高考生物二轮复习专题学案：2 酶与ATP（含解析）

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高考生物二轮复习专题学案
2　酶与ATP
// 高频易错 考前清零 //
1.判断有关细胞代谢中ATP说法的正误
(1)ATP 和DNA、NADPH、RNA所含元素的种类不同。 (　)
(2)人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。 (　)
(3)细胞中需要能量的生命活动都是由ATP水解直接供能的。 (　)
(4)ATP水解产生的磷酸基团可与多种功能蛋白结合,使其磷酸化而导致活性改变。 (　)
(5)ATP中的A可以作为核酶(一种具有催化功能的小分子RNA)的基本组成单位。 (　)
(6)ATP断裂两个特殊化学键产生的腺苷一磷酸是合成DNA的原料。 (　)
(7)生物体内催化ATP合成的酶的最适温度在37 ℃左右。 (　)
(8)ATP中的特殊化学键既可以在叶绿体类囊体薄膜上形成,也可以在叶绿体基质中形成。 (　)
2.判断有关细胞代谢中酶说法的正误
(1)酶既可以作为催化剂,也可以作为另一个反应的底物。 (　)
(2)“探究pH对过氧化氢酶的影响”实验中,应先在各组酶液中加入底物再分别加入不同pH的缓冲液。 (　)
(3)在探究酶的催化效率实验中,若以熟马铃薯块茎代替生马铃薯块茎,实验结果相同。 (　)
(4)RNA聚合酶在核糖体中催化氨基酸合成蛋白质。 (　)
(5)过氧化氢酶能降低反应的活化能,所以具有高效性。 (　)
(6)新鲜肝脏研磨液中含有较多的过氧化氢酶,可用于研究温度对酶活性的影响。 (　)
(7)因温度会影响酶的活性,所以酶应该在最适温度下保存。 (　)
(8)若探究温度对淀粉酶活性的影响,可选择斐林试剂对实验结果进行检测。 (　)
(9)在探究温度对酶活性影响的实验中,底物和酶混合前在酶液中加入缓冲物质属于加法原理的使用。(　)
// 常考长句 考前规范 //
(1)人体内ATP的含量很少,但在剧烈运动时,人体内ATP总含量并没有太大变化,原因是　　　 　　。
(2)唾液淀粉酶在90 ℃环境中处理后,再增加底物,反应产物的总量不再增加,其原因是　　　　　　　。
(3)有机溶剂与重金属离子影响酶活性的主要原因是有机溶剂与重金属离子和蛋白质类酶上的某些化学基团结合,使酶的活性完全丧失。当人误食了含有重金属的食物或农药后,有一种应急措施就是赶紧给病人喝大量牛奶或豆浆,原因是 　 。
(4)探究温度对酶活性的影响实验中,鉴定淀粉是否分解一般用碘液,不宜选用斐林试剂,是因为　 　　。
(5)不同pH条件下淀粉酶催化淀粉水解的实验中,pH从13调为7后,淀粉含量不会明显减少,原因是　 。
(6)在生产蓝莓汁时,可加入适量的果胶酶提高蓝莓汁的出汁率和澄清度。若以蓝莓汁的体积作为实验结果的检测指标来探究果胶酶的最适用量,则酶的最适用量是指　　　　　　　　　　　　　。
考点一　ATP的结构与功能
1.关注ATP的结构及特点
2.以ATP为核心,构建能量转化模型
(1)ATP转化和吸能反应、放能反应的关系
①细胞中的放能反应(如细胞呼吸)与ATP的合成相联系。
②细胞中的吸能反应(如淀粉合成、蛋白质合成、蔗糖合成)与ATP的水解相联系。
③能量通过ATP分子在吸能反应与放能反应之间流通,ATP是细胞内流通的能量“货币”。
(2)ATP产生量与O2供应量之间的关系
(3)除利用光能、有机物中的化学能合成ATP之外,硝化细菌等能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。
1.[2023·陕西西安三模] M蛋白参与蛋白质的囊泡运输,它们有两种状态,结合GTP的活跃状态和结合GDP的不活跃状态。GTP和ATP的结构和性质相似,仅碱基不同。下列叙述正确的是 (　)
A.GTP丢失2个Pi后可参与DNA的合成
B.M蛋白由不活跃状态转化为活跃状态可以释放能量
C.GDP可以在细胞内大量存在,但GTP含量与其相反
D.M蛋白空间结构发生变化后可能导致细胞内运输分泌蛋白的囊泡不能形成
2.[2023·河北唐山二模] NTT是叶绿体内膜上运输ATP/ADP的载体蛋白,负责将细胞质基质中的ATP转运至叶绿体基质,同时将叶绿体基质中等量的 ADP转运到细胞质基质,从而满足叶绿体中脂肪酸和氨基酸合成等依赖ATP的代谢活动。下列有关叙述错误的是 (　)
