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第2讲　酶和ATP
必修1 分子与细胞
第三单元　细胞代谢
一、酶的作用和本质
1．酶在细胞代谢中的作用
(1)比较过氧化氢在不同条件下的分解
①实验过程
对照
少量
促进过
氧化氢
发亮
过氧化氢酶
燃烧猛烈
更高
考点1　酶的本质、作用和特性
②变量分析
　　　　　　　　　　
过氧化氢分解的不同条件
产生
气泡数目
温度
新鲜程度
(2)分析酶的作用原理曲线
①无酶催化的反应曲线是__，有酶催化的反应曲线是__。
②ca段的含义是在无催化剂的条件下，反应所需要的活化能；ba段的含义是______________。
③该反应中，若将酶催化改为无机催化剂催化，则b点在纵轴上将____移动。
④酶的作用原理是____________________。与无机催化剂相比，酶________________更显著，催化效率更高。
乙
甲
酶降低的活化能
向上
降低化学反应的活化能
降低活化能的作用
2．酶的本质
(1)酶本质的探索历程(连线)
提示：①—f　②—a　③—c　④—d、e　⑤—b
(2)归纳酶的本质
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、外或生物体外均可 生理功能 ________ 蛋白质
RNA
氨基酸
核糖核苷酸
核糖体
催化作用
二、酶的特性
1．高效性：酶的催化效率是无机催化剂的107～1013倍。
2．专一性：每一种酶只能催化__________化学反应。
3．作用条件较温和：在__________________条件下，酶的活性最高。________________会使酶的空间结构遭到破坏而失活；____条件下，酶的活性很低，但空间结构稳定。
一种或一类
最适宜的温度和pH
高温、过酸、过碱
低温
1．如图表示A、B两种酶用同一种蛋白酶处理后酶活性与处理时间的关系，据图分析：(必修1　P80“拓展应用”T3)
(1)A、B两种酶的化学本质是否相同？为什么？
(2)B酶活性改变的原因是什么？
提示：(1)不相同。A酶能抵抗该种蛋白酶的降解，其化学本质不是蛋白质而是RNA；B酶能被蛋白酶破坏，活性降低，化学本质为蛋白质。
(2)B酶被降解的过程中其分子结构会发生改变，从而使其活性丧失。
2．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？(必修1　P82“背景知识”)
提示：不能。因为没有了适宜的pH，胃蛋白酶的活性大大降低甚至失活。
3．临床上溶菌酶与抗生素混合使用，能增强抗生素的疗效，溶菌酶的作用是什么？(必修1　P85“科学·技术·社会”)
提示：溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁。
1．酶提供了反应过程所必需的活化能。 ( )
提示：酶的作用是降低活化能。
2．酶活性的发挥离不开其特定的结构。 ( )
3．高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。 ( )
提示：低温不破坏酶的结构。
×
√
×
4．酶活性最高时的温度适合酶的保存。 ( )
提示：酶适合保存在低温条件下。
5．酶在催化反应完成后立即被分解。 ( )
提示：酶是催化剂，其在催化反应完成后不会被分解。
6．酶只能在细胞内发挥作用。 ( )
提示：酶在细胞内和细胞外都能发挥作用。
×
×
×
1．低温与高温、过酸、过碱对酶活性影响的不同之处是_________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
提示：低温抑制酶的活性但不破坏酶的结构，高温、过酸、过碱破坏酶的结构
2．温度和pH对酶促反应速率的影响与底物浓度和酶浓度对酶促反应速率影响的本质区别是____________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
提示：温度和pH通过影响酶的活性影响酶促反应速率，底物浓度和酶浓度不影响酶的活性，通过影响酶分子与底物的结合影响酶促反应速率
1．酶高效性的曲线分析
(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．酶专一性的曲线分析
(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的反应速率比无酶条件下的反应速率明显加快，说明酶A对此反应有催化作用。
3．影响酶活性因素的相关曲线分析
甲　　　　　　　　乙
(1)甲曲线分析：在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用逐渐增强，超过最适温度(pH)，酶的催化作用逐渐减弱。
(2)乙曲线分析：纵坐标为反应物剩余量(相对量)，反应物剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢；图示pH＝7时，反应物剩余量最少，该pH下的酶活性相对较高；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曲线分析
甲(在酶量一定的情况下)　乙(在底物足量的情况下)
丙
(1)甲图：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)乙图：在底物足量、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
(3)丙图：在其他条件适宜的情况下，酶量增加，酶促反应的底物饱和时对应的曲线上的a点应向右上移(对应b点位置)。
