专题4 酶和ATP 题源3 ATP在能量代谢中的作用-【备战高考】备战2027高考生物母题题源同步练

解题模型2.4 在探究影响酶活性的条件实验中的注意事项 (1)制备的可溶性淀粉液一定要冷却后才能使用，如 果用刚煮沸的可溶性淀粉液进行实验，就会因温度过高而 破坏淀粉酶的活性。 (2)淀粉酶的来源不同，其最适温度也不一定相同，在 保温时必须加以考虑。市售的淀粉酶的最适温度一般在 60°C左右，唾液淀粉酶的最适温度在37℃。 (3)在探究温度对酶活性的影响时，对照组加入等量的反 应物（如2mL可溶性淀粉）后，要先放入不同环境5min使反 应物达到所处不同环境的温度，然后再加新鲜酶液摇匀维持 5min。否则若加入酶后再放入不同温度的环境中，由于酶的 高效性，在升温或降温的过程中已把反应物给分解了。 (4)在探究pH对酶活性影响的实验中，操作时必须先将 酶置于不同环境条件下（加蒸馏水、加氢氧化钠、加盐酸），然后 再加入反应物（如可溶性淀粉液）。不能在加入酶后，先加入 反应物，再加入盐酸或氢氧化钠，这样容易使反应物在酶的作 用下水解，无法证实环境过酸和过碱对酶活性的影响。 [真题13](2023·广东)食品种类多，酸碱度范围广。生 物兴趣小组拟探究在食品生产中应用范围较广的蛋白酶，查阅 相关文献，得知： (1)pH对不同蛋白酶的活力影响有差异。据下图可知， 更适宜作为食品添加剂，理由是 蛋白酶的活力可用 的量来表示。 木瓜蛋白酶 胃蛋白酶 胰蛋白酶 4 6 10pH (2)该蛋白酶的提取工艺流程如下 加碍保护剂 影护剂ad/1加65%乙醉调提取液H 调提取液pH 4℃组织匀浆→上清液 沉淀物测酶活力 (粗酶制剂)（单位：U) 兴趣小组分别对酶保护剂浓度、提取液pH进行了探究 实验。结果显示，酶保护剂浓度在0.02~0.06mol/L范围 内，酶活力较高：提取液pH在6.0~8.0范围内，酶活力较 高。他们认为，要进一步提高粗酶制剂的酶活力，以达到最 佳提取效果，还需对酶保护剂浓度和提取液pH进行优化，并 确定以此为探究课题。请拟定该课题名称，设计实验结果记 录表。 [解析](1)从图中可知木瓜蛋白酶适应范围广，所以可 以选作食品添加剂。酶的活力我们一般用酶催化的底物消耗 量或者底物生成量表示。(2)实验目的是为了探究酶保护剂的 最适浓度和提取液的pH值，所以我们可以把酶保护剂的浓度 和提取液的pH值作为自变量，单位时间内底物的消耗量为因 变量。 [答案](1)木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶的活性不随pH的 变化而变化单位时间内底物消耗（或产物生成）(2)课题：探 究酶保护剂的最适浓度和提取液的最适pH 4 单位时间内底物的 提取液的pH 消耗量 6.06.26.46.66.87.07.27.47.67.88.0 0.02 酶保护 0.03 剂的浓 度 0.04 (mol/L) 0.05 0.06 题源3 ATP在能量代谢中的作用 解题模型3.1 1.ATP的组成 ATP存在于各种活细胞中，是一种高能磷酸化合物 当其水解时，远离A的那个高能磷酸键断裂，水解释放出 大量能量，多达30.54kJ/mol,ATP的组成分析如下： 从ATP的结构式分析，一分子ATP包括一个分子腺 苷（由腺噪呤和核糖组成），三分子磷酸基团（两个高能磷 酸键)。ATP水解时，远离腺苷的高能磷酸键首先断裂，释 放能量，变成ADP:若完全水解，另一个高能磷酸键也能断 裂，变成AMP。