2020-2021年高考生物一轮复习知识点讲解专题3-1 酶和ATP

2020-2021年高考生物一轮复习知识点讲解专题3-1 酶和ATP

‎2020-2021年高考生物一轮复习知识点讲解专题3-1 酶和ATP ‎【考情分析】‎ ‎1.酶在代谢中的作用(Ⅱ)‎ ‎2.ATP在能量代谢中的作用(Ⅱ)‎ ‎3.实验：探究影响酶活性的因素 ‎【核心素养分析】‎ ‎1.生命观念：ATP是生命活动的直接能源物质 ‎2.科学思维：根据实验总结酶的化学本质与特性 ‎3.科学探究：探究温度、pH对酶促反应的影响 ‎4.社会责任：酶在生产和生活中的应用 ‎【重点知识梳理】‎ 一、酶的本质和作用 ‎1．酶的本质及作用 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 来源 一般来说，活细胞都能产生酶 生理功能 具有催化作用 作用原理 降低化学反应的活化能 ‎2.比较过氧化氢在不同条件下的分解 变量分析：‎ ‎3．实验成功的3个关键点 ‎(1)实验时必须用新鲜的(刚从活的动物体中取出的)肝脏作实验材料(肝脏如果不新鲜，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，使组织中酶分子的数量减少且活性降低)。‎ ‎(2)实验中使用肝脏的研磨液，可以加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中过氧化氢的接触面积，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时不能共用一支滴管，(因为酶的催化效率具有高效性，少量酶带入FeCl3溶液中就会影响实验结果的准确性，甚至使人产生错觉，作出错误的判断)。‎ ‎4．酶本质的探索 ‎ ‎5．酶的特性 ‎(1)高效性：催化效率约是无机催化剂的107～1013倍。‎ ‎(2)专一性：每一种酶只能催化某一种或一类化学反应。‎ ‎(3)作用条件较温和：在最适温度和pH条件下，酶的活性最高。高温、过酸、过碱会使酶的空间结构遭到破坏而失活；低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定。‎ 二、酶作用相关图像及曲线解读 ‎1．酶高效性曲线解读 ‎(1)如图表示未加催化剂时，生成物浓度随时间的变化曲线，请在图中绘出加酶和加无机催化剂的条件时的变化曲线。‎ ‎(2)由曲线可知：酶比无机催化剂的催化效率更高；酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。因此，酶不能(“能”或“不能”)改变最终生成物的量。‎ ‎(3)酶只能催化已存在的化学反应。‎ ‎2．表示酶专一性的图像和曲线解读 ‎(1)图像 ‎①图中A表示酶，B表示被催化的底物，E、F表示B被分解后产生的物质，C、D表示不能被酶催化的物质。‎ ‎②酶和被催化的反应物分子都有特定的结构。‎ ‎(2)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能催化底物A的反应。‎ ‎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不能催化底物A的反应。‎ ‎3．影响酶活性的曲线解读 ‎(1)分析图A、B可知，在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。温度和pH偏高或偏低，酶活性都会明显降低。‎ ‎(2)分析图A、B中曲线的起点和终点可知：过酸、过碱、高温都会使酶失去活性，而低温只是使酶的活性降低。前者都会使酶的空间结构遭到破坏，而后者并未破坏酶的分子结构。‎ 三、细胞的能量通货——ATP ‎1．ATP的结构剖析 ‎(1)写出ATP的结构简式和简式中A、P所代表的含义。‎ ‎①结构简式：A－P～P～P。‎ ‎②A：腺苷；P：磷酸基团。‎ ‎(2)图中①是高能磷酸键，其中远离A的高能磷酸键易形成和断裂。‎ ‎(3)图中②为高能磷酸键水解释放能量的过程，其作用是为各项生命活动提供能量。‎ ‎(4)写出ATP与ADP相互转化的反应式 ‎(5)ATP的来源 ‎①生理过程 ‎②场所：线粒体、细胞质基质、叶绿体。‎ ‎【典型题分析】‎ 高频考点一 考查酶本质、作用和特性 例1.（2020·浙江卷）为研究酶作用的影响因素，进行了“探究pH对过氧化氢酶的影响”的活动。下列叙述错误的是（ ）‎ A. 反应小室应保持在适宜水温的托盘中 B. 加入各组反应小室中含有酶的滤纸片的大小和数量应一致 C. 