1．如图表示将A、B两种物质混合，T1时加入酶C，在最适温度下这两种物质浓度的变化。
(1)适当降低反应温度，分析T2值如何变化。
(2)分析T2后B增加缓慢的原因。
(3)T1时加入酶C后，酶促反应速率变化有什么规律？
提示：(1)题图为最适温度下的物质变化，适当降低反应温度，达到反应平衡的时间会延长，T2值会增大。
(2)T2后B增加缓慢的原因是A浓度降低导致反应速率下降。
(3)T1时加入酶C后，酶促反应速率先快后慢。
2．小麦种子中含有α、β两种淀粉酶，某学习小组对这两种淀粉酶活性进行探究实验，步骤如下：
①将等量的α 淀粉酶(70 ℃活性不受影响，100 ℃高温下失活)与β 淀粉酶(70 ℃处理15 min即失活)加适量蒸馏水混合，分为甲、乙、丙三组；②甲组25 ℃下处理，乙组70 ℃水浴处理15 min后取出，丙组100 ℃下处理15 min后取出；③甲、乙、丙三组分别在25 ℃条件下加入等量且足量的淀粉溶液；④一段时间后，测得甲、乙、丙三组淀粉剩余量分别为a、b、c。请思考回答：
(1)三组淀粉剩余量最多的是哪一组？原因是什么？
(2)利用上述实验结果，如何大致比较25 ℃条件下α -淀粉酶和β -淀粉酶活性的大小？
提示：(1)丙组；两种淀粉酶在100 ℃条件下均失去活性，且降到25 ℃活性不能恢复。
(2)比较b－a(β- 淀粉酶的活性)与c－b(α- 淀粉酶的活性)数值的大小。
考向1考查酶的本质、作用和特性
1．(2022·山东潍坊高三模拟)下列关于酶的叙述正确的是 (　　)
①酶具有催化作用，并都能与双缩脲试剂反应呈紫色　②酶通过提供反应所需的活化能提高反应速率　③蛋白酶能催化不同的蛋白质水解，因此酶不具有专一性　④细胞代谢能够有条不紊地进行，主要由酶的高效性决定　⑤酶是由具有分泌功能的细胞产生的　⑥酶既可作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物
A．③⑤⑥　 B．②③⑥ C．③⑥ D．⑥
D　[酶大部分是蛋白质、少量是RNA，蛋白质类的酶能与双缩脲试剂反应呈紫色，RNA类的酶不能，①错误；酶的作用原理是降低化学反应的活化能，②错误；酶的专一性是指酶能催化一种或一类化学反应，③错误；细胞代谢能够有条不紊地进行与酶的专一性有关，④错误；几乎所有活细胞均能产生酶，⑤错误；酶催化相应的化学反应时属于催化剂，酶被分解时作为反应的底物，⑥正确。]
　 与酶相关的常见误区明示
项目 正确说法 错误说法
化学本质 绝大多数是蛋白质，少数是RNA 酶的本质是蛋白质
产生部位 一般来说，凡是活细胞都能产生酶(不考虑哺乳动物成熟的红细胞) 具有分泌功能的细胞才能产生酶
项目 正确说法 错误说法
合成原料 氨基酸或核糖核苷酸 氨基酸
合成场所 核糖体或细胞核 核糖体
生理功能 生物催化剂，只起催化作用 酶具有调节、催化等多种功能
来源 在生物体内合成 有的来源于食物
作用场所 既可在细胞内，也可在细胞外、体外发挥作用 只在细胞内起催化作用
项目 正确说法 错误说法
温度影响 低温影响酶的活性，不破坏酶的结构，但高温易使酶失活 低温会引起酶变性失活
作用前后 催化反应前后的数量和性质没有变化 发生催化作用后被分解
考向2考查酶作用和特性的坐标曲线分析
2．(2022·福建龙岩质检)为探究温度对酶活性的影响，研究人员用某种酶做了相关实验，结果如图所示。下列描述正确的是(　　)
不同温度下酶催化形成的产物浓度示意图
A．温度每升高10 ℃，酶活性即提高一倍
B．60 ℃时该酶还能维持自身结构的稳定性
C．70 ℃时反应达到平衡前酶活性已丧失
D．10 ℃和90 ℃时产物量都很低的原因一样
C　[由图可知，温度和产物浓度的关系中，从60 ℃升高到90 ℃时，酶活性降低，A错误；由图可知，60 ℃时产物浓度增长速率变慢，而50 ℃时产物浓度增长速率保持不变，说明50 ℃时的酶活性高于60 ℃时的酶活性，即60 ℃时酶活性受高温的影响，自身结构遭受破坏，B错误；由50 ℃时产物浓度可知，70 ℃时反应未达到平衡，底物充足而产物浓度增长速率变为0，说明70 ℃时反应达到平衡前酶活性已丧失，C正确；10 ℃时产物量低的原因是低温抑制了酶活性，而90 ℃时产物量低的原因是高温破坏了酶的自身结构，导致酶失活，D错误。]
3．(2023·辽宁名校联考)图1是某种淀粉酶的活性与温度的关系曲线，图2是不同pH下，淀粉酶对淀粉作用1 h后淀粉剩余量相对值。下列有关叙述正确的是(　　)
　
图1　　　　　　　　　图2
A．图1中b、c两点通过改变温度条件均可明显提高反应速率
B．pH为3和9的两支试管中的淀粉酶的活性相同
C．图1的实验最好是在pH为7的条件下进行研究
D．应将淀粉酶保存在温度为40 ℃、pH为7的条件下
C　[低温条件下酶的活性暂时受到抑制，温度恢复过程中，活性会恢复，化学反应速率提高，而高温条件下，酶已经变性，失去活性，改变温度化学反应速率也不会提高，A错误；酸性条件也可促进淀粉水解，所以pH为3和9的条件下，淀粉酶的活性不同，B错误；图1为研究温度对淀粉酶活性的影响，pH等条件要保证相同且适宜，C正确；酶应该保存在低温和pH为7的条件下，D错误。]
　 “四看法”分析酶促反应曲线
一看两坐标轴的含义：分清自变量与因变量，了解两个变量间的关系。
二看曲线的变化：利用数学模型法观察同一条曲线的升、降或平的变化，掌握变量变化的生物学意义。如在分析影响酶促反应的因素时，一般情况下，曲线未达到平衡时，限制因素是横坐标所表示的因素，当曲线达到平衡状态后限制因素是除横坐标所表示的因素之外的其他因素。
三看特殊点：即曲线的起点、终点、顶点、转折点、交叉点等，理解特殊点的意义。
