第1讲 酶与ATP

课件88张PPT。第四单元 细胞的能量供应和利用 新陈代谢是生物最基本的特征，是生物与非生物最本质的区别，是生物体进行一切生命活动的基础。因此，本单元知识在高考命题中常作为命题重点，且分量很重。题型涉及选择、简答、实验、图文转换等类型；难度覆盖高、中、低命题的考查；热点是与生产和生活实际有密切联系的知识内容。在复习中，应注意如下几个方面：
1.代谢与细胞的结构、生命活动调节、遗传与变异、环境等的关系。
2.代谢各组成内容之间的相互关系。 3.影响酶活性的一系列探究实验。
4.光合作用、影响光合作用的因子的探究及相关原理在农业生产中的应用分析。
5.呼吸作用与光合作用的相互关系、影响呼吸作用的因子、呼吸作用的实质与意义的原理在生活和生产实践中的
应用与探究。
6.相关曲线模型的分析 尤其注意知识的整合，构建合理的知识结构。同时应用比较法或图解法，寻找各种生命现象的本质规律，发掘知识本身或与其有关的生产与生活现象作素材进行探究，以提高实验能力与探究能力。 1.酶的本质及生理功能2.酶化学本质的实验验证
(1)证明某种酶是蛋白质
对照组：已知蛋白液＋双缩脲试剂―→出现紫色反应。
实验组：待测酶液＋双缩脲试剂―→是否出现紫色反应。
(2)证明某种酶是RNA
对照组：已知RNA溶液＋吡罗红染液―→出现红色。
实验组：待测酶液＋吡罗红染液―→是否呈现红色。(1)证明酶是蛋白质的其他证据
①酶经酸、碱水解后的最终产物是氨基酸。
②酶是具有一定空间结构的生物大分子，凡是能使蛋白
质变性的因素都可使酶变性失活。
③酶和蛋白质一样，具有不能通过半透膜的胶体性质。
④酶也有蛋白质所具有的化学呈色反应。
⑤与蛋白质的分子相对量相似、结构相似。
⑥在物理、化学因素的作用下，也可变性沉淀。(2)证明酶是RNA的其他证据
将某种酶液用核糖核酸酶处理，根据酶液是否被水解予
以判断。1.20世纪80年代科学家发现了一种RNaseP酶，是由20%的蛋
白质和80%的RNA组成，如果将这种酶中的蛋白质除去，并
提高Mg2＋的浓度，他们发现留下来的RNA仍然具有与这种
酶相同的催化活性，这一结果表明 (　　)
A.RNA具有生物催化作用
B.酶是由RNA和蛋白质组成的
C.酶的化学本质是蛋白质
D.绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA解析：RNaseP酶的蛋白质部分除去后，提高Mg2＋浓度，其中的RNA可发挥该酶的催化活性，可以说明RNA具有生物催化作用。因为是个案，无法得出普遍性的结论。答案：A
1.表示酶高效性的曲线(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时间，不改变化学反应的平
衡点。2.表示酶专一性的曲线(1)在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，
说明酶A催化底物A参加反应。
(2)在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明
酶B不催化底物A参加反应。3.影响酶活性的曲线(1)甲、乙曲线表明：
①在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化
作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。
②在最适温度(pH)时，酶的催化作用最强，高于或低于
最适温度(pH)酶的催化作用都将减弱。
③过酸、过碱、高温都会使酶失活，而低温只是抑制酶
的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性。
(2)从丙图可以看出：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(1)甲图：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应
