2021版高考生物一轮复习第5章细胞的能量供应和利用1酶和ATP教案新人教版必修1

2021版高考生物一轮复习第5章细胞的能量供应和利用1酶和ATP教案新人教版必修1

- 1 - 酶和 ATP 考点一 酶的本质与特性 1.关于酶的八种说法： 项目 正确说法 错误说法 产生 场所 活细胞(不考虑哺乳动物成熟的红细胞等) 具有分泌功能的细胞才能产 生 化学 本质 有机物(绝大多数为蛋白质，少数为 RNA) 蛋白质 作用 场所 可在细胞内、细胞外、体外发挥作用 只在细胞内起催化作用 温度 影响 低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活 低温和高温均使酶变性失活 作用 酶只起催化作用 酶具有调节、催化等多种功能 来源 生物体内合成 有的可来源于食物等 组成 单位 氨基酸、核糖核苷酸 只有氨基酸 合成 场所 核糖体、细胞核等 只有核糖体 2.酶的特性： (1)高效性。 ②实验中的单一变量：催化剂的种类。 (2)专一性。 - 2 - ①实验设计思路： 或者 ②实验中的单一变量：不同底物或者不同种类的酶液。 【高考警示】 (1)检验试剂的选择： 若选择淀粉和淀粉酶来探究温度对酶活性的影响，检测酶的催化作用宜选用碘液，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。 (2)实验材料的选择： ①在探究温度对酶活性的影响的实验中，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。 ②在探究 pH 对酶活性的影响实验中，不宜选用淀粉和淀粉酶作实验材料，因为在酸性条件下 淀粉本身分解也会加快，从而影响实验结果。 【典例】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.酶应该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 - 3 - 【解析】选 D。大部分酶是蛋白质，能和双缩脲试剂反应呈紫色，少数酶是 RNA，不能和双缩 脲试剂反应，A 错误；酶应该保存在低温下，B 错误；细胞代谢能够有条不紊地进行主要由酶 的专一性决定，C 错误；酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物，D 正确。 (1)唾液淀粉酶最适温度为 37 ℃，若将唾液淀粉酶置于从 100 ℃逐渐降低到 37 ℃的环境中， 酶的活性不变(填“上升”“不变”或“下降”)；若 pH 从 7 降低到 2，酶的活性下降(填“上 升”“不变”或“下降”)。 (2)若将胃蛋白酶和唾液淀粉酶混合置于 pH=7 的试管中，然后再加淀粉一段时间后，试管中 含有的成分有哪些？ 提示：胃蛋白酶在 pH=7 的环境中失去活性，因此胃蛋白酶不能催化淀粉酶水解，唾液淀粉酶 催化淀粉水解成麦芽糖，因此试管中含有的物质是胃蛋白酶、唾液淀粉酶、麦芽糖。 (2020·沈阳模拟)下列关于酶的叙述，正确的是 ( ) A.老年斑的形成与酪氨酸酶的活性降低有关 B.胰腺细胞以胞吐的方式排出胰蛋白酶，依赖于细胞膜的流动性 C.溶菌酶是溶酶体内的水解酶，其作用是溶解细菌的细胞壁 D.人在寒冷环境下，体内与呼吸作用相关的酶活性会降低 【解析】选 B。 出现“老年斑”是由于色素沉积导致的；酪氨酸酶活性降低，黑色素的合成 减少，是老年人头发变白的原因，A 错误；胰腺细胞以胞吐的方式排出胰蛋白酶，依赖于细胞 膜的流动性，B 正确；溶酶体中的各种水解酶能够分解很多种物质，如衰老、损伤的细胞器， 溶菌酶可以溶解病原菌的细胞壁，水解酶不是溶菌酶，C 错误；人为恒温动物，体温维持相对 恒定，故寒冷的冬季，体内酶的活性不会随环境温度的下降而降低，D 错误。 【加固训练】 1.下列关于酶的叙述正确的是 ( ) A.酶适于低温下保存，因为低温时虽然酶的活性很低，但酶的空间结构稳定 B.Fe3+和酶促使过氧化氢分解，是因为它们降低了化学反应的活化能，同时给过氧化氢提供能 量 C.酶是由内分泌腺细胞合成的、具有催化作用的有机物 D.酶与激素一样使用后立即被灭活，所以活细胞中需要源源不断地合成酶 - 4 - 【解析】选 A。低温下酶的活性被抑制，而空间结构稳定，不会变性失活，因此酶适于低温下 保存，A 项正确；Fe3+和酶均促使过氧化氢分解，是因为它们均能降低化学反应的活化能，但 不能给过氧化氢的分解提供能量，B 项错误；酶是由活细胞产生的、具有催化作用的有机物， C 项错误；酶在化学反应后不被灭活，不需源源不断地合成，D 项错误。 2.(2019·太原模拟)下列关于探究酶活性实验的设计思路，最适宜的是( ) A.利用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响 B.利用过氧化氢和过氧化氢酶探究 pH 对酶活性的影响 C.利用淀粉、淀粉酶和斐林试剂探究温度对酶活性的影响 D.利用淀粉、淀粉酶和斐林试剂探究 pH 对酶活性的影响 【解析】选 B。