糖是一种低热量多功能糖,有助于肥胖人群的体重管理。Co2+可协助酶Y催化D-果糖转化为D-阿洛酮糖。有人在相同体积、相同酶量且最适反应条件(含Co2+条件)下,测定不同浓度D-果糖的转化率(转化率=产物量/底物量×100%),其变化趋势如下图。下列叙述正确的是()。 A.升高反应温度,可进一步提高D-果糖转化率 B.D-果糖的转化率越高,说明酶Y的活性越强 C.若将Co2+的浓度加倍,酶促反应速率也加倍 D.2 h时,三组中500 g·L-1果糖组产物量最高 　　【答案】 D 　　【解析】 题干中实验是在最适反应条件下进行的,升高温度会使酶的活性降低,从而降低D-果糖的转化率,A错误;D-果糖的转化率不仅与酶Y的活性有关,还与底物(D-果糖)的浓度、反应时间等因素有关,所以不能仅根据D-果糖的转化率高就说明酶Y的活性强,B错误;Co2+可协助酶Y催化反应,但Co2+不是酶,将Co2+的浓度加倍,不一定会使酶促反应速率也加倍,酶促反应速率还受到酶的数量、底物浓度等多种因素的影响,C错误; 转化率=产物量/底物量×100%,2 h时,500 g·L-1D-果糖组的转化率不是最高,但底物量是最多的,且转化率也较高,根据产物量=底物量×转化率可知,其产物量最高,D正确。 2.(2024·海南卷,T9)在D-甘露糖作用下,玉米细胞的线粒体结构受损,一类蛋白酶家族被激活,这些蛋白酶可以切割细胞骨架蛋白,并使DNA内切酶的抑制蛋白失活。下列有关叙述错误的是()。 A.D-甘露糖会影响玉米细胞内ATP的合成 B.D-甘露糖会改变玉米细胞内各种具膜细胞器的分布 C.D-甘露糖会导致玉米细胞内的DNA被酶切成片段 D.D-甘露糖作用后,被激活的蛋白酶家族各个成员所催化的反应底物相同 　　【答案】 D 　　【解析】 由题意可知,在D-甘露糖的作用下,玉米细胞的线粒体结构受损,线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所,是玉米细胞内合成ATP的场所之一,所以D-甘露糖会影响玉米细胞内ATP的合成,A正确;细胞骨架能维持细胞形态、保持细胞内部结构的有序性,锚定并支撑着许多细胞器,在D-甘露糖的作用下,一类蛋白酶家族被激活,这些蛋白酶可以切割细胞骨架蛋白,所以D-甘露糖会改变玉米细胞内各种具膜细胞器的分布,B正确;由题意可知,在D-甘露糖的作用下,一类蛋白酶家族被激活,这些蛋白酶能使DNA内切酶的抑制蛋白失活,即DNA内切酶的活性不再被抑制,DNA内切酶会导致玉米细胞内的DNA被酶切成片段,C正确;酶具有专一性,所以D-甘露糖作用后,被激活的蛋白酶家族各个成员所催化的反应底物不一定相同,D错误。 3.(经典高考真题)中国制茶工艺源远流长。红茶制作包括萎凋、揉捻、发酵、高温干燥等工序,其间多酚氧化酶催化茶多酚生成适量茶黄素是红茶风味形成的关键。下列叙述错误的是()。 A.揉捻能破坏细胞结构使多酚氧化酶与茶多酚接触 B.发酵时保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性 C.发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶的活性 D.高温灭活多酚氧化酶以防止过度氧化影响茶品质 　　【答案】 C 　　【解析】 酶的作用条件较温和,发酵时有机酸含量增加会影响多酚氧化酶的活性,C错误。 三、酶的相关实验设计与分析 1.(2025·浙江卷1月,T10)取鸡蛋清,加入蒸馏水,混匀并加热一段时间后,过滤得到浑浊的滤液。以该滤液为反应物,探究不同温度对某种蛋白酶活性的影响,实验结果如表所示。 组别 1 2 3 4 5 温度/℃ 27 37 47 57 67 滤液变澄清 时间/min 16 9 4 6 50 min 未澄清 据表分析,下列叙述正确的是()。 A.滤液变澄清时间与该蛋白酶活性呈正相关 B.