暑期预习2023高中生物：酶和ATP在能量代谢中的作用知识精讲新人教版必修1

第三单元生命系统的代谢基础专题07酶和ATP在能量代谢中的作用☆知识脑图☆☆目标导航☆1．了解酶的本质和作用；2．理解酶发挥催化作用的特性；3．理解ATP在细胞能量代谢中的作用。☆知识点贯通☆一、酶的本质与作用1．酶的本质与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生物催化作用2．酶的作用机理酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能。（1）图中ac和bc段分别表示无催化剂和酶催化时反应进行所需要的活化能。（2）若将酶变为无机催化剂，则b在纵轴上向上移动。用加热的方法不能降低活化能，但会提供活化能。3．酶的特性（1）高效性：酶的催化效率大约是无机催化剂的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：高温、过酸、过碱都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；在低温下，酶的活性降低，但不会失活。二、ATP的结构与功能1．元素组成：C、H、O、N、P。2．化学组成：1分子腺苷和3分子磷酸基团。3．结构式：由结构式可看出，ATP的结构特点可用“一、二、三”来总结，即一个腺苷、二个高能磷酸键。ATP的结构简式可表示为A－P～P～P。4．ATP的合成和利用（1）合成：①途径：光合作用、细胞呼吸。②场所：细胞质基质、线粒体、叶绿体。（2）反应式：（3）利用：主动运输、生物发光发电、肌肉收缩、物质合成、大脑思考等生命活动。☆重难点突破☆（一）变量与对照实验分析1．要点精析（1）控制变量：实验过程中可以变化的因素称为变量。其中人为改变的变量称作自变量，上述实验中氯化铁溶液和肝脏研磨液，都属于自变量，随着自变量的变化而变化的变量称作因变量，上述实验中酶的活性（以过氧化氢分解速率来表示）就是因变量。除自变量外，实验过程中可能还存在一些可变因素，会对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。（2）对照实验：除一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。上述实验中只有催化剂是改变的，其余因素（如反应物的性质和浓度）都没有变化。对照实验一般要设置对照组和实验组，上述实验中的1号试管就是对照组，2号、3号和4号试管是实验组。在对照实验中，除了要观察的变量外，其他变量都应当始终保持相同。2．考场突破如图是“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，据图分析正确的是（）A．1号与2号对照，说明加热能提高酶的活性B．1号与4号对照，可以验证酶具有高效性C．3号和4号装置应置于90℃水浴中进行D．若只用3号和4号进行实验，则温度为无关变量答案：D解析：1号和2号试管中没有加酶，只能说明加热能使过氧化氢分子从常态转变成容易反应的活跃状态，A错误；1号没有催化剂，4号加过氧化氢酶作为催化剂，因此1号与4号对照，可以验证酶具有催化性，B错误；3号和4号装置应在常温条件下进行，C错误；3号与4号实验的自变量为催化剂的类型，因此温度属于无关变量，D正确。笔记：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（二）与酶有关的曲线分析1．要点精析（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，超过这一范围酶催化作用逐渐减弱。②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。③反应溶液酸碱度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在其他条件适宜、酶量一定的条件下，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。如图甲。②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。如图乙。2．考场突破解读下面与酶有关的曲线，回答下列问题：（1）如果将甲图中酶催化改为无机催化剂催化该反应，则b在纵轴上将________（填“上移”或“下移”）。（2）乙图中160min时，生成物的量不再增加的原因是___________________________。（3）联系所学内容，分析丙图曲线：①对于曲线abc，若x轴表示pH，则曲线上b点的生物学意义是____________________。②对于曲线abd，若x轴表示反应物浓度，则y轴可表示___________。曲线bd不再增加的原因是_______________________。答案：（1）上移（2）底物已被完全消耗掉（3）①在最适pH下，酶的催化效率最高②酶促反应速率酶浓度的限制解析：（1）酶促反应的原理是降低化学反应的活化能，甲图中可以用ab段来表示，酶的催化效率比无机催化剂高，将酶换成无机催化剂以后，曲线应该向上移动。（2）乙图中160min时，生成物的量不再增加的原因是底物已经消耗完。（3）①对于曲线ABC，X轴表示pH，Y轴可以表示酶的催化效率，表示的是酶促反应与pH之间的关系；B点表示该酶的最适pH值条件下，酶促反应速率最高。②对于曲线ABD，若x轴表示反应物浓度，则y轴可表示酶促反应的速率，制约曲线BD增加的原因是可能是酶浓度。笔记：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿☆易错辨析☆（一）与酶有关实验的易混易误点分析1．易混点辨析（1）若底物选择淀粉和蔗糖，用淀粉酶来验证酶的专一性，检测底物是否被分解的试剂宜选用斐林试剂，不宜选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。