第1講 代謝中的酶與ATP
(1)酶的化學(xué)本質(zhì):絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),少數(shù)是RNA 作用:催化作用。 作用機(jī)理:降低活化能。 活化能:分子從常態(tài)到易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量。 酶降低活化能的效果比無機(jī)催化劑的效果更顯著。
(2)酶的特點(diǎn)①高效性:酶的催化效率是無機(jī)催化劑的107~1013倍。②專一性:每種酶只能催化一種或一類化合物的化學(xué)反應(yīng)。③作用條件溫和性:在適宜的溫度和pH下,酶的活性高。(3)影響酶活性的條件(溫度和pH)
酶活性最大時(shí)的溫度為最適溫度,酶活性最大時(shí)的pH為最適pH。 高溫、過酸、過堿、重金屬會使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞,使酶失活。 低溫酶不失活,空間結(jié)構(gòu)沒有被破壞,在適宜的溫度下酶的活性可恢復(fù)。 酶制劑一般適合在低溫(0~4℃)下保存。
甲　　　　　　 　　 乙
(4)酶濃度和底物濃度對酶促反應(yīng)速率的影響 在底物足夠多的情況下,酶促反應(yīng)速率與酶濃度成正比。 在酶有限的情況下,底物濃度較低時(shí),反應(yīng)速率與底物濃度成正比;當(dāng)所有的酶與底物結(jié)合時(shí),反應(yīng)速率達(dá)到最大值,再增加底物,反應(yīng)速率不再增加。
考點(diǎn)2　ATP(腺苷三磷酸)
(1)功能:ATP是生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。糖類是主要能源物質(zhì);ATP是直接能源物質(zhì);脂肪是良好的儲能物質(zhì)。
(2)ATP的結(jié)構(gòu)簡式:A—P~P~P:A代表腺苷(腺嘌呤+核糖),P代表磷酸基團(tuán),~代表特殊化學(xué)鍵。
(3)ATP與ADP的轉(zhuǎn)化: 能合成ATP的過程有:光合作用和呼吸作用。能合成ATP的場所有:細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和葉綠體。 細(xì)胞內(nèi)ATP的含量很少,但ATP與ADP轉(zhuǎn)化迅速,能持續(xù)地為生命活動(dòng)提供能量。
(4)ATP的利用: 細(xì)胞中絕大多數(shù)需要能量的生命活動(dòng)都是由ATP直接提供能量,如大腦思考、電鰩發(fā)電、主動(dòng)運(yùn)輸、物質(zhì)合成、肌肉收縮等都需要消耗ATP。 ATP水解釋放的磷酸基團(tuán)使蛋白質(zhì)等分子磷酸化,蛋白質(zhì)等分子磷酸化后空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,活性被改變。 細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)分為吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)。吸能反應(yīng)是需要吸收能量的,如蛋白質(zhì)的合成,吸能反應(yīng)總是與ATP的水解相聯(lián)系,ATP水解的反應(yīng)式為:ATP ADP+Pi+能量;放能反應(yīng)是釋放能量的,如葡萄糖的氧化分解,放能反應(yīng)總是與ATP的合成相聯(lián)系,ATP合成的反應(yīng)式為:ADP+Pi+能量 ATP。 能量通過吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)在ADP和ATP之間流通。
典例示范一(2021·廣州一模)酶對細(xì)胞代謝起著非常重要的作用。下列有關(guān)酶的敘述,正確的是(　　)A.細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中都可能有DNA聚合酶B.光合作用的光反應(yīng)階段不需要酶的參與C.人體細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白酶的最適pH均相同D.過氧化氫酶為H2O2的快速分解提供活化能