组3滤液变澄清时间最短,酶促反应速率最快 C.若实验温度为52 ℃,则滤液变澄清时间为4~6 min D.若实验后再将组5放置在57 ℃,则滤液变澄清时间为6 min 　　【答案】 B 　　【解析】 由题意可知,浑浊的滤液为变性的蛋白质液体,滤液变澄清时间与该蛋白酶活性呈负相关,即蛋白酶活性越高,蛋白质水解越快,滤液变澄清时间越短,A错误;表中组3滤液变澄清时间最短,说明酶活性最高,酶促反应速率最快,B正确;若实验温度为52 ℃,酶活性可能大于组3、组4,滤液变澄清时间可能小于4 min,C错误;组5蛋白酶已经失活,实验后再将组5放置在57 ℃,滤液也不会变澄清,D错误。 考点三　ATP的结构、功能和利用 【夯实基础】 一、ATP的结构及功能 (1)ATP的组成元素有　C、H、O、N、P　,结构简式为　A—P~P~P　。  (2)写出图中各部分名称:①　腺苷　,②　腺苷一磷酸(或腺嘌呤核糖核苷酸)　(RNA的基本单位之一),③　ADP(腺苷二磷酸)　,④　ATP(腺苷三磷酸)　,⑤　普通化学键　,⑥　特殊的化学键　。  (3)写出图中标出的“A”的含义 ①　腺苷　;②　腺嘌呤　;③　腺嘌呤脱氧核苷酸　;④　腺嘌呤核糖核苷酸　。  (4)ATP的功能是　驱动细胞生命活动的直接能源物质　(但并非唯一,还有GTP、UTP、CTP)。  (5)向刚刚失去收缩功能的离体肌肉上滴葡萄糖溶液,肌肉不收缩;向同一块肌肉上滴ATP溶液,肌肉很快就能发生收缩。请你解释这种现象的原因。　生物体的能源物质有糖类、脂肪和蛋白质等。糖类是重要的能源物质,然而各种能源物质释放的能量在用于生命活动之前都要转移到ATP中,由ATP直接供应生命活动所需的能量。由此说明葡萄糖虽然是能源物质,但是不能被肌肉直接利用　。  【归纳总结】 ATP与核苷酸的关系 二、ATP的结构特点 1.供能原理 2.ATP是一种高能磷酸化合物 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,所以说ATP是一种　高能磷酸化合物　。   三、ATP和ADP之间的转化 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酶 能量来源 光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸) 储存在ATP中的能量 能量去路 储存在ATP中 用于各项生命活动 反应场所 　细胞质基质、线粒体、叶绿体等　  生物体的需能部位 【思维延伸】 一个正常人体内ATP和ADP的总量很少,基本保持一定,为2~6 mg,但一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为48 kg。这说明了ATP有什么特点?　ATP的特点是在生物体内含量少,转化快,且对体内稳定的供能有重要意义　。ATP与ADP的相互转化是不是可逆反应?请分析原因。　不是。从物质来看是可逆的,从酶、进行的场所等方面来看是不可逆的　。  四、ATP的利用 1.ATP为主动运输供能的过程(以Ca2+释放为例) 2.ATP——细胞内流通的能量“货币” (1)吸能反应:一般与ATP　水解　的反应相联系,由ATP水解提供能量。如蛋白质的合成。  (2)放能反应:一般与ATP的　合成　相联系,释放的能量储存在ATP中。如细胞内有机物的氧化分解反应。   五、ATP产生量与O2供给量的关系分析 【深化探究】 细胞是生命活动的基本单位,其正常运行需要持续的能量供应。在细胞内,ATP是直接驱动各种生命活动的能量“通货”,而酶是催化各种化学反应(包括ATP的合成与水解)的生物催化剂。两者高效配合,共同保障了细胞和生物体能量的及时供应与利用。 【任务一:比较与归纳】 (1)请根据所学知识,完成下表,比较酶与ATP的异同。 