2024届高考二轮 酶和ATP 学案

专题三酶和ATP[课标内容]1．说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质，酶活性受环境因素(如pH和温度等)的影响。2.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。1．(必修1P79～80思考·讨论)巴斯德与李比希之争对后人进一步研究酶的本质起到了怎样的作用？提示：促使后人把酶研究的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。2．(必修1P84图5-2和图5-3)为什么低温时曲线和横轴不相交？提示：因为低温时酶的结构未改变，只是活性降低。3．(必修1P85科学·技术·社会)溶菌酶能够溶解________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，能增强抗生素的疗效。提示：细菌4．(必修1P85科学·技术·社会)加酶洗衣粉中的酶直接来自生物体吗？提示：不是，加酶洗衣粉中的酶是经过酶工程改造过的，稳定性更强。5．(必修1P89小字)萤火虫尾部的发光细胞中含有____________________，荧光素接受________提供的能量后被激活。在荧光素酶的催化作用下，荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光。提示：荧光素和荧光素酶ATP要点1降低化学反应活化能的酶1．酶的多角度归纳eq\a\vs4\al(特别提醒)①凡是活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生酶，酶可在细胞内或细胞外发挥作用。②酶的作用是催化，不具有调节作用，也不能作为能源和组成物质。③作为催化剂，酶在反应前后化学性质和数量都没有发生改变。④与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著；加热可提供活化能。2．解读酶的三类曲线(1)酶的作用原理——酶能降低化学反应的活化能(如图所示)。①表示无酶催化时反应进行所需要的活化能是ac段。②表示有酶催化时反应进行所需要的活化能是bc段。③酶降低的活化能是ab段。(2)酶的作用特性①图1中加酶的曲线和加无机催化剂的曲线比较，说明酶具有高效性，而与不加催化剂的曲线比较只能说明酶具有催化作用。②图2中两曲线比较说明酶具有专一性。(3)酶促反应速率的影响因素①温度和pH②反应物浓度和酶浓度图甲中OP段的限制因素是反应物浓度，而P点之后的限制因素有酶浓度和酶活性；图乙对反应物的要求是反应物足量。eq\a\vs4\al(特别提醒)①反应速率≠化学平衡酶只是降低了化学反应的活化能，所能催化的是本来就能发生的反应，提高了反应速率，缩短了到达平衡点的时间，而平衡点的大小只能由反应物的量来决定。②酶促反应速率≠酶活性温度和pH是通过影响酶的空间结构来改变酶活性，进而影响酶促反应速率的；而反应物浓度和酶浓度是通过影响反应物与酶的接触面积而影响反应速率的。3．依据实验目的准确选取实验材料和检测指标实验目的实验材料检测指标(试剂)备注高效性过氧化氢与过氧化氢酶O2产生的快慢与多少与无机催化剂对比专一性淀粉、蔗糖与淀粉酶斐林试剂不能用碘液温度对酶活性的影响淀粉和淀粉酶碘液不能用斐林试剂pH对酶活性的影响过氧化氢与过氧化氢酶O2产生的多少与快慢不选用淀粉和淀粉酶4.