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第7课　酶和ATP
学业质量水平要求
1．通过关于酶本质的探索和学习，认识酶的化学本质，总结出酶的作用，并能设计实验证明酶的作用及化学本质。(生命观念、科学思维、科学探究)
2．通过分析与综合，明确酶的高效性和专一性的含义，并学会设计实验，探究酶的专一性和温度、pH等对酶促反应的影响，进而明确酶在生产和生活中的应用。(科学探究、科学思维、社会责任)
3．基于对细胞生命活动实例的分析，结合ATP的结构特点，认同结构和功能相适应的观点。(生命观念、科学思维)
考点一　酶的本质、作用和特性
1．酶本质的探索历程(连线)
答案：①—f　②—a　③—c　④—d、e　⑤—b
2．酶的本质及作用
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(真核细胞)
来源 一般来说，活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生酶
作用场所 细胞内、外或生物体外
生理功能 催化作用
3．酶的作用机理分析(如下图)
①为有酶催化的反应曲线；②为没有催化剂的反应曲线；③为有无机催化剂催化的反应曲线。
4．酶的催化特性(连线)
答案：①—b　②—a　③—c
5．比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验过程。
步骤
相同处理 向4支试管中分别加入2 mL 过氧化氢溶液
不同 处理 不处理 放在90 ℃左右的水浴中加热 滴入2滴FeCl3溶液 滴入2滴肝脏研磨液
现 象 气泡 基本无 少 较多 很多
带火星卫生香 无复燃 有复燃 复燃性较强 复燃性很强
(2)变量分析。
(3)实验结论：酶具有催化作用，同无机催化剂相比，催化效率更高。
6．淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
(1)实验原理。
①淀粉和蔗糖都是非还原糖，葡萄糖、果糖、麦芽糖都是还原糖。
②斐林试剂能鉴定溶液中有无还原糖。
③淀粉酶能催化淀粉水解为还原糖，不能催化蔗糖水解。
(2)实验步骤。
序号 操作步骤 试管1 试管2
1 注入可溶性淀粉溶液 2 mL —
2 注入蔗糖溶液 — 2 mL
3 注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
4 振荡混匀，将试管的下半部浸到60 ℃左右的热水中，保温5 min
5 取出试管，各加入2 mL斐林试剂，振荡摇匀
6 将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中，煮沸1 min，观察颜色变化 砖红色沉淀 淡蓝色
(3)实验结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。这说明酶具有专一性。
1．由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性。 (×)
2．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物。 (√)
3．酶提供了反应过程中所必需的活化能。 (×)
4．酶活性的发挥离不开其特定的结构。 (√)
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。 (×)
6．酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸。 (×)
7．唾液淀粉酶催化反应的最适温度和保存温度都是37 ℃。 (×)
【教材细节命题】
1．(必修1 P82“探究·实践”)已知胃蛋白酶的最适pH为1.5，小肠液的pH为7.6，胃蛋白酶随食糜进入小肠后还能发挥作用吗？不能。为什么？因为没有了适宜的pH，胃蛋白酶活性大大下降甚至失活，不再发挥作用。
2．(必修1 P85“科学·技术·社会”)溶菌酶为什么具有抗菌消炎的作用？溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁，起到抗菌消炎的作用。细菌性溶菌酶不能(填“能”或“不能”)用于真菌感染。为什么？由于真菌和细菌细胞壁的成分不同和酶具有专一性等原因，细菌性溶菌酶不能用于真菌感染。
1．酶相关模型的构建与解读
(1)酶的高效性。
①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
②酶和无机催化剂一样，只能缩短达到化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的平衡点。
(2)酶的专一性。
①加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。
②加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶A对此反应有催化作用。
(3)影响酶活性的因素。
图甲曲线分析：
①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。
②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，酶分子的结构未被破坏，温度升高可恢复活性。
图乙曲线分析：
纵坐标为反应物剩余量，剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢；图示pH＝7时，反应物剩余量最少，应为最适pH；反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
(4)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响。
①图甲：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率先随底物浓度增加而加快，当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。
②图乙：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。
2．影响因素制约酶活性的机理
(1)高温、过酸、过碱——可破坏酶分子的空间结构而导致酶永久性失活(不可逆转)。
(2)低温——仅抑制酶活性，并不破坏酶分子的空间结构，当温度适当升高时活性可恢复。
(3)酶活性还受某些激活剂或抑制剂的影响，前者可提升酶活性，后者则降低酶活性。
考向1|酶的本质、作用和特性
1．(2022·湖南卷)洗涤剂中的碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活。此外，加热也能使碱性蛋白酶失活，如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活
B．加热导致碱性蛋白酶构象改变是不可逆的
C．添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果
D．添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染
B　解析：由题“部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活”可知，碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活，A正确；由图可知，加热导致碱性蛋白酶由天然状态变为部分解折叠，部分解折叠的碱性蛋白酶降温后可恢复到天然状态，因此部分加热导致的碱性蛋白酶构象改变是可逆的，B错误；碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，而且加热也能使碱性蛋白酶失活，会降低加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果，添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果，C正确；酶具有高效性，碱性蛋白酶能使蛋白质水解成多肽和氨基酸，具有很强的分解蛋白质的能力，可有效地清除汗渍、奶渍、酱油渍等污渍，添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染，D正确。
2．下列有关酶的叙述，正确的是(　　)
A．酶的催化效率比无机催化剂更高是因为酶能降低反应的活化能
B．酶都是在核糖体上合成的，但不一定需要内质网和高尔基体的加工
C．在最适温度和最适pH的条件下，酶对细胞代谢的调节作用最强
D．酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应
D　解析：酶和无机催化剂都能降低反应的活化能，酶在降低反应的活化能方面比无机催化剂更显著，因而催化效率更高，A错误；酶不都在核糖体上合成，如某些化学本质是RNA的酶，蛋白质类酶的合成也不一定需要内质网和高尔基体的参与，B错误；酶在细胞代谢中有催化作用，在最适温度和最适pH的条件下，酶的催化作用最强，C错误；酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应，D正确。
考向2|影响酶活性的因素
3．(2022·浙江6月选考)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(　　)
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
B　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，酶活性降低甚至失活，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，淀粉酶会被水解，则淀粉的水解速率会变慢，D错误。
4．下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．淀粉溶液量 B．pH
C．温度 D．唾液量
A　解析：改变底物的量，产物的量则会减少，图中对照组的还原糖生成量一直多于实验组的还原糖生成量，故改变的是淀粉溶液量，即降低了底物的量，A正确；改变pH或温度(会影响酶的活性)及改变唾液淀粉酶的量，都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，B、C、D错误。
考点二　(探究·实践)探究影响酶活性的因素
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)实验材料。
质量分数为2%的淀粉酶溶液、体积分数为3%的可溶性淀粉溶液、热水、蒸馏水、冰块、碘液(相关用具省略)。
(3)实验步骤。
序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
1 加入等量的可溶性淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL
2 控制不同的温度条件 冰块 (5 min) 60 ℃ 温水 (5 min) 沸水 (5 min)
3 加入等量的新鲜唾液淀粉酶溶液 1 mL (5 min) 1 mL (5 min) 1 mL (5 min)
4 加入等量的碘液 2滴 2滴 2滴
5 观察实验现象 蓝色 无蓝色出现 蓝色
(4)实验结论：温度过高、过低都会影响酶的活性，适宜温度下酶的活性最高。
2．探究pH对酶活性的影响
(1)实验原理：2H2O22H2O＋O2。pH影响酶的活性，从而影响O2的生成速率，可用带火星的卫生香燃烧的情况来检验O2的生成速率。
(2)实验材料。
质量分数为20%的肝脏研磨液、体积分数为3%的过氧化氢溶液、物质的量浓度为0.01 mol/L的HCl溶液、物质的量浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液、蒸馏水等。
(3)实验步骤。
序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
