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第一节 生命活动需要酶和能源物质
1.酶的探索历程
(1)1857年,法国科学家巴斯德发现,发酵是由微生物引起的,后来他又证实了酒精发酵是由酵
母菌引起的。
(2)1897年,德国科学家毕希纳发现,引起发酵的是酵母菌含有的酶,而不是酵母菌本身。
(3)1926年,美国科学家萨姆纳证明脲酶是蛋白质,提出了酶是蛋白质的观点。
(4)20世纪80年代,科学家发现,少数RNA也具有生物催化功能,并把这类RNA称为核酶。
2.酶的本质:能催化生化反应的酶绝大多数是蛋白质,少数是RNA。
知识点 1 生物催化剂——酶
必备知识 清单破
3.酶的作用机制
(1)活化能:在一定温度下,分子从基态转变为容易发生化学反应的过渡态所需的能量。
(2)活化分子:处于过渡态的分子称为活化分子。在一个化学反应体系中,活化分子越多,反应
速率就越快。因此,增加活化分子的数量,就能提高反应速率。
(3)活化分子增多一般有两种途径
1、不使用催化剂,通过加热或光照等方法,使一部分分子获得能量而成为活化分子。
2、使用催化剂降低生化反应所需的活化能,活化能越低,活化分子就越多。
(4)酶促反应:由酶催化的生化反应。
(5)酶催化作用的实质:降低生化反应所需的活化能。
4.酶的催化作用的特性
(1)高效性:与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。
(2)专一性:一种酶只能催化一种或一类生化反应。
(3)作用条件比较温和:通常在常温、常压下进行。
5.酶活性
(1)含义:酶催化生化反应的能力。
(2)衡量指标:酶催化生化反应的速率(酶促反应速率)。
特别提醒 酶促反应速率≠酶活性,酶促反应速率可用单位时间内反应物的消耗量或产物的
生成量来表示。
(3)酶活性受温度、pH等条件的影响
1、酶的适宜pH一般在6~8之间,酶活性最大时的pH称为酶的最适pH。在过酸或过碱的条件
下,酶活性一般会明显降低,甚至会变性失活。
2、在一定的温度范围内,适当升高温度,酶活性增强,能加快生化反应速率,但温度过高会使
酶变性失活,从而降低生化反应速率;在一定的温度范围内,适当降低温度,可抑制酶活性,降低
生化反应速率,但一般不会使酶失活。酶活性最高时的温度称为酶的最适温度。
1.ATP的分子结构及特点
(1)中文名称:腺苷三磷酸。
(2)结构简式
知识点 2 ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
2.ATP和ADP的相互转化和利用
(1)ATP能量释放过程
由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等,磷酐键容易断裂。ATP分子末端的
磷酐键断裂后,ATP转化为ADP(腺苷二磷酸)和游离的Pi(HP )。在这个过程中,ATP是通过
基团转移而不是简单的水解提供能量的,ATP转移的基团是一个磷酰基(—P ),而不是磷酸
基(—OP )。
(2)ATP与ADP的相互转化
1、示意图
2、意义:一方面为细胞提供所需的ATP,另一方面使ATP仍然维持相对恒定的水平。这样既
能及时且持续地为生命活动提供能量,又能避免能量的浪费。
3.ATP是驱动细胞中绝大多数生命活动的直接能源物质
(1)ATP可以直接为生物体的大多数需能反应提供能量。在生物体的能量代谢中,能量的利
用、转化、储存、释放都和ATP密切相关。
(2)细胞内许多储能物质氧化分解释放的能量,虽然不能直接用于生命活动,但可以用于ADP
转化为ATP的反应并储存在ATP中,再通过ATP转化为ADP的反应满足生物体生命活动对能
量的需求。
知识辨析
1.酶的合成场所均为核糖体,单体是氨基酸,这种说法正确吗
2.所有活细胞都能合成酶,酶作用场所可以是细胞内也可以是细胞外,这种说法正确吗
3.加热与用催化剂均能通过降低反应所需的活化能加快反应进行,这种说法正确吗
提示
提示
提示
不正确。酶的化学本质为蛋白质或RNA,因此酶的合成场所不一定是核糖体,酶的单体为氨基酸或核糖核苷酸。
不正确。不是所有活细胞都能合成酶,如哺乳动物成熟红细胞没有细胞核及众多细胞器,无法合成酶。
不正确。加热可为反应提供能量,从而使反应速率加快,加热并不能降低反应所需的活化能。
4.高温(100 ℃)处理后的唾液淀粉酶,当温度逐渐降低至37 ℃时,其活性逐渐增强,这种说法正
确吗
5.ATP的结构简式为A-P~P~P,其中A表示腺嘌呤,这种说法正确吗
6.ATP水解与合成均需要酶催化,但催化这两个过程的酶种类不同,这种说法正确吗
7.ATP失去末端两个磷酸基团以后的剩余部分可为RNA的合成提供原料,这种说法正确吗
提示
提示
提示
提示
不正确。高温(100 ℃)处理后,唾液淀粉酶的空间结构已被破坏,酶已失活,即使降低温度,酶的活性也不可恢复。