掌握与酶相关的两类实验设计(1)验证酶的本质、作用特性的实验设计实验目的实验组对照组实验组衡量标准验证某种酶是蛋白质待测酶液＋双缩脲试剂已知蛋白液＋双缩脲试剂是否出现紫色验证酶具有催化作用反应物＋相应酶液反应物＋等量蒸馏水反应物是否被分解验证酶的专一性反应物＋相应酶液另一反应物＋相同酶液或同一反应物＋另一酶液反应物是否被分解验证酶具有高效性反应物＋相应酶液反应物＋等量无机催化剂反应物分解速率或产物生成速率(2)探究酶的最适温度或最适pH的实验设计程序eq\a\vs4\al(方法技巧)“四步法”分析酶的实验题第一步，分析实验目的，确定自变量与因变量(检测指标)。第二步，明确实验原理(新情境题的题干中会有提示，要注意提炼)。第三步，准确书写实验步骤，注意遵循实验的对照原则、单一变量原则及科学性原则。酶的相关实验常常是以表格形式呈现实验步骤。第四步，如果是选择题，要依据实验原理、实验原则、所学的生物知识进行综合分析，然后做出判断；如果是非选择题则应注意联系教材知识综合分析，以确定所填答案。1．(2023·广东卷)中国制茶工艺源远流长。红茶制作包括萎凋、揉捻、发酵、高温干燥等工序，其间多酚氧化酶催化茶多酚生成适量茶黄素是红茶风味形成的关键。下列叙述错误的是()A．揉捻能破坏细胞结构使多酚氧化酶与茶多酚接触B．发酵时保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性C．发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶活性D．高温灭活多酚氧化酶以防止过度氧化影响茶品质解析：红茶制作时揉捻能破坏细胞结构，使其释放的多酚氧化酶与茶多酚接触，A正确；发酵过程的实质是酶促反应过程，需要将温度设置在酶的最适温度下，使多酚氧化酶保持最大活性，才能获得更多的茶黄素，B正确；酶的作用条件较温和，发酵时有机酸含量增加会降低多酚氧化酶的活性，C错误；高温条件会使多酚氧化酶的空间结构被破坏而失活，以防止过度氧化影响茶品质，D正确。答案：C2．(2022·全国乙卷)某种酶P由RNA和蛋白质组成，可催化底物转化为相应的产物。为探究该酶不同组分催化反应所需的条件，某同学进行了下列5组实验(表中“＋”表示有，“－”表示无)。实验组①②③④⑤底物＋＋＋＋＋RNA组分＋＋－＋－蛋白质组分＋－＋－＋低浓度Mg2+＋＋＋－－高浓度Mg2+－－－＋＋产物＋－－＋－根据实验结果可以得出的结论是()A．酶P必须在高浓度Mg2+条件下才具有催化活性B．蛋白质组分的催化活性随Mg2+浓度升高而升高C．在高浓度Mg2+条件下RNA组分具有催化活性D．在高浓度Mg2+条件下蛋白质组分具有催化活性解析：实验组①给予的条件为低浓度Mg2+，有产物生成，表明该条件下酶P具有催化活性，A不符合题意；实验组③和实验组⑤只有酶P的蛋白质组分，自变量为Mg2+的浓度，两组实验都无产物生成，说明蛋白质组分不具有催化活性，B和D不符合题意；实验组②和实验组④只有酶P的RNA组分，自变量为Mg2+的浓度，低浓度Mg2+组无产物生成，说明在低浓度Mg2+条件下RNA组分不具有催化活性，高浓度Mg2+组有产物生成，说明在高浓度Mg2+条件下RNA组分具有催化活性，C符合题意。答案：C3．(2022·重庆卷)植物蛋白酶M和L能使肉类蛋白质部分水解，可用于制作肉类嫩化剂。某实验小组测定并计算了两种酶在37℃、不同pH下的相对活性，结果如表。下列叙述最合理的是()A.在37℃时，两种酶的最适pH均为3B．在37℃长时间放置后，两种酶的活性不变C．从37℃上升至95℃，两种酶在pH为5时仍有较高活性D．在37℃、pH为3～11时，M更适于制作肉类嫩化剂解析：根据表格数据可知，在37℃时，M的适宜pH为5～9，而L的适宜pH为5左右，A错误；酶适宜在低温条件下保存，在37℃长时间放置后，两种酶的活性会发生改变，B错误；酶发挥作用需要适宜的温度，高温会导致酶变性失活，因此从37℃上升至95℃，两种酶在pH为5时都已经失活，C错误；在37℃、pH为3～11时，M比L的相对活性高，因此M更适于制作肉类嫩化剂，D正确。