【备考2024】生物高考一轮复习学案：第7讲 酶和ATP(含答案）

【备考2024】生物高考一轮复习
第7讲　酶和ATP
[课标要求] 1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质，酶活性受到环境因素(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实验：探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素
[核心素养](教师用书独具) 1.通过关于酶本质的探索的学习，认识酶的化学本质，并进行分析综合，总结出酶的作用，并能设计实验证明酶的作用及化学本质。(生命观念　科学思维　科学探究)2．通过分析与综合，明确酶的高效性和专一性的含义，并学会设计实验，探究酶的专一性和温度、pH等对酶促反应的影响，进而明确酶在生产和生活中的应用。(科学探究　科学思维　社会责任)3．基于对细胞生命活动实例的分析，理解ATP是生命活动的直接能源物质，并结合ATP的结构特点，认同结构和功能相适应的观点。(生命观念　科学思维)
考点1　酶的本质作用和特性
一、酶的作用和本质
1．酶本质的探索历程(连线)
提示：①—f　②—a　③—c　④—d、e　⑤—b
2．酶的本质和作用
化学本质 绝大多数是蛋白质 少数是RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
合成场所 核糖体 主要是细胞核(真核细胞)
来源 一般来说，活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生酶
作用场所 细胞内、外或生物体外均可
生理功能 催化作用
3.酶作用机理
(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)作用机理：降低化学反应的活化能。
(3)如图曲线表示在无酶催化和有酶催化条件下某化学反应的能量变化过程。
①无酶催化与有酶催化的反应曲线分别是②①。
②ca段与ba段的含义分别是无催化剂的条件下反应所需要的活化能、酶降低的活化能。
③若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则b点在纵轴上将向上移动。
4．比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验过程
(2)变量分析
二、酶的特性
1．酶的催化特性
(1)高效性：催化效率是无机催化剂的107～1013倍。
(2)专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
(3)作用条件较温和：在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。高温、过酸、过碱会使酶的空间结构遭到破坏而失活；低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定。
2．探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
试管编号 1 2
注入可溶性淀粉溶液 2 mL －
注入蔗糖溶液 － 2 mL
注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
60 ℃水浴保温5 min
新配制的斐林试剂 2 mL 2 mL
沸水浴煮沸1 min
实验现象 有砖红色沉淀 没有砖红色沉淀
(1)实验结果和结论：1号试管有砖红色沉淀生成，说明产生了还原糖，淀粉被水解，2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有被水解。结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有专一性。
(2)该实验的自变量是底物的种类；因变量是底物是否被淀粉酶水解。本实验设计思路是探究同一种酶是否能催化不同底物水解。
1．酶提供了反应过程所必需的活化能。 (×)
提示：酶的作用是降低活化能。
2．酶活性的发挥离不开其特定的结构。 (√)
3．高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。 (×)
提示：低温不破坏酶的结构。
4．酶活性最高时的温度适合酶的保存。 (×)
提示：酶适合保存在低温条件下。
5．酶在催化反应完成后立即被分解。 (×)
提示：酶是催化剂，其在催化反应完成后不会被分解。
6．酶只能在细胞内发挥作用。 (×)
提示：酶在细胞内和细胞外都能发挥作用。
1．已知胃蛋白酶的最适pH为1.5，小肠液的pH为7.6，胃蛋白酶随食糜进入小肠后还能发挥作用吗？为什么？(必修1　P82“背景知识”)
提示：不能，因为没有了适宜的pH，胃蛋白酶的活性大大降低甚至失活。
2．临床上溶菌酶与抗生素混合使用，能增强抗生素的疗效，溶菌酶的作用是什么？(必修1　P85“科学·技术·社会”)
提示：溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁。
