2021高三统考人教生物一轮（经典版）学案：必修1第3单元第8讲　酶与ATP


第三单元 细胞的能量供应和利用
第8讲　酶与ATP
[考纲明细]　1.酶在代谢中的作用(Ⅱ)　2.ATP在能量代谢中的作用(Ⅱ)　3.实验：探究影响酶活性的因素
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判断正误并找到课本原文
1．细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。(必修1 P78—正文)(√)
2．实验过程中可以变化的因素称为变量，其中人为改变的变量称做自变量。(必修1 P79—控制变量)(√)
3．过氧化氢酶促使过氧化氢分解，它为过氧化氢分解提供能量。(必修1 P80—正文)(×)
4．萨姆纳从刀豆种子中提取了脲酶，证明了脲酶是蛋白质。(必修1 P81—资料分析)(√)
5．酶都是由活细胞产生的，本质为有机物，其中大多数是蛋白质，作用为催化。(必修1 P83—正文)(√)
6．无机催化剂催化的化学反应范围比较广，例如，酸既能催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解。(必修1 P83—学科交叉)(√)
7．目前已发现的酶有4000多种，它们分别催化不同的反应。(必修1 P83—相关信息)(√)
8．每种酶只能催化一种化学反应。(必修1 P83—正文)(×)
9．酶制剂适于在低温(0～4 ℃)下保存，原因是0 ℃左右，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜温度下酶的活性可以升高。(必修1 P85—小字)(√)
10．溶菌酶可以溶解植物细胞的细胞壁，具有抗菌消炎作用；加酶洗衣粉中的酶基本直接来自于生物体。(必修1 P87—科学、技术、社会)(×)
11．ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，ATP中A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖结合而成。(必修1 P88—正文及相关信息)(√)
12．ATP含量少，但ATP与ADP的相互转化时刻进行并处于动态平衡，这种ATP与ADP相互转化的能量供应机制是细胞的共性。(必修1 P89—正文)(√)
13．放能反应伴随着ATP的水解，吸能反应伴随着ATP合成。(必修1 P89—正文)(×)

(2015·海南高考)关于生物体产生的酶的叙述，错误的是(　　)
A．酶的化学本质是蛋白质或RNA
B．脲酶能够将尿素分解成氨和CO2
C．蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶类
D．纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁
答案　D
解析　细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖，纤维素酶不能降解细菌细胞壁，D错误。
知识自主梳理
一　酶在代谢中的作用
1．细胞代谢
(1)概念：细胞内各种有序化学反应的总称。
(2)场所：细胞质基质(主要)。
2．酶的催化作用的实验验证(催化作用、高效性)
(1)原理：2H2O22H2O＋O2。
第三单元　细胞的能量供应和利用

(2)实验设计及现象分析
试管编号
试剂
处理
现象
①
2 mL H2O2
常温
几乎无气泡产生
②
2 mL H2O2
90 ℃水浴加热
有较少气泡产生
③
2 mL H2O2
3.5% FeCl3 溶液2滴
有较多气泡产生；带火星的卫生香复燃
④
2 mL H2O2
新鲜20%肝脏研磨液2滴
有大量气泡产生；带火星的卫生香复燃
(3)实验过程的变量及对照分析


(4)实验结论
a．①④对照：酶具有催化作用，同无机催化剂一样都可加快化学反应速率。
b．③④对照：酶具有高效性，同无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
c．①②对照，说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
3．酶的作用机理
(1)活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。
(2)酶催化作用的原理：降低化学反应的活化能。
二　酶的发现
1．巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。
2．酶本质的探究历程(连线)
　　　　　　　　　
　　 　
答案　①—e　②—a　③—c　④—d　⑤—b
三　酶的化学本质
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
主要是细胞核(真核生物)
来源
一般来说，活细胞都能产生酶
作用场所
可在细胞内、外及体外发挥催化作用
生理功能
生物催化作用
作用原理
降低化学反应的活化能
四　酶的特性
1．高效性

(1)定义：同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。
(2)意义：使细胞代谢快速进行。
(3)曲线分析
①催化剂可加快化学反应速率，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．专一性
(1)定义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
(2)意义：使细胞代谢有条不紊地进行。
(3)图形及曲线分析
①图形

a．图中A表示酶，B表示被催化的底物，E、F表示B被分解后的产物，C、D表示不能被该酶催化的物质。
b．酶和被催化的物质都有特定的、相契合的空间结构。

②曲线
加入酶B的反应速率与空白对照条件下的反应速率相同，而加入酶A的反应速率随反应物浓度增大明显加快，说明酶B对此反应无催化作用。进而说明酶具有专一性。
3．酶的作用条件较温和
酶促反应一般是在比较温和的条件下进行的。
五　影响酶促反应速率的因素
1．温度和pH对酶促反应速率的影响

