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第1講酶和ATP[考綱要求]1.酶在代謝中的作用(Ⅱ)。在能量代謝中的作用(Ⅱ)??键c(diǎn)一ATP的結(jié)構(gòu)和作用1.ATP的生成、利用與細(xì)胞代謝的關(guān)系(1)ATP中含有兩個(gè)高能磷酸鍵,其中遠(yuǎn)離腺苷的高能磷酸鍵容易水解與合成。(2)細(xì)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(dòng)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(jī)物中化學(xué)能之外,硝化細(xì)菌等化能合成作用的細(xì)菌可利用體外環(huán)境中的某些無(wú)機(jī)物(如NH3)氧化時(shí)所釋放的能量來(lái)合成ATP。2.能源物質(zhì)歸納1.(2023·全國(guó)Ⅲ,29)參照表中內(nèi)容,圍繞真核細(xì)胞中ATP的合成來(lái)完成下表。反應(yīng)部位(1)______葉綠體的類囊體膜線粒體反應(yīng)物葡萄糖/丙酮酸等反應(yīng)名稱(2)______光合作用的光反應(yīng)有氧呼吸的部分過(guò)程合成ATP的能量來(lái)源化學(xué)能(3)________化學(xué)能終產(chǎn)物(除ATP外)乙醇、CO2(4)________(5)________答案(1)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(2)無(wú)氧呼吸(3)光能(4)O2、NADPH(5)H2O、CO2解析(1)(2)由反應(yīng)物是葡萄糖,終產(chǎn)物除ATP外,還有乙醇和CO2,可知該過(guò)程是無(wú)氧呼吸,發(fā)生的場(chǎng)所(反應(yīng)部位)是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。(3)(4)由場(chǎng)所是葉綠體的類囊體膜和反應(yīng)名稱為光合作用的光反應(yīng),可知該過(guò)程合成ATP的能量來(lái)源是光能,終產(chǎn)物除ATP外,還有O2和NADPH。(5)由反應(yīng)部位是線粒體,反應(yīng)物是丙酮酸等,反應(yīng)名稱為有氧呼吸的部分過(guò)程,可知該過(guò)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(wú)氧的條件下,酵母菌細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中都能形成ATP(√)(2)ATP在細(xì)胞中的含量高,以滿足生命活動(dòng)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(xì)胞內(nèi),ATP與ADP的轉(zhuǎn)化只能單向進(jìn)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(chǎng)所(×)(7)ATP中含有三個(gè)高能磷酸鍵(×)2.(2023·全國(guó)Ⅰ,29節(jié)選)在有關(guān)DNA分子的研究中,常用32P來(lái)標(biāo)記DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脫氧)上三個(gè)磷酸基團(tuán)所處的位置(A-Pα~Pβ~Pγ或dA-Pα~Pβ~Pγ)。回答下列問(wèn)題:(1)某種酶可以催化ATP的一個(gè)磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到DNA末端上,同時(shí)產(chǎn)生ADP。若要用該酶把32P標(biāo)記到DNA末端上,那么帶有32P的磷酸基團(tuán)應(yīng)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(biāo)記到新合成的DNA分子上,則帶有32P的磷酸基團(tuán)應(yīng)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(guò)程中,斷裂的是遠(yuǎn)離腺苷A的那個(gè)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(tuán)轉(zhuǎn)移到DNA末端。要將32P標(biāo)記到DNA上,帶有32P的磷酸基團(tuán)應(yīng)在γ位上。(2)dATP脫去β位和γ位的磷酸基團(tuán)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(shí),要將32P標(biāo)記到新合成的DNA上,則32P應(yīng)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(guò)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(xì)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(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A.UTP分子中含有2個(gè)高能磷酸鍵,徹底水解可得到3種有機(jī)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(yīng),而吸能反應(yīng)不一定伴隨ATP的水解D.唾液腺細(xì)胞分泌唾液淀粉酶的過(guò)程是一個(gè)需要消耗ATP的胞吐過(guò)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(wú)機(jī)物,A錯(cuò)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(yīng)可能伴隨GTP、CTP或UTP的水解,C正確。