1、专题二细胞代谢小专题3酶与ATP,考纲要求:1.酶在代谢中的作用()2.ATP在能量代谢中的作用(),构建网络,盘点考点,构建网络串联导思 思维串联 纵横联系,结合网络图思考问题1.激素、酶及神经递质的来源和作用有什么不同?2.实验设计有哪些变量,应遵循哪些原则?3.基因工程中常用的工具酶有哪些?4.与DNA复制、转录、翻译有关的酶有哪些?5.细胞中的哪些部位能够合成ATP?,结合网络图思考问题的提示1.提示:激素是内分泌细胞分泌的,作用是调节生命活动;酶是活细胞产生的,作用是催化细胞内的化学反应;神经递质是突触前神经元合成的,作用是作用于突触后膜,使突触后膜发生电位变化。2.提示:实验设计中
2、应考虑的变量包括自变量、因变量和无关变量。实验设计应遵循单一变量原则、对照原则、平行重复原则等。3.提示:基因工程常用的工具酶有限制性核酸内切酶、DNA连接酶。4.提示:DNA复制过程中需要解旋酶,转录过程中需要RNA聚合酶,翻译过程中需要催化氨基酸脱水缩合的酶。5.提示:合成ATP的部位包括细胞质基质、叶绿体和线粒体。,盘点考点分级突破 精准预测 高效突破,考点一酶及其实验探究,典例引领,1.(2017全国卷,3)下列关于生物体中酶的叙述,正确的是( )A.在细胞中,核外没有参与DNA合成的酶B.由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性C.从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法D.唾液淀粉
3、酶催化反应最适温度和保存温度是37 ,C,解析:线粒体和叶绿体含有少量DNA,也能进行复制,因此细胞质中含有参与DNA合成的酶;酶可在细胞内、细胞外和生物体外发挥作用,因此酶在生物体外可以有催化活性;盐析的方法会让胃蛋白酶析出,且不会破坏该酶的结构;唾液淀粉酶催化反应的最适温度为37 ,但保存酶一般在04 的低温条件。,2.(2016全国卷,29)为了研究温度对某种酶活性的影响,设置三个实验组:A组(20 )、B组(40 )和C组(60 ),测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同),结果如图。回答下列问题:(1)三个温度条件下,该酶活性最高的是组。,解析:(1)在60 条件下,反应的
4、最终产物浓度比20 和40 条件下小很多,说明酶在60 条件下最终失活。20 与40 条件下相比,40 时酶促反应到达反应平衡的时间短,说明40 条件下酶活性较高。,答案:(1)B,(2)在时间t1之前,如果A组温度提高10 ,那么A组酶催化反应的速度会 。(3)如果在时间t2时,向C组反应体系中增加2倍量的底物,其他条件保持不变,那么在t3时,C组产物总量,原因是 。,解析:(2)在时间t1前,如果A组温度提高10 变成30 ,由该酶活性随温度的变化规律可知,30 条件下的该酶活性大于20 条件下的,那么A组酶催化反应的速度会 加快。(3)t2时C组的产物浓度已不再增加,但由A和B组t2时的
5、产物浓度可知,t2时C组底物并未全部被分解,C组产物浓度不再增加是由于C组温度条件下t2时酶已经变性失活。因此如果在时间t2时,向C组增加2倍量的底物,在其他条件不变的情况下,t3时产物的总量也不会再增加。,答案: (2)加快(3)不变60 条件下,t2时酶已失活,即使增加底物,反应产物总量也不会增加,(4)生物体内酶的化学本质是 ,其特性有 (答出两点即可)。,解析:(4)生物体内酶的化学本质绝大多数是蛋白质,极少数是RNA。酶具有高效性,专一性等特性,并且需要适宜的温度和pH等。,答案: (4)蛋白质或RNA高效性和专一性,1.明辨对酶理解的“八大误区”(1)误认为“酶的本质是蛋白质”,实
