2023届高考生物二轮复习酶与ATP学案含答案

专题二　细胞代谢

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长句突破

1．酶制剂适于在低温(0～4 ℃)下保存的原因是什么？

提示：在0 ℃左右时，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，因此酶制剂适于在低温(0～4 ℃)下保存。

2．举例说明细胞中的各类化学反应有序进行与酶在细胞中的分布有关。

提示：在植物叶肉细胞中，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内，与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内，使光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行，互不干扰。

3．ATP中含有3个磷酸基团，磷酸基团带有负电荷。请从电荷间的相互作用角度解释ATP分子中远离腺苷的那个特殊化学键容易水解的原因。

提示：由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥的原因，使得磷酸键这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，因而远离腺苷的那个特殊化学键容易水解。

4．为什么萤火虫尾部的发光细胞能发出荧光？其原理是什么？

提示：萤火虫尾部的发光细胞含有荧光素和荧光素酶。荧光素接受ATP提供的能量后被激活，在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并发出荧光。

5．1 mol葡萄糖有氧呼吸能释放2 870 kJ的能量，而1 mol葡萄糖分解生成乳酸，只释放196.65 kJ的能量，其中只有61.08 kJ的能量储存在ATP中。据此分析在进行无氧呼吸过程中，葡萄糖中能量的主要去向和葡萄糖氧化分解释放的能量的主要去向是什么？

提示：无氧呼吸过程中，葡萄糖中的能量主要转移到乳酸或酒精中，没有释放出来；而氧化分解释放的能量主要以热能形式散失了。

6．细胞呼吸是否只是为生命活动提供能量？举例说明。

提示：不是；细胞呼吸还是生物体代谢的枢纽，蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。如细胞呼吸过程中的丙酮酸等中间产物，可以转化为甘油、氨基酸等物质。

7．恒温动物保持体温的恒定是ATP水解供能还是有机物氧化分解未储存在ATP中的那部分能量的散失？若是后者，那为什么变温动物在有机物氧化放能过程中不能维持体温恒定？

提示：恒温动物保持体温的相对恒定所需的热能主要来自有机物氧化分解未储存在ATP中的那部分能量。变温动物不能维持体温相对恒定是因为它们没有神经—体液—免疫网络作用下的体温调节机制和相对完善的身体构造。

8．光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种。缩短时间到7 s，发现放射性代谢产物减少到12种，想要探究CO2转化成的第一个产物是什么，写出可能的实验思路。

提示：不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物。

9．解释“正其行，通其风”与作物生长的关系。

提示：“正其行”要求增大植物的光合作用面积，“通其风”要求空气流通，增加CO2的利用率，以此提高植物的光合作用强度，从而促进作物生长。

10．大棚种植使用有机肥有利于增产，请从影响光合作用的因素分析原因。

提示：有机肥在土壤中被微生物分解时会释放CO2，增加了大棚中的CO2浓度，进而促进了光合作用，为作物自身提供了必需的物质和能量，因此有利于增产。

第一讲　

核心考点一　酶

1．酶的本质、作用及特性

2．酶的作用机理分析

3．辨析酶的特性及影响因素的三类曲线

(1)酶的特性曲线

(2)影响酶促反应速率的因素曲线

考题解密

1．(2022·浙江6月)下列关于研究淀粉酶的催化作用及特性实验的叙述，正确的是( B )

A．低温主要通过改变淀粉酶的氨基酸组成，导致酶变性失活

B．稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力，是因为酶的作用具高效性

C．淀粉酶在一定pH范围内起作用，酶活性随pH升高而不断升高

D．若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶，会加快淀粉的水解速率

【解析】　低温可以抑制酶的活性，不会改变淀粉酶的氨基酸组成，也不会导致酶变性失活，A错误； 酶具有高效性，故稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力，B正确； 酶活性的发挥需要适宜条件，在一定pH范围内，随着pH升高，酶活性升高，超过最适pH后，随pH增加，酶活性降低，C错误； 淀粉酶的本质是蛋白质，若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶，会将淀粉酶水解，则淀粉的水解速率会变慢，D错误。

2．(2022·全国乙卷)某种酶P由RNA和蛋白质组成，可催化底物转化为相应的产物。为探究该酶不同组分催化反应所需的条件。某同学进行了下列5组实验(表中“＋”表示有，“－”表示无)。

根据实验结果可以得出的结论是( C )

