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选填题探析三　酶和ATP
【考情分析】
　1.考查题型:该部分内容的命题以选择题为主。
2.考查趋势:常通过曲线分析、实验结果的分析等形式考查酶的相关知识;常融合其他知识考查ATP的相关知识。
考点1　酶的催化特性与实验设计
【知识归纳】
1.酶、激素、抗体与神经递质的“一同”“四不同”
(1)
(2)四不同
2.与酶有关的三类曲线
(1)酶的作用原理曲线
①a-b为酶降低的活化能;②若将酶换为无机催化剂,则b在纵轴上向上移动;③用加热的方法不能降低活化能,但会提供能量
(2)酶的特性曲线
①图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图2中两条曲线比较,表明酶具有专一性
(3)影响酶促反应速率的因素曲线
①低温降低酶的活性,但不会使酶失活,即酶的空间结构不被破坏,条件适宜时酶活性可恢复,如图2。 ②高温、强酸、强碱等会破坏酶的空间结构,使酶永久失活,条件适宜时酶活性不能恢复,如图1、图2。 ③当底物达到一定浓度后,环境条件适宜时受酶数量的限制,酶促反应速率不再增大,如图3。 ④底物充足,其他条件适宜的情况下,酶促反应速率与酶浓度呈正相关,如图4。 ⑤竞争性抑制剂的结构与底物类似,可与底物竞争性结合酶的活性中心(底物结合位点),使酶促反应速率下降,若提高反应体系中的底物浓度,则可削弱抑制剂的作用; 非竞争性抑制剂的结合位点通常远离酶的活性中心,与酶特定位置结合之后使活性中心的结构发生改变,使底物不能与酶结合,从而降低酶促反应速率,该抑制作用无法通过提高底物浓度的方式削弱,如图5。
3.酶的特性及相关探究实验
【高考真题】
1.(2024·浙江卷1月,T17)红豆杉细胞内的苯丙氨酸解氨酶(PAL)能催化苯丙氨酸生成桂皮酸,进而促进紫杉醇的合成。低温条件下提取PAL酶液,测定PAL的活性,测定过程如下表。
步骤 处理 试管1 试管2
① 苯丙氨酸 1.0 mL 1.0 mL
② HCl溶液(6 mol·L-1) — 0.2 mL
③ PAL酶液 1.0 mL 1.0 mL
④ 试管1加0.2 mL H2O,2支试管置于30 ℃水浴1小时
⑤ HCl溶液(6 mol·L-1) 0.2 mL —
⑥ 试管2加0.2 mL H2O。测定2支试管中的产物量
下列叙述错误的是( )。
A.低温提取以避免PAL失活
B.30 ℃水浴1小时使苯丙氨酸完全消耗
C.④加H2O补齐反应体系体积
D.⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应
2.(2023·辽宁卷,T19改编)基质金属蛋白酶MMP2和MMP9是癌细胞转移的关键酶。MMP2和MMP9可以降解明胶,明胶可被某染液染成蓝色,因此可以利用含有明胶的凝胶电泳检测这两种酶在不同条件下的活性。据下图分析,下列叙述错误的是( )。
A.SDS可以提高MMP2和MMP9活性
B.10 ℃保温降低了MMP2和MMP9活性
C.缓冲液用于维持MMP2和MMP9活性
D.MMP2和MMP9降解明胶具有专一性
【考向速清】
(1)(2023·广东卷,T5)具催化功能RNA的发现是对酶化学本质认识的补充。 ( )
(2)(2023·广东卷,T1)红茶制作包括萎凋、揉捻、发酵、高温干燥等工序,其间多酚氧化酶催化茶多酚生成适量茶黄素是红茶风味形成的关键,发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶活性。 ( )
(3)(2022·浙江卷6月,T10)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。 ( )
【对点强化】
1.[考查温度对酶活性的影响](2024·河北模拟)凝乳酶能够使乳汁凝固,凝乳酶在加工生产奶酪过程中有着重要的应用。在其他条件适宜的情况下,不同水浴温度下,足够浓度的凝乳酶使一定量的乳汁凝固所需时间如图所示。下列相关叙述错误的是( )。
A.水浴温度为10 ℃和60 ℃时,凝乳酶不凝乳的机理不相同
B.水浴温度为40 ℃时催化凝乳的凝乳酶的活性最大
C.图示曲线走向与凝乳时间随pH的变化曲线相似
D.水浴温度为20 ℃时,若增加凝乳酶的浓度,凝乳时间会缩短
2.[考查酶的相关实验设计与分析]实验设计应注重科学性,遵循实验设计原则。下列有关生物学实验的叙述,正确的是( )。
A.“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验,自变量为催化剂的种类,因变量为O2生成量
B.“探究温度对酶活性的影响”实验,可选用唾液淀粉酶,并且需要设计空白对照组
C.“探究pH影响酶活性”实验,可选用胃蛋白酶,在pH为6~8范围设置不同实验组
