一輪學案第7講aTP與酶

第7講ATP與酶[新高考復習目標]1．生命觀念：理解ATP的結構與功能相適應；基于酶和ATP在細胞代謝中的作用，形成物質(zhì)與能量觀。2．科學思維：通過酶本質(zhì)、特性相關的曲線模型分析，闡明酶在代謝中的作用。3．科學探究：通過探究影響酶活性的因素等實驗，學會控制實驗變量，進行實驗分析和實驗方案的設計。授課提示：對應學生用書第45頁考點一ATP的結構與功能1．ATP的結構(1)圖中各部分結構的名稱：A腺嘌呤，①腺苷，②一磷酸腺苷，③ADP，④ATP，⑤普通化學鍵，⑥高能磷酸鍵。(2)結構特點①ATP分子中遠離A的那個高能磷酸鍵容易水解斷裂，釋放出能量，ATP就轉化為ADP，ADP也可以接受能量而重新形成ATP。②高能磷酸鍵水解時釋放的能量多達30.54kJ/mol，所以說ATP是細胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物。2．ATP和ADP的相互轉化(1)轉化基礎ATP的化學性質(zhì)不穩(wěn)定，遠離腺苷(A)的高能磷酸鍵容易斷裂和重建。(2)ATP和ADP的相互轉化過程比較3．ATP的利用實例1．教材必修1P88“相關信息”中ATP結構和P66“思考與討論”：假如將二者徹底水解，其產(chǎn)物分別是什么？提示：1個ATP分子徹底水解形成1個核糖分子、1個腺嘌呤和3個磷酸基團；1個磷脂分子徹底水解形成2個脂肪酸分子，一個甘油分子，一個磷酸基團和一個含氮化合物。2．教材必修1P89“文字信息”：說出ATP與螢火蟲發(fā)光之間存在怎樣的關系？提示：螢火蟲中的熒光素接受ATP的能量被激活，在熒光素酶的作用下與氧發(fā)生反應，形成氧化熒光素并發(fā)出熒光。3．教材必修1P90“基礎題第3題”：從能量儲存方面，概括出ATP不同于葡萄糖的幾個特點。提示：一是ATP分子中含有的化學能比較少，一分子ATP轉化為ADP時釋放的化學能大約只是一分子葡萄糖的1/94；二是ATP分子中所含的是活躍的化學能，而葡萄糖分子中所含的是穩(wěn)定的化學能。葡萄糖分子中穩(wěn)定的化學能只有轉化為ATP分子中活躍的化學能，才能被細胞利用。1．細胞中的所有生命活動都是由ATP直接提供能量的。(×)2．人體消化道內(nèi)蔗糖的水解不會產(chǎn)生ATP。(√)3．主動運輸一定消耗細胞中的ATP。(×)4．人長時間劇烈運動時，骨骼肌細胞中每摩爾葡萄糖生成ATP的量與安靜時相等。(×)5．ATP水解釋放的能量可用于細胞內(nèi)的放能反應。(×)1.明辨不同化合物中的“A”化合物結構簡式“A”含義共同點ATP腺苷(由腺嘌呤和核糖組成)所有“A”的共同點是都含有腺嘌呤DNA腺嘌呤脫氧核苷酸RNA腺嘌呤核糖核苷酸核苷酸腺嘌呤2.ATP與ADP相互轉化的模型解讀項目ATP的合成ATP的水解反應式ADP＋Pi＋能量eq\o(→,\s\up7(酶1))ATP＋H2OATP＋H2Oeq\o(→,\s\up7(酶2))ADP＋Pi＋能量所需酶ATP合成酶ATP水解酶能量來源光能(光合作用)、化學能(細胞呼吸)儲存在高能磷酸鍵中的能量能量去路儲存于形成的高能磷酸鍵中用于各項生命活動反應場所細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體生物體的需能部位3.肌細胞中ATP產(chǎn)生速率與O2供給量之間關系的建模注意：(1)當橫坐標表示呼吸作用強度時，ATP產(chǎn)生速率的變化曲線應該從原點開始。(2)哺乳動物成熟的紅細胞中，ATP的產(chǎn)生速率幾乎與O2供給量無關。