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    2020新课标高考生物二轮教师用书:第1部分专题2 细胞代谢中的酶和ATP
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    2020新课标高考生物二轮教师用书:第1部分专题2 细胞代谢中的酶和ATP

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    专题二   细胞代谢中的酶和ATP

    构建知识体系·串联主干知识

    核心要点清误····························································

    1滴加肝脏研磨液促使过氧化氢的分解及滴加FeCl3溶液提高过氧化氢的分解速率均涉及降低化学反应活化能原理。()

    2同无机催化剂相比酶所提供的活化能更多因而催化效率更高。(×)

    提示酶具有催化作用的原理是降低化学反应的活化能不是提供活化能。

    3过酸、过碱或温度过高都会使酶的空间结构遭到破坏使酶永久失活。()

    4酶活性受温度、pH、底物浓度及酶量的影响。(×)

    提示底物浓度、酶量不影响酶的活性。

    5同一个体各种体细胞中酶的种类相同、数量不同代谢不同。(×)

    提示同一个体各种体细胞中酶的种类不一定相同。

    6用淀粉和淀粉酶探究温度对酶活性的影响时既可用碘液也可用斐林试剂作为检测试剂。(×)

    提示探究温度对酶活性的影响时选用斐林试剂作为检测试剂需要水浴加热会改变实验温度。

    7探究胃蛋白酶的最适pH将其加入蛋清中再加入缓冲液。(×)

    提示应先加缓冲液再加蛋清。

    8探究温度对酶活性的影响时将酶与底物溶液在室温下混合后于不同温度下保温。(×)

    提示应将酶与底物分别在设定的温度下保温然后混合。

    ATP

    1一个ATP中含有两个高能磷酸键且都容易形成和水解。(×)

    提示ATP中远离腺苷的那个高能磷酸键更容易形成和水解。

    2酶催化的化学反应都需要ATP(×)

    提示酶催化的化学反应不一定需要ATP如放能反应。

    3ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。()

    4人在饥饿时细胞中ATPADP的含量难以达到动态平衡。(×)

    提示人在饥饿时细胞中ATPADP的含量能够达到动态平衡。

    5细胞质中消耗的ATP均来源于线粒体和叶绿体。(×)

    提示细胞质中消耗的ATP可来源于线粒体也可来源于细胞质基质叶绿体中产生的ATP只用于暗反应。

    6有氧条件下植物根尖细胞的线粒体、叶绿体和细胞质基质都能产生ATP(×)

    提示植物根尖细胞没有叶绿体。

    7生物体进行生命活动只能由ATP直接供能。(×)

    提示直接能源物质除ATP还有GTPCTPUTP等。

    考点1 酶在细胞代谢中的作用

    (对应学生用书第11)

    核心整合——知识内化 融会贯通··································

    1酶的本质与概念

    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

    细胞核(真核生物)

    来源

    一般来说活细胞都能产生酶

    作用场所

    细胞内外或生物体内外均可

    生理功能

    催化作用

    作用原理

    降低化学反应的活化能

    与无机催化剂相同的性质

    提高反应速率但不改变化学反应的方向和平衡点

    反应前后酶的性质和数量不变

    2.酶的作用机理、特性及影响因素

    (1)酶的作用原理

    由图可知酶的作用原理是降低化学反应的活化能。

    若将酶变为无机催化剂b在纵轴上向移动。用加热的方法不能降低活化能但会提供活化能。

    (2)酶的特性的曲线

    1       图2

    1中加酶的曲线和加无机催化剂的曲线比较表明:酶具有高效性

    2中两曲线比较表明:酶具有专一性

    (3)各因素对酶促反应速率的影响曲线

    1    图2    图3

    分析图1和图2:温度或pH通过影响酶的活性来影响酶促反应速率。

    1和图2中使酶的空间结构遭到破坏的因素是高温过酸过碱

    分析图3OP段的限制因素是底物浓度P点以后的限制因素则是酶浓度

    3酶的实验设计

    (1)反应物和酶的选择

    研究温度对酶活性影响的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易分解。

    研究pH对酶活性影响的实验时由于酸对淀粉有分解作用并且碘可与碱反应所以一般不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