将H2O2加到反应小室中的滤纸片上后需迅速加入pH缓冲液 D. 比较各组量筒中收集的气体量可判断过氧化氢酶作用的适宜pH范围 ‎【答案】C ‎【解析】温度也会影响酶的活性，且该实验中温度为无关变量，应保持相同且适宜，则反应小室应保持在适宜水温的托盘中，A正确；各组的滤纸片大小和数量属于无关变量，应保持一致，B正确；应将反应小室稍立起，使有滤纸片的一侧在上面，然后依次小心加入pH缓冲液和H2O2溶液，此时混合液不能与滤纸片接触，C错误；比较各组量筒中收集的气体量，可以反映在不同pH条件下过氧化氢酶的活性大小，从而判断过氧化氢酶的适宜pH范围，D正确。故选C。‎ ‎【举一反三】（2019·浙江选考）为研究酶的特性，进行了实验，基本过程如下表所示：‎ 据此分析，下列叙述错误的是 A．实验的可变因素是催化剂的种类 B．可用产生气泡的速率作检测指标 C．该实验能说明酶的作用具有高效性 D．不能用鸡肝匀浆代替马铃薯匀浆进行实验 ‎【答案】D ‎【解析】实验中的可改变的自变量为催化剂的种类，A选项正确；过氧化氢分解产生水和氧气，故可以通过产生气泡的速率作为判断反应速率的指标，B选项正确；该实验通过比较酶的催化速率和二氧化锰的催化速率来验证酶的高效性，C选项正确；鸡肝匀浆和马铃薯匀浆中均含有过氧化氢酶，均可用作过氧化氢酶的性质的探究实验，D选项错误。故错误的选项选择D。‎ ‎【误区警示】与酶相关的常见误区明示 项目 正确说法 错误说法 化学本质 绝大多数是蛋白质，少数是RNA 酶的本质是蛋白质 产生部位 一般来说，凡是活细胞都能产生酶(不考虑哺乳动物的成熟红细胞)‎ 具有分泌功能的细胞才能产生酶 合成原料 氨基酸或核糖核苷酸 氨基酸 合成场所 核糖体或细胞核 核糖体 生理功能 生物催化剂，只起催化作用 酶具有调节、催化等多种功能 来源 在生物体内合成 有的来源于食物 作用场所 既可在细胞内，也可在细胞外、体外发挥作用 只在细胞内起催化作用 温度影响 低温影响酶的活性，不破坏酶的结构，但高温易使酶失活 低温会引起酶变性失活 作用前后 催化反应前后的数量和性质没有变化 发生催化作用后被分解 ‎【举一反三】(2020·广东肇庆模拟)下列关于酶的叙述，正确的是(　　)‎ A．酶的基本组成单位都是氨基酸 B．所有活细胞都含有与细胞呼吸有关的酶 C．酶不参与构成细胞结构也不供能，但可调节细胞代谢 D．酶能加快反应速度是因为它能显著提高化学反应的活化能 ‎【答案】B　‎ ‎【解析】酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸，A项错误；活细胞都要进行细胞呼吸，因此所有活细胞都含有与细胞呼吸有关的酶，B项正确；酶不参与构成细胞结构也不供能，也不调节细胞代谢，只是起催化作用，C项错误；酶能加快反应速度是因为它能显著降低化学反应的活化能，D项错误。‎ 高频考点二 影响酶促反应的坐标曲线分析 例2.(2017·天津卷)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这一反应的活化能 B．该体系中酶促反应速率先快后慢 C．T2后B增加缓慢是酶活性降低导致的 D．适当降低反应温度，T2值增大 ‎【答案】C ‎【解析】T1时加入酶C后，A浓度逐渐降低，B浓度逐渐升高，说明酶C催化物质A生成了物质B。由于酶能降低化学反应的活化能，因此酶C降低了A生成B这一反应的活化能，A项正确；由图可知，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项正确；T2后B增加缓慢是反应物A减少导致的，C项错误；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项正确。‎ ‎【举一反三】(2020·浙江宁波模拟)甲、乙两图是温度、pH对酶活性影响的数学模型。下列有关说法错误的是(　　)‎ A．两图中B点代表的含义分别是酶的最适温度和最适pH下的反应速率 B．两图中A点对应的值对酶活性的影响不相同 C．两图中C点对应的温度或pH对酶活性的影响相同 D．保存酶制品最好选择两图中B点对应的温度和pH ‎【答案】D　‎ ‎【解析】甲、乙两图中，在B点对应的温度和pH下，酶促反应速率最大，酶的活性最高，分别表示酶的最适温度和最适pH，A正确。甲图中A点对应的温度较低，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定；乙图中A点对应的pH过低，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。因此，甲、乙两图中A点对应的值对酶活性的影响不相同，B正确。