即 NHz NC、 c一N 腺嘌呤 CH OH OH OH 馨 HO-P-O-P~O- iO-CHzO 0 H H H >核糖 高能磷酸键 HO OH 磷酸腺苷(RNA单位之一即AMP) 二磷酸腺苷(ADP) 三磷酸腺苷(ATP) 2.ATP、DNA、RNA和核苷酸中“A”的含义 ATP、DNA、RNA和核苷酸中均有“A”,这些A均与 腺嘌呤有密切关系，但具体含义却各有区别。核苷酸分子 中的A是腺噪吟，ATP中的A是腺苷，由腺噪吟和核糖组 成。DNA和RNA中的A分别是腺噪呤脱氧核苷酸和腺 嘌呤核糖核苷酸。 [真题14](2019·海南)下面关于ATP的叙述，错误的是 ( A.细胞质和细胞核中都有ATP的分布 B.ATP合成所需的能量由磷酸提供 C.ATP可以水解为一个核苷酸和两个磷酸 D.正常细胞中ATP与ADP的比值在一定范围内变化 [解析]考查ATP的组成、作用和ATP与ADP的相互转 化。ATP是生物生命活动的直接能源物质。ATP分子的结构 简式为A一P一P一P,其中“A”代表腺苷，“P”代表磷酸基团， “~”代表高能磷酸键。ATP水解变化成ADP的过程释放能量 供给生命活动。ADP吸收能量转化成ATP,这部分能量来自生 物的呼吸作用，另外植物体内的能量还可以来自光能。ATP与 ADP的这种相互转化，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之 中的。只要有消耗ATP的地方就会有ATP的分布。ATP连续 水解两次变成AMP和2分子的磷酸，AMP为腺嘌呤核糖核 苷酸。 [答案]B 解题模型3.2 ATP和ADP的相互转化 ATP分子中远离A的那个高能磷酸键容易水解和重新 生成，这对于细胞中能量的捕获、贮存和释放非常重要。ATP 在细胞内含量并不多，但可迅速转化循环利用。如图所示： ATP 发能 能量1 发能 酶1 酶2 生 于应 于应 放中 吸中 Pi 能量2 ADP 酶1 转化式：ADP+Pi十能量 最交ATp 上述ATP与ADP的相互转化过程不是化学上的可 逆反应，现归纳如下： ①反应条件不同：ATP的分解是一种水解反应，催化 该反应的酶属于水解酶：而ATP的合成是一种合成反应， 催化该反应的酶属于合成酶。酶具有专一性，因此反应条 件不同。 ②能量来源不同：ATP水解释放的能量是储存在高能 磷酸键中的化学能，而合成ATP的能量主要是有机物中 的化学能和太阳能。 ③合成与分解的场所不同：ATP合成的场所是细胞 质基质、线粒体和叶绿体；而ATP分解的场所很多，如： 细胞膜（供主动运输消耗的能量）、叶绿体基质（将ATP 中的能量释放出来，储存在合成的有机物中)、细胞质基 质（由ATP供能，活化氨基酸，将活化的氨基酸转移到相 应的mRNA上)、细胞核(DNA复制和RNA合成所消耗 的能量)等。因此，合成与分解的场所不尽相同。 ④两者的功能不同：ATP是生物体内生命活动的直接 能源物质，它水解时释放的能量可以供各项生命活动需 要；而ATP的合成伴随着能量的储存，该反应实际上是生 物体内能量的转换过程。 [真题15](2023·天津)夏初，在某河口多地点采集并测 定水样，结果表明，各采样点无机氮浓度相近，而无机磷浓度差 异较大。按无机磷浓度由低到高的顺序，绘制各采样点对应的 浮游植物和浮游动物的密度曲线，结果如下图。 密度 浮游植物 浮游动物 P2无机磷浓度 4 据图回答： (1)磷元素进入浮游植物细胞后，以 分于的形式成 为细胞膜支架的成分；在细胞内，磷元素通过参与 反应（写反应式），保持细胞内ATP含量的相对 稳定。 (2)分析发现，P1、P。采样点浮游植物种类差别非常明显， 从进化角度分析，这是 的结果。 (3)无机磷浓度高于P,的采样点，浮游动物的密度反而比 P,采样点低，下列有关其原因的分析，不可能的是 (单选)。 A.可被浮游动物取食的浮游植物种类较少 B.水体溶解氧较高 C.浮游动物的捕食者数量较多 D.水体有害物质浓度较高 (4)请用箭头补充完成该河口生物群落中氮元素的流向图。 浮游植物 浮游动物 大型消费者 分解者 [解析](1)细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，ADP和 Pi合成ATP。(2)生物与环境的关系。这是自然选择的结果， 造成浮游植物种类差别明显。(3)水体中的溶氧较高，对大多数 动物是有利的，而不是减少的原因，所以选择B。 [答案](1)磷脂 ADP+P十危强}ATP（2)自然选 择(3)B (4) 浮游植物 浮游动物→大型消费者+分解者 解题模型3.3 ATP的形成途径 植物一 一光合非用：光能整记电票n4AP一先新是体大 囊体薄膜上 (光反应) 发生于细胞质 ▣菌浮吸作用：有机物繁警笑。能量 热能→散失 基质和线粒体 化学能酯AT发生于细胞膜 中（原核生物 真菌 ADP+Pi 和细胞质中) 动物 晚酸肌酸+ADP影ATP+肌酸→发生于骨骼肌细胞中 [真题16](2005·广东)在高等植物细胞中，线粒体和叶 绿体是能量转换的重要细胞器，请回答以下问题： (1)叶绿体中合成ATP的能量来源是 ,合成的 ATP用于 ,释放的氧气的来源是 ,CO除来 自大气外还来源于 (2)线粒体中合成ATP的能量来源是 ,合成的 ATP用于 ,吸收的氧气除来自大气外还来源于 (3)将提取的完整线粒体和叶绿体悬浮液，分别加入盛有丙 酮酸溶液和NaHCO,溶液的两支大小相同的试管中，给予充足 光照，都会产生气泡。请问这两种气泡成分是否一样？请解释 原因。 (4)假如将上述两支试管移人黑暗的环境中，保持温度不 变，两支试管产生气泡的量分别有什么变化？为什么？ [解析](1)绿色植物进行光合作用合成ATP的能量来源 是光照，光合作用释放的氧气全部来源于水。呼吸作用和大气 中的二氧化碳共同为植物提供二氧化碳。(2)有机物在线粒体 中氧化分解，形成ATP为生命活动提供能量，消耗的氧气除来 自大气外还来自光合作用。(3)不一样，前者为二氧化碳，后者 为氧气。(4)光合作用需要光能，而呼吸作用只要温度不变，呼 吸强度就基本不变，所以前者产生气泡量基本不变，后者逐渐减 少直至停止。考查光合作用与呼吸作用的物质变化及相互 关系。 [答案](1)光能C的还原水的分解呼吸作用(2) 有机物的分解生命活动光合作用(3)不一样。因为丙酮 酸在线粒体中进行有氧呼吸，产生了CO,而叶绿体利用HCO 进行光合作用产生O:。(4)前者基本不变，后者逐渐减少直 至停止。因为光是光合作用的必需条件，而在温度恒定时，呼吸 作用基本稳定。 解题模型3.4 生物体内的能源物质总结 在细胞中，糖类、脂肪、蛋白质都是有机物且含量较 多，贮存着大量的化学能。当其被氧化分解时，这些化学 能就释放出来，供生命活动所利用，因此它们是能源物质。 但在正常情况下，糖类分解供能约占总能量的70%以上， 因此，糖类是生命活动的主要能源物质。具体地说，葡萄 糖是细胞内的重要能源物质，糖类中的淀粉是植物细胞中 贮存能量的物质，糖原是动物细胞中贮存能量的物质。 