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第08讲 酶和ATP
目 录
01考情解码·考点定标 2
02体系构建·思维领航 3
03考点突破·考向探究 3
考点一 酶的本质和作用 3
知识点1 酶的本质 3
知识点2 酶的作用机理 5
考向 酶的本质及作用 6
考点二 酶的特性及实验 7
知识点1 酶的高效性 7
知识点2 酶的专一性 8
知识点3 温度和pH对酶活性的影响 9
知识点4 与酶相关的曲线分析 11
考向1 酶的特性 12
考向2 与酶有关的实验探究 13
重难点透析 酶的探究实验 14
考点三 ATP的结构和功能 16
知识点1 ATP是一种高能磷酸化合物 16
知识点2 ATP的合成和利用 16
考向1 ATP的结构及其特点 18
考向2 ATP 的合成和利用 19
04真题感知·命题洞见（含2025年高考真题） 21
05 学以致用·能力提升 23
一、教材知识链接 23
二、教材深挖拓展 24
三、实验专题讲座 24
考点要求 考查形式 2025年 2024年 2023年
酶的本质和作用 选择题 非选择题 黑吉辽蒙卷T1,2分 河北卷T2，3分 天津卷T6,2分
酶的特性 选择题 非选择题 四川卷T10,2分 云南卷T15,3分 广西卷T5，2分 重庆卷T6,2分
ATP在细胞代谢中的作用 选择题 非选择题 河北卷T1,3分 全国甲卷T2,6分 重庆卷T10,2分
考情分析： 1．从命题题型和内容上看，试题以选择题为主，也会在非选择题中出现。主要从以下几方面考查：酶的本质及作用机理、酶的特性及相关实验设计、ATP的结构和作用等。 2．从命题思路上看，从以下几个方面进行考查 (1)常结合动物生命活动的调节、细胞代谢综合及相关的变量分析考查； (2)常结合某个生命活动的过程来考查ATP的利用。
复习目标： 1.基于酶和ATP在细胞代谢中的作用，形成物质与能量观。(生命观念) 2．通过模型构建，解读酶的特性及温度、pH等对酶活性的影响。(科学思维) 3．探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素。(科学探究)
考点一 酶的本质和作用
知识夯基
知识点1 酶的本质
1.酶的本质和功能
本质 绝大多数是 ，少数是
合成原料 等
合成场所 、细胞核等
来源 一般来说， (哺乳动物成熟红细胞等除外)都能产生酶
功能 作用是酶的唯一功能
2.酶本质的探究历程
科学家 主要观点或成就
①巴斯德 糖类变酒精需酵母菌 参与
②李比希 糖类变酒精需酵母菌细胞 并释放其中物质
③毕希纳 将酵母菌细胞中引起发酵的物质称为
④萨姆纳 从刀豆种子中提取出脲酶，证明脲酶的化学本质为 ，作用为催化尿素分解
⑤切赫和奥尔特曼 少数 也具有生物催化功能
3.验证酶的化学本质
（1）颜色反应法：蛋白质类酶可用 鉴定，反应后呈 。
（2）酶解法：甲、乙两种酶用同一种 处理，酶活性与处理时间的关系如图所示。
4.酶和激素的比较“一同三不同”
项目 酶 激素
来源及作用场所 活细胞产生； 发挥作用 专门的 或特定部位细胞产生；一般细胞外发挥作用
化学本质 绝大多数是蛋白质，少数是RNA催化作用 固醇类、多肽、蛋白质、氨基酸衍生物、脂质
生物功能 作用 作用
共性 在生物体内均属 能物质，即含量少、作用大、生物代谢不可缺少
（提醒：激素发挥作用后被灭活，酶反应前后不变）
5.高中阶段常见酶及其作用
酶的名称 酶的作用
淀粉酶 催化淀粉水解为
麦芽糖酶 催化麦芽糖水解为
蛋白酶 催化蛋白质水解为
脂肪酶 催化脂肪水解为 和
DNA酶 催化DNA水解为脱氧核苷酸
DNA聚合酶 催化DNA复制产生子代
RNA聚合酶 催化DNA转录产生
纤维素酶 分解纤维素
果胶酶 分解果胶
逆转录酶 催化RNA形成DNA单链
DNA连接酶 将两个DNA片段的 末端或 末端连接起来
限制酶 识别DNA中特定的核苷酸序列并使 断裂
酪氨酸酶 催化酪氨酸合成
解旋酶 催化DNA复制过程中DNA碱基间 的断裂
【名师提醒】
教材隐性知识：源于必修1 P79“关于酶本质的探索”：巴斯德认为酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致，没有活细胞就不能产生酒精；李比希却认为引起发酵的只是酵母菌细胞中的某些物质，不一定需要活的细胞。请你利用酵母菌细胞、研磨和过滤装置、葡萄糖溶液等材料设计一个实验来结束这一争论。
知识点2　酶的作用机理
1.活化能：分子从 转变为容易发生化学反应的 状态所需要的 。（提醒：加热不能降低化学反应的活化能，但是可以为反应提供能量）
2.酶具有催化作用的机理： 。
3.曲线解读
段表示无酶催化时反应进行所需要的活化能。
段表示有酶催化时反应进行所需要的活化能。
段表示酶降低的活化能。
【易错提醒】
（1）酶可以重复多次利用，不会立即被降解。
（2）检验蛋白酶对蛋白质的水解时应选用蛋白块，通过观察其消失情况得出结论，因蛋白酶本身也是蛋白质，不能用双缩脲试剂鉴定。
（3）酶既可以作为催化剂，又可以作为另一个化学反应的底物。　　
考向研析
考向 酶的本质及作用
例1．科学家发现，去除大肠杆菌RNaseP（一种核酸内切酶）的蛋白质部分后，在体外高浓度Mg2+条件下，剩余的RNA部分仍有与全酶相同的催化活性。下列叙述正确的是（　　）
A．RNaseP可为反应提供所需的活化能
B．RNaseP的催化活性只取决于RNA
C．实验中高浓度Mg2+参与RNA的合成
D．实验说明某些酶的化学本质是RNA
【变式训练1·变载体】食品检测时常用涂有胆碱酯酶的“农药残留速测卡”检测菠菜表面是否残留有机磷农药，操作过程如图所示（操作后将速测卡置于37℃恒温箱装置中10min为佳），其原理为：胆碱酯酶催化红色药片中的物质水解为蓝色物质，有机磷农药对胆碱酯酶有抑制作用。下列叙述正确的是（ ）
A．将农药残留速测卡置于常温下保存可延长有效期
B．秋冬季节检测，“红色”和“白色”的叠合时间应适当延长
C．“白色”药片呈现的蓝色越深，说明菠菜表面残留的有机磷农药越多
D．每批测定应设置滴加等量菠菜浸洗液到“白色药片”上的空白对照卡
【变式训练2·变考法】细胞中L酶上的两个位点(位点1 和位点2)可以与ATP 和亮氨酸结合，进而催化tRNA 与亮氨酸结合，促进蛋白质的合成。科研人员针对位点1和位点2分别制备出相应突变体细胞L1和L2，分别在加入[3H]ATP和[3H]亮氨酸的两种条件下进行实验后，检测L酶的放射性强度，结果如图。下列叙述正确的是（ ）
A．L酶可为tRNA与亮氨酸结合提供能量
B．突变体细胞L1中L酶不能与亮氨酸结合
C．ATP与亮氨酸分别与L酶上的位点1和位点2结合
D．ATP与L酶结合能够促进亮氨酸与相应的位点结合
考点二 酶的特性及实验
知识夯基
知识点1 酶的高效性
1．比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验原理：FeCl3溶液中的Fe3+是一种 催化剂，它可以使过氧化氢分解为 和 ，新鲜的肝脏中含有的 具有相同的作用，但催化效率不同。(提醒：每滴FeCl3溶液中的Fe3+数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍)
(2)实验过程示意图
(3)实验分析：
1与2对照：加热能促进 的分解，提高反应速率。（为反应提供 ）
1与3对照：FeCl3在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。（ 作用）
1与4对照：过氧化氢酶在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。（ 作用）
3与4对照：过氧化氢酶比FeCl3的催化效率 。
(4)实验结论：酶和无机催化剂一样，都能催化化学反应，并且酶的催化效率 于无机催化的催化效率。
2.酶具有高效性
（1）原因：与 相比，酶降低活化能的作用 ，催化效率更高。
（2）意义：使细胞代谢快速进行。
（3）曲线分析(如图)
酶对应曲线 ，无机催化剂对应曲线 ，未加催化剂对应曲线 (填字母)。
【易错提醒】
酶与无机催化剂的相同点：①都能降低化学反应的活化能；②可加快化学反应速率，缩短达到平衡点的时间，但不改变平衡点。
知识点2 酶的专一性
1.定义：每一种酶只能催化 化学反应。
2.意义：使细胞代谢有条不紊地进行。
3.两种学说
（1）锁钥学说：整个酶分子的天然构象具有刚性结构，酶表面具有 的形状，酶与底物的关系就像锁和钥匙。
（2）诱导契合学说：酶表面没有一种与底物互补的固定形状，只是由于底物的诱导才形成了 形状，从而有利于 与之结合。
4．淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用(验证酶的专一性)
(1)设计思路：验证酶专一性的方法也是“对比法”，常见的有两种方案，底物 但酶不同或底物不同但酶 ，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。
项目 方案一
实验组 对照组
材料 相同(等量)
试剂 与底物相对应的酶 另外一种酶
现象 发生反应 不发生反应
结论 酶具有
项目 方案二
实验组 对照组
材料 与酶相对应的底物 另外一种底物
试剂 酶(等量)
现象 发生反应 不发生反应
结论 酶具有
【易错提醒】
本实验不能用碘液代替斐林试剂，因为无论蔗糖是否发生水解，都不能与碘液发生颜色反应。
知识点3 温度和pH对酶活性的影响
1.探究温度对酶活性的影响
(1)实验原理
(2)实验步骤和结果
取6支试管，分别编号为1与1′、2与2′、3与3′，并分别进行以下操作。
试管编号 1 1′ 2 2′ 3 3′
实验步骤 一 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL 可溶性淀粉溶液
二 在冰水中水浴5 min 在60 ℃温水中水浴5 min 在沸水中水浴5 min
三 1与1′试管内液体混合，摇匀 2与2′试管内液体混合，摇匀 3与3′试管内液体混合，摇匀
四 在 中水浴数分钟 在 温水中水浴相同时间 在 中水浴相同时间
五 取出试管，分别滴加2滴 ，摇匀，观察现象
实验现象 呈 呈
结论 酶发挥催化作用需要适宜的温度条件，温度过高和过低都将影响酶的活性
　
2.探究pH对酶活性的影响
(1)反应原理(用反应式表示)：2H2O22H2O＋O2↑
(2)鉴定原理：pH影响酶的活性，从而影响 的生成量，可用 的产生量(或点燃但无火焰的卫生香复燃的情况)来检验其生成量的多少。
(3)步骤及现象
实验步骤 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
一 注入等量过氧化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴
二 注入不同pH的溶液 1 mL蒸馏水 1 mL盐酸 1 mL NaOH溶液
三 注入等量的过氧化氢溶液 2 mL 2 mL 2 mL
四 观察现象 有大量气泡产生 基本无气泡产生 基本无气泡产生
(4)结论
酶的催化作用需要 ， 都会影响酶的活性。
【名师提醒】
教材隐性知识：(必修1 P84“相关信息”改编)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？
【易错提醒】
（1）探究温度对酶活性的影响时，一定要让反应物和酶在各自所需的温度下保温一段时间，再进行混合。
