2020年苏教版高中生物一轮复习学案:第8讲 ATP和酶
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1、第第 8 讲讲 ATP 和酶和酶 考纲要求 1.ATP 在能量代谢中的作用()。2.酶在代谢中的作用()。3.实验:探究影响 酶活性的因素。 考点一考点一 ATP 的结构与功能的结构与功能 1.ATP 的结构 一分子 ATP 含有 3 个磷酸基团, 2 个高能磷酸键, 其中远离腺嘌呤核苷的那个高能磷酸键易 水解,释放能量。 2.ATP 与 ADP 的相互转化 项目 ATP 的合成 ATP 的水解 反应式 ADPPi能量 酶 ATPH2O ATPH2O 酶 ADPPi能量 所需酶 ATP 合成酶 ATP 水解酶 能量来源 光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸) 储存在高能磷酸键中的能量 能量去路
2、储存于高能磷酸键中 用于各项生命活动 反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位 3.ATP 的功能与动、植物细胞代谢 (1)植物细胞可以通过光合作用和细胞呼吸形成ATP, 而动物细胞只能通过细胞呼吸形成ATP。 (2)植物光合作用光反应阶段产生的 ATP 专用于暗反应,不用于其他生命活动;植物或动物 细胞呼吸产生的 ATP 才能用于多种生命活动。 (3)ATP 水解释放的能量可用于主动运输、发光发电、肌肉收缩、物质合成、大脑思考等。 (1)人长时间剧烈运动时,骨骼肌细胞中每摩尔葡萄糖生成 ATP 的量与安静时相等( ) (2)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
3、合成 ATP( ) (3)ATP 是生命活动的直接能源物质,但它在细胞中的含量很少,ATP 与 ADP 时刻不停地进 行相互转化( ) (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( ) (6)在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中,不会同时发生 ATP 的合成与水解( ) (7)“能量”就是指 ATP,ATP 就是“能量”( ) (8)活细胞内 ATP 与 ADP 的转化只能单向进行( ) 据图分析 ATP 的结构和特点 (1)图示 a 处应为“H”还是“OH”? 提示 图示 a 处应为“OH”,因为该五碳糖为核糖。 (2
4、)图示 b、c、d 所示化学键是否相同?其中最易断裂和重建的是哪一个? 提示 图示 b 为普通磷酸键,c、d 则为高能磷酸键,其中 d 处的化学键最易断裂和重建。 (3)图示框 e 中结构的名称是什么?它与 DNA、RNA 有何关系? 提示 图示框 e 中结构为腺嘌呤核糖核苷酸,它是构成 RNA 的基本单位之一,当发生逆转 录时,它可与 DNA 链中的胸腺嘧啶脱氧核苷酸配对。 命题点一 ATP 的结构和特点分析 1.(2018 广西北海高三一模)ATP 是细胞直接的能源物质。dATP(d 表示脱氧)是三磷酸脱氧腺 苷的英文名称缩写,其结构式可简写成 dAPPP。下列有关分析错误的是( ) A.