6、际上绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA,由此可联想酶合成的原料有 和 ,酶合成的场所有 和 。(2)误认为“具有分泌功能的细胞才能产生酶”,实际上,凡是 都能产生酶。(3)误认为“酶具有调节、催化等多种功能”,实际上酶是生物催化剂,只起 。(4)误认为“酶和激素一样,酶促反应完成后酶随即解体”,作为催化剂的酶分子在催化反应前后分子结构不发生改变,仍具有催化作用。,归纳提升,氨基酸,核糖核苷酸,核糖体,细胞核,活细胞,催化作用,(5)误认为“酶作为催化剂时参加了化学反应”,实际上酶作为催化剂时只是降低 ,不参加化学反应。(6)误认为“酶为化学反应提供了活化能”,实际上,酶并未给化学反应提供能量,
7、只是降低了参加反应的物质从常态转变为活跃状态所需的能量。(7)误认为“酶只在细胞内起催化作用”,实际上酶既可在细胞内也可在细胞外发挥作用。(8)误认为“低温引起酶的变性失活”,实际上低温只是 酶的活性,不破坏酶的 ,但高温能使酶失活。,化学反应的活化能,抑制,结构,2.分析酶的有关曲线表示的含义,解读:(1)图1中不同曲线比较说明:加酶的曲线和加无机催化剂的曲线比较:酶具有 。加酶的曲线和不加酶的曲线比较:酶具有 。(2)图2中两曲线比较:酶具有 。(3)分析图3和图4:温度或pH通过影响 来影响酶促反应速率。(4)分析图5:OP段的限制因素是 ,P点以后的限制因素则是 。,高效性,催化作用,
8、专一性,酶的活性,底物浓度,酶浓度,3.理清酶的相关探究实验的思路(1)探究酶的化学本质,待测酶液,酶是RNA,酶是蛋白质,(2)验证酶的专一性设计思路:酶相同, 不同(或底物相同, 不同)。,底物,酶,设计方案示例。,结论:淀粉酶只能催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解,酶具有专一性。,(3)验证酶的高效性设计思路:将用酶催化的反应与用 催化的反应进行对照,即酶的催化效率比无机催化剂高。设计方案示例。,无机催化剂,4.探究酶的最适温度或最适pH(1)实验设计思路,底物的分解速率或存在量,(2)操作步骤,5.酶的相关探究实验注意的问题(1)探究温度对酶活性的影响不能用过氧化氢酶来探究温度对酶活性的影
9、响,因为加热本身也能使过氧化氢分解加快。必须在达到预设的温度条件后,再让反应物与酶接触,避免在未达到预设的温度时反应物与酶接触发生反应,影响实验结果。在探究温度对淀粉酶活性影响的实验时,一般不用斐林试剂来检测淀粉是否在淀粉酶的催化下水解生成麦芽糖等还原糖,因为加入斐林试剂后需要加热才能出现砖红色沉淀,这样原处于低温条件下的淀粉酶的活性会慢慢恢复,催化淀粉水解产生还原糖,导致形成错觉,从而得出错误的结论。(2)用不同底物、同种酶来探究酶的专一性时,若是用淀粉酶作用于淀粉、蔗糖两种底物,则应用斐林试剂作为检测试剂,不能选用碘液作为检测试剂,因为碘液无法检测蔗糖是否发生了水解。,考向攻坚,命题聚焦:
10、近几年全国卷命题对本考点考查的频率较高,题型既有选择题,也有非选择题,考查内容主要是对酶概念、作用及特点的理解、相关曲线的分析和相关实验的设计等。考向一以判断的形式考查对酶作用及特点的理解1.(2017新课程仿真卷)下列关于酶的叙述,正确的是( )A.酶具有催化作用并都能与双缩脲试剂反应呈紫色B.酶适宜在最适温度下长期保存以保持其最高活性C.细胞代谢能够有条不紊地进行主要由酶的高效性决定D.酶既可以作为催化剂,也可以作为另一个反应的底物,D,解析:大部分酶是蛋白质,能与双缩脲试剂反应呈紫色,少数酶是RNA,不能与双缩脲试剂反应;酶应该保存在低温下;细胞代谢能够有条不紊地进行主要由酶的专一性决定
11、;酶可以作为催化剂,也可以作为另一个反应的底物。,2.(2017山东潍坊联考)下列有关酶的叙述,正确的是( )A.在人体的生命活动中,酶可起到催化和调节作用B.与无机催化剂不同,酶能降低化学反应的活化能C.酶都是由内分泌细胞合成的,具有高效性 D.酶的作用条件比较温和,高温可使酶失活,解析:酶的作用是催化,不起调节作用;酶和无机催化剂都能降低化学反应的活化能;所有活细胞均能产生酶;酶的作用条件比较温和,高温可使酶失活。,D,考向二以坐标图的形式考查酶的作用和特点3.下图中的曲线是同一反应的酶促反应和非酶促反应曲线,下列相关叙述正确的是( )A.E1是酶促反应的活化能,A和C曲线是酶促反应曲线B