（2）选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度时，检测试剂不可用斐林试剂代替碘液。因为斐林试剂需在水浴加热条件下才会发生特定的颜色反应，而该实验中需严格控制温度。
（3）探究温度对酶活性的影响时，不宜用H2O2作反应物，因为H2O2易分解，加热条件下其分解会加快，氧气的产生速率增加，并不能准确反映酶活性的变化。
（4）探究pH对酶活性的影响时，不能用斐林试剂作指示剂，因为盐酸会和斐林试剂发生反应，使斐林试剂失去作用。
（5）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被水解，从而影响实验的观察效果。　　　
【易错辨析】
(1)胃蛋白酶应在酸性、37 ℃条件下保存。(2024·河北卷，2B)( )
　
(2)具有催化功能RNA的发现是对酶化学本质认识的补充。(2023·广东卷，1B)( )
(3)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。(2023·浙江6月选考，10C)( )
(4)“探究温度对酶活性的影响”实验中，室温下将淀粉溶液与淀粉酶溶液混合后，在设定温度下保温。(2022·北京卷，12C)( )
(5)麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度低。(2021·湖北卷，2D)( )
(6)酶、抗体、激素都是由氨基酸通过肽键连接而成的。(2021·全国甲卷，1A)( )
知识点4 与酶有关的曲线分析
1．表示酶高效性的曲线
(1)酶的高效性是和无机催化剂相比较来说的，在该曲线中只有a、b相比较才可说明酶催化的 ，a、c曲线对比只能说明酶具有 。
(2)当底物量一定时，酶只能缩短达到反应平衡所需的时间，不改变产物的最大 。
2．表示酶专一性的图像和曲线
(1)在底物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明 能催化底物的反应。
(2)在底物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明 不能催化底物的反应。
3．影响酶促反应速率的曲线分析
（1）在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用 ，超过这一范围，酶的催化作用逐渐 。
（2）过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的 ，酶分子结构 。
（3）从丙图可以看出：纵坐标为反应物剩余量，剩余量越多，生成物越 ，反应速率越 ；图示pH=7时，反应物剩余量 ，应为 pH；（提醒：反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。）
4．酶、反应物和生成物三者的浓度与酶促反应速率的关系曲线
(1)图甲：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
(2)图乙：在其他条件适宜、酶量一定的条件下，酶促反应率随底物浓度增加而 ，但当底物达到一定浓度后，受 限制，酶促反应速率不再增加。
(3)图丙：在其他条件适宜的情况下，生成物浓度较低时，酶促反应速率随反应的进行能长时间 ；在生成物浓度较高时，酶促反应速率明显 。
考向研析
考向1 酶的特性
例1.某兴趣小组以淀粉纸为材料设计了4套实验方案来探究酶的特性，如表所示。下列叙述正确的是（ ）
方案 底物 催化剂 pH 温度
① 淀粉纸 淀粉酶或蛋白酶 7 37℃
② 淀粉纸 淀粉酶+蛋白酶 7 37℃
③ 淀粉纸 淀粉酶 3、7、11 37℃
④ 淀粉纸 淀粉酶 3 0℃、37℃、90℃
A．方案①可验证酶的专一性， 自变量是酶的种类
B．方案②可同时探究两种酶的活性
C．方案③可用于探究pH 对酶活性的影响
D．方案④可用于探究温度对酶活性的影响
【变式训练1·变考法】酶抑制剂是能与酶结合并降低酶活性的物质，主要有竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂两大类。竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性中心；非竞争性抑制剂作用于酶活性中心以外的其他位点，使酶的空间结构发生变化。下列叙述错误的是（ ）
A．酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示
B．非竞争性抑制剂与酶结合后，可能会影响酶与底物的结合
C．竞争性抑制剂与酶结合，会降低酶促反应的最大反应速率
D．探究某种酶抑制剂的类型时，可通过增加底物浓度进行判断
【变式训练2·变载体】葡萄糖传感器是患者在糖尿病管理中用于实时监测血糖水平的核心设备，其核心原理依赖于葡萄糖氧化酶（GOD）的生物催化作用，反应式如图所示。下列叙述错误的是（ ）
葡萄糖+O2葡萄糖酸+H2O2
A．该传感器中GOD能够降低葡萄糖氧化反应的活化能
B．该传感器须在适宜的温度条件下使用，高温会破坏酶的空间结构
C．利用葡萄糖传感器监测血糖时，GOD在传感器中能反复利用
D．该传感器的反应速率仅与葡萄糖浓度有关，与酶的含量无关
考向2 与酶有关的实验探究
例2.为了探究环境因素对酶活性的影响，某同学设计了甲、乙两组实验，分别用于探究温度和pH对酶活性的影响。下列设计中最合理的是（　　）
A．甲实验，选用过氧化氢溶液和新鲜的肝脏研磨液，观察气泡产生速率
B．甲实验，选用淀粉溶液和淀粉酶溶液，用本尼迪特（斐林）试剂检测
C．乙实验，选用过氧化氢溶液和新鲜的肝脏研磨液，观察气泡产生速率
D．乙实验，酶与底物（反应物）混合后迅速放入不同pH的盐酸溶液中
【变式训练1·变载体】在螺旋链霉菌发酵产生螺旋霉素的过程中，添加锌离子有利于螺旋霉素的生物合成。科研人员继续探索加入不同浓度的锌离子对螺旋霉素合成的影响（效价越高代表螺旋霉素越多），结果如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．上述研究应先在实验室中小规模进行，后扩大至发酵罐
B．锌离子可能改变了螺旋霉素合成酶的氨基酸序列以提高其活性
C．锌离子对螺旋链霉菌合成螺旋霉素的影响表现为“低促高抑”
D．可继续在0.24~0.28g/L间探索促进效果最佳的锌离子浓度
【变式训练2·变考法】植物体内的多聚半乳糖醛酸酶可将果胶降解为半乳糖醛酸，能促进果实的软化和成熟脱落。为探究该酶的特性，进行以下4组实验，条件及结果如下表。下列叙述不正确的是（　　）
组别/条件及产物 ① ② ③ ④
果胶 ＋ ＋ ＋ ＋
多聚半乳糖醛酸酶 ＋ ＋ ＋ ＋
Ca2+ － ＋ － －
Mn2+ － － ＋ －
55℃ － － － ＋
半乳糖醛酸 ＋ － ＋＋＋ ＋＋
注：“＋”表示存在和量的多少，“－”表示无。①~③组在常温下实验
A．由①④组可知，自变量为温度，因变量为半乳糖醛酸的量
B．由①②③组可知，多聚半乳糖醛酸酶的活性受离子影响
C．该实验说明，喷施Mn2+制剂可缩短果实成熟期
D．该实验证明，多聚半乳糖醛酸酶不具有专一性
重难点透析 酶的探究实验
1．验证酶的作用、高效性和专一性
(1)酶具有催化作用
①实验组：底物＋相应酶液→检测→底物被分解。
②对照组：底物＋等量蒸馏水→检测→底物不被分解。
(2)酶的专一性
①方案一：自变量是底物(反应物)
A．实验组：底物＋相应酶液→检测→底物被分解。
B．对照组：另一种底物＋相同酶液→检测→底物不被分解。
②方案二：自变量是酶的种类
A．实验组：底物＋相应酶液→检测→底物被分解。
B．对照组：相同底物＋另一种酶液→检测→底物不被分解。
(3)酶的高效性
①实验组：反应物＋适量酶溶液→检测→底物分解速率快。
②对照组：反应物＋等量无机催化剂→检测→底物分解速率慢。
2．探究酶的最适温度或pH
(1)探究酶的最适温度
①设计思路
②设计方案
(2)探究酶的最适pH
①设计思路
②设计方案
考点三 ATP的结构和功能
知识夯基
知识点1 ATP是一种高能磷酸化合物
1.中文名称：
2.ATP的结构简式： ，其中A代表 (腺嘌呤+核糖)，P代表 3个)，～代表 (2个)，—代表普通磷酸键(1个)。1个ATP分子中含有1个 ，3个 ，2个 键。
3.辨不同化合物中”A”的含义
化合物 结构简式 “A”含义 共同点
ATP （由腺嘌呤和核糖组成） 所有“A”的共同点是都含
DNA
RNA 酸
核苷酸
知识点2 ATP的合成和利用
1.ATP利用的实例
2.ATP为主动运输提供能量的过程
参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种 。当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。
在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的 脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着 ，这就是 化。
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。
3.分子的磷酸化及意义
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。
4.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
a．吸能反应：一般与ATP的 相联系。
b．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。
5.总结细胞内产生与消耗ATP的生理过程
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： ； 消耗ATP：一些需能反应
叶绿体 产生ATP： ； 消耗ATP：暗反应和自身DNA复制、转录和蛋白质合成等
线粒体 产生ATP： ； 消耗ATP：自身DNA复制、转录，蛋白质合成等
核糖体 消耗ATP：
细胞核 消耗ATP：DNA复制、转录等
【易错提醒】
(1)同一种物质进出不同细胞时，运输方式可能不同，如红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，而小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式则是主动运输；神经细胞膜上运入K＋的方式为主动运输，运出K＋的方式为协助扩散，运入K＋的载体蛋白和运出K＋的通道蛋白都具有特异性。
(2)Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输的方式进出细胞，但也可通过协助扩散的方式进出细胞，如神经细胞维持静息电位时的K＋外流和形成动作电位时的Na＋内流。
(3)RNA和蛋白质等大分子物质通过核孔进出细胞核，而不是通过胞吞、胞吐。
(4)胞吐不是只能运输大分子物质，也可以运输小分子物质，如神经递质。
【易错辨析】
(1)腺苷三磷酸分子由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成。(2022·浙江1月选考，3A)( )
　
(2)ATP必须在有氧条件下合成。(2021·北京卷，1B)( )
(3)线粒体、叶绿体和高尔基体都是合成ATP的场所。(2019·全国卷Ⅲ，1C)( )