A.ATP与ADP比值变化会影响NTT对ATP/ADP的转运
B.ATP中的A代表腺嘌呤,其元素组成是C、H、O、N、P
C.NTT缺失突变体可能导致类囊体的薄膜结构缺陷
D.NTT每次转运ATP和ADP时,自身构象均会发生改变
考点二　酶的影响因素及相关实验分析
1.熟知酶的“一来源、一作用、二本质和三特性”
2.常考酶的种类及应用
[警示]辅酶不是酶,而是辅助酶起作用的分子,如NADH和NADPH。
3.解读酶的三类图像
(1)酶的作用原理
[注意]用加热的方法不能降低活化能,但会提供活化能。
(2)酶的特性
(3)影响酶促反应速率的因素
[注意]高温、过酸、过碱、重金属、紫外线、酒精等有机溶剂会破坏酶的空间结构,使酶失活,酶活性不能恢复。
[注意]温度、pH影响酶促反应速率的原理与底物浓度、酶浓度的影响原理不同。
4.酶的特性及相关探究实验
[提醒]辨清与酶相关实验设计的五个易错点
(1)若底物选择淀粉和蔗糖,酶溶液为淀粉酶溶液,验证酶的专一性,检测底物是否被分解的试剂宜选用斐林试剂,而不能选用碘液,是因为碘液无法检测蔗糖是否被水解。
(2)探究酶的适宜温度时:①不宜选用过氧化氢酶催化H2O2分解,因为H2O2受热易分解。②若选淀粉和淀粉酶,检测试剂不应选用斐林试剂,因为用斐林试剂检测时需要水浴加热,而本实验需严格控制温度。
(3)在酶的最适pH探究实验中,操作时必须先将酶和底物分别置于不同pH条件下,然后再将同一pH条件下处理的底物和酶混合,而不能把酶加入反应物中后再调节pH。
(4)探究酶的高效性时,对照组应加入无机催化剂;探究酶具有催化作用时,对照组应不加催化剂。
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
2.[2023·浙江6月选考] 为探究酶的催化效率,某同学采用如图所示装置进行实验,实验分组、处理及结果如下表所示。
组 别 甲中溶液 (0.2 mL) 乙中溶液 (2 mL) 不同时间测定的相对压强(kPa)
0s 50s 100s 150s 200s 250s
Ⅰ 肝脏 提取液 H2O2 溶液 0 9.0 9.6 9.8 10.0 10.0
Ⅱ FeCl3 H2O2 溶液 0 0 0.1 0.3 0.5 0.9
Ⅲ 蒸馏水 H2O2 溶液 0 0 0 0 0.1 0.1
下列叙述错误的是 (　)
A.H2O2分解生成O2导致压强改变
B.从甲中溶液与乙中溶液混合时开始计时
C.250 s时Ⅰ组和Ⅲ组反应已结束而Ⅱ组仍在进行
D.实验结果说明酶的催化作用具有高效性
考查酶促反应影响因素分析
1.[2023·四川成都七中三模] 酶A、酶B与酶C是科学家分别从菠菜叶、酵母菌与大肠杆菌中纯化出的ATP水解酶。研究人员分别测量三种酶对不同浓度ATP的水解反应速率,实验结果如图。下列叙述正确的是 (　)
A.当反应速率相对值达到400时,酶A所需要的ATP浓度最低
B.在相同的ATP浓度下,酶A催化最终产生的ADP和Pi量最多
C.ATP水解酶催化ATP水解时,需要ATP提供能量才能发挥作用
D.各曲线达到最大反应速率一半时,酶C所需要的ATP浓度最低
2.[2023·天津宝坻区一模] 脲酶能够将尿素分解成二氧化碳和氨(氨溶于水后形成铵根离子)。某研究人员利用一定浓度的尿素溶液进行了铜离子对脲酶活性影响的实验, 得到如图所示结果。下列关于脲酶和相关实验的说法, 正确的是 (　)
A.该实验遵循了单一变量原则,其自变量是铜离子浓度
B.铜离子降低脲酶的活性可能是因为其影响了酶的空间结构
C.由图可知,脲酶作用的最适温度可能在60 ℃以上
D.生物产生的脲酶都是在核糖体上合成, 经内质网和高尔基体加工后才具有活性
考查酶促反应的实验设计
3.某实验小组探究了不同浓度硫酸铜对过氧化氢酶活性的影响,实验结果如下表所示(室温9 ℃)。下列相关叙述错误的是 (　)
组号 1 2 3 4 5 6 7
硫酸铜浓度/ (mmol·L-1) 0 0.001 0.01 0.1 1 10 100
产氧速率/ [mL·(30 s)-1] 42 43 36 21 7 2 0
45 42 37 23 6 2 0
43 40 35 24 7 3 0