速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度
后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。
(2)乙图：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。①温度和pH是通过影响酶活性进而影响酶促反应速率的。
②底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触而影响酶
促反应的速率，并不影响酶的活性。2.(2010·广州质检)左图表示的是pH对植物和人的淀粉酶活性
的影响；右图表示的是3种脱氢酶(A、B、C)的活性受温度
影响的情况。下列叙述正确的是 (　　)A.从左图中可以知道pH＝6时植物淀粉酶的活性最高
B.从右图中无法知道酶C的最适温度
C.从左图中可以知道若细胞由酸性变成碱性时，淀粉酶的活
性逐渐升高
D.从右图中可以知道活性温度范围最广的酶是B解析：温度过高、过酸、过碱都能使酶彻底失活，且这种失活是不可逆转的，从左图可以看出，植物淀粉酶的最适pH在
5和6之间，人的淀粉酶的最适pH在7左右。在右图中酶活性温度范围最窄的是酶B。酶C的活性受温度影响的曲线不完整，因此从右图中无法知道酶C的最适温度。 答案：B
1.结构式及各组分的含义
(1)ATP结构式(2)相关物质的关系2.ATP的再生与利用3.ATP与ADP的相互转化
ATP分子中，远离A的那个高能磷酸键容易水解和重新生
成，这对于细胞中能量的捕获、贮存和释放非常重要。
ATP在细胞内含量并不多，但可迅速转化循环利用。如下
图所示：转化式：ADP＋Pi＋能量 ATP。ATP的合成和水解比较如下：从表上可看出，ATP和ADP的相互转化过程中，反应类型、
反应所需酶以及能量的来源、去路和反应场所都不完全
相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。但物质
是可循环利用的。 能源物质总结
①光能是生物体生命活动所需能量的根本来源，植物光合
作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。
②光能进入生物群落后，是以化学能的形式储存于有机物
中，以有机物为载体通过食物链而流动的。能量流动是
物质循环的动力，物质是能量的载体。
③生物不能直接利用有机物中的化学能，只能利用有机物
氧化分解后转移至ATP中的能量。
④能量一经利用，即从生物群落中消失。⑤ATP水解释放的能量是储存于高能磷酸键中的化学能，
可直接用于各项生命活动(光反应阶段合成的ATP只用于
暗反应)；而合成ATP所需能量则主要来自有机物氧化分
解释放的化学能或光合作用所固定的光能。
⑥病毒等少数种类的生物不具有独立代谢能力，在其生命
活动——增殖中也消耗ATP，但这些ATP则来自于其宿主
细胞。3.(2010·盐城模拟)在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，
短时间内分离出细胞的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，该现象能够说明 (　　)
①ATP中远离A的P容易脱离　②部分32P标志的ATP是重新合
成的　③ATP是细胞内的直接能源物质 ④该过程中ATP既有
合成又有分解
A.①②③④　　　　　　　　B.①②③
C.①②④ D.②③④解析：在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞的ATP，部分ATP的末端P已带上放射性标记，但含量变化不大，说明ATP既有合成又有分解。答案：C
右图表示酶活性与温度的关
系。下列叙述正确的是 (　　)
A.当反应温度由t2调到最适温
度时，酶活性下降
B.当反应温度由t1调到最适温
度时，酶活性上升