高考總復習生物第三單元細胞的能量供應和利用據(jù)圖分析ATP的結構和特點，思考相關問題：[設計意圖：考查生命觀念與科學思維](1)圖示a處應為“—H”還是“—OH”？提示：圖示a處應為“—OH”，因為該五碳糖為“核糖”。(2)圖示b、c、d所示化學鍵是否相同？其中最易斷裂和重建的是哪一個？提示：圖示b為普通磷酸鍵，c、d則為高能磷酸鍵，其中d處的鍵最易斷裂和重建。(3)圖示框e的名稱是什么？它與DNA、RNA有何關系？提示：圖示框e為腺嘌呤核糖核苷酸，它是構成RNA的基本單位之一，當發(fā)生逆轉錄時，它可與DNA鏈中的胸腺嘧啶脫氧核苷酸配對。命題點1以ATP的結構與功能為依托考查理解與信息獲取能力1．下列有關ATP的敘述，正確的是()A．線粒體是藍藻細胞產(chǎn)生ATP的主要場所B．ATP與ADP相互轉化的能量供應機制，是生物界的共性C．ATP分子由1個腺嘌呤和3個磷酸基團組成D．ATP轉變成ADP的過程是可逆的解析：藍藻是原核生物，沒有線粒體，A錯誤；ATP與ADP的相互轉化滿足細胞對能量的需求，是生物界的共性，B正確；ATP由1分子核糖、1分子腺嘌呤和3個磷酸基團組成，C錯誤；ATP與ADP的相互轉化不是簡單的可逆過程，兩者的酶和能量都不相同，D錯誤。答案：B2．物質(zhì)甲、乙通過反應①、②相互轉化的反應如圖所示，α、β、γ所示位置的磷酸基團分別記為Pα、Pβ、Pγ。下列說法正確的是()A．反應①常與放能反應相聯(lián)系，反應②常與吸能反應相聯(lián)系B．反應②可以發(fā)生在線粒體內(nèi)膜、葉綠體內(nèi)膜上C．通過PCR反應擴增DNA時，甲物質(zhì)可為反應提供能量D．用32P標記Pα的甲作為RNA合成的原料，可使RNA分子被標記解析：①為ATP的水解，一般與吸能反應相聯(lián)系，②為ATP的合成，一般與放能反應相聯(lián)系，A錯誤；②為ATP的合成，在有氧呼吸的第三階段可以在線粒體內(nèi)膜上合成，而葉綠體內(nèi)膜不合成ATP，B錯誤；PCR擴增目的基因時，不需要ATP供能，C錯誤；RNA的基本組成單位為核糖核苷酸，α位的磷酸基團參與構成核糖核苷酸，用32P標記Pα的甲作為RNA合成的原料，可使RNA分子被標記，D正確。答案：D(1)人體內(nèi)ATP的含量很少，但在劇烈運動時，每分鐘約有0.5kg的ATP轉化為ADP，以供運動之需，但人體內(nèi)ATP總含量并沒有太大變化，請分析原因。提示：ATP與ADP時刻不停地發(fā)生快速相互轉化，并且處于動態(tài)平衡之中。(2)植物、動物、細菌和真菌的細胞內(nèi)，都以ATP作為能量“通貨”，由此說明了什么？提示：生物界具有統(tǒng)一性，也說明種類繁多的生物有著共同的起源。命題點2以ATP的結構與功能為依托考查科學思維和科學探究3．在生物體內(nèi)能量的轉換和傳遞中，ATP是一種關鍵的物質(zhì)，其分子結構式如下：(1)從ATP的分子結構式可知，去掉兩個磷酸基團后的剩余部分是__________。(2)人體骨骼肌細胞中，ATP的含量僅夠劇烈運動時3s內(nèi)的能量供給，在校運動會上，某同學參加100m短跑過程中，其肌細胞中ATP相對含量變化如圖2所示。試回答：①由A到B的變化過程中，說明ATP被水解，釋放的能量用于____________________。②由整個曲線來看，肌細胞中ATP的含量不會降為零，說明_________________。(3)某同學進行一項實驗，目的是觀察ATP可使離體的、剛剛喪失收縮功能的新鮮骨骼肌產(chǎn)生收縮這一現(xiàn)象，說明ATP是肌肉收縮所需能量的直接來源。