2.(2023·山東淄博三模)ATP合成酶是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蛋白質(zhì),位于生物膜上,能催化ATP的合成。下列敘述錯(cuò)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(xì)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(cuò)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(xì)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(yīng),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(guān)系式,以下說(shuō)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(yīng)向右進(jìn)行時(shí),圖1中c鍵斷裂并釋放能量D.圖2中反應(yīng)向左進(jìn)行時(shí),能量只能來(lái)自細(xì)胞呼吸答案C解析圖1為ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cuò)誤;圖2中反應(yīng)向右進(jìn)行時(shí),表示ATP水解成ADP和Pi,遠(yuǎn)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(lái)自光合作用吸收的光能或細(xì)胞呼吸釋放的有機(jī)物中的化學(xué)能,D錯(cuò)誤??键c(diǎn)二酶及其相關(guān)曲線分析1.酶的知識(shí)歸納(1)酶只能由活細(xì)胞產(chǎn)生,不能來(lái)自食物,且?guī)缀跛谢罴?xì)胞均可產(chǎn)生酶,產(chǎn)生場(chǎng)所主要為核糖體,但發(fā)揮作用的場(chǎng)所既可以是細(xì)胞內(nèi),也可以是細(xì)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(guò)酸、過(guò)堿或溫度過(guò)高,會(huì)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(huì)產(chǎn)生紫色。(4)酶既可以作為催化劑,又可以作為另一個(gè)化學(xué)反應(yīng)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(yīng)的底物被其他蛋白酶水解。

2.影響酶促反應(yīng)速率的因素的曲線分析(2)高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬、紫外線、酒精等有機(jī)溶劑會(huì)破壞酶的空間結(jié)構(gòu),使酶失活,酶活性不能恢復(fù)。(3)當(dāng)?shù)孜镞_(dá)到一定濃度后,受酶數(shù)量的限制,酶促反應(yīng)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(yīng)速率與酶濃度成正比。(2023·全國(guó)Ⅱ,29)為了研究溫度對(duì)某種酶活性的影響,設(shè)置三個(gè)實(shí)驗(yàn)組:A組(20℃)、B組(40℃)和C組(60℃),測(cè)定各組在不同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)物濃度(其他條件相同),結(jié)果如圖?;卮鹣铝袉?wèn)題:(1)三個(gè)溫度條件下,該酶活性最高的是________組。(2)在時(shí)間t1之前,如果A組溫度提高10℃,那么A組酶催化反應(yīng)的速度會(huì)________。(3)如果在時(shí)間t2時(shí),向C組反應(yīng)體系中增加2倍量的底物,其他條件保持不變,那么在t3時(shí),C組產(chǎn)物總量________,原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)生物體內(nèi)酶的化學(xué)本質(zhì)是__________________________,其特性有_____________________________________________________________________________________(答出兩點(diǎn)即可)。答案(1)B(2)加快(3)不變60℃條件下,t2時(shí)酶已失活,即使增加底物,反應(yīng)產(chǎn)物總量也不會(huì)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(yīng)開(kāi)始的一段時(shí)間內(nèi),40℃時(shí)產(chǎn)物濃度增加最快,說(shuō)明酶的活性最高,而B(niǎo)組控制的溫度是40℃。(2)A組控制的溫度是20℃。在時(shí)間t1之前,如果A組溫度提高10℃,因酶的活性增強(qiáng),則A組酶催化反應(yīng)速度會(huì)加快。(3)對(duì)比分析圖示中的3條曲線可推知,在時(shí)間t2時(shí),C組的酶在60℃條件下已經(jīng)失活,所以如果在時(shí)間t2時(shí),向C組反應(yīng)體系中增加2倍量的底物,其他條件保持不變,在t3時(shí),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(guān)曲線的“模型與建構(gòu)”(1)圖1中不同曲線比較說(shuō)明:①加酶的曲線和加無(wú)機(jī)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(diǎn)以后的限制因素最可能是酶濃度。