5、一分子 dATP 由三分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子腺嘌呤组成 B.细胞内生成 dATP 时有能量的储存,常与放能反应相联系 C.在 DNA 合成过程中,dATP 是构成 DNA 的基本单位之一 D.dATP 具有高能磷酸键,可能为细胞的某些反应提供能量 答案 C 解析 根据题意, dATP 与 ATP 结构类似, 从其结构简式可知, 一分子 dATP 由三分子磷酸、 一分子脱氧核糖和一分子腺嘌呤组成,A 正确;细胞内生成 dATP 时要形成高能磷酸键,有 能量的储存,常与放能反应相联系,B 正确;DNA 的基本组成单位是四种脱氧核苷酸,而 dATP 是三磷酸脱氧腺苷, 在 DNA 合成过程
6、中, dATP 不是构成 DNA 的基本单位, C 错误; dATP 含有 2 个高能磷酸键,可能为细胞的某些反应提供能量,D 正确。 2.(2019 成都七中高三诊断)ATP、GTP、CTP 和 UTP 是细胞内四种高能磷酸化合物,它们的 结构只是碱基的不同,下列叙述错误的是( ) A.ATP 的合成常伴随着细胞内的放能反应 B.1 分子 GTP 彻底水解可得到 3 种小分子物质 C.CTP 中“C”是由胞嘧啶和脱氧核糖构成的 D.UTP 断裂两个高能磷酸键后可作为基因转录的原料 答案 C 解析 细胞的吸能反应常伴随着 ATP 的水解, 放能反应总是与 ATP 的合成相关联, A 正确; 1
7、 分子 GTP 彻底水解可得到磷酸、核糖和碱基 3 种小分子物质,B 正确;CTP 中“C”是由 胞嘧啶和核糖构成的,C 错误;UTP 断裂两个高能磷酸键后是尿嘧啶核糖核苷酸,是 RNA 的基本组成单位之一,可作为基因转录的原料,D 正确。 命题点二 ATP 与 ADP 的相互转化和 ATP 的利用 3.(2018 江苏高三诊断)科学家从线粒体中分离出一种可溶性蛋白质,并且发现该物质(简称 F)不仅在能量储存过程中起着重要作用,而且还是形成 ATP 过程中不可缺少的一种酶的复 合体。生化实验还证实,当某些物质存在时,F 还可以把 ATP 缓慢水解为 ADP 和磷酸。下 列相关叙述错误的是( )
8、 A.物质 F 水解 ATP 的过程可能需要其他物质共同参与 B.物质 F 同时具有类似于 ATP 水解酶及 ATP 合成酶的活性 C.线粒体中若缺少物质 F,ADP 可能无法与磷酸结合形成 ATP D.线粒体中形成 ATP 所需要的能量直接来源于葡萄糖的分解 答案 D 解析 某些物质存在时,F 可以把 ATP 缓慢水解为 ADP 和磷酸,A 正确;F 是形成 ATP 过 程中不可缺少的一种酶的复合体,当某些物质存在时,F 可以把 ATP 缓慢水解为 ADP 和磷 酸,故 F 同时具有类似于 ATP 水解酶及 ATP 合成酶的活性,B 正确;F 是形成 ATP 过程中 不可缺少的一种酶的复合体
9、,线粒体中若缺少它,ADP 可能无法与磷酸结合形成 ATP,C 正确;线粒体中形成 ATP 所需要的能量来自丙酮酸的分解、H和氧气结合,D 错误。 4.下列有关 ATP 的叙述错误的是( ) A.ATP 和 ADP 的相互转化保证了机体对能量的需求 B.图中两次 ATP 的水解,后者能量可用于各项生命活动 C.图中两次合成 ATP,前者能量来源于光能且在人体细胞中不会发生 D.ATP 由 3 个磷酸基团和 1 个腺嘌呤组成 答案 D 解析 细胞中 ATP 和 ADP 的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中, 保证了机体 对能量的需求,A 项正确;图中两次 ATP 的水解,前者能量储存在有
10、机物中,后者能量可 用于各项生命活动,B 项正确;图中两次合成 ATP,前者 ATP 的合成是通过光合作用,所 需能量来源于光能,在人体细胞中不会发生,C 项正确;一分子 ATP 由 3 个磷酸基团和 1 个腺嘌呤核苷(由腺嘌呤和核糖结合而成)组成,D 项错误。 生命观念 细胞内产生与消耗 ATP 的常见生理过程 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 叶绿体 产生 ATP:光反应 消耗 ATP:暗反应和自身 DNA 复制、转录、翻译等 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、
11、翻译等 核糖体 消耗 ATP:蛋白质的合成 细胞核 消耗 ATP:DNA 复制、转录等 考点二考点二 酶的本质酶的本质、作用及特性作用及特性 1.酶的本质与作用 (1)酶的本质和功能 (2)酶的作用原理 表示无酶催化时反应进行需要的活化能的是 AC 段。 表示有酶催化时反应进行所需要的活化能的是 BC 段。 酶降低的活化能是 AB 段。 若将酶变为无机催化剂,则 B 在纵轴上向上移动。 2.酶的特性(连线) 归纳总结 关于酶的 8 个易错点 项目 正确说法 错误说法 产生场所 活细胞(不考虑哺乳动物成熟的红细胞等) 具有分泌功能的细胞才能产生 化学本质 有机物(大多数为蛋白质,少数为 RNA)