A．酶P必须在高浓度Mg2＋条件下才具有催化活性

B．蛋白质组分的催化活性随Mg2＋浓度升高而升高

C．在高浓度Mg2＋条件下RNA组分具有催化活性

D．在高浓度Mg2＋条件下蛋白质组分具有催化活性

【解析】　第①组中，酶P在低浓度Mg2＋条件下，有产物生成，说明酶P在该条件下具有催化活性，A错误；第③组和第⑤组对照，无关变量是底物和蛋白质组分，自变量是Mg2＋浓度，无论是高浓度Mg2＋条件下还是低浓度Mg2＋条件下，两组均没有产物生成，说明蛋白质组分无催化活性，BD错误；第②组和第④组对照，无关变量是底物和RNA组分，自变量是Mg2＋浓度，第④组在高浓度Mg2＋条件下有产物生成，第②组在低浓度Mg2＋条件下，没有产物生成，说明在高浓度Mg2＋条件下RNA组分具有催化活性，C正确。

变式突破

变式一　考查酶的本质和作用

1．(2022·河南洛阳模拟)在生物体内，酶是具有催化作用的有机物。下列关于酶的叙述，错误的是( D )

A．过氧化氢酶、脲酶和麦芽糖酶的化学本质都是蛋白质

B．DNA聚合酶和DNA连接酶都能催化磷酸二酯键的形成

C．胰蛋白酶的合成及分泌与核糖体、内质网和高尔基体有关

D．淀粉酶和盐酸通过降低反应物的活化能催化淀粉水解

【解析】　绝大多数酶是蛋白质，过氧化氢酶、脲酶和麦芽糖酶的化学本质都是蛋白质，A正确；DNA聚合酶和DNA连接酶都能催化磷酸二酯键的形成，B正确；胰蛋白酶属于分泌蛋白，由核糖体合成后，需要经过内质网、高尔基体的加工，然后分泌到细胞外，C正确，酶的作用是降低化学反应的活化能，盐酸不能降低化学反应的活化能，D错误。

1．(不定项)(2022·泉州模拟)“诱导契合－锁钥”模型是解释酶与底物作用的重要学说(如图所示)，该学说认为不同底物结构不同，酶与底物结合过程中，酶受底物分子的诱导而发生利于底物结合的结构变化，形成互补契合的结构并发生反应。为验证该学说，某科学实验室以蚯蚓蛋白酶Ⅱ(EfP－Ⅱ)和枯草杆菌蛋白酶(Sub)为材料，研究底物反应后酶与其他底物的相互作用。结果显示，经过凝血酶底物TH(CTH)反应后，蚯蚓蛋白酶Ⅱ和枯草杆菌蛋白酶与尿激酶底物(CU)的反应活性几乎为0，当利用蚯蚓蛋白酶Ⅱ和枯草杆菌蛋白酶先与CU反应后，却仍能与CTH反应，但后续不能与CU发生反应。结合所学知识和上述实验结果，推断下列说法不正确的是( BD )

A．酶的作用条件温和的原因是过酸、过碱或温度过高会使酶的空间结构遭到破坏

B．酶促反应过程中酶的空间结构发生改变将导致酶不能重复利用

C．EfP－Ⅱ和Sub与CTH反应后，与CU的反应活性几乎为0，说明酶的催化作用具有专一性

D．实验结果能验证酶与底物作用符合“诱导契合－锁钥”模型

【解析】　酶的作用条件温和的原因是过酸、过碱或温度过高会使酶的空间结构遭到破坏，从而使酶失活，A正确；酶促反应过程中酶的空间结构发生改变，但是反应结束后，酶会恢复为原来的结构，故酶能重复利用，B错误；EfP－Ⅱ和Sub与CTH反应后，与CU的反应活性几乎为0，说明酶的催化作用具有专一性，C正确；由实验可知，蚯蚓蛋白酶Ⅱ可催化底物CTH，不能催化底物CU，说明蚯蚓蛋白酶Ⅱ的空间结构不可以在不同底物的诱导下发生相应改变，实验结果不能验证酶与底物作用符合“诱导契合－锁钥”模型，D错误。

变式二　利用图像考查影响酶促反应的因素

2．(2022·江西临川一中模拟)在适宜的条件下，某实验小组在一定量的淀粉溶液中加入少量淀粉酶，酶促反应速率随反应时间的变化如图所示。下列相关叙述错误的是( D )