1．低温与高温、过酸、过碱对酶活性影响的不同之处是__________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：低温抑制酶的活性不破坏酶的结构，高温、过酸、过碱破坏酶的结构
2．温度和pH对酶促反应速率的影响与底物浓度和酶浓度对酶促反应速率影响的本质不同是___________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
提示：温度和pH通过影响酶的活性影响酶促反应速率，底物浓度和酶浓度不影响酶的活性，通过影响酶分子与底物的结合影响酶促反应速率
1．酶高效性的曲线分析
(1)与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
(2)酶和无机催化剂一样，只能缩短达到化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的平衡点。
2．酶专一性的曲线分析
(1)加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。
(2)加入酶A的反应速率比无酶条件下的反应速率明显加快，说明酶A对此反应有催化作用。
3．影响酶活性因素的相关曲线分析
甲　　　　　　　　　乙
(1)甲曲线分析：在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用逐渐增强，超过最适温度(pH)，酶的催化作用逐渐减弱。
(2)乙曲线分析：纵坐标为反应物剩余量(相对量)，反应物剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢；图示pH＝7时，反应物剩余量最少，该pH下的酶活性相对较高；反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
4．底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响曲线分析
甲(在酶量一定的情况下)　　乙(在底物足量的情况下)
丙
(1)甲图：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率先随底物浓度增加而加快，当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。
(2)乙图：在底物足量、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
(3)丙图：其他条件适宜的情况下，酶量增加，酶促反应的底物饱和时对应的曲线上的a点应向右上移(对应b点位置)。
1．如图表示将A、B两种物质混合，T1时加入酶C，在最适温度下这两种物质浓度的变化。
(1)适当降低反应温度，分析T2值如何变化？
(2)分析T2后B增加缓慢的原因。
(3)T1时加入酶C后，酶促反应速率变化有什么规律？
提示：(1)该图为最适温度下的物质变化，适当降低反应温度，达到反应平衡的时间会延长，T2值会增大。
(2)T2后B增加缓慢的原因是A浓度降低导致反应速率下降。
(3)T1时加入酶C后，酶促反应速率先快后慢。
2．小麦种子中含有α、β两种淀粉酶，某学习小组对这两种淀粉酶活性进行探究实验，步骤如下：
①将等量的α 淀粉酶(70 ℃活性不受影响，100 ℃高温下失活)与β 淀粉酶(70 ℃处理15 min即失活)加适量蒸馏水混合，分为甲、乙、丙三组；②甲组25 ℃下处理，乙组70 ℃水浴处理15 min后取出，丙组100 ℃下处理15 min后取出；③甲、乙、丙三组分别在25 ℃条件下加入等量且足量的淀粉溶液；④一段时间后，测得甲、乙、丙三组淀粉剩余量分别为a、b、c。请思考回答：
(1)三组淀粉剩余量最多的是哪一组？原因是什么？
(2)利用上述实验结果，如何大致比较25 ℃条件下α 淀粉酶和β 淀粉酶活性的大小？
提示：(1)丙组；两种淀粉酶在100 ℃条件下均失去活性，且降到25 ℃活性不能恢复。
(2)比较b－a(β 淀粉酶的活性)与c－b(α 淀粉酶的活性)数值的大小。
考查酶的本质、作用和特性
1．生物体的正常生命活动离不开酶的作用。下列叙述中错误的是(　　)
A．酶是活细胞合成的有机物，大多数为蛋白质，可在细胞内外发挥作用
B．酶在代谢中起催化作用，能有效降低反应活化能，反应前后数量不变
C．酶受温度、酸碱度、重金属影响易变性，保存时要在低温的缓冲液中
D．在酶促反应中，随着酶浓度或底物浓度的增加，酶活性先升高后降低
D　[酶在细胞中合成，绝大多数酶是蛋白质，胞内酶在细胞内起作用，胞外酶在细胞外起作用，A正确；酶是催化剂，反应前后数量不变，催化反应的原理是有效降低反应的活化能，B正确；酶易变性，受温度、酸碱度和重金属等因素影响，应保存在低温的缓冲液中，C正确；酶浓度或底物浓度都会影响反应速率，但不会影响酶的活性，D错误。]
2．(2021·赣州联考)下图中曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示物质A在无催化剂条件和有酶催化条件下生成物质P所需能量的变化过程。下列相关叙述正确的是(　　)
