高考生物考前3个月专题复习 专题2 细胞的代谢 考点5 聚焦细胞代谢的基础条件——酶和ATP

专题2 细胞的代谢直击考纲1.酶在代谢中的作用()。2.ATP在能量代谢中的作用()。3.光合作用的基本过程()。4.影响光合作用速率的环境因素()。5.细胞呼吸()。考点5聚焦细胞代谢的基础条件酶和ATP题组一酶的本质、作用1(2011新课标全国，2)甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如图所示。下列分析错误的是()A甲酶能够抗该种蛋白酶降解B甲酶不可能是具有催化功能的RNAC乙酶的化学本质为蛋白质D乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变答案B解析酶具有专一性，蛋白酶能催化蛋白质降解。在蛋白酶的作用下，甲酶没有变化，因此甲酶能够抗该种蛋白酶降解，故甲酶的化学本质不是蛋白质，有可能是具有催化功能的RNA，故A项正确、B项错误；因为用该种蛋白酶处理后，乙酶活性逐渐降低，所以乙酶的化学本质是蛋白质，C项正确；在蛋白酶的作用下，蛋白质的空间结构受到破坏，进而使蛋白质的分子结构发生改变，D项正确。2(地方卷重组)判断如下有关酶的叙述(1)如图在t时加酶后反应的曲线由变为(2015广东，6A)()(2)对于一个细胞来说，酶的种类和数量不会发生变化(2013安徽，2D)()(3)酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率；滴加肝脏研磨液可降低过氧化氢的分解反应的活化能而滴加FeCl3溶液则不能(2011天津，1B和2013四川，4BC改编)()(4)酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸(2011海南，14D)()题组二酶的特性、影响因素及相关实验探究3(2016全国甲，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。(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)。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、专一性解析(1)曲线图显示：在反应开始的一段时间内，40 时产物浓度增加最快，说明酶的活性最高，而B组控制的温度是40 。(2)A组控制的温度是20 。在时间t1之前，如果A组温度提高10 ，因酶的活性增强，则A组酶催化反应速度会加快。(3)对比分析图示中的3条曲线可推知，在时间t2时，C组的酶在60 条件下已经失活，所以如果在时间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，在t3时，C组产物的总量不变。(4)绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。酶具有高效性、专一性，酶的作用条件较温和。4(2012福建，26节选)大菱鲆是我国重要的海水经济鱼类。研究性学习小组尝试对大菱鲆消化道中的蛋白酶的活性进行研究。(1)查询资料得知，18 时，在不同pH条件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶活性如图1。由图可知，在各自最适pH下，三种蛋白酶催化效率最高的是_。(2)资料表明大菱鲆人工养殖温度常年在1518 之间。学习小组假设：大菱鲆蛋白酶的最适温度在1518 之间。他们设置15 、16 、17 、18 的实验温度，探究三种酶的最适温度。探究实验中以干酪素为底物。干酪素的化学本质是_，可用_试剂鉴定。胃蛋白酶实验组和幽门盲囊蛋白酶实验组的pH应分别控制在_。为了控制实验温度，装有酶和底物的试管应置于_中以保持恒温。单位时间内_可以表示蛋白酶催化效率的高低。实验结果如图2，据此能否确认该假设成立？_。理由是： _。答案(1)幽门盲囊蛋白酶(2)蛋白质双缩脲2和8恒温箱底物消耗量(或产物生成量)不能据图可知，随着温度提高，酶活性逐步升高，酶活性峰值未出现解析(1)由图1可知，三种蛋白酶在各自最适pH下，幽门盲囊蛋白酶对应的酶活性最大，所以其催化效率最高。(2)酶具有专一性，蛋白酶只能催化蛋白质的水解，干酪素的化学本质为蛋白质，可用双缩脲试剂鉴定。要验证大菱鲆蛋白酶的最适温度，要遵循单一变量、对照等原则，并控制其他无关变量相同且适宜。