(4)唾液淀粉酶水解淀粉的过程需ATP水解提供能量。(2019·天津卷，2A)( )
　
考向研析
考向1 ATP的结构及其特点
例1.ATP是活细胞内一种特殊的能量载体，在细胞核、线粒体、叶绿体以及细胞质基质中广泛存在，它不断与ADP相互转化形成ATP系统。下列叙述正确的是（ ）
A．ATP分子的磷酸基团都带正电荷而相互排斥，导致高能磷酸键不稳定
B．细胞内所有生命活动消耗的能量都由ATP直接提供
C．ATP水解脱离下来的末端磷酸基团与载体蛋白结合，可使其构象改变
D．发生放能反应时，ATP转化成ADP的量多于ADP转化成ATP的量
【变式训练1·变考法】GTP（鸟苷三磷酸）的结构和作用与ATP类似。线粒体分裂时，具有GTP酶活性的发动蛋白组装成环线粒体的纤维状结构，该结构依靠GTP水解驱动线粒体缢缩，使其一分为二。下列叙述正确的是（ ）
A．GTP因含三个特殊的化学键而具有较多能量
B．GTP酶为GTP的水解提供了活化能
C．推测发动蛋白具有催化、运动等功能
D．GTP去掉两个磷酸基团后可参与DNA的合成
【变式训练2·变载体】腌制的泡菜往往含有大量的细菌，可利用“荧光素—荧光素酶生物发光法”对市场上泡菜中的细菌含量进行检测。荧光素接受细菌细胞ATP中提供的能量后被激活，在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光，根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量。下列相关叙述错误的是（　　）
A．ATP荧光检测仪中含有荧光素和荧光素酶
B．ATP荧光检测仪检测不出样品中病毒的含量
C．荧光素酶催化的反应是放能反应，ATP中的化学能转化为光能
D．因不同细胞中ATP浓度差异小，所以荧光强度可反映微生物数量多少
考向2 ATP的合成和利用
例2.哺乳动物体内的某种Rab8蛋白由207个氨基酸组成，可分为“活性”与“非活性”两种状态，这两种状态在一定的条件下可以相互转换，其转换过程如下图所示，GTP是指鸟苷三磷酸。该种“活性”Rab8与EHBP1蛋白部分结构发生相互作用，进而使其与肌动蛋白相互作用，参与囊泡运输。下列相关表述正确的是（　　）
A．该种Rab8蛋白中最多有一个游离的氨基和一个游离的羧基
B．Rab8蛋白的合成在核糖体上，活性态与非活性态的相互转换，表明其空间结构的改变不一定会导致蛋白质变性
C．该种Rab8蛋白从“非活性”状态转化到“活性”状态时，接受GTP提供的磷酸使蛋白质结构磷酸化
D．该种Rab8蛋白通过与肌动蛋白部分结构相互作用，从而转变成“活性”状态，参与囊泡的运输
【变式训练1·变载体】主动运输包括初级主动运输和次级主动运输，初级主动运输直接利用ATP等高能化合物水解释放的能量（如图1），次级主动运输利用物质顺浓度梯度所提供的电化学势能，来驱动其他物质逆浓度梯度运输（如图2）。下列叙述错误的是（ ）
A．图1所示的主动运输是初级主动运输，所需ATP主要来自线粒体
B．图2中运入细胞的方式分别是初级主动运输、次级主动运输
C．图1、图2所示的运输方式运输的主要是小分子物质和离子
D．初级主动运输和次级主动运输能体现出细胞膜运输物质具有一定的选择性
【变式训练2·变考法】研究人员将ATP合酶和细菌视紫红质定向插入囊泡中，进行了以下三组实验，在黑暗或光照条件下检测有无H+跨膜运输和ATP产生。下列相关说法正确的是（　　）
组别 实验一 实验二 实验三
实验材料 囊泡+细菌视紫红质+ATP合酶 囊泡+细菌视紫红质+ATP合酶 囊泡+ATP合酶
实验条件 光照 黑暗 光照
实验结果
A．实验一和二对比，说明ATP合酶利用光能合成ATP
B．实验一和三对比，说明细菌视紫红质利用光能合成ATP
C．实验二和三对比，说明细菌视紫红质依赖光能进行H跨膜运输
D．实验过程中，需要向囊泡外部添加ADP和Pi
1．（2025·四川·高考真题）D-阿洛酮糖是一种低热量多功能糖，有助于肥胖人群的体重管理。Co2+可协助酶Y催化D-果糖转化为D-阿洛酮糖。有人在相同体积、相同酶量且最适反应条件（含Co2+条件）下，测定不同浓度D-果糖的转化率（转化率=产物量/底物量×100%），其变化趋势如下图。下列叙述正确的是（ ）
A．升高反应温度，可进一步提高D-果糖转化率
B．D-果糖的转化率越高，说明酶Y的活性越强
C．若将Co2+的浓度加倍，酶促反应速率也加倍
D．2h时，三组中500g·L-1果糖组产物量最高
2．（2025·江苏·高考真题）为探究淀粉酶是否具有专一性，有同学设计了实验方案，主要步骤如表。下列相关叙述合理的是（ ）
步骤 甲组 乙组 丙组
① 加入2mL淀粉溶液 加入2mL淀粉溶液 加入2mL蔗糖溶液
② 加入2mL淀粉酶溶液 加入2mL蒸馏水 ？
③ 60℃水浴加热，然后各加入2mL斐林试剂，再60℃水浴加热
A．丙组步骤②应加入2mL蔗糖酶溶液
B．两次水浴加热的主要目的都是提高酶活性
C．根据乙组的实验结果可判断淀粉溶液中是否含有还原糖
D．甲、丙组的预期实验结果都出现砖红色沉淀
3．（2025·北京·高考真题）某种加酶洗衣粉包装袋上注有下列信息：本品含有蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶；洗涤前先浸泡15～20min，特别脏的衣物可减少浸泡用水量；请勿使用60℃以上热水。下列叙述错误的是（ ）
A．该洗衣粉含多种酶，不适合洗涤纯棉衣物
B．洗涤前浸泡有利于酶与污渍结合催化其分解
C．减少浸泡衣物的用水量可提高酶的浓度
D．水温过高导致酶活性下降
4．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）下列关于耐高温的DNA聚合酶的叙述正确的是（ ）
A．基本单位是脱氧核苷酸
B．在细胞内或细胞外均可发挥作用
C．当模板DNA和脱氧核苷酸存在时即可催化反应
D．为维持较高活性，适宜在70℃~75℃下保存
5．（2025·浙江·高考真题）取鸡蛋清，加入蒸馏水，混匀并加热一段时间后，过滤得到浑浊的滤液。以该滤液为反应物，探究不同温度对某种蛋白酶活性的影响，实验结果如表所示。
组别 1 2 3 4 5
温度（℃） 27 37 47 57 67
滤液变澄清时间（min） 16 9 4 6 50min未澄清
据表分析，下列叙述正确的是（ ）
A．滤液变澄清的时间与该蛋白酶活性呈正相关
B．组3滤液变澄清时间最短，酶促反应速率最快
C．若实验温度为52℃，则滤液变澄清时间为4~6min
D．若实验后再将组5放置在57℃，则滤液变澄清时间为6min
6．（2025·重庆·高考真题）能量胶是马拉松运动员常用的胶状补给品，可快速供能。下表是某能量胶的营养成分表。据表分析，下列叙述正确的是（ ）
项目 每100g
能量 850KJ
蛋白质 0g
脂肪 0g
碳水化合物 50g
核糖 450mg
钠钾氯等 235mg
A．核糖是ATP的组成成分，补充核糖有助于合成ATP
B．推测表中的碳水化合物主要是淀粉
C．比赛过程中大量出汗，少量补充能量胶即可维持水盐平衡
D．能量胶不含脂肪和蛋白质是因为它们不能为机体提供能量
7．（2025·四川·高考真题）下列以土豆为材料的实验描述，错误的是（ ）
A．土豆DNA溶于酒精后，与二苯胺试剂混合呈蓝色
B．向土豆匀浆中加入一定量的碘液后，溶液会呈蓝色
C．利用土豆匀浆制备的培养基，可用于酵母菌的培养
D．土豆中的过氧化氢酶可用于探究pH对酶活性的影响
8．（2025·河北·高考真题）ATP是一种能为生命活动供能的化合物，下列过程不消耗ATP的是（ ）
A．肌肉的收缩 B．光合作用的暗反应
C．Ca2+载体蛋白的磷酸化 D．水的光解
9．（2025·河北·高考真题）下列过程涉及酶催化作用的是（ ）
A．Fe3+催化H2O2的分解 B．O2通过自由扩散进入细胞
C．PCR过程中DNA双链的解旋 D．植物体细胞杂交前细胞壁的去除
长句作答类
一、教材知识链接
1.除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致并将结果进行比较的实验叫作 ，它一般要设置对照组和实验组，如果实验中对照组未作任何处理，这样的对照组叫作 。(P78“科学方法”)
2.酶在细胞代谢中的作用是 。酶既没有为反应提供能量，反应前后酶的性质也没有改变。无机催化剂也能 ，但没有酶的显著。加热的作用不是降低活化能，是使反应分子得到 ，从常态转变为容易反应的活跃状态。(P78)
3.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，酶的化学本质是 ，其基本组成单位是 。(P81)
4.酶有如下的特性： 、 和酶的作用条件 。(P81)
5.建议用 酶探究温度对酶活性的影响，用 探究pH对酶活性的影响。(P82“探究·实践”)
6. ，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶 。在0 ℃左右时，酶的活性 ，但酶的 稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高。因此，酶制剂适宜在低温下 。(P84)
7.ATP是 的英文名称缩写。ATP分子的结构可以简写成A—P～P～P，其中A代表腺苷，由一分子的 和一分子 组成，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键，A—P可代表 。(P86)
8.对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，产生ATP的生理过程是 ，场所是 ；对于绿色植物来说，产生ATP的生理作用是 ，场所是 。(P87)
9.ATP在细胞中含量 ，转化 ，含量处于动态平衡。(P87)
10.细胞内的化学反应有些是需要吸收能量的，有些是释放能量的。 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 相联系，释放的能量储存在ATP中。(P89)
二、教材深挖拓展
1.加热、无机催化剂和酶加快化学反应速率的区别： 。
2．测定酶的最适温度的实验思路： 。
3．新采摘的甜玉米立即放入沸水中片刻，可保持其甜味的原因： 。
4．溶菌酶具有抗菌消炎作用的原因： 。
5．新鲜蔬菜水果放在冰箱冷藏室中，能延长保鲜时间的原因： 。
6．ATP在生物体内含量较少，但生物体对ATP的需求量很大，生物体解决该矛盾的方法： 。
7．同样是能源物质，ATP与葡萄糖具有不同的特点： 。
8．生物体所需的能量不都来自ATP： 。
三、实验专题讲座
一、实验设计遵循的原则
1.科学性原则
（1）选材科学性：如鉴定还原糖的实验中不能以西瓜汁为实验材料，因为西瓜汁的红色会干扰颜色反应。
（2）实验方法科学性：如使用双缩脲试剂时应先加入A液，再加入B液。
2.单一变量原则和等量原则
二者是完全统一的，只不过强调的侧重点不同，前者强调的是自变量的单一性即实验组和对照组相比只能有一个变量，而后者强调的是除了自变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量，必须严格控制在适宜且等量条件下，以平衡和消除无关变量对实验结果的影响。
3.平行重复原则
为减小实验误差应进行多次实验，如探究培养液中酵母菌种群数量动态变化的实验中，每次计数都要重复至少3次。
4.对照原则（为使实验结果更有可信度，需设置对照组）
（1）空白对照：即对照组不做任何变量处理。如探究胰岛素的生理作用实验中，对小鼠进行饥饿处理后，注射胰岛素的为实验组，注射等量生理盐水的为对照组。