项目 酶 ATP 化学本质 ①　　　　　　　  腺苷三磷酸 合成场所 核糖体、细胞核 ②　　　　　　  功能 生物催化剂,降低反应所需的活化能 直接能源物质,储存和传递化学能 作用机理 与底物特异性结合,形成酶—底物复合物;降低活化能等 水解③　　　　(填化学键),释放能量  特性 ④　　　　　　　、作用条件较温和  不稳定、转化迅速、含量动态平衡 【任务二:分析与应用】 (2)剧烈运动时,骨骼肌细胞的耗氧量增加,ATP被迅速消耗。此时,细胞内　　　　　　(填细胞器)会加快工作以合成大量ATP。即使在睡眠状态时,也存在微弱的呼吸作用以维持基本生命活动,此时细胞内ATP合成速率　　　　　　ATP水解速率。  【任务三:总结与提升】 (3)请用简洁的语言概括酶和ATP在细胞能量供应中的关系。　　　      　　　      　　　      　　　      　　　    　。  　　【答案】 (1)①蛋白质或RNA　②细胞质基质、线粒体、叶绿体等　③特殊的化学键　④高效性、专一性　(2)线粒体　等于　(3)酶和ATP相互依存,共同保障能量供应。ATP是生命活动的直接能源物质,而酶催化了ATP的合成与水解反应,同时也催化了利用ATP的各项生命活动(合理即可) 【高考链接】 一、ATP的结构和特点分析 (2024·全国甲卷,T2)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化学键中 　　【答案】 C 　　【解析】 ATP为直接能源物质,γ位磷酸基团脱离ATP形成ADP的过程释放能量,可为离子主动运输提供能量,A正确;ATP分子水解两个特殊化学键后,得到RNA的基本单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸,故用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA,B正确;ATP可在细胞核中发挥作用,如为rRNA的合成提供能量,故β和γ位磷酸基团之间的特殊化学键能在细胞核中断裂,C错误;光合作用的光反应可将光能转化为活跃的化学能储存于ATP的特殊化学键中,故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化学键中,D正确。 二、ATP与ADP的相互转化和ATP的利用 (2025·河北卷,T1)ATP是一种能为生命活动供能的化合物,下列过程不消耗ATP的是()。 A.肌肉的收缩 B.光合作用的暗反应 C.Ca2+载体蛋白的磷酸化 D.水的光解 　　【答案】 D 　　【解析】 肌肉的收缩依赖于肌球蛋白与肌动蛋白的相互作用,需要ATP水解供能,A不符合题意;光合作用的暗反应过程中C3的还原需要消耗(光反应产生的)ATP,B不符合题意;ATP为主动运输供能时载体蛋白的空间结构发生变化,Ca2+载体蛋白磷酸化时需ATP水解提供磷酸基团和能量,C不符合题意;水的光解发生在光反应阶段,由光能驱动,不消耗ATP,反而生成ATP,D符合题意。 热考主题1 【实验技能综合】 一、实验设计遵循的关键原则 1.对照原则 对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。所谓对照实验是指除所控因素外,其他条件与被对照实验完全相同的实验。对照实验设置的正确与否,关键就在于如何尽量去保证“其他条件的完全相同”。有时尽管某种处理对对照实验来说,看起来似乎毫无意义,但最好还是要做同样的处理。 