不正确。ATP的结构简式为A-P~P~P,其中A表示腺苷。
正确。催化ATP水解和合成的酶不是同一种酶。
正确。ATP失去末端两个磷酸基团后的剩余部分为腺嘌呤核糖核苷酸,腺嘌呤核糖核苷酸是RNA的基本组成单位之一。
1.鉴定酶的本质
(1)酶解法鉴定
(2)试剂检测法:向待测酶溶液与等量的已知蛋白液中分别加入等量的双缩脲试剂,对比实验
结果,若均发生紫色反应,说明酶的化学本质为蛋白质;若待测酶溶液未发生紫色反应,则该酶
的化学本质是RNA。
关键能力 定点破
定点 1 与酶相关的实验探究
2.验证酶的高效性
(1)设计思路:通过比较不同类型催化剂(主要是酶与无机催化剂)催化同一底物的反应速率,
得出结论。
(2)设计方案
1、底物+无机催化剂 底物的消耗量或产物的生成量。
2、底物+等量酶溶液 底物的消耗量或产物的生成量。
(3)实例:比较Fe3+与过氧化氢酶对H2O2分解的催化效率。
3.验证酶的专一性
(1)设计思路:底物相同但酶不同或底物不同但酶相同,最后通过观察酶促反应能否进行得出
结论。
(2)设计方案
1、底物种类不同,酶相同
a.底物+相应的酶溶液 底物是否发生变化。
b.另一底物+等量相同的酶溶液 底物是否发生变化。
2、底物相同,酶不同
a.底物+相应的酶溶液 底物是否发生变化。
b.相同底物+等量另一种酶溶液 底物是否发生变化。
(3)实例:唾液淀粉酶催化淀粉和蔗糖水解的反应,唾液淀粉酶和蔗糖酶催化淀粉水解的反
应。
易错提醒 利用蔗糖、淀粉和淀粉酶验证酶的专一性时,检测试剂不能选用碘液,因为碘液
无法检测蔗糖是否分解。
4.探究酶的适宜温度、pH
(1)原理:在适宜的温度、pH条件下,酶可以较快地催化反应的进行,低于或高于适宜条件,酶
催化能力均会降低。
(2)思路:设置一系列等梯度的不同温度、pH条件,检测相关条件下的反应速率,以反映酶的活
性,从而找出酶的适宜温度和pH范围。
(3)实例:以淀粉酶催化淀粉水解的实验,探究酶的适宜温度;以过氧化氢酶催化过氧化氢分解
的实验,探究酶的适宜pH。
易错提醒
(1)探究pH对酶活性的影响时,不宜选择淀粉为底物,因为淀粉在酸性条件下会水解。
(2)探究温度对酶活性的影响时,不宜选用过氧化氢和过氧化氢酶为实验材料,因为过氧化氢
受热易分解,会影响实验结果。
(3)利用淀粉和淀粉酶探究温度对酶活性的影响时,不能选用斐林试剂作为检验试剂,因为斐
林试剂使用时需隔水加热,加热会导致温度条件发生改变。
(4)探究温度对酶活性的影响时,应让底物和酶分别在预设温度下保温一段时间,再进行混合,
以保证反应在预设条件下开始。
1.酶促反应速率受酶活性的影响,也受酶浓度、底物浓度的影响。
定点 2 影响酶促反应速率的因素及有关曲线分析
2.辨别影响酶促反应速率的各种曲线图
(1)由图甲、图乙可知,高温、过酸、过碱都会使酶失活。酶适宜保存在低温、最适pH环境
中。图丙表示在酶浓度一定、其他条件适宜的情况下,一定范围内增加底物浓度,酶促反应
速率随之加快,底物浓度超过一定范围之后,酶促反应速率不再随之增加,“饱和点”出现的
主要原因是酶量有限,存在酶的饱和现象。图丁表示在底物充足、其他条件适宜的情况下,
酶促反应速率与酶浓度成正比。
(2)由绿线改变至红线的原因:图A——底物浓度不变,酶浓度或酶活性增大;图B——反应达
到平衡后补充底物。
(3)图1中三个pH条件下,pH=7时酶促反应速率相对较快。反应溶液pH的变化不影响酶作用
的最适温度。图2中四个温度条件下,35 ℃时酶促反应速率相对较快。反应溶液温度的变化
不影响酶作用的最适pH。
3.酶抑制剂:使酶的活性下降或丧失的物质。
(1)竞争性抑制剂
1、机理:竞争性抑制剂与底物通常有结构上的相似性,能与底物竞争酶分子上的活性中心,从
而产生酶活性的可逆的抑制作用。
2、特点:可通过增大底物浓度,降低竞争性抑制剂与酶活性中心结合的概率,进而减弱抑制剂
的抑制作用。
(2)非竞争性抑制剂
1、机理:非竞争性抑制剂在化学结构和分子形状上与底物无相似之处,在活性中心以外的地
方与酶结合,引起酶的空间结构发生变化,导致活性中心不能再结合底物。
2、特点:不可通过增大底物浓度来减弱抑制剂的抑制作用。
典例 某同学探究温度、pH、底物浓度与酶促反应速率的关系,绘制出如图曲线图。有关
叙述正确的是 ( )
图1 图2 图3
A.图1中,A点与B点限制酶促反应速率的因素相同
B.图2中,D点与F点酶的空间结构都被破坏且不能恢复
C.图3中,G点时将对应相关因素调至最适,酶促反应速率不能同步升高
D.图1、图2、图3中相关因素依次是底物浓度、pH、温度
C
思路点拨 先判断各图影响酶促反应速率的因素,然后再根据曲线分析各点情况。
解析 图1表示底物浓度对酶促反应速率的影响,A点限制酶促反应速率的主要因素是底物
浓度,B点限制酶促反应速率的主要因素是酶的浓度,A错误;图2表示温度对酶促反应速率的