1.(2023·遼寧省模擬)下列有關(guān)酶和ATP的相關(guān)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(xì)胞內(nèi)多種化學(xué)反應(yīng)能有序地進(jìn)行與酶的專一性有關(guān)C.ATP可為生命活動(dòng)提供能量,其合成常伴隨著放能反應(yīng)進(jìn)行D.破傷風(fēng)桿菌進(jìn)行無(wú)氧呼吸的各個(gè)反應(yīng)階段均生成ATP答案D解析由RNA逆轉(zhuǎn)錄形成DNA時(shí)需要逆轉(zhuǎn)錄酶,DNA復(fù)制形成DNA時(shí)需要DNA聚合酶,A正確;每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng),酶的專一性能保證細(xì)胞內(nèi)多種化學(xué)反應(yīng)有序地進(jìn)行,B正確;ATP是生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì),可為生命活動(dòng)提供能量,其合成常伴隨著放能反應(yīng)進(jìn)行,C正確;無(wú)氧呼吸只在第一階段產(chǎn)生少量能量,合成少量ATP,D錯(cuò)誤。2.(2023·南京二模)將A、B兩種物質(zhì)混合,T1時(shí)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(yīng)體系中酶促反應(yīng)速率先慢后快B.酶C提高了A生成B這一反應(yīng)的活化能C.實(shí)驗(yàn)中適當(dāng)提高反應(yīng)溫度可使T2值減小D.T2后B增加緩慢是由于A含量過(guò)少導(dǎo)致答案D解析該反應(yīng)體系中酶促反應(yīng)速率先快后慢,反應(yīng)物逐漸減少,A錯(cuò)誤;酶C降低了A生成B這一反應(yīng)的活化能,B錯(cuò)誤;該反應(yīng)已經(jīng)是在最適溫度下進(jìn)行,若適當(dāng)提高反應(yīng)溫度,可使T2值增大,反應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng),C錯(cuò)誤;T2后產(chǎn)物(B)增加緩慢是由于底物(A)含量過(guò)少導(dǎo)致,D正確。3.高溫淀粉酶在應(yīng)用前,需要對(duì)該酶發(fā)揮作用的最佳溫度范圍進(jìn)行測(cè)定。下圖中曲線①表示在一定溫度范圍內(nèi)的相對(duì)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(zhǎng)的時(shí)間,再在酶活性最高的溫度下測(cè)其殘余酶活性而得到的數(shù)據(jù)。下列有關(guān)敘述不正確的是()A.曲線①表明,當(dāng)溫度為80℃時(shí),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(diǎn)是在60~70℃時(shí)測(cè)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C解析結(jié)合題干可知,曲線①表明80℃是該酶活性最高時(shí)的溫度,A正確;該酶發(fā)揮作用的最佳溫度范圍是60~70℃,因?yàn)榇藴囟认虏粌H酶活性較強(qiáng),且熱穩(wěn)定性也強(qiáng),B正確;由題目要求中對(duì)②曲線對(duì)應(yīng)的操作過(guò)程的敘述可知,曲線②上35℃數(shù)據(jù)點(diǎn)是在酶活性最高的溫度下(即80℃)測(cè)得的,C錯(cuò)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。考點(diǎn)三有關(guān)酶的實(shí)驗(yàn)分析1.實(shí)驗(yàn)材料和檢測(cè)指標(biāo)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)材料檢測(cè)指標(biāo)(試劑)備注高效性過(guò)氧化氫與過(guò)氧化氫酶O2產(chǎn)生的快慢與多少與無(wú)機(jī)催化劑對(duì)比專一性淀粉、蔗糖與淀粉酶斐林試劑不能用碘液檢測(cè)結(jié)果溫度對(duì)酶活性的影響淀粉和淀粉酶碘液不能用過(guò)氧化氫與過(guò)氧化氫酶;不能用斐林試劑檢驗(yàn)結(jié)果pH對(duì)酶活性的影響過(guò)氧化氫與過(guò)氧化氫酶O2產(chǎn)生的快慢與多少不能用淀粉和淀粉酶2.探究酶的最適溫度或最適pH的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程序3.四步法分析酶的實(shí)驗(yàn)題第一步,分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,確定自變量與因變量(檢測(cè)指標(biāo))。第二步,明確實(shí)驗(yàn)原理,理清自變量和無(wú)關(guān)變量的控制方法。第三步,分析實(shí)驗(yàn)步驟,判斷是否遵循實(shí)驗(yàn)的對(duì)照原則、單一變量原則及科學(xué)性原則。第四步,如果是選擇題,要依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)原則、所學(xué)的生物知識(shí)進(jìn)行綜合分析,然后做出判斷;如果是非選擇題則應(yīng)注意聯(lián)系教材知識(shí)綜合分析,以確定所填答案。