①必須待離體肌肉自身的__________消耗之后，才能進行實驗。②在程序上，采取自身前后對照的方法，先滴加____________(填“葡萄糖溶液”或“ATP溶液”)，觀察__________與否以后，再滴加____________(填“葡萄糖溶液”或“ATP溶液”)。③如果將上述順序顛倒一下，實驗結果是否可靠？____________，原因是________________________________________________________________________。解析：(1)ATP分子去掉兩個磷酸基團后的剩余部分是一分子磷酸、一分子核糖和一分子含氮堿基(腺嘌呤)組成的化合物，即腺嘌呤核糖核苷酸。(2)ATP是直接能源物質(zhì)，在劇烈運動時會用于肌肉收縮等生命活動，ATP在細胞內(nèi)含量少，但可與ADP之間快速轉化。(3)由于實驗的目的是證明ATP是肌肉收縮所需能量的直接來源，所以實驗時應以是否提供ATP為自變量，但實驗前必須要耗盡肌肉自身原有的ATP，同時要注意實驗步驟的先后順序，否則會影響實驗結果的準確性。答案：(1)腺嘌呤核糖核苷酸(2)①肌肉收縮等生命活動②ATP的生成和分解是同時進行的(3)①ATP②葡萄糖溶液肌肉收縮ATP溶液③不可靠如果外源ATP尚未耗盡，會出現(xiàn)滴加葡萄糖溶液肌肉也會收縮的現(xiàn)象，造成葡萄糖也被肌肉直接利用的假象考點二酶的本質(zhì)、作用、特性及影響因素1．比較過氧化氫在不同條件下的分解(1)實驗過程(2)變量分析2．酶的作用與本質(zhì)(1)作用原理①活化能：分子從常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)所需要的能量。②作用機制：降低化學反應活化能。③意義：使細胞代謝能在溫和條件下快速進行。(2)酶的本質(zhì)(3)酶本質(zhì)的探索[連線]3．酶的特性[連線]4．影響酶活性的因素下列是溫度和pH對酶活性的影響示意圖，請寫出其中某點或某段表示的含義。圖中P點表示最適溫度，Q點表示最適pH，偏離P點或Q點，酶的活性降低。1．教材必修1P78“問題探討”：斯帕蘭札尼的實驗巧妙在哪里？提示：把肉放入金屬籠內(nèi)排除物理性消化。2．教材必修1P78～79“實驗”：與1號試管相比，2號試管加熱能促進H2O2的分解是因為加熱降低了活化能嗎？提示：不是，加熱能提高反應物分子的能量，不能降低反應的活化能。3．教材必修1P83“學科交叉”：酸具有專一性嗎？提示：不具有，酸既能催化蛋白質(zhì)水解，又能催化脂肪和淀粉水解。4．教材必修1P87“科學·技術·社會”：若提高加酶洗衣粉的洗滌效果應特別注意什么？含酶牙膏中應含哪類酶？提示：前者應特別注意水溫，后者應含有溶菌酶。1．酶是細胞代謝所必需的。(√)2．酶提供了反應過程所必需的活化能。(×)3．隨著溫度降低，酶促反應的活化能下降。(×)4．酶脫離生物體不能起作用。(×)5．酶制劑適宜在低溫的條件下保存。(√)6．能夠促使唾液淀粉酶水解的酶是淀粉酶。(×)7．溶菌酶能夠降解植物細胞壁和細菌細胞壁。(×)1.明辨酶的八個易錯點項目正確說法錯誤說法產(chǎn)生場所活細胞(不考慮哺乳動物成熟的紅細胞等)具有分泌功能的細胞才能產(chǎn)生化學本質(zhì)有機物(大多數(shù)為蛋白質(zhì)，少數(shù)為RNA)蛋白質(zhì)作用場所可在細胞內(nèi)、細胞外、體外發(fā)揮作用只在細胞內(nèi)起催化作用溫度影響低溫只抑制酶的活性，不會使酶變性失活低溫和高溫均使酶變性失活作用酶只起催化作用酶具有調(diào)節(jié)、催化等多種功能來源生物體內(nèi)合成有的可來源于食物等合成原料氨基酸、核糖核苷酸只有氨基酸合成場所核糖體、細胞核等只有核糖體2.