生物4 酶和ATP

专题4酶和ATP高考生物高考生物考点一考点一 酶酶知识清单知识清单 一一 酶的本质及生理作用酶的本质及生理作用二二 酶的特性酶的特性1.高效性性:酶的催化效率大约是无机催化剂的1071013倍。2.专一性性: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、过碱等条件会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活;低温条件下酶的活性很低,但空间结构稳定。三三 影响酶促反应速率的因素影响酶促反应速率的因素1.酶的活性酶的活性:影响酶活性的外界因素主要有温度和pH。2.酶的酶的浓度:底物充足时,与酶促反应速率成正比。3.反应物(底物)浓度浓度:既影响酶促反应速率,又影响生成物的量。1.有关酶理解的有关酶理解的6个易错点个易错点错误说法正确理解产生场所具有分泌功能的细胞才能产生几乎所有活细胞都能产生化学本质蛋白质有机物(大多数为蛋白质,少数为RNA)作用场所只在细胞内起催化作用可在细胞内、细胞外、体外发挥作用温度影响低温和高温均使酶变性失活低温只抑制酶的活性,不会使酶变性失活;高温使酶变性失活作用酶具有调节、催化等多种功能酶只具有催化作用来源可来源于食物等酶在细胞内合成和分泌 例例1(2015海南单科,15,2分)关于人体内激素和酶的叙述,错误的是()A.激素的化学本质都是蛋白质B.酶可以降低化学反应的活化能C.高效性是酶的重要特性之一D.激素与靶细胞结合可影响细胞的代谢解析解析本题考查激素和酶的相关知识。激素的化学本质并非都是蛋白质,如性激素为固醇类物质,A错误;酶催化作用的实质是降低化学反应的活化能,B正确;酶具有高效性、专一性等重要特性,C正确;激素具有调节作用,激素与靶细胞结合后,可以调节靶细胞的代谢,D正确。答案答案A知能拓展知能拓展归纳比较“酶”与“激素”2.生物对照实验中生物对照实验中3个变量和个变量和5个原则个原则【实例】比较过氧化氢在不同条件下的分解实验实验变量实例控制原则自变量该实验的唯一自变量是“不同的实验条件”对照原则单一变量原则无关变量加入H2O2的量,实验室的温度,反应时间,肝脏研磨液的新鲜程度等可影响实验结果的因素均为无关变量等量原则重复实验原则因变量H2O2的分解速率,可用气泡数目的多少或带火星的木条燃烧情况可观测性原则例例2(2017河北衡水中学上学期二调,14)下图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解实验”。相关分析合理的是()A.本实验的自变量是不同的催化剂B.本实验的无关变量有温度和酶的用量等C.分析1号、2号试管的实验结果可知加热能降低反应的活化能D.1号与3号,1号与4号可分别构成对照实验解析解析本实验的第2组并没有加入催化剂,自变量应为不同的处理条件,A错误;温度也为该实验的自变量之一,B错误;加热不能降低活化能,但可为反应提供能量,从而使反应加快,C错误;1号与3号对照证明了Fe+3具有催化作用,1号与4号对照证明了过氧化氢酶具有催化作用,D正确。答案答案D方法方法1 1“四看法四看法”分析酶促反应曲线分析酶促反应曲线方法技巧方法技巧(1)ca段的含义是在无催化剂的条件下,反应所需要的活化能。(2)ba段的含义是酶降低的活化能。(3)若将酶催化改为无机催化剂催化该反应,则b值在纵轴上将向上移动。1.表示酶作用机理的曲线表示酶作用机理的曲线(1)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.表示酶高效性的曲线表示酶高效性的曲线3.表示酶的专一性的模型表示酶的专一性的模型(1)物理模型“锁钥学说”图中所示的化学反应为:BE+F酶和被催化的反应物分子都有特定的结构,物质C、D不能被酶A催化分解。(2)数学模型在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。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。(1)甲、乙、丙三图的时间t0、t1和t2是一致的。(2)随着反应的进行,反应物因消耗而减少,生成物因生成而增多。(3)t0t1段,因反应物较充足,所以反应速率较高,反应物消耗较快,生成物生成也较快;t1t2段,因反应物含量较少,所以反应速率降低,反应物消耗较慢,生成物生成也较慢;t2时,反应物被消耗干净,生成物也不再增加,此时反应速率为0。4.酶促反应中的关系曲线酶促反应中的关系曲线5.