2024届高三生物一轮复习课件：酶和ATP酶和ATP

单元四能量供应及利用

（1）酶和ATP2024届高考生物解锁大单元一轮复习思维导图考点一：酶一、酶在细胞代谢中的作用1.

细胞代谢：（1）概念：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。（2）条件：需酶的催化。（3）意义：细胞代谢是细胞生命活动的基础。2.

比较过氧化氢在不同条件下的分解：（1）实验目的：ü比较过氧化氢在不同条件下的分解速率。ü尝试探究过氧化氢酶的作用。（2）实验原理：新鲜的肝脏中含有过氧化氢酶，它和无机催化剂Fe3＋都能催化过氧化氢分解为水和氧气。（3）实验过程：ü实验的变量与对照自变量因变量无关变量对照组实验组2号：90℃水浴加热用单位时间内产生气泡的数目多少表示H2O2分解速率加入H2O2的量；实验室温度；FeCl3溶液和肝脏研磨液的新鲜程度1号试管2、3、4号试管3号：加入3.5%FeCl3溶液2滴4号：加入20%肝脏研磨液2滴ü由上述实验可以说明：①1、4号试管对照⇒酶具有催化作用。②1、3、4（或3、4）号试管对照⇒与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。（4）实验结论：与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。3.

酶的作用机理：（1）活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。（2）酶的作用机理：通过降低化学反应所需要的活化能而加快反应速率。（3）意义：使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。二、酶的本质1.

探索过程：（1）1716年《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”。“酒母”就是现在所说的酵母。（2）巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。（3）争论：ü巴斯德（法国）1857年提出：只有活酵母细胞参与才能进行发酵。ü李比希（德国）认为：酵母细胞死亡裂解后释放出某种物质，引起发酵。（4）毕希纳（德国）：获得不含酵母细胞的提取液，他将酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶。但未能分离鉴定出酶。（5）萨姆纳（美国）：1926年用丙酮提取出了刀豆种子中的脲酶，并证明了其化学本质是蛋白质。（6）切赫和奥特曼（美国）：20世纪80年代，发现少数RNA也具有催化功能。2.

酶的概念理解：（1）来源：活细胞产生的。（2）作用：具有催化作用。（3）化学本质：有机物，绝大部分是蛋白质，少部分是RNA。3.酶本质的实验验证：（1）实验设计思路：组别待测液检验试剂现象实验组唾液淀粉酶双缩脲试剂出现紫色对照组已知蛋白液双缩脲试剂出现紫色（2）实验结论：唾液淀粉酶是蛋白质。三、酶的特性ü酶具有高效性1.含义：酶的催化效率是无机催化剂的107～1013倍。2.意义：使细胞代谢快速进行。3.曲线：加入酶、无机催化剂和不加催化剂时，化学反应达到平衡点时所需时间不同。ü酶具有专一性1.含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。2.锁钥模型：图中A表示酶，B表示被酶催化的底物，E和F表示催化后的产物，而C和D则表示不能被该酶催化的物质。3.意义：使细胞代谢能够有条不紊地进行。曲线：分别向蔗糖溶液和麦芽糖溶液中加入麦芽糖酶，底物剩余量不同。3.酶的专一性实验设计：实验原理（1）淀粉、蔗糖均为非还原糖，不能与斐林试剂共热产生砖红色沉淀。（2）淀粉酶可以催化淀粉水解为还原糖，但不能催化蔗糖水解。实验设计思路：步骤1淀粉＋淀粉酶蔗糖＋淀粉酶2等量斐林试剂，水浴加热相同时间现象出现砖红色沉淀无颜色变化结论酶具有专一性实验分析：（1）自变量：反应物的不同。（2）无关变量：溶液的量、温度等。（3）因变量：溶液是否出现砖红色沉淀。ü酶的作用条件较温和1.酶活性：可用在一定条件下酶催化某一化学反应的速率表示。2.酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。过酸、过碱或温度过高，都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。低温只能使酶的活性降低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高。3.探究不同温度对酶活性的影响：（1）实验原理：淀粉遇碘变蓝，根据不同温度下相同时间内反应后的溶液是否出现蓝色以及蓝色的深浅可以判断淀粉被水解的量，从而判断不同温度下酶的活性。（2）实验过程：试管步骤11′22′33′淀粉溶液2mL/2mL/2mL/淀粉酶溶液/1mL/1mL/1mL不同温度下处理5min0℃60℃100℃将同一温度下的两种物质混合后保温5min滴加碘液1滴1滴1滴结果（现象）变蓝不变蓝变蓝（3）实验结论：酶的催化作用需要在适宜的温度下进行，温度过高或过低都会影响酶的活性。4.探究pH对酶活性的影响：实验原理：过氧化氢可在过氧化氢酶的作用下分解产生氧气和水，根据不同pH下气泡产生的快慢可判断过氧化氢酶的活性。实验过程：（1）取8支洁净的试管并编号，分别加入等量新鲜的肝脏研磨液。（2）用盐酸或NaOH溶液调整出不同的pH（如5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0）。（3）分别滴加等量的过氧化氢溶液并摇匀。（4）用点燃但无火焰的卫生香来检测氧气的生成情况。实验结论：酶发挥催化作用需要适宜的pH，pH偏高或偏低都会影响酶的活性。5.温度和PH共同作用对酶活性的影响：ü底物浓度和酶浓度影响酶促反应的速率1.酶浓度影响酶促反应速率：（1）曲线：

