[課程標準] 1.說明絕大多數(shù)酶是一類催化生化反應的蛋白質(zhì)，其活性受環(huán)境因素的影響。2.探究酶的高效性、專一性以及影響酶活性的因素。3.解釋ATP是驅(qū)動生命活動的直接能源物質(zhì)。
考點一 ATP的結(jié)構(gòu)和作用
1．ATP的生成、利用與細胞代謝的關系
(1)ATP中含有兩個高能磷酸鍵，其中遠離腺苷的高能磷酸鍵容易水解與合成。
(2)細胞中ATP含量很少，由于ATP與ADP間的快速轉(zhuǎn)化，因此能保證生命活動的需要。
(3)ATP并非“唯一”的直接能源物質(zhì)，直接能源物質(zhì)除ATP外，還有GTP、CTP、UTP等。
(4)除光能、有機物中化學能之外，硝化細菌等化能合成作用的細菌可利用體外環(huán)境中的某些無機物(如NH3)氧化時所釋放的能量來合成ATP。
2．能源物質(zhì)歸納
1．(2020·全國Ⅲ，29)參照表中內(nèi)容，圍繞真核細胞中ATP的合成來完成下表。
答案 (1)細胞質(zhì)基質(zhì)
(2)無氧呼吸
(3)光能
(4)O2、NADPH
(5)H2O、CO2
解析 (1)(2)由反應物是葡萄糖，終產(chǎn)物除ATP外，還有乙醇和CO2，可知該過程是無氧呼吸，發(fā)生的場所(反應部位)是細胞質(zhì)基質(zhì)。(3)(4)由場所是葉綠體的類囊體膜和反應名稱為光合作用的光反應，可知該過程合成ATP的能量來源是光能，終產(chǎn)物除ATP外，還有O2和NADPH。(5)由反應部位是線粒體，反應物是丙酮酸等，反應名稱為有氧呼吸的部分過程，可知該過程是有氧呼吸的第二和第三階段，終產(chǎn)物除ATP外，還有CO2、H2O。
思維延伸 判斷正誤：
(1)在有氧和無氧的條件下，酵母菌細胞質(zhì)基質(zhì)中都能形成ATP( √ )
(2)ATP在細胞中的含量高，以滿足生命活動的需要( × )
(3)酶的合成需要ATP供能，ATP的合成需要酶的催化( √ )
(4)在生物體的活細胞內(nèi)，ATP與ADP的轉(zhuǎn)化只能單向進行( × )
(5)DNA、ATP、磷脂所含元素的種類相同( √ )
(6)線粒體、葉綠體和高爾基體都是合成ATP的場所( × )
(7)ATP中含有三個高能磷酸鍵( × )
2．(2016·全國Ⅰ，29節(jié)選)在有關DNA分子的研究中，常用32P來標記DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脫氧)上三個磷酸基團所處的位置(A－Pα～Pβ～Pγ或dA－Pα～Pβ～Pγ)?；卮鹣铝袉栴}：
(1)某種酶可以催化ATP的一個磷酸基團轉(zhuǎn)移到DNA末端上，同時產(chǎn)生ADP。若要用該酶把32P標記到DNA末端上，那么帶有32P的磷酸基團應在ATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。
(2)若用帶有32P的dATP作為DNA生物合成的原料，將32P標記到新合成的DNA分子上，則帶有32P的磷酸基團應在dATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。
答案 (1)γ (2)α
解析 (1)ATP水解生成ADP的過程中，斷裂的是遠離腺苷A的那個高能磷酸鍵即β位和γ位之間的高能磷酸鍵，即γ位磷酸基團轉(zhuǎn)移到DNA末端。要將32P標記到DNA上，帶有32P的磷酸基團應在γ位上。(2)dATP脫去β位和γ位的磷酸基團后為腺嘌呤脫氧核糖核苷酸，即DNA的基本組成單位之一，用dATP為原料合成DNA時，要將32P標記到新合成的DNA上，則32P應在α位。
思維延伸 ATP與DNA、RNA、核苷酸的結(jié)構(gòu)中都有“A”，但在不同物質(zhì)中表示的含義不同：
(1)寫出圖中A1～A4的含義：A1________； A2________________； A3________； A4________。