方法 具体操作 举例 空白 对照 不给对照组做任何处理 在“唾液淀粉酶催化淀粉”的实验中,实验组滴加了唾液淀粉酶溶液,而对照组只加了等量的蒸馏水,起空白对照作用 条件 对照 给对照组施以部分实验因素,但这种处理是作为对照因素的,不是所研究的实验处理因素;这种处理不包括实验研究给定的实验变量,目的是通过得出两种不同的结论,以验证实验结论的正确性 在“动物激素饲喂小动物”的实验中,甲组为实验组(饲喂甲状腺激素),乙组为条件对照(饲喂甲状腺抑制剂);不饲喂药剂的是空白对照组 自身 对照 对照组和实验组都在同一研究对象上进行,不再另外设置对照组 在“质壁分离与复原”实验中,处理前的对象状况为对照组,处理后的对象变化为实验组 相互 对照 不单独设置对照组,而是几个实验相互为对照 在探究温度对酶催化活性的影响实验中温度(0 ℃、60 ℃、100 ℃)为相互对照。在实验中要找出一个最佳效果点,就要采取相互对照进行实验 “实验组”与“对照组”确认:一个实验通常分为实验组和对照组。实验组是施加实验变量处理的被试组,对照组是不施加实验变量处理的对象组,两组之间的差别,被认为是来自实验变量的结果。如研究光对幼苗生长的影响时,实验变量应为撤掉光照,因而暗处生长的小麦幼苗应为实验组,而自然状态(未接受实验变量处理)的小麦幼苗应为对照组,通过对照组能增强实验的可信度。 【典例】(2025·天津卷,T14)脊髓损伤是一种严重的中枢神经系统损伤,会进一步引发炎症等免疫反应,加剧神经功能的丧失。为探究程序性细胞死亡配体(P蛋白)及其抗体(P抗体)通过调节免疫反应在脊髓损伤中的作用,进行如下实验。 (1)脊髓是　　　　与躯干、内脏之间的联系通路。用小鼠建立脊髓损伤模型,实验分组及操作见下表(“+”表示施加,“-”表示不施加),请补充括号处的操作。  组别 实施操作 基本手术操作 挫伤脊髓 P蛋白 P抗体 假手术组 + - - - 脊髓损伤组 + + - - P蛋白组 + (　　) + - P抗体组 + (　　) - + 其中,P抗体组以　　　　组为对照,能检测P抗体对脊髓损伤的作用。  (2)处理一段时间后,检测各组脊髓处辅助性T细胞(Th细胞)不同亚群的水平,见下图。其中,Th1细胞可活化巨噬细胞和细胞毒性T细胞,Th2细胞可诱导B细胞增殖、分化并分泌抗体。与假手术组相比,脊髓损伤组的　　　　　免疫会增强,　　　　　免疫会减弱。已知Th1细胞为促炎性T细胞,Th2细胞为抗炎性T细胞。与脊髓损伤组相比,P蛋白组炎症水平　　　,说明P蛋白具有　　　  　    作用。 　　【答案】 (1)脑　+　+　脊髓损伤　(2)非特异性免疫和细胞　体液　降低　减少脊髓损伤后的炎症反应,促进组织修复 　　【解析】 (1)脊髓是脑与躯干、内脏之间的联系通路。为探究程序性细胞死亡配体(P蛋白)及其抗体(P抗体)通过调节免疫反应在脊髓损伤中的作用,自变量为脊髓是否损伤、是否施加某种治疗措施,可将实验进行分组。假手术组:不施加任何脊髓损伤的操作,作为正常小鼠的对照。脊髓损伤组:施加脊髓损伤的操作,但不进行任何治疗干预,作为施加某种治疗的对照。治疗组:表中的P蛋白组和P抗体组,施加脊髓损伤的操作,并施加某种治疗措施。综上分析,表中括号处都应施加“挫伤脊髓”的操作,即用“+”表示。其中,P抗体组以脊髓损伤组为对照,能检测P抗体对脊髓损伤的作用。(2)Th1细胞可活化巨噬细胞和细胞毒性T细胞,巨噬细胞可在非特异性免疫中发挥作用,细胞毒性T细胞在细胞免疫中可以识别并接触、裂解靶细胞。Th2细胞可诱导B细胞增殖、分化并分泌抗体,而B细胞增殖、分化并分泌抗体发生在体液免疫中。由图可知:与假手术组相比,脊髓损伤组的Th1细胞相对含量明显增多,而Th2细胞相对含量明显减少,说明脊髓损伤组的非特异性免疫和细胞免疫均会增强,体液免疫会减弱。已知Th1细胞为促炎性T细胞,Th2细胞为抗炎性T细胞。与脊髓损伤组相比,P蛋白组的Th1细胞相对含量明显减少,而Th2细胞相对含量明显增多,因此P蛋白组炎症水平降低,说明P蛋白对免疫反应产生了调节作用,可能通过调节Th1和Th2细胞的比例,减少脊髓损伤后的炎症反应,促进组织修复。 2.单一变量原则和等量原则 单一变量原则强调的是实验组和对照组相比只能有一个变量不同,只有这样当实验组和对照组出现不同结果时,才能确定造成这种不同结果的原因是这个变量,从而证明实验组所给实验因素的作用。