温度影响过氧化氢的分解，从而对过氧化氢酶活性测定造成干扰，A 项错误； 利用过氧化氢和过氧化氢酶可探究 pH 对酶活性的影响，B 项正确；斐林试剂使用时需要水浴 加热，会对实验结果造成干扰，C 项错误；斐林试剂是碱性，改变实验条件对实验结果产生干 扰，D 项错误。 考点二 与酶有关的曲线和图形分析 1.酶高效性的曲线： (1)与无机催化剂相比，酶的催化效率更高，说明酶具有高效性。 (2)酶和无机催化剂一样，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.酶专一性的曲线： (1)加入某种酶，底物 A 剩余量不变，而底物 B 剩余量减少。 (2)某种酶不能催化底物 A 水解，可以催化底物 B 水解，说明酶具有专一性。 3.酶专一性的图形： - 5 - (1)图中 A 表示酶，B 表示被催化的底物，E、F 表示 B 被分解后的物质，C、D 表示不能被该酶 催化的物质。 (2)酶和被催化的物质都有特定的空间结构。 4.影响酶促反应速率的因素： (1)温度和 pH： 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 化作用逐渐减弱甚至会丧失。 ②过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的活性，酶空间结构未被破坏， 温度升高可恢复活性。 ③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。 (2)底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响： 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。 【典例】(2016·全国卷Ⅱ)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： - 6 - (1)三个温度条件下，该酶活性最高的是_______组。 (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_______________________。 (4)生物体内酶的化学本质是_____________，其特性有_____________(答出两点即可)。 【解题指南】(1)关键信息：产物浓度与酶活性有关，酶活性受温度影响，最适温度时酶活性 最高。 (2)解题关键：温度升高或底物增加都会影响酶促反应速率。 【解析】本题主要考查酶的本质与特性、温度与底物对酶活性的影响。 (1)由曲线分析知，B 组的产物浓度达到饱和点的速度比 A 组快，C 组由于温度过高，导致酶 失活，所以酶活性最高的是 B 组。 (2)A 组为 20 ℃，低温抑制酶的活性，适当升高温度，酶的活性会增强，表现为催化反应的 速度加快。 (3)分析 C 组曲线可知，t2 之前产物的浓度不再增加，说明反应已经停止，酶失去了催化作用， 此时再增加底物的量，因为酶已失活，产物的总量也不再增加。 (4)酶是由活细胞产生的一类具有催化作用的有机物，主要是蛋白质，还有少量的 RNA。酶具 有高效性、专一性和反应条件的温和性等特性。 答案：(1)B (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)蛋白质或 RNA 高效性和专一性(答出两点即可) (1)据图中信息分析：40 ℃不一定(填“一定”或“不一定”)是该酶的最适温度，理由是温 差过大，缺乏接近 40 ℃ 条件下的产物浓度数据。 (2)影响酶促反应速率的因素有温度、pH、底物浓度、酶浓度。 - 7 - “四看法”分析酶促反应曲线 (2017·天津高考)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。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 【解析】选 C。题图中加入酶 C 后，A 浓度下降，B 浓度上升，推测 A 经过反应生成了 B，酶 C 降低了 A 生成 B 这一反应的活化能，A 项正确；该体系中在 T1T2 段曲线变化幅度较大，T2 以后 曲线趋于平缓，反映出酶促反应速率先快后慢，B 项正确；T2 后 B 增加缓慢是作为反应物的 A 过少造成的，酶的活性变化不明显，C 项错误；图示为最适温度下 A、B 浓度的变化曲线，适 当降低反应温度，反应速率减慢，T2 值增大，D 项正确。 【加固训练】 1.为使反应物 A 反应生成产物 P，采取了有酶催化(最适温度和 pH)和有无机催化剂催化 两种催化方法，其能量变化过程用如图甲中两条曲线表示；图乙表示某酶促反应过程的示意 图。下列有关分析中不合理的是 ( ) - 8 - 甲 A.距离 b 可反映无机催化剂催化效率比酶催化效率低的原因 B.适当升高温度，有酶催化时的Ⅱ曲线对应的距离 a 将减小 C.图乙中②可代表蔗糖，那么③④可代表果糖和葡萄糖 D.图乙所示过程可以说明酶具有专一性 【解析】选 B。