A．AB时间段内，限制酶促反应速率的主要因素是酶浓度

B．BC时间段内，酶促反应速率下降的原因是底物浓度逐渐降低

C．若在D点时加入适量的淀粉酶，则曲线的走势不会发生改变

D．若增加淀粉酶的用量并进行重复实验，则B点会向右上方移动

【解析】　AB时间段内，限制酶促反应速率的主要因素是酶浓度，A正确；BC时间段内，酶促反应速率下降的原因是底物浓度逐渐降低，B正确；D点限制反应速率的因素是底物浓度，若在D点时加入适量的淀粉酶，则曲线的走势不会发生改变，C正确；若增加淀粉酶的用量并进行重复实验，反应速率在起始阶段会增大，反应速率加快，B点会向左上方移动，D错误。

变式三　考查酶的相关实验设计与分析

3．(2022·太原联考)下表所示某同学进行酶相关特性探究实验的记录，下列分析不合理的是( D )

A．实验一的目的是探究酶有催化作用

B．实验二中检测试剂可用斐林试剂

C．实验三中底物选择不合理

D．实验四实验设计方案合理

【解析】　通过有无酶可以探究酶的催化作用，A正确；在验证酶的专一性实验中用淀粉酶分别处理淀粉和蔗糖时，可用斐林试剂检测结果，B正确；过氧化氢受热易分解，会干扰实验结果，C正确；实验四中不合理的原因为斐林试剂的碱性会干扰实验的pH，且酸性条件会促进淀粉分解，D错误。

3．(不定项)(2022·长郡中学模拟)下表所示是关于酶专一性的实验设计。下列叙述正确的是( AB )

A．该实验的自变量是底物的种类，步骤3可选用新鲜的淀粉酶，也可选用蔗糖酶

B．该实验的无关变量有底物的量、酶的用量、温度、pH等

C．该实验的因变量也可用底物剩余量表示，可用碘液作为检测试剂

D．若“某酶溶液”是新鲜的淀粉酶，则①为无砖红色沉淀

【解析】　由分析可知，该实验的自变量是底物的种类，步骤3可以选择新鲜的淀粉酶或蔗糖酶，A正确；实验过程中存在一些可变因素，能对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量，因此底物的量、酶的用量、温度、pH等都是该实验的无关变量，B正确；蔗糖及蔗糖的水解产物都不与碘液发生颜色反应，故不能用碘液作为检测试剂，C错误；若“某酶溶液”是新鲜的淀粉酶，试管I中的淀粉被水解生成还原性糖，所以现象①是产生砖红色沉淀，D错误。

核心考点二　ATP

1．ATP与核苷酸的关系

2．比较以下四种结构中“A”的含义：

3．ATP和ADP的相互转化

特别提醒：

①ATP在生物体内含量少，但转化十分迅速，从而使细胞中的ATP与ADP的转化总是处于一种动态平衡中。

②ATP与ADP的相互转化过程中，物质可重复利用，但能量不可循环利用，它们不是可逆反应。

③ATP转化为ADP又称“ATP的水解反应”，这一过程需要酶的催化，同时也消耗水。

④ATP不等同于能量：ATP是一种高能磷酸化合物，是一种与能量有关的物质，不能将二者等同起来。

⑤生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP含量很少。由于ADP、Pi等可重复利用，只要提供能量(光能或化学能)，生物体就可不断合成ATP，满足生物体的需要。

⑥吸能反应一般与ATP的水解反应相联系，由ATP水解提供能量；放能反应一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。

考题解密

3．(2021·海南，14)研究人员将32P标记的磷酸注入活的离体肝细胞，1～2 min后迅速分离得到细胞内的ATP。结果发现ATP的末端磷酸基团被32P标记，并测得ATP与注入的32P标记磷酸的放射性强度几乎一致。下列有关叙述正确的是( B )

A．该实验表明，细胞内全部ADP都转化成ATP

B．32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性

C．32P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率相等

D．ATP与ADP相互转化速度快，且转化主要发生在细胞核内

【解析】　根据题意可知：该实验不能说明细胞内全部ADP都转化成ATP，A错误；根据题意“结果发现ATP的末端磷酸基团被32P标记，并测得ATP与注入的32P标记磷酸的放射性强度几乎一致。”说明：32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性，B正确；根据题意可知：放射性几乎只出现在ATP的末端磷酸基团，C错误；该实验不能说明两者的转化主要发生在细胞核内，D错误。

变式突破

变式一　把握ATP的结构和功能

4．(2022·南宁模拟)dUTP(d表示脱氧)是脱氧尿苷三磷酸的英文名称缩写，其结构式可简写成dU-Pα～Pβ～Pγ。dUTPase(脱氧尿苷三磷酸酶)通过水解dUTP，可降低尿嘧啶在DNA中的错误掺入，调节dUTP/dTTP的正常比例，保证了DNA复制的准确性和顺利进行。下列有关分析正确的是( B )