(2)圖乙所示的過程可能是________或________。
答案 (1)腺苷 腺嘌呤脫氧核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸 腺嘌呤 (2)轉(zhuǎn)錄 逆轉(zhuǎn)錄
1．細胞內(nèi)有與ATP結(jié)構(gòu)類似的GTP、CTP和UTP等高能磷酸化合物，但ATP用途較為廣泛。下列有關敘述錯誤的是( )
A．UTP分子中含有2個高能磷酸鍵，徹底水解可得到3種有機物
B．ATP分子中高能磷酸鍵全部斷裂后的產(chǎn)物中有某些酶的基本組成單位
C．ATP的合成常伴隨放能反應，而吸能反應不一定伴隨ATP的水解
D．唾液腺細胞分泌唾液淀粉酶的過程是一個需要消耗ATP的胞吐過程
答案 A
解析 UTP(三磷酸尿苷)徹底水解的產(chǎn)物為尿嘧啶、核糖和磷酸，其中磷酸屬于無機物，A錯誤；ATP分子中高能磷酸鍵全部斷裂后的產(chǎn)物有腺嘌呤核糖核苷酸和磷酸，其中腺嘌呤核糖核苷酸是RNA類酶的基本組成單位，B正確；某些吸能反應可能伴隨GTP、CTP或UTP的水解，C正確。
2．(2019·山東淄博三模)ATP合成酶是一種結(jié)構(gòu)復雜的蛋白質(zhì)，位于生物膜上，能催化ATP的合成。下列敘述錯誤的是( )
A．ATP和ATP合成酶都含有核糖
B．ATP合成酶可催化高能磷酸鍵的合成
C．真核細胞中ATP合成酶可分布于線粒體內(nèi)膜和葉綠體類囊體薄膜上
D．ATP合成酶在溫和的條件下發(fā)揮作用
答案 A
解析 ATP中含有核糖，ATP合成酶中不含有核糖，A錯誤；ATP合成酶能催化高能磷酸鍵的合成，使ADP形成ATP，B正確；根據(jù)題意，ATP合成酶位于生物膜上，在真核細胞中ATP合成酶可分布于線粒體內(nèi)膜和葉綠體類囊體膜上，C正確；酶可以在溫和條件下催化反應，D正確。
3．圖1為ATP的結(jié)構(gòu)，圖2為ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的關系式，以下說法正確的是( )
A．圖1中的五碳糖為脫氧核糖
B．圖1中A代表腺苷，b、c為高能磷酸鍵
C．圖2中反應向右進行時，圖1中c鍵斷裂并釋放能量
D．圖2中反應向左進行時，能量只能來自細胞呼吸
答案 C
解析 圖1為ATP的結(jié)構(gòu)簡式，圖中的A代表腺嘌呤，其中的五碳糖為核糖，A與核糖結(jié)合形成腺苷，b、c為高能磷酸鍵，A、B錯誤；圖2中反應向右進行時，表示ATP水解成ADP和Pi，遠離腺苷的高能磷酸鍵即圖1中的c鍵斷裂并釋放能量，C正確；圖2中ADP轉(zhuǎn)化為ATP所需的能量可能來自光合作用吸收的光能或細胞呼吸釋放的有機物中的化學能，D錯誤。
考點二 酶及其相關曲線分析
1．酶的知識歸納
(1)酶只能由活細胞產(chǎn)生，不能來自食物，且?guī)缀跛谢罴毎僧a(chǎn)生酶，產(chǎn)生場所主要為核糖體，但發(fā)揮作用的場所既可以是細胞內(nèi)，也可以是細胞外。
(2)酶具有催化作用，不具有調(diào)節(jié)功能，也不作為能源或組成物質(zhì)。
(3)過酸、過堿或溫度過高，會使酶(蛋白質(zhì)類)的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，但滴加雙縮脲試劑依然會產(chǎn)生紫色。
(4)酶既可以作為催化劑，又可以作為另一個化學反應的底物，如胃蛋白酶或脂肪酶作為催化劑可分解蛋白質(zhì)或脂肪，它們自身又可作為反應的底物被其他蛋白酶水解。
2．影響酶促反應速率的因素的曲線分析
(1)低溫降低酶的活性，但不會使酶失活，即酶的空間結(jié)構(gòu)不被破壞，條件適宜時酶活性可恢復。
(2)高溫、強酸、強堿、重金屬、紫外線、酒精等有機溶劑會破壞酶的空間結(jié)構(gòu)，使酶失活，酶活性不能恢復。
(3)當?shù)孜镞_到一定濃度后，受酶數(shù)量的限制，酶促反應速率不再增加。
(4)底物充足，其他條件適宜的情況下，酶促反應速率與酶濃度成正比。