题图甲中Ⅰ曲线表示有无机催化剂催化的反应的能量变化过程，Ⅱ曲线表示有 酶催化的反应的能量变化过程，所以距离 b 代表酶降低的反应活化能比无机催化剂降低的反 应活化能多的部分，所以可反映无机催化剂催化效率比酶催化效率低的原因，A 正确；题干说 明是在最适温度和 pH 条件下，适当升高温度，酶的活性降低，有酶催化时的Ⅱ曲线中对应的 距离 a 将增大，B 错误；图乙是酶的专一性模型，②可代表蔗糖，在蔗糖酶催化作用下，可得 到果糖和葡萄糖，用③④代表，C、D 正确。 2.(2019·淄博模拟)通过实验研究温度对 a、b、c 三种酶活性的影响，结果如图所示。下列 说法正确的是 ( ) A.c 酶的最适温度为 36 ℃左右 B.当温度为任一固定值时，酶的用量都会影响实验结果 C.该实验中有两个自变量，因变量只有一个 D.若溶液的 pH 升高，则曲线 b 的顶点上移 - 9 - 【解析】选 C。图中 c 酶随着温度的升高活性增加，c 酶活性未出现最高点，A 项错误；当温 度过高时，酶变性失活后酶的用量不再继续影响实验结果，B 项错误；该实验的自变量是温度 和酶的种类，因变量是酶活性，C 项正确；此题中，溶液的 pH 升高，酶的活性变化未知，D 项错误。 考点三 ATP 与 ADP 的相互转化及 ATP 的产生量 1.ATP 与 ADP 的相互转化过程比较： ATP 水解 ATP 合成 反应式 ATP ADP+ Pi+能量 能量+Pi+ ADP ATP 酶 ATP 水解酶 ATP 合成酶 场所 活细胞内 细胞质基质、 线粒体、叶绿体 能量来源高能磷酸键水解 光能，有机物中的化学能 能量去向用于各项生命活动储存于 ATP 中 2.ATP 的产生量与 O2 供给量的关系分析： 【高考警示】 ATP 功能与转化的三点提醒 (1)ATP 水解释放的能量是储存在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 或光合作用中吸收的光能。 (2)ATP 在细胞内含量很低，它与 ADP 转化总处于“动态平衡”中，不可认为 ATP 合成量大于 分解量或 ATP 分解量大于合成量(如剧烈运动时 ATP 分解量增加，此时其合成量也增加)。 (3)细胞放能反应中可将 ADP 与 Pi 合成 ATP，吸能反应中可将 ATP 水解为 ADP 与 Pi。 - 10 - 【典例】(2019·天津高考)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 【解析】选 B。淀粉在唾液淀粉酶作用下水解不消耗 ATP，A 项不符合题意。生长素的极性运 输属于主动运输，消耗 ATP，B 项符合题意。水的光解不消耗 ATP，C 项不符合题意。乳酸菌 无氧呼吸第二阶段既不合成也不消耗 ATP，D 项不符合题意。 (1)加入呼吸抑制剂可使细胞中 ADP 生成增加(填“增加”或“减少”)，ATP 生成减少(填“增 加”或“减少”)。 (2)含有两个高能磷酸键的 ATP 是 DNA 的基本单位之一，对吗？ 提示：不对。DNA 的基本单位是脱氧核苷酸，只含有一个磷酸基团、一个脱氧核糖和一个含氮 碱基。 (2020·日照模拟)下列关于生物体中 ATP 的叙述，正确的是 ( ) A.温度变化会影响 ATP 与 ADP 相互转化的速率 B.在淀粉水解成葡萄糖时一定有 ADP 生成 C.葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞时会使细胞内 ADP 的含量大大增加 D.一分子 ATP 脱去两个磷酸基团可形成噬菌体遗传物质的单体 【解析】选 A。 温度变化会影响酶的活性从而影响 ATP 与 ADP 相互转化的速率，A 正确；在 淀粉水解成葡萄糖时不需要 ATP 水解供能，不会有 ADP 生成，B 错误；葡萄糖进入小肠绒毛上 皮细胞的方式是主动运输，需要 ATP 水解提供能量，则 ADP 含量增加，但 ATP 与 ADP 可以快 速转化，二者的含量会保持动态平衡，故细胞内 ADP 的含量不会大大增加，C 错误；一分子 ATP 脱去两个磷酸基团可形成腺嘌呤核糖核苷酸，而噬菌体的遗传物质是 DNA，其单体为脱氧 核苷酸，D 错误。 【加固训练】 1.如图为细胞内 ATP 与 ADP 相互转化的示意图，下列相关叙述不正确的是 ( ) - 11 - A.过程①所需能量来自有机物分解时释放的能量或叶绿体利用光能时转换的能量 B.能量通过 ATP 分子在吸能反应和放能反应间循环流通 C.活细胞中 ATP 与 ADP 相互转化速率会受到温度和 pH 的影响 D.吸能反应一般与①过程相联系，放能反应一般与②过程相联系 【解析】选 D。吸能反应伴随着 ATP 的水解，即②过程；而放能反应伴随着 ATP 的合成，即① 过程，D 错误。 2.用 5%的葡萄糖溶液培养酵母菌，先在有氧条件，然后转到无氧条件。有关物质浓度变化如 图所示，15 min 时，ATP 的相关变化是 ( ) A.ATP 浓度开始下降 B.ATP 产生的速率开始下降 C.ATP 的消耗开始增加 D.ATP 分子开始分解为 ADP 和磷酸 【解析】选 B。15 min 时，由于进行了无氧呼吸，所以 ATP 产生的速率开始下降。