四看不同曲线的变化：理解曲线之间的内在联系，找出不同曲线的异同及变化的原因。
考向3考查酶的作用和特性的实验设计和分析
4．某兴趣小组利用如图所示装置探究过氧化氢在不同条件下的分解，FeCl3可催化过氧化氢的分解。实验中所用各种溶液的量相同。下列叙述正确的是(　　)
甲　　　　　　　　　乙
A．甲、乙装置反应结束后，量筒Ⅱ中收集到的气体多于量筒Ⅰ
B．若探究温度对酶活性的影响，可设置一系列温度梯度的装置乙
C．将装置甲中的FeCl3溶液换成淀粉酶溶液可探究酶的专一性
D．将装置甲中的FeCl3溶液换成HCl溶液可探究酶的活性受pH影响
C　[由于过氧化氢的量是一样的，所以最后产生的氧气的量是一样的，A错误；探究温度对酶活性的影响不能选择过氧化氢作为底物，B错误；将装置甲中的FeCl3溶液换成淀粉酶溶液可探究酶的专一性，C正确；探究pH对酶活性的影响需要将HCl和NaOH分别加入过氧化氢酶溶液中处理，D错误。]
5．(2022·广东选择性考试)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为70 ℃，最适pH为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　[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组的变量可知，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 ℃，但由于分组较少，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。]
一、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。它们在酶的催化作用下都能水解成______。
(2)在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用________鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
斐林试剂
还原糖
考点2　(探究·实践)探究酶的专一性和影响酶活性的条件
试管编号 1 2
注入可溶性淀粉溶液 2 mL －
注入蔗糖溶液 － _ mL
注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL _ mL
60 ℃水浴保温5 min 新配制的____试剂 2 mL 2 mL
沸水浴煮沸1 min 实验现象 有砖红色沉淀 没有砖红色沉淀
2．实验步骤
2
2
斐林
(1)实验结果：1号试管有砖红色沉淀生成，说明_________________
_______，2号试管不出现砖红色沉淀，说明______________。结论：
______________________________________________________________。
(2)该实验的自变量是__________；因变量是____________________。本实验设计思路是__________________________________。
产生了还原糖，淀
粉被水解
蔗糖没有被水解
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有专一
性
底物的种类
底物是否被淀粉酶水解
探究同一种酶是否能催化不同底物水解
二、探究温度对酶活性的影响
1．实验原理
(1)反应原理
蓝色　　 不出现蓝色
碘
液
碘
液
(2)鉴定原理：温度影响酶的活性，从而影响淀粉水解，滴加碘液，根据____________及__________来判断酶的活性。
蓝色的深浅
是否出现蓝色
2．实验步骤与现象(如表)
试管 编号 试管1 试管1′ 试管2 试管2′ 试管3 试管3′
实验步骤 一 1 mL淀 粉酶溶液 2 mL淀 粉溶液 1 mL淀 粉酶溶液 2 mL淀 粉溶液 1 mL淀 粉酶溶液 2 mL淀
粉溶液
二 放入0 ℃冰水中约5 min 放入60 ℃热水中约5 min 放入100 ℃热水中约5 min 试管编号 试管1 试管1′ 试管2 试管2′ 试管3 试管3′
实验步骤 三 将1与1′试管内的液体混合后继续在0 ℃冰水内放置10 min 将2与2′试管内的液体混合后继续在60 ℃热水内放置10 min 将3与3′试管内的液体混合后继续在100 ℃热水内放置10 min 四 取出试管各加入两滴碘液，振荡 实验现象 ___ ______ ____ 变蓝
不变蓝
变蓝
3．实验结论：______________________________________________
____________。
三、探究pH对酶活性的影响
1．实验原理
(1)反应原理：2H2O2―――――→2H2O＋O2。
(2)鉴定原理：pH影响酶的活性，从而影响单位时间内氧气的生成量，可用______________________来检验O2产生量的多少。
过氧化氢酶
在最适温度条件下，酶的活性最高，高温、低温都
影响酶的活性
带火星的卫生香燃烧情况
2．实验步骤与现象(如表)
试管编号 试管1 试管2 试管3 实验步骤 一 2滴过氧化氢酶溶液 二 1 mL 蒸馏水 1 mL物质的量浓度为0.01 mol/L的盐酸溶液 1 mL物质的量浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液 三 2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液 实验现象 ______________ ________________ ________________