12、.E2是酶促反应的活化能,B和D曲线是酶促反应曲线C.E3是酶促反应的活化能,B和C曲线是酶促反应曲线D.E2是酶促反应的活化能,A和C曲线是酶促反应曲线,解析:酶的作用是显著降低化学反应的活化能,因此E2是酶促反应的活化能,E3是非酶促反应的活化能。酶能加快反应速率,但不改变化学反应的平衡点,因此曲线C为酶促反应,曲线D为非酶促反应。,D,4.(2017云南一中质检)如图表示某条件下酶促反应速率的曲线,下列相关分析错误的是( )A.若X为pH,则A点时酶永久失活B.若X为温度,则A点时酶的空间结构稳定C.在B点条件下,同种酶催化的酶促反应最大速率可能不同D.若不同种酶催化的酶促反应最大速率相
13、同,则B点一定相同,D,解析:pH过低能使酶失活,温度过低时抑制酶活性,酶的空间结构不变。若X为pH,因A点对应的酶促反应的速率为零,说明A点时酶永久失活;若X为温度,则A点对应的酶促反应的速率为零,说明A点时抑制了酶的活性,但此时酶的空间结构稳定;影响酶促反应速率的因素有pH、温度、底物浓度、酶浓度等,在B点条件下,同种酶催化的酶促反应最大速率可能因其他因素的限制而使酶促反应最大速率不同;不同种酶的酶活性最高、酶促反应速率最大时,所需的最适宜温度或pH条件(即B点)可能不同。,5.(2017安徽合肥二模)为了研究温度对某种酶活性的影响,设置甲、乙、丙三个实验组,各组温度条件不同,其他条件相同
14、且适宜,测定各组在不同反应时间内的产物浓度,结果如图。以下分析正确的是( )A.在t时刻之后,甲组曲线不再上升,是由于受到酶数量的限制B.在t时刻降低丙组温度,将使丙组酶的活性提高,曲线上升C.若甲组温度小于乙组温度,则酶的最适浓度不可能大于乙组温度D.若甲组温度大于乙组温度,则酶的最适浓度不可能大于甲组温度,C,解析:t时刻后,甲组曲线不再上升,是由于底物完全分解;据图分析丙曲线的产物浓度较低,说明丙组在t时刻之前,酶已失活,t时刻后降低丙组温度,酶的活性不能提高;若甲组温度小于乙组温度,说明乙组温度高于最适温度;若甲组温度大于乙组温度,说明甲组温度更接近最适温度,且最适温度可能大于或小于甲
15、组温度。,方法技巧“四看法”分析酶促反应曲线,一看,二看,三看,四看,考向三考查酶的相关实验设计与分析6.(2016全国卷,3)若除酶外所有试剂已预保温,则在测定酶活力的实验中,下列操作顺序合理的是( )A.加入酶加入底物加入缓冲液保温并计时一段时间后检测产物的量B.加入底物加入酶计时加入缓冲液保温一段时间后检测产物的量C.加入缓冲液加入底物加入酶保温并计时一段时间后检测产物的量D.加入底物计时加入酶加入缓冲液保温一段时间后检测产物的量,解析:测定酶活力时,在除酶外所有试剂均已预保温的情况下,应先加入缓冲液,其可以为酶提供一个相对稳定的环境,再依次加入底物和酶,保温并计时,一段时间后检测产物的
16、量。相同时间内产物的量越多,酶活力越强。,C,7.(2017湖北重点中学联考)下列与酶相关的叙述中,正确的是( )A.探究酶的专一性时,自变量一定是酶的种类B.探究酶的高效性时,自变量可以是酶的种类C.探究温度对酶活性的影响时,检测的因变量可能不止一种D.探究pH对酶活性的影响时,自变量不止一种,解析:酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应,若验证酶的专一性,自变量是酶的种类或底物的种类;酶的高效性是指与无机催化剂相比,酶的催化效率高,若验证酶的高效性,自变量是催化剂的种类;探究温度对酶活性影响时,因变量可以是单位时间内底物的消耗量,也可以是单位时间内产物的生成量;探究pH对酶活