【答案】　A【重點(diǎn)歸納】　酶的化學(xué)本質(zhì)、作用、作用機(jī)理、特點(diǎn)和酶活性的影響因素是重點(diǎn)考查的知識點(diǎn)?！驹斀狻俊NA主要在細(xì)胞核,少量在細(xì)胞質(zhì)(線粒體和葉綠體),哪里有DNA哪里就會進(jìn)行DNA 的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄,DNA復(fù)制需要DNA聚合酶,故細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中都可能有DNA聚合酶,A正確;光反應(yīng)階段,ADP+Pi+光能 ATP這個(gè)反應(yīng)需要酶的參與,B錯(cuò)誤;不同酶的最適pH不一樣,比如胃蛋白酶的最適pH是1.5~2.0,而胰蛋白酶最適pH是7.8~8.5之間,C錯(cuò)誤;酶的作用是降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能,不能提供活化能,D錯(cuò)誤。
變式訓(xùn)練一(2022·深圳二模)“銀燭秋光冷畫屏,輕羅小扇撲流螢”是唐代詩人杜牧的詩句。螢火蟲尾部的發(fā)光細(xì)胞中含有熒光素和熒光素酶。在熒光素酶的作用下,熒光素接受ATP提供的能量后被激活,激活的熒光素與氧結(jié)合形成氧化熒光素,同時(shí)發(fā)出熒光。下列敘述正確的是(　　)A.螢火蟲發(fā)光細(xì)胞中的熒光素酶主要起到調(diào)節(jié)作用B.螢火蟲可以通過調(diào)節(jié)熒光素酶的合成來控制發(fā)光C.熒光素被激活過程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)屬于放能反應(yīng)D.熒光素與氧氣結(jié)合放出的能量全部轉(zhuǎn)移到ATP中
【答案】　B【詳解】　螢火蟲發(fā)光細(xì)胞中的熒光素酶主要起到催化作用,A錯(cuò)誤;基因可以通過控制酶的合成來控制細(xì)胞代謝進(jìn)而間接控制生物的性狀,所以螢火蟲可以通過調(diào)節(jié)熒光素酶的合成來控制發(fā)光,B正確;熒光素被激活過程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)屬于吸能反應(yīng),C錯(cuò)誤;熒光素與氧氣結(jié)合放出的能量少部分轉(zhuǎn)移到ATP中,大部分以熱能的形式散失,D錯(cuò)誤。
典例示范二ATP是細(xì)胞的能量“通貨”,是生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì),下圖為ATP的結(jié)構(gòu)和ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系式。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)A.圖1中的A代表腺苷,b、c為特殊化學(xué)鍵B.圖2中進(jìn)行①過程時(shí),圖1中的c鍵斷裂并釋放能量C.ATP與ADP快速轉(zhuǎn)化依賴于酶催化作用具有高效性D.夜間有O2存在時(shí),圖2中過程②主要發(fā)生在線粒體
圖1　　　　　　　　　　　 圖2
【答案】　A【重點(diǎn)歸納】　ATP的結(jié)構(gòu)、ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化是重點(diǎn)考查的知識點(diǎn)?！驹斀狻俊項(xiàng)中A代表的是腺嘌呤,A錯(cuò)誤;圖2中①過程進(jìn)行的是ATP水解,ATP水解時(shí)遠(yuǎn)離A的特殊化學(xué)鍵易斷裂,也就是圖1中c鍵,B正確;ATP水解和ATP合成需要酶催化,酶的催化作用具有高效性,C正確;夜間有O2存在時(shí),主要進(jìn)行有氧呼吸,有氧呼吸發(fā)生的主要場所是線粒體,D正確。
變式訓(xùn)練二(2022·廣州一模)ATP是細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì),下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)A.人成熟紅細(xì)胞可通過無氧呼吸產(chǎn)生ATPB.人體細(xì)胞ATP合成所需的能量由磷酸提供C.ATP可用于物質(zhì)逆濃度梯度跨膜運(yùn)輸D.ATP釋放的磷酸基團(tuán)能與某些蛋白質(zhì)結(jié)合
【答案】　B【詳解】　人體成熟的紅細(xì)胞無線粒體,進(jìn)行無氧呼吸產(chǎn)生ATP,A正確;人體細(xì)胞ATP合成所需的能量是由有機(jī)物在氧化分解過程中釋放的能量提供的,B錯(cuò)誤;物質(zhì)逆濃度梯度跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞綄儆谥鲃?dòng)運(yùn)輸,需要消耗ATP釋放的能量,C正確;ATP釋放的磷酸基團(tuán)能與某些蛋白質(zhì)結(jié)合,例如在主動(dòng)運(yùn)輸過程中,磷酸基團(tuán)可以和Ca2+載體蛋白結(jié)合,這是載體蛋白的磷酸化,D正確。
