酶和ATP 【知识精讲精研】 高考生物一轮复习 （新教材新高考）

第08讲酶和ATP讲核心素养构思维导图题型剖析考点梳理内容导航4213酶在细胞代谢中的作用、本质及酶的特性

影响酶促反应速率的因素

酶的相关实验

酶的相关曲线分析

5酶在生活中的应用

ATP的结构

ATP与ADP可以相互转化与ATP的合成和利用

671.生命观念——结构与功能观：酶和ATP的结构与其功能相适应；物质与能量观：ATP是生命活动的直接能源物质2.科学思维——归纳与演绎：根据相关探究实验归纳酶的特性与化学本质；比较分析：比较酶、激素等物质的异同；比较ATP的合成、利用过程；模型与建模：构建酶的特性的物理模型和数学

模型，构建ATP的分子结构模型3.科学探究——实验设计与结果分析：探究酶的高效性、专一性及温度、PH对酶促反应的影响，学会对照实验设计的一般思路4.社会责任——社会应用：酶和ATP在生产和生活中的应用酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性考点1考点1酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性1、细胞代谢

细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。细胞代谢是细胞生命活动的基础。细胞代谢离不开酶。人体细胞内所发生的反应是非常快的，据估计人体内的细胞每分钟发生的反应超过几百万次；人体血液中的红细胞每秒钟要更新200万个考点1酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性2、酶的作用

2H2O2强氧化剂，加速细胞衰老，可损伤DNA，具有致癌风险。进行如下实验：

①2H2O2=2H2O＋O2，加热加速分解；

②加质量分数3.5%的FeCl3反应速率增加；较多气泡卫生香变亮

90℃左右的水浴中加热2滴FeCl3溶液少量气泡卫生香不复燃考点1酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性2、酶的作用2H2O2强氧化剂，加速细胞衰老，可损伤DNA，具有致癌风险。进行如下实验：

①2H2O2=2H2O＋O2，加热加速分解；

②加质量分数3.5%的FeCl3反应速率增加；

③加质量分数20%的肝脏研磨液反应速率增加；2滴肝脏研磨液大量气泡卫生香复燃考点1酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性2、酶的作用

①加热加速分解；②加FeCl3反应速率增加；③加肝脏研磨液反应速率明显增加；较多气泡卫生香变亮2滴FeCl3溶液

90℃左右的水浴中加热少量气泡卫生香不复燃2滴肝脏研磨液大量气泡卫生香复燃比较实验①③说明，比较实验②③说明，酶具有催化作用，同无机催化剂相比，催化效率更高。考点1酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性2、酶的作用

【归纳】酶的作用①酶具催化作用。使细胞代谢在温和条件下快速有序地进行。②同无机催化剂相比，酶催化效率更高。考点1酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性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称为活化能。(单位J/mol)

②机理：酶通过降低化学反应所需要的活化能而加快反应速率。与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德发酵与活酵母细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用李比希毕希纳酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样萨姆纳1926年用丙酮作溶剂提取出了刀豆种子中的脲酶，并证明了脲酶是是蛋白质切赫、奥特曼20世纪80年代，少数RNA也具有生物催化功能巴斯德之前考点1酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性酶本质的探索历程考点1酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性4、酶本质的探索历程（1）本质：绝大多数酶是蛋白质。少数酶是RNA。（2）合成场所及原料：核糖体（氨基酸）细胞核（核糖核苷酸）（3）酶本质的实验验证实验思路实验组：待测酶液+双缩脲试剂→是否出现紫色反应对照组：已知蛋白液+双缩脲试剂→出现紫色反应实验组对照组待测酶液稀释的鸡蛋清考点1酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性考点1酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性5、酶的定义

酶是有活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。少数酶是RNA。（注意：可在细胞内、细胞外、体外发挥作用。酶不具有调节功能。)化学本质绝大多数_______少数是_____合成原料合成场所来源作用部位生理功能作用原理蛋白质RNA氨基酸核糖核苷酸核糖体核仁降低化学反应的活化能生物催化作用活细胞细胞内外、体外考点1酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性

6、酶的特性（1）酶的高效性

①含义：与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。酶的催化效率是无机催化剂的107-1013倍。

②意义：使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。考点1酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性

6、酶的特性（1）酶的高效性

【酶与无极催化剂比较】①酶的催化效率是无机催化剂的107～1013倍。②无机催化剂催化的化学反应范围比较广。但一种酶只能催化一种或一类化学反应。③无机催化剂能在高温、高压、强酸或强碱条件下催化化学反应。但酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。考点1酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性

6、酶的特性（2）酶的专一性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，C和D表示催化后的产物③意义：使细胞代谢有条不紊地进行。DCABAB考点1酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性