答案：D1．科学理论随人类认知的深入会不断被修正和补充，具催化功能RNA的发现是对酶化学本质认识的补充。(2023·广东卷，5D)(√)2．酶、抗体、激素都是由氨基酸通过肽键连接而成的。(2021·全国甲卷，1A)(×)3．低温主要通过改变淀粉酶的氨基酸组成，导致酶变性失活。(2022·浙江卷，10A)(×)4．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。(2022·浙江卷，10B)(√)5．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。(2022·浙江卷，10D)(×)6．胰蛋白酶和胰岛素发挥作用后都立即被灭活。(2020·海南卷，8C)(×)7．如图是胃蛋白酶的活力随pH变化的曲线。在弥漫性胃黏膜萎缩时，胃壁细胞数量明显减少。此时，胃蛋白酶的活力将降低。(2022·湖北卷，21节选)生命观念——通过问题的思考分析强化结构功能观1．溶菌酶具有抗菌消炎作用，细菌性溶菌酶不能用于真菌感染的原因是什么？提示：溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁，起到抗菌消炎的作用。由于真菌和细菌细胞壁的成分不同以及酶具有专一性等原因，细菌性溶菌酶不能用于真菌感染。2．小麦种子中含有α、β两种淀粉酶，α­淀粉酶在70℃时活性不受影响，在100℃高温下失活；β­淀粉酶70℃处理15min即失活，说明两种酶存在差异的直接原因。提示：氨基酸的种类、数目、排列顺序及肽链的盘曲、折叠方式及形成的空间结构不同。科学探究——通过对实验设计思路的梳理提升科学探究能力3．设计简单的实验验证从刀豆种子中提取的脲酶是蛋白质，请说明实验思路。提示：向脲酶溶液和蛋白质溶液中分别加入双缩脲试剂，若都出现紫色反应，则说明脲酶是蛋白质。eq\a\vs4\al(题组1)酶的本质、功能和特性1．(2023·河南高三阶段练习)核酶是有催化作用的单链RNA，多进行自体催化，原生动物四膜虫rRNA前体的内含子序列中具有核糖核酸酶等5种酶的活性。它的发现意义重大，不但纠正了人们认为酶都是蛋白质的传统观念，而且对探索生命的起源很有启发意义。下列相关叙述正确的是()A．核酶的基本组成单位是脱氧核苷酸B．核酶只能在细胞内起催化作用C．大多数核酶具有多种酶的功能D．在生命起源过程中RNA可能先于蛋白质和DNA产生解析：核酶的本质是RNA，基本组成单位是核糖核苷酸，A错误；核酶和蛋白酶一样，既可以在细胞内起催化作用，也可以在细胞外起催化作用，B错误；由题意可知，四膜虫rRNA前体的内含子序列中具有核糖核酸酶等5种酶的活性，不能得出大多数核酶具有多种酶的功能，C错误；核酶RNA同时具有DNA和蛋白质的功能，不仅充当遗传物质，还行使催化功能，故在生命起源过程中RNA可能先于蛋白质和DNA产生，D正确。答案：D2．图1为酶的作用模型及两种抑制剂影响酶活性模型。果蔬褐变的主要原因是PPO(多酚氧化酶)催化酚形成黑色素。某同学设计实验探究不同温度下两种PPO的活性大小，结果如图2，其中酶A和酶B分别为两种不同的PPO。各组加入的PPO量相同，下列叙述错误的是()A．由图1推测，竞争性抑制剂与反应物竞争酶的结合部位，从而影响酶促反应速率B．非竞争性抑制剂与酶结合后，改变了酶的空间结构，其机理与高温对酶活性抑制的机理相似C．图2实验的自变量是温度、酶的种类和抑制剂的种类，PPO用量是无关变量D．