08　必修1　第二单元　第8讲　酶和ATP

第8讲酶和ATP必修1

分子与细胞第二单元细胞代谢课标要求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.活动：探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素。3.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。考点1酶的作用、本质和特性一、酶的作用和本质1．酶的催化作用的实验验证：比较过氧化氢在不同条件下的分解。(1)方法步骤(2)实验过程的变量及对照分析(3)实验结论2．酶的催化作用机理(1)活化能：分子从常态转变为________________________的活跃状态所需要的能量称为活化能。(2)酶催化作用的原理：__________________的活化能。(3)意义：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，使细胞代谢能在______条件下快速有序地进行。容易发生化学反应降低化学反应温和(4)酶作用原理曲线分析①无酶催化的反应曲线是___，有酶催化的反应曲线是___。②ca段的含义是在无催化剂的条件下，反应所需要的活化能；ba段的含义是_____________________。③该反应中，若将酶催化改为无机催化剂催化，则b点在纵轴上将______移动。用加热的方法不能降低反应所需活化能，但会____________。乙甲酶降低的活化能向上提供能量3．酶本质的探究历程(连线)4．酶的作用和本质哺乳动物成熟的红细胞不能产生酶。二、酶的特性1．高效性酶的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_______________化学反应。3．作用条件较温和在___________________________条件下，酶的活性最高。______________________________会使酶的空间结构遭到破坏而失活；______条件下，酶的活性很低，但空间结构稳定。一种或一类最适宜的温度和pH过酸、过碱或温度过高低温

温度、pH是通过影响酶的空间结构，改变酶的活性，进而影响酶促反应速率的；而底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触面积，进而影响酶促反应速率的。1．(必修1P82“探究·实践”)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？_________________________________________________________________________________________。2．(必修1P85“科学·技术·社会”)溶菌酶能够溶解细菌的_______，具有抗菌消炎的作用。在临床上与_________混合使用，能增强抗生素的疗效。不能。因为没有了适宜的pH，胃蛋白酶活性大大下降甚至失活，不再发挥作用细胞壁抗生素底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响曲线(1)图甲：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)图乙：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呈正比。(3)图丙：在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点应向右上方移(对应b点位置)。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．右图表示A、B两种酶用同一种蛋白酶处理后酶活性与处理时间的关系，据图分析：(1)A、B两种酶的化学本质是否相同？理由是_________。____________________________________________________________________________________________________________________。(2)B酶活性改变的原因是____________________________________________________________________________________。不相同A酶能抵抗该种蛋白酶的降解，其化学本质不是蛋白质而是RNA；B酶能被蛋白酶破坏，活性降低，化学本质为蛋白质B酶被降解的过程中其分子结构会发生改变，从而使其活性丧失2．酶抑制剂有两类，其中竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性位点，从而降低酶对底物的催化效应，如模型A所示；非竞争性抑制剂与酶活性位点以外的其他位点结合，能改变酶的构型，使酶不能与底物结合，从而使酶失去催化活性，如模型B所示。(1)结合图示信息判断：高温、过酸、过碱对酶活性的影响与____________________________________的作用相同，通过增加底物浓度的方法可以降低或解除_______________________________对酶的抑制作用。(2)研究发现某氨基酸能降低酶G的活性。请设计实验探究该氨基酸降低酶G活性的作用方式属于模型A还是模型B。①实验思路：________________________________________________________________________________________________________。②预期实验结果及结论：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。非竞争性抑制剂(模型B)竞争性抑制剂(模型A)在酶G量一定且底物浓度合适的反应体系中加入某氨基酸，同时不断提高底物浓度，测定酶促反应速率变化若酶促反应速率能恢复，则说明该氨基酸降低酶活性的作用方式属于模型A；若酶促反应速率不能恢复，则说明该氨基酸降低酶活性的作用方式属于模型B1．下列有关酶的叙述正确的是(

)A．酶的催化效率比无机催化剂的高是因为酶能降低化学反应的活化能B．酶的组成成分中一定不含糖类C．在最适温度和最适pH的条件下，酶对细胞代谢的调节作用最强D．酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应D

[酶和无机催化剂都能降低化学反应的活化能，酶在降低化学反应的活化能方面比无机催化剂更显著，因而催化效率更高，A错误；绝大多数酶是蛋白质、少数是RNA，RNA中含核糖，B错误；酶不起调节作用，而是起催化作用，C错误。]1酶的作用、本质和特性√2．(2024·广东卷)现有一种天然多糖降解酶，其肽链由4段序列以Ce5-Ay3-Bi-CB方式连接而成。研究者将各段序列以不同方式构建新肽链，并评价其催化活性，部分结果见表。关于各段序列的生物学功能，下列分析错误的是(