C.酶活性在t2时比t1高，故t2时更适合酶的保存
D.酶活性在t1时比t2低，表明t1时酶的空间结构破坏更严重 [解析]　由图可知，在一定温度范围内，随温度的升高酶活性增强，t1属于此区间；超过适宜温度后，随温度升高酶活性而下降，t2属于此区间。在高温没有使酶失活的温度范围内，酶活性可随温度的变化而变化，只有较高的温度才能破坏酶的空间结构。[答案]　B
已知2H2O2 === 2H2O＋O2↑，可以通过观察反应过程中O2的生成速度(即气泡从溶液中释放的速度)来判断H2O2分解反应的速度。请用所给的实验材料和用具设计实验，使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出实验步骤、预测实验结果、得出结论，并回答问题。 实验材料与用具：适宜浓度的H2O2溶液，蒸馏水，3.5%
FeCl3溶液，0.01%过氧化氢酶溶液，恒温水浴锅，试管。
(1)实验步骤：
(2)实验结果预测及结论：
整个实验中，不同处理的试管中O2的释放速度从快到慢
依次是：　　　　　　　　。由此可得出的结论是　
　 。
(3)如果仅将实验中的恒温水浴改为80℃，重做上述实验，O2释放的速度最快的是　　　　　　　，原因是
。　 [解析]　(1)要验证过氧化氢酶具有催化作用，需将有无过氧化氢酶设置为单一变量进行对照实验。而验证过氧化氢酶具有高效性，则需要将催化剂的种类(即：催化剂为过氧化氢酶或Fe3＋)设置为单一变量进行对照实验。(2)与Fe3＋相比，酶具有高效性，所以不同处理的试管中释放O2的速度从快到慢依次是：加酶溶液的试管，加FeCl3溶液的试管、加蒸馏水的试管。(3)因80℃的高温环境中，酶因失活而失去催化作用，而FeCl3催化作用加快，故加FeCl3溶液的试管O2释放速度最快。而另两支试管O2释放速度无明显差异。 [答案]　(1)①取3支试管，各加入等量且适量的H2O2溶液，放入37℃恒温水浴锅中保温适当时间；
②分别向上述3支试管加入等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液；
③观察各管中释放气泡的快慢。
(2)加酶溶液的试管、加FeCl3溶液的试管、加蒸馏水的试管　酶具有催化作用和高效性
(3)加FeCl3溶液的试管　在此温度下，FeCl3催化作用加快，而过氧化氢酶因高温变性而失去了活性 下列有关ATP的叙述，正确的是 (　　)
①人长时间剧烈运动时，骨骼肌细胞中每摩尔葡萄糖生成ATP的量与安静时相等
②若细胞内Na＋浓度偏高，为维持Na＋浓度的稳定，细胞消耗ATP的量增加
③人在寒冷时，肾上腺素和甲状腺激素分泌增多，细胞产生ATP的量增加
④人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡
A.①② B.②③
C.③④ D.①④ [解析] 人长时间剧烈运动时，骨骼肌细胞中因缺氧进行无氧呼吸，而安静时进行有氧呼吸，氧化分解等摩尔葡萄糖，安静时生成的ATP量较多。细胞中ATP和ADP的含量少，人在饥饿时，两者的含量仍会达到动态平衡。Na＋进出细胞的方式是主动运输，主动运输要消耗能量。人在寒冷时，肾上腺素和甲状腺激素分泌增多，细胞代谢增强，促进细胞中ATP的量增加，以维持体温的恒定。[答案]　B(1)2H2O2 2H2O＋O2↑。
(2)比较H2O2在常温、高温、过氧化氢酶、Fe3＋等条件下气泡
产生的数量多少或卫生香燃烧的剧烈程度，了解过氧化氢
酶的作用和意义。实验一：比较过氧化氢在不同条件下的分解——酶的作
用原理与高效性 实验的第3、4号试管的对比，可以说明酶的催化作用具有高效性，酶的作用的高效性还可用以下实验说明：
①制备唾液。漱口后制备较纯净的唾液。
②将制备的唾液进行稀释后倒入试管。将唾液依次稀释10
倍、100倍、1 000倍、10 000倍等。
③向经稀释的唾液中分别加入等量的淀粉糊，37℃水浴加
热30 min。
④定时检测样液的变化。每隔5 min取样用碘液检测，观察