（2）自身对照：即对照组和实验组在同一实验对象上进行，不再设置新的对照组，如观察植物细胞质壁分离和复原的实验中，质壁分离状态与自然状态形成对照。
（3）条件对照：即给对照组施加变量处理，但这种处理不是实验假设所定的。如探究甲状腺激素的生理作用实验中，实验组为饲喂甲状腺激素，空白对照组为饲喂等量生理盐水，可以再增加一组对照组，饲喂甲状腺激素抑制剂，即条件对照，这样可以增加实验的说服力。
（4）相互对照：即不单独设对照组，而是几个实验组之间相互进行对照。如探究温度、pH对酶活性影响的实验中，各组既是实验组，又是其他组的对照组。
二、实验设计的基本方法
实验设计程序：明确实验目的→选择实验原理→确定实验思路→设计实验步骤→预期实验结果→得出实验结论。
1.实验目的
（1）验证性实验：寻找题干信息，一般写有“验证……”，即为该实验的实验目的。
（2）探究性实验：首先分析实验的自变量和因变量。此类实验的实验目的一般书写为“探究自变量对因变量的影响”“探究自变量与因变量的关系”“探究自变量的作用”等等。
2.实验假设
假设是指用来说明某种现象，但未经证实的论题，是对课题涉及的主要变量之间相互关系的设想，是研究者对研究结果预先赋予的答案，是一种可能的解释和说明。提出的假设可能正确，也可能错误，但必须能解释题目现象或与题干相符，一般情况下，若是实验中要求写出你的假设，我们应根据自己平常积累的知识，写出认为最可能的一种假设即可。
3.实验原理
实验原理的确认与书写：实验原理就是进行实验的理论依据，书写基本套路概括为“已知条件找变量→根据目的提结论→依据材料判结果→结论结果巧联系→组织语言写原理”。
4.实验思路
思路是“想法”，是较为粗线条的思考过程，其要求“言简意赅”。比如：用某种方法处理某种材料，观察其对某方面的影响效果。一般须体现“对照思想”，显示自变量和因变量，对无关变量表述时，应注意体现“相同且适宜”。
5.实验步骤
步骤是“做法”，是更为“细节化”的操作流程，其要求“精确细致”。必须体现“自变量”如何设置，“因变量”如何获得，“无关变量”如何保证相同且适宜。实验步骤设计的一般程序：
6.实验结果和结论
实验结果是通过观察或测量得到的实验现象，是实验实际出现的情况。实验结论是根据实验现象，对实验因变量与自变量关系进行分析，得出的具有普遍意义的理论性结论。实验结论的得出必须依据实验结果。归纳实验结论的一般方法：
（1）通过实验目的、实验的对照组设置或步骤，根据单一因素不同，找出实验自变量。
（2）由果找因，分析实验结果（因变量）与实验控制的单一因素（自变量）之间的逻辑关系，得出正确结论。
（3）在有些实验中，还要根据各对照组中得出的“分结论”，综合为“全面结论（总）”。
（4）在验证性实验中，因为要验证的事实是正确的，实验结果只有一种，实验结论即是实验要验证的事实。在探究实验中，因为实验结果是未知的，可能出现的实验结果有多种，因此对应的实验结论也有多种，不同的结果对应不同的结论。
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第08讲 酶和ATP
目 录
01考情解码·考点定标 2
02体系构建·思维领航 3
03考点突破·考向探究 3
考点一 酶的本质和作用 3
知识点1 酶的本质 3
知识点2 酶的作用机理 5
考向 酶的本质及作用 6
考点二 酶的特性及实验 8
知识点1 酶的高效性 8
知识点2 酶的专一性 9
知识点3 温度和pH对酶活性的影响 10
知识点4 与酶相关的曲线分析 12
考向1 酶的特性 13
考向2 与酶有关的实验探究 15
重难点透析 酶的探究实验 16
考点三 ATP的结构和功能 18
知识点1 ATP是一种高能磷酸化合物 18
知识点2 ATP的合成和利用 18
考向1 ATP的结构及其特点 20
考向2 ATP 的合成和利用 21
04真题感知·命题洞见（含2025年高考真题） 24
05 学以致用·能力提升 28
一、教材知识链接 28
二、教材深挖拓展 29
三、实验专题讲座 30
考点要求 考查形式 2025年 2024年 2023年
酶的本质和作用 选择题 非选择题 黑吉辽蒙卷T1,2分 河北卷T2，3分 天津卷T6,2分
酶的特性 选择题 非选择题 四川卷T10,2分 云南卷T15,3分 广西卷T5，2分 重庆卷T6,2分
ATP在细胞代谢中的作用 选择题 非选择题 河北卷T1,3分 全国甲卷T2,6分 重庆卷T10,2分
考情分析： 1．从命题题型和内容上看，试题以选择题为主，也会在非选择题中出现。主要从以下几方面考查：酶的本质及作用机理、酶的特性及相关实验设计、ATP的结构和作用等。 2．从命题思路上看，从以下几个方面进行考查 (1)常结合动物生命活动的调节、细胞代谢综合及相关的变量分析考查； (2)常结合某个生命活动的过程来考查ATP的利用。
复习目标： 1.基于酶和ATP在细胞代谢中的作用，形成物质与能量观。(生命观念) 2．通过模型构建，解读酶的特性及温度、pH等对酶活性的影响。(科学思维) 3．探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素。(科学探究)
考点一 酶的本质和作用
知识夯基
知识点1 酶的本质
1.酶的本质和功能
本质 绝大多数是蛋白质，少数是RNA
合成原料 氨基酸或核糖核苷酸等
合成场所 核糖体、细胞核等
来源 一般来说，活细胞(哺乳动物成熟红细胞等除外)都能产生酶
功能 催化作用是酶的唯一功能
2.酶本质的探究历程
科学家 主要观点或成就
①巴斯德 糖类变酒精需酵母菌活细胞参与
②李比希 糖类变酒精需酵母菌细胞死亡并释放其中物质
③毕希纳 将酵母菌细胞中引起发酵的物质称为酿酶
④萨姆纳 从刀豆种子中提取出脲酶，证明脲酶的化学本质为蛋白质，作用为催化尿素分解
⑤切赫和奥尔特曼 少数RNA也具有生物催化功能
3.验证酶的化学本质
（1）颜色反应法：蛋白质类酶可用双缩脲试剂鉴定，反应后呈紫色。
（2）酶解法：甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如图所示。
4.酶和激素的比较“一同三不同”
项目 酶 激素
来源及作用场所 活细胞产生；细胞内或细胞外发挥作用 专门的内分泌腺或特定部位细胞产生；一般细胞外发挥作用
化学本质 绝大多数是蛋白质，少数是RNA催化作用 固醇类、多肽、蛋白质、氨基酸衍生物、脂质
生物功能 催化作用 调节作用
共性 在生物体内均属高效能物质，即含量少、作用大、生物代谢不可缺少
（提醒：激素发挥作用后被灭活，酶反应前后不变）
5.高中阶段常见酶及其作用
酶的名称 酶的作用
淀粉酶 催化淀粉水解为麦芽糖
麦芽糖酶 催化麦芽糖水解为葡萄糖
蛋白酶 催化蛋白质水解为多肽
脂肪酶 催化脂肪水解为脂肪酸和甘油
DNA酶 催化DNA水解为脱氧核苷酸
DNA聚合酶 催化DNA复制产生子代DNA
RNA聚合酶 催化DNA转录产生RNA
纤维素酶 分解纤维素
果胶酶 分解果胶
逆转录酶 催化RNA形成DNA单链
DNA连接酶 将两个DNA片段的黏性末端或平末端连接起来
限制酶 识别DNA中特定的核苷酸序列并使磷酸二酯键断裂
酪氨酸酶 催化酪氨酸合成黑色素
解旋酶 催化DNA复制过程中DNA碱基间氢键的断裂
【名师提醒】
教材隐性知识：源于必修1 P79“关于酶本质的探索”：巴斯德认为酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致，没有活细胞就不能产生酒精；李比希却认为引起发酵的只是酵母菌细胞中的某些物质，不一定需要活的细胞。请你利用酵母菌细胞、研磨和过滤装置、葡萄糖溶液等材料设计一个实验来结束这一争论。
将酵母菌细胞研磨粉碎、加水搅拌后过滤，将提取液加入葡萄糖溶液中，也能产生酒精，说明引起发酵的是一种化学物质(模拟毕希纳的实验)。
知识点2　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。（提醒：加热不能降低化学反应的活化能，但是可以为反应提供能量）
2.酶具有催化作用的机理：降低化学反应的活化能。
3.曲线解读
（1）AC段表示无酶催化时反应进行所需要的活化能。
（2）BC段表示有酶催化时反应进行所需要的活化能。
（3）AB段表示酶降低的活化能。
【易错提醒】
（1）酶可以重复多次利用，不会立即被降解。
（2）检验蛋白酶对蛋白质的水解时应选用蛋白块，通过观察其消失情况得出结论，因蛋白酶本身也是蛋白质，不能用双缩脲试剂鉴定。
（3）酶既可以作为催化剂，又可以作为另一个化学反应的底物。　　
考向研析
考向 酶的本质及作用
例1．科学家发现，去除大肠杆菌RNaseP（一种核酸内切酶）的蛋白质部分后，在体外高浓度Mg2+条件下，剩余的RNA部分仍有与全酶相同的催化活性。下列叙述正确的是（　　）
A．RNaseP可为反应提供所需的活化能
B．RNaseP的催化活性只取决于RNA
C．实验中高浓度Mg2+参与RNA的合成
D．实验说明某些酶的化学本质是RNA
【答案】D
【解析】A、酶具有降低化学反应所需活化能的作用，但酶不能提供活化能，A错误；
B、大肠杆菌RNaseP（一种核酸内切酶）的蛋白质部分后，在体外高浓度Mg2+条件下，剩余的RNA部分仍有与全酶相同的催化活性，说明其发挥催化活性不仅需要RNA，也需要其它条件，如体外高浓度Mg2+，B错误；
C、RNA的元素组成是C、H、O、N、P，没有Mg2+参与，该酶在实验中发挥催化作用需要Mg2+参与，C错误；
D、RNA部分仍有与全酶相同的催化活性，说明某些酶的化学本质是RNA，D正确。
【变式训练1·变载体】食品检测时常用涂有胆碱酯酶的“农药残留速测卡”检测菠菜表面是否残留有机磷农药，操作过程如图所示（操作后将速测卡置于37℃恒温箱装置中10min为佳），其原理为：胆碱酯酶催化红色药片中的物质水解为蓝色物质，有机磷农药对胆碱酯酶有抑制作用。下列叙述正确的是（ ）
A．将农药残留速测卡置于常温下保存可延长有效期
B．秋冬季节检测，“红色”和“白色”的叠合时间应适当延长
C．“白色”药片呈现的蓝色越深，说明菠菜表面残留的有机磷农药越多
D．每批测定应设置滴加等量菠菜浸洗液到“白色药片”上的空白对照卡
【答案】B
【解析】A、农药残留速测卡发挥作用依赖于胆碱酯酶，保存酶应该在低温环境下可以延长有效期，A错误；
B、秋冬季节温度较低，酶的活性减弱，检测时，为保证结果准确性，“红色”和“白色”的叠合时间应适当延长，B正确；
C、、“白色”药片呈现的蓝色越深，说明菠菜表面残留的有机磷农药越少，对胆碱酯酶的抑制作用越弱，C错误；
D、每批测定应设置滴加等量纯净水到“白色药片”上的空白对照卡，D错误。
【变式训练2·变考法】细胞中L酶上的两个位点(位点1 和位点2)可以与ATP 和亮氨酸结合，进而催化tRNA 与亮氨酸结合，促进蛋白质的合成。科研人员针对位点1和位点2分别制备出相应突变体细胞L1和L2，分别在加入[3H]ATP和[3H]亮氨酸的两种条件下进行实验后，检测L酶的放射性强度，结果如图。下列叙述正确的是（ ）
A．L酶可为tRNA与亮氨酸结合提供能量
B．突变体细胞L1中L酶不能与亮氨酸结合
C．ATP与亮氨酸分别与L酶上的位点1和位点2结合
D．ATP与L酶结合能够促进亮氨酸与相应的位点结合
【答案】D
【解析】A、酶不能为化学反应提供能量，A错误；
BC、根据左图，突变体细胞L1中检测到的放射性与野生型相同，说明位点1突变不影响L酶与ATP的结合，推测ATP与L酶的位点2结合，根据右图，突变体L1的放射性低于野生型，说明位点1突变影响亮氨酸与L酶的结合，推测亮氨酸与L酶的位点1结合，故突变体细胞L1中L酶能与亮氨酸结合，但结合较弱，如右图中显示L1仅为50%左右，ATP与亮氨酸分别与L酶的位点2和位点1结合，BC错误；