17、性的影响,自变量是pH不同。,C,8.某课外活动小组用淀粉酶探究pH对酶活性的影响,得到下图所示的实验结果。请回答相关问题:(1)酶活性是指,该实验的自变量是,以作为检测因变量的指标。,解析:(1)酶活性是指酶对化学反应的催化效率,据图示可知,横坐标为不同的pH,纵坐标为淀粉剩余量,故该实验的自变量是pH的不同,因变量是1h后淀粉剩余量。,答案:(1)酶对化学反应的催化效率pH1 h后淀粉剩余量,(2)如图所示的实验结果与预期不符,于是活动小组又进行(填“对照”“对比”或“重复”)实验,得到与如图无显著差异的结果。查阅资料后发现,盐酸能催化淀粉水解。因此推测,该实验中淀粉可能是在和的作用下分解
18、的。pH为3条件下的酶活性(填“小于”“等于”或“大于”)pH为9条件下的酶活性,原因是 。,解析: (2)当实验结果与预期不符,需进行重复实验,观察结果。由于盐酸能催化淀粉水解,因此推测,该实验中淀粉可能是在淀粉酶和盐酸的作用下分解的。据图示可知pH为3和pH为9条件下淀粉剩余量相等,但pH为3条件下的酶活性小于pH为9条件下的酶活性,是因为pH为3的条件下,有盐酸催化淀粉分解干扰实验结果。,答案: (2)重复淀粉酶盐酸小于pH为3的条件下,有盐酸催化淀粉分解干扰实验结果,(3)在常温、常压下,与盐酸相比,淀粉酶降低反应活化能的作用更显著,判断依据是,解析:(3)比较pH为1和pH为7的实验
19、结果可知,pH为7的条件下淀粉的剩余量小于pH为1条件下淀粉的剩余量。故说明与盐酸相比,淀粉酶降低反应活化能的作用更显著。,答案:(3)1 h后,pH为7的条件下淀粉的剩余量小于pH为1条件下淀粉的剩余量,方法技巧酶实验的两种命题形式的解题方法高考中与酶相关的实验设计与探究题的呈现方式一般有两种:一种是已知实验目的,让学生设计验证性实验或探究性实验,另一种是通过采用表格、坐标曲线、新科技材料的文字叙述等形式给出有效信息,让学生完成相关问题。(1)针对第一种类型的试题,要根据实验目的,设置好实验组和对照组,准确找到实验设计中的实验变量和无关变量。正确的方案应是各实验组和对照组只有实验变量不同,无
20、关变量都相同且为酶催化的最适状态。(2)针对第二种类型的试题,应仔细审题,获取有用解题信息最为重要。审题时要注意各实验组和对照组的什么量不同,这个量就是实验变量,可根据实验变量推测出实验目的。此外,与酶相关的实验设计与探究,还可设置为对实验结果的预测,需根据酶的作用机理、温度、pH、激活剂和抑制剂对酶的影响原理及影响程度等做出有关判断。,考点二ATP的结构和功能,典例引领,1.(2016海南卷,11)下列有关植物细胞能量代谢的叙述,正确的是( )A.含有两个高能磷酸键的ATP是DNA的基本组成单位之一B.加入呼吸抑制剂可使细胞中ADP生成减少,ATP生成增加C.无氧条件下,丙酮酸转变为酒精的过
21、程中伴随有ATP的合成D.光下叶肉细胞的细胞质基质、线粒体和叶绿体中都有ATP合成,D,解析:组成DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸;由ADP生成ATP,需要细胞呼吸释放的能量,因此,加入细胞呼吸抑制剂,细胞呼吸释放的能量减少,ATP生成会减少;无氧条件下,植物细胞会通过无氧呼吸供能,无氧呼吸过程中,只有葡萄糖分解成丙酮酸过程中释放能量。,2.(2015海南卷,3)ATP是直接为细胞生命活动提供能量的有机物。关于ATP的叙述,错误的是( )A.酒精发酵过程中有ATP生成B.ATP可为物质跨膜运输提供能量C.ATP中高能磷酸键水解可释放能量D.ATP由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成,D,解析:酒精发酵