影响,D点时温度低,酶活性低,但是酶的空间结构没有被破坏,B错误;图3表示pH对酶促反应
速率的影响,G点时酶已经变性,将对应相关因素(pH)调至最适,酶促反应速率不能同步升高,C
正确;图1、图2、图3中相关因素依次是底物浓度、温度、pH,D错误。
定点 3 ATP和ADP的相互转化不可逆
项目 ATP的合成 ATP的水解
反应式 ADP+Pi+能量 ATP ATP ADP+Pi+能量
所需酶 ATP合酶 ATP酶
能量来源 光合作用、细胞呼吸等生化反应中产生的能量 ATP分子末端的磷酐键断裂,通过基团(—P )转移提供能量
能量去路 形成末端的磷酐键 用于生长、发育、运动和生殖等许多生命活动
项目 ATP的合成 ATP的水解
能量转化 储能——与许多放能反应相联系 放能——与许多需能反应相联系
结论 ATP和ADP相互转化时,反应所需要的酶、能量的来源和去路、反应的场所等不同,因此两者的相互转化不是可逆反应。从两者相互转化的反应式来看,物质是可逆的,但能量不可逆 易错提醒
(1)ATP转化为ADP是水解反应,需要消耗水。
(2)ATP是一种高能磷酸化合物,是物质,不是能量。
(3)细胞中含有的ATP较少,但是ATP与ADP的转化速率很快并且时刻不停地发生。
(4)形成ATP的场所和消耗ATP的场所不同:真核生物形成ATP的场所有细胞质基质、线粒
体、叶绿体等,消耗ATP的场所可以是一切耗能部位。第三章 细胞中能量的转换和利用
第一节 生命活动需要酶和能源物质
第一课时 酶的作用和本质
基础过关练
题组一 酶的作用
1.酶具有极强的催化功能,其原因是( )
A.提高了反应物分子的活化能
B.增加了反应物之间的接触面积
C.降低了化学反应的活化能
D.酶提供使反应开始所必需的活化能
2.下列关于活化能和活化分子的叙述,不正确的是 ( )
A.分子从基态转变为容易发生化学反应的过渡态所需要的能量为活化能
B.酶能使化学反应中活化分子增多
C.化学反应所需的活化能越高,活化分子就越多
D.在一个化学反应体系中,活化分子越多,反应速率就越快
3.下图表示某反应“甲→乙”进行过程中,有酶参与和无酶参与时的能量变化,则下列叙述不正确的是( )
A.此反应不能说明酶的高效性
B.E1为反应前后能量的变化
C.E2表示在有酶参与下化学反应需要的活化能
D.酶参与反应时,所降低的活化能为E4
4.将2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液分别加入a、b两支试管中,再往a试管中加入2滴新鲜的肝脏研磨液,b试管中加入2滴FeCl3溶液。以下曲线与反应结果相符的是( )
A B
C D
题组二 酶的本质
5.(易错题)下列关于酶的叙述错误的是( )
A.酶都在细胞内发挥作用
B.酶都是大分子
C.酶都起催化作用
D.酶在化学反应前后性质和数量都不变
6.用同一种蛋白酶处理甲、乙两种酶,甲、乙酶催化反应的速率与处理时间的关系如图所示。甲、乙两种酶的化学本质分别最可能是( )
A.蛋白质、RNA B.RNA、蛋白质
C.蛋白质、蛋白质 D.RNA、RNA
第二课时 酶的特性及酶促反应速率的影响因素
基础过关练
题组一 酶的特性及其探究实验
1.蛋白酶能将蛋白质水解成多肽,而不能使蔗糖水解,这说明酶的催化作用( )
A.需要酸性条件 B.需要适宜的pH
C.具有高效性 D.具有专一性
2.如图表示酶促反应的物质变化过程,有关叙述错误的是( )
A.该图说明酶催化具有专一性
B.催化该反应的酶分子是“D”
C.“B”分解产生“E”和“F”
D.该反应顺利进行需要常温、常压的环境条件
3.某兴趣小组利用如图所示装置探究过氧化氢在不同条件下的分解,实验中所用试剂的量相同。下列有关叙述错误的是( )
A.利用图示实验可验证酶的高效性
B.Ⅰ、Ⅱ量筒收集的水的体积代表了O2的产生量
C.相同且适宜条件下,Ⅱ量筒中水量的增加快于Ⅰ量筒
D.锥形瓶中的反应结束后,Ⅱ量筒中收集的水多于Ⅰ量筒
4.为探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用,某学习小组设计并完成了以下实验。
第一步:取甲和乙两支试管,向甲试管中加入2 mL可溶性淀粉溶液,乙试管中加入2 mL蔗糖溶液;
第二步:向甲、乙试管中各加入新鲜淀粉酶溶液2 mL,摇匀后置于37 ℃水浴锅中保温5 min;
第三步:向甲、乙试管中各加入斐林试剂2 mL,摇匀后50~65 ℃水浴加热1 min;
第四步:观察记录甲、乙试管的颜色变化。
请回答下列问题:
(1)淀粉酶具有催化作用的机理是 。
(2)向甲、乙两试管加入的可溶性淀粉溶液和蔗糖溶液的体积相等的原因是 。
(3)该实验 (填“能”或“不能”)用碘液进行检测,原因是 。
(4)甲、乙两试管的颜色分别是 。
题组二 影响酶促反应速率的因素及探究实验