A．ad段表示在无催化剂的条件下，物质A生成物质P需要的活化能
B．若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则b在纵轴上将向下移动
C．若仅增加反应物A的量，则图中曲线的原有形状均发生改变
D．若曲线Ⅱ为最适酶促条件下的曲线，改变酶促条件后，b在纵轴上将向上移动
D　[ac段表示在无催化剂条件下，物质A生成物质P需要的活化能，A错误；与酶相比，无机催化剂降低化学反应活化能的效果不显著，因此若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则b在纵轴上将向上移动，B错误；若仅增加反应物A的量，则图中曲线的原有形状不变，C错误；若曲线Ⅱ为最适酶促条件下的曲线，改变酶促条件后，则b在纵轴上将向上移动，D正确。]
　与酶相关的常见误区明示
项目 正确说法 错误说法
化学本质 绝大多数是蛋白质，少数是RNA 酶的本质是蛋白质
产生部位 一般来说，凡是活细胞都能产生酶(不考虑哺乳动物的成熟红细胞) 具有分泌功能的细胞才能产生酶
合成原料 氨基酸或核糖核苷酸 氨基酸
合成场所 核糖体或细胞核 核糖体
生理功能 生物催化剂，只起催化作用 酶具有调节、催化等多种功能
来源 在生物体内合成 有的来源于食物
作用场所 既可在细胞内，也可在细胞外、体外发挥作用 只在细胞内起催化作用
温度影响 低温影响酶的活性，不破坏酶的结构，但高温易使酶失活 低温会引起酶变性失活
作用前后 催化反应前后的数量和性质没有变化 发生催化作用后被分解
考查酶作用和特性的坐标曲线分析
3．(2021·潍坊检测)下图表示酶促反应速率在最适温度和pH条件下，随反应物浓度变化的曲线。以下分析正确的是(　　)
A．如果A点时温度升高10 ℃，曲线上升幅度将变大
B．与A点相比，B点时的酶活性更高
C．B点时，向反应混合物中加入少量同样的酶，反应速率会加快
D．如果B点时适当降低pH，会使酶降低化学反应活化能的效果更显著
C　[酶活性受温度、pH影响，该图表示的是最适温度下酶促反应，温度升高或者降低都会使曲线下降，A错误；B点时的酶活性与A点相同，B错误；B点时，随着反应物浓度增大，反应速率不再变化，限制酶促反应速率的条件可能是酶数量，所以向反应混合物中加入少量同样的酶，反应速率会加快，C正确；B点pH下降，酶促反应速率下降，D错误。]
4．(2021·衡水中学二调)某科研小组将新鲜的萝卜磨碎、过滤制得提取液，以等体积等浓度H2O2为底物，对提取液中过氧化氢酶的活性进行相关研究，得到如图所示的实验结果。下列说法错误的是(　　)
实验一
实验二
A．从实验一可以看出，与加Fe3＋相比，单位时间内加萝卜提取液产生的氧气多，其原因是酶降低反应活化能的效果更显著
B．若将实验一中的萝卜提取液换成等量的新鲜肝脏研磨液，则O2产生总量明显增多
C．实验二是在最适温度下测定相同时间内H2O2的剩余量，引起A、B曲线出现差异的原因最可能是酶的含量不同
D．过氧化氢酶制剂的保存，一般应选择低温、pH为7的条件
B　[实验一的两条曲线是比较相同时间内萝卜提取液和Fe3＋催化H2O2产生O2的量，主要目的是研究提取液中的过氧化氢酶和Fe3＋的催化效率，过氧化氢酶的催化效率高是因为酶降低活化能的效果更显著，A正确；氧气产生总量取决于底物过氧化氢的量，B错误；实验二中在相同温度下、相同时间内过氧化氢的剩余量不同最可能是因为酶的量不同，C正确；低温和中性环境不会破坏酶分子的结构，有利于过氧化氢酶制剂的保存，D正确。]
　“四看法”分析酶促反应曲线
一看两坐标轴的含义：分清自变量与因变量，了解两个变量间的关系。
二看曲线的变化：利用数学模型法观察同一条曲线的升、降或平的变化，掌握变量变化的生物学意义。如在分析影响酶促反应的因素时，一般情况下，曲线未达到平衡时，限制因素是横坐标所表示的因素，当曲线达到平衡状态后限制因素是除横坐标所表示的因素之外的其他因素。
三看特殊点：即曲线的起点、终点、顶点、转折点、交叉点等，理解特殊点的意义。
四看不同曲线的变化：理解曲线之间的内在联系，找出不同曲线的异同及变化的原因。
考查酶的作用和特性的实验设计和分析
5．(2021·福建三校联考)某兴趣小组利用如图所示装置探究H2O2在不同条件下的分解，FeCl3可催化H2O2的分解。实验中所用各种溶液的量相同。下列叙述正确的是(　　)
　
甲　　　　　　　　乙
A．甲、乙装置反应结束后，量筒Ⅱ中收集到的气体多于量筒Ⅰ
B．若探究温度对酶活性的影响，可设置一系列温度梯度的装置乙
C．将装置甲中的FeCl3溶液换成淀粉酶溶液可探究酶的专一性
D．将装置甲中的FeCl3溶液换成HCl溶液可探究酶的活性受pH影响
C　[由于过氧化氢的量是一样的，所以最后产生的氧气的量是一样的，A错误；探究温度对酶活性的影响不能选择过氧化氢作为底物，B错误；将装置甲中的FeCl3溶液换成淀粉酶溶液可探究酶的专一性，C正确；探究pH对酶活性的影响需要将HCl和NaOH分别加入过氧化氢酶溶液中处理，D错误。]