产氧速率平均值/ [mL·(30 s)-1] 43.3 41.7 36 22.7 6.7 2.3 0
酶相对活性/% 100 96.2 83.1 52.3 15.4 5.4 0
A.本实验的自变量为硫酸铜浓度,观测指标为氧气的产生速率
B.将第7组的硫酸铜稀释至0.1 mmol·L-1时,该组中过氧化氢酶活性上升
C.第2组与第5组实验中过氧化氢酶降低化学反应活化能的能力有所不同
D.若将室内温度提高至35 ℃,则第7组实验中的产氧速率可能会大于零
4.[2023·河北沧州模拟] 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。下列对该实验的评价,不合理的是 (　)
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;
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
高考生物二轮复习专题学案
2　酶与ATP（参考答案）
【高频易错·考前清零】
1.(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)× (8)×
[解析] (1)ATP和DNA、NADPH、RNA所含元素都是C、H、O、N、P。
(2)人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量仍保持动态平衡。
(3)ATP是直接能源物质,细胞中绝大多数需要能量的生命活动都由ATP供能,但也有少数需要能量的生命活动由NADPH、GTP、UTP等提供。
(5)ATP中的A为腺苷,核酶的基本组成单位为核糖核苷酸,因此ATP中的A不能作为核酶的基本组成单位。
(6)ATP断裂两个特殊化学键产生的腺苷一磷酸也叫腺嘌呤核糖核苷酸,是合成RNA的原料。
(7)人体的体温在37 ℃左右,所以人体中催化ATP合成的酶的最适温度在37 ℃左右。
(8)合成 ATP 时,伴随着特殊化学键的形成,光合作用过程中,光反应阶段会产生 ATP ,而暗反应阶段不会产生 ATP ,故特殊化学键可以在类囊体薄膜上形成,但不会在叶绿体基质中形成。
2.(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)× (8)×　(9)×
[解析] (1)酶既可以作为催化剂,也可以作为另一个反应的底物,比如淀粉酶可作为催化剂催化淀粉水解,也可作为底物被蛋白酶催化水解。
(2)在“探究pH对过氧化氢酶的影响”实验中,需要先在各组酶液中分别加入不同pH的缓冲液,再将酶液和底物混合。
(3)在探究酶的催化效率实验中,若以熟马铃薯块茎代替生马铃薯块茎,过氧化氢酶会失去活性,实验结果不同。
(4)RNA聚合酶参与转录过程,催化核糖核苷酸合成RNA。
(5)与无机催化剂相比,过氧化氢酶能显著降低反应的活化能,所以具有高效性。
(6)新鲜肝脏研磨液中含有较多的过氧化氢酶,但是该酶不适用于研究温度对酶活性的影响,因为过氧化氢在受热条件下会加速分解。
(7)因温度会影响酶的活性,所以酶应该在低温下保存。
(8)斐林试剂检测还原糖需要进行水浴加热,会改变反应的温度,因此如果探究温度对淀粉酶活性的影响,应选择碘液检测实验结果。
(9)在探究温度对酶活性影响的实验中,底物和酶混合前在酶液中加入缓冲物质的目的是保证无关变量pH相同且适宜,保证实验设计中的单一变量原则,不属于加法原理的使用。
【常考长句·考前规范】
(1)ATP与ADP时刻不停地发生快速地相互转化,并且处于动态平衡中
(2)该酶在高温下已变性失活,失去催化能力
(3)牛奶和豆浆中含有大量的蛋白质,这些蛋白质可以和重金属结合,从而降低有毒物质与人体中正常的酶接触的机会,保护了这些酶的活性
(4)用斐林试剂检测时需水浴加热,会导致反应体系温度发生改变,影响实验结果
(5)pH为13时,淀粉酶已经完全丧失活性,将pH由13调为7后,淀粉酶的活性不会恢复
(6)果汁体积达到最大值时所对应的最低酶用量
考点一
【重点热点题组练】
1.D　[解析] GTP和ATP的结构和性质相似,仅碱基不同,故其结构式是G—P~P~P,GTP丢失2个Pi后可参与RNA的合成,A错误;M蛋白结合GTP时为活跃状态,结合GDP时为不活跃状态,GDP转化为GTP消耗能量,故M蛋白由不活跃状态转化为活跃状态消耗能量,B错误;GDP和GTP在细胞中快速转化,都不会大量存在,C错误;结构决定功能,M蛋白(参与蛋白质的囊泡运输)空间结构发生变化后,其功能也发生改变,可能导致细胞内运输分泌蛋白的囊泡不能形成,D正确。