表示影响酶促反应因素的曲线表示影响酶促反应因素的曲线(1)温度和pH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。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,酶的分子结构未遭到破坏,温度升高可恢复活性。不同酶的最适pH可以不同,如图乙中的胃蛋白酶和胰蛋白酶。从丙图可以看出:反应溶液温度的变化不影响酶作用的最适pH。同理,反应溶液pH的变化也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的增加而加快,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。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。例例3(2017江苏无锡上学期期中,19)如图为用同一种酶进行的不同实验结果,下列有关叙述正确的是()A.本实验研究的酶是淀粉酶B.图1曲线是研究该酶具有高效性的结果C.实验结果表明,该酶活性的最适温度是30、最适pH是7D.pH=2与温度为20条件下酶活性减弱的原因不同解析解析根据图3可知该酶可催化麦芽糖的分解,可确定该酶为麦芽糖酶,A错误;证明酶的高效性应与无机催化剂相比较,图1曲线是研究温度影响酶活性的结果,B错误;实验结果表明该酶的最适pH是7,最适温度是30左右,但不能确定最适温度就是30,C错误;强酸(pH=2)可破坏酶的空间结构,使酶失活,而20的温度只是抑制了酶的活性,酶的空间结构未被破坏,所以两者条件下酶活性减弱的原因不同,D正确。答案答案D思维点拨思维点拨对反应速率影响因素的理解由上图可以看出,影响反应速率的因素主要有:(1)反应物的浓度,(2)酶的活性(受温度、pH、酶的抑制剂等因素的影响),(3)酶的浓度,(4)无机催化剂或酶的激活剂等。方法方法2 2 “对照实验法对照实验法”设计酶的相关实验设计酶的相关实验1.“试剂检测法试剂检测法”探究酶的化学本质探究酶的化学本质2.“对比实验法对比实验法”探究酶的催化作用探究酶的催化作用对照组:反应物+清水反应速率慢或无反应;实验组:反应物+等量的相应酶溶液反应速率快。3.“对比实验法对比实验法”探究酶的高效性探究酶的高效性对照组:反应物+无机催化剂反应速率慢;实验组:反应物+等量酶溶液反应速率快。实验中自变量是无机催化剂和酶,因变量是反应物分解速率。4.“对比实验法对比实验法”探究酶的专一性探究酶的专一性(1)设计思路一:换反应物不换酶实验组:反应物+相应酶溶液反应物被分解;对照组:另一反应物+等量相同酶溶液反应物不被分解。(2)设计思路二:换酶不换反应物实验组:反应物+相应酶溶液反应物被分解;对照组:相同反应物+等量另一种酶溶液反应物不被分解。5.“梯度法梯度法”探究影响酶活性的因素探究影响酶活性的因素(温度或温度或pH)(1)探究温度对酶活性影响的实验设计思路方案一:(以唾液淀粉酶为例)方案二:(此方案可探究酶的适宜温度)(2)探究pH对酶活性影响的实验设计思路方案一:(以H2O2酶为例)方案二:(此方案可探究酶适宜的pH)知能拓展知能拓展有关酶活性实验探究中的“五不宜”(1)反应物和酶的选择方面研究酶的适宜温度实验时,不宜选用过氧化氢酶催化H2O2的分解,因为过氧化氢在加热的条件下会分解。研究酶的适宜pH实验时,由于酸对淀粉有分解作用,并且碘碘化钾可与碱反应,所以不宜选用淀粉和淀粉酶作为实验材料,常选用H2O2和过氧化氢酶。(2)检测时试剂的选择方面研究温度对酶活性影响的实验时,鉴定淀粉是否分解用碘液,不宜选用斐林试剂,因为斐林试剂需水浴加热,而该实验中需严格控制温度。若物质反应前后均能与试剂发生反应,例如麦芽糖以及其水解后形成的葡萄糖均能与斐林试剂反应,再如蛋白质以及其水解后形成的多肽均能与双缩脲试剂反应,此类试剂不宜选用。若物质反应前后均不能与试剂反应,例如蔗糖以及其水解后的单糖均不能与碘液反应,此类试剂也不宜选用。例例4(2017山东淄川一中第一次月考,25)为了探究温度、pH对酶活性的影响,下列实验设计合理的是()A.实验B.实验C.实验D.