    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一般不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和水解后形成的葡萄糖均能与斐林试剂反应再如蛋白质和水解后形成的多肽均能与双缩脲试剂反应此类试剂不能选用。

    若物质反应前后均不能与试剂反应例如蔗糖和水解后的单糖均不能与碘液反应此类试剂也不能选用。

    素养提升——规范表述 严谨准确··································

    1普通淀粉酶的最适温度在4060 之间而极端耐热淀粉酶在100 仍能保持较高的活性因此在生产上具有更为广泛的应用前景。设计实验测定极端耐热淀粉酶起催化作用的最适温度。

    (1)此实验中除自变量和因变量外需要考虑哪些因素?(指出两点即可)

    (2)简要写出测定该酶催化作用最适温度的实验思路。

    提示(1)底物淀粉溶液的浓度和用量、pH及添加试剂的量、实验操作顺序等。

    (2)40 100 之间每隔一定温度设置一个实验组其他实验条件适宜且保持一致。以反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度。

    2.X是一种蛋白质研究者采用定量分析方法测定不同pH对酶X的酶促反应速率(v)的影响得到如图所示曲线。当pH偏离6.8酶促反应速率都会下降下降的原因可能有三种:pH变化破坏了酶B的空间结构导致酶不可逆失活;pH变化影响了底物与酶B的结合状态这种影响是可逆的;前两种原因同时存在。现要探究当pH5时酶促反应速率下降的原因请在上述实验基础上简要写出实验思路(含预期结果及结论)

    提示先将酶XpH5的条件下处理一段时间升高pH6.8测定其酶促反应速率;若测定速率=b则为原因;若测定速率a,则为原因;若b<测定速率<a则为原因

    真题再做——思悟方法 体验感悟·································

    1(2017·全国卷)下列关于生物体中酶的叙述正确的是(  )

    A在细胞中核外没有参与DNA合成的酶

    B由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性

    C从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法

    D唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37

    C [在细胞核外叶绿体和线粒体中也含有参与DNA合成的酶A项错误;由活细胞产生的酶在生物体外适宜的条件下也有催化活性如唾液淀粉酶在适宜条件下可催化试管中的淀粉水解B项错误;盐析可使蛋白质沉淀但不会破坏蛋白质的空间结构析出的蛋白质仍可以溶解在水中其化学性质不会发生改C项正确;唾液淀粉酶催化反应的最适温度是37 但保存时应在低温条件下D项错误。]

    2(2016·全国卷)若除酶外所有试剂已预保温则在测定酶活力的实验中下列操作顺序合理的是(  )

    A加入酶加入底物加入缓冲液保温并计时一段时间后检测产物的量

    B加入底物加入酶计时加入缓冲液保温一段时间后检测产物的量

    C加入缓冲液加入底物加入酶保温并计时一段时间后检测产物的量

    D加入底物计时加入酶加入缓冲液保温一段时间后检测产物的量

    C [在测定酶活力的实验中需要保证pH和温度均相同且适宜故缓冲液应在加入底物和酶之前加入只有C项符合要求。]

    3(2016·全国卷)为了研究温度对某种酶活性的影响设置三个实验组A(20 )B(40 )C(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t2C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t3C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)

    解析:(1)60 条件下反应的最终产物浓度比20 40 条件下小很多并保持不变说明酶在60 条件最终失活。20 40 条件下相比40 时酶促反应达到反应平衡的时间短说明40 条件下酶活性较高。(2)在时间t1之前如果A组温度提高10 变成30 由该酶活性随温度的变化规律可知30 条件下的该酶活性大于20 条件下的那么A组酶催化反应的速度会加快。(3)t2C组的产物浓度已不再增加但由A组和Bt2时的产物浓度可知t2C组底物并未全部被分解C组产物浓度不再增加是由于C组温度条件下t2时酶已经变性失活。因此如果在时间t2C组增加2倍量的底物在其他条件不变的情况下t3时产物的总量也不会再增加。(4)生物体内绝大多数酶的化学本质是蛋白质极少数酶是RNA。酶具有高效性、专一性等特性并且需要适宜的温度和pH等。

    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(其他合理答案也可)