(1)分析这两个曲线图可以看出，在最适宜的温度(B)和pH(E)条件下，酶的活性最高。温度和pH偏高(BC和EF)或偏低(AB和DE)，酶活性都会明显降低。
(2)过酸(D)、过碱(F)或温度过高(C)，都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；而在低温(A)下，酶的活性明显降低，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，酶可以在低温(0～4 ℃)下保存。
(3)最适温度：一般来说，动物体内的酶最适温度在35～40_℃之间；植物体内的酶最适温度在40～50_℃之间；细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大。
(4)最适pH：动物体内酶的最适pH大多在6.5～8.0之间，但也有例外，如胃蛋白酶最适pH为1.5；植物体内的酶最适pH大多在4.5～6.5之间。
2．底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响

(1)甲图，在其他条件适宜，酶量一定的条件下，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。
3．综合影响

图中显示：不同pH条件下，酶最适温度不变；不同温度下，酶最适pH也不变。即反应溶液pH(温度)的变化不影响(填“影响”或“不影响”)酶作用的最适温度(pH)。
六　细胞的能量“通货”——ATP
1．ATP的结构

2．ATP的结构及其与RNA的关系

(1)图中A表示腺嘌呤，①是腺苷，②是腺嘌呤核糖核苷酸，③是ADP，④是ATP，⑤是普通化学键，⑥是高能磷酸键。
(2)据图确定ATP与RNA的关系是ATP去掉两个磷酸基团后的剩余部分是组成RNA的基本单位之一。
3．ATP与ADP的相互转化

ATP的合成
ATP的水解
反应式
ADP＋Pi＋能量ATP
ATPADP＋Pi＋能量
所需酶
ATP合成酶
ATP水解酶
能量
来源
植物：光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸)
动物：化学能(细胞呼吸)
储存在高能磷酸键中的能量
能量
去路
储存于形成的高能磷酸键中
光合作用过程中产生的ATP用于C3的还原，细胞呼吸过程中产生的ATP用于各项生命活动
反应
场所
高等植物：细胞质基质、线粒体、叶绿体
动物：细胞质基质、线粒体
生物体内的需能部位，如细胞膜、叶绿体基质等
关系
ATP与ADP的相互转化过程中反应的类型、反应所需的酶以及能量的来源、去路和反应场所都不完全相同，因此ATP的合成和水解不可逆
4．ATP的主要功能
(1)ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，是细胞生命活动所需能量的直接来源。
(2)ATP是细胞内流通的能量“通货”：吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量。放能反应一般与ATP的合成相联系。能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
5．生物体内常见的几种能源物质
(1)主要能源物质：糖类。
(2)主要储能物质：脂肪。
(3)植物储能物质：淀粉、脂肪。
(4)动物储能物质：糖原、脂肪。
(5)直接能源物质：ATP。
(6)最终能源：太阳能。
(7)能源物质为生命活动供能的过程





1．加热可以给化学反应提供能量，但不能降低反应的活化能。酶可以降低化学反应活化能。
2．酶的高效性必须与无机催化剂进行对照才能得出。与空白对照(不加酶)只能得出具有催化作用。

1．酶可降低化学反应的活化能，而无机催化剂不能。(×)
2．酶和无机催化剂都不改变化学反应中生成物的量。(√)
3．酶和无机催化剂都可为化学反应提供物质和能量。(×)
4．酶可改变化学反应的方向。(×)
5．酶活性的发挥离不开其特定的结构。(√)
6．酶在催化反应前后，其分子结构不变。(√)

1．最适合酶保存的温度是最适温度吗？改成pH呢？
提示　最适合酶保存的温度不是最适温度，最适合酶保存的pH为最适pH。


ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都有“A”，“A”表示的含义不同



ATP结构中的A为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成；DNA分子结构中的A为腺嘌呤脱氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成；RNA分子结构中的A为腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成；核苷酸结构中的A为腺嘌呤。可见，它们的共同点是都含有腺嘌呤。　

1．ATP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。
2．ATP是一种高能磷酸化合物，是与能量有关的一种物质，不能将两者等同起来。
3．生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP含量很少。ATP与ADP之间快速转化，并处于动态平衡。当新陈代谢更旺盛时，ATP与ADP的相互转化更加迅速，单位时间内生成与消耗的ATP量更多。ATP的供能机制在生物界具有普遍性。
4．ATP是细胞代谢的直接能源物质，但不是唯一的直接能源物质，如蛋白质合成过程中还可以利用UTP。