卫生香燃烧猛烈
卫生香燃烧不
猛烈
卫生香燃烧不
猛烈
3．实验结论：______________________________________________
___________。
在最适pH条件下，酶的活性最高，过酸、过碱都影
响酶的活性
1．实验变量控制的三个原则
实验变量 控制原则 实例
自变量 单一变量原则 探究温度对酶活性的影响实验中只有温度一个自变量
无关变量 等量适宜原则 探究温度对酶活性的影响实验中pH为无关变量，不但相同，还要适宜
实验变量 控制原则 实例
因变量 可观测性原则 探究温度对酶活性的影响实验中，根据淀粉遇碘变蓝的颜色反应将不可观测的反应直观地显现出来，便于实验结果的观测
2．实验材料和试剂的选择
(1)探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用的实验中不能用碘液代替斐林试剂作为检测试剂，因为碘液只能检测淀粉是否被水解，而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色。
(2)探究温度影响酶活性的实验不宜选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶做实验材料，因为过氧化氢(H2O2)在常温常压时就能分解，加热条件下分解会加快，从而影响实验结果。
(3)探究pH影响酶活性的实验不宜选择淀粉和淀粉酶做实验材料，因为强酸能催化淀粉水解，从而影响实验结果。
3．实验步骤和结果检测的注意事项
(1)若选择淀粉和淀粉酶探究温度影响酶的活性，检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不宜选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
(2)在探究温度影响酶活性的实验中应将淀粉溶液和淀粉酶溶液在设定的温度下先保温一段时间后再混合，而不能先混合再保温，因为酶具有高效性，酶和底物混合后，就发挥催化作用，这样反应不是在设定的温度下完成，自变量控制不严格。
(3)在探究pH对酶活性的影响时，需要保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让酶与底物接触，不宜在未达到预设pH前，让底物与酶接触。
1．(2022·广东茂名一模)在探究温度对酶活性影响的实验设计中，下列操作及材料的选取合理的是(　　)
A．选用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液和碘液
B．选用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液和斐林试剂
C．选用过氧化氢溶液和新鲜的肝脏研磨液
D．将酶和底物在室温下混合后置于不同温度下保温
A　[碘液可以使淀粉变蓝色，经淀粉酶处理过的淀粉溶液遇碘液后蓝色变浅，实验结果明显，因此可以用碘液进行检验，A正确。斐林试剂在检验还原糖时需要水浴加热，温度会影响淀粉酶的活性，B错误。温度会影响过氧化氢的分解，影响实验结果，C错误。探究温度对酶活性的影响时，将酶与底物溶液在不同温度下分别保温后再相同温度混合，D错误。]
2．(2022·广东佛山质检)在“探究pH对过氧化氢酶活性的影响”的实验中，有学习小组对实验进行了改进，改进后的装置如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．装置中①为H2O2溶液，②为过氧化氢酶，两者也可以对调
B．待过氧化氢酶与相应pH的磷酸缓冲液接触一段时间后，再注入H2O2溶液
C．探究过氧化氢酶的最适pH，可将磷酸缓冲液pH分别调至2、4、6、7、8、9
D．在水浴条件下，还可以用该装置来探究温度对过氧化氢酶活性的影响
B　[“探究pH对过氧化氢酶活性的影响”实验中，应在加入酶之后先分别加入不同pH的缓冲液，调节酶所处的pH为预设pH，然后再加入底物，A错误，B正确；探究过氧化氢酶的最适pH，应设置一系列等浓度梯度的磷酸缓冲液pH，C错误；“探究温度对过氧化氢酶活性的影响”实验中，不可选择过氧化氢作为实验材料，因为过氧化氢自身的分解就受温度的影响，D错误。]
3．(2022·山东新泰一中检测)酶是细胞代谢正常进行的必要条件之一。某生物兴趣小组进行了以下有关酶的探究实验。请回答相关问题：
实验甲：探究温度对酶活性的影响。
实验乙：探究pH对酶活性的影响。
实验丙的实验流程及现象
A组：淀粉＋蔗糖酶→斐林试剂鉴定→不出现砖红色沉淀
B组：蔗糖＋蔗糖酶→斐林试剂鉴定→出现砖红色沉淀
(1)实验室有过氧化氢酶与唾液淀粉酶，可提供给兴趣小组进行实验甲、乙的探究，实验乙应该选择的酶是________， 与无机催化剂相比，该酶______________________________________________，因而催化效率更高。
(2)实验甲、乙共同的无关变量是_____________________________
__________________________________________________________等(答出两点)。
(3)实验丙的实验目的是__________________________。有同学认为，实验结果检测时，除了上述检测方法之外，也可以选择碘液作为检测试剂，你是否同意该同学的观点，并说明理由：______________