    考向专练——题点研练 触类旁通·································

     考查对酶的作用、本质和特性的理解

    1(2019·合肥期末)酶是细胞内生命活动不可缺少的物质下列关于酶的叙述正确的是(  )

    A胃蛋白酶适宜在碱性环境下发挥作用

    B酶都能与双缩脲试剂反应呈紫色

    C离开细胞后只要条件适宜酶仍具有生物活性

    D经强酸处理过的唾液淀粉酶在最适pH下会恢复活性

    C [胃蛋白酶适宜在酸性环境下发挥作用A错误;酶的化学本质为蛋白质或RNA化学本质为蛋白质的酶能与双缩脲试剂反应呈紫色B错误;只要条件适宜酶可在细胞内或细胞外起作用如消化酶离开细胞后仍具有生物活性C正确;唾液淀粉酶的最适pH偏中性经强酸处理过的唾液淀粉酶其结构已被破坏再到最适pH下无法恢复活性D错误。]

    2(2019·云南曲靖一中模拟)下列有关生物体内酶和激素的叙述正确的是(  )

    A酶和激素都是在特定细胞的核糖体中合成的

    B某些激素的调节作用是通过影响酶的活性实现的

    C两者都是细胞的结构组成成分都不能提供能量

    D一种酶只催化一种物质的反应一种激素只作用于一种细胞

    B [部分酶和激素不是蛋白质不是在核糖体上合成的A项错误;激素能够使靶细胞原有的生理活动发生变化某些激素可通过影响酶的活性调节细胞的生理活动B项正确;酶和激素都不是细胞的结构组成成分C项错误;一种酶只催化一种或一类物质的反应一种激素可作用于多种细胞D项错误。]

    辨析酶、激素、神经递质、抗体

    (1)四者均具特异性(专一性)

    (2)激素、神经递质、抗体都是由细胞分泌到内环境中发挥作用发挥作用后立即被灭活。而酶既可在细胞内也可在细胞外发挥作用且可以多次发挥作用。

    (3)活细胞都能产生酶(哺乳动物的成熟红细胞除外)但只有少数特异性细胞能合成并分泌激素、神经递质、抗体。

     考查酶的作用和特性的坐标曲线分析

    1.(2019·长郡中学测试)某生物兴趣小组为了研究pH对某种酶活性的影响设置abc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(  )

    Aa组的pH可能高于b组的pH

    BapH条件下该酶降低化学反应的活化能可能最多

    CcpH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

    C [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pHA正确;与bc组相比a组酶的活性最高说明apH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ab说明在cpH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。]

    2(2019·五省创优联考)某实验小组在TaTb两个温度条件下测定了淀粉酶在不同的pH条件下催化淀粉完全水解所需的时间结果如图所示(TaTbTaTb均低于淀粉酶的最适温度)。下列叙述错误的是(  )

    A曲线表示在Ta温度下测定的结果

    B在这两个温度条件下淀粉酶的最适pH相同

    CpH1pH13淀粉酶的空间结构是相同的

    D其他条件需要保持一致以排除无关变量的干扰

    C [曲线表示在Ta温度下测定的结果A正确; 在这两个温度条件下淀粉酶的最适pH都是7B正确; pH1pH13淀粉酶的空间结构已经被破坏导致变性失活C错误; 实验过程中其他条件都要保持一致以排除无关变量的干扰D正确。]

     四看法分析酶促反应曲线

     考查酶的相关实验设计和分析

    1(2019·名校考前仿真)为研究Cu2Cl对唾液淀粉酶活性的影响某小组设计了如下操作顺序的实验方案:

    甲组:CuSO4溶液缓冲液淀粉酶溶液淀粉溶液保温检测

    乙组:NaCl溶液缓冲液淀粉酶溶液淀粉溶液保温检测

    丙组:蒸馏水缓冲液淀粉酶溶液淀粉溶液保温检测

    各组试剂量均适宜下列对该实验方案的评价不合理的是(  )