1.(2021·廣東卷)在高等植物光合作用的卡爾文循環(huán)中,唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisc。下列敘述正確的是(　　)A.Rubisc存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中B.激活Rubisc需要黑暗條件C.Rubisc催化CO2固定需要ATPD.Rubisc催化C5和CO2結(jié)合
【答案】　D【解析】　Rubisc參與植物光合作用過程中的暗反應(yīng),暗反應(yīng)場所在葉綠體基質(zhì),故Rubisc存在于葉綠體基質(zhì)中,A錯(cuò)誤;暗反應(yīng)在有光和無光條件下都可以進(jìn)行,故參與暗反應(yīng)的酶Rubisc的激活對光無要求,B錯(cuò)誤;Rubisc催化CO2固定不需要ATP,C錯(cuò)誤;Rubisc催化二氧化碳的固定,即C5和CO2結(jié)合生成C3的過程,D正確。
2.(2021·全國甲卷)已知①酶、②抗體、③激素、④糖原、⑤脂肪、⑥核酸都是人體內(nèi)有重要作用的物質(zhì)。下列說法正確的是(　　)A.①②③都是由氨基酸通過肽鍵連接而成的B.③④⑤都是生物大分子,都以碳鏈為骨架C.①②⑥都是由含氮的單體連接成的多聚體D.④⑤⑥都是人體細(xì)胞內(nèi)的主要能源物質(zhì)
【答案】　C【解析】　大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),少數(shù)酶是RNA;激素是有機(jī)物,可能是蛋白質(zhì)、固醇、氨基酸衍生物等,A錯(cuò)誤;生物大分子有蛋白質(zhì)、核酸和多糖,激素是有機(jī)物,可能是蛋白質(zhì)、固醇、氨基酸衍生物等;脂肪不是生物大分子,B錯(cuò)誤;①大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),少數(shù)酶是RNA,蛋白質(zhì)的單體是氨基酸,RNA的單體是核糖核苷酸,都含氮;②抗體是蛋白質(zhì),單體是氨基酸,含氮;⑥核酸的單體是核苷酸,含氮,C正確;糖類是主要能源物質(zhì);ATP是直接能源物質(zhì);脂肪是良好的儲能物質(zhì),D錯(cuò)誤。
3.(2022·廣東卷)某同學(xué)對蛋白酶TSS的最適催化條件開展初步研究,結(jié)果見下表。下列分析錯(cuò)誤的是(　　)
注:　+/-分別表示有/無添加,反應(yīng)物為Ⅰ型膠原蛋白
【答案】　C【解析】　分析②③組可知,沒有添加CaCl2,降解率為0,說明該酶的催化活性依賴CaCl2,A正確;分析①②變量可知,pH均為9,都添加了CaCl2,溫度分別為90 ℃、70 ℃,故自變量為溫度,B正確;②組酶的活性最高,此時(shí)pH為9,溫度為70 ℃,但由于溫度梯度、pH梯度較大,不能說明最適溫度為70 ℃,最適pH為9,C錯(cuò)誤;該實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)物為Ⅰ型膠原蛋白,要確定該酶能否水解其他反應(yīng)物還需補(bǔ)充實(shí)驗(yàn),D正確。
A.該酶的催化活性依賴于CaCl2B.結(jié)合①、②組的相關(guān)變量分析,自變量為溫度C.該酶催化反應(yīng)的最適溫度為70 ℃,最適pH為9D.尚需補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)才能確定該酶是否能水解其他反應(yīng)物
4.(2022·全國乙卷)某種酶P由RNA和蛋白質(zhì)組成,可催化底物轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的產(chǎn)物。為探究該酶不同組分催化反應(yīng)所需的條件。某同學(xué)進(jìn)行了下列5組實(shí)驗(yàn)(表中“+”表示有,“-”表示無)。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出的結(jié)論是(　　)A.酶P必須在高濃度Mg2+條件下才具有催化活性B.蛋白質(zhì)組分的催化活性隨Mg2+濃度升高而升高C.在高濃度Mg2+條件下RNA組分具有催化活性D.在高濃度Mg2+條件下蛋白質(zhì)組分具有催化活性

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