考点题型突破
考点1 　　酶的本质、作用
题型一 酶的概念及本质
1．(2019·江淮名校联考)下列有关酶的叙述正确的是(　　)
①是有分泌功能的细胞产生的　②有的从食物中获得，有的在体内转化而来　③凡是活细胞，一般都能产生酶
④酶都是蛋白质　⑤有的酶不是蛋白质　⑥酶在代谢中有多种功能　⑦在新陈代谢和生长发育中起调控作用　⑧酶只是起催化作用
A．①②⑤ B．④⑤⑧
C．③⑤⑧ D．①③⑤
答案　C
解析　凡是活细胞，一般都能产生酶，①错误，③正确；酶只能在细胞内合成，②错误；酶的本质绝大部分是蛋白质，少数是RNA，④错误，⑤正确；酶在代谢中只起催化作用，⑥⑦错误，⑧正确。
2. 用同一种蛋白酶处理甲、乙两种酶，甲、乙两种酶的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．甲酶是不可能具有催化功能的RNA
C．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　蛋白酶能分解蛋白质，用同一蛋白酶处理后，乙酶活性降低，说明乙酶是蛋白质，而甲酶活性不变，则说明甲酶可能是RNA或能够抗这种蛋白酶降解的蛋白质，A、C正确，B错误；乙酶的本质是蛋白质，用蛋白酶处理后，其分子结构改变，导致其活性改变，D正确。
题型二 酶的作用及原理
3．如图为反应物A生成产物P的化学反应在无酶和有酶催化条件下的能量变化过程，假设酶所处的环境条件最适，对于图中曲线分析正确的是(　　)

A．ad段表示无酶催化时该反应的活化能
B．bc段表示酶为底物提供的活化能
C．若把酶改成无机催化剂，则图中b点位置会下移
D．若将有酶催化的反应温度下降10 ℃，则ab段会缩短
答案　D
解析　分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能，所以，在没有催化剂时ac段表示该反应所需要的活化能，A错误；在有酶催化时bc段表示该反应需要的活化能，酶降低了化学反应的活化能，B错误；酶具有高效性，与无机催化剂相比，其降低化学反应的活化能更显著，所以若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则b点将向上移动，C错误；由于该酶所处的环境条件为最适条件，故将有酶催化的反应温度下降10 ℃，酶活性下降，导致降低化学反应活化能的程度下降，b点上移，ab段会缩短，D正确。
考点2 　　酶的特性及影响因素
题型一 酶的特性
1．(2019·浙江嘉兴月考)下图是某种酶催化底物发生反应的过程示意图，下列叙述错误的是(　　)

A．图示反应过程还有水的产生
B．该图能体现酶催化作用的专一性
C．底物与酶能否结合与酶的结构有关
D．酶在催化过程中的形状改变是不可逆的
答案　D
解析　图示为酶催化的氨基酸的脱水缩合过程，产物是二肽和水，A正确；由图知，酶只和特定形态氨基酸结合，说明酶的催化作用具有专一性，B正确；底物与酶能否结合与酶的结构有关，C正确；酶在催化过程中的形状改变是可逆的，D错误。
2. 在三支试管中加入等量的质量分数为5%的过氧化氢溶液，再分别加入适量的二氧化锰、新鲜猪肝研磨液、唾液，一段时间后测得底物含量变化如图所示。则下列叙述错误的是(　　)
A．曲线乙表示二氧化锰的催化作用，曲线甲与曲线乙对照反映了无机催化剂具有专一性
B．曲线丙表示猪肝中过氧化氢酶的催化作用，曲线甲与曲线丙对照能反映酶具有专一性
C．曲线丙与曲线乙对照可以说明酶具有高效性
D．曲线甲不下降的原因可能是唾液淀粉酶与该底物不能形成酶—底物复合物