（2）要素解读：在有足够底物而又不受其他因素影响的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。2.底物浓度影响酶促反应速率：（1）曲线：（2）要素解读：底物浓度较低时，酶促反应速率与底物浓度成正比，即随底物浓度的增加而增加。当底物浓度达到一定值后，再增加底物浓度，酶促反应速率不再增加。1.与温度和pH有关的曲线（1）图甲曲线分析ü在一定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱甚至失活。酶的催化作用有最适pH，超过或低于此pH，酶的催化作用逐渐减弱。ü过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子的结构未被破坏，温度升高可恢复活性。（2）图乙曲线分析ü纵坐标为反应物剩余量，剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢。ü图示pH=7，反应物剩余量最少，应为最适pH。反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。2.正确认识实验中的变量并加以控制（1）确认实验中的自变量、因变量、无关变量。实验中可以变化的因素称为变量，其中人为改变的变量称为自变量。随自变量而变化的变量称为因变量。实验中可能还会存在一些可变因素，对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。（2）设计对照实验，控制自变量，观察因变量，平衡无关变量。ü空白对照：如“唾液淀粉酶对淀粉的消化作用”，实验组中加唾液，对照组中加等量的清水。ü自身对照：如“植物细胞的质壁分离与复原实验”前后对照。ü相互对照：如“温度对唾液淀粉酶活性的影响实验”，实验设置80℃、60℃、37℃、0℃，四组之间相互对照，得出淀粉糊消化程度最高组的温度。例题1：洗涤剂中的碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解（自溶）失活。此外，加热也能使碱性蛋白酶失活，如图所示。下列叙述错误的是（

）A.碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活B.加热导致碱性蛋白酶构象改变是不可逆的C.添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果D.添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染【答案】B【解析】本题考查酶、蛋白质的变性等。由题意可知，碱性蛋白酶部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并自溶失活，A正确；由题图可知，加热可使碱性蛋白酶部分解折叠，空间构象发生改变，降温后部分解折叠的碱性蛋白酶又可以恢复天然状态的空间构象，B错误；添加酶稳定剂对维持碱性蛋白酶活性有一定作用，因此可以提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果，C正确；碱性蛋白酶能够催化血渍、奶渍等蛋白类污染物降解，且酶具有高效性，因此添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂用量，减少环境污染，D正确。例题2：下列关于研究淀粉酶的催化作用及特性实验的叙述，正确的是（

）A.低温主要通过改变淀粉酶的氨基酸组成，导致酶变性失活B.稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力，是因为酶的作用具高效性C.淀粉酶在一定pH范围内起作用，酶活性随pH升高而不断升高D.若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶，会加快淀粉的水解速率【答案】B【解析】本题考查酶的催化作用和特性。低温只能降低酶的催化活性，并不能使酶变性失活，A错误；酶具有高效性，即使将淀粉酶稀释100万倍，其仍有催化能力，B正确；淀粉酶在一定pH范围内起作用，当超过最适pH，酶活性随pH升高而不断降低，直至失活，C错误；淀粉酶属于蛋白质，若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶，则蛋白酶会催化淀粉酶水解，从而使淀粉的水解速率降低，D错误。考点二：ATP1.

中文名称：腺苷三磷酸。2.