1 加入等量的过氧化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴
2 加入等量的不同pH的溶液 1 mL蒸馏水 1 mL 0.01 mol/L的HCl溶液 1 mL 0.01 mol/L的NaOH溶液
3 加入等量的体积分数为3%的过氧化氢溶液 2 mL 2 mL 2 mL
4 观察实验现象 有大量气泡产生 无气泡产生 无气泡产生
5 将带火星的卫生香插入试管内液面的上方 燃烧剧烈 不燃烧 不燃烧
(4)实验结论：过酸、过碱都会影响酶的活性，适宜pH下酶的活性最高。
1．酶活性最高时的温度不适合酶的保存。 (√)
2．温度和pH通过影响酶活性，进而影响酶促反应速率；底物浓度和酶浓度也能影响酶促反应速率，但并未改变酶活性。 (√)
3．低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构。 (×)
4．若探究温度对淀粉酶活性的影响，可选择过氧化氢溶液作为底物。 (×)
5．温度过高、低温都能使酶活性降低，二者的作用原理不同。 (√)
1．实验材料选择时的注意事项
(1)在探究温度对酶活性的影响实验中，不能选择过氧化氢和过氧化氢酶作为实验材料，因为过氧化氢在常温下就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。
(2)在探究pH对酶活性的影响实验中，不宜选用淀粉和淀粉酶作为实验材料，因为在酸性条件下淀粉分解也会加快，从而影响实验结果。
2．实验步骤和结果检测的注意事项
(1)在探究温度对酶活性的影响实验中，底物和酶溶液应先分别在预设的温度中保温一段时间后再混合，保证反应从一开始就是预设的温度。
(2)在探究pH对酶活性的影响实验中，宜先保证酶的最适温度(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。
(3)若选择淀粉和淀粉酶来探究温度对酶活性的影响，检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不能选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需要水浴加热，而该实验需严格控制温度。
考向1|影响酶活性的因素的基础实验分析
1．(2023·广东深圳模拟)红平菇对纤维素的降解是菌丝分泌纤维素酶作用的结果，纤维素酶活性影响菌株对培养基质的降解能力，影响红平菇的生产周期。某研究团队研究了温度对红平菇纤维素酶活性的影响，结果如下图所示。下列分析错误的是(　　)
A．纤维素酶活性的测定可以用单位时间内纤维素的降解量表示
B．该实验结果表明40 ℃为红平菇纤维素酶的最适温度
C．高温或低温对酶活性的影响机理不同
D．为指导生产，还可在此实验基础上测定pH等因素对纤维素酶活性的影响
B　解析：酶活性可以用单位时间内反应物的降解量或产物的生成量来表示，A正确；该实验结果表明纤维素酶的最适温度在30 ℃到50 ℃之间，不一定是40 ℃，B错误；高温破坏酶的空间结构，低温没有破坏酶的空间结构，只是抑制了酶活性，C正确；为指导生产，还需要在此实验基础上测定pH等因素对纤维素酶活性的影响，才能确定适合红平菇生长的最适条件，D正确。
2．(2021·海南卷)某种酶的催化反应速率随温度和时间变化的趋势如图所示。据图分析，下列有关叙述错误的是(　　)
A．该酶可耐受一定的高温
B．在t1时，该酶催化反应速率随温度升高而增大
C．不同温度下，该酶达到最大催化反应速率时所需时间不同
D．相同温度下，在不同反应时间该酶的催化反应速率不同
D　解析：由题图可知，该酶在70 ℃条件下仍具有一定的活性，故该酶可以耐受一定的高温，A正确；由图可知，在t1时，酶促反应速率随温度升高而增大，B正确；由题图可知，在不同温度下，该酶达到最大催化反应速率(曲线变平缓)时所需时间不同，其中70 ℃达到该温度下的最大反应速率时间最短，C正确；相同温度下，不同反应时间内该酶的反应速率可能相同，如达到最大反应速率(曲线平缓)之后的反应速率相同，D错误。
考向2|实验的拓展和应用
3．某同学欲通过下图所示的装置进行与酶有关的实验研究，下列分析正确的是(　　)
A．若不同滤纸片上分别附有等量过氧化氢酶、Fe3+，则该装置可用于探究酶的专一性
B．该装置可用于探究温度对过氧化氢酶活性的影响
C．酶促反应速率可用滤纸片进入烧杯液面到浮出烧杯液面的时间(t3－t1)来表示
D．该装置不能用于探究pH对酶活性的影响
C　解析：若滤纸片上分别附有过氧化氢酶、Fe3+，自变量是不同的催化剂，可用来探究酶的高效性，A错误；过氧化氢在高温下分解会加快，故不能选择过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响，B错误；该装置可以用来探究pH对酶活性的影响，D错误。
4．(2021·湖北卷)使酶的活性下降或丧失的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂主要有两种类型：一类是可逆抑制剂(与酶可逆结合，酶的活性能恢复)；另一类是不可逆抑制剂(与酶不可逆结合，酶的活性不能恢复)。已知甲、乙两种物质(能通过透析袋)对酶A的活性有抑制作用。
实验材料和用具：蒸馏水，酶A溶液，甲物质溶液，乙物质溶液，透析袋(人工合成半透膜)，试管，烧杯等。
为了探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，提出以下实验设计思路。请完善该实验设计思路，并写出实验预期结果。
(1)实验设计思路
取________支试管(每支试管代表一个组)，各加入等量的酶A溶液，再分别加等量____________________，一段时间后，测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液，再测定各自的酶活性。
(2)实验预期结果与结论
若出现结果①：____________________________________________________。
结论①：甲、乙均为可逆抑制剂。
若出现结果②：____________________________________________________。
结论②：甲、乙均为不可逆抑制剂。
若出现结果③：____________________________________________________。
结论③：甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂。
若出现结果④：__________________________________________________。
结论④：甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂。
解析：(1)由题可知，实验目的是探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，则实验的自变量为甲、乙物质的有无，因变量为酶A的活性，实验设计应遵循对照与单一变量原则，故可设计实验如下：取2支试管各加入等量的酶A溶液，再分别加等量甲物质溶液、乙物质溶液(单一变量和对照原则)；一段时间后，测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理；透析后，从透析袋中取出酶液，测定各自的酶活性。(2)由题可知，物质甲和物质乙对酶A的活性有抑制，但作用机理未知，且透析前有物质甲和乙的作用，透析后无物质甲和物质乙的作用，前后对照可推测两种物质的作用机理，可能的情况有：①甲、乙均为可逆抑制剂，则酶的活性能恢复，故透析后，两组的酶活性均比透析前酶的活性高。②甲、乙均为不可逆抑制剂，则两组中酶的活性均不能恢复，故透析前后，两组的酶活性均不变。③甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂，则甲组中酶活性可以恢复，而乙组不能恢复，故加甲物质溶液组，透析后酶活性比透析前高；加乙物质溶液组，透析前后酶活性不变。④甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂，则甲组中酶活性不能恢复，而乙组能恢复，故加甲物质溶液组，透析前后酶活性不变；加乙物质溶液组，透析后酶活性比透析前高。
答案：(1)2　甲物质溶液、乙物质溶液　(2)透析后，两组的酶活性均比透析前酶的活性高　透析前后，两组的酶活性均不变　加甲物质溶液组，透析后酶活性比透析前高；加乙物质溶液组，透析前后酶活性不变　加甲物质溶液组，透析前后酶活性不变；加乙物质溶液组，透析后酶活性比透析前高
考点三　ATP
1．ATP的组成元素：C、H、O、N、P。
2．ATP的分子结构
(1)分子结构式：A—P～P～P(简写)。
(2)组成图解(填出各部分名称)。
由结构式可看出，ATP的结构特点可用“一、二、三”来总结，即一个腺苷、二个特殊的化学键、三个磷酸基团。
3．ATP与ADP的相互转化
(1)转化基础：ATP的化学性质不稳定，末端磷酸基团具有较高的转移势能。
(2)ATP和ADP的相互转化过程比较
比较内容 ATP水解 ATP合成
反应式 ATPADP＋Pi＋能量 ADP＋Pi＋能量―→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(植物细胞)
能量转化 放能 吸能
能量来源 ATP的水解 呼吸作用、光合作用
能量去向 用于各项生命活动 储存在ATP中
4．ATP为主动运输供能(以Ca2+主动运输为例)
(1)参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2+与其相应位点结合时，酶活性被激活。
(2)在载体蛋白的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，即载体蛋白的磷酸化。
(3)载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2+的结合位点转向膜外侧，将Ca2+释放到膜外。
1．ATP与ADP时刻不停地进行相互转化。 (√)
2．ATP水解释放的能量可用于细胞内的放能反应。 (×)
3．无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源。 (×)
4．DNA与ATP中所含元素的种类相同。 (√)
5．ATP的结构简式为A—P～P～P，“A”代表腺苷，“P”代表磷酸基团。
(√)
【教材细节命题】
1．(必修1 P87正文)人体内，在剧烈运动时，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP，以供运动之需，但人体内ATP总含量并没有太大变化，请分析原因：ATP与ADP时刻不停地快速地发生相互转化，并且处于动态平衡之中。
2．(必修1 P89阅读材料拓展)“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星。”诗中描述的萤火虫发光的原理是萤火虫尾部细胞中的荧光素接受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，形成氧化荧光素而发光。
1．概括ATP与核苷酸的关系
2．比较以下四种结构中“A”的含义
结构 “A”的名称 “A”的分子组成
① 腺苷 腺嘌呤和核糖
② 腺嘌呤脱氧核苷酸 1分子腺嘌呤、1分子脱氧核糖和1分子磷酸
③ 腺嘌呤核糖核苷酸 1分子腺嘌呤、1分子核糖和1分子磷酸
④ 腺嘌呤 —
3．ATP的再生和利用图解
4．ATP产生量与O2供给量的关系分析
(1)A点为无氧条件下，细胞可通过无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。
(2)AB段随O2供给量增多，有氧呼吸明显加强，ATP产生量逐渐增多。
(3)BC段O2供给量超过一定范围后，ATP的产生量不再增加，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸基团等。
考向1|ATP的结构和功能
1．(2022·浙江1月选考改编)下列关于腺苷三磷酸分子的叙述，正确的是(　　)