等量原则强调的是除自变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量,必须严格控制在适宜且等量条件下,以平衡和消除无关变量对实验结果的影响。 【典例2】现有两种淀粉酶A与B,某生物学兴趣小组为探究不同温度条件下这两种淀粉酶的活性,设计了如下实验: 实验原理:温度等条件可以影响酶的活性;淀粉在淀粉酶的催化作用下产生麦芽糖;用分光光度计测量溶液的吸光度时,物质含量越多,其吸光度越大,因此可测出物质的相对含量。 实验材料:一定浓度的淀粉溶液、相同浓度的淀粉酶A和淀粉酶B溶液、水浴锅、温度计等。 实验过程: 步骤 组别 1 2 3 4 5 6 7 8 ①设置水浴锅温度/℃ 20 30 40 50 20 30 40 50 ②取8支试管各加入等量淀粉溶液/mL,分别保温5 min 10 10 10 10 10 10 10 10 ③另取8支试管各加入等量淀粉酶溶液,分别保温5 min 酶 A 酶 A 酶 A 酶 A 酶 B 酶 B 酶 B 酶 B ④将同温度下的两支试管中的淀粉溶液与淀粉酶溶液混合摇匀,保温5 min (1)该实验的自变量是　　　　　　　,因变量的检测指标是　　　　　　　　　　　　　。   (2)1、6两组　　　　(填“能”或“不能”)作为对照,原因是实验设计要遵循　　　　　原则。   (3)步骤②取8支试管各加入等量淀粉溶液,步骤③另取8支试管各加入等量淀粉酶溶液,这些步骤遵循了　　　　原则。   　　【答案】 (1)酶的种类和温度　各组别的淀粉剩余量(或麦芽糖的生成量)　(2)不能　单一变量　(3)等量 3.平行复重原则 为减小实验误差,增强实验结果的科学性,应在同等条件下进行多次实验。 【典例3】在进行“分离分解尿素的细菌”实验时,甲同学从对应10-6培养基中筛选出大约150个菌落,而其他同学只选择出大约50个菌落。下列有关叙述错误的是()。 A.甲同学出现这种结果的原因是土样不同 B.可以将甲同学配制的培养基在不加土样的情况下进行培养作为空白对照,以判断培养基是否受到污染 C.让其他同学用与甲同学一样的土壤进行实验,若结果与甲同学一样,则可证明甲同学无误 D.B选项的实验思路遵循了实验的对照原则,C选项的实验思路遵循了平行重复原则 　　【答案】 A 　　【解析】 甲同学获得的菌落远大于其他同学,可能是所取的土样不同、培养基污染或操作过程被污染,A错误。 4.科学性原则 包括实验原理、实验材料选择、实验方法、实验结果处理的科学性。 【典例4】(1)(实验方法要科学)若要探究海藻糖是否为还原糖,选择斐林试剂加入海藻糖溶液中后没有发生相应的颜色反应,不能说明海藻糖为非还原糖。理由是　　　      　　　    　。   (2)(实验选材要科学)有人认为“海藻糖可以保护细胞,使细胞免受低温造成的损伤”。请设计实验方案,用于探究此假设是否成立。为了确保实验的科学性和准确性,实验材料应选择具有　　　　　特点的动物细胞。(多选)   　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.含有海藻糖 B.不含海藻糖 C.能够合成海藻糖 D.不能合成海藻糖 　　【答案】 (1)没有水浴加热(或没有在酒精灯上加热) (2)BD 5.随机性原则 随机性原则是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。这样做的意义在于:一是可以消除或减少系统误差,使显著性测验有意义;二是平衡各种条件,避免实验结果中的偏差。 【典例5】为探索青海云杉林群落的演替规律,于某年夏季分别在祁连山典型天然林(该区域群落演替的最终阶段)、相邻区域演替时间为40年和10年的人工林选取样方。为保证科学性和严谨性,林地中样方的选择需保证样方大小、样方数量等基本一致,取样的关键是　　　　　　　。