答案　A
解析　由图分析，三条曲线对应的条件是：甲为唾液，乙为二氧化锰，丙为新鲜猪肝研磨液。曲线甲不下降的原因是酶具有专一性，唾液淀粉酶与该底物不能形成酶—底物复合物，D正确；曲线甲、乙对照说明二氧化锰可以催化过氧化氢分解，唾液不可以催化过氧化氢分解，不能得出无机催化剂具有专一性，A错误；曲线甲表示唾液淀粉酶不能催化过氧化氢的分解，曲线丙表示过氧化氢酶能催化过氧化氢的分解，二者对照说明酶具有专一性，B正确；和乙相比，丙催化的时间短，效率高，因此可以说明酶具有高效性，C正确。
3．(2019·山东日照一中高三质检)可以用“酶的作用条件较温和”进行解释的生物学现象是(　　)
A．“沸水浸泡过的加酶洗衣粉的洗涤效果不佳”和“低温保存的食物不易腐败”
B．“人发高烧时，浑身无力，食欲下降”和“寒冷时，人不由自主地打寒战”
C．“胃蛋白酶进入小肠后不再催化蛋白质水解”和“胰岛素只能注射”
D．“高原反应”和“不能用纯氧抢救煤气中毒的病人”
答案　A
解析　“沸水浸泡过的加酶洗衣粉的洗涤效果不佳”是由于高温破坏了酶的结构，“低温保存的食物不易腐败”是由于微生物细胞内的酶在低温条件下活性受到抑制，两个实例均能体现出“酶的活性需要适宜的温度”这一特性，A正确；“人发高烧时，浑身无力，食欲下降”能体现酶的催化需要适宜的温度，但“寒冷时，人不由自主地打寒战”是体温调节造成的，不能体现“酶的作用条件较温和”，B错误；“胃蛋白酶进入小肠后不再催化蛋白质水解”是酶的催化需要适宜的pH，但“胰岛素只能注射”是因为胰岛素能被消化道中的蛋白酶水解，不能体现“酶的作用条件较温和”，C错误；“高原反应”是由于机体缺氧，“不能用纯氧抢救煤气中毒的病人”是由于血液中的二氧化碳可以作为化学物质刺激呼吸中枢，D错误。

具有专一性或特异性的五类物质
(1)酶：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。如限制性核酸内切酶只能识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。
(2)载体：某些物质通过细胞膜时需要载体协助，不同物质所需载体不同，载体的专一性是细胞膜选择透过性的基础。
(3)激素：激素特异性地作用于靶细胞、靶器官，其原因在于它的靶细胞膜或胞内存在与该激素特异性结合的受体。
(4)tRNA：tRNA有61种，每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
(5)抗体：一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合。
题型二 影响酶促反应的因素
4．如图所示为影响酶促反应的温度、pH和底物浓度与反应速率关系的曲线图，下列相关叙述错误的是(　　)

A．影响乙曲线的因素是温度，影响丙曲线的因素是pH
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，酶的活性不能达到H点
答案　C
解析　低温时酶的活性很低，但并不失活，高温、过酸、过碱都会使酶的空间结构发生改变而失活。分析题图，影响乙曲线的因素是温度，影响丙曲线的因素是pH，A正确；甲曲线表示底物浓度与反应速率的关系，A点的限制因素是底物浓度，B点时底物到达饱和状态，限制酶促反应速率的因素应是酶浓度，而不再是底物浓度，B正确；乙曲线是温度对酶促反应速率的影响曲线，D点是低温条件，酶的活性很低，但是酶的空间结构未被破坏，F点是高温条件，高温使酶的空间结构发生改变，即使温度降低到最适温度，酶的空间结构也不能恢复，C错误；丙曲线是pH对酶促反应速率的影响曲线，G点时pH过低，酶的空间结构被破坏，pH升高，酶的活性不能恢复，故不能达到H点，D正确。

“四看法”分析酶促反应曲线


[4－1]　(2019·衡水中学一调)某同学研究温度和pH对某酶促反应速率的影响，得到如图所示的曲线。据图分析正确的是(　　)
A．该酶促反应的最适温度为35 ℃左右，最适pH为8
B．当pH为8时，影响反应速率的主要因素是底物浓度和酶浓度
C．随pH升高，该酶促反应的最适温度也逐渐升高
D．当pH为任何一固定值时，实验结果都可以证明温度对反应速率的影响

答案　A
解析　曲线图显示：在相同pH值条件下，33 ℃和37 ℃时酶促反应速率小于35 ℃，35 ℃时酶促反应速率最高，在相同温度条件下，pH值为8时酶促反应速率最高，因此该酶促反应的最适温度为35 ℃左右，最适pH为8，该酶促反应的最适温度不会随pH的升高而发生变化，C错误，A正确；当pH为8时，影响反应速率的主要因素是温度，曲线中未体现底物浓度和酶浓度对反应速率的影响，B错误；当pH为过酸或过碱时，酶的活性因空间结构遭到破坏而永久失活，所以在此pH条件下，不能证明温度对反应速率的影响，D错误。
[4－2]　(2019·安徽六安一中模拟)如图表示改变某一因素前后，淀粉溶液在唾液淀粉酶的作用下分解产生还原糖的结果，请据此分析，改变下列哪种因素才能获得改变后的结果(　　)