6．(2021·广州二模)研究者进行两项乳糖水解反应实验，实验一用不同浓度的酶作用于10%的乳糖溶液， 实验二选用实验一的某一酶浓度为条件，用不同浓度的乳糖溶液进行实验。两项实验反应体系的体积相同且相对反应速率的基准一致，结果见表1、2。下列叙述错误的是(　　)
表1　不同酶浓度下乳糖水解相对反应速率
组别 酶浓度/% 相对反应速率
1 0 0
2 1 25
3 2 50
4 4 100
表2　不同乳糖浓度下乳糖水解相对反应速率
组别 乳糖浓度/% 相对反应速率
1 0 0
2 5 25
3 10 50
4 20 65
A．该实验的反应速率可以用单位时间、单位体积内产物的生成量表示
B．实验一若改用20%的乳糖溶液，则组别3的相对反应速率为100
C．实验二组别4中乳糖水解增速变缓的原因是酶的数量有限
D．比较实验一与实验二可知，实验二中的酶浓度为2%
B　[酶促反应的速率可以用单位时间、单位体积内产物的生成量或底物的减少量表示，A正确；据表2可知，当乳糖浓度为20%时，相对反应速率为65，B错误；据分析可知，实验二中当酶的作用达到或接近饱和时，增大底物浓度水解增速会变缓，C正确；实验一选用的乳糖浓度为10%，根据实验二组别3乳糖浓度为10%时相对反应速率为50，与实验一中酶浓度为2%一致，故可知实验二中选用的酶浓度为2%，D正确。]
考点2　(探究·实践)探究影响酶活性的因素
1．实验原理
(1)探究温度对酶活性的影响
①反应原理
②鉴定原理：温度影响酶的活性，从而影响淀粉水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。
(2)探究pH对酶活性的影响
①反应原理：2H2O22H2O＋O2。
②鉴定原理：pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成量，可用带火星的卫生香燃烧情况来检验O2产生量的多少。
2．实验步骤与结论
(1)温度对酶活性的影响
①实验步骤与现象(如表)
试管编号 试管1 试管1′ 试管2 试管2′ 试管3 试管3′
实验步骤 一 1 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 1 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 1 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液
二 放入0 ℃冰水中约5 min 放入60 ℃热水中约5 min 放入100 ℃热水中约5 min
三 将1与1′试管内的液体混合后继续在0 ℃冰水内放置10 min 将2与2′试管内的液体混合后继续在60 ℃热水内放置10 min 将3与3′试管内的液体混合后继续在100 ℃热水内放置10 min
四 取出试管各加入两滴碘液，振荡
实验现象 变蓝 不变蓝 变蓝
②实验结论：在最适温度条件下，酶的活性最高，高温、低温都影响酶的活性。
(2)pH对酶活性的影响
①实验步骤与现象(如表)
试管编号 试管1 试管2 试管3
实验步骤 一 2滴过氧化氢酶溶液
二 1 mL蒸馏水 1 mL物质的量浓度为0.01 mol/L的盐酸溶液 1 mL物质的量浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液
三 2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液
实验现象 卫生香燃烧猛烈 卫生香燃烧不猛烈 卫生香燃烧不猛烈
②实验结论：在最适pH条件下，酶的活性最高，过酸、过碱都影响酶的活性。
1．实验变量控制的三个原则
实验变量 控制原则 实例
自变量 单一变量原则 探究温度对酶活性的影响实验中只有温度一个自变量
无关变量 等量适宜原则 探究温度对酶活性的影响实验中pH为无关变量，不但相同，还要适宜
因变量 可观测性原则 探究温度对酶活性的影响实验中，根据淀粉遇碘变蓝的颜色反应将不可观测的反应直观地显现出来，便于实验结果的观测
2.实验材料和试剂的选择
(1)探究温度影响酶活性的实验不宜选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶做实验材料，因为过氧化氢(H2O2)在常温常压时就能分解，加热条件下分解会加快，从而影响实验结果。
(2)探究pH影响酶活性的实验不宜选择淀粉和淀粉酶做实验材料，因为强酸能催化淀粉水解，从而影响实验结果。
3．实验步骤和结果检测的注意事项
(1)若选择淀粉和淀粉酶探究温度影响酶的活性，检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不宜选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
(2)在探究温度影响酶活性的实验中应将淀粉溶液和淀粉酶溶液在设定的温度下先保温一段时间后再混合，而不能先混合再保温，因为酶具有高效性，酶和底物混合后，就发挥催化作用，这样反应不是在设定的温度下完成，自变量控制不严格。
(3)在探究pH对酶活性的影响时，需要保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与底物接触，不宜在未达到预设pH前，让反应物与酶接触。