(2016·全國Ⅱ，29)為了研究溫度對某種酶活性的影響，設置三個實驗組：A組(20 ℃)、B組(40 ℃)和C組(60 ℃)，測定各組在不同反應時間內(nèi)的產(chǎn)物濃度(其他條件相同)，結(jié)果如圖?；卮鹣铝袉栴}：
(1)三個溫度條件下，該酶活性最高的是________組。
(2)在時間t1之前，如果A組溫度提高10 ℃，那么A組酶催化反應的速度會________。
(3)如果在時間t2時，向C組反應體系中增加2倍量的底物，其他條件保持不變，那么在t3時，C組產(chǎn)物總量________，原因是__________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)生物體內(nèi)酶的化學本質(zhì)是__________________________，其特性有____________________
_________________________________________________________________(答出兩點即可)。
答案 (1)B (2)加快 (3)不變 60 ℃條件下，t2時酶已失活，即使增加底物，反應產(chǎn)物總量也不會增加 (4)蛋白質(zhì)或RNA 高效性、專一性
解析 (1)曲線圖顯示：在反應開始的一段時間內(nèi)，40 ℃時產(chǎn)物濃度增加最快，說明酶的活性最高，而B組控制的溫度是40 ℃。(2)A組控制的溫度是20 ℃。在時間t1之前，如果A組溫度提高10 ℃，因酶的活性增強，則A組酶催化反應速度會加快。(3)對比分析圖示中的3條曲線可推知，在時間t2時，C組的酶在60 ℃條件下已經(jīng)失活，所以如果在時間t2時，向C組反應體系中增加2倍量的底物，其他條件保持不變，在t3時，C組產(chǎn)物的總量不變。(4)絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA。酶具有高效性、專一性，酶的作用條件較溫和。
思維延伸 酶相關曲線的“模型與建構(gòu)”
(1)圖1中不同曲線比較說明：
①加酶的曲線和加無機催化劑的曲線比較：酶具有高效性。
②加酶的曲線和不加酶的曲線比較：酶具有催化作用。
(2)圖2中兩曲線比較：酶具有專一性。
(3)分析圖3：OP段的限制因素是底物濃度，P點以后的限制因素最可能是酶濃度。
1．(2020·遼寧省模擬)下列有關酶和ATP的相關敘述，不正確的是( )
A．DNA的合成不一定需要DNA聚合酶的參與
B．細胞內(nèi)多種化學反應能有序地進行與酶的專一性有關
C．ATP可為生命活動提供能量，其合成常伴隨著放能反應進行
D．破傷風桿菌進行無氧呼吸的各個反應階段均生成ATP
答案 D
解析 由RNA逆轉(zhuǎn)錄形成DNA時需要逆轉(zhuǎn)錄酶，DNA復制形成DNA時需要DNA聚合酶，A正確；每一種酶只能催化一種或一類化學反應，酶的專一性能保證細胞內(nèi)多種化學反應有序地進行，B正確；ATP是生命活動的直接能源物質(zhì)，可為生命活動提供能量，其合成常伴隨著放能反應進行，C正確；無氧呼吸只在第一階段產(chǎn)生少量能量，合成少量ATP，D錯誤。
2．(2020·南京二模)將A、B兩種物質(zhì)混合，T1時加入酶C，下圖為最適溫度下A、B濃度的變化曲線。下列敘述正確的是( )
A．該反應體系中酶促反應速率先慢后快
B．酶C提高了A生成B這一反應的活化能
C．實驗中適當提高反應溫度可使T2值減小
D．T2后B增加緩慢是由于A含量過少導致
答案 D
解析 該反應體系中酶促反應速率先快后慢，反應物逐漸減少，A錯誤；酶C降低了A生成B這一反應的活化能，B錯誤；該反應已經(jīng)是在最適溫度下進行，若適當提高反應溫度，可使T2值增大，反應時間變長，C錯誤；T2后產(chǎn)物(B)增加緩慢是由于底物(A)含量過少導致，D正確。