由题意可知，此实验温度为自变量，pH等为无关变量，为了得到准确的结果，pH应为相对应蛋白酶的最适值，由图1可知，胃蛋白酶最适pH为2，幽门盲囊蛋白酶最适pH为8。为了控制实验温度，底物和酶都应放在恒温箱中保温一段时间。酶的催化效率可以用单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。由图2可以看出，当温度在1518 范围内时，随着温度的升高，蛋白酶的活性一直在增强，但没有出现下降的拐点，因此，不能得出大菱鲆蛋白酶的最适温度在1518 之间这一结论。题组三ATP的结构与作用5(2014大纲全国，2)ATP是细胞中重要的高能磷酸化合物。下列有关ATP的叙述，错误的是()A线粒体合成的ATP可在细胞核中发挥作用B机体在运动时消耗ATP，睡眠时则不消耗ATPC在有氧与缺氧的条件下，细胞质基质中都能形成ATPD植物根细胞吸收矿质元素离子所需的ATP来源于呼吸作用答案B解析A项，细胞核中无法进行呼吸作用产生能量，它所需要的ATP主要由细胞质中的线粒体提供。B项，ATP是生命活动的直接能源物质，机体时刻都在消耗ATP。C项，有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段均在细胞质基质中进行，均有ATP形成。D项，根细胞吸收矿质元素离子主要是通过主动运输的方式进行的，其消耗的能量来源于呼吸作用产生的ATP。6(2016全国乙，29节选)在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用、和表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(APPP或dAPPP)。回答下列问题：(1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的_(填“”“”或“”)位上。(2)若用带有32P标记的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的_(填“”“”或“”)位上。答案(1)(2)解析(1)ATP水解生成ADP的过程中，断裂的是远离腺苷A的那个高能磷酸键即位和位之间的高能磷酸键，即位磷酸基团转移到DNA末端。要将32P标记到DNA上，带有32P的磷酸基团应在位上。(2)dATP脱去位和位的磷酸基团后为腺嘌呤脱氧核糖核苷酸，即DNA的基本组成单位之一，用dATP为原料合成DNA时，要将32P标记到新合成的DNA上，则32P应在位。依纲联想1明辨有关酶的10个误区(1)误认为“酶的本质是蛋白质”，实际上绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，进而引申为合成的原料有氨基酸或核糖核苷酸，合成的场所有核糖体或细胞核。(2)误认为“具有分泌功能的细胞才能产生酶”，实际上，凡是活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)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，只起催化作用。(4)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。(5)误认为“低温引起酶变性失活”，实际上低温影响酶的活性，不破坏酶的结构，但高温能使酶失活。(6)误认为“过氧化氢酶和加热促使过氧化氢分解的机理相同”，实际上过氧化氢酶是降低了过氧化氢分解反应的活化能，而加热是使过氧化氢分子获得能量，从常态转变为容易分解的活跃态。(7)误认为“酶的催化作用能改变化学反应的方向和平衡点”，实际上酶只是降低了化学反应的活化能，所能催化的是本来就能发生的反应，提高了反应速率，缩短了到达平衡点的时间，而平衡点的大小只能由底物的量来决定。(8)误认为“在化学反应前后，酶的性质、数量会发生改变”，实际上反应前后酶的性质、数量都没有发生改变。(9)误认为“酶促反应速率等同于酶活性”，实际上二者不完全等同，因为温度和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；而底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触面积而影响反应速率。