12、 蛋白质 作用场所 可在细胞内、细胞外、体外发挥作用 只在细胞内起催化作用 温度影响 低温只抑制酶的活性,不会使酶变性失活 低温和高温均使酶变性失活 作用 酶只起催化作用 酶具有调节、催化等多种功能 来源 生物体内合成 有的可来源于食物等 合成原料 氨基酸、核糖核苷酸 只有氨基酸 合成场所 核糖体、细胞核等 只有核糖体 (1)酶既可以作为催化剂,也可以作为另一个反应的底物( ) (2)酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸( ) (3)酶提供了反应过程所必需的活化能( ) (4)随着温度降低,酶促反应的活化能下降( ) (5)酶是由活细胞产生的,因此酶只能在细胞内发挥作用( ) (6)酶活性
13、的发挥离不开其特定的结构( ) (7)蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶类( ) (8)纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁( ) (9)同一个体各种体细胞酶的种类相同、数量不同,代谢不同( ) 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: (1)A、B 两种酶的化学本质是否相同? 提示 不相同。A 酶能抵抗该种蛋白酶的降解,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 酶活性改变的原因是什么? 提示 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。 (3)欲让 A、B 两种酶的变化趋势换位,应用哪种酶处
14、理? 提示 应选用 RNA 水解酶处理。 1.与酶有关的曲线分析 (1)酶高效性的曲线 与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。 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 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。 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)影响酶活性因素的相关曲线 甲图曲线分析: 在一定温度(pH)范围内,随温度(pH)的升高,酶的催化作用增强,超过这一范围,酶的催 化作用逐渐减弱。 过酸、 过碱、 高温都会使酶变性失活, 而低
15、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。 乙图曲线分析: 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 pH7 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曲线 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。 乙图:在底物充足、其他条件适宜的情况下,酶促反应速率与酶浓度成正比。 2.酶专一性的理论模型 (1)图中 A 表示酶,B 表示被 A 催化的底物,E、F 表示 B 被分解
16、后产生的物质,C、D 表示 不能被 A 催化的物质。 (2)酶和被催化的反应物分子都有特定的结构。 命题点一 酶的本质与特性的综合分析 1.(2017 全国,3)下列关于生物体中酶的叙述,正确的是( ) A.在细胞中,核外没有参与 DNA 合成的酶 B.由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性 C.从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法 D.唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是 37 答案 C 解析 DNA 的合成主要发生在细胞核中, 此外在线粒体和叶绿体中也能合成, 因此细胞核、 线粒体和叶绿体中都有参与 DNA 合成的酶,A 项错误;只要给予适宜的温度、pH 等条件, 由活细胞产生的酶
17、在生物体外也具有生物催化活性,B 项错误;盐析可使蛋白质在水溶液中 的溶解度降低,但不影响蛋白质的活性,胃蛋白酶的化学本质是蛋白质,因此从胃蛋白酶的 提取液中沉淀该酶可用盐析的方法,C 项正确;唾液淀粉酶催化反应的最适温度是 37 , 但是 37 不是保存该酶的最适温度,酶应该在低温条件下保存,D 项错误。 2.核酶是一类具有催化功能的单链 RNA 分子,可降解特定的 mRNA 序列。下列关于核酶的 叙述,正确的是( ) A.核酶能将所有 RNA 单链降解,与脂肪酶有 3 种元素相同 B.核酶和脂肪酶都能与双缩脲试剂在常温下发生紫色反应 C.因核酶为单链 RNA 分子,所以核酶分子中一定不存在
18、氢键 D.核酶在温度过高或过低条件下降低活化能的效果可能不同 答案 D 解析 核酶只能降解特异的mRNA序列, 其化学本质为RNA, 脂肪酶的化学本质为蛋白质, 二者共有的元素有 C、H、O、N 4 种;脂肪酶能够与双缩脲试剂发生紫色反应,核酶不能 发生该反应;核酶为单链 RNA,但单链 RNA 折叠也可能形成氢键;温度过高或过低对核酶 的影响不同,因此导致核酶降低活化能的效果不同。 社会责任 酶在生活中的实例 (1)人发烧时不想吃东西, 原因是体温升高导致消化酶活性降低, 食物在消化道中消化缓慢。 (2)唾液淀粉酶随食物进入胃内就会失活,原因是唾液淀粉酶的最适 pH 为 6.8,而胃液的 p
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