5.科学家研究了pH对人体内的两种消化酶A、B所催化的反应的影响,获得如图所示结果。下列叙述正确的是( )
A.酶A和酶B的最适pH相同
B.酶B的催化效率一定高于酶A
C.酶B很可能取自人体的胃液
D.酶A与酶B不在同一部位发挥作用
6.酶促反应速率与温度的关系如图所示,下列说法不正确的是( )
A.MN段反应速率提高是因为酶活性增大
B.O点对应的温度是酶促反应的最适温度
C.低温处理后酶的活性一定不能恢复
D.温度不同时酶促反应的速率可能相同
7.将A、B两种物质混合,T1时加入酶C。如图为最适温度下A、B浓度的变化曲线。下列叙述错误的是( )
A.酶C降低了A生成B这一反应所需的活化能
B.该体系中酶促反应速率先慢后快
C.T2后B增加缓慢是底物浓度降低导致的
D.适当降低反应温度,T2值增大
8.(教材习题改编)在一块含有淀粉的琼脂块的四个固定位置,分别用不同方法处理,如图所示,将该实验装置放入恒温箱中,保温处理24小时后,用碘液处理该琼脂块,观察实验结果。下列分析错误的是( )
A.1组和2组呈蓝色,原因都是相关酶的空间结构被破坏
B.3组呈蓝色,4组呈棕色,原因是只有4组中才有水解淀粉的酶
C.2组煮沸的唾液若冷却后使用,实验结果呈棕色
D.1组和4组可形成对照,自变量为是否酸处理
9.细胞代谢离不开酶的催化,酶的催化需要温和的环境条件,某课外活动小组用淀粉酶探究pH对酶活性的影响时发现,pH过低时淀粉水解速率也会加快,探究结果如图所示。下列有关实验的说法,正确的是( )
A.从图中能推断,该淀粉酶在pH=1时的活性一定比pH=3时的高
B.该淀粉酶的最适pH为7
C.在强酸、强碱条件下淀粉酶活性受到抑制,但空间结构没有改变
D.在pH为5~9之间设置更小的pH梯度可探究该淀粉酶的最适pH
能力提升练
题组一 酶促反应速率影响因素的分析
1.如图曲线b表示在最适温度和pH条件下,反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析正确的是( )
A.增大pH,重复该实验,A、B点位置都不变
B.B点后,升高温度,酶活性增加,将呈现曲线a所示变化
C.酶量增加后,图示反应速率可用曲线c表示
D.反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素
2.(多选题)下图中甲曲线表示在最适温度下某种酶的酶促反应速率与反应物浓度之间的关系,乙、丙两条曲线分别表示该酶促反应速率随温度和pH的变化趋势。下列相关叙述正确的是( )
A.AB段限制反应速率的主要因素是反应物浓度
B.短期保存该酶的适宜条件对应D、H两点
C.酶分子在完成催化反应后立即被降解成氨基酸
D.甲曲线C点时酶的活性高于A点时酶的活性
3.酶促反应受多种抑制剂影响。竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性中心,非竞争性抑制剂与酶的非活性中心结合,改变酶活性中心的结构。下图表示A、B两种抑制剂影响酶促反应的示意图,下列叙述正确的是( )
A.酶活性中心的结构决定了酶具有高效性
B.抑制剂B是竞争性抑制剂,其与底物有相似的化学结构
C.在含有抑制剂A的反应体系中降低底物浓度,酶促反应速率变化不大
D.在含有抑制剂B的反应体系中增大底物浓度,酶促反应速率变化不大
题组二 与酶相关的实验探究
4.某小组利用如图所示实验装置开展了pH对酶活性影响的研究(滤纸片在猪肝匀浆中浸泡了10 min)。下列叙述正确的是( )
A.该装置也可用于探究酶数量与酶促反应速率的关系
B.为避免猪肝匀浆滴落,实验前应将滤纸片高温烘干
C.反应结束后可通过观察产生的气体体积来判断各组酶活性
D.每组实验结束用清水冲洗装置后,即可进行下一组实验
5.下列关于酶的相关实验,叙述正确的是( )
A.验证酶具有高效性时,可以一组加酶,另一组加等量的蒸馏水
B.当用蔗糖和淀粉作为底物验证淀粉酶的专一性时,一般不使用碘液进行鉴定
C.探究pH对酶活性的影响时,可使用淀粉酶进行实验
D.探究温度对酶活性的影响时,可使用过氧化氢酶进行实验
6.现有两种淀粉酶A与B,某生物兴趣小组为探究不同温度条件下这两种淀粉酶的活性,设计实验过程如下表所示:
组 别 实验操作
①设置 水浴锅 温度 (℃) ②取8支试管各加入淀粉溶液10 mL,分别保温5 min ③另取8支试管各加入等量淀粉酶溶液,分别保温5 min ④将同组两个试管中的淀粉溶液与淀粉酶溶液混合摇匀,保温 5 min
1 20 酶A
2 30 酶A
3 40 酶A
4 50 酶A
5 20 酶B
6 30 酶B
7 40 酶B
8 50 酶B
图1是实验第④步保温5分钟后对各组淀粉剩余量进行检测的结果,图2是40 ℃时测定酶A催化淀粉水解时淀粉剩余量随时间变化的曲线。
(1)该实验中淀粉酶的化学本质为 ,它催化化学反应的实质是 。