A．由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成
B．分子中与磷酸基团相连接的化学键称为特殊化学键
C．在水解酶的作用下不断地合成和水解
D．是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
D　解析：1分子的ATP是由1分子核糖、1分子腺嘌呤和3分子磷酸基团组成的，A错误；ATP分子的结构式可以简写成A—P～P～P，磷酸基团与磷酸基团相连接的化学键是一种特殊的化学键，B错误；在水解酶的作用下ATP水解，在合成酶的作用下ADP和磷酸吸收能量合成ATP，C错误；吸能反应一般与ATP的分解相联系，放能反应一般与ATP的合成相联系，故吸能反应和放能反应之间的纽带就是ATP，D正确。
2．ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，下图是ATP的分子结构图，下列分析正确的是(　　)
A．圆圈内所示为含氮碱基腺嘌呤
B．方框内所示为腺嘌呤核糖核苷酸
C．细胞合成蛋白质时利用①断裂释放的能量
D．②在光合作用过程中容易形成但不易断裂
A　解析：ATP由腺嘌呤、核糖、磷酸基团(三个)构成，有两个特殊的化学键(图中①②)。图中圆圈内为腺嘌呤，A正确；腺嘌呤与核糖一起形成方块内的结构，即腺苷，B错误；合成蛋白质时，利用ATP中远离A的那个磷酸基团脱离，即②断裂供能，C错误；光合作用过程中，ATP中远离A的那个磷酸基团容易结合，也容易脱离，光反应阶段ADP与Pi利用光能形成ATP，而暗反应阶段ATP水解(即②断裂)供能，D错误。
考向2|ATP与ADP的相互转化
3．(2022·湖北黄冈模拟)下图表示ATP与ADP的相互转化过程，下列相关叙述错误的是(　　)
A．图中的M指的是腺嘌呤，N指的是核糖
B．食物为ATP充电指的是呼吸作用分解来自食物中的有机物产能
C．运动时肌肉细胞中ATP的充电速率远高于其放能速率
D．ATP的“充电”和“放能”所需要的酶不同
C　解析：根据题图判断，M指的是腺嘌呤，N指的是核糖，A正确；食物中稳定的化学能转化成ATP中活跃的化学能，需通过呼吸作用来完成，B正确；ATP的合成和分解速率始终处于一种动态平衡状态，C错误；酶具有专一性，故ATP的合成和分解所需要的酶不同，D正确。
【易错提醒】ATP理解的两点提醒
(1)ATP不等同于能量：ATP是与能量有关的一种高能磷酸化合物，水解时会释放出大量的能量。
(2)ATP与ADP的相互转化不可逆：从物质方面来看是可逆的，但从酶、进行的场所、能量等方面来看是不可逆的。
【命题动态】酶和ATP是细胞代谢有序进行的必备物质和条件。“酶”的内容主要包括酶的化学本质、作用特性以及对相关实验的分析和设计；“ATP”的内容主要包括ATP的结构及其在能量供应系统中的作用。 从近年的高考看，该专题主要以选择题的形式从“酶在代谢中的作用”角度考查酶的本质、种类、作用特性以及与其他生理过程的联系，另外还常以实验题的形式考查与酶特性有关的实验设计。预计2024年高考中该专题仍将从物质与能量的视角考查酶的作用原理与ATP的结构及其功能。
1．(2022·全国卷)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)。
实验组 ① ② ③ ④ ⑤
底物 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
RNA组分 ＋ ＋ － ＋ －
蛋白质组分 ＋ － ＋ － ＋
低浓度Mg2+ ＋ ＋ ＋ － －
高浓度Mg2+ － － － ＋ ＋
产物 ＋ － － ＋ －
根据实验结果可以得出的结论是(　　)
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
C　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，B、D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。
2．(2021·北京卷)ATP是细胞的能量“通货”，关于ATP的叙述错误的是(　　)
A．含有C、H、O、N、P
B．必须在有氧条件下合成
C．胞内合成需要酶的催化
D．可直接为细胞提供能量
[思维培养]
B　解析：ATP中含有腺嘌呤、核糖与磷酸基团，故元素组成为C、H、O、N、P，A正确；在无氧条件下，无氧呼吸过程中也能合成少量ATP，B错误；ATP合成过程中需要ATP合成酶的催化，C正确；ATP是生物体的直接能源物质，可直接为细胞提供能量，D正确。
1．(生活、学习和实践情境)某小组为了解某种加酶洗衣粉对蛋白质的水解作用，将完全相同的蛋白块置于等量适宜浓度的该洗衣粉溶液中，蛋白块消失所需的时间与温度的关系如图所示。下列有关叙述正确的是(　　)
A．该洗衣粉水解脂肪的最适温度也是45 ℃
B．B、C两点催化效率相同且均低于A点的原理相同
C．若改变该洗衣粉溶液的pH，则A点会向左或向右移动
D．若减小该洗衣粉溶液的浓度，A、B、C三点均向上移动
D　解析：分析题图可知，该洗衣粉中的蛋白酶水解蛋白质的最适温度是45 ℃，由于实验没有涉及温度对该洗衣粉中脂肪酶活性的影响，故无法得出该洗衣粉水解脂肪的最适温度，A错误；B、C两点虽催化效率相同，但低于A点的原理不同，30 ℃时蛋白酶的活性受到抑制，酶的空间结构没有发生不可逆变化，而60 ℃时蛋白酶的空间结构发生不可逆改变，B错误；在不同pH条件下，酶的最适温度不变，即改变该洗衣粉溶液的pH，A点不会向左或向右移动，C错误；减小该洗衣粉溶液的浓度，相当于减小其中的酶浓度，催化一定量的底物时，酶浓度越小，反应速率越慢，蛋白块消失所需的时间越长，故A、B、C三点均向上移动，D正确。
2．(科学实验与探究情境)米胚芽是天然的脂肪酶抑制剂原料，从中提取的脂肪酶抑制剂可作为一种良好的减肥药物。为探讨该脂肪酶抑制剂的抑制机理，研究者进行了实验探究：将底物乳液、抑制剂和胰脂肪酶按3种顺序加入，反应相同时间后测定和计算对酶促反应的抑制率，结果如图所示。下列说法错误的是(　　)
顺序1：底物乳液与胰脂肪酶反应10 min后，加入抑制剂；
顺序2：抑制剂与胰脂肪酶混合预热10 min后，加入底物乳液进行反应。
A．上述反应应该在温度为37 ℃、pH为7.6左右的条件下进行
B．顺序3应该是底物乳液与抑制剂混合预热10 min后，加入胰脂肪酶进行反应
C．该脂肪酶抑制剂主要通过与酶结合，阻碍底物—酶的结合达到抑制作用
D．该脂肪酶抑制剂通过抑制脂肪酶发挥作用，阻止脂肪的消化，起到减肥作用
C　解析：本实验的目的是探讨该脂肪酶抑制剂的抑制机理，实验的自变量是抑制剂使用顺序的不同，因变量是抑制率的变化，而温度和pH均为无关变量，实验过程中要求无关变量相同且适宜，因此，该实验需要在 37 ℃、pH 为 7.6 左右的条件下进行，A正确；结合以上分析可知，该实验的自变量是抑制剂、底物和酶的加入顺序变化，因此，顺序 3 应该是底物乳液与抑制剂混合预热10 min后，加入胰脂肪酶进行反应，B正确；根据实验结果可知，顺序3的抑制率最高，这说明该脂肪酶抑制剂主要通过与底物结合，进而阻碍底物—酶的结合来达到抑制作用，C错误；该脂肪酶抑制剂通过抑制脂肪酶与底物的结合，进而发挥阻止脂肪的消化，减少了脂肪分解产物的吸收，因而可起到减肥作用，D正确。
课时质量评价(七)
(建议用时：40分钟)
一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1．(2022·山东青岛模拟)ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内的四种高能磷酸化合物，它们彻底水解的产物只有碱基不同。下列叙述错误的是(　　)
A．ATP不是细胞内唯一的直接能源物质
B．一分子GTP中含有2个特殊的化学键
C．CTP中的“C”是由胞嘧啶和脱氧核糖构成的
D．UTP彻底水解的产物中有碱基尿嘧啶
C　解析：ATP是细胞内的直接能源物质，但不是唯一的，题干信息显示GTP、CTP和UTP也可以直接提供能量，A正确；ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内的四种高能磷酸化合物，它们彻底水解的产物只有碱基不同，说明1分子GTP、CTP和UTP的组成成分也包含3分子磷酸基团、2分子特殊的化学键、1分子碱基、1分子核糖，B正确；CTP中的“C”是由胞嘧啶和核糖构成的，C错误；UTP彻底水解的产物有尿嘧啶、磷酸和核糖，D正确。
2．(2023·广东广州模拟)酪氨酸酶可催化酪氨酸转化为多巴醌，引起果蔬褐变。螺旋藻多糖可与酪氨酸竞争，结合于酪氨酸酶的活性位点，其机制如图甲所示。某科研团队研究了不同浓度螺旋藻多糖对酪氨酸酶促反应速率的影响，实验结果如图乙所示。据此分析下列表述错误的是(　　)
A．螺旋藻多糖与酪氨酸的部分结构相似
B．螺旋藻多糖可被酪氨酸酶催化产生多巴醌
C．添加螺旋藻多糖可抑制果蔬的褐变
D．螺旋藻多糖可降低酪氨酸酶促反应的速率
B　解析：据图可知，螺旋藻多糖与酪氨酸均可与酪氨酸酶结合，说明螺旋藻多糖与酪氨酸的部分结构相似，A正确；酪氨酸酶可催化酪氨酸转化为多巴醌，而螺旋藻多糖不能被催化为多巴醌，B错误；分析题意可知，酪氨酸酶可催化酪氨酸转化为多巴醌，引起果蔬褐变，而添加的螺旋藻多糖能够与酪氨酸竞争性结合酪氨酸酶结合位点，从而使多巴醌的生成减少，可抑制果蔬的褐变，C正确；根据题图可知，螺旋藻多糖对酪氨酸酶活性的影响发生在一定范围内，螺旋藻多糖浓度越高，酪氨酸酶的活性则越低，即螺旋藻多糖可降低酪氨酸酶促反应的速率，D正确。
3．(2021·海南卷)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(　　)
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
B　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“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”可知，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的末端磷酸基团中，C错误；该实验不能说明ATP与ADP的相互转化主要发生在细胞核内，D错误。
4．(2022·广东卷)某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究，结果见下表。下列分析错误的是(　　)
组别 pH CaCl2 温度/℃ 降解率/%
① 9 ＋ 90 38
② 9 ＋ 70 88
③ 9 － 70 0
④ 7 ＋ 70 58
⑤ 5 ＋ 40 30
注：＋/－分别表示有/无添加，反应物为Ⅰ型胶原蛋白
A．该酶的催化活性依赖于CaCl2
B．结合①②组的相关变量分析，自变量为温度
C．该酶催化反应的最适温度70 ℃，最适pH 9
D．尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物
C　解析：分析②③组可知，没有添加CaCl2，降解率为0，说明该酶的催化活性依赖于CaCl2，A正确；分析①②组变量可知，pH均为9，都添加了CaCl2，温度分别为90 ℃、70 ℃，故自变量为温度，B正确；②组酶的活性最高，此时pH为9，温度为70 ℃，但由于温度梯度、pH梯度较大，不能说明最适温度为70 ℃，最适pH为9，C错误；该实验的反应物为Ⅰ型胶原蛋白，要确定该酶能否水解其他反应物还需补充实验，D正确。
5．(2021·湖南卷)某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化，参与细胞信号传递，如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现了蛋白质结构与功能相适应的观点
B．这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，不影响细胞信号传递
C．作为能量“通货”的ATP能参与细胞信号传递
D．蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响