22、即无氧呼吸产生酒精和二氧化碳,同时释放少量能量,该过程中有ATP生成;ATP由腺嘌呤、核糖和磷酸组成。,归纳提升,1.记清ATP分子的结构,C、H、O、N、P,腺苷,2.结合代谢理解ATP的形成途径,类囊体膜,细胞质基质,线粒体,3.ATP产生量与O2供给量的关系分析(1)甲图表示ATP产生量与O2供给量的关系A点表示在无氧条件下,细胞可通过无氧呼吸分解有机物,产生少量ATP。AB段表示随O2供给量增多,有氧呼吸明显加强,通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多,ATP的产生量随之增加。BC段表示O2供给量超过一定范围后,ATP的产生量不再增加,此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。(2)乙图可
23、表示哺乳动物成熟红细胞、蛔虫细胞,其ATP来自无氧呼吸,与O2 无关。,考向攻坚,命题聚焦:全国卷高考对本考点的考查主要是以选择题的形式考查ATP的元素组成、产生和利用。考向一考查ATP的结构、合成和利用1.(2017湖北重点中学联考)下列有关ATP的叙述中,不正确的是( )A.ATP的合成一般与放能反应相联系B.ATP中的能量可以来源于光能、化学能C.细胞内各种吸能反应一般需要消耗ATPD.ATP是由三个磷酸基团和一个腺嘌呤构成的,D,解析:ATP的合成一般与放能反应相联系;ATP的形成途径是光合作用与细胞呼吸,因此ATP中的能量可以来源于光能、化学能;细胞内各种吸能反应一般与ATP水解的反
24、应相联系,由ATP水解提供能量;ATP是由三个磷酸基团和一个腺苷构成。,2.(2017河北唐山一模)ATP是细胞中重要的高能磷酸化合物。下列关于ATP的叙述,错误的是( )A.线粒体中合成的ATP可在细胞核中发挥作用B.原核细胞合成ATP时能量只能来自细胞呼吸释放的化学能C.在有氧与缺氧的条件下,细胞质基质中都能形成ATPD.神经元释放神经递质需要ATP供能,B,解析:细胞核无法进行细胞呼吸,细胞核需要的ATP主要由线粒体提供;原核细胞合成ATP时能量可来自细胞呼吸释放的化学能,有些也可来自光合作用,如蓝藻;有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段都在细胞质基质中进行,有ATP形成;神经元释放神经递质需要消
25、耗能量,由ATP供能。,易错点拨关注ATP的4个失分点(1)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同,但是物质是可循环利用的。(2)ATP合成的过程中有水生成,ATP水解的过程中需耗水。(3)ATP并不都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。(4)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。,考向二综合考查ATP和酶3.(2017福建厦门一模)下列关于酶与ATP的叙述,正确的是( )A.细胞内的酶和ATP均为多聚体 B.酶和ATP的合成过程均需要能量C
26、.酶与ATP均要在细胞器中合成 D.生物体内的生化反应均需要酶和ATP参与,B,解析:细胞内的酶大多数是蛋白质,少数是RNA,酶为多聚体,而ATP不是多聚体;酶和ATP的合成过程均需要能量;酶大多数是蛋白质,少数是RNA,蛋白质的合成在核糖体,RNA的合成主要是在细胞核,ATP的合成可以在细胞质基质中;生物体内的生化反应均需要酶参与,但不一定需要ATP参与,如有氧呼吸过程中不需要ATP的参与。,4.(2017山东淄博一模)下列关于酶和ATP的叙述,正确的是( )A.酶的种类有物种差异性,ATP无物种差异性B.不同分化阶段的细胞中酶的种类保持不变C.酶在细胞内起作用时都伴着ATP的合成D.酶和ATP由活细胞产生并都在细胞内起作用,A,解析:不同物种细胞代谢不同,相应的酶不同,ATP是一切生物的直接能源物质,因此不同物种中ATP无差异;不同分化阶段的细胞中酶的种类会有所变化;酶起到生物催化剂作用,不一定伴有ATP的合成;酶和ATP可以在细胞外或细胞内起作用。,