(2)此实验通过检测淀粉的剩余量来表示酶的活性,不能通过用斐林试剂检测生成物麦芽糖的含量来表示酶的活性,理由: 。若步骤③中淀粉酶的浓度适当减少,为保持图1实验结果不变,保温时间应 (填“缩短”“延长”或“不变”)。
(3)若适当降低温度,请在图2中用虚线画出该试管中淀粉剩余量随时间变化的曲线。
(4)若要进一步探究酶B的最适温度,实验设计的主要思路应是在 ℃之间设立较小温度梯度的分组实验,按表中步骤进行实验,分析结果得出结论。
(5)根据实验结果分析,下列叙述正确的是 (单选)。
A.酶A在20 ℃条件时活性较高
B.酶A的活性大于酶B的活性
C.酶B在40 ℃条件时活性较高
D.大于50 ℃条件时,酶A失活
第三课时 ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
基础过关练
题组一 ATP的结构和功能
1.科学家研究发现,向刚刚失去收缩功能的离体肌肉上滴加葡萄糖溶液,肌肉不收缩;向同一条肌肉上滴加ATP溶液,肌肉很快就发生明显地收缩。这说明( )
A.葡萄糖是能源物质
B.ATP是能源物质
C.葡萄糖是直接能源物质
D.ATP是直接能源物质
2.如图为ATP的结构模式图,下列叙述正确的是( )
A.图中字母A表示腺苷
B.①、②、③表示磷酐键
C.ATP供能时②、③同时断裂
D.虚线框部分是RNA的组成单位之一
3.如图是ATP的分子结构式,下列叙述错误的是( )
A.①处断裂后形成了ADP
B.图中虚线框部分代表腺苷
C.ATP中含有C、H、O、N、P五种元素
D.ATP水解释放的能量可直接用于各项生命活动
4.如图是ATP中化学键逐级水解的过程图。有关叙述正确的是( )
ATP①②③
A.①代表的物质是ADP,③是腺嘌呤核糖核苷酸
B.ATP是细胞内含量少的间接能源物质
C.在最适温度和pH条件下,最适合酶的保存
D.一个ATP彻底水解产物中含有核糖
题组二 ATP与ADP的相互转化
5.下图表示细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制,下列叙述错误的是( )
A.过程②发生磷酐键的断裂
B.小麦叶肉细胞内过程①所需能量来自光合作用或细胞呼吸
C.活细胞中ATP与ADP相互转化速率会受到温度和pH的影响
D.ATP分解为ADP是储存能量的过程
6.如图表示的是ATP和ADP之间的转化,可以确定的是( )
A.A为ADP,B为ATP
B.能量1和能量2来源相同
C.X1和X2是同一种物质
D.酶1和酶2是同一种酶
能力提升练
题组 综合分析ATP的结构、功能及转化
1.磷酸肌酸在肌酸激酶催化下,将磷酸基团转移到ADP分子合成ATP,从而使细胞中的ATP含量维持在正常水平。研究者对蛙的肌肉组织短暂电刺激,检测对照组和实验组(肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理)肌肉收缩前后ATP和ADP的含量,结果如下表。下列说法错误的是( )
对照组/(10-6 mol·g-1) 实验组/(10-6 mol·g-1)
收缩前 收缩后 收缩前 收缩后
ATP 1.30 1.30 1.30 0.75
ADP 0.60 0.60 0.60 0.95
A.实验组消耗的ATP与产生的ADP数量相等
B.肌肉组织中的ATP含量少,转化快
C.在肌酸激酶的作用下,磷酸肌酸和ADP可生成ATP
D.ATP和磷酸肌酸均可作为细胞代谢的能量物质
2.萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶,荧光素接受ATP提供的能量后就被激活。在荧光素酶的作用下,激活的荧光素与氧发生化学反应,形成氧化荧光素并且发出荧光。下列相关叙述正确的是( )
A.萤火虫的发光强度与ATP的含量呈负相关
B.荧光素酶通过调节氧化荧光素的形成而使其发光
C.萤火虫体内ATP的形成所需的能量来自光能和呼吸作用
D.萤火虫持续发光的过程中,体内ATP的含量仍会保持相对稳定
3.蛋白质的磷酸化与去磷酸化被比喻为一种分子开关,分子开关的机理如图所示,形成有活性的蛋白质是一个磷酸化的过程,即“开”的过程,形成无活性的蛋白质是一个去磷酸化的过程,即“关”的过程。下列有关分子开关的说法错误的是( )
A.细胞呼吸产生的ATP可以用于分子开关中蛋白质的磷酸化过程
B.分子开关可能是通过改变蛋白质的空间结构来实现“开”和“关”的
C.蛋白质去磷酸化过程是一个放能反应,释放的能量有一部分可用于合成ATP
D.蛋白质磷酸化过程是一个吸能反应,与ATP的水解相联系
4.ATP可将蛋白质磷酸化,磷酸化的蛋白质会改变形状做功,从而推动细胞内系列反应的进行(机理如图所示)。下列叙述错误的是( )
A.磷酸化的蛋白质做功,失去的能量主要用于再生ATP
B.ATP推动蛋白质做功的过程,存在放能反应与吸能反应过程