B　解析：通过蛋白质磷酸化和去磷酸化改变蛋白质的空间结构，进而来实现细胞信号的传递，体现了蛋白质结构与功能相适应的观点，A正确；如果这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，将会使该位点无法磷酸化，进而影响细胞信号的传递，B错误；根据题干信息可知，进行细胞信息传递的蛋白质需要磷酸化才能起作用，而ATP为其提供了磷酸基团和能量，从而参与细胞信号传递，C正确；温度会影响蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，进而影响蛋白质磷酸化和去磷酸化反应，D正确。
6．荧光素酶可以催化荧光素氧化成氧化荧光素，在荧光素氧化的过程中会发出荧光。研究人员用不同条件处理荧光素酶后，测定酶浓度与发光强度的关系如下图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．高浓度NaCl溶液经稀释后酶的活性可以恢复
B．高温和Hg2+处理使酶活性降低的原因相同
C．用Mg2+处理荧光素酶可以减少其用量
D．Mg2+处理可使荧光素酶催化荧光素氧化时的活化能升高
D　解析：高浓度NaCl可使蛋白质发生盐析，溶液经稀释后酶的活性可以恢复，A正确；高温和Hg2+处理都会使酶空间结构发生不可逆的改变，酶活性永久性降低，B正确；Mg2+处理荧光素酶后，在较低荧光素酶浓度下就能达到较高发光强度，进而可以减少其用量，C正确；Mg2+处理荧光素酶催化荧光素氧化时，能更显著地降低活化能，D错误。
7．(2022·山东日照三模)磷酸肌酸(C～P)是一种存在于肌肉和其他兴奋性组织(如脑和神经)中的高能磷酸化合物，它和ATP在一定条件下可以相互转化。细胞在急需供能时，在酶的催化下，磷酸肌酸的磷酸基团转移到ADP分子上，余下部分为肌酸(C)，可以在短时间内维持细胞中ATP含量的相对稳定。下列叙述错误的是(　　)
A．1分子ATP水解后可得1分子腺苷、1分子核糖和3分子磷酸
B．磷酸肌酸可作为能量的存储形式，但不能直接为肌肉细胞供能
C．剧烈运动时，肌肉细胞中磷酸肌酸与肌酸含量的比值会有所下降
D．细胞中的磷酸肌酸对于维持ATP含量的相对稳定具有重要作用
A　解析：1分子ATP初步水解可得到1分子ADP和1分子磷酸，ATP彻底水解后得到1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸，A错误；磷酸肌酸可作为能量的存储形式，但不能直接为肌肉细胞供能，直接能源物质是ATP，B正确；剧烈运动时，消耗ATP加快，ADP转化为ATP的速率也加快，磷酸肌酸的磷酸基团转移到ADP分子上，产生肌酸，导致磷酸肌酸和肌酸含量的比值会有所下降，C正确；由题意可知，细胞中的磷酸肌酸对于维持ATP含量的稳定具有重要作用，D正确。
8．除了温度和pH对酶活性有影响外，一些抑制剂也会影响酶的催化效果。下图为酶作用机理及两种抑制剂影响酶活性的机理的示意图。下列说法不正确的是(　　)
A．用胰蛋白酶处理生物膜可改变其通透性
B．酶只能催化一种或一类化学反应，与酶的自身结构有关
C．非竞争性抑制剂可以改变酶的结构，使酶不适于结合底物分子
D．竞争性抑制剂降低酶活性的机理与高温、低温对酶活性抑制的机理相同
D　解析：用胰蛋白酶处理生物膜，膜蛋白被分解，故可改变膜的通透性，A正确。由图可知，酶只能催化一种或一类化学反应，与酶的自身结构有关，B正确。非竞争性抑制剂与酶活性位点以外的其他位点结合，通过改变酶的结构使酶不适于结合底物分子，C正确。竞争性抑制剂和底物争夺酶的同一活性部位，使酶和底物的结合机会减少，从而降低酶对底物的催化反应速率；高温通过改变酶的空间结构降低酶的活性，低温只是抑制酶的活性，在低温下，酶的空间结构没有改变，D错误。
9．蛋白激酶A(PKA)由两个调节亚基和两个催化亚基组成，其活性受cAMP(腺苷酸环化酶催化ATP环化形成)调节(如下图)。活化的PKA催化亚基能将ATP上的磷酸基团转移到特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化，改变这些蛋白的活性。下列有关说法错误的是(　　)
A．调节亚基具有结合cAMP的结构域，催化亚基包含活性位点
B．蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化的过程伴随着ATP的水解
C．ATP不仅是生物的直接供能物质，还是合成cAMP、DNA等物质的原料
D．cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基分离，释放出高活性的催化亚基
C　解析：活化的调节亚基与非活化的催化亚基可在cAMP的作用下产生无活性的调节亚基和游离态、活化的催化亚基，说明调节亚基具有结合cAMP的结构域，催化亚基包含活性位点，A正确；据题干的信息可知，活化的PKA催化亚基可将ATP上的磷酸基团转移到特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化，改变这些蛋白的活性，ATP上的磷酸基团转移的过程即是ATP的水解过程，B正确；腺苷酸环化酶催化ATP环化形成cAMP，故ATP不仅是生物的直接供能物质，还是合成cAMP的原料，但ATP水解后形成的AMP(腺嘌呤核糖核苷酸)是合成RNA的原料，C错误；cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基分离，释放出高活性的催化亚基，D正确。
10．乳糖酶能催化乳糖水解，有两项与此相关的实验，除自变量外，其他实验条件均设置为最适条件，实验结果如下表所示。下列有关叙述正确的是(　　)
实验一(乳糖浓度为10%) 酶浓度 0 1% 2% 4% 5%
相对反应速率 0 25 50 100 200
实验二(酶浓度为2%) 乳糖浓度 0 5% 10% 20% 30%
相对反应速率 0 25 50 65 65
A．实验一若继续增加酶浓度，相对反应速率不再增大
B．实验一若增加乳糖浓度，相对反应速率将降低
C．实验二若继续增加乳糖浓度，相对反应速率不再增大
D．实验二若适当提高反应温度，相对反应速率将增大
C　解析：实验一若继续增加酶浓度，相对反应速率可能继续增大，也可能不变，A错误；实验一若增加乳糖浓度，相对反应速率将升高或不变，B错误；由实验二可知，乳糖浓度为20%和30%时，相对反应速率相等，所以若继续增加乳糖浓度，相对反应速率不再增大，C正确；由题干信息可知，实验二已为最适温度，若适当提高反应温度，酶的活性会降低，相对反应速率将减小，D错误。
二、非选择题
11．回答下列问题：
(1)对细胞来说，能量的获得和利用是通过细胞代谢完成的，细胞代谢是指_________________________________________________________________。
(2)细胞代谢离不开酶和ATP，酶的合成场所是__________________，ATP分子的结构式可简写为________________。
(3)在甲、乙、丙三支试管中分别加入一定量的淀粉溶液和等量的淀粉酶溶液，在均低于最适温度条件下进行反应，产物量随时间的变化曲线如图所示。乙、丙试管温度的大小关系为乙________(填“>”“＝”或“<”)丙。如果适当提高甲试管的温度，则A点如何移动？________(填“上移”“下移”或“不移动”)。
(4)若在丁试管中加入与乙试管等量的淀粉和盐酸，在温度等相同的条件下反应，测得乙试管反应速率远大于丁试管，该结果说明酶具有________，具有该特性的原因是_____________________________________________________________。
解析：(1)细胞代谢是指细胞中每时每刻都进行着许多化学反应。(2)绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，蛋白质的合成场所为核糖体，RNA的合成场所主要为细胞核。ATP为腺苷三磷酸，其结构式可简写为A—P～P～P。(3)根据题意可知，三组实验都是在低于最适温度条件下进行的，而乙组反应达到终点所用时间明显比丙组短，说明乙组酶的活性较高，故乙组试管温度应高于丙组。如果适当提高甲试管的温度，能加快反应的速率，使反应更快到达终点，但不会改变终点，故A点不移动。(4)淀粉在酸性条件下易分解，丁试管中加入的盐酸属于无机催化剂，在温度等其他条件都相同时，乙试管(加酶)反应速率远大于丁试管，说明酶具有高效性，原因是酶降低化学反应活化能的作用更显著。
答案：(1)细胞中每时每刻都进行着许多化学反应　(2)核糖体或细胞核　A—P～P～P　(3)>　不移动　(4)高效性　酶降低化学反应活化能的作用更显著
12．研究者从生物组织中提取出两种酶：酶A和酶B，进行了一系列研究，回答下列问题：
(1)将酶A分为两组，一组遇双缩脲试剂后呈现紫色反应；另一组用RNA酶处理后，不再具有催化活性。这表明酶A含有__________________。
(2)酶B是一种蛋白质，研究者采用定量分析方法测定不同pH对酶B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时，酶B的酶促反应速率会下降，下降的原因可能有三种：
①pH变化破坏了酶B的空间结构，导致酶不可逆失活；
②pH变化影响了底物与酶B的结合和状态，这种影响是可逆的；
③前两种原因同时存在。
现要探究当pH＝5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)：________________________________________
_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
解析：(1)将酶A分成两组，一组遇双缩脲试剂后呈现紫色反应，说明酶A中含有蛋白质，另一组用RNA酶处理后，不再具有催化活性，根据酶的专一性，说明酶A中含有RNA。(2)根据题意可知，若要探究当pH＝5时酶促反应速率下降的原因，可以将酶B在pH＝5的条件下处理一段时间，测定其酶促反应速率。①若pH变化破坏了酶B的空间结构，导致酶不可逆失活，将pH提高到6.8时，酶活性不会恢复，则测定的酶促反应速率仍为b；②若pH变化影响了底物与酶B的结合和状态，这种影响是可逆的，将pH提高到6.8时，酶活性会恢复，则测定的酶促反应速率为a；③若前两种原因同时存在，将pH升高到6.8时，测定的酶促反应速率应该在a、b之间。
答案：(1)蛋白质和RNA　(2)将酶B在pH＝5的条件下处理一段时间后，提高pH至6.8，测定其酶促反应速率。若测定速率为b，则为原因①；若测定速率为a，则为原因②；若b<测定速率(建议用时：40分钟)
一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1．(2022·山东青岛模拟)ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内的四种高能磷酸化合物，它们彻底水解的产物只有碱基不同。下列叙述错误的是(　　)
A．ATP不是细胞内唯一的直接能源物质
B．一分子GTP中含有2个特殊的化学键
C．CTP中的“C”是由胞嘧啶和脱氧核糖构成的
D．UTP彻底水解的产物中有碱基尿嘧啶
2．(2023·广东广州模拟)酪氨酸酶可催化酪氨酸转化为多巴醌，引起果蔬褐变。螺旋藻多糖可与酪氨酸竞争，结合于酪氨酸酶的活性位点，其机制如图甲所示。某科研团队研究了不同浓度螺旋藻多糖对酪氨酸酶促反应速率的影响，实验结果如图乙所示。据此分析下列表述错误的是(　　)
A．螺旋藻多糖与酪氨酸的部分结构相似
B．螺旋藻多糖可被酪氨酸酶催化产生多巴醌
C．添加螺旋藻多糖可抑制果蔬的褐变
D．螺旋藻多糖可降低酪氨酸酶促反应的速率
3．(2021·海南卷)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(　　)
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
4．(2022·广东卷)某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究，结果见下表。下列分析错误的是(　　)
组别 pH CaCl2 温度/℃ 降解率/%
① 9 ＋ 90 38
② 9 ＋ 70 88
③ 9 － 70 0
④ 7 ＋ 70 58