D、亮氨酸与L酶的位点1结合，ATP与L酶的位点2结合，根据右图，突变L2细胞检测到的放射性极低，说明ATP与L酶结合能够促进亮氨酸与相应的位点结合，D正确。
考点二 酶的特性及实验
知识夯基
知识点1 酶的高效性
1．比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验原理：FeCl3溶液中的Fe3+是一种无机催化剂，它可以使过氧化氢分解为H2O和O2，新鲜的肝脏中含有的过氧化氢酶具有相同的作用，但催化效率不同。(提醒：每滴FeCl3溶液中的Fe3+数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍)
(2)实验过程示意图
(3)实验分析：
1与2对照：加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。（为反应提供能量）
1与3对照：FeCl3在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。（催化作用）
1与4对照：过氧化氢酶在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。（催化作用）
3与4对照：过氧化氢酶比FeCl3的催化效率高。
(4)实验结论：酶和无机催化剂一样，都能催化化学反应，并且酶的催化效率远高于无机催化的催化效率。
2.酶具有高效性
（1）原因：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）意义：使细胞代谢快速进行。
（3）曲线分析(如图)
酶对应曲线A，无机催化剂对应曲线B，未加催化剂对应曲线C(填字母)。
【易错提醒】
酶与无机催化剂的相同点：①都能降低化学反应的活化能；②可加快化学反应速率，缩短达到平衡点的时间，但不改变平衡点。
知识点2 酶的专一性
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。
3.两种学说
（1）锁钥学说：整个酶分子的天然构象具有刚性结构，酶表面具有特定的形状，酶与底物的关系就像锁和钥匙。
（2）诱导契合学说：酶表面没有一种与底物互补的固定形状，只是由于底物的诱导才形成了互补形状，从而有利于底物与之结合。
4．淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用(验证酶的专一性)
(1)设计思路：验证酶专一性的方法也是“对比法”，常见的有两种方案，底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。
项目 方案一
实验组 对照组
材料 底物相同(等量)
试剂 与底物相对应的酶 另外一种酶
现象 发生反应 不发生反应
结论 酶具有专一性
项目 方案二
实验组 对照组
材料 与酶相对应的底物 另外一种底物
试剂 同一种酶(等量)
现象 发生反应 不发生反应
结论 酶具有专一性
【易错提醒】
本实验不能用碘液代替斐林试剂，因为无论蔗糖是否发生水解，都不能与碘液发生颜色反应。
知识点3 温度和pH对酶活性的影响
1.探究温度对酶活性的影响
(1)实验原理
(2)实验步骤和结果
取6支试管，分别编号为1与1′、2与2′、3与3′，并分别进行以下操作。
试管编号 1 1′ 2 2′ 3 3′
实验步骤 一 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL 可溶性淀粉溶液
二 在冰水中水浴5 min 在60 ℃温水中水浴5 min 在沸水中水浴5 min
三 1与1′试管内液体混合，摇匀 2与2′试管内液体混合，摇匀 3与3′试管内液体混合，摇匀
四 在冰水中水浴数分钟 在60 ℃温水中水浴相同时间 在沸水中水浴相同时间
五 取出试管，分别滴加2滴碘液，摇匀，观察现象
实验现象 呈蓝色 无蓝色出现 呈蓝色
结论 酶发挥催化作用需要适宜的温度条件，温度过高和过低都将影响酶的活性
　
2.探究pH对酶活性的影响
(1)反应原理(用反应式表示)：2H2O22H2O＋O2↑
(2)鉴定原理：pH影响酶的活性，从而影响O2的生成量，可用气泡的产生量(或点燃但无火焰的卫生香复燃的情况)来检验其生成量的多少。
(3)步骤及现象
实验步骤 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
一 注入等量过氧化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴
二 注入不同pH的溶液 1 mL蒸馏水 1 mL盐酸 1 mL NaOH溶液
三 注入等量的过氧化氢溶液 2 mL 2 mL 2 mL
四 观察现象 有大量气泡产生 基本无气泡产生 基本无气泡产生
(4)结论
酶的催化作用需要适宜的pH，pH偏低或偏高都会影响酶的活性。
【名师提醒】
教材隐性知识：(必修1 P84“相关信息”改编)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。因为脱离了适宜的pH，胃蛋白酶活性大大下降甚至失活，不再发挥作用。
【易错提醒】
（1）探究温度对酶活性的影响时，一定要让反应物和酶在各自所需的温度下保温一段时间，再进行混合。
（2）选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度时，检测试剂不可用斐林试剂代替碘液。因为斐林试剂需在水浴加热条件下才会发生特定的颜色反应，而该实验中需严格控制温度。
（3）探究温度对酶活性的影响时，不宜用H2O2作反应物，因为H2O2易分解，加热条件下其分解会加快，氧气的产生速率增加，并不能准确反映酶活性的变化。
（4）探究pH对酶活性的影响时，不能用斐林试剂作指示剂，因为盐酸会和斐林试剂发生反应，使斐林试剂失去作用。
（5）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被水解，从而影响实验的观察效果。　　　
【易错辨析】
(1)胃蛋白酶应在酸性、37 ℃条件下保存。(2024·河北卷，2B)(×)
　应在低温和最适pH条件下保存酶。
(2)具有催化功能RNA的发现是对酶化学本质认识的补充。(2023·广东卷，1B)(√)
(3)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。(2023·浙江6月选考，10C)(×)
　pH过高会导致酶变性失活。
(4)“探究温度对酶活性的影响”实验中，室温下将淀粉溶液与淀粉酶溶液混合后，在设定温度下保温。(2022·北京卷，12C)(×)
　应分别在设定温度下保温一段时间后再混合。
(5)麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度低。(2021·湖北卷，2D)(×)
　一般来说，动物体内酶的最适温度比植物低。
(6)酶、抗体、激素都是由氨基酸通过肽键连接而成的。(2021·全国甲卷，1A)(×)
　大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA；只有部分激素是蛋白质类。
知识点4 与酶有关的曲线分析
1．表示酶高效性的曲线
(1)酶的高效性是和无机催化剂相比较来说的，在该曲线中只有a、b相比较才可说明酶催化的高效性，a、c曲线对比只能说明酶具有催化作用。
(2)当底物量一定时，酶只能缩短达到反应平衡所需的时间，不改变产物的最大生成量。
2．表示酶专一性的图像和曲线
(1)在底物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A能催化底物的反应。
(2)在底物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不能催化底物的反应。
3．影响酶促反应速率的曲线分析
（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，酶分子结构未被破坏。
（3）从丙图可以看出：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；（提醒：反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。）
4．酶、反应物和生成物三者的浓度与酶促反应速率的关系曲线
(1)图甲：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)图乙：在其他条件适宜、酶量一定的条件下，酶促反应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。
(3)图丙：在其他条件适宜的情况下，生成物浓度较低时，酶促反应速率随反应的进行能长时间保持不变；在生成物浓度较高时，酶促反应速率明显下降。
考向研析
考向1 酶的特性
例1.某兴趣小组以淀粉纸为材料设计了4套实验方案来探究酶的特性，如表所示。下列叙述正确的是（ ）
方案 底物 催化剂 pH 温度
① 淀粉纸 淀粉酶或蛋白酶 7 37℃
② 淀粉纸 淀粉酶+蛋白酶 7 37℃
③ 淀粉纸 淀粉酶 3、7、11 37℃
④ 淀粉纸 淀粉酶 3 0℃、37℃、90℃
A．方案①可验证酶的专一性， 自变量是酶的种类
B．方案②可同时探究两种酶的活性
C．方案③可用于探究pH 对酶活性的影响
D．方案④可用于探究温度对酶活性的影响
【答案】A
【解析】A、方案①的变量是酶的种类，目的是验证酶的专一性，此时的无关变量pH和温度均保持相同且适宜，A正确；
B、淀粉酶与蛋白酶混合后，蛋白酶会分解淀粉酶，导致淀粉酶失活，无法催化淀粉水解，故该实验无法验证淀粉酶的活性，即方案②的设计存在干扰因素，B错误；
C、淀粉在酸性条件下会被分解，因此选择淀粉和淀粉酶来探究pH对酶活性的影响并不适宜，C错误；
D、方案④用于探究温度对酶活性的影响，无关变量应该相同且适宜，因此设置pH=7较为合适，而pH为3时，酶会失活，D错误。
【变式训练1·变考法】酶抑制剂是能与酶结合并降低酶活性的物质，主要有竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂两大类。竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性中心；非竞争性抑制剂作用于酶活性中心以外的其他位点，使酶的空间结构发生变化。下列叙述错误的是（ ）
A．酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示
B．非竞争性抑制剂与酶结合后，可能会影响酶与底物的结合
C．竞争性抑制剂与酶结合，会降低酶促反应的最大反应速率
D．探究某种酶抑制剂的类型时，可通过增加底物浓度进行判断
【答案】C
【解析】A、酶活性是酶催化特定化学反应的能力，可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示，A正确；
B、由题可知，非竞争性抑制剂会使酶的空间结构发生变化，可能影响酶与底物的结合，B正确；