结构简式：A－P～P～P。注：A代表腺苷（由腺嘌呤和核糖组成），T代表“三”，P代表磷酸基团，其结构简式是A—P～P～P，其中“—”代表普通化学键，“～”代表一种特殊的化学键。3.分子组成：（1）元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，这与核酸的元素组成是相同的。（2）AMP是RNA的基本组成单位。（3）ATP的结构组成可以用“1、2、3”来总结，“1”表示1个腺苷，“2”表示两个特殊的化学键，“3”表示3个磷酸基团。3.结构特点：（1）不稳定：由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得“～”这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。（2）高能量：1molATP水解释放的能量高达30.54kJ，所以说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。4.功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。※生物体内的能源物质总结（1）能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。（2）主要能源物质：糖类。（3）储能物质：脂肪、淀粉（植物细胞）、糖原（动物细胞）。（4）主要储能物质：脂肪。（5）直接能源物质：ATP。最终能量来源：太阳能。2.

转化过程中能量来源和去向：üADP合成ATP的能量来源（1）绿色植物，既可来自光能，也可以来自呼吸作用所释放的能量。（2）动物、人、真菌和大多数细菌，均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量。üATP水解成ADP释放的能量去向：各项生命活动。3.相互转化特点：（1）ATP和ADP相互转化是时刻不停地发生且处于动态平衡之中的。（2）ATP和ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的共性。三、ATP的利用1.

ATP水解释放的能量用于各项生命活动（1）实例：细胞的主动运输、肌细胞收缩、生物发电发光、大脑思考、细胞内的物质合成。（2）ATP为主动运输供能的过程分析üCa2＋主动运输的载体蛋白也是催化ATP水解的酶，膜内侧的Ca2＋与其载体结合时激活该酶，将ATP水解。üATP水解时，脱离下来的磷酸基团与载体蛋白结合即载体蛋白的磷酸化。ü载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化。2.ATP是细胞内流通的能量“货币”（1）吸能反应一般与ATP水解相联系；放能反应一般与ATP合成相联系。（2）能量通过ATP在吸能反应和放能反应之间流通。※易混淆的2个与ATP产生量有关的曲线辨析（1）甲图表示ATP产生量与O2供给量的关系üA点表示无氧条件下，细胞可通过无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。üAB段表示随O2供给量增多，有氧呼吸明显加强，通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多，ATP的产生量随之增加。üBC段表示O2供给量超过一定范围后，ATP的产生量不再增加，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。（2）乙图可表示哺乳动物成熟的红细胞中ATP来自无氧呼吸，与O2无关。1.ATP的产生和利用（1）ATP的产生：动物细胞内产生ATP的途径是呼吸作用，涉及的细胞结构是细胞质基质和线粒体；植物细胞内产生ATP的途径是光合作用和呼吸作用，涉及的细胞结构是叶绿体，细胞质基质和线粒体。（2）ATP的利用üATP中的化学能是活跃的化学能，可作为直接能源物质。ATP释放的能量来源于ATP中远离A的高能磷酸键。其中的能量可以转化成各种形式的能量，用于各项生命活动，如：化学能→电能：用于大脑思考和神经传导；化学能→化学能：用于细胞内的各种吸能反应（物质合成）；化学能→机械能：用于肌细胞收缩；化学能→电能、光能：用于生物放电、发光。ü并不是所有的生命活动都需要能量，也不是所有的生命活动的能量都是由ATP提供的。ü常见的消耗能量的生理过程：主动运输、蛋白质合成、胞吞、胞吐、细胞分裂等。ü常见的不消耗能量的生理过程：自由扩散、协助扩散、气体交换、渗透作用、蒸腾作用等。2.能量的来源和去路（1）光能和有机物中的化学能可以分别在光合作用和细胞呼吸过程中，转化为ATP中的能量。（2）ATP中的能量可以被生物体的各种生命活动直接利用。例题1：细胞内有多种高能磷酸化合物，如NTP和dNTP。ATP是NTP家族中的一员，dATP是dNTP家族中的一员。每个NTP分子失去两个磷酸基团后的产物是核糖核苷酸，而每个dNTP分子失去两个磷酸基团后的产物是脱氧核糖核苷酸。下列相关叙述不合理的是（

）A.NTP和dNTP都能作为直接能源物质B.dNTP彻底水解的产物中可能含尿嘧啶C.ATP失去离腺苷最远的磷酸基团可得到ADPD.每个NTP分子中都含有3个磷酸基团【答案】B【解析】NTP和dNTP都是高能磷酸化合物，都可以作为直接能源物质，A正确；小NTP彻底水解的产物