⑤ 5 ＋ 40 30
注：＋/－分别表示有/无添加，反应物为Ⅰ型胶原蛋白
A．该酶的催化活性依赖于CaCl2
B．结合①②组的相关变量分析，自变量为温度
C．该酶催化反应的最适温度70 ℃，最适pH 9
D．尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物
5．(2021·湖南卷)某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化，参与细胞信号传递，如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现了蛋白质结构与功能相适应的观点
B．这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，不影响细胞信号传递
C．作为能量“通货”的ATP能参与细胞信号传递
D．蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响
6．荧光素酶可以催化荧光素氧化成氧化荧光素，在荧光素氧化的过程中会发出荧光。研究人员用不同条件处理荧光素酶后，测定酶浓度与发光强度的关系如下图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．高浓度NaCl溶液经稀释后酶的活性可以恢复
B．高温和Hg2+处理使酶活性降低的原因相同
C．用Mg2+处理荧光素酶可以减少其用量
D．Mg2+处理可使荧光素酶催化荧光素氧化时的活化能升高
7．(2022·山东日照三模)磷酸肌酸(C～P)是一种存在于肌肉和其他兴奋性组织(如脑和神经)中的高能磷酸化合物，它和ATP在一定条件下可以相互转化。细胞在急需供能时，在酶的催化下，磷酸肌酸的磷酸基团转移到ADP分子上，余下部分为肌酸(C)，可以在短时间内维持细胞中ATP含量的相对稳定。下列叙述错误的是(　　)
A．1分子ATP水解后可得1分子腺苷、1分子核糖和3分子磷酸
B．磷酸肌酸可作为能量的存储形式，但不能直接为肌肉细胞供能
C．剧烈运动时，肌肉细胞中磷酸肌酸与肌酸含量的比值会有所下降
D．细胞中的磷酸肌酸对于维持ATP含量的相对稳定具有重要作用
8．除了温度和pH对酶活性有影响外，一些抑制剂也会影响酶的催化效果。下图为酶作用机理及两种抑制剂影响酶活性的机理的示意图。下列说法不正确的是(　　)
A．用胰蛋白酶处理生物膜可改变其通透性
B．酶只能催化一种或一类化学反应，与酶的自身结构有关
C．非竞争性抑制剂可以改变酶的结构，使酶不适于结合底物分子
D．竞争性抑制剂降低酶活性的机理与高温、低温对酶活性抑制的机理相同
9．蛋白激酶A(PKA)由两个调节亚基和两个催化亚基组成，其活性受cAMP(腺苷酸环化酶催化ATP环化形成)调节(如下图)。活化的PKA催化亚基能将ATP上的磷酸基团转移到特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化，改变这些蛋白的活性。下列有关说法错误的是(　　)
A．调节亚基具有结合cAMP的结构域，催化亚基包含活性位点
B．蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化的过程伴随着ATP的水解
C．ATP不仅是生物的直接供能物质，还是合成cAMP、DNA等物质的原料
D．cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基分离，释放出高活性的催化亚基
10．乳糖酶能催化乳糖水解，有两项与此相关的实验，除自变量外，其他实验条件均设置为最适条件，实验结果如下表所示。下列有关叙述正确的是(　　)
实验一(乳糖浓度为10%) 酶浓度 0 1% 2% 4% 5%
相对反应速率 0 25 50 100 200
实验二(酶浓度为2%) 乳糖浓度 0 5% 10% 20% 30%
相对反应速率 0 25 50 65 65
A．实验一若继续增加酶浓度，相对反应速率不再增大
B．实验一若增加乳糖浓度，相对反应速率将降低
C．实验二若继续增加乳糖浓度，相对反应速率不再增大
D．实验二若适当提高反应温度，相对反应速率将增大
二、非选择题
11．回答下列问题：
(1)对细胞来说，能量的获得和利用是通过细胞代谢完成的，细胞代谢是指___________________________________________________________________。
(2)细胞代谢离不开酶和ATP，酶的合成场所是__________________，ATP分子的结构式可简写为________________。
(3)在甲、乙、丙三支试管中分别加入一定量的淀粉溶液和等量的淀粉酶溶液，在均低于最适温度条件下进行反应，产物量随时间的变化曲线如图所示。乙、丙试管温度的大小关系为乙________(填“>”“＝”或“<”)丙。如果适当提高甲试管的温度，则A点如何移动？________(填“上移”“下移”或“不移动”)。
(4)若在丁试管中加入与乙试管等量的淀粉和盐酸，在温度等相同的条件下反应，测得乙试管反应速率远大于丁试管，该结果说明酶具有________，具有该特性的原因是________________________________。
12．研究者从生物组织中提取出两种酶：酶A和酶B，进行了一系列研究，回答下列问题：
(1)将酶A分为两组，一组遇双缩脲试剂后呈现紫色反应；另一组用RNA酶处理后，不再具有催化活性。这表明酶A含有__________________。
(2)酶B是一种蛋白质，研究者采用定量分析方法测定不同pH对酶B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时，酶B的酶促反应速率会下降，下降的原因可能有三种：
①pH变化破坏了酶B的空间结构，导致酶不可逆失活；
②pH变化影响了底物与酶B的结合和状态，这种影响是可逆的；
③前两种原因同时存在。
现要探究当pH＝5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)：_______________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
七　酶和ATP
1．C　解析：ATP是细胞内的直接能源物质，但不是唯一的，题干信息显示GTP、CTP和UTP也可以直接提供能量，A正确；ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内的四种高能磷酸化合物，它们彻底水解的产物只有碱基不同，说明1分子GTP、CTP和UTP的组成成分也包含3分子磷酸基团、2分子特殊的化学键、1分子碱基、1分子核糖，B正确；CTP中的“C”是由胞嘧啶和核糖构成的，C错误；UTP彻底水解的产物有尿嘧啶、磷酸和核糖，D正确。
2．B　解析：据图可知，螺旋藻多糖与酪氨酸均可与酪氨酸酶结合，说明螺旋藻多糖与酪氨酸的部分结构相似，A正确；酪氨酸酶可催化酪氨酸转化为多巴醌，而螺旋藻多糖不能被催化为多巴醌，B错误；分析题意可知，酪氨酸酶可催化酪氨酸转化为多巴醌，引起果蔬褐变，而添加的螺旋藻多糖能够与酪氨酸竞争性结合酪氨酸酶结合位点，从而使多巴醌的生成减少，可抑制果蔬的褐变，C正确；根据题图可知，螺旋藻多糖对酪氨酸酶活性的影响发生在一定范围内，螺旋藻多糖浓度越高，酪氨酸酶的活性则越低，即螺旋藻多糖可降低酪氨酸酶促反应的速率，D正确。
3．B　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“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”可知，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的末端磷酸基团中，C错误；该实验不能说明ATP与ADP的相互转化主要发生在细胞核内，D错误。
4．C　解析：分析②③组可知，没有添加CaCl2，降解率为0，说明该酶的催化活性依赖于CaCl2，A正确；分析①②组变量可知，pH均为9，都添加了CaCl2，温度分别为90 ℃、70 ℃，故自变量为温度，B正确；②组酶的活性最高，此时pH为9，温度为70 ℃，但由于温度梯度、pH梯度较大，不能说明最适温度为70 ℃，最适pH为9，C错误；该实验的反应物为Ⅰ型胶原蛋白，要确定该酶能否水解其他反应物还需补充实验，D正确。
5．B　解析：通过蛋白质磷酸化和去磷酸化改变蛋白质的空间结构，进而来实现细胞信号的传递，体现了蛋白质结构与功能相适应的观点，A正确；如果这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，将会使该位点无法磷酸化，进而影响细胞信号的传递，B错误；根据题干信息可知，进行细胞信息传递的蛋白质需要磷酸化才能起作用，而ATP为其提供了磷酸基团和能量，从而参与细胞信号传递，C正确；温度会影响蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，进而影响蛋白质磷酸化和去磷酸化反应，D正确。
6．D　解析：高浓度NaCl可使蛋白质发生盐析，溶液经稀释后酶的活性可以恢复，A正确；高温和Hg2+处理都会使酶空间结构发生不可逆的改变，酶活性永久性降低，B正确；Mg2+处理荧光素酶后，在较低荧光素酶浓度下就能达到较高发光强度，进而可以减少其用量，C正确；Mg2+处理荧光素酶催化荧光素氧化时，能更显著地降低活化能，D错误。
7．A　解析：1分子ATP初步水解可得到1分子ADP和1分子磷酸，ATP彻底水解后得到1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸，A错误；磷酸肌酸可作为能量的存储形式，但不能直接为肌肉细胞供能，直接能源物质是ATP，B正确；剧烈运动时，消耗ATP加快，ADP转化为ATP的速率也加快，磷酸肌酸的磷酸基团转移到ADP分子上，产生肌酸，导致磷酸肌酸和肌酸含量的比值会有所下降，C正确；由题意可知，细胞中的磷酸肌酸对于维持ATP含量的稳定具有重要作用，D正确。
8．D　解析：用胰蛋白酶处理生物膜，膜蛋白被分解，故可改变膜的通透性，A正确。由图可知，酶只能催化一种或一类化学反应，与酶的自身结构有关，B正确。非竞争性抑制剂与酶活性位点以外的其他位点结合，通过改变酶的结构使酶不适于结合底物分子，C正确。竞争性抑制剂和底物争夺酶的同一活性部位，使酶和底物的结合机会减少，从而降低酶对底物的催化反应速率；高温通过改变酶的空间结构降低酶的活性，低温只是抑制酶的活性，在低温下，酶的空间结构没有改变，D错误。
9．C　解析：活化的调节亚基与非活化的催化亚基可在cAMP的作用下产生无活性的调节亚基和游离态、活化的催化亚基，说明调节亚基具有结合cAMP的结构域，催化亚基包含活性位点，A正确；据题干的信息可知，活化的PKA催化亚基可将ATP上的磷酸基团转移到特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化，改变这些蛋白的活性，ATP上的磷酸基团转移的过程即是ATP的水解过程，B正确；腺苷酸环化酶催化ATP环化形成cAMP，故ATP不仅是生物的直接供能物质，还是合成cAMP的原料，但ATP水解后形成的AMP(腺嘌呤核糖核苷酸)是合成RNA的原料，C错误；cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基分离，释放出高活性的催化亚基，D正确。
10．C　解析：实验一若继续增加酶浓度，相对反应速率可能继续增大，也可能不变，A错误；实验一若增加乳糖浓度，相对反应速率将升高或不变，B错误；由实验二可知，乳糖浓度为20%和30%时，相对反应速率相等，所以若继续增加乳糖浓度，相对反应速率不再增大，C正确；由题干信息可知，实验二已为最适温度，若适当提高反应温度，酶的活性会降低，相对反应速率将减小，D错误。
11．解析：(1)细胞代谢是指细胞中每时每刻都进行着许多化学反应。(2)绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，蛋白质的合成场所为核糖体，RNA的合成场所主要为细胞核。ATP为腺苷三磷酸，其结构式可简写为A—P～P～P。(3)根据题意可知，三组实验都是在低于最适温度条件下进行的，而乙组反应达到终点所用时间明显比丙组短，说明乙组酶的活性较高，故乙组试管温度应高于丙组。如果适当提高甲试管的温度，能加快反应的速率，使反应更快到达终点，但不会改变终点，故A点不移动。(4)淀粉在酸性条件下易分解，丁试管中加入的盐酸属于无机催化剂，在温度等其他条件都相同时，乙试管(加酶)反应速率远大于丁试管，说明酶具有高效性，原因是酶降低化学反应活化能的作用更显著。