（2）若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，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。（3）在探究酶的适宜温度的实验中，不宜选择过氧化氢（H2O2）和过氧化氢酶作实验材料，因为过氧化氢（H2O2）在常温常压时就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。（4）在探究pH对酶活性影响时，宜保证酶的最适温度（排除温度干扰），且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与酶接触，不宜在未达2．考场突破为了探究温度、pH对酶活性的影响，某同学进行了下列实验设计，其中最合理的是（）A．探究温度对酶活性的影响时，选用过氧化氢溶液和新鲜的肝脏研磨液，用气球收集B．探究温度对酶活性的影响时，选用淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液，本尼迪特试剂鉴定C．探究pH对酶活性的影响时，选用肝脏研磨液和过氧化氢溶液，观察气泡产生速度D．探究pH对酶活性的影响时，选用新制的蔗糖酶溶液和可溶性淀粉溶液，碘液鉴定答案：C解析：过氧化氢在高温条件下易分解，因此不能选择过氧化氢为底物探究温度对酶活性的影响，A错误；用本尼迪特试剂检测还原糖的产生，需要进行水浴加热，在加热过程中对酶的活性会有影响，会影响实验结果，因此探究温度对酶活性的影响时，不能选择本尼迪特试剂鉴定，B错误；探究pH对酶活性的影响时，可选用肝脏研磨液和过氧化氢溶液，过氧化氢分解速度的不同可以通过观察气泡产生速度来判断，C正确；酶具有专一性，蔗糖酶只能分解蔗糖而无法分解淀粉，D错误。笔记：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（二）ATP与能量代谢关系的辨析1．易混点辨析（1）ATP在生物体内含量少，但转化十分迅速，从而使细胞中的ATP总是处于一种动态平衡中。（2）ATP与ADP的相互转化不是可逆反应。因为转化过程中所需的酶、能量的来源和去路及反应场所都不完全相同，但是物质是可循环利用的。（3）ATP的形成需要满足4个条件：2种原料（ADP和Pi）、能量和酶。另外合成ATP的过程中有水生成。（4）ATP并不都是能用于各项生命活动，光合作用光反应产生的ATP只能用于暗反应，转化成有机物中的能量。（5）生物体进行生命活动主要由ATP直接提供能量。但ATP并非新陈代谢所需能量的唯一直接来源，其他核苷的三磷酸酯也可以直接为生命活动提供能量。2．考场突破下列关于ATP的叙述，不正确的是（）①ATP是新陈代谢所需能量的直接来源②生物体内各种形式能量的转变，都是以ATP为中心进行的③ATP在生物体细胞中的含量是很多的④ATP是生物体内唯一储存能量的物质A．①② B．③④ C．①③ D．②④答案：B解析：ATP是新陈代谢所需能量的直接来源，可以用于肌肉收缩、细胞分裂等生命活动，①正确；生物体内各种形式能量的转变，都是以ATP为中心进行的，如光合作用过程中，光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能，②正确；ATP在细胞中的含量很少，③错误；糖类、脂肪、ATP等均储存有能量，④错误。综上所述，ACD不符合题意，B符合题意。笔记：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿☆巩固练习☆1．下列关于酶的叙述错误的是（）A．有些酶的化学本质是核酸 B．酶的数量随反应的进行而减少C．酶有高效性和专一性特点 D．酶活性的高低与温度高低有关【答案】B【解析】酶是蛋白质或RNA，因此有些酶是核酸，A正确；酶是催化剂，催化剂的数量在反应前后不会发生改变，B错误；酶是生物催化剂，一种酶只能催化一种或一类化学反应，所以酶具有专一性，酶的催化效率比无机催化剂高，所以酶具有高效性，C正确；低温抑制酶的活性，高温使酶空间结构改变而变性，D正确。2．将刚采摘的有甜味的糯玉米立即放入85℃水中热烫处理2min，可较好地保持甜味。这是因为加热会（）A．提高淀粉酶的活性而加速水解过程B．降低可溶性糖转化为淀粉所需酶的活性C．降低淀粉酶的活性增加淀粉的积累D．改变可溶性糖分子的结构和功能【答案】B【解析】将刚采摘的甜玉米立即放入85℃水中热烫处理2min，将可溶性糖转化为淀粉的酶的空间结构会被高温破坏而失活，从而较好地保持甜味。3．下图是ATP合成与分解示意图，下列叙述错误的是（）A．“②”表示高能磷酸键 B．能量2可直接被细胞利用C．能量1可由有机物氧化分解提供 D．能量2来自于①②的断裂【答案】D【解析】“②”表示高能磷酸键，A正确；能量2为ATP水解释放的能量，可直接被细胞利用，B正确；能量1可来自于呼吸作用，故可由有机物氧化分解提供，C正确；能量2为ATP水解释放的能量，来自于②的断裂，D错误。4．图甲是H2O2酶活性受pH影响的曲线，图乙表示在最适温度下，pH＝b时H2O2分解产生的O2量随时间的变化。若该酶促反应过程中改变某一初始条件，以下改变正确的是（）A．pH＝a时，e点下移，d点左移B．pH＝c时，e点为0C．温度降低时，e点不移，d点右移D．H2O2量增加时，e点不移，d点左移【答案】C【解析】乙图表示pH＝b时H2O2分解产生的O2量随时间的变化。pH＝a时酶的活性减弱，酶促反应速减慢，但化学反应的平衡点不变，所以e点不变，d点右移，A错误；pH＝c时，酶变性失活，但H2O2在常温下也能缓慢分解，所以e点不变，d点右移，B错误；图乙表示在最适温度下，H2O2分解产生的O2量随时间的变化。温度降低时，酶的活性下降，酶促反应速率减慢，但化学反应的平衡点不变，所以e点不变，d点右移，C正确；底物（H2O2量）增加时，化学反应的平衡点升高，到达化学反应平衡点所需的时间延长，即e点上移，d点右移，D错误。5．ATP是细胞内的能量“通货”，下列有关叙述中不正确的是（）A．ATP水解供能，实际上是指ATP分子中远离腺苷的高能磷酸键的水解B．