A．温度 B．pH值
C．淀粉溶液量 D．唾液量
答案　C
解析　改变温度和pH会影响酶的活性，从而影响化学反应速率，但不改变化学反应的平衡点，即产物的最终产量不变，图中实验组的还原糖生成量明显减少，A、B错误；改变底物的量，产物的量则会改变，故改变的是淀粉溶液量，即降低了淀粉溶液量，C正确；改变唾液量，即唾液淀粉酶的量，会影响化学反应速率，但不改变化学反应的平衡点，即产物的最终产量不变，D错误。
[4－3]　(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：

(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　高效性和专一性(其他合理答案也可)
解析　(1)曲线图显示：在反应开始的一段时间内，B组产物浓度增加最快，且曲线的切线斜率最大，说明B组酶的活性最高。
(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的特性。
微专题一)　酶的有关实验
一　　用“对比实验法”探究或验证酶的高效性、专一性
1．验证酶的高效性
实验中自变量是无机催化剂和酶，因变量是反应速率。

2．探究酶的专一性
自变量可以是不同反应物，也可以是不同酶溶液，因变量是反应物是否被分解。
(1)方案一：用同一种酶催化两种不同物质

蔗糖＋
注意：不能用碘液检测，因为碘液只能检测淀粉是否被水解，但无法检测蔗糖是否发生了水解。
(2)方案二：用两种不同酶催化同一种物质
①
②再用斐林试剂或碘液鉴定，从而探究酶的专一性。

1．(2019·北京海淀区练习)为了证明酶的作用具有专一性，某同学设计了如下5组实验，分别选择一定的试剂进行检测，合理的实验方案是(　　)
组别
①
②
③
④
⑤
酶
蛋白酶
蛋白酶
淀粉酶
淀粉酶
淀粉酶
反应物
蛋白质
淀粉
蛋白质
淀粉
麦芽糖
A．①和③对比，用双缩脲试剂检测
B．②和④对比，用碘液检测
C．④和⑤对比，用斐林试剂检测
D．③和④对比，用斐林试剂检测
答案　B
解析　由于蛋白酶本身是蛋白质，遇双缩脲试剂呈现紫色，不能判断蛋白质是否被分解，A错误；淀粉酶能催化淀粉的水解，蛋白酶不能催化淀粉的水解，用碘液检测，颜色反应不同，B正确；麦芽糖是还原糖，用斐林试剂不能判断麦芽糖是否水解，C错误；斐林试剂不能判断蛋白质是否水解，D错误。
2．在甲、乙、丙三支试管中加入下列物质并保温一段时间后，有关分析不正确的是(　　)
编号
甲
乙
丙
步骤1
2 mL可溶性淀粉溶液
2 mL可溶性淀粉溶液
2 mL可溶性淀粉溶液
步骤2
1 mL淀粉酶溶液
1 mL麦芽糖酶制剂
0.5 mL淀粉酶溶液、0.5 mL麦芽糖酶制剂
步骤3
适宜温度下保温至反应完成
A．加入碘液后，溶液变蓝的只有乙试管
B．加入斐林试剂后水浴加热，溶液呈现砖红色的有甲试管和丙试管
C．加入双缩脲试剂后，三支试管中的溶液均变蓝色
D．温度、pH在本实验中均属于无关变量
答案　C
解析　甲试管中，产物为麦芽糖，乙试管中不能进行反应，丙试管中的最终产物为葡萄糖，因此，加入碘液溶液变蓝的为乙试管，加入斐林试剂后水浴加热，有砖红色沉淀的为甲试管和丙试管，A、B正确；反应完成后，淀粉酶、麦芽糖酶制剂仍留在试管中，故加入双缩脲试剂后，三支试管中的溶液均变紫色，而不是蓝色，C错误；本实验的自变量为酶的种类，因此温度、pH均属于无关变量，D正确。
二　　梯度法——探究酶的最适温度或最适pH
1．探究温度对酶活性的影响
(1)实验原理
温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。