C.ATP水解过程中,末端磷酰基团具有较高的转移势能
D.主动运输过程中,载体蛋白中的能量先增加后减少
答案与分层梯度式解析
第三章 细胞中能量的转换和利用
第一节 生命活动需要酶和能源物质
第一课时 酶的作用和本质
基础过关练
1.C 2.C 3.B 4.A 5.A 6.B
1.C 酶的作用机理是降低化学反应的活化能,使酶具有极强的催化功能,酶不能提高反应物分子的活化能,也不能为反应提供活化能,A、D错误,C正确。酶不能增加反应物之间的接触面积,B错误。
2.C 活化能是指在一定温度下,分子从基态转变为容易发生化学反应的过渡态所需的能量,A正确;酶能降低生化反应所需的活化能,活化能越低,活化分子越多,B正确,C错误;在一个化学反应体系中,活化分子越多,反应速率就越快,D正确。
3.B 曲线Ⅰ表示无酶参与时的能量变化,曲线Ⅱ表示有酶参与时的能量变化,两曲线对比能说明酶具有催化作用,但不能体现酶具有高效性,A正确。E1为无酶参与下化学反应所需要的活化能,E3为反应前后能量的变化,B错误。E2表示在有酶参与下化学反应需要的活化能,C正确。 E4表示酶所降低的活化能,D正确。
4.A a、b试管中都加入了2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液,a试管中再加入2滴新鲜的肝脏研磨液(含过氧化氢酶),b试管中再加入2滴FeCl3溶液(无机催化剂),则a试管中催化效率更高;催化剂可加快反应速率,缩短反应达到平衡的时间,但是不改变反应的方向、平衡点和产物最终的生成量,因此,随着反应的进行,最终两支试管的底物浓度相同,但a试管所需的反应时间较短,A正确。
5.A 酶在细胞内外都能发挥作用,A错误。酶绝大多数是蛋白质,少数是RNA,蛋白质和RNA都是生物大分子,因此酶是大分子物质,B正确。
6.B 用蛋白酶处理甲、乙两种酶后,乙酶催化反应的速率降低,甲酶催化反应的速率不变,说明该蛋白酶能催化乙酶的水解,不能催化甲酶的水解,则乙酶的化学本质为蛋白质,甲酶的化学本质为RNA,B符合题意。
第二课时 酶的特性及酶促反应速率的影响因素
基础过关练
1.D 2.B 3.D 5.D 6.C 7.B 8.C 9.D
1.D 蛋白酶能催化蛋白质的水解,不能催化蔗糖的水解,说明酶的催化作用具有专一性,即一种酶只能催化一种或一类生化反应,D符合题意。
2.B 由题图可知,“A”只能催化“B”生成“E”和“F”,表明酶具有专一性,A正确;催化该反应的酶分子是“A”,B错误;底物“B”在酶“A”作用下分解产生“E”和“F”,C正确;酶的催化作用通常是在常温、常压下进行的,D正确。
3.D 题图实验的自变量是催化剂的种类,因变量是气体的产生量,Ⅰ、Ⅱ量筒中收集到的水的体积代表O2的产生量,乙装置中催化剂为肝脏研磨液(含过氧化氢酶),甲装置中催化剂为FeCl3溶液,在相同且适宜的条件下,Ⅱ量筒中水量的增加快于Ⅰ量筒,该实验说明同无机催化剂相比,酶的催化具有高效性,A、B、C正确;甲、乙装置中的过氧化氢的量相同,最后产生的O2量相同,因此反应结束后Ⅰ、Ⅱ量筒收集的水的体积相同,D错误。
4.答案 (1)降低淀粉水解反应的活化能 (2)遵循单一变量原则(或可溶性淀粉溶液和蔗糖溶液的体积属于无关变量,需相同且适宜) (3)不能 碘液不能检测蔗糖和蔗糖的水解产物,不能判断蔗糖是否水解 (4)砖红色、蓝色
解析 (3)探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用的实验中,不能用碘液进行检测,原因是碘液不能检测蔗糖和蔗糖的水解产物,不能判断淀粉酶是否能催化蔗糖水解。(4)淀粉酶能催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解。甲试管中的淀粉在淀粉酶的作用下水解生成还原糖,与斐林试剂在隔水加热条件下出现砖红色。乙试管中的蔗糖不能水解,蔗糖是非还原糖,故不出现砖红色,显现斐林试剂本身的颜色——蓝色。
5.D 酶A的最适pH约为1.5,酶B的最适pH约为7.5,可见酶A与酶B的最适pH不同,进而推测二者在人体的不同部位发挥作用,A错误,D正确。酶催化作用的效率可以通过酶催化生化反应的速率来衡量,在不同的pH条件下,酶A和酶B的酶促反应速率不同,因此酶B的催化效率不一定高于酶A,B错误。人体胃液的pH为1.5左右,酶B的适宜pH约为7.5,所以酶B不可能取自人体的胃液,C错误。
6.C MN段随着温度升高,酶的活性增大,反应速率提高,A正确;O点处反应速率最高,所以O点对应的温度是酶促反应的最适温度,B正确;低温一般不会导致酶失活,在一定温度范围内,酶活性可以随着温度升高而逐渐升高,C错误;通过题图可以看出,温度不同时酶促反应的速率可能相同(如N点和P点),D正确。
易错提醒 过酸、过碱、高温都会使酶变性失活,低温一般不会使酶变性失活。低温只是抑制了酶的活性,酶分子的结构并未被破坏,一定温度范围内,温度升高后酶的活性可恢复。