    A缓冲液的pH应控制为最适pH

    B保温的温度应控制在37 左右

    C宜选用碘液来检测淀粉的剩余量

    D设置的对照实验能达到实验目的

    D [缓冲液的作用是调节pH维持pH稳定本实验pH以及温度都是无关变量为了避免温度和pH对实验的干扰因此温度和pH都应该设置到最适AB评价合理;本实验的因变量可以是淀粉的剩余量根据淀粉遇碘变蓝可以检测实验中淀粉是否有剩余与对照组相比较说明Cu2Cl对唾液淀粉酶活性的影响C评价合理;甲乙两组实验中除了有Cu2Cl还有硫酸根离子和钠离子需要排除二者对实验的干扰因此对照组还需要再设置一组排除硫酸根离子和钠离子干扰的对照实验因此设置的对照实验只有一组不能达到实验目的D评价不合理。]

    2(2019·湖北八校联考)某校生物兴趣小组为探究影响酶活性的因素而设计了以下实验方案。请分析后回答下列问题:

    试管

    底物和试剂

    实验条件

    1 cm3的蛋白块+4 mL胃蛋白酶溶液

    37 水浴

    1 cm3的蛋白块+4 mL胃蛋白酶溶液

    70 水浴

    1 cm3的蛋白块+4 mL胃蛋白酶溶液

    0 水浴

    (1)该实验中pH属于________变量所以三支试管的pH________

    (2)探究胃蛋白酶活性的观测指标是_______________________

    ____________________________________________________

    (3)如将实验的材料换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液你认为是否科学__________()理由是_____________________

    (4)若某同学直接选用双缩脲试剂来检测实验结果你认为是否合理?________()理由是__________________

    ____________________________________________________

    ____________________________________________________

    解析(1)本实验是探究温度对胃蛋白酶的影响温度是自变量pH是无关变量无关变量应保持适宜且相同。(2)本实验观测的指标是相同时间内蛋白块的变化或蛋白块完全消失所用的时间。(3)H2O2在加热的情况下分解加快因此不宜用过氧化氢酶来探究温度对酶活性的影响。(4)胃蛋白酶和蛋白块都是蛋白质不宜用双缩脲试剂检测实验结果。

    答案(1)无关 适宜且相同(或维持在pH1.5左右) (2)相同的时间内蛋白块体积的变化(或蛋白块完全消失所用的时间) (3)否 H2O2在加热的条件下会分解 (4)否 胃蛋白酶本身是蛋白质也会与双缩脲试剂反应出现紫色现象

    考点2 细胞能量代谢中的ATP

    (对应学生用书第14)

    核心整合——知识内化 融会贯通··································

    1ATP的结构与能量转换

    2细胞内ATP的产生与消耗

    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ATPDNA复制、转录等

    素养提升——规范表述 严谨准确··································

    1在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子短时间后分离出细胞中的ATP发现其含量变化不大但部分ATP的末端P已带上放射性标记分析该现象得到哪些结论?

    提示(1)ATP中远离A的磷酸基团容易脱离;(2)该过程中ATP既有合成又有水解;(3)部分32P标记的ATP是重新合成的。

    2实验室里有萤火虫尾部研磨粉、生理盐水、葡萄糖溶液、ATP溶液请设计实验证明ATP是直接能源物质。写出实验步骤和实验结果。

    提示实验步骤(1)将萤火虫尾部研磨粉用生理盐水配制成悬浊液;(2)取两支试管编号为甲、乙分别加入等量的已配制的悬浊液;(3)向甲试管中加入两滴ATP溶液向乙试管中加入两滴葡萄糖溶液在黑暗环境中观察两试管。实验结果:观察到甲试管发出荧光乙试管没有发出荧光。

    真题再做——思悟方法 体验感悟·································

    1(2016·全国卷)下列与神经细胞有关的叙述错误的是(  )

    AATP能在神经元线粒体的内膜上产生

    B神经递质在突触间隙中的移动消耗ATP

    C突触后膜上受体蛋白的合成需要消耗ATP

    D神经细胞兴奋后恢复为静息状态消耗ATP

    B [神经元线粒体的内膜上进行有氧呼吸的第三阶段有氧呼吸的第三阶段是[H]和氧结合形成水同时生成大量的ATPA项正确;神经递质在突触间隙中的移动属于自由扩散不消耗ATPB项错误;蛋白质的合成需要消耗ATPC项正确;神经细胞兴奋后恢复为静息状态时Na排出细胞是主动运输的过程需要消耗ATPD项正确。]