(10)误认为“酶的催化作用和高效性的机理相同”，实际上前者是与没有催化剂对照，酶能够降低活化能；而后者是与无机催化剂对照，能够显著降低活化能。2读懂关于酶的3类曲线(1)酶的作用原理：酶能降低化学反应的活化能，若将酶变为无机催化剂，则b在纵轴上向上移动。(2)酶的作用特性图1中加酶的曲线和加无机催化剂的曲线比较，说明酶具有高效性，而与不加无机催化剂的曲线比较只能说明酶具有催化作用。图2中两曲线比较表明酶具有专一性。(3)酶的影响因素温度和pH图甲和图乙显示：过酸、过碱、高温都会使酶失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性。从图丙和图丁可以看出：反应溶液pH(温度)的变化不影响酶作用的最适温度(pH)。底物浓度和酶浓度图甲中OP段的限制因素是底物浓度，而P点之后的限制因素有酶浓度和酶活性；图乙对反应底物的要求是底物足量。3辨清与酶相关实验设计的5个易错点(1)若底物选择淀粉和蔗糖，酶溶液为淀粉酶，验证酶的专一性，检测底物是否被分解的试剂宜选用斐林试剂，不能选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被水解。(2)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测试剂宜选用碘液，不应该选用斐林试剂，因斐林试剂需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。另外在酶溶液和反应物混合前，需要把两者先分别放在各自所需温度下保温一段时间。(3)探究酶的适宜温度的实验中不宜选择过氧化氢酶催化H2O2分解，因为底物H2O2在加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。(4)在酶的最适pH探究实验中，操作时必须先将酶和底物分别置于不同pH条件下，然后再将同一pH条件下处理的底物和酶液混合，而不能把酶加入反应物中后，再加入盐酸或氢氧化钠。(5)探究酶的高效性时，对照组应为无机催化剂；探究酶的催化作用时，对照组应为不加催化剂；探究酶的专一性时，既可用同一种酶作用于不同底物，也可用不同酶作用于同一底物。4明辨对ATP认识的3个误区(1)误认为ATP与ADP的相互转化完全可逆：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。从整体上来看，二者的转化并不可逆，但可以实现不同形式的能量之间的转化，保证生命活动所需能量的持续供应。(2)误认为ATP等同于能量：ATP是一种高能磷酸化合物，其分子式可以简写为APPP，高能磷酸键水解时能够释放出多达30.54 kJ/mol的能量，所以ATP是与能量有关的一种物质，不可将两者等同起来。(3)误认为ATP转化为ADP不消耗水：ATP转化为ADP又称“ATP的水解反应”，这一过程需要ATP酶的催化，同时也需要消耗水。凡是大分子有机物(如蛋白质、淀粉等)的水解都需要消耗水。5理清ATP与光合作用及细胞呼吸的关系(1)与光合作用的关系(2)与细胞呼吸的关系考向一多角度综合考查酶和ATP1下列关于酶与ATP的叙述，正确的是()A酶的合成都要经过转录和翻译两个过程B骨骼肌收缩需要消耗大量的ATP，所以ATP含量特别高CATP合成酶通过为ADP供能和降低活化能来催化ATP的合成DATP中的“A”与构成RNA中的碱基“A”不是同一物质答案D解析有的酶为RNA，无需翻译过程，A错误；骨骼肌细胞中ATP的含量很少，依赖于ATP和ADP的快速转化满足ATP的大量消耗，B错误；酶不能为反应物提供能量，只能降低化学反应的活化能，C错误。2酶是细胞代谢不可缺少的催化剂，ATP是生命活动的直接能源物质。如图是ATP中磷酸键逐级水解的过程图，据下图判断，有关叙述错误的是()A丙物质含有的元素为C、H、O、NB甲ATP的过程所需的酶与酶1不同C酶1、酶2和酶3催化的反应均伴有大量的能量释放D细胞的无氧呼吸只有第一阶段产生了ATP答案C解析具题意分析，丙为腺苷(核糖腺嘌呤)，丙含有元素为C、H、O、N，A正确；由甲ATP的过程为ADP合成ATP的过程，此过程所需的酶是合成酶，而酶1为ATP水解酶，B正确；酶1、酶2催化的是高能磷酸键断裂，释放大量能量，酶3催化的是普通磷酸键断裂，断裂时不释放大量能量，C错误。