6、酶的特性（3）酶的作用条件较温和①温度对酶活性的影响(如图1)：ab段表示:b点时:bc段表示:a点时:c点时:随温度升高，酶活性逐渐增强；酶活性最高，此点所对应的温度为最适温度；随温度升高，酶活性逐渐减弱。温度较低，酶活性较低，但酶的空间结构稳定。酶活性丧失，其原因是高温使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。考点1酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性5、酶的特性（3）酶的作用条件较温和②pH对酶活性的影响(如图2)：de段表示:e点时:ef段表示:d点和f点时:随pH升高，酶活性逐渐增强；酶活性最高，此点所对应的pH为最适pH；随pH升高，酶活性逐渐减弱。酶活性丧失，其原因是过酸、过碱使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。考点1酶在细胞代谢中的作用和本质及酶的特性

6、酶的特性（3）酶的作用条件较温和③影响酶活性的条件

过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。

低温时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高。酶制剂适宜在低温下保存。下列关于酶的叙述正确的是①酶具有催化作用，并都能与双缩脲试剂反应呈紫色②酶通过提供反应所需的活化能提高反应速率③蛋白酶能催化不同的蛋白质水解，因此酶不具有专一性④细胞代谢能够有条不紊地进行，主要由酶的高效性决定⑤酶是由具有分泌功能的细胞产生的⑥酶既可作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物A.③⑤⑥

B.②③⑥

C.③⑥

D.⑥D影响酶促反应速率的因素考点21、

酶促反应由酶催化的化学反应，生物体内的化学反应绝大多数属于酶促反应。2、

酶促反应速率单位时间内反应物或生成物浓度的改变量。温度活性底物浓度酶促反应速率pH激活剂抑制剂酶的浓度考点2影响酶促反应速率的因素①温度②pH③酶的浓度：底物充足时，反应速率随酶浓度的升高而加快。④底物浓度：在一定浓度范围内，反应速率随浓度的升高而加快，但达到一定浓度，反应速率不再变化。温度a酶促反应速率①pHb酶促反应速率②酶浓度酶促反应速率底物充足③底物浓度c酶促反应速率④考点2影响酶促反应速率的因素⑤抑制剂酶抑制剂底物底物抑制剂酶a.竞争性抑制剂抑制剂与底物竞争酶

如图，抑制剂的结构与酶的活性中心相似，当抑制剂与酶结合时，就阻止了底物与酶结合。

由于竞争性抑制剂与底物竞争酶。因此，增大底物浓度，就会使抑制剂与酶结合的减少，从而减少抑制作用。因此，竞争性抑制剂的抑制作用可以通过增大底物浓度来抵消其抑制作用。考点2影响酶促反应速率的因素

由于非竞争性抑制剂不与底物竞争，因此，其抑制作用不能通过增加底物的浓度来抵消其抑制作用。酶底物底物酶抑制剂⑤抑制剂b.非竞争性抑制剂考点2影响酶促反应速率的因素竞争性抑制剂与被抑制活性的酶的底物通常有结构上的相似性，其能与底物竞争结合酶分子上的活性中心，从而对酶活性产生可逆的抑制作用。图1表示竞争性抑制剂直接阻碍底物与酶结合的机理；图2是有无竞争性抑制剂对酶促反应速率的影响曲线。下列相关判断正确的是A.酶的活性中心能和竞争性抑制剂、

底物同时结合B.竞争性抑制剂或底物与酶结合，

不会导致酶失活C.竞争性抑制剂会增加化学反应所需的活化能D.竞争性抑制剂的抑制作用不能通过增加底物浓度来解除B酶的相关实验考点3考点3酶的相关实验一、控制变量和对照实验的设计1、变量

实验过程中的变化因素。

①自变量：

②因变量：

③无关变量：人为控制的对实验对象进行处理的因素。因自变量改变而变化的变量。除自变量外，实验过程中对实验结果造成影响的可变因素。考点3酶的相关实验一、控制变量和对照实验的设计2、对照实验

除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致，并将结果进行比较的实验。一般要设置对照组和实验组。

一般认为，实验组是根据实验目的、针对研究对象而进行的实验操作，使用来得出结论的；对照组则是为了排除其他无关因素或非研究因素的干扰或同时证明实验操作过程、实验方法正确与否而进行的操作。常用的对照类型分为空白对照、条件对照、相互对照和自身对照。考点3酶的相关实验一、控制变量和对照实验的设计3、对照实验的一般原则(1)对照原则：在实验中，一般需要设置对照组。通过设置对照组，既能排除无关变量对实验结果的影响，又能增加实验结果的可信度和说服力。(2)单一变量原则（等量原则）：实验组和对照组只能有自变量这一种处理因素不同。其他可能对实验结果造成影响的无关变量在实验组和对照组中应完全相同，且处于最适宜的状态。(3)平行重复原则：在同样条件下重复实验，以消除偶然误差。(4)科学性原则：实验方案严谨，选材合适恰当，实验步骤科学规范。考点3酶的相关实验二、相关实验分析【实验】比较过氧化氢在不同条件下的分解1、实验原理：2H2O2→2H2O＋O2↑2、选材选新鲜的肝脏的原因：新鲜肝脏中的酶能保持其原有的活性。研磨充分：充分研磨有助于过氧化氢酶从细胞中释放出来并与过氧化氢充分接触。3、实验过程及现象考点3酶的相关实验上述实验可以说明