C、竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性中心，可通过增加底物浓度减弱其抑制作用，当底物浓度足够高时，该抑制剂对酶活性的影响可以忽略不计，最大反应速率不变，C错误；
D、增加底物浓度可以减弱竞争性抑制剂对酶的抑制作用，但不能解除非竞争性抑制剂对酶的抑制作用，因此，可通过增加底物浓度来判断某种酶抑制剂的类型，D正确。
【变式训练2·变载体】葡萄糖传感器是患者在糖尿病管理中用于实时监测血糖水平的核心设备，其核心原理依赖于葡萄糖氧化酶（GOD）的生物催化作用，反应式如图所示。下列叙述错误的是（ ）
葡萄糖+O2葡萄糖酸+H2O2
A．该传感器中GOD能够降低葡萄糖氧化反应的活化能
B．该传感器须在适宜的温度条件下使用，高温会破坏酶的空间结构
C．利用葡萄糖传感器监测血糖时，GOD在传感器中能反复利用
D．该传感器的反应速率仅与葡萄糖浓度有关，与酶的含量无关
【答案】D
【解析】A、酶的作用机理是降低化学反应所需的活化能，因此葡萄糖氧化酶（GOD）能够降低葡萄糖氧化反应的活化能，A正确；
B、温度会影响酶的活性，因此该传感器须在适宜的温度条件下使用，高温会破坏酶的空间结构使酶的活性降低甚至丧失活性，B正确；
C、酶在催化化学反应前后结构不变，因此可以反复利用，即利用葡萄糖传感器监测血糖时，GOD在传感器中能反复利用，C正确；
D、底物的浓度、酶的数量、酶的活性等均会影响反应速率，因此该传感器的反应速率不仅与葡萄糖浓度有关，也与酶的含量有关，D错误。
考向2 与酶有关的实验探究
例2.为了探究环境因素对酶活性的影响，某同学设计了甲、乙两组实验，分别用于探究温度和pH对酶活性的影响。下列设计中最合理的是（　　）
A．甲实验，选用过氧化氢溶液和新鲜的肝脏研磨液，观察气泡产生速率
B．甲实验，选用淀粉溶液和淀粉酶溶液，用本尼迪特（斐林）试剂检测
C．乙实验，选用过氧化氢溶液和新鲜的肝脏研磨液，观察气泡产生速率
D．乙实验，酶与底物（反应物）混合后迅速放入不同pH的盐酸溶液中
【答案】C
【解析】A、探究温度对酶活性的影响时，不能用过氧化氢溶液，因为温度升高，过氧化氢自身分解加快，A错误；
B、探究温度对酶活性的影响时，选用淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液，应该用碘液进行鉴定，因为斐林试剂水浴加热，会影响酶的活性，B错误；
C、探究pH对酶活性的影响时，选用新鲜肝脏研磨液和过氧化氢溶液，观察气泡产生速率，C正确；
D、探究pH对酶活性的影响时，酶与底物（反应物）应分别在不同pH下，然后再混合，D错误。
【变式训练1·变载体】在螺旋链霉菌发酵产生螺旋霉素的过程中，添加锌离子有利于螺旋霉素的生物合成。科研人员继续探索加入不同浓度的锌离子对螺旋霉素合成的影响（效价越高代表螺旋霉素越多），结果如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．上述研究应先在实验室中小规模进行，后扩大至发酵罐
B．锌离子可能改变了螺旋霉素合成酶的氨基酸序列以提高其活性
C．锌离子对螺旋链霉菌合成螺旋霉素的影响表现为“低促高抑”
D．可继续在0.24~0.28g/L间探索促进效果最佳的锌离子浓度
【答案】A
【解析】A、科研人员继续探索加入不同浓度的锌离子对螺旋霉素合成的影响，以便更好地进行发酵生产，因此上述研究应先在实验室中小规模进行，后扩大至发酵罐，A正确；
B、锌离子可能改变了螺旋霉素合成酶的空间结构以提高其活性，无法改变其氨基酸序列，B错误；
C、由图可知，与0添加相比，锌离子对螺旋链霉菌合成螺旋霉素的影响均表现为促进，C错误；
D、由图可知，锌离子浓度为0.24g/L时，效价最高，故可继续在0.2~0.28g/L间探索促进效果最佳的锌离子浓度，D错误。
【变式训练2·变考法】植物体内的多聚半乳糖醛酸酶可将果胶降解为半乳糖醛酸，能促进果实的软化和成熟脱落。为探究该酶的特性，进行以下4组实验，条件及结果如下表。下列叙述不正确的是（　　）
组别/条件及产物 ① ② ③ ④
果胶 ＋ ＋ ＋ ＋
多聚半乳糖醛酸酶 ＋ ＋ ＋ ＋
Ca2+ － ＋ － －
Mn2+ － － ＋ －
55℃ － － － ＋
半乳糖醛酸 ＋ － ＋＋＋ ＋＋
注：“＋”表示存在和量的多少，“－”表示无。①~③组在常温下实验
A．由①④组可知，自变量为温度，因变量为半乳糖醛酸的量
B．由①②③组可知，多聚半乳糖醛酸酶的活性受离子影响
C．该实验说明，喷施Mn2+制剂可缩短果实成熟期
D．该实验证明，多聚半乳糖醛酸酶不具有专一性
【答案】D
【解析】A、由于①④组条件只有温度不同，自变量为温度，因变量为多聚半乳糖醛酸酶的活性，检测指标为半乳糖醛酸的量，A正确；
B、①②③组自变量为离子的种类，因变量为半乳糖醛酸的量，且三组结果不同，表明多聚半乳糖醛酸酶的活性受离子影响，B正确；
C、喷施Mn2＋制剂，半乳糖醛酸增多，能促进果实的软化和成熟脱落，缩短果实成熟期，C正确；
D、酶具有专一性，多聚半乳糖醛酸酶也不例外，D错误。
重难点透析 酶的探究实验
1．验证酶的作用、高效性和专一性
(1)酶具有催化作用
①实验组：底物＋相应酶液→检测→底物被分解。
②对照组：底物＋等量蒸馏水→检测→底物不被分解。
(2)酶的专一性
①方案一：自变量是底物(反应物)
A．实验组：底物＋相应酶液→检测→底物被分解。
B．对照组：另一种底物＋相同酶液→检测→底物不被分解。
②方案二：自变量是酶的种类
A．实验组：底物＋相应酶液→检测→底物被分解。
B．对照组：相同底物＋另一种酶液→检测→底物不被分解。
(3)酶的高效性
①实验组：反应物＋适量酶溶液→检测→底物分解速率快。
②对照组：反应物＋等量无机催化剂→检测→底物分解速率慢。
2．探究酶的最适温度或pH
(1)探究酶的最适温度
①设计思路
②设计方案
(2)探究酶的最适pH
①设计思路
②设计方案
考点三 ATP的结构和功能
知识夯基
知识点1 ATP是一种高能磷酸化合物
1.中文名称：腺苷三磷酸
2.ATP的结构简式：A—P～P～P，其中A代表腺苷(腺嘌呤+核糖)，P代表磷酸基团(3个)，～代表特殊化学键(2个)，—代表普通磷酸键(1个)。1个ATP分子中含有1个腺苷，3个磷酸基团，2个特殊化学键。
3.辨不同化合物中”A”的含义
化合物 结构简式 “A”含义 共同点
ATP 腺苷（由腺嘌呤和核糖组成） 所有“A”的共同点是都含有腺嘌呤
DNA 腺嘌呤脱氧核苷酸
RNA 腺嘌呤核糖核苷酸
核苷酸 腺嘌呤
知识点2 ATP的合成和利用
1.ATP利用的实例
2.ATP为主动运输提供能量的过程
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，其酶活性就被激活了。
在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，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。
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。
3.分子的磷酸化及意义
ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。
4.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
a．吸能反应：一般与ATP的水解相联系。
b．放能反应：一般与ATP的合成相联系。
②能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
5.总结细胞内产生与消耗ATP的生理过程
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； 消耗ATP：一些需能反应
叶绿体 产生ATP：光反应； 消耗ATP：暗反应和自身DNA复制、转录和蛋白质合成等
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ATP：DNA复制、转录等
【易错提醒】
(1)同一种物质进出不同细胞时，运输方式可能不同，如红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，而小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式则是主动运输；神经细胞膜上运入K＋的方式为主动运输，运出K＋的方式为协助扩散，运入K＋的载体蛋白和运出K＋的通道蛋白都具有特异性。
(2)Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输的方式进出细胞，但也可通过协助扩散的方式进出细胞，如神经细胞维持静息电位时的K＋外流和形成动作电位时的Na＋内流。
(3)RNA和蛋白质等大分子物质通过核孔进出细胞核，而不是通过胞吞、胞吐。
(4)胞吐不是只能运输大分子物质，也可以运输小分子物质，如神经递质。
【易错辨析】
(1)腺苷三磷酸分子由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成。(2022·浙江1月选考，3A)(×)
　腺苷三磷酸分子由1个核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成。
(2)ATP必须在有氧条件下合成。(2021·北京卷，1B)(×)
　无氧呼吸也可产生ATP。
(3)线粒体、叶绿体和高尔基体都是合成ATP的场所。(2019·全国卷Ⅲ，1C)(×)
　高尔基体不能合成ATP。
(4)唾液淀粉酶水解淀粉的过程需ATP水解提供能量。(2019·天津卷，2A)(×)
　淀粉水解不需要消耗ATP。
考向研析
考向1 ATP的结构及其特点
例1.ATP是活细胞内一种特殊的能量载体，在细胞核、线粒体、叶绿体以及细胞质基质中广泛存在，它不断与ADP相互转化形成ATP系统。下列叙述正确的是（ ）
A．ATP分子的磷酸基团都带正电荷而相互排斥，导致高能磷酸键不稳定
B．细胞内所有生命活动消耗的能量都由ATP直接提供
C．ATP水解脱离下来的末端磷酸基团与载体蛋白结合，可使其构象改变
D．发生放能反应时，ATP转化成ADP的量多于ADP转化成ATP的量
【答案】C
【解析】A、磷酸基团带的是负电荷，A错误；
B、细胞内大多数的生命活动所需能量是由ATP直接提供的，B错误；
C、磷酸基团与载体蛋白结合是载体蛋白磷酸化过程，载体蛋白磷酸化会导致其空间结构发生变化，C正确；
D、放能反应发生时伴随着ATP的合成，ADP转化成ATP的量较大，D错误。
【变式训练1·变考法】GTP（鸟苷三磷酸）的结构和作用与ATP类似。线粒体分裂时，具有GTP酶活性的发动蛋白组装成环线粒体的纤维状结构，该结构依靠GTP水解驱动线粒体缢缩，使其一分为二。下列叙述正确的是（ ）
A．GTP因含三个特殊的化学键而具有较多能量
B．GTP酶为GTP的水解提供了活化能
C．推测发动蛋白具有催化、运动等功能
D．GTP去掉两个磷酸基团后可参与DNA的合成
【答案】C
【解析】A、GTP含有2个特殊的化学键，A错误；
B、酶的作用机理是降低化学反应的活化能而非提供活化能，B错误；
C、结合题意分析可知，发动蛋白具有 GTP酶活性，说明其具有催化作用，且线粒体分裂时发动蛋白组装成环线粒体的纤维状结构，该结构依靠GTP水解驱动线粒体缢缩，该过程体现了发动蛋白具有运动功能，C正确；
D、依题意，GTP的结构与ATP类似，GTP去掉两个磷酸基团后的结构是组成RNA的基本单位，D错误。