7.B T1时加入酶C后,A浓度降低,B浓度升高,说明酶C催化物质A生成了物质B,即酶C降低了A生成B这一反应所需的活化能,A正确;由题图可知,该体系中酶促反应速率先快后慢(减慢的原因是底物减少),B错误;T2后,B增加缓慢是底物A减少导致的,C正确;根据题意,图示是在最适温度条件下进行的,若适当降低反应温度,则酶活性降低,酶促反应速率减慢,T2值增大,D正确。
8.C 过酸、过碱、高温都会破坏酶的空间结构,1组和2组中的唾液淀粉酶已经失活,不能催化淀粉水解,用碘液处理后,1组和2组呈蓝色,A正确。酶具有专一性,蔗糖酶不能催化淀粉水解,3组用碘液处理后呈蓝色;4组中的唾液淀粉酶可以催化淀粉水解,用碘液处理后,4组呈碘液的棕色,B正确。2组煮沸后唾液淀粉酶变性失活,冷却不能使其恢复活性,不能催化淀粉水解,用碘液处理后,实验结果呈蓝色,C错误。1组和4组的单一变量为是否酸处理,故1组和4组可形成对照,D正确。
9.D 该实验的自变量是pH,因变量是1 h后淀粉剩余量。由于淀粉在酸性条件下易水解,由题图无法得出该淀粉酶在pH=1时的活性比pH=3时的高,A错误;该实验中1 h后,pH为7的条件下淀粉的剩余量最少,但实验的pH梯度比较大,该酶的最适pH不一定为7,应在pH为5~9之间设置更小的pH梯度来探究该淀粉酶的最适pH,B错误,D正确;在强酸、强碱条件下,酶的空间结构会发生改变,C错误。
能力提升练
1.D 2.AB 3.D 4.A 5.B
1.D
酶量增加,反应速率增大,不能用曲线c表示,C错误。AB段随着反应物浓度增大,反应速率加快,说明反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素,D正确。
2.AB 曲线AB段随着反应物浓度的增加,反应速率加快,该段影响酶促反应速率的主要因素是反应物浓度,A正确;乙曲线代表温度对酶促反应速率的影响,丙曲线代表pH对酶促反应速率的影响,保存酶的最适条件是低温和最适pH,对应D和H两点,B正确;酶是催化剂,在化学反应前后,自身性质和数量不会改变,所以发挥作用后不会被降解,C错误;甲曲线C点和A点酶的活性相同,这两点反应速率不同是由于反应物的浓度不同,D错误。
方法技巧 “四看法”分析酶促反应速率的曲线
3.D
获取信息 分析选项
图甲:底物结构和酶的活性中心结构吻合 酶活性中心的结构决定了酶的专一性,A错误
图甲:抑制剂A能与酶的活性中心结合,再结合题干信息“竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性中心” 抑制剂A是竞争性抑制剂。若在含有抑制剂A的反应体系中降低底物浓度,酶促反应速率降低,C错误
图乙:抑制剂B能与酶活性中心以外的位点结合,改变酶活性中心的结构,再结合题干信息“非竞争性抑制剂与酶的非活性中心结合,改变酶活性中心的结构” 抑制剂B属于非竞争性抑制剂,B错误。非竞争性抑制剂使酶不能与底物结合,即使增加底物浓度也无法减弱其抑制作用,故在含有抑制剂B的反应体系中增大底物浓度,酶促反应速率变化不大,D正确
4.A 不同大小的滤纸片黏附酶量不同,故该装置也可用于探究酶数量与酶促反应速率的关系,A正确;高温烘干滤纸片,滤纸片上的酶将变性失活,B错误;可通过完成反应所需的时间长短来判断各组酶活性,底物相等时,反应完全结束后产生的气体体积相等,故不能用产生的气体总体积判断酶的活性,C错误;每组实验结束不能用清水冲洗装置后就进行下一组实验,因为装置中可能有残留的酶未清理干净,从而影响实验,D错误。
5.B 验证酶具有高效性时,可以一组加酶,另一组加等量的无机催化剂,A错误;淀粉在酸性条件下会水解,因此不能选用淀粉和淀粉酶探究pH对酶活性的影响,C错误;过氧化氢的分解受温度影响,因此不能选用过氧化氢与过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响,D错误。
6.答案 (1)蛋白质 降低化学反应所需的活化能 (2)斐林试剂检测还原糖时需隔水加热,会导致反应体系温度发生改变,影响实验结果 延长
(3)
(4)30~50 (5)C