(2023·全國(guó)Ⅰ,3)若除酶外所有試劑已預(yù)保溫,則在測(cè)定酶活力的實(shí)驗(yàn)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(jì)時(shí)→一段時(shí)間后檢測(cè)產(chǎn)物的量B.加入底物→加入酶→計(jì)時(shí)→加入緩沖液→保溫→一段時(shí)間后檢測(cè)產(chǎn)物的量C.加入緩沖液→加入底物→加入酶→保溫并計(jì)時(shí)→一段時(shí)間后檢測(cè)產(chǎn)物的量D.加入底物→計(jì)時(shí)→加入酶→加入緩沖液→保溫→一段時(shí)間后檢測(cè)產(chǎn)物的量答案C解析測(cè)定酶活力影響因素時(shí),為了排除無(wú)關(guān)變量的干擾,在改變被探究因素之前,務(wù)必防止酶與底物混合,故只有C選項(xiàng)所述操作順序正確。思維延伸下列設(shè)計(jì)合理的是實(shí)驗(yàn)________。實(shí)驗(yàn)編號(hào)探究課題選用材料與試劑①溫度對(duì)酶活性的影響過(guò)氧化氫溶液、新鮮的肝臟研磨液②溫度對(duì)酶活性的影響新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液③pH對(duì)酶活性的影響新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液④pH對(duì)酶活性的影響新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林試劑答案②解析過(guò)氧化氫受熱易分解,不宜用過(guò)氧化氫探究溫度對(duì)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(yīng),且淀粉在酸性條件下會(huì)水解,不適合用于探究pH對(duì)酶活性的影響的實(shí)驗(yàn),④不合理。1.把混有反應(yīng)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(yīng)現(xiàn)象。在這種情況下,學(xué)生甲設(shè)計(jì)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)是用蒸餾水代替反應(yīng)物,加入酶液中,也可觀察到該反應(yīng)現(xiàn)象;學(xué)生乙設(shè)計(jì)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)是用蒸餾水代替酶液,加入反應(yīng)物中,則觀察不到該反應(yīng)現(xiàn)象。下面是對(duì)此問(wèn)題的解釋,其中可能性最大的一項(xiàng)是()A.酶催化的反應(yīng)即使完全沒(méi)有反應(yīng)物,也可緩慢進(jìn)行B.酶由于被蒸餾水溶解出來(lái),因而能進(jìn)行反應(yīng)C.該酶液中混有與反應(yīng)物相同的物質(zhì)D.該酶液中混有催化同一反應(yīng)的多種酶答案C解析學(xué)生甲用蒸餾水代替反應(yīng)物,加入酶液中也可觀察到反應(yīng)現(xiàn)象,說(shuō)明該酶液中可能混有與反應(yīng)物相同的物質(zhì);學(xué)生乙設(shè)計(jì)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)說(shuō)明,蒸餾水不起催化作用。2.(2023·河南信陽(yáng)二模)為研究Cu2+和Cl-對(duì)唾液淀粉酶活性的影響,某小組設(shè)計(jì)了如下操作順序的實(shí)驗(yàn)方案:甲組:CuSO4溶液—緩沖液—淀粉酶溶液—淀粉溶液—保溫—檢測(cè)乙組:NaCl溶液—緩沖液—淀粉酶溶液—淀粉溶液—保溫—檢測(cè)丙組:蒸餾水—緩沖液—淀粉酶溶液—淀粉溶液—保溫—檢測(cè)各組試劑量均適宜,下列對(duì)該實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià),不合理的是()A.緩沖液的pH應(yīng)控制為最適pHB.設(shè)置的對(duì)照實(shí)驗(yàn)?zāi)苓_(dá)成實(shí)驗(yàn)?zāi)康腃.宜選用碘液來(lái)檢測(cè)淀粉的剩余量D.保溫的溫度應(yīng)控制在37℃左右答案B解析緩沖液的作用是調(diào)節(jié)pH,維持pH穩(wěn)定,本實(shí)驗(yàn)pH以及溫度都是無(wú)關(guān)變量,為了避免溫度和pH對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾,因此溫度和pH都應(yīng)該設(shè)置到最適。本實(shí)驗(yàn)的因變量可以是淀粉和Cl-對(duì)唾液淀粉酶活性的影響。甲、乙兩組實(shí)驗(yàn)中除了有Cu2+和Cl-,還有SOeq\o\al(2-,4)和Na+,需要排除二者對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾,因此對(duì)照組還需要再設(shè)置一組排除SOeq\o\al(2-,4)和Na+干擾的對(duì)照實(shí)驗(yàn),因此設(shè)置的對(duì)照實(shí)驗(yàn)只有一組不能達(dá)成實(shí)驗(yàn)?zāi)康模珺選項(xiàng)不合理。3.石油降解酶去醛基后變?yōu)槭福@兩種酶都能催化污泥中石油的分解。(1)驗(yàn)證石化酶化學(xué)本質(zhì)所用的試劑名稱是________試劑,酶催化作用的機(jī)理是___________。(2)下圖為不同條件下,石油降解酶對(duì)某湖泊污泥中石油分解能力的測(cè)定結(jié)果。①本實(shí)驗(yàn)的自變量為_(kāi)_______________________________________________

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