实验实验编号探究课题选用材料与试剂温度对酶活性的影响过氧化氢溶液新鲜的肝脏研磨液温度对酶活性的影响新制的淀粉酶溶液可溶性淀粉溶液碘液pH对酶活性的影响新制的蔗糖酶溶液可溶性淀粉溶液碘液pH对酶活性的影响新制的淀粉酶溶液可溶性淀粉溶液斐林试剂解析解析过氧化氢在高温下易分解,因此不能用过氧化氢作为底物来探究温度对酶活性的影响,A错误;可以利用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液来探究温度对酶活性的影响,B正确;根据酶的专一性,蔗糖酶不能使淀粉水解,C错误;淀粉在酸性条件下易分解,因此不能用淀粉作为底物探究pH对酶活性的影响,D错误。答案答案B考点二考点二 ATPATP 一一 ATPATP的结构与功能的结构与功能1.组成元素组成元素:C、H、O、N、P。2.中文全称中文全称:三磷酸腺苷,简称ATP。3.分子结构分子结构(1)结构简式:APPP。其中“A”代表腺苷,“”代表高能磷酸键,“P”代表磷酸基团。(2)特点:远离腺苷的高能磷酸键易水解释放能量,也易接受能量而重新形成。4.主要功能主要功能:ATP是生命活动的直接能源物质。5.拓展辨析拓展辨析:写出下列物质中“A”的含义。(1)ATP中的“A”代表腺苷:由腺嘌呤和核糖组成。(2)DNA中的“A”代表腺嘌呤脱氧核苷酸:由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。(3)RNA中的“A”代表腺嘌呤核糖核苷酸。(4)核苷酸中的“A”代表腺嘌呤。二二 ATPATP与与ADPADP的相互转化的相互转化1.ATP的合成的合成(1)合成ATP的生理过程:光合作用和细胞呼吸。(2)合成ATP的场所:细胞质基质、线粒体、叶绿体。(3)ATP合成的反应式:ADP+Pi+能量ATP。2.转化特点转化特点:ATP在细胞内含量很少,代谢旺盛的细胞内ATP含量不会(会/不会)明显增加,ATP与ADP之间的转化速度会(会/不会)明显加快,以满足细胞对能量的需求。1.ATP的分子结构的分子结构(1)结构式(2)结构特点:1分子腺苷、2分子高能磷酸键、3分子磷酸基团。(3)ATP的一个高能磷酸键水解,形成ADP(二磷酸腺苷);两个高能磷酸键水解,形成AMP(一磷酸腺苷),即为构成RNA的基本单位之一。 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多种场所细胞质基质、线粒体、叶绿体能量转化放能吸能能量来源高能磷酸键呼吸作用、光合作用能量去向用于各项生命活动储存于ATP中2.ATP和和ADP的相互转化过程比较的相互转化过程比较知能拓展知能拓展ATP理解的4个误区(1)ATP与ADP相互转化不可逆:ATP与ADP的相互转化,从物质方面来看是可逆的,从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。(2)ATP是与能量有关的一种物质,不可等同于能量:ATP是一种高能磷酸化合物,高能磷酸键水解时能够释放出高达30.54kJ/mol的能量。(3)误认为细胞中含有大量ATP:事实上,细胞中ATP含量很少,只是ATP与ADP转化非常迅速,无论是饱食还是饥饿时,ATP与ADP含量都保持动态平衡。(4)误认为ATP转化为ADP不消耗水:ATP转化为ADP又称为“ATP的水解反应”,这一过程需ATP水解酶的催化,同时也需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。3.ATP产生量与产生量与O2供给量的关系分析供给量的关系分析转化场所常见的生理过程细胞膜消耗ATP:主动运输、胞吞、胞吐细胞质基质产生ATP:细胞呼吸第一阶段叶绿体产生ATP:光反应消耗ATP:暗反应和自身DNA复制、转录,蛋白质合成等线粒体产生ATP:有氧呼吸第二、三阶段消耗ATP:自身DNA复制、转录,蛋白质合成等核糖体消耗ATP:蛋白质的合成细胞核消耗ATP:DNA复制、转录等4.细胞内产生与消耗细胞内产生与消耗ATP的生理过程的生理过程例例5(2018黑龙江大庆实验中学期初考,5)用、表示ATP上三个磷酸基团所处的位置(A-PPP),下列相关叙述不正确的是()A.ATP的、位磷酸基团脱离,剩余部分可用于基因的转录B.ATP的、位磷酸基团脱离,剩余部分可用于DNA的复制C.ATP含有2个高能磷酸键D.ATP的位磷酸基团脱离,释放的能量可用于各项生命活动解析解析ATP含有的五碳糖是核糖而不是脱氧核糖,因此ATP的、位磷酸基团脱离,剩余部分是AMP,即腺嘌呤核糖核苷酸,是RNA的组成单位,可用于基因的转录,但不可用于DNA的复制,A正确、B错误;ATP含有1个普通磷酸键和2个高能磷酸键,C正确;ATP水解一般是位磷酸基团脱离形成ADP和Pi,同时释放能量,为各项生命活动供能,D正确。答案答案B