在研究的温度范围内，图2中相同温度条件下酶B催化效率更高解析：据图可知，竞争性抑制剂与反应物能够争夺酶的同一活性部位，说明竞争性抑制剂与反应物可能具有类似的结构，从而影响酶促反应速率，A正确；非竞争性抑制剂与酶活性位点以外的其他位点结合，通过改变酶的结构使酶的活性受到抑制，高温会使酶的空间结构受到破坏使酶的活性受到抑制，两者的作用机理相似，B正确；据图2可知，实验的自变量是温度、酶的种类，抑制剂的种类和PPO用量是无关变量，C错误；图2中，各温度条件下酶B组酚剩余量都比酶A组少，与反应物结合率最高，所以相同温度条件下酶B催化效率更高，D正确。答案：C3．(多选)麦胚富含营养，但由于含有高活性脂肪酶与不饱和脂肪酸，极易酸败变质。为了延长麦胚贮藏期，科研人员研究了不同无机盐对脂肪酶活性的影响。下列说法错误的是()A．实验的自变量是无机盐的种类和浓度B．对照组和实验组必须设置相同的温度和pHC．不同浓度的NaCl均可以降低脂肪酶的活性D．KCl对脂肪酶活性的影响最小，是延长麦胚贮藏期的最佳选择解析：分析题图，实验的自变量是无机盐浓度和无机盐的种类，A正确；实验需要严格控制变量，遵循对照和单一变量原则，其他条件相同且适宜，本实验中温度和pH为无关变量，需要保持一致，B正确；分析图中NaCl随浓度变化对脂肪酶活性影响曲线可知，随NaCl浓度增大，酶活性先下降后上升，在大于50×10-9mol/L后，其活性高于对照组，说明此时NaCl增强脂肪酶活性，因此并非所有浓度的NaCl均可以降低脂肪酶的活性，C错误；KCl对脂肪酶活性的影响曲线趋势较为平稳，基本与对照组酶活性水平持平，对脂肪酶活性影响较小，结合题干“但由于含有高活性脂肪酶与不饱和脂肪酸，极易酸败变质”可知，KCl并不能延长麦胚贮藏期，D错误。答案：CDeq\a\vs4\al(题组2)与酶有关的实验4．(2023·浙江1月卷)某同学研究某因素对酶活性的影响，实验处理及结果如下：己糖激酶溶液置于45℃水浴12min，酶活性丧失50%；己糖激酶溶液中加入过量底物后置于45℃水浴12min，酶活性仅丧失3%。该同学研究的因素是()A．温度 B．底物C．反应时间 D．酶量解析：由题干可知，两组实验的温度都为45℃，所以研究的因素不是温度，A错误。分析题干可知，这两组实验的不同条件在于是否加入底物，所以研究的因素是底物，B正确。由题干可知，两组实验的反应时间均为12min，所以研究的因素不是反应时间，C错误。由题干可知，两组实验的酶量一致，所以研究的因素不是酶量，D错误。答案：B5．使酶活性下降或丧失的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂主要有两种类型：可逆性抑制剂(与酶可逆结合，酶的活性能恢复)和不可逆性抑制剂(与酶不可逆结合，酶的活性不能恢复)。为探究甲、乙两种小分子抑制剂对酶的抑制作用类型，实验小组设计了如下实验方案，各组实验中其他条件均相同且适宜。第一组：甲溶液＋酶溶液→放置一段时间→测酶活性→透析处理一段时间→测酶活性第二组：乙溶液＋酶溶液→放置一段时间→测酶活性→透析处理一段时间→测酶活性下列对该实验的评价，不合理的是()A．该上述两组实验有四种可能的预期实验结果与结论B．实验中酶活性可用一定条件下酶促反应的速率表示C．实验成功的前提是物质甲和乙能够自由通过透析袋D．第一组和第二组实验通过相互对照可得出实验结论解析：实验结果可能有：①甲、乙均为可逆性抑制剂；②甲、乙均为不可逆性抑制剂；③甲为可逆性抑制剂，乙为不可逆性抑制剂；④甲为不可逆性抑制剂，乙为可逆性抑制剂，A正确；酶的活性可用一定条件下酶促反应的速率表示，酶活性越强反应速率越大，B正确；可逆性抑制剂可以通过透析袋，不可逆性抑制剂与酶结合不可逆，不能透析出抑制剂，抑制剂量不能降低，酶活性不能恢复，故透析袋处理不能恢复不可逆性抑制剂处理过的酶的活性，所以实验成功的前提是物质甲和乙能够自由通过透析袋，C正确；该实验是通过透析前后对照得出结论，D错误。答案：D要点2细胞的能量“货币”ATP1．明辨ATP的结构及拓展2．