颜色变化。(1)实验时，必须用新鲜的刚从活体动物体内取出的肝脏做实
验材料。因为酶是蛋白质，如果取材过早，肝细胞内的过
氧化氢酶等有机物就会在腐生细菌的作用下分解，使组织
中酶的数量减少且活性降低。
(2)实验使用肝脏的研磨液，可使过氧化氢酶与过氧化氢充分
接触，从而加速过氧化氢的分解。(3)滴加氯化铁溶液和肝脏研磨液不能合用一支滴管。原因是
酶的催化效率具有高效性，少量酶带入氯化铁溶液中也会
影响实验结果的准确性，导致得出错误的结论。
(4)由于反应速率快，实验时要特别注意观察比较产生气泡的
多少，冒气泡时间的长短，卫生香的燃烧情况。
(5)H2O2具有一定的腐蚀性，使用时不要让其接触皮肤。实验二：探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用——证明酶的
专一性(2)用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂鉴定，
根据是否有砖红色沉淀来判定淀粉酶是否对二者都有
催化作用，从而探索酶的专一性。(1)保证蔗糖的纯度和新鲜程度是做好实验的关键。如果蔗
糖中混有少量的葡萄糖或果糖或蔗糖放置久了受细菌作
用部分分解成单糖，则与斐林试剂共热时能生成砖红色
沉淀，而得不到正确的实验结论。为了确保实验的成
功，实验之前应先检验一下蔗糖的纯度。
(2)在实验中，质量分数为3%的蔗糖溶液要现用现配(以免
被细菌污染变质)，取唾液时一定要用清水漱口，以免
食物残渣进入唾液中。(3)制备的可溶性淀粉溶液，一定要完全冷却后才能使用，
因为温度过高会使酶活性降低，甚至失去催化能力。
(4)举一反三：证明酶的专一性实验中，既可以用不同的底
物作自变量，也可以用不同的酶作自变量(底物相同)： 实验中所用酶的来源不同，则所需最适温度也不同。若淀粉酶为市售的α-淀粉酶，其最适温度为50～75℃；若淀粉酶来自人体或生物组织，则最适温度为37℃左右。实验三：探究影响酶活性的条件（1）温度对酶活性的影响(2)pH对酶活性的影响 酶的活性需要适宜的温度和pH，高温、低温以及过酸、过碱都将影响酶的活性。(1)在探索温度与酶活性实验中，操作2与操作3一定不
能颠倒顺序。
(2)在探索pH与酶活性实验中，操作2与操作3顺序不能
颠倒。 (2009·全国卷Ⅱ有改动)请用所给的实验材料和用具，设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性，要求完成实验设计、补充实验步骤、预测实验结果、得出结论，并回答问题。
实验材料与用具：适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4种溶液、斐林试剂、试管、37℃恒温水浴锅、60℃恒温水浴锅。(1)若“＋”代表加入适量的溶液，“－”代表不加溶
液，甲、乙等代表试管标号，请用这些符号完成下
表实验设计。(2)实验步骤：
①按照上表中的设计，取试管、加溶液。
②　 ；
③　 ；
④　 。
(3)结果预测：　 。(4)结论：　 。
(5)在上述实验中，如果仅将37℃恒温水浴锅的温度调到
20℃，而在其他条件不变的情况下重做上述实验，出
现砖红色试管中的颜色会比37℃时的浅，其原因是　
　 。[解析]　该实验为验证性实验。要验证酶的专一性，可根据底物相同酶不同或底物不同酶相同时，还原糖是否产生来确定酶是否发挥催化作用。由于要求验证两种酶的专一性，故实验分为4组。另外，验证性实验的结果及结论均是确定的，酶的催化作用需要适宜的温度，低于最适温度时，酶活性降低，产生的还原糖减少，砖红色变浅。[答案]　(1)(2)②混匀，37℃恒温水浴一段时间　③取出试管，分别加入适量的斐林试剂，混匀，60℃水浴一段时间　④观察实验现象并记录实验结果
(3)含有蔗糖和蔗糖酶溶液的试管，以及含淀粉和淀粉酶溶液的试管中出现砖红色沉淀，其他试管中不出现砖红色沉淀
(4)酶的催化作用有专一性
(5)20℃低于酶的最适温度，酶活性低，水解产生的还原糖少[随堂高考]