D.“探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”实验,可用斐林试剂鉴定产物中有无还原糖
考点2　ATP的合成与分解
【知识归纳】
ATP的结构及与能量代谢的关系
(1)明确ATP与核酸的关系
(2)理清能量转换过程和ATP的来源与去路
【特别提醒】
①ATP产生量与O2供给量间的关系
②除光能、有机物中的化学能之外,能进行化能合成作用的细菌(如硝化细菌)能利用体外环境中的某些无机物(如NH3)氧化时所释放的能量来合成ATP。
【高考真题】
1.(2024·全国甲卷,T2)ATP可为代谢提供能量,也参与RNA的合成,ATP结构如图所示,图中“~”表示特殊化学键。下列叙述错误的是( )。
A.ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量
B.用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA
C.β和γ位磷酸基团之间的特殊化学键不能在细胞核中断裂
D.光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的特殊化学键中
2.(2022·浙江卷1月,T3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的化学键
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
【考向速清】
(1)(2021·北京卷,T1)ATP是细胞的能量“通货”,必须在有氧条件下合成。 ( )
(2)(2021·海南卷,T14)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,则32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性。 ( )
【对点强化】
1.[考查酶与ATP](2024·河北邢台二模)下列关于酶和ATP的叙述,正确的是( )。
A.酶和ATP的元素组成不可能完全相同
B.酶的合成是放能反应,酶的水解是吸能反应
C.ATP的合成一定需要酶,ATP的水解不一定需要酶
D.人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量仍可以达到动态平衡
2.[考查ATP的合成和利用](2024·安徽三模)细胞可以通过底物水平磷酸化途径生成ATP,如葡萄糖在细胞质基质形成丙酮酸的过程中,甘油醛-3-磷酸脱氢并磷酸化生成甘油酸-1,3-二磷酸。在甘油酸-1,3-二磷酸中形成一个高能磷酸基团,在磷酸甘油酸激酶的催化下,甘油酸-1,3-二磷酸可将高能磷酸基团转给ADP,生成甘油酸-3-磷酸与ATP。下列相关叙述正确的是( )。
A.甘油酸-1,3-二磷酸生成甘油酸-3-磷酸是吸能反应
B.酶、能量等决定着ATP的合成和水解不是可逆反应
C.酶促反应中因存在ATP供能机制而使酶具有高效性
D.真核细胞中合成的ATP均可用于各种吸能反应过程
3.(原创)多聚磷酸激酶(PPK)能够以多磷酸盐(Poly P)作为磷酸盐供体,进行ATP的合成再生反应,主要分为PPK1和PPK2两大家族,催化ATP或GTP的γ磷酰基可逆地转移到Poly P。下图是PPK1与PPK2的反应示意图,PPK1能够催化以ATP和Poly Pn为底物生成腺苷二磷酸(ADP)和Poly Pn+1的可逆反应,PPK2可将Poly P作为供体使GDP磷酸化为GTP。与PPK1相比,PPK2生成ATP/GTP的速度是其逆反应的75倍,远高于PPK1。下列说法正确的是( )。
A.PPK2将Poly P作为供体使ADP/GDP磷酸化为ATP/GTP的过程属于放能反应
B.Poly Pn-1在元素构成上只比Poly Pn少一个磷元素
C.虽然PPK2催化合成ATP/GTP,但其催化过程仍具有专一性
D.PPK2生成ATP/GTP的速度远大于其逆反应速度,可使生物体存在大量的ATP/GTP
参考答案
考点1　酶的催化特性与实验设计
知识归纳
1.①蛋白质　②活细胞　③浆　④调节
高考真题
1.B　解析　温度过高,酶失活,因此本实验采用低温提取,以避免PAL失活,A正确;试管2在②中加入了HCl,酶已经变性失活,故不会消耗底物苯丙氨酸,B错误;④加H2O补齐了②试管1没有加入的液体的体积,即补齐反应体系体积,保持无关变量相同,C正确;pH过低或过高酶均会失活,⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应,D正确。