【变式训练2·变载体】腌制的泡菜往往含有大量的细菌，可利用“荧光素—荧光素酶生物发光法”对市场上泡菜中的细菌含量进行检测。荧光素接受细菌细胞ATP中提供的能量后被激活，在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光，根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量。下列相关叙述错误的是（　　）
A．ATP荧光检测仪中含有荧光素和荧光素酶
B．ATP荧光检测仪检测不出样品中病毒的含量
C．荧光素酶催化的反应是放能反应，ATP中的化学能转化为光能
D．因不同细胞中ATP浓度差异小，所以荧光强度可反映微生物数量多少
【答案】C
【解析】A、ATP荧光检测仪的检测原理是荧光素酶在ATP参与下，能催化荧光素产生氧化荧光素并发出荧光，且荧光强度与ATP含量成正比，由此可知，ATP荧光检测仪中含有荧光素和荧光素酶，A正确；
B、能产生ATP的生物才能用ATP荧光检测仪检测，病毒不能产生ATP，故ATP荧光检测仪检测不出样品中病毒的含量，B正确；
C、荧光素酶在ATP参与下，能催化荧光素产生氧化荧光素并发出荧光，由此可知，该过程伴随着ATP水解供能，即荧光素酶催化的反应是吸能反应，ATP中的化学能转化为光能，C错误；
D、所有生物活细胞中都含有ATP，不同细胞中ATP浓度差异不大，这是以荧光强度反应来检测微生物含量的前提，D正确。
考向2 ATP的合成和利用
例2.哺乳动物体内的某种Rab8蛋白由207个氨基酸组成，可分为“活性”与“非活性”两种状态，这两种状态在一定的条件下可以相互转换，其转换过程如下图所示，GTP是指鸟苷三磷酸。该种“活性”Rab8与EHBP1蛋白部分结构发生相互作用，进而使其与肌动蛋白相互作用，参与囊泡运输。下列相关表述正确的是（　　）
A．该种Rab8蛋白中最多有一个游离的氨基和一个游离的羧基
B．Rab8蛋白的合成在核糖体上，活性态与非活性态的相互转换，表明其空间结构的改变不一定会导致蛋白质变性
C．该种Rab8蛋白从“非活性”状态转化到“活性”状态时，接受GTP提供的磷酸使蛋白质结构磷酸化
D．该种Rab8蛋白通过与肌动蛋白部分结构相互作用，从而转变成“活性”状态，参与囊泡的运输
【答案】B
【解析】A、由题意可知，Rab8蛋白由207个氨基酸组成，至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，A错误；
B、Rab8蛋白存在“活性”与“非活性”两种状态，这两种状态在一定的条件下可以相互转换，说明其空间结构的改变不会导致蛋白质变性，B正确；
C、由图示可知，Rab8蛋白从“非活性”状态转化到“活性”状态时，GDP接受GTP提供的磷酸和能量形成GTP，然后GTP使Rab8蛋白质结构磷酸化，C错误；
D、Rab8与EHBP1蛋白部分结构首先发生相互作用，进而使其再与肌动蛋白相互作用，参与囊泡运输，D错误。
【变式训练1·变载体】主动运输包括初级主动运输和次级主动运输，初级主动运输直接利用ATP等高能化合物水解释放的能量（如图1），次级主动运输利用物质顺浓度梯度所提供的电化学势能，来驱动其他物质逆浓度梯度运输（如图2）。下列叙述错误的是（ ）
A．图1所示的主动运输是初级主动运输，所需ATP主要来自线粒体
B．图2中运入细胞的方式分别是初级主动运输、次级主动运输
C．图1、图2所示的运输方式运输的主要是小分子物质和离子
D．初级主动运输和次级主动运输能体现出细胞膜运输物质具有一定的选择性
【答案】B
【解析】A、 由题干可知初级主动运输直接利用ATP等高能化合物水解释放的能量，图1所示主动运输符合这一特点，是初级主动运输。动物细胞中ATP主要来自线粒体的有氧呼吸，A正确；
B、据图分析，S1运入细胞是协助扩散，S2运入细胞是次级主动运输 ，B错误；
C、主动运输这种运输方式主要用于运输小分子物质和离子，图1、图2所示的主动运输也不例外，C正确；
D、初级主动运输和次级主动运输都能按照细胞的需求选择吸收或排出物质，体现出细胞膜运输物质具有一定的选择性，D正确。
【变式训练2·变考法】研究人员将ATP合酶和细菌视紫红质定向插入囊泡中，进行了以下三组实验，在黑暗或光照条件下检测有无H+跨膜运输和ATP产生。下列相关说法正确的是（　　）
组别 实验一 实验二 实验三
实验材料 囊泡+细菌视紫红质+ATP合酶 囊泡+细菌视紫红质+ATP合酶 囊泡+ATP合酶
实验条件 光照 黑暗 光照
实验结果
A．实验一和二对比，说明ATP合酶利用光能合成ATP
B．实验一和三对比，说明细菌视紫红质利用光能合成ATP
C．实验二和三对比，说明细菌视紫红质依赖光能进行H跨膜运输
D．实验过程中，需要向囊泡外部添加ADP和Pi
【答案】D
【解析】A、实验一和二对比，变量是光照的有无。在光照条件下实验一有H+跨膜运输和ATP产生，黑暗条件下实验二无H+跨膜运输和ATP产生。这说明细菌视紫红质利用光能进行H+跨膜运输，进而为ATP合酶合成ATP提供能量，而不是ATP合酶利用光能合成ATP，A错误;
B、实验一和三对比，变量是是否有细菌视紫红质。实验一有细菌视紫红质，在光照下有H+跨膜运输和ATP产生；实验三没有细菌视紫红质，在光照下无H+跨膜运输和ATP产生。这说明细菌视紫红质利用光能进行H+跨膜运输，进而合成ATP，而不是细菌视紫红质直接利用光能合成ATP，B错误;
C、实验二和三对比，实验二有细菌视紫红质但在黑暗条件下，无H+跨膜运输和ATP产生；实验三没有细菌视紫红质在光照下也无H+跨膜运输和ATP产生。这两个实验无法得出细菌视紫红质依赖光能进行H+跨膜运输的结论，C错误;
D、ATP的合成需要原料ADP和Pi，所以实验过程中，需要向囊泡外部添加ADP和Pi，D正确。

1．（2025·四川·高考真题）D-阿洛酮糖是一种低热量多功能糖，有助于肥胖人群的体重管理。Co2+可协助酶Y催化D-果糖转化为D-阿洛酮糖。有人在相同体积、相同酶量且最适反应条件（含Co2+条件）下，测定不同浓度D-果糖的转化率（转化率=产物量/底物量×100%），其变化趋势如下图。下列叙述正确的是（ ）
A．升高反应温度，可进一步提高D-果糖转化率
B．D-果糖的转化率越高，说明酶Y的活性越强
C．若将Co2+的浓度加倍，酶促反应速率也加倍
D．2h时，三组中500g·L-1果糖组产物量最高
【答案】D
【解析】A、题干中实验是在最适反应条件下进行的，升高温度会使酶的活性降低，从而降低D-果糖转化率，A错误；
B、D-果糖的转化率不仅与酶Y的活性有关，还与底物（D-果糖）的浓度、反应时间等因素有关，所以不能仅根据转化率高就说明酶Y的活性强，B错误；
C、Co2+可协助酶Y催化反应，但Co2+不是酶，将Co2+的浓度加倍，不一定会使酶促反应速率也加倍，酶促反应速率还受到酶的数量、底物浓度等多种因素影响，C错误；
D、 转化率=产物量/底物量×100%，2h时，500g·L-1果糖组的转化率不是最高，但底物量是最多的，且转化率也较高，根据产物量=底物量×转化率，可知其产物量最高，D正确。
故选D。
2．（2025·江苏·高考真题）为探究淀粉酶是否具有专一性，有同学设计了实验方案，主要步骤如表。下列相关叙述合理的是（ ）
步骤 甲组 乙组 丙组
① 加入2mL淀粉溶液 加入2mL淀粉溶液 加入2mL蔗糖溶液
② 加入2mL淀粉酶溶液 加入2mL蒸馏水 ？
③ 60℃水浴加热，然后各加入2mL斐林试剂，再60℃水浴加热
A．丙组步骤②应加入2mL蔗糖酶溶液
B．两次水浴加热的主要目的都是提高酶活性
C．根据乙组的实验结果可判断淀粉溶液中是否含有还原糖
D．甲、丙组的预期实验结果都出现砖红色沉淀
【答案】C
【解析】A、丙组步骤②应加入2mL淀粉酶溶液，而非蔗糖酶溶液。验证淀粉酶专一性需保持酶相同而底物不同，若加入蔗糖酶则无法证明淀粉酶的作用特性，A错误；
B、第一次60℃水浴是为酶提供最适温度以催化反应，第二次水浴是斐林试剂与还原糖反应的条件，B错误；
C、乙组（淀粉+蒸馏水）未加酶，若未显色说明淀粉本身不含还原糖，若显色则可能底物被污染或分解，因此乙组结果可用于判断淀粉是否含还原糖，C正确；
D、甲组（淀粉+淀粉酶）水解产物为葡萄糖（还原糖），与斐林试剂在水浴条件下呈砖红色；丙组（蔗糖+淀粉酶）无水解产物，故丙组出现蓝色，D错误。
故选C。
3．（2025·北京·高考真题）某种加酶洗衣粉包装袋上注有下列信息：本品含有蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶；洗涤前先浸泡15～20min，特别脏的衣物可减少浸泡用水量；请勿使用60℃以上热水。下列叙述错误的是（ ）
A．该洗衣粉含多种酶，不适合洗涤纯棉衣物
B．洗涤前浸泡有利于酶与污渍结合催化其分解
C．减少浸泡衣物的用水量可提高酶的浓度
D．水温过高导致酶活性下降
【答案】A
【解析】A、酶具有专一性，纯棉衣物的主要成分是纤维素，而该洗衣粉含有的酶为蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶，均无法分解纤维素，故不会损坏纯棉衣物，A错误；
B、洗涤前浸泡可延长酶与污渍的接触时间，有利于酶与污渍结合催化其分解，B正确；
C、一定范围内，减少用水量会提高酶的浓度，从而加快反应速率，C正确；
D、酶活性的发挥需要适宜温度，高温会破坏其空间结构导致酶活性下降，故勿使用60℃以上热水，D正确。
故选A。
4．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）下列关于耐高温的DNA聚合酶的叙述正确的是（ ）
A．基本单位是脱氧核苷酸
B．在细胞内或细胞外均可发挥作用
C．当模板DNA和脱氧核苷酸存在时即可催化反应
D．为维持较高活性，适宜在70℃~75℃下保存
【答案】B
【解析】A、耐高温的DNA聚合酶的本质是蛋白质，基本单位为氨基酸，A错误；
B、耐高温DNA聚合酶在细胞内的DNA复制和体外的PCR反应中均能发挥作用，B正确；
C、缺少引物和缓冲液时反应无法启动，C错误；
D、耐高温的 DNA 聚合酶虽然能在较高温度下发挥作用，但保存时一般在低温下保存，而不是在70℃~75℃下保存，D错误。
5．（2025·浙江·高考真题）取鸡蛋清，加入蒸馏水，混匀并加热一段时间后，过滤得到浑浊的滤液。以该滤液为反应物，探究不同温度对某种蛋白酶活性的影响，实验结果如表所示。
组别 1 2 3 4 5
温度（℃） 27 37 47 57 67
滤液变澄清时间（min） 16 9 4 6 50min未澄清
据表分析，下列叙述正确的是（ ）
A．滤液变澄清的时间与该蛋白酶活性呈正相关
B．组3滤液变澄清时间最短，酶促反应速率最快
C．若实验温度为52℃，则滤液变澄清时间为4~6min
D．若实验后再将组5放置在57℃，则滤液变澄清时间为6min
【答案】B
【解析】A、浑浊的滤液为变性的蛋白质液体，滤液变澄清的时间与该蛋白酶活性呈负相关，即蛋白酶活性越强，蛋白质水解越快，澄清时间越短，A错误；
B、组3滤液变澄清时间最短，说明酶活性最高，酶促反应速率最快，B正确；
C、若实验温度为52℃，可能酶活性大于第3、4组，时间可能小于4min，C错误；
D、组5蛋白酶已经失活，实验后再将组5放置在57℃，滤液也不会澄清，D错误。
6．（2025·重庆·高考真题）能量胶是马拉松运动员常用的胶状补给品，可快速供能。下表是某能量胶的营养成分表。据表分析，下列叙述正确的是（ ）
项目 每100g
能量 850KJ
蛋白质 0g
脂肪 0g
碳水化合物 50g
核糖 450mg
钠钾氯等 235mg