1.(2009·广东高考)水稻细胞内合成的某物质，能够在常温下
高效分解淀粉，该物质 (　　)
A.在4℃条件下易变性 B.只含有C、H
C.也能催化淀粉合成 D.含有羧基解析：由题意可知，该物质是淀粉酶，淀粉酶的化学本质是蛋白质。组成蛋白质的肽链，一端含游离氨基，另一端含游离羧基。答案：D
2.(2009·上海高考)将刚采摘的甜玉米立即放入沸水中片刻，
可保持其甜味。这是因为加热会 (　　)
A.提高淀粉酶活性
B.改变可溶性糖分子结构
C.防止玉米粒发芽
D.破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶解析：甜玉米在成熟过程中可溶性糖会在酶的作用下转化为淀粉，放在沸水中可破坏酶的结构，使酶失去活性，导致可溶性糖不能转化成淀粉。答案：D3.(2009·重庆高考)下列有关酶的叙述，正确的是 (　　)
A.高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性
B.酶是活细胞产生并具有催化作用的蛋白质
C.细胞质基质中有催化葡萄糖分解的酶
D.细胞质中没有作用于DNA的解旋酶解析：高温能破坏酶的结构使其失去活性，而低温抑制酶的活性，当温度升高时，酶活性可以恢复。酶是活细胞产生并具有催化作用的有机物，大多数是蛋白质，少数是RNA。细胞质基质中有催化葡萄糖分解形成丙酮酸的酶(即细胞呼吸第一阶段的酶)。作用于DNA的解旋酶是在细胞质中合成的。答案：C
4.(2008·广东高考)生产中使用的普通淀粉酶的最适温度在
40 ℃～60 ℃，而极端耐热淀粉酶在100 ℃仍能保持较高
的活性，因此具有更为广泛的应用前景，某同学正在设
计一个实验以探究温度对两种淀粉酶活性的影响，其中
有些问题需要你的帮助。
(1)此实验中除自变量和因变量外，还需要考虑　　　　　
　　 　　、及　　　　因素。
(2)在此实验中，因变量可以用碘液和斐林试剂检测，两种
试剂各与何种物质反应生色？检测的是底物还是产物？(3)假设实验结果如下表。请绘图反映实验结果：解析：题干说明该实验的目的是“探究温度对两种淀粉酶活性的影响”，据此可判断本实验的自变量是温度，因变量是淀粉的分解速率，无关变量是淀粉的浓度、pH等。在对照实验中要控制自变量，平衡无关变量。该反应的反应物为淀粉(可用碘液来鉴定)，产物是还原糖(可用斐林试剂检测)。绘图时要注意取点及点线的连接，并注意纵横坐标的含义及单位。答案：(1)底物淀粉液的浓度和数量　pH
(2)碘液与淀粉反应，碘液检测的是底物；斐林试剂与还原性糖反应，检测的是产物。
(3)见下图。5.(2009·天津高考)水稻种子中70%的磷以植酸形式存在。植
酸易同铁、钙等金属离子或蛋白质结合排出体外，是多种
动物的抗营养因子；同时，排出的大量磷进入水体易引起
水华。酵母菌中植酸酶的活性较高。下图是从不同类型酵
母菌的发酵液中提取植酸酶的工艺流程。据图回答：
(1)植酸酶　　　　(Ⅰ/Ⅱ)属于分泌
蛋白。
(2)若植酸酶Ⅰ和Ⅱ的肽链组成不同，
其差异体现在　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)提纯的植酸酶需做活性条件测定，如图为测定结果。
图中的自变量可为　　　　(答一种)；因变量可以通过
测定　　　　　　　　来表示。解析：(1)分泌蛋白指的是分泌到细胞外的蛋白质，从题意可知植酸酶Ⅱ必须经研磨后才能释放出来，而植酸酶Ⅰ可以从发酵液中直接提取，所以植酸酶Ⅰ属于分泌蛋白。(2)肽链的组成不同体现在氨基酸的种类、数量、排列顺序三方面(注意不是蛋白质，是肽链，不包括空间结构的问题)。(3)根据所学知识，这是常见的温度(或pH)与酶活性的关系曲线。酶的活性大小可通过测定反应速率来体现，对于反应速率的测定指标，可以是底物(植酸)的消耗量(或剩余量)，也可以是植酸降解产物的生成量。答案： (1)Ⅰ　(2)氨基酸的种类、数量和排列顺序不同　(3)温度(或pH)　单位时间内植酸的降解量(或植酸降解产物的生成量)