这种研究方法属于　　　　　　 (填“空间代替时间”或“时间代替空间”)。   　　【答案】 随机取样　空间代替时间 二、验证类和探究类实验 1.实验设计的程序 2.探究性实验与验证性实验的比较 【典例6】(2025·福建卷,T17节选)运动是预防肥胖的方式之一。剧烈运动后,人体血液中乳酸—苯丙氨酸(Lac-Phe)的含量明显上升。为探究Lac-Phe的产生机理及功效,科研人员进行了相关实验。回答下列问题: (1)Lac-Phe可由乳酸盐和苯丙氨酸在一定条件下缩合而成。剧烈运动时机体供氧不足,部分丙酮酸在细胞的　　　　(填场所)中转化为乳酸,为Lac-Phe的生成提供原料。  (2)已知酶C促进了机体Lac-Phe合成。为验证该结论,科研人员将野生型小鼠细胞(甲组)和敲除C基因的小鼠细胞(乙组)分别培养,一段时间后进行了相关检测。 ①收集培养液后,用　　　　酶处理贴壁细胞,使其分散为单细胞悬液,离心获得细胞,发现两组细胞内Lac-Phe的浓度相同。  ②还需进一步检测　　　　中的Lac-Phe浓度,且结果为　　　　　　　　　　　　　　　,则可证实该结论。  　　【答案】 (1)细胞质基质　(2)胰蛋白　培养液　甲组培养液中的Lac-Phe浓度高于乙组培养液 　　【解析】 (1)剧烈运动时机体缺氧,人体细胞进行无氧呼吸,一部分丙酮酸在细胞质基质转化为乳酸,为Lac-Phe的生成提供原料。(2)①收集培养液后,用胰蛋白酶(胰蛋白酶和胶原蛋白酶)处理贴壁细胞,制成单细胞悬液。②要检测细胞外的Lac-Phe浓度,需要收集培养液。已知酶C促进乳酸转化成Lac-Phe,甲组是野生型小鼠细胞(有酶C),乙组是酶C基因敲除小鼠细胞(无酶C)。若结论正确,甲组细胞能将更多的乳酸转化为Lac-Phe,释放到培养液中,所以实验结果为甲组培养液中的Lac-Phe浓度高于乙组培养液。 3.探究性实验与验证性实验的实验设计 先看目的和原理,提示材料与试剂;构建装置分步骤,标号定量铭心记。现象结果写具体,结论叙述扣目的;探究实验需讨论,验证结果唯一。 解释如下: (1)面对实验设计题,首先要找到实验目的,实验目的在题干信息中有明显的关键词,比如,“验证……”“探究……”“假设……”“……是否……”“判断……”“如何……”。一般根据实验目的可直接判断出是验证性实验还是探究性实验,这是做实验设计题的第一步。 (2)如何科学设计实验组和对照组,这是解实验设计题的关键。绝大多数实验题中都给出了材料、用具和试剂等信息,这是很好的提示。比如,在探究pH对酶活性影响的实验中,会给出“HCl溶液、NaOH溶液、蒸馏水”信息,这就提示设计三组实验,酸性、碱性、中性三组对照。 (3)实验步骤的划分是最易考查的环节,常见步骤为四步: (4)在分组时一定不要忘记对各组进行编号,如1、2、3或A、B、C等,编号的目的是使思路清晰,后续的步骤便于指代描述。在叙述实验步骤时,特别是施加变量的步骤,一定要对添加物的用量加以限定,第一组指明用量,后续组用“等量”一词。 (5)实验结果就是实验现象,在叙述时一定要写具体,不能笼统地描述。比如,在探究温度影响淀粉酶活性的实验中,用碘液检测淀粉的分解程度,结果应该是“A组(低温条件)变蓝,B组(适温条件)无蓝色出现,C组(高温条件)变蓝”。而不能综合叙述为“只有B组(适温条件)无蓝色出现”。 (6)结论的叙述是有规律的,即都是实验目的或实验课题或实验假设语句的变形,将疑问句改为肯定句即可。比如,在验证性实验中,目的是“验证胰岛素有降低血糖的功能”,则结论就对应为“胰岛素有降低血糖的功能”;在探究性实验中,目的是“假设青霉素有抑制细菌繁殖的功能,……验证假说是否正确”,则结论就对应为“若……,则说明青霉素有抑制细菌繁殖的功能;若……,则说明青霉素没有抑制细菌繁殖的功能”。 (7)最后要注意验证性实验的结果和结论是唯一的,不需要讨论。