1．(2021·茂名一模)在探究温度对酶活性影响的实验设计中，下列操作及材料的选取合理的是(　　)
A．选用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液和碘液
B．选用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液和斐林试剂
C．选用过氧化氢溶液和新鲜的肝脏研磨液
D．将酶和底物在室温下混合后置于不同温度下保温
A　[碘液可以使淀粉变蓝色，经淀粉酶处理过的淀粉溶液遇碘液后蓝色变浅，实验结果明显，因此可以用碘液进行检验，A正确。斐林试剂在检验还原糖时需要水浴加热，温度会影响淀粉酶的活性，B错误。温度会影响过氧化氢的分解，影响实验结果，C错误。探究温度对酶活性的影响时，将酶与底物溶液在不同温度下分别保温后在相同温度混合，D错误。]
2．探究温度对酶活性影响最合理的实验步骤是 (　　)
①取3支试管，编号，各注入2 mL淀粉液；另取3支试管，编号，各自注入1 mL新鲜的淀粉酶溶液　②将淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉液试管中，维持各自的温度5 min　③向各试管中滴一滴碘液　④将6支试管分成三组，每组各有一份淀粉液和一份淀粉酶溶液，分别放在60 ℃的热水、沸水和冰水中　⑤观察实验现象
A．①②④③⑤　　 B．①③②④⑤
C．①③④②⑤ D．①④②③⑤
D　[实验设计要排除无关变量，酶和底物保持在相同温度下发生催化反应，才能严格控制温度，所以最合理的实验步骤为①④②③⑤。]
3．下表是某小组为探究“过氧化氢酶的活性是否受pH的影响”而设计的实验操作步骤(猪肝中含有过氧化氢酶)。请回答下列问题：
操作步骤 操作方法 试管甲 试管乙
1 加体积分数为3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL
2 加质量分数为5%的盐酸溶液 1 mL —
3 加质量分数为5%的氢氧化钠溶液 — 1 mL
4 加质量分数为20%的猪肝研磨液 2滴 2滴
5 观察相同时间内试管中产生的气泡数量
(1)上述操作步骤中存在明显的缺陷，请写出改进方案：
①____________________________________________________________，
②____________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)在完成改进方案后，若实验结果为________________________________
__________，则说明过氧化氢酶的活性受pH的影响。
(3)如果本实验用出现一定气泡数量所需要的时间来表示酶的活性，那么所需的时间越长，酶的活性越________。
(4)如果将本实验的自变量换成温度来探究“过氧化氢酶的活性是否受温度的影响”你认为是否合适？________，原因是______________________________
___________________________________________________________________。
[解析]　(1)本实验应该有蒸馏水对照、过酸、过碱这三组，并且应该是自变量处理在前。(2)在完成改进方案后，若甲、乙两试管中产生的气泡数量少，丙试管中产生大量的气泡，则说明过氧化氢酶的活性受pH的影响；若甲、乙、丙3支试管中产生的气泡的情况基本一样，则说明过氧化氢酶的活性不受pH的影响。(3)如果本实验用出现一定气泡数量所需要的时间来表示酶的活性，那么所需的时间越长，酶的活性越低。(4)过氧化氢会随温度升高分解加快，从而对实验结果造成干扰，因此不能用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响。
[答案]　(1)①操作步骤1、4互换　②增加丙试管，在加入盐酸或氢氧化钠的步骤中换为加入1mL蒸馏水，其他步骤与修正后的步骤相同　(2)甲、乙两试管中产生的气泡数量少，丙试管中产生大量的气泡　(3)低　(4)否(不合适)　过氧化氢会随着温度的升高分解加快，从而对实验结果造成干扰
考点3　细胞的能量“货币”ATP
一、ATP的结构
1．图中各部分名称
A代表腺嘌呤，P代表磷酸基团，①代表腺苷，②代表AMP，即腺嘌呤核糖核苷酸，③代表ADP，④代表ATP，⑤代表特殊的化学键。
2．特点
(1)ATP不稳定的原因是ATP中两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等，使得特殊的化学键不稳定，末端磷酸基团有较高的转移势能。
(2)ATP的水解过程就是释放能量的过程，1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
(3)ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
二、ATP与ADP的相互转化
三、ATP的利用
1．ATP为细胞中绝大多数需能生命活动直接供能