A．核糖是ATP的组成成分，补充核糖有助于合成ATP
B．推测表中的碳水化合物主要是淀粉
C．比赛过程中大量出汗，少量补充能量胶即可维持水盐平衡
D．能量胶不含脂肪和蛋白质是因为它们不能为机体提供能量
【答案】A
【解析】A、ATP由腺苷（腺嘌呤+核糖）和三个磷酸基团组成，核糖是ATP的组成成分，“补充核糖”可为腺苷的合成提供原料，间接支持ATP生成，故补充核糖有助于合成ATP，A正确；
B、碳水化合物若为淀粉（多糖），需分解为葡萄糖才能快速供能，但能量胶需“快速供能”，推测其碳水化合物应为单糖（如葡萄糖）或二糖（如麦芽糖），而非淀粉，B错误；
C、大量出汗会导致水和电解质大量流失，能量胶中钠钾氯仅235mg/100g，少量补充不足以完全维持水盐平衡，需额外补充水和电解质，C错误；
D、脂肪和蛋白质均可供能，但脂肪供能慢，蛋白质主要参与结构构建，能量胶不含二者是因快速供能需优先利用碳水化合物，D错误。
7．（2025·四川·高考真题）下列以土豆为材料的实验描述，错误的是（ ）
A．土豆DNA溶于酒精后，与二苯胺试剂混合呈蓝色
B．向土豆匀浆中加入一定量的碘液后，溶液会呈蓝色
C．利用土豆匀浆制备的培养基，可用于酵母菌的培养
D．土豆中的过氧化氢酶可用于探究pH对酶活性的影响
【答案】A
【解析】A、DNA的鉴定需在沸水浴条件下与二苯胺试剂反应呈蓝色，题目中未提及沸水浴步骤，无法显色，A错误；
B、碘液可以将淀粉染成蓝色，所以向土豆匀浆中加入一定量的碘液后，溶液会呈蓝色，B正确；
C、利用土豆匀浆制备的培养基，含有碳源、氮源、水、无机盐和其他酵母菌生长需要的物质，所以可用于酵母菌的培养，C正确；
D、过氧化氢酶的活性受到pH的影响，所以土豆中的过氧化氢酶可用于探究pH对酶活性的影响，D正确。
故选A。
8．（2025·河北·高考真题）ATP是一种能为生命活动供能的化合物，下列过程不消耗ATP的是（ ）
A．肌肉的收缩 B．光合作用的暗反应
C．Ca2+载体蛋白的磷酸化 D．水的光解
【答案】D
【解析】A、肌肉收缩通过肌球蛋白与肌动蛋白相互作用，需要ATP水解供能，A不符合题意；
B、光合作用暗反应中C3的还原需要消耗ATP（来自光反应产生的ATP），B不符合题意；
C、ATP为主动运输供能时载体蛋白空间结构发生变化，Ca 载体蛋白磷酸化需ATP水解提供磷酸基团和能量，C不符合题意；
D、水的光解发生在光反应阶段，由光能驱动，不消耗ATP，反而生成ATP，D符合题意。
9．（2025·河北·高考真题）下列过程涉及酶催化作用的是（ ）
A．Fe3+催化H2O2的分解 B．O2通过自由扩散进入细胞
C．PCR过程中DNA双链的解旋 D．植物体细胞杂交前细胞壁的去除
【答案】D
【解析】A、Fe3+催化H2O2的分解，Fe3+是无机催化剂，不是酶，A错误；
B、O2通过自由扩散进入细胞，这是一种简单的物质跨膜运输方式，不涉及酶的催化作用，B错误；
C、PCR过程中DNA双链的解旋是通过高温实现的，不需要酶来解旋（在生物体内DNA解旋需要解旋酶），C错误；
D、植物体细胞杂交前细胞壁的去除，需要用纤维素酶和果胶酶将细胞壁分解，涉及酶的催化作用，D正确。
故选D。
长句作答类
一、教材知识链接
1.除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致并将结果进行比较的实验叫作对照实验，它一般要设置对照组和实验组，如果实验中对照组未作任何处理，这样的对照组叫作空白对照。(P78“科学方法”)
2.酶在细胞代谢中的作用是降低活化能。酶既没有为反应提供能量，反应前后酶的性质也没有改变。无机催化剂也能降低活化能，但没有酶的显著。加热的作用不是降低活化能，是使反应分子得到能量，从常态转变为容易反应的活跃状态。(P78)
3.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，酶的化学本质是蛋白质或RNA，其基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸。(P81)
4.酶有如下的特性：高效性、专一性和酶的作用条件较温和。(P81)
5.建议用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响。(P82“探究·实践”)
6.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。在0 ℃左右时，酶的活性很低，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，酶制剂适宜在低温下保存。(P84)
7.ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。ATP分子的结构可以简写成A—P～P～P，其中A代表腺苷，由一分子的腺嘌呤和一分子核糖组成，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键，A—P可代表腺嘌呤核糖核苷酸。(P86)
8.对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，产生ATP的生理过程是呼吸作用，场所是细胞质基质和线粒体；对于绿色植物来说，产生ATP的生理作用是呼吸作用和光合作用，场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体。(P87)
9.ATP在细胞中含量少，转化迅速，含量处于动态平衡。(P87)
10.细胞内的化学反应有些是需要吸收能量的，有些是释放能量的。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合成相联系，释放的能量储存在ATP中。(P89)
二、教材深挖拓展
1.加热、无机催化剂和酶加快化学反应速率的区别：加热只是为反应提供能量，并不能降低活化能。无机催化剂和酶都能降低反应所需的活化能，而酶降低活化能的作用更显著。
2．测定酶的最适温度的实验思路：在一定的温度范围内，设置多个不同的温度梯度，分别测定酶活性。若所测得数据出现峰值，峰值所对应的温度为最适温度，否则继续扩大温度范围，直到测出峰值。
3．新采摘的甜玉米立即放入沸水中片刻，可保持其甜味的原因：加热会破坏将可溶性糖(甜)转化为淀粉(不甜)的酶的空间结构。
4．溶菌酶具有抗菌消炎作用的原因：溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁，起到消炎抗菌的作用。
5．新鲜蔬菜水果放在冰箱冷藏室中，能延长保鲜时间的原因：低温抑制酶的活性，降低细胞呼吸强度，使有机物分解速率减慢，进而延长保鲜时间。
6．ATP在生物体内含量较少，但生物体对ATP的需求量很大，生物体解决该矛盾的方法：细胞内ATP与ADP的转化速率较快，因此能够满足生物体对ATP的需求。
7．同样是能源物质，ATP与葡萄糖具有不同的特点：一是ATP含有的化学能比较少；二是ATP分子中所含的是活跃的化学能，而葡萄糖分子中所含的是稳定的化学能。葡萄糖分子中稳定的化学能只有转化为ATP分子中活跃的化学能，才能被细胞利用。
8．生物体所需的能量不都来自ATP：细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的。有些生命活动还需要其他物质来直接提供能量，如在转录过程中，实际提供能量的除ATP外，还有CTP、GTP、UTP。
三、实验专题讲座
一、实验设计遵循的原则
1.科学性原则
（1）选材科学性：如鉴定还原糖的实验中不能以西瓜汁为实验材料，因为西瓜汁的红色会干扰颜色反应。
（2）实验方法科学性：如使用双缩脲试剂时应先加入A液，再加入B液。
2.单一变量原则和等量原则
二者是完全统一的，只不过强调的侧重点不同，前者强调的是自变量的单一性即实验组和对照组相比只能有一个变量，而后者强调的是除了自变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量，必须严格控制在适宜且等量条件下，以平衡和消除无关变量对实验结果的影响。
3.平行重复原则
为减小实验误差应进行多次实验，如探究培养液中酵母菌种群数量动态变化的实验中，每次计数都要重复至少3次。
4.对照原则（为使实验结果更有可信度，需设置对照组）
（1）空白对照：即对照组不做任何变量处理。如探究胰岛素的生理作用实验中，对小鼠进行饥饿处理后，注射胰岛素的为实验组，注射等量生理盐水的为对照组。
（2）自身对照：即对照组和实验组在同一实验对象上进行，不再设置新的对照组，如观察植物细胞质壁分离和复原的实验中，质壁分离状态与自然状态形成对照。
（3）条件对照：即给对照组施加变量处理，但这种处理不是实验假设所定的。如探究甲状腺激素的生理作用实验中，实验组为饲喂甲状腺激素，空白对照组为饲喂等量生理盐水，可以再增加一组对照组，饲喂甲状腺激素抑制剂，即条件对照，这样可以增加实验的说服力。
（4）相互对照：即不单独设对照组，而是几个实验组之间相互进行对照。如探究温度、pH对酶活性影响的实验中，各组既是实验组，又是其他组的对照组。
二、实验设计的基本方法
实验设计程序：明确实验目的→选择实验原理→确定实验思路→设计实验步骤→预期实验结果→得出实验结论。
1.实验目的
（1）验证性实验：寻找题干信息，一般写有“验证……”，即为该实验的实验目的。
（2）探究性实验：首先分析实验的自变量和因变量。此类实验的实验目的一般书写为“探究自变量对因变量的影响”“探究自变量与因变量的关系”“探究自变量的作用”等等。
2.实验假设
假设是指用来说明某种现象，但未经证实的论题，是对课题涉及的主要变量之间相互关系的设想，是研究者对研究结果预先赋予的答案，是一种可能的解释和说明。提出的假设可能正确，也可能错误，但必须能解释题目现象或与题干相符，一般情况下，若是实验中要求写出你的假设，我们应根据自己平常积累的知识，写出认为最可能的一种假设即可。
3.实验原理
实验原理的确认与书写：实验原理就是进行实验的理论依据，书写基本套路概括为“已知条件找变量→根据目的提结论→依据材料判结果→结论结果巧联系→组织语言写原理”。
4.实验思路
思路是“想法”，是较为粗线条的思考过程，其要求“言简意赅”。比如：用某种方法处理某种材料，观察其对某方面的影响效果。一般须体现“对照思想”，显示自变量和因变量，对无关变量表述时，应注意体现“相同且适宜”。
5.实验步骤
步骤是“做法”，是更为“细节化”的操作流程，其要求“精确细致”。必须体现“自变量”如何设置，“因变量”如何获得，“无关变量”如何保证相同且适宜。实验步骤设计的一般程序：
6.实验结果和结论
实验结果是通过观察或测量得到的实验现象，是实验实际出现的情况。实验结论是根据实验现象，对实验因变量与自变量关系进行分析，得出的具有普遍意义的理论性结论。实验结论的得出必须依据实验结果。归纳实验结论的一般方法：
（1）通过实验目的、实验的对照组设置或步骤，根据单一因素不同，找出实验自变量。
（2）由果找因，分析实验结果（因变量）与实验控制的单一因素（自变量）之间的逻辑关系，得出正确结论。
（3）在有些实验中，还要根据各对照组中得出的“分结论”，综合为“全面结论（总）”。
（4）在验证性实验中，因为要验证的事实是正确的，实验结果只有一种，实验结论即是实验要验证的事实。在探究实验中，因为实验结果是未知的，可能出现的实验结果有多种，因此对应的实验结论也有多种，不同的结果对应不同的结论。
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