)肽链纤维素类底物褐藻酸类底物W1W2S1S2Ce5-Ay3-Bi-CB＋＋＋＋＋＋＋＋＋Ce5＋＋＋——Ay3-Bi-CB——＋＋＋＋＋Ay3——＋＋＋＋＋Bi————CB————注：“－”表示无活性，“＋”表示有活性，“＋”越多表示活性越强。A．Ay3与Ce5催化功能不同，但可能存在相互影响B．Bi无催化活性，但可判断与Ay3的催化专一性有关C．该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关D．无法判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关√B

[由表可知，Ce5具有催化纤维素类底物的活性，Ay3具有催化褐藻酸类底物的活性，Ay3与Ce5催化功能不同，Ay3-Bi-CB与Ce5-Ay3-Bi-CB相比，当缺少Ce5后，就不能催化纤维素类底物，当Ay3与Ce5同时存在时催化纤维素类底物的活性增强，所以Ay3与Ce5可能存在相互影响，A正确；由表可知，不论是否与Bi结合，Ay3均可以催化S1与S2，说明Bi与Ay3的催化专一性无关，B错误；由表可知，Ay3-Bi-CB与Ce5-Ay3-Bi-CB相比，去除Ce5后，催化褐藻酸类底物的活性不变，说明该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关，C正确；需要检测Ce5-Ay3-Bi肽链的活性，才能判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关，D正确。]3．(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影响酶活性的因素√C

[红茶制作时揉捻能破坏细胞结构，使其释放的多酚氧化酶与茶多酚接触，A正确；发酵过程的实质就是酶促反应过程，需要将温度设置在酶的最适温度下，使多酚氧化酶保持最大活性，才能获得更多的茶黄素，B正确；酶的作用条件较温和，发酵时有机酸含量增加会降低多酚氧化酶的活性，C错误；高温条件会使多酚氧化酶的空间结构被破坏而失活，以防止过度氧化影响茶品质，D正确。]4．许多药物是通过阻断酶活性而起作用的。制药公司研发药物时首先筛选出能够阻断酶活性的化合物，然后对该化合物进行修饰，使之更为有效。下列叙述错误的是(

)A．有些药物能结合在酶的底物结合区域起到阻断作用B．提升药物对酶的结合能力能够增强该药物的有效性C．理想的药物是能对绝大多数酶的活性起到阻断作用D．药物研发过程需要综合考虑药物对人体的各种影响3影响酶活性的机理√C

[酶能起催化作用，主要是通过酶与底物结合起作用的，有些药物能结合在酶的底物结合区域起到阻断作用，提升药物对酶的结合能力能够增强该药物的有效性，A、B正确；药物研发过程需要综合考虑药物对人体的各种影响，由于酶具有专一性，即一种酶只能催化一种或一类化学反应，为避免对正常生理活动造成干扰，理想的药物是只针对某一类酶活性起阻断作用的，C错误，D正确。]考点2

(探究·实践)探究酶的专一性和影响酶活性的条件一、酶促反应和酶活性1．酶促反应：酶所催化的化学反应一般是在____________的条件下进行的。2．酶活性(1)定义：酶催化特定____________的能力。(2)表示方法：可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的______表示。比较温和化学反应速率二、探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用1．实验原理(1)淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下都能水解成_________。(2)在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用____________鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。还原糖斐林试剂2．实验步骤试管编号12注入可溶性淀粉溶液2mL－注入蔗糖溶液－___mL注入新鲜的淀粉酶溶液2mL___mL60℃水浴保温5min新配制的______试剂2mL2mL沸水浴煮沸2min实验现象有砖红色沉淀没有砖红色沉淀22斐林3.实验结论及分析(1)实验结果：1号试管有砖红色沉淀生成，说明____________________________________，2号试管不出现砖红色沉淀，说明_____________________。结论：_______________________________________________________________________________________。(2)该实验的自变量是_______________；因变量是______________________________。本实验设计思路是___________________________________________________。产生了还原糖，淀粉被水解蔗糖没有被水解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底物的种类底物是否被淀粉酶水解探究同一种酶是否能催化不同底物水解三、探究温度对酶活性的影响1．实验原理(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__________________及_______________来判断酶的活性。是否出现蓝色蓝色的深浅2．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′实验步骤一1mL淀粉酶溶液2mL淀粉溶液1mL淀粉酶溶液2mL淀粉溶液1mL淀粉酶溶液2mL淀粉溶液二放入0℃冰水中约5min放入60℃热水中约5min放入100℃热水中约5min试管编号试管1试管1′试管2试管2′试管3试管3′实验步骤三将1与1′试管内的液体混合后继续在0℃冰水内放置10min将2与2′试管内的液体混合后继续在60℃热水内放置10min将3与3′试管内的液体混合后继续在100℃热水内放置10min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3.实验结论：_________________________________________________________________________________。四、探究pH对酶活性的影响1．实验原理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带火星的卫生香燃烧情况2．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滴过氧化氢酶溶液二1mL蒸馏水1mL物质的量浓度为0.01mol/L的盐酸溶液1mL物质的量浓度为0.01mol/L的NaOH溶液三2mL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3.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，无关变量不但要相同，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.酶相关实验探究的“三宜”和“五不宜”1．(2022·广东卷)某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究，结果见下表。下列分析错误的是(