3．高溫淀粉酶在應用前，需要對該酶發(fā)揮作用的最佳溫度范圍進行測定。下圖中曲線①表示在一定溫度范圍內(nèi)的相對酶活性(酶活性與酶最大活性的百分比)。曲線②為酶的熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)，即將酶在不同溫度下保溫足夠長的時間，再在酶活性最高的溫度下測其殘余酶活性而得到的數(shù)據(jù)。下列有關敘述正確的是(不定項)( )
A．曲線①表明，當溫度為80 ℃時，該酶活性最高
B．該酶發(fā)揮作用的最佳溫度范圍是60～70 ℃
C．曲線②上35 ℃數(shù)據(jù)點是在60～70 ℃時測得的
D．曲線②表明該酶的熱穩(wěn)定性在70 ℃之后迅速下降
答案 ABD
解析 結(jié)合題干可知，曲線①表明80 ℃是該酶活性最高時的溫度，A正確；該酶發(fā)揮作用的最佳溫度范圍是60～70 ℃，因為此溫度下不僅酶活性較強，且熱穩(wěn)定性也強，B正確；由題目要求中對②曲線對應的操作過程的敘述可知，曲線②上35 ℃數(shù)據(jù)點是在酶活性最高的溫度下(即80 ℃)測得的，C錯誤；曲線②表明該酶的熱穩(wěn)定性在70 ℃之后急劇下降，D正確?？键c三 有關酶的實驗分析
1．實驗材料和檢測指標
2.探究酶的最適溫度或最適pH的實驗設計程序
3．四步法分析酶的實驗題
第一步，分析實驗目的，確定自變量與因變量(檢測指標)。
第二步，明確實驗原理，理清自變量和無關變量的控制方法。
第三步，分析實驗步驟，判斷是否遵循實驗的對照原則、單一變量原則及科學性原則。
第四步，如果是選擇題，要依據(jù)實驗原理、實驗原則、所學的生物知識進行綜合分析，然后做出判斷；如果是非選擇題則應注意聯(lián)系教材知識綜合分析，以確定所填答案。
(2016·全國Ⅰ，3)若除酶外所有試劑已預保溫，則在測定酶活力的實驗中，下列操作順序合理的是( )
A．加入酶→加入底物→加入緩沖液→保溫并計時→一段時間后檢測產(chǎn)物的量
B．加入底物→加入酶→計時→加入緩沖液→保溫→一段時間后檢測產(chǎn)物的量
C．加入緩沖液→加入底物→加入酶→保溫并計時→一段時間后檢測產(chǎn)物的量
D．加入底物→計時→加入酶→加入緩沖液→保溫→一段時間后檢測產(chǎn)物的量
答案 C
解析 測定酶活力影響因素時，為了排除無關變量的干擾，在改變被探究因素之前，務必防止酶與底物混合，故只有C選項所述操作順序正確。
思維延伸 下列設計合理的是實驗________。
答案 ②
解析 過氧化氫受熱易分解，不宜用過氧化氫探究溫度對酶活性的影響，①不合理；蔗糖酶不能催化淀粉水解，③不合理；斐林試劑呈堿性，能與酸性物質(zhì)發(fā)生反應，且淀粉在酸性條件下會水解，不適合用于探究pH對酶活性的影響的實驗，④不合理。
1．把混有反應物的液體，加到搗碎的土豆汁液中(酶液)，在37 ℃下觀察到某些反應現(xiàn)象。在這種情況下，學生甲設計的對照實驗是用蒸餾水代替反應物，加入酶液中，也可觀察到該反應現(xiàn)象；學生乙設計的對照實驗是用蒸餾水代替酶液，加入反應物中，則觀察不到該反應現(xiàn)象。下面是對此問題的解釋，其中可能性最大的一項是( )
A．酶催化的反應即使完全沒有反應物，也可緩慢進行
B．酶由于被蒸餾水溶解出來，因而能進行反應
C．該酶液中混有與反應物相同的物質(zhì)
D．該酶液中混有催化同一反應的多種酶
答案 C
解析 學生甲用蒸餾水代替反應物，加入酶液中也可觀察到反應現(xiàn)象，說明該酶液中可能混有與反應物相同的物質(zhì)；學生乙設計的對照實驗說明，蒸餾水不起催化作用。
2．(2020·山東濰坊模擬)為研究Cu2＋和Cl－對唾液淀粉酶活性的影響，某小組設計了如下操作順序的實驗方案：
甲組：CuSO4溶液—緩沖液—淀粉酶溶液—淀粉溶液—保溫—檢測
乙組：NaCl溶液—緩沖液—淀粉酶溶液—淀粉溶液—保溫—檢測
丙組：蒸餾水—緩沖液—淀粉酶溶液—淀粉溶液—保溫—檢測
各組試劑量均適宜，下列對該實驗方案的評價，合理的是(不定項)( )
A．緩沖液的pH應控制為最適pH
B．保溫的溫度應控制在37 ℃左右
C．宜選用碘液來檢測淀粉的剩余量