水浴加热、FeCl3溶液中的Fe3＋以及肝脏研磨液中的过氧化氢酶均可加速H2O2的分解。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。试管试剂处理现象12mLH2O2溶液常温22mLH2O2溶液90℃水浴加热32mLH2O2溶液3.5%的FeCl3溶液2滴42mLH2O2溶液20%的新鲜肝脏研磨液2滴几乎无气泡产生有较少气泡有较多气泡有大量气泡考点3酶的相关实验4、变量分析自变量因变量无关变量对照组实验组加热、加氯化铁溶液、加肝脏研磨液过氧化氢分解速率（单位时间内产生气泡的数目多少）加入H2O2的量；实验室温度；FeCl3溶液的量；肝脏研磨液的新鲜程度1号试管2、3、4号试管考点3酶的相关实验二、相关实验分析【实验】淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用1、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。2、选材用斐林试剂检测产物。不能用碘液检测底物。3、实验设计思路考点3酶的相关实验4、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。步骤1淀粉＋淀粉酶蔗糖＋淀粉酶260℃保温5min3分别加2ml斐林试剂

4煮沸1min,使其停止反应现象出现砖红色沉淀无颜色变化结论酶具有专一性考点3酶的相关实验二、相关实验分析【实验】影响酶活性的条件1、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。考点3酶的相关实验(2)实验材料及检测试剂的选择

在探究温度影响酶活性的实验中，不宜选用H2O2溶液，原因是H2O2的分解本身受温度影响，温度越高，H2O2分解越快。

在探究温度影响酶活性的实验中，选取淀粉和淀粉酶，一般用碘液检测实验结果，不宜选用斐林试剂检验，原因是使用斐林试剂需要加热，实验步骤较为烦琐，且可能影响实验的自变量。考点3酶的相关实验(3)实验过程：(4)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。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)变蓝不变蓝变蓝考点3酶的相关实验二、相关实验分析【实验】影响酶活性的条件2、探究pH对酶活性的影响(1)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。(2)实验材料

在探究pH影响酶活性的实验中，不宜选用淀粉溶液，原因是酸性溶液会使淀粉水解。考点3酶的相关实验(3)实验过程①取3支洁净的试管并编号，分别加入等量新鲜的肝脏研磨液。②依次加入蒸馏水，盐酸，NaOH溶液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。(4)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。方案催化剂底物pH温度①胃蛋白酶、胰蛋白酶蛋白块中性室温②淀粉酶淀粉、蔗糖适宜适宜③蛋白酶蛋白质适宜不同温度④过氧化氢酶、氯化铁溶液过氧化氢强酸性室温为探究影响酶活性的因素、验证酶的专一性和高效性等，某同学设计了4套方案，如表所示。下列相关叙述正确的是A.方案①的目的是探究pH对酶活性的影响，自变量是酶的种类B.方案②的目的是验证淀粉酶的专一性，可用斐林试剂检测C.方案③的目的是验证温度对酶活性的影响，可用双缩脲试剂检测D.方案④的目的是验证酶的高效性，加酶的一组产生气泡数较多B若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活力的实验中，下列操作顺序合理的是A.加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量B.加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量C.加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量D.加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量C酶的相关曲线分析考点4考点4酶的相关曲线分析1、酶的高效性要点解读：

①催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。

②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。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。考点4酶的相关曲线分析要点解读：

①加入麦芽糖酶，蔗糖剩余量不变，而麦芽糖剩余量减少。

②麦芽糖酶不能催化蔗糖水解，可以催化麦芽糖水解。

③可采用同一底物，分别加入不同的酶进行实验。考点4酶的相关曲线分析3、底物浓度影响酶促反应速率要点解读：①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。②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。考点4酶的相关曲线分析4、酶浓度影响酶促反应速率要点解读：