甲、乙两图中C点对应的温度或pH均过高，会使酶的空间结构遭到 破坏，使酶永久失活，C正确。低温条件下，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高。因此，保存酶制品最好在低温条件下保存，即甲图中的A点，D错误。故选D。‎ ‎【方法技巧】“四步法”分析酶促反应曲线 ‎(1)识标：“识标明变量”。明确酶促反应曲线坐标图中横坐标(自变量)和纵坐标(因变量)的含义。‎ ‎(2)析线：“析线理关系”。分析酶促反应曲线走势，明确因变量怎样随自变量的变化而变化。“上升”“下降”“先升后降”“先升后稳”“水平”等。‎ ‎(3)明点(特殊点)：“抓点求突破”。明确酶促反应曲线中起点、终点、顶点、拐点、交叉点、特殊条件下的交点等表示的生物学含义。‎ ‎(4)判断：“先分后合巧辨析”。对多条酶促反应曲线图，根据曲线上不同标示物识别曲线所代表的意义(有的曲线直接标出)，首先对每一条曲线单独分析，进行比较，判断曲线间有无联系或找出相互关系，然后综合分析。‎ ‎【变式探究】(2020·湖南长郡中学模拟)长郡中学高三生物兴趣小组为了研究pH对某种酶活性的影响，设置a、b、c三组实验，各组pH条件均不同，其他条件相同且适宜。测定各组在不同反应时间内的产物量，结果如图所示。下列相关分析不正确的是(　　)‎ A．a组的pH可能高于b组的pH B．a组pH条件下，该酶降低化学反应的活化能可能最多 C．在c组pH条件下比较适宜保存酶 D．实验要求“其他条件相同且适宜”的目的是减少实验误差 ‎【答案】C　‎ ‎【解析】酶的活性在最适pH条件下最高，pH偏高或偏低，酶的活性都会明显降低，在过酸或过碱的条件下，酶会变性失活。据此依题意并分析图示可知：a组酶的活性高于b组酶的活性，因此a组的pH可能高于b组的pH，A正确；与b、c组相比，a组酶的活性最高，说明a组pH条件下，该酶降低化学反应的活化能可能最多，B正确；c组产物的最大生成量明显低于a、b组，说明在c组pH条件下，酶已经变性失活，不适宜保存酶，C错误；实验中的“其他条件”为无关变量，实验要求“其他条件相同且适宜”的目的是减少实验误差，D正确。‎ 高频考点三 探究影响酶活性的因素 例3．(2020·广东深圳模拟)由青霉菌中提取的淀粉酶在不同温度条件下分别催化淀粉反应1 h和2 h，其产物麦芽糖的相对含量如图所示。相关分析正确的是(　　)‎ A．第1 h内，酶的最适温度在45～50 ℃之间 ‎ B．第1 h到第2 h,45 ℃条件下淀粉酶活性提高 C．第1 h到第2 h,50 ℃条件下酶的催化作用明显 D．若只生产1 h,45 ℃左右时麦芽糖产量相对较高 ‎【答案】D　‎ ‎【解析】由图分析可知，第1 h内，酶的最适温度在40～50 ℃之间，A错误；第1 h到第2 h,45 ℃条件下淀粉酶活性并未提高，只是因为1 h的时间并未将所有淀粉分解成麦芽糖，因此，麦芽糖会在1 h的基础上有所增加，B错误；第1 h到第2 h,50 ℃条件下，产物的量不变，说明酶的催化作用已经丧失，C错误；由图可知，若只生产1 h,45 ℃左右时麦芽糖产量相对较高，D正确。综上所述，选D项。‎ ‎【变式探究】图表是某小组为探究“过氧化氢酶的活性是否受pH的影响”而设计的实验操作步骤(猪肝中含有过氧化氢酶)。请回答下列问题：‎ 操作步骤 操作方法 试管甲 试管乙 ‎1‎ 加体积分数为3%的H2O2溶液 ‎2 mL ‎2 mL ‎2‎ 加质量分数为5%的盐酸溶液 ‎1 mL ‎/‎ ‎3‎ 加质量分数为5%的氢氧化钠溶液 ‎/‎ ‎1 mL ‎4‎ 加质量分数为20%的猪肝研磨液 ‎2滴 ‎2滴 ‎5‎ 观察相同时间内试管中产生的气泡数量 ‎(1)上述操作步骤中存在明显的缺陷，请写出改进方案：①__________________，②_______________。‎ ‎(2)在完成改进方案后，若实验结果为_________________，则说明过氧化氢酶的活性受pH的影响。‎ ‎(3)如果本实验用出现一定气泡数量所需要的时间来表示酶的活性，那么所需的时间越长，酶的活性越________________。‎ ‎(4)如果将本实验的自变量换成温度来探究“过氧化氢酶的活性是否受温度的影响”，你认为是否合适？______，原因是_________。‎ ‎【解析】(1)本实验应该有蒸馏水对照、过酸、过碱这三组，并且应该是自变量处理在前。(2)在完成改进方案后，若甲、乙两试管中产生的气泡数量少，丙试管中产生大量的气泡，则说明过氧化氢酶的活性受pH的影响；若甲、乙、丙3支试管中产生的气泡的情况基本一样，则说明过氧化氢酶的活性不受pH的影响。