)组别pHCaCl2温度/℃降解率/%①9＋9038②9＋7088③9－700④7＋7058⑤5＋4030注：＋/－分别表示有/无添加，反应物为Ⅰ型胶原蛋白。A．该酶的催化活性依赖于CaCl2B．结合①②组的相关变量分析，自变量为温度C．该酶催化反应的最适温度70℃，最适pH9D．尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物√C

[分析②③组可知，③组没有添加CaCl2，降解率为0，说明该酶的催化活性依赖于CaCl2，A正确；分析①②变量可知，pH均为9，都添加了CaCl2，温度分别为90℃、70℃，故自变量为温度，B正确；②组酶的活性最高，此时pH为9，温度为70℃，但由于温度梯度、pH梯度较大，不能说明最适温度为70℃，最适pH为9，C错误；该实验的反应物为Ⅰ型胶原蛋白，要确定该酶能否水解其他反应物还需补充实验，D正确。]2．在“探究pH对过氧化氢酶活性的影响”的实验中，有学习小组对实验进行了改进，改进后的装置如图所示。下列叙述正确的是(

)A．装置中①为H2O2溶液，②为过氧化氢酶，两者也可以对调B．待过氧化氢酶与相应pH的磷酸缓冲液接触一段时

间后，再注入H2O2溶液C．探究过氧化氢酶的最适pH，可将磷酸缓冲液pH分别调至2、4、6、7、8、9D．在水浴条件下，还可以用该装置来探究温度对过氧化氢酶活性的影响√B

[“探究pH对过氧化氢酶活性的影响”实验中，应在加入酶之后先分别加入不同pH的缓冲液，调节酶所处的pH为预设pH，然后再加入底物，A错误，B正确；探究过氧化氢酶的最适pH，应设置一系列等浓度梯度的磷酸缓冲液pH，C错误；“探究温度对过氧化氢酶活性的影响”实验中，不可选择过氧化氢作为实验材料，因为过氧化氢本身的分解就受温度的影响，D错误。]3．为探究影响酶活性的因素，某同学设计了一个实验方案(见下表)，下列说法错误的是(

)试管底物和试剂实验条件11cm3瘦肉块＋4mL蒸馏水①21cm3瘦肉块＋4mL胃蛋白酶37℃水浴，pH＝831cm3瘦肉块＋4mL胃蛋白酶37℃水浴，pH＝1.541cm3瘦肉块＋4mL胃蛋白酶0℃水浴，pH＝1.5A．①的实验条件是37℃水浴，pH＝8B．本实验的自变量有不同的温度和pHC．2、3试管研究的问题中，温度属于无关变量D．增加胃蛋白酶的用量能缩短反应时间√A