答案：(1)细胞中每时每刻都进行着许多化学反应　(2)核糖体或细胞核　A—P～P～P　(3)>　不移动　(4)高效性　酶降低化学反应活化能的作用更显著
12．解析：(1)将酶A分成两组，一组遇双缩脲试剂后呈现紫色反应，说明酶A中含有蛋白质，另一组用RNA酶处理后，不再具有催化活性，根据酶的专一性，说明酶A中含有RNA。(2)根据题意可知，若要探究当pH＝5时酶促反应速率下降的原因，可以将酶B在pH＝5的条件下处理一段时间，测定其酶促反应速率。①若pH变化破坏了酶B的空间结构，导致酶不可逆失活，将pH提高到6.8时，酶活性不会恢复，则测定的酶促反应速率仍为b；②若pH变化影响了底物与酶B的结合和状态，这种影响是可逆的，将pH提高到6.8时，酶活性会恢复，则测定的酶促反应速率为a；③若前两种原因同时存在，将pH升高到6.8时，测定的酶促反应速率应该在a、b之间。
答案：(1)蛋白质和RNA　(2)将酶B在pH＝5的条件下处理一段时间后，提高pH至6.8，测定其酶促反应速率。若测定速率为b，则为原因①；若测定速率为a，则为原因②；若b<测定速率第三单元　细胞的能量供应和利用
第7课　酶和ATP
学业质量水平要求
1．通过关于酶本质的探索和学习，认识酶的化学本质，总结出酶的作用，并能设计实验证明酶的作用及化学本质。(生命观念、科学思维、科学探究)
2．通过分析与综合，明确酶的高效性和专一性的含义，并学会设计实验，探究酶的专一性和温度、pH等对酶促反应的影响，进而明确酶在生产和生活中的应用。(科学探究、科学思维、社会责任)
3．基于对细胞生命活动实例的分析，结合ATP的结构特点，认同结构和功能相适应的观点。(生命观念、科学思维)
层级一
构建必备知识 培养关键能力
01
考点一　酶的本质、作用和特性
考点二　(探究·实践)探究影响酶活性的因素
考点三　ATP
考点一　酶的本质、作用和特性
1．酶本质的探索历程(连线)
答案：
①—f　
②—a　
③—c　
④—d、e　
⑤—b
2．酶的本质及作用
化学本质 绝大多数是______ 少数是______
合成原料 ______ __________
合成场所 ______ 主要是细胞核(真核细胞)
来源 一般来说，活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生酶 作用场所 细胞内、外或生物体外 生理功能 ____作用 蛋白质
RNA
氨基酸
核糖核苷酸
核糖体
催化
3．酶的作用机理分析(如下图)
①为________的反应曲线；
②为__________的反应曲线；
③为________________的反应曲线。
有酶催化
没有催化剂
有无机催化剂催化
酶降低的活化能
催化
降低
4．酶的催化特性(连线)
答案：①—b　②—a　③—c
5．比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验过程。
步骤
相同处理 向4支试管中分别加入2 mL ________溶液 过氧化氢
不同 处理 不处理 放在90 ℃左右的水浴中加热 滴入2滴FeCl3溶液 滴入2滴
肝脏研磨液
现 象 气泡 基本无 __ 较多 ____
带火星 卫生香 无复燃 __复燃 复燃性 较强 __________
少
很多
有
复燃性很强
(2)变量分析。
(3)实验结论：酶具有____作用，同无机催化剂相比，催化效率更__。
产生气泡的数目多少
温度
催化
高
6．淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
(1)实验原理。
①淀粉和蔗糖都是________，葡萄糖、果糖、麦芽糖都是______。
②________能鉴定溶液中有无还原糖。
③淀粉酶能催化淀粉水解为还原糖，不能催化蔗糖水解。
非还原糖
还原糖
斐林试剂
(2)实验步骤。
序号 操作步骤 试管1 试管2
1 注入可溶性淀粉溶液 2 mL —
2 注入蔗糖溶液 — __ mL
3 注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
4 振荡混匀，将试管的下半部浸到60 ℃左右的热水中，保温5 min 2
(3)实验结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。这说明酶具有______。
序号 操作步骤 试管1 试管2
5 取出试管，各加入2 mL________，振荡摇匀 6 将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中，煮沸1 min，观察颜色变化 __________ ______
斐林试剂
砖红色沉淀
淡蓝色
专一性
1．由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性。 ( )
2．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物。 ( )
3．酶提供了反应过程中所必需的活化能。 ( )
4．酶活性的发挥离不开其特定的结构。 ( )
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。
( )
6．酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸。 ( )
7．唾液淀粉酶催化反应的最适温度和保存温度都是37 ℃。 ( )
×
√
×
√
×
×
×
【教材细节命题】
1．(必修1 P82“探究·实践”)已知胃蛋白酶的最适pH为1.5，小肠液的pH为7.6，胃蛋白酶随食糜进入小肠后还能发挥作用吗？____。为什么？________________________________________________________________。
不能
因为没有了适宜的pH，胃蛋白酶活性大大下降甚至失活，不再发挥作用
2．(必修1 P85“科学·技术·社会”)溶菌酶为什么具有抗菌消炎的作用？______________________________________________。细菌性溶菌酶____(填“能”或“不能”)用于真菌感染。为什么？_________________________________________________________________________________。
溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁，起到抗菌消炎的作用
不能
和细菌细胞壁的成分不同和酶具有专一性等原因，细菌性溶菌酶不能用于真菌感染
由于真菌
1．酶相关模型的构建与解读
(1)酶的高效性。
①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
②酶和无机催化剂一样，只能缩短达到化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的平衡点。
(2)酶的专一性。

①加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。
②加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶A对此反应有催化作用。
(3)影响酶活性的因素。
图甲曲线分析：
①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。
②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，酶分子的结构未被破坏，温度升高可恢复活性。
图乙曲线分析：
纵坐标为反应物剩余量，剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢；图示pH＝7时，反应物剩余量最少，应为最适pH；反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
(4)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响。
①图甲：在其他条件适宜、
酶量一定的情况下，酶促反
应速率先随底物浓度增加而
加快，当底物达到一定浓度
后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。
②图乙：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。
2．影响因素制约酶活性的机理
(1)高温、过酸、过碱——可破坏酶分子的空间结构而导致酶永久性失活(不可逆转)。
(2)低温——仅抑制酶活性，并不破坏酶分子的空间结构，当温度适当升高时活性可恢复。
(3)酶活性还受某些激活剂或抑制剂的影响，前者可提升酶活性，后者则降低酶活性。
1
2
3
4
考向1| 酶的本质、作用和特性
1．(2022·湖南卷)洗涤剂中的碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活。此外，加热也能使碱性蛋白酶失活，如图所示。下列叙述错误的是(　　)
1
2
3
4
A．碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活
B．加热导致碱性蛋白酶构象改变是不可逆的
C．添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果
D．添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染
1
2
3
4
B　解析：由题“部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活”可知，碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活，A正确；由图可知，加热导致碱性蛋白酶由天然状态变为部分解折叠，部分解折叠的碱性蛋白酶降温后可恢复到天然状态，因此部分加热导致的碱性蛋白酶构象改变是可逆的，B错误；碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，而且加热也能使碱性蛋白酶失活，会降低加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果，添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果，C正确；酶具有高效性，碱性蛋白酶能使蛋白质水解成多肽和氨基酸，具有很强的分解蛋白质的能力，可有效地清除汗渍、奶渍、酱油渍等污渍，添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染，D正确。
1
2
3
4
2．下列有关酶的叙述，正确的是(　　)
A．酶的催化效率比无机催化剂更高是因为酶能降低反应的活化能
B．酶都是在核糖体上合成的，但不一定需要内质网和高尔基体的加工
C．在最适温度和最适pH的条件下，酶对细胞代谢的调节作用最强
D．酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应
1
2
3
4
D　解析：酶和无机催化剂都能降低反应的活化能，酶在降低反应的活化能方面比无机催化剂更显著，因而催化效率更高，A错误；酶不都在核糖体上合成，如某些化学本质是RNA的酶，蛋白质类酶的合成也不一定需要内质网和高尔基体的参与，B错误；酶在细胞代谢中有催化作用，在最适温度和最适pH的条件下，酶的催化作用最强，C错误；酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应，D正确。
1
2
3
4
考向2| 影响酶活性的因素
3．(2022·浙江6月选考)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(　　)