2.B　[解析] NTT是叶绿体内膜上运输ATP/ADP的载体蛋白,负责将细胞质基质中的ATP转运至叶绿体基质,同时将叶绿体基质中等量的 ADP转运到细胞质基质,因此,ATP与ADP比值变化会影响NTT对ATP/ADP的转运,A正确;ATP中的A代表腺苷,其元素组成是C、H、O、N,不含P,B错误;NTT缺失突变体叶绿体内膜上缺失运输ATP/ADP的载体蛋白,会导致细胞质基质中的ATP无法转运至叶绿体基质,从而不能满足叶绿体中脂肪酸和氨基酸的合成等代谢活动所需的ATP,影响脂质和蛋白质的合成,可能导致类囊体的薄膜结构缺陷,C正确;NTT作为叶绿体内膜上运输ATP/ADP的载体蛋白,每次转运ATP和ADP时,载体蛋白会与相应的底物结合,自身构象均会发生改变,D正确。
考点二
【高考曾经这样考】
1.C　[解析] 制作红茶时,揉捻能破坏细胞结构,使多酚氧化酶与茶多酚充分接触,有利于多酚氧化酶催化茶多酚生成适量茶黄素,A正确;酶的活性受温度和pH等因素的影响,发酵时保持适宜的温度可维持多酚氧化酶的活性,有机酸含量增加会改变pH进而影响多酚氧化酶的活性,B正确,C错误;高温可使多酚氧化酶变性失活,以防止过度氧化影响茶品质,D正确。
2.C　[解析] H2O2分解产物是H2O和O2,其中O2属于气体,会导致压强改变,A正确;据题表分析可知,甲中溶液表示酶或无机催化剂等,乙中是底物,应从甲中溶液与乙中溶液混合时开始计时,B正确;三组中的H2O2溶液均为2 mL,则最终产生的相对压强应相同,据表可知,250 s之前(200 s)Ⅰ组反应已结束,但Ⅱ组和Ⅲ组压强仍未达到Ⅰ组的终止压强10.0 kPa,故250 s时Ⅱ组和Ⅲ组反应仍在进行,C错误;酶的高效性是指与无机催化剂相比,酶降低化学反应活化能的作用更显著,对比Ⅰ、Ⅱ组可知,在相同时间内Ⅰ组(含过氧化氢酶)相对压强变化更快,说明酶的催化作用具有高效性,D正确。
【重点热点题组练】
1.A　[解析] 据题图可知,当反应速率相对值达到400时,酶A、酶B和酶C所需要的ATP浓度依次增加,即酶A所需要的ATP浓度最低,A正确;据图可知,在相同ATP浓度下,酶A催化的反应速率相对值最高,但ADP和Pi的生成量与底物ATP的量有关,在相同的ATP浓度下,三种酶催化最终产生的ADP和Pi量相同,B错误;酶的催化作用不需要ATP提供能量,C错误;据图可知,酶A、酶B和酶C的最大反应速率相对值分别是1200、800和400,各曲线达到最大反应速率一半时,三种酶所需要的ATP浓度都为10,D错误。
2.B　[解析] 该实验自变量为温度和铜离子浓度,A错误;实验结果表明,随着铜离子浓度的升高,产生的铵根离子减少,说明脲酶的活性降低,可能是铜离子影响了酶的空间结构,B正确;图中显示,脲酶在50 ℃时活性最高,所以脲酶作用的最适温度在40~60 ℃之间,C错误;有些细菌也能分泌脲酶,但细菌细胞内除核糖体外没有内质网和高尔基体等其他细胞器,故细菌分泌脲酶的过程与内质网和高尔基体无关,D错误。
3.B　[解析] 该实验目的是探究不同浓度硫酸铜对过氧化氢酶活性的影响,本实验的自变量为硫酸铜浓度,因变量为酶活性,观测指标为氧气的产生速率,A正确;硫酸铜浓度为100 mmol·L-1时,酶相对活性为0,说明过氧化氢酶已变性失活,B错误;酶的作用机制是降低化学反应的活化能,降低化学反应活化能的能力与酶活性大小有关,第2组与第5组中过氧化氢酶活性不同,降低化学反应活化能的能力也不同,C正确;过氧化氢的分解受温度的影响,常温下过氧化氢即可自行分解,故若将室内温度提高至35 ℃,则第7组实验中的产氧速率可能会大于零,D正确。
4.D　[解析] 题述两组实验的实验结果可能有四种,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。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的实验结论,D错误。
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