探究性实验需要讨论,一个结果对应一个结论,答题模型为“若……,则……”。 【典例7】请设计实验探究拟南芥幼苗根细胞对某种物质的吸收方式是协助扩散还是主动运输。(写出实验思路和预期结果) 实验思路:　　　      　　　      　　　      　　　      　　　    　。  预期结果:　　　      　　　      　　　    　。  　　【答案】 将长势相同的拟南芥幼苗根毛细胞平均分成甲、乙两组,甲组无氧气,乙组有氧气,分别置于等量相同的含该物质的培养液中,其他条件相同且适宜。培养一段时间后,检测溶液中该物质剩余的量　若溶液中该物质剩余量甲组大于乙组,则为主动运输;若溶液中该物质剩余量甲组等于乙组,则为协助扩散 三、实验方案的补充和评价 1.实验方案的补充 一般给出了具体的材料及条件,要求对已有的实验方案进行补充和完善。常让学生补充实验假设、实验原理、实验思路、实验步骤、预期实验结果或结论。解答此类题时要紧扣题意,仔细结合上下文进行补充。其突破方法如下: (1)补充实验原理类:需要深入分析题目中与实验原理有关的内容,如对照组实验、重要实验步骤、重要实验装置、完善实验所用的实验方法等,在此基础上,联系教材中相关联的原理、知识点进行知识迁移,归纳其原理。 (2)补充实验步骤类:需根据实验目的确定实验变量,审读所提供的信息中是否准确控制了实验变量,是否遵循对照原则、单一变量原则等。 (3)预测实验结果类:需认真分析实验目的和相关知识,确定自变量对因变量的影响。一定要辨别实验是属于验证性实验还是探究性实验。验证性实验具有明确的结果;探究性实验的现象和结果是未知的或不确定的,应针对各种可能性分别加以考虑和分析,得到相关结论。无论是哪种情况,文字描述应力求科学、准确、简练。 【典例8】某研究小组在南极冰层中发现一种全新的动物病毒,为探究该病毒的遗传物质是DNA还是RNA,做了如下实验。回答下列问题: (1)实验步骤: ①取健康且生长状况基本一致的小白鼠若干,随机均分成四组,编号为A、B、C、D。 ②将下表补充完整,并将配制溶液分别注入小白鼠体内。假定病毒注射量为小白鼠致病有效剂量。 组别 A B C D 注射 溶液 该病毒核酸提取物和RNA酶 　　　  该病毒核酸提取物 生理盐水 ③相同条件下培养一段时间后,观察比较各组小白鼠的发病情况。 (2)结果预测及结论: ①若　　　　　　　　　　　　　　,则DNA是该病毒的遗传物质;  ②若　　　　　　　　　　　　　　,则RNA是该病毒的遗传物质。  　　【答案】 (1)②该病毒核酸提取物和DNA酶　(2)①A、C组发病,B、D组正常生长　②B、C组发病,A、D组正常生长 2.实验方案的评价与修订 【典例9】最新研究发现,患有重度抑郁症的人脑中有一种叫作Gsalpha的蛋白质被困在细胞中一个厚重、呈胶质的区域中,导致血液中该蛋白含量较低,而抗抑郁症药物能够帮助Gsalpha转移到细胞其他区域,因此,可通过检测血液中该蛋白的含量来评判相应药物的药效。 (1)为探究某种药物在治疗抑郁症方面是否具有效果,研究人员进行了如下实验(实验中所用溶液用生理盐水配制): ①选取数量相同的正常人和重度抑郁症患者,分别测量其血液中Gsalpha的含量。 ②给患者注射一定剂量的待测药物,正常人注射　　　　　　　。  ③几天后分别再次测量并比较患者和正常人血液中Gsalpha的含量。 实验预期结果及结论:若　　　      　　　    　,  则说明该药物对治疗抑郁症有一定作用。 (2)某同学认为上述实验方案不够严谨。请给出你的评价意见,若不严谨请加以补充或修正:　　　      　　　      　　　    　。  　　【答案】 (1)②等量的生理盐水　③患者血液中Gsalpha的含量与正常人基本相同或差异不大　(2)该方案不够严谨,再增加给患者也注射等量生理盐水一组,排除其他非测试因素对实验结果的干扰 1 学科网（北京）股份有限公司 $