脂肪分子中贮存的能量多（每克糖类或蛋白质完全氧 化时放出17.15kJ的能量，每克脂肪完全氧化时放出 38.91kJ的能量，是同质量的糖类、蛋白质的两倍还多)，是 理想的贮能物质，所以脂肪是生物的主要贮能物质。蛋白 质在细胞内是主要的结构物质和调节物质，虽也少量地分 解供能，但供能比例小，所以是能源物质，但不是主要能源 物质。若动物长时间严重饥饿，就会大量分解蛋白质作能 源物质，但这样会破坏细胞和生物体的基本结构，使生物 体不能维持正常的新陈代谢，从而危及生命。 细胞中还有高能化合物如ATP,它们的分子中有高能 磷酸键。ATP水解时可放出较多的能量，直接为生命活动 供能，所以ATP是直接能源物质。 (1)细胞中的重要能源物质—一葡萄糖。 (2)植物细胞中储存能量的物质一淀粉。 (3)动物细胞中储存能量的物质一糖原。 (4)生物体内储存能量的主要物质一一脂肪。 (5)生物体进行各项生命活动的主要能源物质一 糖类。 (6)生物体进行各项生命活动的直接能源物 质一ATP。 (7)生物体进行各项生命活动的最终能源物质一一太 阳能。 注意：(1)ADP形成ATP时有H2)生成，ATP转化 为ADP时则需消耗HO。 (2)叶绿体中产生的ATP专用于光合作用暗反应，不 可用于其他生命细胞，且光反应中产生的ATP远多于呼 吸作用过程所产生的ATP。 [真题17](2004·广东、广西)ATP是生物体内的高能化 合物。人和动物的生命活动所需要的ATP主要通过 作用释放的能量来合成。植物体内ATP主要通过 作 用释放的能量来合成。植物体内ADP转化成ATP所需要的能 量主要来自 作用和 作用。ATP中 水解，释放能量用于生命活动。 [解析]考查动、植物体内ATP的来源和作用。动物体内 使ADP合成ATP的能量来自呼吸作用（包括有氧呼吸和无氧 呼吸)；植物体内的ATP除来自呼吸作用外还可以来自光合作 用。ATP是生物体内的直接能源物质，其高能磷酸键水解，释 放出的能量，可被用于生物体的各项生命活动。 [答案]呼吸光合呼吸光合高能磷酸键 十年高考母题原型训练 (★代表高考出现的频次) A组 题源1酶在代谢中的作用（★★★★★） 1.(2021·重庆)下列有关酶的叙述，正确的是 ( A.高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性 B.酶是活细胞产生并具有催化作用的蛋白质 C.细胞质基质中有催化葡萄糖分解的酶 D.细胞质中没有作用于DNA的解旋酶 2.(2021·上海)将刚采摘的甜玉米立即放入沸水中片刻， 可保持其甜味。这是因为加热会 A.提高淀粉酶活性 B.改变可溶性糖分于结构 C.防止玉米粒发芽 D.破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶 3.(2021·广东)嫩肉粉是以蛋白酶为主要成分的食品添加 剂，就酶的作用特点而言，下列使用方法中最佳的是 A.炒肉的过程中加入 B.肉炒熟后起锅前加入 C.先用沸水溶解后与肉片混匀，炒熟 D.室温下与肉片混匀，放置一段时间，炒熟 4.(2020·广东)关于蛋白酶的叙述，不正确的是() A.蛋白酶是蛋白质 B.蛋白酶可以作为药品治疗某些疾病 C.蛋白酶可以水解所有的肽键 D.利用酶工程可以提高蛋白酶的稳定性 5.下图表示在不同条件下，酶促反应的速度变化曲线，试 分析： 反应速度 B ￡1酶浓度相对值为2个单位37℃ Ⅱ酶浓度相对值为2个单位25℃ 0 底物浓度 (1)分于从常态转变为易发生化学反应的活跃状态所需要 的能量称