酶相關模型的構建與解讀(1)酶的高效性①與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。②酶和無機催化劑一樣，只能縮短達到化學平衡所需要的時間，不能改變化學反應的平衡點。(2)酶的專一性①加入酶B的反應速率和無酶條件下的反應速率相同，說明酶B對此反應無催化作用。②加入酶A的反應速率隨反應物濃度的增大明顯加快，說明酶A對此反應有催化作用。(3)影響酶活性的因素甲曲線分析：①在一定溫度(pH)范圍內(nèi)，隨溫度(pH)的升高，酶的催化作用增強，超過這一范圍，酶的催化作用逐漸減弱。②過酸、過堿、高溫都會使酶變性失活，而低溫只是抑制酶的活性，酶分子的結構未被破壞，溫度升高可恢復活性。乙曲線分析：縱坐標為反應物剩余量，剩余量越多，生成物越少，反應速率越慢；圖示pH＝7時，反應物剩余量最少，應為最適pH；反應溶液pH的變化不影響酶作用的最適溫度。(4)底物濃度和酶濃度對酶促反應的影響①甲圖：在其他條件適宜、酶量一定的情況下，酶促反應速率先隨底物濃度增加而加快，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。②乙圖：在底物充足、其他條件適宜的情況下，酶促反應速率與酶濃度成正比。1．如圖曲線表示酶的作用機理，據(jù)圖回答：[設計意圖：考查生命觀念與科學思維](1)沒有催化劑參與的反應曲線和有酶催化的反應曲線分別是什么？提示：②；①。(2)AC段的含義是什么？提示：在無催化劑的條件下，反應所需要的活化能。(3)BC段的含義是什么？提示：酶降低的活化能。(4)若將酶催化改為無機催化劑催化該反應，則B點在縱軸上將怎樣移動？提示：向上移動。2．甲、乙兩種酶用同一種蛋白酶處理，酶活性與處理時間的關系如圖所示。請據(jù)圖回答：[設計意圖：考查生命觀念與科學思維](1)甲、乙兩種酶的化學本質(zhì)分別是什么？請說出判斷依據(jù)。提示：觀察曲線圖可知，甲酶的活性始終保持不變，表明甲酶能抵抗該種蛋白酶的降解，則甲酶的化學本質(zhì)不是蛋白質(zhì)而是RNA；乙酶能被蛋白酶破壞，活性降低，則乙酶的化學本質(zhì)為蛋白質(zhì)。(2)乙酶活性改變的機制是什么？其活性能否恢復？提示：乙酶被降解的過程中其空間結構會發(fā)生改變，從而使其活性喪失，這種活性的改變不可逆轉，故無法恢復。(3)欲讓甲、乙兩種酶的變化趨勢換位，應加入何類酶？提示：RNA水解酶。3．已知酶必須保持正常的結構才能發(fā)揮催化作用，酶分子被水解后就不能發(fā)揮催化作用；X酶存在于人的肝細胞中，能將糖原分解為葡萄糖。請依據(jù)上述原理設計實驗，在適宜溫度、pH下探究X酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)還是RNA。[設計意圖：考查生命觀念與科學思維](1)簡要寫出實驗思路，并預期實驗結果及結論。(要求：實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組)提示：實驗思路：甲組：將X酶先用蛋白酶處理，再與糖原溶液混合，在適宜條件下保溫一段時間后，檢測是否有葡萄糖(還原糖)的產(chǎn)生。乙組：將X酶先用RNA酶處理，再與糖原溶液混合，在適宜條件下保溫一段時間后，檢測是否有葡萄糖(還原糖)的產(chǎn)生。