_________________________________________________________。
[解析]　(1)实验乙的目的是探究pH对酶活性的影响，自变量是pH，由于淀粉在酸性条件下能水解，会对实验结果造成干扰，所以应选择过氧化氢酶，而不是唾液淀粉酶。与无机催化剂相比，过氧化氢酶催化效率更高的原因是酶降低活化能的作用更显著，具有高效性。(2)根据分析可知，实验甲的自变量是温度，实验乙的自变量是pH，两个实验的无关变量包括酶浓度、反应时间、底物浓度等，在实验
中，要保证无关变量相同且适宜。(3)根据分析可知，实验丙证明了酶具有专一性，因此实验丙的实验目的是验证酶具有专一性；不同意该同学用碘液作为实验丙检测试剂的观点，因为蔗糖及水解产物均与碘液没有显色反应，因此不能用碘液检测蔗糖是否分解。
[答案]　(1)过氧化氢酶　降低活化能的作用更显著　(2)酶浓度、底物浓度、反应时间等　(3)验证酶具有专一性　不同意；蔗糖及水解产物均与碘液没有显色反应，因此不能用碘液检测蔗糖是否分解(或碘液不能检测蔗糖是否水解)
一、ATP的结构
考点3　细胞的能量“货币”ATP
1．图中各部分的名称
A代表______，P代表磷酸基团，①代表腺苷，②代表AMP，即________________，③代表______，④代表ATP，⑤代表________________。
2．特点
(1)ATP不稳定的原因是ATP中两个相邻的磷酸基团都__________________等，使得特殊的化学键不稳定，末端磷酸基团有较高的________。
腺嘌呤
腺嘌呤核糖核苷酸
ADP
一种特殊的化学键
带负电荷而相互排斥
转移势能
(2)ATP水解的过程就是________的过程，1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以说ATP是一种______________。
(3)ATP在__的作用下水解时，脱离下来的____________挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
释放能量
高能磷酸化合物
酶
末端磷酸基团
二、ATP与ADP的相互转化
　　
细胞质基质、线粒体、叶绿体
光能
化学能
三、ATP的利用
1．ATP为细胞中绝大多数需能生命活动直接供能
2．ATP供能的原理
(1)ATP为主动运输供能示意图
　　
酶活性
末端磷酸基团
能量的转移
空间结构
(2)ATP水解释放的________使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，________发生变化，____也被改变，因而可以参与各种化学反应。
活性
磷酸基团
空间结构
3．ATP是细胞内流通的能量“货币”
(1)化学反应中的能量变化与ATP的关系
①吸能反应：一般与ATP的____相联系。
②放能反应：一般与ATP的____相联系。
(2)能量通过__________在吸能反应和放能反应之间流通。
水解
合成
ATP分子
1．写出图中的“A”的含义。(必修1　P86“相关信息”)
①________；②________；③________；④________。
提示：腺苷　腺嘌呤　腺嘌呤脱氧核苷酸　腺嘌呤核糖核苷酸
2．ATP与ADP的相互转化是不是一个可逆反应？为什么？(必修1　P87“图5－4”)
提示：不是可逆反应；从物质方面看是可逆的，从酶、进行的场所、能量来源等方面看是不可逆的。
1．1个ATP分子中只含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团。 ( )
提示：1个ATP分子中含有1个腺嘌呤、1个核糖和3个磷酸基团。
2．ATP是生命活动的直接能源物质，但它在细胞中的含量很少。 ( )
3．淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成。 ( )
提示：淀粉水解成葡萄糖时不合成ATP。
×
√
×
4．ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。 ( )
5．无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源。 ( )
提示：无氧呼吸也能产生ATP。
6．线粒体内膜、内质网膜和叶绿体中进行光反应的膜结构中都能合成ATP。 ( )
提示：内质网膜上不能产生ATP。
√
×
×
1．人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，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，这一事实说明_________________________________________
__________________________________________________________。
提示：ATP与ADP时刻不停地发生快速相互转化，并且处于动态平衡之中
2．植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都以ATP作为能量“货币”，由此说明__________________________________________________
__________________________________________________________。
提示：生物界具有统一性，也反映种类繁多的生物有着共同的起源
1．ATP的再生和利用图解
2．ATP产生量与O2供给量的关系分析
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。