D．設置的對照實驗能達成實驗目的
答案 ABC
解析 本實驗中pH與溫度都是無關變量，為了避免無關變量對實驗的干擾，溫度和pH都應該設置到最適，A、B合理；本實驗的因變量可以是淀粉的剩余量，可以根據(jù)碘遇淀粉變藍的程度來檢測實驗中淀粉的剩余量，C合理；本實驗的自變量是Cu2＋和Cl－，加入的NaCl溶液和CuSO4溶液中還有SOeq \\al(2－,4)和Na＋，無法排除二者對實驗的干擾，D不合理。
3．石油降解酶去醛基后變?yōu)槭?，這兩種酶都能催化污泥中石油的分解。
(1)驗證石化酶化學本質(zhì)所用的試劑名稱是________試劑，酶催化作用的機理是___________。
(2)下圖為不同條件下，石油降解酶對某湖泊污泥中石油分解能力的測定結(jié)果。
①本實驗的自變量為____________________________________________________________，
若要比較石油降解酶及石化酶催化能力的大小，可觀測的指標是_______________________。
②湖泊中能合成石油降解酶的細菌可消除輕微石油污染，這種途徑屬于________分解，這一實例說明生態(tài)系統(tǒng)具有一定的自我調(diào)節(jié)能力。
(3)通過預實驗得知兩種酶的適宜溫度在20～30 ℃之間，為進一步探究兩種酶的最適溫度及催化能力，某同學以2 ℃為溫度梯度設計了如下的實驗記錄表格。
指出表中的三處錯誤：
①________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________。
答案 (1)雙縮脲 降低化學反應的活化能
(2)①污泥含水量和pH (相同樣品中)2天后1 kg污泥中剩余石油含量 ②微生物
(3)①沒有標明具體的溫度 ②溫度設置少兩列 ③缺少對石化酶的記錄(順序可顛倒)
解析 (1)石化酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，因而可用雙縮脲試劑鑒定；酶催化作用的機理是降低化學反應的活化能。(2)①從曲線圖中可判斷實驗的自變量有兩個，即污泥含水量和pH。通過比較相同樣品中，2天后1 kg污泥中剩余石油含量可知石油降解酶及石化酶催化能力的大??；②通過細菌分解石油污染，這屬于微生物分解。(3)根據(jù)實驗設計的單一變量原則、對照性原則及題意中的溫度梯度可知表中的錯誤。反應部位
(1)______
葉綠體的類囊體膜
線粒體
反應物
葡萄糖
/
丙酮酸等
反應名稱
(2)______
光合作用的光反應
有氧呼吸的部分過程
合成ATP的能量來源
化學能
(3)________
化學能
終產(chǎn)物
(除ATP外)
乙醇、CO2
(4)________
(5)________
實驗目的
實驗材料
檢測指標(試劑)
備注
高效性
過氧化氫與過氧化氫酶
O2產(chǎn)生的快慢與多少
與無機催化劑對比
專一性
淀粉、蔗糖與淀粉酶
斐林試劑
不能用碘液檢測結(jié)果
溫度對酶活性的影響
淀粉和淀粉酶
碘液
不能用過氧化氫與過氧化氫酶；不能用斐林試劑檢驗結(jié)果
pH對酶活性的影響
過氧化氫與過氧化氫酶
O2產(chǎn)生的快慢與多少
不能用淀粉和淀粉酶
實驗編號
探究課題
選用材料與試劑
①
溫度對酶活性的影響
過氧化氫溶液、新鮮的肝臟研磨液
②
溫度對酶活性的影響
新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
③
pH對酶活性的影響
新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
④
pH對酶活性的影響
新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林試劑
溫度
2天后石油
含量(g/kg污泥)
酶
石油降解酶

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