思维延伸(1)如图表示发生在细胞内的tRNA与氨基酸的结合过程，则该过程不能发生在细胞质基质中，但必须由线粒体供能和酶的催化()(2)ATP与ADP在生物体内的转化如图，请判断下列说法：a如果发生在绿色植物体内，代表光合作用，代表呼吸作用()b如果在一个正常生长的绿色植物体内，过程总量一定大于过程总量()c如果发生在一个稳定生态系统中，则储存的能量就是生物细胞呼吸释放的部分能量()考向二借助坐标图考查酶的特性和影响因素辨析3如图所示为影响酶促反应的温度、pH值和底物浓度与反应速率关系的曲线图，下列相关叙述中，错误的是()A影响乙曲线的因素是温度，影响丙曲线的因素是pH值B甲曲线中，A点与B点限制酶促反应速率的因素不同C乙曲线中，D点与F点酶的空间结构都被破坏且不能恢复D丙曲线中，G点时对应因素升高，酶的活性不能到达H点答案C解析低温时酶的活性很低，但是酶并不失活，高温使酶的空间结构发生改变，酶失活，过酸和过碱都会使酶的空间结构发生改变，酶失活，从图中来看，影响乙曲线的因素是温度，影响丙曲线的因素是pH值，A正确；甲曲线表示底物浓度与反应速率的关系，A点与B点限制酶促反应速率的因素不同，A点的限制因素是底物浓度，B点曲线达到饱和，限制酶促反应速率的因素不再是底物浓度，B正确；根据试题分析，乙曲线是温度对酶活性的影响，D点是低温条件，酶的活性很低，但是酶的空间结构并没有被破坏，温度恢复，酶的活性即可恢复，F点是高温条件，高温使酶的空间结构发生改变，即使温度降低，酶的空间结构也不能恢复，C错误；根据试题分析，丙曲线是pH值对酶活性的影响，G点对应的因素是pH过低，酶的空间结构被破坏，pH值升高，酶的活性不能到达H点，D正确。思维延伸判断下列叙述的正误：(1)在A点适当提高温度或在B点适当增加酶的浓度，反应速率都将增大()(2)图中E点代表该酶的最适pH，H点代表该酶的最适温度()(3)短期保存该酶，适宜条件对应于图中的D、H两点()(4)研究淀粉酶或过氧化氢酶参与的酶促反应，均可得到上图曲线()(5)如图表示淀粉酶在不同实验条件下催化淀粉水解反应时，淀粉的剩余量和反应时间之间的关系，则：若实验条件为不同温度，则b曲线对应的温度和题3中曲线乙中E点所对应的温度相同()若实验条件为不同pH，则c曲线对应的pH条件下，酶已失活，而a曲线对应的pH和题3中曲线丙中H点所对应的pH不一定相同()若实验条件为不同的酶浓度，则a曲线对应的酶浓度最大()若a、b、c分别表示加入K、蒸馏水、Mg2，则c曲线表明Mg2对淀粉酶的活性有抑制作用()考向三引入新情景信息综合考查酶4ACP是调节磷代谢的重要酶类，其最适pH为4.8。鱼被宰杀后，鱼体内的ATP会生成具有鲜味的肌苷酸，ACP会催化肌苷酸分解导致鱼肉鲜味下降。为了研究鱼类的保鲜方法，从草鱼、鱼和鳝鱼中分离得到ACP，并对该酶活性进行了系列研究，相关实验结果如表和图所示。下列相关叙述正确的是()金属离子对ACP活性的影响适宜浓度的金属离子溶液ACP相对活性(%)草鱼鱼鳝鱼Na100.83101.4796.03Zn2112.38116.06158.13Ca265.2196.1888.18注：其余条件均适宜。A进行实验研究时，各反应体系中均需加入等量的pH为4.8的缓冲液B由表可知，在鱼肉中添加微量的Zn2可抑制鱼肉鲜味的下降C随着温度升高，不同鱼类的ACP相对活性逐渐升高D将宰杀后的鱼放到37 左右的环境中一段时间能保持其鲜味答案A解析解答本题的关键是信息的获取：一是从题干中获取鱼肉保鲜的方法，即有效抑制ACP的活性；二是从表格中分析出从草鱼、鱼和鳝鱼中分离得到的ACP在不同种类的金属离子溶液中的活性不同，三种鱼的ACP活性在Ca2溶液中都最低，在Zn2溶液中都最高；三是从曲线图中得出在最适温度之前，不同鱼类的ACP活性都会随着温度的上升而增强，但是超过最适温度后，ACP活性都会随着温度的上升而减弱。由题干信息可知，ACP的最适pH为4.8，为遵循单一变量原则，各反应体系中均需加入等量的pH为4.8的缓冲液，A正确；由表可知，从草鱼中分离得到的ACP在适宜浓度的Zn2溶液中活性较高，若在鱼肉中添加微量的Zn2，其鲜味保持的时间会变短，B错误；由图可知，随着温度升高，不同鱼类的ACP相对活性先升高后降低，C错误；由图可知，鱼放到37 左右环境中ACP活性最大，鲜味最难保持，D错误。