2．ATP为Ca2＋跨膜主动运输直接供能机理分析
(1)Ca2＋与膜上载体蛋白(催化ATP水解的酶)相应位点结合，酶活性被激活→(2)酶水解ATP释放的末端磷酸基团与Ca2＋载体蛋白结合导致后者磷酸化，伴随着能量的转移→(3)Ca2＋载体蛋白空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外。
3．ATP是细胞内流通的能量“货币”
(1)化学反应中的能量变化与ATP的关系
①许多吸能反应一般与ATP水解的反应相联系；
②许多放能反应一般与ATP合成的反应相联系。
(2)能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。
1．1个ATP分子中只含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团。 (×)
提示：1个ATP分子中含有1个腺嘌呤、1个核糖和3个磷酸基团。
2．ATP是生命活动的直接能源物质，但它在细胞中的含量很少。 (√)
3．淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成。 (×)
提示：淀粉水解成葡萄糖时不合成ATP。
4．ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。 (√)
5．无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源。
(×)
提示：无氧呼吸也能产生ATP。
6．线粒体内膜、内质网膜和叶绿体中进行光反应的膜结构中都能合成ATP。 (×)
提示：内质网膜上不能产生ATP。
1．写出下图中的“A”的含义：(必修1　P86“相关信息”)
①________；②________；③________；④________。
提示：腺苷　腺嘌呤　腺嘌呤脱氧核苷酸　腺嘌呤核糖核苷酸
2．ATP与ADP的相互转化是不是一个可逆反应？为什么？(必修1　P87“图5－4”)
提示：不是可逆反应，因为从物质方面看是可逆的，从酶、进行的场所、能量来源等方面看是不可逆的。
1．人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP，以供运动之需，但人体内ATP总含量并没有太大变化，这一事实说明________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
提示：ATP与ADP时刻不停地发生快速相互转化，并且处于动态平衡之中
2．植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都以ATP作为能量“货币”，由此说明_________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
提示：生物界具有统一性，也反映种类繁多的生物有着共同的起源
1．ATP的再生和利用图解
2．ATP产生量与O2供给量的关系分析
实验室里有萤火虫尾部研磨粉、生理盐水、葡萄糖溶液、ATP溶液，请设计实验证明ATP是直接能源物质。写出实验步骤和实验结果。
思路建模：设置对照→分组编号→控制自变量→检测因变量。
提示：将萤火虫尾部研磨粉用生理盐水配制成悬浊液；取两支试管编号为甲、乙，分别加入等量的已配制的悬浊液；向甲试管中加入两滴ATP溶液，向乙试管中加入两滴葡萄糖溶液，在黑暗环境中观察两试管；观察到甲试管发出荧光，乙试管没有发出荧光。
ATP的结构特点及ATP与ADP的转化
1．(2021·长沙联考)物质甲、乙通过反应①、②相互转化的反应如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．物质甲彻底水解得到的产物是合成DNA和RNA的原料
B．根尖分生区细胞中反应②可以发生在细胞质基质、线粒体和叶绿体中
C．细胞中甲和乙的相互转化时刻不停地发生并处于动态平衡之中
D．放能反应一般与反应①相联系，吸能反应一般与反应②相联系
C　[物质甲是ATP，ATP彻底水解得到的产物是磷酸、核糖和腺嘌呤，而合成DNA和RNA的原料是核苷酸，A错误；根尖分生区细胞中反应②可以发生在细胞质基质、线粒体中，根尖分生区细胞无叶绿体，B错误；细胞中甲和乙即ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生并处于动态平衡之中，C正确；放能反应一般与ATP的合成即反应②相联系，吸能反应一般与ATP的水解即反应①相联系，D错误。]
2．(2021·黄冈联考)如图是生物体内ATP合成与分解示意图，下列叙述正确的是(　　)
A．能量1可以来自蛋白质水解为氨基酸的过程
B．能量1可以来自丙酮酸的氧化分解
C．能量2可以用于叶绿体中H2O的光解
D．能量2可以用于光合作用中CO2的固定
B　[能量1为合成ATP的能量，来自呼吸作用或光合作用，A错误；能量1可以来自丙酮酸的氧化分解，B正确；H2O的光解所需能量来自光能，C错误；能量2可以用于各种需能的生命活动，但是光合作用中CO2的固定不需要消耗能量，D错误。]