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
1
2
3
4
B　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，酶活性降低甚至失活，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，淀粉酶会被水解，则淀粉的水解速率会变慢，D错误。
1
2
3
4
4．下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．淀粉溶液量
B．pH
C．温度
D．唾液量
1
2
3
4
A　解析：改变底物的量，产物的量则会减少，图中对照组的还原糖生成量一直多于实验组的还原糖生成量，故改变的是淀粉溶液量，即降低了底物的量，A正确；改变pH或温度(会影响酶的活性)及改变唾液淀粉酶的量，都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，B、C、D错误。
考点二　(探究·实践)探究影响酶活性的因素
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
__________，滴加碘液，根据________________________来判断酶的活性。
淀粉的水解
是否出现蓝色及蓝色的深浅
(2)实验材料。
质量分数为2%的淀粉酶溶液、体积分数为3%的可溶性淀粉溶液、热水、蒸馏水、冰块、碘液(相关用具省略)。
(3)实验步骤。
序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
1 加入等量的可溶性淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL
2 控制不同的温度条件 冰块 (5 min) 60 ℃温水 (5 min) 沸水
(5 min)
(4)实验结论：温度过高、过低都会影响酶的活性，适宜温度下酶的活性最高。
序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
3 加入等量的新鲜唾液淀粉酶溶液 1 mL (5 min) 1 mL (5 min) 1 mL
(5 min)
4 加入等量的碘液 2滴 2滴 2滴
5 观察实验现象 ____ __________ ____
蓝色
无蓝色出现
蓝色
2．探究pH对酶活性的影响
(1)实验原理：__________________________。pH影响酶的活性，从而影响O2的生成速率，可用__________________的情况来检验O2的生成速率。
(2)实验材料。
质量分数为20%的肝脏研磨液、体积分数为3%的过氧化氢溶液、物质的量浓度为0.01 mol/L的HCl溶液、物质的量浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液、蒸馏水等。
2H2O2 2H2O＋O2
过氧化氢酶
带火星的卫生香燃烧
(3)实验步骤。
序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
1 加入等量的过氧化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴
2 加入等量的不同pH的溶液 1 mL 蒸馏水 1 mL 0.01 mol/L的HCl溶液 1 mL 0.01 mol/L的NaOH溶液
序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
3 加入等量的体积分数为3%的过氧化氢溶液 2 mL 2 mL 2 mL
4 观察实验现象 ________ ________ _____ _____ _____
_____
5 将带火星的卫生香插入试管内液面的上方 燃烧剧烈 不燃烧 不燃烧
(4)实验结论：过酸、过碱都会影响酶的活性，适宜pH下酶的活性最高。
无气泡
产生
有大量
气泡产生
无气泡
产生
1．酶活性最高时的温度不适合酶的保存。 ( )
2．温度和pH通过影响酶活性，进而影响酶促反应速率；底物浓度和酶浓度也能影响酶促反应速率，但并未改变酶活性。 ( )
3．低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构。 ( )
4．若探究温度对淀粉酶活性的影响，可选择过氧化氢溶液作为底物。
( )
5．温度过高、低温都能使酶活性降低，二者的作用原理不同。 ( )
×
√
√
×
√
1．实验材料选择时的注意事项
(1)在探究温度对酶活性的影响实验中，不能选择过氧化氢和过氧化氢酶作为实验材料，因为过氧化氢在常温下就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。
(2)在探究pH对酶活性的影响实验中，不宜选用淀粉和淀粉酶作为实验材料，因为在酸性条件下淀粉分解也会加快，从而影响实验结果。
2．实验步骤和结果检测的注意事项
(1)在探究温度对酶活性的影响实验中，底物和酶溶液应先分别在预设的温度中保温一段时间后再混合，保证反应从一开始就是预设的温度。
(2)在探究pH对酶活性的影响实验中，宜先保证酶的最适温度(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。
(3)若选择淀粉和淀粉酶来探究温度对酶活性的影响，检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不能选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需要水浴加热，而该实验需严格控制温度。
1
2
3
4
考向1| 影响酶活性的因素的基础实验分析
1．(2023·广东深圳模拟)红平菇对纤维素的降解是菌丝分泌纤维素酶作用的结果，纤维素酶活性影响菌株对培养基质的降解能力，影响红平菇的生产周期。某研究团队研究了温度对红平菇纤维素酶活性的影响，结果如下图所示。下列分析错误的是(　　)
1
2
3
4
A．纤维素酶活性的测定可以用单位时间内纤维素的降解量表示
B．该实验结果表明40 ℃为红平菇纤维素酶的最适温度
C．高温或低温对酶活性的影响机理不同
D．为指导生产，还可在此实验基础上测定pH等因素对纤维素酶活性的影响
1
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B　解析：酶活性可以用单位时间内反应物的降解量或产物的生成量来表示，A正确；该实验结果表明纤维素酶的最适温度在30 ℃到50 ℃之间，不一定是40 ℃，B错误；高温破坏酶的空间结构，低温没有破坏酶的空间结构，只是抑制了酶活性，C正确；为指导生产，还需要在此实验基础上测定pH等因素对纤维素酶活性的影响，才能确定适合红平菇生长的最适条件，D正确。
1
2
3
4
2．(2021·海南卷)某种酶的催化反应速率随温度和时间变化的趋势如图所示。据图分析，下列有关叙述错误的是(　　)
A．该酶可耐受一定的高温
B．在t1时，该酶催化反应速率随温度升
高而增大
C．不同温度下，该酶达到最大催化反应速率时所需时间不同
D．相同温度下，在不同反应时间该酶的催化反应速率不同
1
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D　解析：由题图可知，该酶在70 ℃条件下仍具有一定的活性，故该酶可以耐受一定的高温，A正确；由图可知，在t1时，酶促反应速率随温度升高而增大，B正确；由题图可知，在不同温度下，该酶达到最大催化反应速率(曲线变平缓)时所需时间不同，其中70 ℃达到该温度下的最大反应速率时间最短，C正确；相同温度下，不同反应时间内该酶的反应速率可能相同，如达到最大反应速率(曲线平缓)之后的反应速率相同，D错误。
1
2
3
4
考向2| 实验的拓展和应用
3．某同学欲通过下图所示的装置进行与酶有关的实验研究，下列分析正确的是(　　)
A．若不同滤纸片上分别附有等量过氧化氢酶、
Fe3+，则该装置可用于探究酶的专一性
B．该装置可用于探究温度对过氧化氢酶活性的影响
C．酶促反应速率可用滤纸片进入烧杯液面到浮出
烧杯液面的时间(t3－t1)来表示
D．该装置不能用于探究pH对酶活性的影响
1
2
3
4
C　解析：若滤纸片上分别附有过氧化氢酶、Fe3+，自变量是不同的催化剂，可用来探究酶的高效性，A错误；过氧化氢在高温下分解会加快，故不能选择过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响，B错误；该装置可以用来探究pH对酶活性的影响，D错误。
1
2
3
4
4．(2021·湖北卷)使酶的活性下降或丧失的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂主要有两种类型：一类是可逆抑制剂(与酶可逆结合，酶的活性能恢复)；另一类是不可逆抑制剂(与酶不可逆结合，酶的活性不能恢复)。已知甲、乙两种物质(能通过透析袋)对酶A的活性有抑制作用。
实验材料和用具：蒸馏水，酶A溶液，甲物质溶液，乙物质溶液，透析袋(人工合成半透膜)，试管，烧杯等。
为了探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，提出以下实验设计思路。请完善该实验设计思路，并写出实验预期结果。
1
2
3
4
(1)实验设计思路
取________支试管(每支试管代表一个组)，各加入等量的酶A溶液，再分别加等量____________________，一段时间后，测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液，再测定各自的酶活性。
(2)实验预期结果与结论
若出现结果①：__________________________________________。
结论①：甲、乙均为可逆抑制剂。
若出现结果②：__________________________________________。
1
2
3
4
结论②：甲、乙均为不可逆抑制剂。
若出现结果③：________________________________________。
结论③：甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂。
若出现结果④：__________________________________________。
结论④：甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂。
1
2
3
4
解析：(1)由题可知，实验目的是探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，则实验的自变量为甲、乙物质的有无，因变量为酶A的活性，实验设计应遵循对照与单一变量原则，故可设计实验如下：取2支试管各加入等量的酶A溶液，再分别加等量甲物质溶液、乙物质溶液(单一变量和对照原则)；一段时间后，测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理；透析后，从透析袋中取出酶液，测定各自的酶活性。
1
2
3
4
(2)由题可知，物质甲和物质乙对酶A的活性有抑制，但作用机理未知，且透析前有物质甲和乙的作用，透析后无物质甲和物质乙的作用，前后对照可推测两种物质的作用机理，可能的情况有：①甲、乙均为可逆抑制剂，则酶的活性能恢复，故透析后，两组的酶活性均比透析前酶的活性高。②甲、乙均为不可逆抑制剂，则两组中酶的活性均不能恢复，故透析前后，两组的酶活性均不变。③甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂，则甲组中酶活性可以恢复，而乙组不能恢复，故加甲物质溶液组，透析后酶活性比透析前高；加乙物质溶液组，透析前后酶活性不变。④甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂，则甲组中酶活性不能恢复，而乙组能恢复，故加甲物质溶液组，透析前后酶活性不变；加乙物质溶液组，透析后酶活性比透析前高。
1
2
3
4