[分析题意，本实验目的是探究影响酶活性的因素，实验设计应遵循对照与单一变量原则，分析表格可知，①的实验条件是37℃水浴，pH＝1.5，A错误；结合表格可知，本实验的自变量有不同的温度(0℃和37℃)和pH(pH＝8和pH＝1.5)，B正确；2、3试管研究的问题中，实验的自变量是pH，则温度属于无关变量，应保持一致，C正确；酶能提高反应速率，增加胃蛋白酶浓度，其他条件不变，反应速率会加快，底物完全耗尽所需的时间缩短，D正确。]4．酶是细胞代谢正常进行的必要条件之一。某生物兴趣小组进行了以下有关酶的探究实验。请回答相关问题：实验甲：探究温度对酶活性的影响。实验乙：探究pH对酶活性的影响。实验丙的实验流程及现象A组：淀粉＋蔗糖酶→斐林试剂鉴定→不出现砖红色沉淀B组：蔗糖＋蔗糖酶→斐林试剂鉴定→出现砖红色沉淀(1)实验室有过氧化氢酶与唾液淀粉酶，可提供给兴趣小组进行实验甲、乙的探究，实验乙应该选择的酶是____________,与无机催化剂相比，该酶_____________________________________________，因而催化效率更高。(2)实验甲、乙共同的无关变量是_________________________________________________________(答出两点)等。(3)实验丙的实验目的是____________________________________。有同学认为，实验结果检测时，除了上述检测方法之外，也可以选择碘液作为检测试剂，你是否同意该同学的观点，并说明理由：__________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)实验乙的目的是探究pH对酶活性的影响，自变量是pH，由于淀粉在酸性条件下能水解，会对实验结果造成干扰，所以应选择过氧化氢酶，而不是唾液淀粉酶。与无机催化剂相比，过氧化氢酶催化效率更高的原因是酶降低活化能的作用更显著，具有高效性。(2)根据分析可知，实验甲的自变量是温度，实验乙的自变量是pH，两个实验的无关变量包括酶浓度、反应时间、底物浓度等，在实验中，要保证无关变量相同且适宜。(3)根据分析可知，实验丙证明了酶具有专一性，因此实验丙的实验目的是验证酶具有专一性；不同意该同学用碘液作为实验丙检测试剂的观点，因为蔗糖及其水解产物均不与碘液发生显色反应，因此不能用碘液检测蔗糖是否分解。答案：(1)过氧化氢酶降低活化能的作用更显著(2)酶浓度、底物浓度、反应时间(3)验证酶具有专一性不同意；蔗糖及其水解产物均与碘液没有显色反应，因此不能用碘液检测蔗糖是否分解(或碘液不能检测蔗糖是否水解)考点3细胞的能量“货币”ATP一、ATP的结构和功能1．元素组成：___________________________。ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。2．化学组成：1分子_________、1分子______、3分子磷酸基团。其结构简式为_____________________。C、H、O、N、P腺嘌呤核糖A—P～P～P3．结构4．结构特点：ATP是一种_____________________，含有2个特殊的化学键；ATP的化学性质_________，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。5．含量特点：在细胞中含量少，ATP与ADP之间的转化快。6．功能：驱动细胞生命活动的__________________。7．利用：物质合成、肌肉收缩、主动运输、电鳐发电、大脑思考等。高能磷酸化合物不稳定直接能源物质1．(必修1P86“相关信息”)写出图中的“A”的含义。①______；②_________；③________________________；④________________________。腺苷腺嘌呤腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸二、ATP和ADP的相互转化过程比较

无论是饱食还是饥饿，只要机体处于存活状态，ATP与ADP含量都保持动态平衡。2．(必修1P87“图5-4”)ATP与ADP的相互转化是不是一个可逆反应？______，原因是__________________________________________________________________________________________________。不是虽然从物质方面来看是可逆的，但从酶、进行的场所、能量的来源等方面来看是不可逆的三、ATP供能的原理1．ATP为主动运输供能示意图2．ATP水解释放的____________使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，____________发生变化，______也被改变，因而可以参与特定的化学反应。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吸能反应：一般与ATP的______相联系，如蛋白质合成等。②放能反应：一般与ATP的______相联系，如葡萄糖的氧化分解。(2)能量通过_______________在吸能反应和放能反应之间流通。磷酸基团空间结构活性水解合成ATP分子ATP产生量与O2供给量的关系分析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。××蛋白质磷酸化和去磷酸化是调节和控制蛋白质活力和功能的最重要的机制。某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化，参与细胞信号传递，调控蛋白质的活性和功能，如图所示。(1)某种信号到达和信号减弱时发挥作用的酶分别是__________________________，体现了酶的_________(填特性)。(2)蛋白激酶催化的反应属于______(填“吸能”或“放能”)反应。(3)蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，会造成的结果是______________________________________________________。蛋白激酶和蛋白磷酸酶专一性吸能影响细胞信号传递，影响蛋白质功能发挥1．(2025·广东湛江模拟)NTP家族由ATP(腺苷三磷酸)、GTP(鸟苷三磷酸)、UTP(尿苷三磷酸)和CTP(胞苷三磷酸)构成。它们的结构只是碱基不同，下图是ATP的化学结构图，A、B表示物质，α～γ表示磷酸基团(Pi)的位置。下列叙述错误的是(

)1ATP的结构及ATP与ADP的相互转化A．物质A和B分别是腺嘌呤和核糖，A和B组成腺苷B．许多吸能反应