(3)如果本实验用出现一定气泡数量所需要的时间来表示酶的活性，那么所需的时间越长，酶的活性越低。(4)过氧化氢会随温度升高分解加快，从而对实验结果造成干扰，故不能用过氧化氢酶来探究温度对酶活性的影响。‎ ‎【答案】(1)①操作步骤1、4互换　②增加丙试管，在加入盐酸或氢氧化钠的步骤中换为加入1 mL蒸 馏水，其他步骤与修正后的步骤相同 ‎(2)甲、乙两试管中产生的气泡数量少，丙试管中产生大量的气泡 ‎(3)低(或“弱”)‎ ‎(4)不合适　过氧化氢会随温度升高分解加快，从而对实验结果造成干扰 高频考点四 ATP的结构及其合成和利用 例4．(2019·天津卷)下列过程需ATP水解提供能量的是(　　)‎ A．唾液淀粉酶水解淀粉 B．生长素的极性运输 C．光反应阶段中水在光下分解 D．乳酸菌无氧呼吸的第二阶段 ‎【答案】B　‎ ‎【解析】唾液淀粉酶水解淀粉是在消化道中进行的，不需要消耗ATP水解释放的能量，A项错误；生长素的极性运输是细胞的主动运输，需要消耗ATP水解释放的能量，B项正确；光反应阶段中水在光下分解产生【解析】H]和氧气，不需要消耗ATP水解释放的能量，C项错误；乳酸菌无氧呼吸的第二阶段是丙酮酸在酶的催化作用下转化成乳酸，此过程既不产生ATP，也不消耗ATP，D项错误。‎ ‎【举一反三】(2020·广西南宁二模)如图表示生物体内发生的两个化学反应，请判断下列相关说法中正确的是(　　)‎ A．ATP分子水解时，图中所示的化学键③④最易断裂 B．图中酶1和酶2的化学本质相同，但是二者的种类不同 C．细胞中的吸能反应一般与ATP的合成反应相联系 D．ATP与ADP间相互转化的能量供应机制只发生在真核细胞内 ‎【答案】B　‎ ‎【解析】分析图形可知，ATP分子水解时，图中所示的化学键④最易断裂，提供能量，A错误；图中酶1和酶2的化学本质相同都是蛋白质，但是二者的种类不同，B正确；细胞中的放能反应一般与ATP的合成反应相联系，吸能反应一般与ATP的分解反应相联系，C错误；ATP与ADP间相互转化的能量供应机制发生在一切细胞内，D错误。‎ ‎【变式探究】(2020·河北承德模拟)细胞内的化学反应伴随着能量的变化。以下相关叙述错误的是(　　)‎ A．ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性 B．光合作用暗反应过程中有机物的合成需要ATP水解提供能量 C．有机物氧化分解释放能量并储存在ATP中，因此属于吸能反应 D．ATP水解释放的能量也可以用于维持人体体温的相对稳定 ‎【答案】C　‎ ‎【解析】放能反应一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中，有机物氧化分解释放能量并储存在ATP中，属于放能反应。‎ 高频考点五 ATP的拓展考查 例5．(2018·浙江高考)ATP是细胞中的能量“通货”，下列叙述正确的是 (　　)‎ A．ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量 B．ATP－ADP循环使得细胞储存了大量的ATP C．ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团 D．ATP分子中的2个高能磷酸键不易断裂水解 ‎【答案】C　‎ ‎【解析】光反应和细胞呼吸可以产生ATP。ATP在细胞内含量少，易再生，ATP－ADP循环不会使细胞储存大量的ATP。ATP水解形成ADP和磷酸基团，同时释放能量。ATP中有两个高能磷酸键，其中远离腺苷的高能磷酸键易水解，另一个高能磷酸键不易水解。‎ ‎【变式探究】(2020·河南九校联考)核苷三磷酸(NTP)包括ATP、GTP、UTP、CTP等，脱氧核苷三磷酸(dNTP，d表示脱氧)包括dATP、dGTP、dTTP、dCTP。研究发现dNTP可作为DNA合成的原料。下列叙述正确的是(　　)‎ A．dNTP和NTP的区别体现在五碳糖的种类不同 B．dNTP含有2个高能磷酸键，可为DNA复制提供能量 C．DNA复制时需dATP、dTTP越多，则DNA结构越稳定 D．真核细胞分裂时，胞内dNTP都进入细胞核内参与DNA的复制 ‎【答案】B　‎ ‎【解析】dNTP和NTP的区别在于五碳糖种类不同和碱基种类不同，A错误；DNA复制时，dNTP需要断裂2个高能磷酸键，可为DNA复制提供能量，B正确；DNA复制时需dCTP、dGTP越多，则DNA结构越稳定，C错误；真核细胞进行分裂时，除核DNA进行复制外，细胞质DNA也有复制，胞内dNTP不可能全部进入细胞核中，D错误。因此，本题答案选B。‎