答案：(1)2　甲物质溶液、乙物质溶液　(2)透析后，两组的酶活性均比透析前酶的活性高　透析前后，两组的酶活性均不变　加甲物质溶液组，透析后酶活性比透析前高；加乙物质溶液组，透析前后酶活性不变　加甲物质溶液组，透析前后酶活性不变；加乙物质溶液组，透析后酶活性比透析前高
考点三　ATP
1．ATP的组成元素：__________________。
2．ATP的分子结构
(1)分子结构式：______________(简写)。
C、H、O、N、P
A—P～P～P
(2)组成图解(填出各部分名称)。
由结构式可看出，ATP的结构特点
可用“一、二、三”来总结，即一
个____、二个____________、三个
________。
腺嘌呤
核糖
一种特殊的化学键
腺苷(A)
磷酸基团
腺嘌呤核糖核苷酸
腺苷
特殊的化学键
磷酸基团
3．ATP与ADP的相互转化
(1)转化基础：ATP的化学性质不稳定，末端磷酸基团具有较高的________。
(2)ATP和ADP的相互转化过程比较
比较内容 ATP水解 ATP合成
反应式 ____________________________
酶 ____________ ATP合成酶
转移势能
ADP＋Pi＋能量ATP
ATP水解酶
比较内容 ATP水解 ATP合成
场所 活细胞内多种场所 __________、线粒体、________(植物细胞)
能量转化 放能 _____
能量来源 ____________ 呼吸作用、_________
能量去向 用于各项生命活动 储存在ATP中
细胞质基质
叶绿体
吸能
ATP的水解
光合作用
4．ATP为主动运输供能(以Ca2+主动运输为例)
(1)参与Ca2+主动运输的________是一种能催化_____水解的酶。当膜内侧的Ca2+与其相应位点结合时，酶活性被激活。
(2)在________的作用下，ATP分子的末端__________脱离下来与________结合，这一过程伴随着______的转移，即______________。
(3)载体蛋白磷酸化导致其__________发生变化，使Ca2+的结合位点转向膜外侧，将Ca2+释放到膜外。
载体蛋白
ATP
载体蛋白
磷酸基团
载体蛋白
能量
载体蛋白的磷酸化
空间结构
1．ATP与ADP时刻不停地进行相互转化。 ( )
2．ATP水解释放的能量可用于细胞内的放能反应。 ( )
3．无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源。 ( )
4．DNA与ATP中所含元素的种类相同。 ( )
5．ATP的结构简式为A—P～P～P，“A”代表腺苷，“P”代表磷酸基团。 ( )
×
√
×
√
√
【教材细节命题】
1．(必修1 P87正文)人体内，在剧烈运动时，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP，以供运动之需，但人体内ATP总含量并没有太大变化，请分析原因：________________________________________________
______________。
2．(必修1 P89阅读材料拓展)“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星。”诗中描述的萤火虫发光的原理是__________________________________________________________
__________________________________________________________。
ATP与ADP时刻不停地快速地发生相互转化，并且处于
动态平衡之中
萤火虫尾部细胞中的荧光素接受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，形成氧化荧光素而发光
1．概括ATP与核苷酸的关系
2．比较以下四种结构中“A”的含义
结构 “A”的名称 “A”的分子组成
① 腺苷 腺嘌呤和核糖
② 腺嘌呤脱氧核苷酸 1分子腺嘌呤、1分子脱氧核糖和1分子磷酸
③ 腺嘌呤核糖核苷酸 1分子腺嘌呤、1分子核糖和1分子磷酸
④ 腺嘌呤 —
3．ATP的再生和利用图解
4．ATP产生量与O2供给量的关系分析
(1)A点为无氧条件下，细胞可通过无
氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。
(2)AB段随O2供给量增多，有氧呼吸
明显加强，ATP产生量逐渐增多。
(3)BC段O2供给量超过一定范围后，ATP的产生量不再增加，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸基团等。
考向1| ATP的结构和功能
1．(2022·浙江1月选考改编)下列关于腺苷三磷酸分子的叙述，正确的是(　　)
A．由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成
B．分子中与磷酸基团相连接的化学键称为特殊化学键
C．在水解酶的作用下不断地合成和水解
D．是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
D　解析：1分子的ATP是由1分子核糖、1分子腺嘌呤和3分子磷酸基团组成的，A错误；ATP分子的结构式可以简写成A—P～P～P，磷酸基团与磷酸基团相连接的化学键是一种特殊的化学键，B错误；在水解酶的作用下ATP水解，在合成酶的作用下ADP和磷酸吸收能量合成ATP，C错误；吸能反应一般与ATP的分解相联系，放能反应一般与ATP的合成相联系，故吸能反应和放能反应之间的纽带就是ATP，D正确。
2．ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，
下图是ATP的分子结构图，下列
分析正确的是(　　)
A．圆圈内所示为含氮碱基腺嘌呤
B．方框内所示为腺嘌呤核糖核苷酸
C．细胞合成蛋白质时利用①断裂释放的能量
D．②在光合作用过程中容易形成但不易断裂
A　解析：ATP由腺嘌呤、核糖、磷酸基团(三个)构成，有两个特殊的化学键(图中①②)。图中圆圈内为腺嘌呤，A正确；腺嘌呤与核糖一起形成方块内的结构，即腺苷，B错误；合成蛋白质时，利用ATP中远离A的那个磷酸基团脱离，即②断裂供能，C错误；光合作用过程中，ATP中远离A的那个磷酸基团容易结合，也容易脱离，光反应阶段ADP与Pi利用光能形成ATP，而暗反应阶段ATP水解(即②断裂)供能，D错误。
考向2| ATP与ADP的相互转化
3．(2022·湖北黄冈模拟)下图表示
ATP与ADP的相互转化过程，下列
相关叙述错误的是(　　)
A．图中的M指的是腺嘌呤，N指的是核糖
B．食物为ATP充电指的是呼吸作用分解来自食物中的有机物产能
C．运动时肌肉细胞中ATP的充电速率远高于其放能速率
D．ATP的“充电”和“放能”所需要的酶不同
C　解析：根据题图判断，M指的是腺嘌呤，N指的是核糖，A正确；食物中稳定的化学能转化成ATP中活跃的化学能，需通过呼吸作用来完成，B正确；ATP的合成和分解速率始终处于一种动态平衡状态，C错误；酶具有专一性，故ATP的合成和分解所需要的酶不同，D正确。
【易错提醒】ATP理解的两点提醒
(1)ATP不等同于能量：ATP是与能量有关的一种高能磷酸化合物，水解时会释放出大量的能量。
(2)ATP与ADP的相互转化不可逆：从物质方面来看是可逆的，但从酶、进行的场所、能量等方面来看是不可逆的。
层级二
凝练学科素养 探析高考命题
02
【命题动态】酶和ATP是细胞代谢有序进行的必备物质和条件。“酶”的内容主要包括酶的化学本质、作用特性以及对相关实验的分析和设计；“ATP”的内容主要包括ATP的结构及其在能量供应系统中的作用。 从近年的高考看，该专题主要以选择题的形式从“酶在代谢中的作用”角度考查酶的本质、种类、作用特性以及与其他生理过程的联系，另外还常以实验题的形式考查与酶特性有关的实验设计。预计2024年高考中该专题仍将从物质与能量的视角考查酶的作用原理与ATP的结构及其功能。
1．(2022·全国卷)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)。
实验组 ① ② ③ ④ ⑤
底物 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
RNA组分 ＋ ＋ － ＋ －
蛋白质组分 ＋ － ＋ － ＋
低浓度Mg2+ ＋ ＋ ＋ － －
高浓度Mg2+ － － － ＋ ＋
产物 ＋ － － ＋ －
根据实验结果可以得出的结论是(　　)
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
C　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，B、D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。
2．(2021·北京卷)ATP是细胞的能量“通货”，关于ATP的叙述错误的是(　　)
A．含有C、H、O、N、P
B．必须在有氧条件下合成
C．胞内合成需要酶的催化
D．可直接为细胞提供能量
[思维培养]
B　解析：ATP中含有腺嘌呤、核糖与磷酸基团，故元素组成为C、H、O、N、P，A正确；在无氧条件下，无氧呼吸过程中也能合成少量ATP，B错误；ATP合成过程中需要ATP合成酶的催化，C正确；ATP是生物体的直接能源物质，可直接为细胞提供能量，D正确。
1．(生活、学习和实践情境)某小组为了解某种加酶洗衣
粉对蛋白质的水解作用，将完全相同的蛋白块置于等量
适宜浓度的该洗衣粉溶液中，蛋白块消失所需的时间与
温度的关系如图所示。下列有关叙述正确的是(　　)
A．该洗衣粉水解脂肪的最适温度也是45 ℃
B．B、C两点催化效率相同且均低于A点的原理相同
C．若改变该洗衣粉溶液的pH，则A点会向左或向右移动
D．若减小该洗衣粉溶液的浓度，A、B、C三点均向上移动
D　解析：分析题图可知，该洗衣粉中的蛋白酶水解蛋白质的最适温度是45 ℃，由于实验没有涉及温度对该洗衣粉中脂肪酶活性的影响，故无法得出该洗衣粉水解脂肪的最适温度，A错误；B、C两点虽催化效率相同，但低于A点的原理不同，30 ℃时蛋白酶的活性受到抑制，酶的空间结构没有发生不可逆变化，而60 ℃时蛋白酶的空间结构发生不可逆改变，B错误；在不同pH条件下，酶的最适温度不变，即改变该洗衣粉溶液的pH，A点不会向左或向右移动，C错误；减小该洗衣粉溶液的浓度，相当于减小其中的酶浓度，催化一定量的底物时，酶浓度越小，反应速率越慢，蛋白块消失所需的时间越长，故A、B、C三点均向上移动，D正确。
2．(科学实验与探究情境)米胚芽是天然的脂肪酶抑制剂原料，从中提取的脂肪酶抑制剂可作为一种良好的减肥药物。为探讨该脂肪酶抑制剂的抑制机理，研究者进行了实验探究：将底物乳液、抑制剂和胰脂肪酶按3种顺序加入，反应相同时间后测定和计算对酶促反应的抑制率，结果如图所示。下列说法错误的是(　　)
顺序1：底物乳液与胰脂肪酶反应10 min后，加入抑制剂；
顺序2：抑制剂与胰脂肪酶混合预热10 min后，加入底物乳液进行反应。
A．上述反应应该在温度为37 ℃、pH为7.6左右的条件下进行
B．顺序3应该是底物乳液与抑制剂混合预热10 min后，加入胰脂肪酶进行反应
C．该脂肪酶抑制剂主要通过与酶结合，阻碍底物—酶的结合达到抑制作用
D．该脂肪酶抑制剂通过抑制脂肪酶发挥作用，阻止脂肪的消化，起到减肥作用
C　解析：本实验的目的是探讨该脂肪酶抑制剂的抑制机理，实验的自变量是抑制剂使用顺序的不同，因变量是抑制率的变化，而温度和pH均为无关变量，实验过程中要求无关变量相同且适宜，因此，该实验需要在 37 ℃、pH 为 7.6 左右的条件下进行，A正确；结合以上分析可知，该实验的自变量是抑制剂、底物和酶的加入顺序变化，因此，顺序 3 应该是底物乳液与抑制剂混合预热10 min后，加入胰脂肪酶进行反应，B正确；根据实验结果可知，顺序3的抑制率最高，这说明该脂肪酶抑制剂主要通过与底物结合，进而阻碍底物—酶的结合来达到抑制作用，C错误；该脂肪酶抑制剂通过抑制脂肪酶与底物的结合，进而发挥阻止脂肪的消化，减少了脂肪分解产物的吸收，因而可起到减肥作用，D正确。

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