能量转换过程和ATP的产生与消耗转化场所产生或消耗ATP的生理过程细胞膜消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐细胞质基质产生ATP：细胞呼吸第一阶段eq\a\vs4\al(易错警示)ATP相关的4个易错点(1)ATP≠能量，ATP是一种高能磷酸化合物，是一种储能物质，不能将两者等同起来。(2)生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP含量很少，其供应依赖于ATP与ADP间快速转化。(3)ATP并非“唯一”的直接能源物质，除ATP外，GTP、CTP、UTP也都可以作为直接能源物质。(4)除光能、有机物中的化学能之外，硝化细菌等进行化能合成作用的细菌可利用体外无机物(如NH3)氧化时所释放的能量来合成ATP。(2022·江苏卷)下列关于细胞代谢的叙述正确的是()A．光照下，叶肉细胞中的ATP均源于光能的直接转化B．供氧不足时，酵母菌在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇C．蓝细菌没有线粒体，只能通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATPD．供氧充足时，真核生物在线粒体外膜上氧化[H]产生大量ATP解析：光照下，叶肉细胞可以进行光合作用和有氧呼吸，光合作用中产生的ATP来源于光能的直接转化，有氧呼吸中产生的ATP来源于有机物的氧化分解，A错误；供氧不足时，酵母菌在细胞质基质中进行无氧呼吸，将丙酮酸转化为乙醇和二氧化碳，B正确；蓝细菌属于原核生物，没有线粒体，但进行有氧呼吸，C错误；供氧充足时，真核生物在线粒体内膜上氧化[H]产生大量ATP，D错误。答案：B1．ATP必须在有氧条件下合成。(2021·北京卷，1B)(×)2．腺苷三磷酸分子在水解酶的作用下不断地合成和水解，从而成为细胞中吸能反应和放能反应的纽带。(2022·浙江1月卷，3CD)(×)3．线粒体、叶绿体和高尔基体都是合成ATP的场所。(2019·全国Ⅲ卷，1C)(×)4．叶绿体的类囊体膜上存在催化ATP合成的酶。(2018·全国Ⅰ卷，1A)(√)科学思维——在正确理解与掌握知识内在联系的基础上，提升信息获取与知识输出能力在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间后分离出细胞中的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端P已带上放射性标记，分析该现象，你能得到哪些结论？提示：ATP中远离A的磷酸基团容易脱离，该过程中ATP既有合成又有水解，部分32P标记的ATP是重新合成的。eq\a\vs4\al(题组)ATP的结构和功能1．ATP发光法常用于检测食品中的微生物。将提取到的微生物ATP制成溶液，加入萤火虫的荧光素酶，荧光素酶催化每分子ATP水解释放2个磷酸基团，并将化学能转化为光能，再通过光能的大小测定样品中的ATP浓度，推算活菌数。下列叙述错误的是()A．从待测样品中提取ATP时须将ATP水解酶灭活B．荧光素酶催化ATP水解的产物中含有ADPC．该实验通常会受到来自微生物以外的ATP的干扰D．该实验的光能来自ATP分子的两个特殊化学键中的化学能解析：为防止ATP被水解，从待测样品中提取ATP时须将ATP水解酶灭活，A正确；荧光素酶催化每分子ATP水解释放2个磷酸基团，产生的是AMP，B错误；提取微生物ATP的过程中，很容易受到外来ATP的干扰，C正确；荧光素酶催化每分子ATP水解释放2个磷酸基团，因此该实验的光能来自ATP分子的两个特殊化学键中的化学能，D正确。答案：B2．(2023·山东济宁统考二模)幽门螺杆菌是一种寄生在胃内的细菌，为一类致癌物。PPIs药物可抑制H＋/K＋泵的功