預期結果及結論：①若甲組有葡萄糖(還原糖)生成，乙組沒有葡萄糖(還原糖)生成，則說明X酶的化學本質(zhì)是RNA；②若甲組沒有葡萄糖(還原糖)生成，乙組有葡萄糖(還原糖)生成，則說明X酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)。(2)欲加快酶促反應速率，節(jié)約實驗時間，請?zhí)岢龊侠淼拇胧?。提示：增加酶的?或濃度)、降低底物的量(或濃度)。命題點1eq\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(以酶為依托考查理解與信息獲取能力))1．(2021·適應性測試湖北卷)在生物體內(nèi)，酶是具有催化作用的有機物。下列關于酶的敘述，錯誤的是()A．過氧化氫酶、脲酶和麥芽糖酶的化學本質(zhì)都是蛋白質(zhì)B．DNA聚合酶和DNA連接酶都能催化磷酸二酯鍵的形成C．胰蛋白酶的合成及分泌與核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體有關D．淀粉酶和鹽酸通過降低反應物的活化能催化淀粉水解解析：絕大多數(shù)酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶的化學本質(zhì)是RNA，過氧化氫酶、脲酶和麥芽糖酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，A正確；DNA聚合酶能催化磷酸二酯鍵的形成，將游離的脫氧核苷酸連接在正在合成的子鏈上；DNA連接酶也能催化磷酸二酯鍵的形成，將兩個DNA片段連接到一起，B正確；胰蛋白酶屬于分泌蛋白，分泌蛋白的合成首先要在核糖體上合成肽鏈，然后還要經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的加工，形成一定的空間結構，C正確；淀粉酶是生物催化劑，可以降低反應物的活化能來催化淀粉水解；而鹽酸不是催化劑，不能降低反應物的活化能，D錯誤。答案：D2．硝酸甘油是緩解心絞痛的常用藥，該物質(zhì)在人體內(nèi)轉化成一氧化氮，一氧化氮進入心血管平滑肌細胞后與鳥苷酸環(huán)化酶的Fe2＋結合，導致該酶活性增強，催化產(chǎn)物cGMP增多，最終引起心血管平滑肌細胞舒張，從而達到快速緩解病癥的目的。下列說法不正確的是()A．人體長期缺鐵會降低硝酸甘油的藥效B．cGMP生成量隨一氧化氮濃度升高而持續(xù)升高C．一氧化氮進入心血管平滑肌細胞不消耗ATPD．一氧化氮與鳥苷酸環(huán)化酶的Fe2＋結合可能使該酶的結構發(fā)生改變解析：硝酸甘油在人體內(nèi)轉化成一氧化氮，與鳥苷酸環(huán)化酶的Fe2＋結合，達到快速緩解病癥的目的，人體長期缺鐵會降低硝酸甘油的藥效，A正確；細胞內(nèi)的鳥苷酸環(huán)化酶的Fe2＋有限，cGMP生成量不會隨一氧化氮濃度升高而持續(xù)升高，B錯誤；一氧化氮進入心血管平滑肌細胞是自由擴散，不消耗ATP，C正確；一氧化氮與鳥苷酸環(huán)化酶的Fe2＋結合可能使該酶的結構發(fā)生改變，導致該酶活性增強，D正確。答案：Beq\a\vs4\al([題后總結])對酶的幾點理解(1)作為催化劑，酶具有一般催化劑應具有的特點①酶只能催化熱力學上允許進行的反應。②只提高化學反應速率，縮短反應時間，不會改變化學平衡的狀態(tài)。③在反應前后，酶的化學性質(zhì)和數(shù)量保持不變。(2)酶是化合物，也可以作為底物被其他酶催化分解。命題點2以酶的圖像為依托考查科學思維和科學探究3．(