　细胞内ATP产生与消耗的生理过程及场所
考查细胞内ATP的利用
3．(2021·潍坊检测)ATP作为细胞的能量“货币”，是由其分子结构决定的。ATP是由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三个相连的磷酸基团构成的，这三个磷酸基团从与分子中腺苷基团连接处算起，依次分别称为α、β、γ磷酸基团。下列有关说法正确的是(　　)
A．γ磷酸基团具有较高的转移势能，因此ATP分子中只有磷酸基团能够水解
B．离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输的速率
C．人体在剧烈运动时ATP的合成速度大于分解速度
D．神经元兴奋时，Na＋内流和释放神经递质均需要ATP水解供能
B　[γ磷酸基团是远离腺苷的磷酸基团，具有较高的转移势能，但ATP分子中不只有磷酸基团能够水解，腺嘌呤和核糖之间也可以水解，A错误；离子通过离子泵的跨膜运输需要载体和消耗能量，属于主动运输，人体一氧化碳中毒减少能量的供应，进而会降低离子泵跨膜运输离子的速率，B正确；人体在剧烈运动时ATP的合成速度和分解速度都加快，处于动态平衡，C错误；神经元兴奋，动作电位产生时Na＋的内流，是通过离子通道运输的被动运输过程，不需要细胞呼吸提供能量，不需要ATP水解，神经递质释放方式是胞吐，需要消耗能量，需ATP水解，D错误。]
4．(不定项)(2021·永州联考)ATP是一种非常重要的化合物，它是细胞的能量“货币”，其结构简式为A—P～P～P。ATP的水解可以为物质的主动运输供能，如图是ATP为主动运输供能的示意图。下列有关叙述错误的是(　　)
A．ATP中离A最远的两个磷酸基团被水解后，剩余部分是组成DNA的一种基本单位
B．参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶
C．在运输Ca2＋的载体蛋白的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随能量的转移
D．由图可知，细胞中Ca2＋的跨膜运输是由ATP水解提供能量的主动运输，而ATP水解总是跟放能反应有关
AD　[ATP中的“～”代表一种特殊的化学键，断开两个这种化学键，就形成A—P，又叫AMP(腺嘌呤核糖核苷酸)，它是组成RNA的一种基本单位，A错误；如图所示，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，酶活性就被激活了，B正确；在运输Ca2＋的载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随能量的转移，此过程就是载体蛋白的磷酸化，C正确；细胞中Ca2＋的跨膜运输是主动运输，需要ATP水解释放能量为其供能，而细胞内许多吸能反应与ATP水解的反应相联系，D错误。]
1．核心概念
(1)(必修1 P76)细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应。
(2)(必修1 P78)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。
(3)(必修1 P81)酶是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。
(4)(必修1 P82)酶活性：酶催化特定化学反应的能力。
2．结论语句
(1)(必修1 P78)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。　
(2)(必修1 P84)酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
(3)(必修1 P84)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。低温下酶的空间结构稳定，因此，酶制剂适宜在低温下保存。
(4)(必修1 P86)ATP是一种高能磷酸化合物。
(5)(必修1 P87)ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的。
1．(2020·海南等级考)下列关于胰蛋白酶和胰岛素的叙述，正确的是 (　　)
A．都可通过体液运输到全身
B．都在细胞内发挥作用
C．发挥作用后都立即被灭活
D．都能在常温下与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应
D　[胰腺分泌的胰液中含有胰蛋白酶，通过导管运输至消化道内发挥作用，而胰岛素由胰岛B细胞分泌，可通过血液运输至全身，A错误；胰蛋白酶在消化道内发挥作用，而胰岛素通过与靶细胞膜上的受体结合，进而调节靶细胞的代谢活动，二者均不在细胞内发挥作用，B错误；胰蛋白酶在催化反应前后性质不改变，胰岛素发挥作用后会被灭活，C错误；胰蛋白酶和胰岛素的化学本质都是蛋白质，都能在常温下与双缩脲试剂发生紫色反应，D正确。]
2．(2021·重庆选择性考试适应性测试)下列关于酶的叙述，正确的是(　　)
A．细胞衰老过程中所有酶的活性降低
B．胰蛋白酶能彻底水解蛋白质