(2)实验设计思路

(3)方法步骤
①取3支试管，编上号，然后分别注入2 mL可溶性淀粉溶液。
②取3支试管，编上号，然后分别注入1 mL新鲜淀粉酶溶液。
③将装有淀粉溶液和酶溶液的试管分成3组，分别放入热水(约60 ℃)、沸水和冰块中，维持各自的温度5分钟。
④分别将淀粉酶溶液注入相同温度的淀粉溶液中，摇匀后，维持各自的温度5分钟。
⑤在3支试管中各注入1～2滴碘液，然后摇匀。
⑥观察这3支试管中溶液颜色的变化情况，并记录变化情况。
(4)实验的变量分析
自变量：温度。
因变量：淀粉分解量的多少(用是否出现蓝色及蓝色深浅表示)。
无关变量：淀粉和淀粉酶的量、溶液的pH、反应时间等。
[知识拓展]
①本实验不宜选用过氧化氢酶催化H2O2分解的反应，因为过氧化氢在加热的条件下分解也会加快。
②本实验不宜选用斐林试剂鉴定，因为斐林试剂需加热，而实验中的自变量是温度。
③本实验步骤中，③和④步不能颠倒。原因在于酶的催化效率具有高效性，如不先做同温处理，而是先混合后再进行调温处理，可能出现因调温过程中还未达到实验要求的温度就已经发生了反应，从而影响实验结果。
④本实验室使用的α­淀粉酶最适温度为60 ℃。
2．探究pH对酶活性的影响
(1)实验原理：①2H2O22H2O＋O2
②pH可影响酶活性，从而影响O2的产生量，据O2产生量的多少可判断pH对酶活性的影响。
(2)实验步骤及现象：
序号
实验操作内容
试管1
试管2
试管3
1
注入等量过氧
化氢酶溶液
2滴
2滴
2滴
2
注入不同
pH的溶液
1 mL
蒸馏水
1 mL
盐酸
1 mL
NaOH
3
注入等量
H2O2溶液
2 mL
2 mL
2 mL
4
观察现象
大量气
泡产生
无气泡
产生
无气泡
产生
提示：操作2与操作3顺序一定不能颠倒。
3．实验结论
酶的活性需要适宜的温度和pH，高温、低温以及过酸、过碱都将影响酶的活性。
[知识拓展]
①在探究pH对酶活性影响时，“宜”保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与酶接触，“不宜”在未达到预设pH前，让反应物与酶接触。
②探究pH对酶活性的影响时，“不宜”用斐林试剂作指示剂，因为盐酸会和斐林试剂中的Cu(OH)2发生中和反应，使斐林试剂失去作用。
③探究pH对酶活性的影响时，“不宜”采用淀粉酶催化淀粉的反应，因为用作鉴定试剂的碘液会和NaOH发生化学反应，使碘与淀粉生成蓝色络合物的机会大大减少，而且在酸性条件下淀粉也会水解，从而影响实验的观察效果。

3．(2019·福建厦门5月二模)脂肪酶可催化脂肪水解为甘油和脂肪酸。某兴趣小组以橄榄油为底物设置系列实验，研究脂肪酶的活性。
实验1：每组试管中加入等量的脂肪酶和底物，分别置于30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃水浴环境中20 min后，测定酶的活性。
实验2：探究不同pH条件下，Mg2＋(Mg2＋浓度为1×10－4 mol/L)对脂肪酶活性的影响，测得结果如表所示。
组别酶活性(U·mL－1)pH
7.0
7.5
8.0
对照组
20.54
20.62
20.67
实验组
24.89
25.78
26.67
下列关于实验的分析，错误的是(　　)
A．可用单位时间内脂肪酸的生成量来表示脂肪酶的活性
B．实验1中应让酶与底物分别达到各组设定温度再混合
C．实验2的结果说明：Mg2＋浓度越大，脂肪酶活性越高
D．若要探究该脂肪酶的最适pH，应扩大实验的pH范围
答案　C
解析　酶对化学反应的催化效率称为酶活性，其可用单位时间内产物的生成量或反应物的消耗量来表示，A正确；实验1中的自变量为温度，其目的是探究不同温度条件对脂肪酶活性的影响，实验中应将酶与底物在各自预设温度下保温一段时间后再混合，否则由于酶具有高效性，各组未达到预设温度就快速发生反应，导致实验结果不准确，B正确；结合实验2的目的及实验结果可知，实验2中的变量有两个，即pH和Mg2＋的有无，实验结果并未体现Mg2＋浓度对脂肪酶活性的影响，C错误；若探究脂肪酶的最适pH，应将实验2中pH范围扩大，确定脂肪酶的最适pH范围，之后在该pH范围内缩小梯度再进行实验，D正确。
4．(2019·河北冀州模拟)受损伤的马铃薯细胞内酚氧化酶(PPO)和底物(酚类物质)直接接触，引起马铃薯的褐变，为探究温度对PPO活性的影响，实验小组进行了如下实验：
(1)PPO粗提液的提取：低温下将新鲜马铃薯用蒸馏水洗净、去皮，取20 g样品放入含50 mL磷酸缓冲液(pH值为5.5)的研钵中，同时加入少量石英砂，研磨、离心后，上清液即为PPO的粗提液，加缓冲液研磨的目的是__________________________________________。
(2)不同温度下PPO活性的测定
步骤顺序
试管1
试管2
试管3
试管4
试管5
试管6
试管7
试管8
PPO粗
提液
2 mL