思维延伸(1)由上题中的表中信息可推知：将宰杀后的草鱼放到适宜浓度的Ca2溶液中鲜味下降的速度会减慢()(2)由上题中的表可知，对ACP活性有激活作用的元素是Zn2()(3)由上题中曲线图信息可知3种鱼的ACP的最适反应温度最低的是鱼()(4)科学家发现酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶，科学家将溶酶体分别置于蒸馏水和等渗蔗糖溶液中，并检测溶液中酸性磷酸酶的含量，得到了如图结果，则：曲线A表示该细胞器置于_中的酸性磷酸酶含量变化的曲线。A曲线酸性磷酸酶含量在01.5 h增加的原因是_。科学家研究重金属离子对鲫鱼生长繁殖的影响，发现鲫鱼组织中提取的酸性磷酸酶活性较低，原因是_。答案蒸馏水在蒸馏水中，溶酶体逐渐破裂，酸性磷酸酶逐渐增加重金属使酶的空间结构破坏而失去活性考向四与酶相关的实验设计与分析5下图中实验装置用于研究温度对凝乳酶催化乳汁凝固的影响。第一步：将等量酶和乳汁分别加入2个试管，然后将两个试管放入同一水浴环境中持续15 min。第二步：将酶和乳汁倒入同一试管中混合，保温并记录凝乳所需要的时间。通过多次实验，记录在不同温度下凝乳所需要的时间，结果如下表：装置ABCDEF水浴温度()102030405060凝乳时间(min)很长7.04.01.54.0不凝固(1)解释以下两种处理对实验结果的影响。将装置A中的混合物加温至40 ，乳汁凝固时间如何变化？_，原因是_。将装置F中的混合物冷却至40 ，乳汁凝固时间如何变化？_，原因是_。(2)若将酶和乳汁先混合再进行F组实验，实验结果会不准确，原因是什么？_。(3)根据表格简要写出探究该酶催化作用的最适温度的实验思路。_。答案(1)明显缩短40 时凝乳酶活性高，乳汁凝固时间最短乳汁没有凝固因为60 时凝乳酶已失活，将温度降至40 时不会恢复活性(2)因为酶具有高效性，酶与乳汁一旦混合就可能发生凝乳反应(3)在30 50 范围内设置更小的温度梯度，其他条件不变，重新进行实验，凝乳时间最短对应的温度接近最适温度解析低温不破坏酶的空间结构，升高温度，酶的活性可以发挥出来，高温破坏酶的空间结构使酶永久失活。(2)酶具有高效性，若将酶和乳汁先混合再进行F组实验，会因为发生凝固反应而使实验结果不准确。(3)设置温度梯度进一步实验。思维延伸请判断下列叙述的正误：(1)由题中信息可知凝乳时间越长，凝乳酶的活性越高()(2)如果将A组的水温逐渐提高至40 ，则乳汁凝固时间一定是逐渐变短()(3)将牛奶和姜汁混合，能使牛奶凝固。某同学用煮沸过的姜汁重复这项实验，牛奶在任何温度下均不能凝固。将不同温度的等量牛奶中混入一些新鲜姜汁，观察结果如下表，请判断如下叙述：温度/20406080100结果15 min后仍未凝固14 min内全部凝固1 min内全部凝固1 min内全部凝固15 min后仍未凝固新鲜姜汁中可能含有能使可溶状态的牛奶凝固的酶()进一步测定最适温度，可设置60 、65 、75 、80 四个温度梯度()将等量姜汁在不同温度下保温后再与对应温度的牛奶混合，能够提高实验的准确度()该实验说明酶需要适宜的温度，100 时未凝固，是因为酶的活性已经丧失()20 和100 时未凝固，是因为酶被分解成了氨基酸()6某课外活动小组用淀粉酶探究pH对酶活性的影响，得到如图所示的实验结果，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。(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_。(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_。答案(1)酶对化学反应的催化效率pH1 h后淀粉剩余量(2)重复淀粉酶盐酸小于因为pH为3的条件下，有盐酸催化淀粉分解干扰实验结果(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1 h后淀粉剩余量。(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，原因是pH为3的条件下，有盐酸催化淀粉分解干扰实验结果。(3)比较pH为1和pH为7的实验结果可知，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。思维延伸(1)该实验可用来探究pH值对该淀粉酶活性的影响()(2)将试管内反应的混合物pH从13降低到7，淀粉的量不变()(3)若继续升高温度，最终检测的淀粉剩余量一定会减少()(4)应先将各组试管中相应的淀粉溶液和淀粉酶溶液的pH分别调到设定数值再混合()(5)该实验可用碘液来准确测定淀粉分解的量()