解析 (1)淀粉酶的化学本质为蛋白质。酶催化化学反应的实质是降低了化学反应所需的活化能。(2)因为斐林试剂检测还原糖时需隔水加热,会导致反应体系预设的温度发生改变,影响实验结果,所以不能通过用斐林试剂检测生成物麦芽糖的含量来表示酶活性。若步骤③中淀粉酶的浓度适当降低,酶促反应速率会降低,因此为保持图1实验结果不变,保温时间应延长。(3)图2是40 ℃时测定酶A催化淀粉水解时淀粉剩余量随时间变化的曲线,结合图1可知,若适当降低温度,酶A的活性降低,相同时间内与40 ℃时比较,淀粉的剩余量较多,曲线图见答案。(4)酶B在40 ℃条件时淀粉剩余量较少,所以酶B在40 ℃条件时活性较高,但不能确定该温度就是最适温度,要进一步探究酶B的最适温度,应在该温度两侧的邻近温度范围内设置更小的温度梯度,分别检测淀粉的水解情况,即在30~50 ℃之间设立较小温度梯度的分组实验,按题述步骤进行实验,分析结果得出结论。(5)据图1分析,酶A在20 ℃条件时淀粉剩余量较多,酶活性相对其他温度时较低,A错误;在同一温度下酶A催化的组剩余的淀粉量多于酶B催化的组,说明同一温度下酶A的活性小于酶B的活性,B错误;据图1分析,酶B在40 ℃条件时淀粉含量较少,所以酶B在40 ℃条件时活性较高,C正确;题中未给出大于50 ℃条件时的实验结果,无法得出酶A失活的结论,D错误。
第三课时 ATP是驱动细胞生命
活动的直接能源物质
基础过关练
1.D 2.D 3.A 4.D 5.D 6.C
1.D 结合题意可知,ATP是直接能源物质,能为肌肉收缩直接供能,D正确。
2.D 题图中字母A表示腺嘌呤,①不是磷酐键,②、③表示磷酐键,虚线框部分表示腺嘌呤核糖核苷酸,是RNA的组成单位之一,A、B错误,D正确。ATP水解供能时通常末端的磷酐键(③)断裂,C错误。
3.A 腺苷由腺嘌呤和核糖组成,题图虚线框部分代表腺苷,①②表示磷酐键,B正确。ATP分子末端磷酐键(②)断裂后,ATP转化为ADP和Pi,①处断裂后形成AMP,A错误。
4.D ①代表的物质是ADP,②是腺嘌呤核糖核苷酸,③是腺苷,A错误;ATP是细胞内含量少的直接能源物质,B错误;酶应该在最适pH和较低温度条件下保存,C错误;一个ATP彻底水解产物是腺嘌呤、核糖、磷酸,D正确。
5.D 过程②为ATP的水解,会发生磷酐键的断裂,A正确;过程①为ATP的合成,小麦叶肉细胞能进行光合作用和呼吸作用,则该细胞中ATP合成所需能量来自光合作用或细胞呼吸,B正确;ATP与ADP的相互转化受ATP合酶和ATP酶的催化,酶活性受温度和pH影响,故转化速率也会受到温度和pH的影响,C正确;ATP分解为ADP是释放能量的过程,D错误。
6.C 分析题图可知,B为ADP,A为ATP,A错误;能量1来自磷酐键断裂后,基团(—P)转移提供的能量,能量2来自光合作用、细胞呼吸等生物化学反应中产生的能量,二者来源不同,B错误;Xl和X2都是Pi,C正确;酶1是催化ATP水解的ATP酶,酶2是催化ATP合成的ATP合酶,酶1和酶2不是同一种酶,D错误。
能力提升练
1.A 2.D 3.C 4.A
1.A 分析题表:实验组中消耗的ATP为1.3-0.75=0.55(10-6 mol·g-1),产生的ADP为0.95-0.6=0.35(10-6 mol·g-1),说明实验组消耗的ATP量与产生的ADP量不相等,A错误。题表中对照组肌肉组织中的ATP含量少,肌肉收缩前后ATP和ADP含量保持不变,说明ATP和ADP的相互转化速率快,且处于动态平衡,B正确。由题干信息“磷酸肌酸在肌酸激酶催化下,将磷酸基团转移到ADP分子合成ATP”可知,在肌酸激酶的作用下,磷酸肌酸和ADP可生成ATP,C正确。
归纳总结 ATP在细胞内含量很少,但在细胞内的转化速度很快,ATP水解后可由ADP迅速转化形成,以维持细胞中ATP的动态平衡。
2.D 萤火虫的发光强度与ATP的含量呈正相关,A错误;由题干可知,荧光素酶催化激活的荧光素与氧发生化学反应,形成氧化荧光素并且发出荧光,而不是调节氧化荧光素的形成,B错误;萤火虫体内ATP的形成所需的能量无法来自光能,C错误;萤火虫持续发光的过程中,体内ATP的含量仍会保持相对稳定,因为ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生,并且处于动态平衡之中,D正确。
3.C 通过图示可知,蛋白质的磷酸化过程需要消耗ATP,是一个吸能反应,需要能量供应,与ATP的水解相联系,细胞呼吸产生的ATP可以用于该过程,形成有活性的蛋白质,A、D正确;由图可知,ATP将无活性蛋白磷酸化后,形成ADP和磷酸化的蛋白质(有活性蛋白),当磷酸化的蛋白质上的磷酸基团脱落后,形成无活性蛋白,因此分子开关可能是通过改变蛋白质的空间结构来实现“开”和“关”的,B正确;根据题图可知,蛋白质去磷酸化过程只能为ATP的合成提供Pi,C错误。
4.A 由题图可知,ATP可将蛋白质磷酸化,磷酸化的蛋白质会改变形状做功,失去的能量并不能用于再生成ATP,失去的能量主要用于推动细胞内系列反应的进行,A错误;ATP推动蛋白质做功过程中,ATP的水解是放能反应,蛋白质磷酸化是吸能反应,因此该过程存在吸能反应和放能反应过程,B正确;ATP水解过程中,ATP末端的磷酰基团很容易离开ATP而与其他分子结合,具有较高的转移势能,C正确;主动运输过程中,ATP可将载体蛋白磷酸化,磷酸化的蛋白质会改变形状,这是吸能反应,然后蛋白质做功,失去能量,载体蛋白恢复原状,这是放能反应,因此主动运输过程中,载体蛋白中的能量先增加后减少,D正确。