2 mL

2 mL

2 mL

酚类
底物

2 mL

2 mL

2 mL

2 mL
反应
混合振荡
混合振荡
混合振荡
混合振荡
温度预
处理
(5 min)
0 ℃
15 ℃
30 ℃
45 ℃
保温
时间
5 min
5 min
5 min
5 min
记录
结果
＋
＋＋＋＋
＋＋＋＋
＋＋
注：反应底物充足；实验结果中“＋”越多褐色越深。
①实验步骤顺序有不妥之处，请改正______________________________________________________________。
②实验结果表明：15 ℃和30 ℃温度条件下，PPO具有相同的活性，从酶的特性分析其原因是______________________________________________________________。
③为进一步探究PPO的最适温度，应在________范围内设置温度梯度。
答案　(1)维持pH，保持PPO的活性(或防止PPO失活)
(2)①“反应”步骤改在“温度预处理”步骤之后　②在酶的最适温度前后，可以有相同的催化效率　③15～30 ℃
解析　(1)过酸、过碱会使酶变性失活，所以缓冲液是为了维持pH，保证PPO的活性。
(2)①为保证酶在设定的温度下起作用，所以“反应”的步骤应改在“温度预处理”步骤之后。
②15 ℃和30 ℃温度条件下，PPO具有相同的活性，从酶的特性分析其原因是温度对酶活性的影响呈倒钟型，在酶的最适温度前后有相同的催化效率。
③由表可知在15 ℃和30 ℃时酶活性较高，因为褐色最深，所以为进一步探究PPO最适温度，应在15～30 ℃范围内设置更小的温度梯度。

与酶有关的实验设计方法总结
(1)应遵循单一变量原则，同时还要设置对照实验。
(2)实验设计的一般思路：分析课题→把握原理→确认变量→设置对照→一般步骤。
(3)关键：实验变量首先要确定如何操纵自变量、无关变量如何控制、反应变量如何检测，其次在实验过程中必须时刻谨记每次必设对照，步步需等量。在此基础上，设计步骤、预测结果并得出结论。
考点3 　　ATP的结构和功能
题型一 ATP的结构

1．(2019·广东中山期末)下列有关ATP的叙述，正确的是(　　)
A．图中的a是构成DNA的基本单位之一
B．图中的A代表腺苷，b、c为高能磷酸键
C．“ATP”中的“A”与构成RNA中的碱基“A”表示的不是同一种物质
D．血浆中的葡萄糖进入红细胞、肾小管对葡萄糖的重吸收会消耗ATP

答案　C
解析　图中a为腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位之一，A错误；图中的A是腺嘌呤，b、c为高能磷酸键，B错误；“ATP”中的“A”代表腺苷，RNA中的碱基“A”是腺嘌呤，二者不是同一种物质，C正确；血浆中的葡萄糖进入红细胞的方式属于协助扩散，不会消耗ATP，D错误。
2．(2019·陕西安康质检)dATP(d表示脱氧)是三磷酸脱氧腺苷的英文名称缩写，其结构式可简写成dA—P～P～P。下列有关分析错误的是(　　)
A．dATP由磷酸、脱氧核糖和腺嘌呤组成
B．形成dATP的过程中伴随有水的生成
C．dATP具有高能磷酸键，可为某些反应提供能量
D．在DNA合成过程中，dATP是构成DNA的基本单位之一
答案　D
解析　由题意可知，dATP(d表示脱氧)是三磷酸脱氧腺
苷，故dATP由磷酸、脱氧核糖和腺嘌呤组成，A正确；形成dATP的过程中，伴随有水的生成，B正确；dATP即dA—P～P～P，有高能磷酸键，C正确；dATP(d表示脱氧)是三磷酸脱氧腺苷，有三个磷酸基团，DNA的基本单位只有一个磷酸基团，D错误。
题型二 ATP与ADP的相互转化及ATP与能量代谢关系

3．(2019·福建五校第二次联考)如图为ATP—ADP的循环图解。下列叙述正确的是(　　)
A．①属于放能反应，在细胞内与其他吸能反应密切联系
B．溶酶体中蛋白质水解为氨基酸需要②过程提供能量
C．人在饥饿时，细胞内的过程①和②也能达到平衡
D．各种生物均能独立完成ATP—ADP循环