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。考点4酶的相关曲线分析5、温度和pH共同作用对酶活性的影响甲图说明：①在最适pH时，酶的催化作用最强，高于或低于最适pH，酶的催化作用将减弱。②过酸、过碱都会使酶失活。③不同的酶最适pH不同。考点4酶的相关曲线分析5、温度和pH共同作用对酶活性的影响乙图说明：①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，酶的催化作用将减弱最终失活。②低温只会抑制酶的活性，而高温会使酶失活。丙图说明：反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。考点4酶的相关曲线分析5、温度和pH共同作用对酶活性的影响①反应溶液中pH的变化不影响酶作用的最适温度。②反应溶液中温度的变化不影响酶作用的最适pH。考点4酶的相关曲线分析考点4酶的相关曲线分析如图所示为影响酶促反应的温度、pH和底物浓度与反应速率关系的曲线图，下列相关叙述错误的是A.影响乙曲线的因素是温度，影响丙曲线

的因素是pHB.甲曲线中，a点与b点限制酶促反应速率

的因素不相同C.乙曲线中，d点与f点酶的空间结构都被破坏且不能恢复D.丙曲线中，g点时对应因素升高，酶的活性不能到达h点C下图为最适温度下酶促反应曲线，Km表示反应速率为1/2Vmax时的底物浓度。竞争性抑制剂与底物结构相似，可与底物竞争性结合酶的活性部位；非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合，从而使酶的活性部位功能丧失。下列分析正确的是A.适当升高温度，Vmax和Km均会增大B.加入非竞争性抑制剂，Vmax降低C.加入竞争性抑制剂，Km值降低D.Km值越大，酶与底物亲和力越高B酶在生活中的应用考点5

溶菌酶溶解细菌的细胞壁，具有抗菌消炎的作用。在临床上与抗生素混合使用，增强抗生素的疗效。

果胶酶能够分解果肉细胞壁中的果胶，提高果汁产量，使果汁变得清亮。

加酶洗衣粉壁普通洗衣粉有更强的去污能力。加酶洗衣粉中的酶可不是直接来自生物体的，而是经过酶工程改造的产品，比一般的酶稳定性更强。

多酶片中含有多种消化酶，你消化不良时，可以服用。考点5酶在生活中的应用ATP的结构考点6考点6ATP的结构1、功能:是驱动细胞生命活动的直接能源物质。2、中文名称：腺苷三磷酸。3、ATP的结构(1)简式

A－P～P～P其中“A”表示腺苷（核糖+腺嘌呤），“P”代表磷酸基团，“～”代表特殊的化学键。考点6ATP的结构3、ATP的结构(2)结构和功能的关系

在有关酶的催化作用下，末端磷酸基团脱落，释放出大量能量。

由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，ATP的化学性质不稳定，末端磷酸基团具有较高的转移势能。

1molATP水解释放的能量高达30.54KJ，所以ATP是一种高能磷酸化合物。

ATP并不是细胞内唯一的高能磷酸化合物，高能磷酸化合物在生物体内有很多种，如存在于细胞内的UTP、GTP、CTP及动物体内的磷酸肌酸。A核糖PPP~~腺苷腺嘌呤核糖核苷酸腺苷二磷酸（ADP）腺苷三磷酸（ATP）A-P~P~P

腺嘌呤考点6ATP的结构3、ATP的结构考点6ATP的结构3、ATP的结构(3)ATP与核苷酸的关系①元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，与核酸的元素组成是相同的。②AMP是RNA的基本组成单位之一。ATP与ADP可以相互转化与ATP的合成和利用考点7考点7ATP与ADP可以相互转化与ATP的合成和利用1、ATP和ADP的相互转化这两个反应是可逆反应吗？ATP和ADP相互转化时，反应所需要的酶、能量的来源和去路、反应的场所不同，因此两者的相互转化不是可逆的。A.①代表ATP中的“A”，ATP脱去④⑤成为腺嘌呤核糖核苷酸B.④和⑤之间化学键的形成过程总是与放能反应相关联C.ATP中磷酸基团⑤很快就会被32P标记，但是ATP的含量基本不变D.细胞癌变后ATP末端磷酸基团被取代的速率加快将标记的32P注入活细胞内，随后迅速分离细胞内的ATP，测定其放射性，右图代表ATP的结构。下列叙述错误的是A考点7ATP与ADP可以相互转化与ATP的合成和利用2、ATP的合成

能量来源于各种生物的呼吸作用，绿色植物的光合作用。3、ATP的利用

①细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的。

在生命活动中，ATP中的能量可转化为不同形式的能量。实例：电鳐发电、物质合成、肌细胞收缩、主动运输和大脑思考等生命活动。考点7ATP与ADP可以相互转化与ATP的合成和利用3、ATP的利用②ATP为主动运输供能原理

参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2+与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸集团脱离下来与载体蛋白结合，这一个过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2+结合位点转向膜外侧，将Ca2+释放到膜外。

ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化。这些分子被磷酸化后，空间结构改变，活性也被改变，因而参与各种化学反应。