    2(2016·全国卷节选)在有关DNA分子的研究中常用32P来标记DNA分子。用αβγ表示ATPdATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A—PαPβPγdA—PαPβPγ)。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________(α”“βγ)位上。

    (2)若用带有32PdATP作为DNA生物合成的原料32P标记到新合成的DNA分子上则带有32P的磷酸基团应在dATP________(α”“βγ)位上。

    解析(1)根据题干信息可知该酶能将ATP水解成ADP和磷酸基团(Pγ)因此需用32P标记到ATPγ位上。(2)DNA生物合成的原料为脱氧核苷酸。将dATP两个高能磷酸键都水解后的产物为dA—Pα(腺嘌呤脱氧核苷酸)为合成DNA的原料。因此需用32P标记到dATPα位上。

    答案(1)γ (2)α

    考向专练题点研练 触类旁通·································

     考查ATP的结构、产生和利用

    1(2019·皖南六校联考)下列有关ATP结构与功能的叙述正确的是(  )

    AATP的高能磷酸键全部断裂后生成磷酸和腺苷

    BATP的两个磷酸基团容易脱离并释放大量能量

    CATP中的能量可以来源于光源也可转化为光能

    D生物体内所有反应消耗的能量都是由ATP水解提供的

    C [ATP的高能磷酸键全部断裂后生成磷酸和腺嘌呤核糖核苷酸A项错误;ATP中远离腺苷的高能磷酸键容易水解B项错误;光合作用过程中ATP中的能量来源于光源萤火虫发光过程中ATP中的能量转化为光能C项正确;细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量D项错误。]

    2(2019·惠州二调)下列有关ATP的叙述错误的是(  )

    AATP由腺嘌呤、核糖和磷酸基团组成

    B光合作用产生ATP的过程不一定都在叶绿体中进行

    C酒精发酵的全过程都有ATP生成

    D洋葱根尖细胞中能产生ATP的细胞器是线粒体

    C [ATP的名称为三磷酸腺苷由腺嘌呤、核糖和磷酸基团组成A项正确;蓝藻没有叶绿体但可以通过光合作用产生ATPB项正确;酒精发酵的第二阶段没有ATP生成C项错误;洋葱根尖细胞可以进行有氧呼吸可以在线粒体上产生ATPD项正确。]

     ATP的拓展考查

    1(2019·昆明期末)在线粒体的内外膜间隙中存在着腺苷酸激酶它能将 ATP 分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上而形成 ADP。以下有关推测不合理的是(  )

    A腺苷酸激酶的数量影响葡萄糖分子进入线粒体

    B腺苷酸激酶极有可能是一种ATP水解酶

    C腺苷酸激酶与细胞内ATPADP的平衡维持有关

    D腺苷酸激酶发挥作用时伴随着高能磷酸键的断裂与形成

    A [葡萄糖分子不能进入线粒体A错误; 据分析可知腺苷酸激酶能促进ATP的水解极有可能是一种ATP水解酶B正确; 腺苷酸激酶能促进ATP水解的同时形成ADP故腺苷酸激酶与细胞内ATPADP的平衡维持有关C正确; 腺苷酸激酶能将ATP分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上而形成ADP故腺苷酸激酶发挥作用时伴随着高能磷酸键的断裂与形成D正确。]

    2(2019·河南九校联考)核苷三磷酸(NTP)包括ATPGTPUTPCTP等;脱氧核苷三磷酸(dNTPd表示脱氧)包括dATPdGTPdTTPdCTP。研究发现dNTP可作为DNA合成的原料。下列叙述正确的是(  )

    AdNTPNTP的区别体现在五碳糖的种类不同

    BdNTP含有2个高能磷酸键可为DNA复制提供能量

    CDNA复制时需dATPdTTP含量越多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

    B [dNTPNTP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需要脱去2个高能磷酸键可为DNA复制提供能量B正确;DNA复制时需dCTPdGTP含量越多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。]

     几种高能磷酸化合物的关系

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