答案　C
解析　①ADP＋Pi→ATP，ATP的合成属于吸能反应，在细胞内与其他放能反应密切联系，A错误；溶酶体中蛋白质水解为氨基酸为放能反应，不需要ATP水解提供能量，B错误；对正常生活的细胞来说，ATP与ADP的相互转化，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，故人在饥饿时，细胞内的过程①和②也能达到平衡，C正确；病毒不能独立完成ATP—ADP循环，D错误。
4．(2019·福建龙岩期末)用α、β、γ表示ATP上三个磷酸基团所处的位置(A—Pα～Pβ～Pγ)，下列相关叙述正确的是(　　)
A．β、γ位磷酸基团脱离，剩余部分可用于基因的转录
B．β、γ位高能磷酸键形成时所需能量都来自呼吸作用
C．γ位磷酸基团脱离，释放的能量可用于叶绿体中水的分解
D．ATP含有的三个高能磷酸键都能为生命活动提供能量
答案　A
解析　β、γ位磷酸基团脱离后，剩余部分由腺苷和一个磷酸基团组成，是构成RNA的原料之一，因此可用于基因的转录，A正确；β、γ位高能磷酸键形成时所需能量可以来自呼吸作用，也可以来自于光合作用，B错误；叶绿体中水的分解所需要的能量来自于光能，C错误；ATP分子中只含有2个高能磷酸键，D错误。
方向真题体验
1．(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
答案　B
解析　吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量。淀粉等大分子物质的水解过程不消耗ATP，A不符合题意；水的光解属于光合作用的光反应阶段，有ATP的合成，没有ATP的消耗，C不符合题意；乳酸菌无氧呼吸的第二阶段既没有ATP的合成，也没有ATP的消耗，D不符合题意；生长素的极性运输属于主动运输，需要消耗ATP，B符合题意。
2. (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

答案　C
解析　加入酶C后，A浓度下降，B浓度上升，说明A转化生成B，即酶C降低了A生成B这一反应的活化能，A正确；B物质浓度变化曲线的斜率可代表酶促反应速率，据图可知，酶促反应速率先快后慢，B正确；T2后，B增加缓慢是底物A不足导致的，C错误；图示为最适温度下A、B浓度的变化曲线，适当降低反应温度后，酶活性降低，反应速率变慢，达到原T2对应的反应程度所需时间延长，D正确。
3．(2017·全国卷Ⅱ)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 ℃
答案　C
解析　在细胞核外，叶绿体和线粒体中也含有参与DNA合成的酶，A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，析出的蛋白质化学性质不会发生改变，C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错误。
4．(2016·全国卷Ⅰ)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
答案　C
解析　酶活力是指酶催化一定化学反应的能力。酶活力的大小可用在一定条件下，酶催化某一化学反应的速率来表示，因此此实验的操作过程中应该先加入缓冲液，保持反应过程中溶液pH不变，再加入底物，然后加入酶进行保温计时，一段时间后检测产物的量即可。
5．(2016·海南高考)下列有关植物细胞能量代谢的叙述，正确的是(　　)
A．含有两个高能磷酸键的ATP是DNA基本组成单位之一
B．加入呼吸抑制剂可使细胞中ADP生成减少，ATP生成增加
C．无氧条件下，丙酮酸转变为酒精的过程中伴随有ATP的合成
D．光下叶肉细胞的细胞质基质、线粒体和叶绿体中都有ATP合成
答案　D
解析　ATP是由腺嘌呤、核糖、3个磷酸基团组成，ATP除去两个磷酸基团后为腺嘌呤核糖核苷酸是RNA的基本单位之一，A错误；呼吸抑制剂抑制呼吸作用，会使ATP生成减少，B错误；无氧呼吸的第二阶段不产生ATP，C错误；光下叶肉细胞的细胞质基质和线粒体可以进行有氧呼吸，叶绿体可以进行光合作用，有氧呼吸和光合作用均可产生ATP，D正确。
6．(2016·全国卷Ⅰ节选)在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A—Pα～Pβ～Pγ或dA—Pα～Pβ～Pγ)。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“α”“β”或“γ”)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“α”“β”或“γ”)位上。
答案　(1)γ　(2)α
解析　(1)ATP水解时，远离腺苷的高能磷酸键断裂，产生ADP和Pi，释放的能量用于生物体的生命活动。据此并结合题意可知：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γ位上。
(2)dA—Pα～Pβ～Pγ(d表示脱氧)脱去Pβ和Pγ这两个磷酸基团后，余下的结构为腺嘌呤脱氧核苷酸，是DNA的基本组成单位之一。因此，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α位上。