C．赤霉素能诱导α 淀粉酶产生
D．过氧化氢酶能升高过氧化氢的活化能
C　[细胞衰老过程中，大部分酶的活性降低，但与细胞衰老有关的酶的活性可能上升，A错误；胰蛋白酶水解蛋白质成多肽，但蛋白质彻底水解需要肽酶，B错误；赤霉素能诱导α 淀粉酶产生，使种子无需萌发即可产生α 淀粉酶，C正确；酶的作用机理是降低化学反应的活化能，D错误。]
3．(2021·湖南招生适应性测试)ATP是细胞生命活动的能量“货币”。下列叙述错误的是(　　)
A．糖类、脂肪和蛋白质等有机物中储存了大量ATP
B．等量的葡萄糖通过酒精发酵和有氧呼吸产生的ATP数量不同
C．光合作用和呼吸作用都产生ATP，所需的ADP可共用
D．ATP与ADP的相互转化由不同的酶催化完成
A　[糖类、脂肪和蛋白质等有机物中都储存着化学能，但ATP是一种高能磷酸化合物，不能储存在这些有机物中，A错误；由于有氧呼吸能彻底分解有机物，而酒精发酵属于无氧呼吸不能将有机物彻底分解，所以分解等量的葡萄糖有氧呼吸产生ATP的数量比无氧呼吸多，B正确；光合作用和呼吸作用都产生ATP，所需要的ADP都是一样的，故可共用，C正确；催化ATP与ADP相互转化的酶不同，分别为ATP合成酶和ATP水解酶，D正确。]
4．(不定项)(2021·江苏新高考适应性测试)真菌分泌的植酸酶作为畜禽饲料添加剂，可提高饲料利用率。科研人员对真菌产生的两种植酸酶在不同pH条件下活性的差异进行研究，结果如图。相关叙述正确的是(　　)
A．植酸酶只能在活细胞中产生，可在细胞外发挥作用
B．真菌合成的植酸酶需要经高尔基体参与，才能转运到细胞外
C．植酸酶A的最适pH为2或6，植酸酶B的最适pH为6
D．两种酶相比，植酸酶A更适合添加在家畜饲料中
ABD　[植酸酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物，可在细胞内或细胞外发挥作用，A正确；植酸酶为分泌蛋白，真菌合成的植酸酶需要经高尔基体对其进行加工和转运，才能分泌到细胞外，B正确；在pH为2时，植酸酶A的相对活性较高，但不是其最适pH，植酸酶A和B在pH为6时，酶的活性均最高，故植酸酶A和植酸酶B的最适pH均为6，C错误；因为胃液的pH较低，在此条件下植酸酶A的相对活性较高，故更适合添加在家畜饲料中，D正确。]
5．(2020·北京等级考)用新鲜制备的含过氧化氢酶的马铃薯悬液进行分解H2O2的实验，两组实验结果如图。第1组曲线是在pH＝7.0、20 ℃条件下，向5 mL 1%的H2O2溶液中加入0.5 mL酶悬液的结果。与第1组相比，第2组实验只做了一个改变。第2组实验提高了(　　)
A．悬液中酶的浓度　 B．H2O2溶液的浓度
C．反应体系的温度 D．反应体系的pH
B　[提高酶的浓度能够提高速率，不能提高氧气的量，A错误；提高H2O2溶液的浓度，就是提高底物浓度，产物的量增加，B正确；适度的提高温度可以加快反应速率，不能提高产物的量，C错误；改变反应体系的pH，可以改变反应速率，不能提高产物的量，D错误。]
6．(2019·江苏高考改编)为了检测玉米籽粒发芽过程中淀粉含量变化，将不同发芽阶段的玉米籽粒纵切，滴加________，进行观察。结果显示，胚乳呈蓝色块状，且随着发芽时间的延长，蓝色块状物变小。
(1)上述实验可得出的结论是___________________________________。
(2)为了验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶作用的结果，设计了如下实验：在1～4号试管中分别加入相应的提取液和溶液(如图所示)，40 ℃温育30 min后，分别加入斐林试剂并60 ℃水浴加热，观察试管内颜色变化。请继续以下分析：
①设置试管1作为对照，其主要目的是______________________________
_______________________________________________________________。
②试管2中应加入的X是____________的提取液。
③预测试管3中的颜色变化是______________。若试管4未出现预期结果(其他试管中结果符合预期)，则最可能的原因是_____________________________。
[解析]　淀粉遇碘变蓝色，常用碘液检测生物组织中淀粉的存在。(1)随着发芽时间的延长，蓝色块状物变小，说明玉米萌发过程中会不断消耗胚乳中储存的淀粉，使胚乳中的淀粉逐渐减少。(2)在验证蓝色块状物变小是淀粉酶作用的结果的实验设计中，要严格遵循对照原则、单一变量原则等。设置1号试管的主要目的是排除用于实验的淀粉溶液中含有还原糖。试管2中应加入发芽前玉米提取液。试管3与试管4对照，预期二者的颜色变化都是蓝色→砖红色，说明发芽玉米提取液中含有淀粉酶并催化淀粉水解成还原糖；如果试管4没有出现砖红色沉淀，最可能的原因是淀粉酶已失活。
[答案]　碘液　(1)玉米发芽过程中胚乳中的淀粉逐渐减少　(2)①排除用于实验的淀粉溶液中含有还原糖　②发芽前玉米　③蓝色→砖红色　淀粉酶已失活
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