A．dUTP分子与ATP分子的组成元素不同

B．dUTP与ATP分子结构的主要区别是含氮碱基和五碳糖不同

C．在细胞增殖过程中，dTTP可为转录提供能量和原料

D．据题中信息推测，口腔上皮细胞中dUTPase含量较高

【解析】　dUTP分子与ATP的组成元素相同，都是C、H、O、N、P，A错误；dUTP与ATP分子结构的主要区别是含氮碱基(分别为尿嘧啶和腺嘌呤)和五碳糖(分别为脱氧核糖和核糖)不同，B正确；在细胞增殖过程中，dTTP可为DNA复制提供能量和原料，C错误；据题中信息推测，dUTPase主要存在于DNA复制较旺盛的细胞中，口腔上皮细胞高度分化不能进行DNA复制，其dUTPase含量不高，D错误。

变式二　辨析ATP的结构及核酸的关系

5．(2022·辽宁二模)如图为某种核苷酸的分子结构式，已知左上角基团为腺嘌呤。下列相关叙述正确的是( D )

A．该分子添加两个磷酸基团可形成ATP为生命活动直接供能

B．该分子可以作为基因转录过程中所需的原料

C．该分子所蕴含的能量储存在特殊的化学键当中

D．该分子还可以继续水解，水解后可得到三种产物

【解析】　根据题图可知该图表示腺嘌呤脱氧核苷酸(含有脱氧核糖)，其添加两个磷酸基团不能成为ATP(其五碳糖为核糖)，也不能作为基因转录过程中合成RNA的原料(核糖核苷酸)，AB错误；根据题图可知该图表示腺嘌呤脱氧核苷酸，该分子没有特殊的化学键，C错误；根据图可知该图表示腺嘌呤脱氧核苷酸，该分子水解后得到脱氧核糖、磷酸与腺嘌呤三种产物，D正确。

变式三　辨析ATP与能量代谢和信息传递

6．(2022·石嘴山市第三中学模拟)ATP被神经末梢释放后，可与血管、内脏平滑肌细胞及神经细胞上的P2X受体结合，激活Ca2＋通道，引起Ca2＋内流产生兴奋效应，ATP在感觉传递中发挥重要作用。下列叙述错误的是( C )

A．在感觉传递过程中，ATP是一种神经递质

B．推测ATP与P2X受体结合并发挥作用后可能被降解

C．神经末梢释放ATP的结构基础是细胞膜具有选择透过性

D．ATP既是供能物质又可传递信息，体现了生命是物质、能量、信息的统一体

【解析】　由题干“ATP被神经末梢释放后，可与血管及内脏平滑肌细胞膜上的P2X受体结合，从而激活Ca2＋通道，引起Ca2＋内流而产生兴奋效应”可知，在感觉传递过程中，ATP是一种神经递质，A正确；根据题干信息分析可知ATP是神经递质，神经递质作用完成以后就被灭活或被吸收，故推测ATP与P2X受体结合并发挥作用后可能被降解，B正确；神经末梢释放ATP，是通过突触前膜以胞吐的形式释放的，结构基础是细胞膜的流动性，C错误；ATP含有大量能量，既是供能物质，又可参与信息传递，体现了生命是物质、能量、信息的统一体，D正确。

6．(不定项)(2022·石家庄二模)双脱氧终止法对DNA进行测序的原理如图，在4个试管中分别加入4种脱氧核苷三磷酸(dNTP)和1种双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)；ddNTP可以与dNTP竞争核苷酸链延长位点，并终止DNA片段的延伸。在4个试管中DNA链将会分别在A、C、G及T位置终止，并形成不同长度的DNA片段。这些片段会随电泳分开并显示出来。下列说法不正确的是( BC )

A．由电泳结果可知单链未知序列中应含4个胞嘧啶

B．待测单链未知序列的四种碱基中G、C的数量相同

C．待测单链未知序列的5′端是鸟嘌呤脱氧核苷酸

D．dNTP、ddNTP水解两个高能磷酸键可能为测序供能

【解析】　根据碱基互补配对原则，由图可知，加入ddGTP的试管有四个片段，说明单链未知序列中应含4个胞嘧啶(与鸟嘌呤配对可看出)，A正确；待测单链未知序列的四种碱基中G2个、C4个，数量不相同，B错误；在第一个被终止延伸的碱基即是5′端，据图可知，待测单链未知序列的3′端是胞嘧啶脱氧核苷酸，C错误；dNTP、ddNTP水解两个高能磷酸键可能为测序供能，D正确。