2.A　解析　与37 ℃保温、不加SDS、加缓冲液组相比,37 ℃保温、加SDS、加缓冲液组的MMP2和MMP9条带周围的透明带面积更小,说明明胶被降解得更少,MMP2和MMP9活性更低,故SDS可降低MMP2和MMP9活性,A错误;与37 ℃保温、不加SDS组相比,10 ℃保温、不加SDS组的MMP2和MMP9条带周围的透明带面积更小,说明明胶被降解得更少,MMP2和MMP9活性更低,因此10 ℃保温降低了MMP2和MMP9活性,B正确;缓冲液可以维持pH的稳定,从而维持MMP2和MMP9活性,C正确;MMP2和MMP9都属于酶,酶具有专一性,D正确。
考向速清
(1)√
(2)×　提示:酶的作用条件较温和,发酵时有机酸含量增加会影响多酚氧化酶的活性。
(3)×　提示: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,则会将淀粉酶水解,淀粉的水解速率会变慢。
对点强化
1.D　解析　据图分析,水浴温度为10 ℃和60 ℃时,凝乳酶不凝乳的机理不同,低温使酶活性降低,高温会破坏酶的空间结构,使酶失活,A正确。水浴温度为40 ℃时,凝乳时间最短,催化凝乳的凝乳酶的活性最大,B正确。酶的作用条件较温和,pH会影响酶的活性,当凝乳酶处于最适pH时,酶促反应速率最大,凝乳时间最短;当pH大于或小于凝乳酶的最适pH时,酶活性会下降甚至丧失,凝乳时间增加或不能凝乳,因此凝乳时间随pH的变化曲线走向与题图凝乳时间随温度的变化曲线相似,C正确。由题干可知,在该实验中凝乳酶足量,故凝乳酶浓度不是影响凝乳时间的因素,D错误。
2.D　解析　“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验,自变量为高温、FeCl3溶液和肝脏研磨液(或反应条件),因变量为H2O2的分解速率或单位时间内的O2生成量,A错误;“探究温度对酶活性的影响”实验,可选用唾液淀粉酶,可设置不同温度的组相互对照,无须设计空白对照组,B错误;胃蛋白酶的最适pH为1.5,在pH为6~8时酶会失活,因此“探究pH影响酶活性”实验,选用胃蛋白酶,应在pH为1~3范围设置不同实验组,C错误;淀粉酶可以催化淀粉(非还原糖)分解为麦芽糖(还原糖),不能催化蔗糖(非还原糖)的水解,故可通过斐林试剂检测有无还原糖来证明酶的专一性,D正确。
考点2　ATP的合成与分解
高考真题
1.C　解析　ATP为直接能源物质,γ位磷酸基团脱离ATP形成ADP的过程释放能量,可为离子主动运输提供能量,A正确;ATP分子水解两个特殊化学键后,得到RNA的基本单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸,故用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA,B正确;ATP可在细胞核中发挥作用,如为rRNA合成提供能量,故β和γ位磷酸基团之间的特殊化学键能在细胞核中断裂,C错误;光合作用光反应阶段可将光能转化为活跃的化学能储存于ATP的特殊化学键中,故光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的特殊化学键中,D正确。
2.D　解析　ATP中的五碳糖是核糖,A错误;ATP分子的结构式可以简写成A—P~P~P,腺苷和磷酸基团之间的化学键是普通的化学键,磷酸基团之间的化学键是特殊的化学键,B错误;ATP在水解酶的作用下水解,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的水解相联系,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是ATP,D正确。
考向速清
(1)×　提示:在无氧条件下,无氧呼吸过程中也能合成ATP。
(2)√
对点强化
1.D　解析　ATP的组成元素是C、H、O、N、P,酶的化学本质是蛋白质或RNA,RNA的组成元素也是C、H、O、N、P,因此酶和ATP的元素组成有可能完全相同,A错误;酶的合成是吸能反应,B错误;ATP的合成需要ATP合成酶催化,ATP的水解需要ATP水解酶的催化,C错误;人在饥饿时,细胞代谢正常,细胞中ATP与ADP的含量仍可以达到动态平衡,D正确。
2.B　解析　甘油酸-1,3-二磷酸生成甘油酸-3-磷酸是放能反应,释放的能量被用来合成ATP,A错误;ATP合成和水解中所需的酶不同,能量的来源和去路也不同,因此不是可逆反应,B正确;与无机催化剂相比,酶降低化学反应的活化能的作用更显著,催化效率更高,体现了酶具有高效性,C错误;叶绿体中光反应阶段合成的ATP只能用于暗反应阶段,D错误。
3.C　解析　PPK2将Poly P作为供体使ADP/GDP磷酸化为ATP/GTP的过程属于吸能反应,A错误;Poly Pn-1在元素构成上比Poly Pn少了一个磷酸基团,B错误;PPK2催化合成ATP/GTP,是催化一类反应,也具有专一性,C正确;生物体中ATP与ADP的相互转化处于动态平衡中,故生物体不会存在大量ATP,D错误。

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