实验步骤：________________________________________________　
__________________________________________________________
__________________________________________________________
实验结果：________________________________________________　
__________________________________________________________
提示：将萤火虫尾部研磨粉用生理盐水配制成悬浊液；取两支试管编号为甲、乙，分别加入等量的已配制的悬浊液；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。观察到甲试管发出荧光，乙试管不发出荧光。
设置对照→分组编号→控制自变量→检测因变量。
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考向1考查ATP的结构特点及ATP与ADP的相互转化
1．(2022·山东潍坊五县联考)ATP是细胞的能量“货币”，是生命活动的直接能源物质，如图为ATP的结构和ATP与ADP相互转化的关系式。下列说法错误的是(　　)
图1　　　　　　　　图2
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A．酶催化作用的高效性保证了ATP和ADP快速转化
B．图2中反应向右进行时，释放能量，图1中的c键断裂
C．图1中的“A”代表腺苷，如果b、c特殊的化学键都断裂则是构成DNA的基本单位之一
D．图2的反应处于“动态平衡”中，剧烈运动时ATP分解量增加，此时其合成量也增加
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C　[ATP和ADP快速转化依赖于酶催化作用具有高效性，A正确；ATP水解时远离腺苷的特殊化学键断裂，释放大量能量，供细胞的生命活动利用，B正确；图1中的“A”代表腺嘌呤，如果b、c特殊的化学键都断裂则是构成RNA的基本单位之一，C错误；图2的两个反应总是处于“动态平衡”中，如剧烈运动时ATP分解量增加，此时其合成量也增加，D正确。]
2．(2022·重庆巴蜀中学检测)如图是ATP与ADP的循环图解，其中①②表示过程。下列相关叙述错误的是(　　)
A．绿色植物在黑暗条件下，①过程也能发生
B．细胞中的吸能反应一般与②过程相联系
C．与平静状态时相比，剧烈运动时①过程减慢，②过程加快
D．在动物体内，①过程所需的能量均来自细胞进行呼吸作用释放的能量
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C　[植物在黑暗条件下，能进行细胞呼吸，释放能量，合成ATP，①过程能发生，A正确；细胞中需要能量的生命活动绝大多数是由ATP直接提供能量的，故细胞中的吸能反应一般与②过程相联系，B正确；与处于平静状态时相比，剧烈运动时需要的能量较多，所以①②过程都会加快，C错误；在动物细胞内，①过程发生的场所是细胞质基质和线粒体，所需的能量均来自细胞进行呼吸作用释放的能量，D正确。]
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考向2考查细胞ATP的利用
3．ATP作为细胞的能量“货币”，是由其分子结构决定的。ATP是由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三个相连的磷酸基团构成的，这三个磷酸基团从与分子中腺苷基团连接处算起，依次分别称为α、β、γ磷酸基团。下列有关说法正确的是(　　)
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A．γ磷酸基团具有较高的转移势能，因此ATP分子中只有磷酸基团能够水解
B．离子泵是一种具有ATP酶活性的载体蛋白，动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输的速率
C．人体在剧烈运动时ATP的合成速度大于分解速度
D．神经元兴奋时，Na＋内流和释放神经递质均需要ATP水解供能
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B　[γ磷酸基团是远离腺苷的磷酸基团，具有较高的转移势能，但ATP分子中不只有磷酸基团能够水解，腺嘌呤和核糖之间也可以水解，A错误；离子通过离子泵的跨膜运输需要载体和消耗能量，属于主动运输，人体一氧化碳中毒会减少能量的供应，进而降低离子泵跨膜运输离子的速率，B正确；人体在剧烈运动时ATP的合成速度和分解速度都加快，处于动态平衡，C错误；神经元兴奋、动作电位产生时Na＋的内流是通过离子通道运输的被动运输过程，不需要细胞呼吸提供能量，不需要ATP水解供能，神经递质的释放方式是胞吐，需要消耗能量，需要ATP水解供能，D错误。]
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4．ATP是一种非常重要的化合物，它是细胞的能量“货币”，其结构简式为A—P～P～P。ATP的水解可以为物质的主动运输供能，如图是ATP为主动运输供能的示意图。下列有关叙述错误的是(　　)
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A．ATP中离A最远的两个磷酸基团被水解后，剩余部分是组成RNA的一种基本单位
B．参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶
C．在运输Ca2+的载体蛋白的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随能量的转移
D．由图可知，细胞中Ca2+的跨膜运输是由ATP水解提供能量的主动运输，而ATP水解总是与放能反应有关
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D　[ATP中的“～”代表一种特殊的化学键，断开两个这种化学键，就形成A—P，即AMP(腺嘌呤核糖核苷酸)，它是组成RNA的一种基本单位，A正确；如图所示，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，酶活性就被激活了，B正确；在运输Ca2+的载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随能量的转移，此过程就是载体蛋白的磷酸化，C正确；细胞中Ca2+的跨膜运输是主动运输，需要ATP水解释放能量为其供能，细胞内许多吸能反应与ATP水解相联系，D错误。]
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　 细胞内ATP产生与消耗的生理过程及场所
1．核心概念
(1)(必修1 P76)细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应。
(2)(必修1 P78)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。
(3)(必修1 P81)酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。
(4)(必修1 P82)酶活性：酶催化特定化学反应的能力。
2．结论语句
(1)(必修1 P78)与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。　(2)(必修1 P84)酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
(3)(必修1 P84)过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。低温下酶的空间结构稳定，因此，酶制剂适宜在低温下保存。
(4)(必修1 P86)ATP是一种高能磷酸化合物。
(5)(必修1 P87)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的。
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1．(2021·海南等级考)研究发现，人体内某种酶的主要作用是切割、分解细胞膜上的“废物蛋白”。下列有关叙述错误的是(　　)
A．该酶的空间结构由氨基酸的种类决定
B．该酶的合成需要mRNA、tRNA和rRNA参与
C．“废物蛋白”被该酶切割过程中发生肽键断裂
D．“废物蛋白”分解产生的氨基酸可被重新利用
真题体验·感悟高考
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A　[根据题意可知：该酶的化学本质为蛋白质，蛋白质空间结构具有多样性的原因是氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同造成的，A错误；根据题意可知：该酶的化学本质为蛋白质，因此该酶的合成需要mRNA、tRNA和rRNA参与，B正确；“废物蛋白”被该酶切割的过程中会发生分解，肽键断裂，C正确；氨基酸是蛋白质的基本单位，因此“废物蛋白”分解产生的氨基酸可被重新利用，D正确。]
2．(2021·海南等级考)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
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B　[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；该实验不能说明转化主要发生在细胞核内，D错误。]
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3．(2021·湖北选择性考试)很久以前，勤劳的中国人就发明了制饴(麦芽糖)技术，这种技术在民间沿用至今。麦芽糖制作的大致过程如图所示。
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下列叙述正确的是(　　)
A．麦芽含有淀粉酶，不含麦芽糖
B．麦芽糖由葡萄糖和果糖结合而成
C．55～60 ℃保温可抑制该过程中细菌的生长
D．麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度低
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C　[麦芽糖属于植物细胞特有的二糖，在麦芽中存在麦芽糖，A错误；麦芽糖是由2分子葡萄糖脱水缩合而成的，B错误；细菌的生长需要适宜温度，据图可知，该过程中需要在55～60 ℃条件下保温6小时左右，目的是抑制细菌的生长，避免杂菌污染，C正确；一般而言，植物体内酶的最适温度高于动物，故麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度高，D错误。]
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4．(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)。
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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
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C　[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。]
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5．(2021·湖北选择性考试)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。
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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。
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(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A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A活性。
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(2)实验预期结果与结论
若出现结果①：_____________________________________________
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结论①：甲、乙均为可逆抑制剂。
若出现结果②：____________________________________________
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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。
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[解析]　(1)分析题意可知，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：
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取两支试管，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(单一变量和无关变量一致原则)；一段时间后，测定各试管中酶A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A活性。(2)据题意可知，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物质乙的作用，透析后无物
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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若甲、乙均为可逆抑制剂，则酶A的活性能恢复，故透析后，两组的酶A活性均比透析前酶A的活性高。②若甲、乙均为不可逆抑制剂，则两组中酶A的活性均不能恢复，故透析前后，两组的酶A活性均不变。③若甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂，则甲组中活性可以恢复，而乙组不能恢复，故加甲物质溶液组，透析后酶A的活性比透析前高，加乙物质溶液组，透析前后酶A的活性不变。④若甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂，则甲组中活性不能恢复，而乙组能恢复，故加甲物质溶液组，透析前后酶A的活性不变，加乙物质溶液组，透析后酶A的活性比透析前高。
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[答案]　(1)两　甲物质溶液、乙物质溶液
(2)①透析后，两组的酶A活性均比透析前酶A的活性高　②透析前后，两组的酶A活性均不变　③加甲物质溶液组，透析后酶A的活性比透析前高，加乙物质溶液组，透析前后酶A的活性不变　④加甲物质溶液组，透析前后酶A的活性不变，加乙物质溶液组，透析后酶A的活性比透析前高
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(教师用书独具)
(2021·海南等级考)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　[据图可知，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；据图可知，在t1时，酶促反应速率随温度升高而增大，即反应速率与温度的关系为40 ℃＜50 ℃＜60 ℃＜70 ℃，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。]

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