专题二 细胞代谢第1讲 酶与ATP考纲点击知识内容要求1.ATP在能量代谢中的作用Ⅱ2.酶的本质、特性、作用及其影响因素Ⅱ考场传真1．（2012·北京理综，1）细胞中不能合成ATP的部位是（ ）A．线粒体的内膜B．叶绿体中进行光反应的膜结构C.内质网的膜D.蓝藻（蓝细菌）中进行光反应的膜结构2．（2012·上海，6）生物体中的某种肽酶可水解肽链末端的肽键，导致（ ）A．蛋白质分解为多肽链B．多肽链分解为若干短肽C．多肽链分解为氨基酸D．氨基酸分解为氨基和碳链化合物3．（2012·福建理综，26Ⅰ）大菱鲆是我国重要的海水经济鱼类。研究性学习小组尝试对大菱鲆消化道中蛋白酶的活性进行研究。（1）查询资料得知，18℃时，在不同pH条件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶活性如图1。由图可知，在各自最适pH下，三种蛋白酶催化效率最高的是____________。图1（2）资料表明大菱鲆人工养殖温度常年在15～18℃之间。学习小组假设：大菱鲆蛋白酶的最适温度在15～18℃间。他们设置15℃、16℃、17℃、18℃的实验温度，探究三种酶的最适温度。①探究实验中以干酪素为底物。干酪素的化学本质是________，可用________试剂鉴定。②胃蛋白酶实验组和幽门盲囊蛋白酶实验组的pH应分别控制在________。③为了控制实验温度，装有酶和底物的试管应置于________中以保持恒温。单位时间内____________可以表示蛋白酶催化效率的高低。④实验结果如图2，据此能否确认该假设成立？______。理由是：___________________________________________________________________________________________。图2（3）研究还发现大菱鲆消化道淀粉酶和脂肪酶含量少、活性低，所以人工养殖投放的饲料成分中要注意降低________的比例，以减少对海洋的污染。4．（2012·广东理综，29）食品种类多，酸碱度范围广。生物兴趣小组拟探究在食品生产中应用范围较广的蛋白酶，查阅相关文献，得知以下内容。-9-\n（1）pH对不同蛋白酶的活力影响有差异。据下图可知，______更适宜作为食品添加剂，理由是________________________。蛋白酶的活力可用______________________的量来表示。（2）该蛋白酶的提取工艺流程如下：兴趣小组分别对酶保护剂浓度、提取液pH进行了探究实验。结果显示，酶保护剂浓度在0.02～0.06mol/L范围内，酶活力较高；提取液pH在6.0～8.0范围内，酶活力较高。他们认为，要进一步提高粗酶制剂的酶活力，以达到最佳提取效果，还需对酶保护剂浓度和提取液pH进行优化，并确定以此为探究课题。请拟定该课题名称，设计实验结果记录表。考向分析通过浙江省近四年命题可看出，酶与ATP内容没有单独命题，单独设置的题目多见于其他省份单科考卷中，2013年高考命题中，酶与ATP内容有命题的可能性。关于酶的主要考点有：与蛋白质相联系考查酶的本质、作用、作用特性（曲线形式）及相关实验设计（探究酶的催化作用、酶的高效性、酶的专一性、酶的活性受多种条件的影响）；关于ATP的知识往往与光合作用、细胞呼吸相联系进行考查。知识网络热点例析热点一 与酶有关的知识及实验1．酶的概念酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物。（1）化学本质的理解。绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA，所以其基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸，合成场所主要是核糖体，少部分在细胞核内。（2）催化作用的理解。酶只能改变反应速率，不改变反应的平衡点。2．酶与激素、抗体、载体蛋白质及蛋白质的关系-9-\n绝大多数酶是蛋白质，如淀粉酶、蛋白酶等；少数激素是蛋白质，如胰岛素、生长激素等；载体蛋白质和抗体都是蛋白质。3．常见的酶及其作用酶的名称酶的作用唾液淀粉酶、胰淀粉酶、肠淀粉酶催化淀粉分解为麦芽糖胃蛋白酶催化蛋白质分解为多肽DNA酶催化DNA水解为脱氧核苷酸纤维素酶催化分解纤维素果胶酶催化分解果胶酪氨酸酶催化利用酪氨酸合成黑色素解旋酶催化DNA双链之间氢键断开DNA聚合酶催化DNA复制逆转录酶催化以RNA为模板合成DNARNA聚合酶催化DNA分子转录成RNA限制性核酸内切酶切割DNA形成黏性末端DNA连接酶将DNA分子黏性末端连接起来4.影响酶催化活性的因素（1）甲曲线表示实验变量是酶的浓度，在有足够多的底物而又不受其他因素影响的条件下，酶促反应速率与酶的浓度成正比。（2）乙曲线表示实验变量是底物浓度，在曲线最高点时及以后反应的限制因素主要是酶的浓度。（3）丙曲线的实验变量是pH，其中酶的活性最强时的pH即为该酶的最适pH，过酸、过碱都会使酶的分子结构遭到破坏而失活，且该种变性是不可逆的。（4）丁曲线表示实验变量是温度，温度偏高或偏低，都会使酶的活性降低。高温使酶失活是由于破坏了酶的分子结构，即使恢复到最适温度，该酶的活性也不会恢复；而低温条件不会破坏酶的分子结构，在恢复至适宜温度时，酶的活性可以恢复。5．与酶相关的实验设计分析实验目的实验组对照组实验组衡量标准自变量因变量无关变量验证某种酶是蛋白质待测酶液＋双缩脲试剂已知蛋白液＋双缩脲试剂是否出现紫色待测酶液和已知蛋白液是否出现紫色验证酶具有催化作用底物＋相应酶液底物＋等量蒸馏水底物是否被分解相应酶液的有无底物是否被分解底物量、温度等验证酶的专一性底物＋相应酶液底物是否被分解底物是否被分解酶的数量、温度等-9-\n另一底物＋相同酶液或同一底物＋另一酶液不同底物或不同酶液探究酶的适宜温度温度梯度下的同一温度处理后的底物和酶混合底物的分解速率或底物的剩余量温度酶的活性底物和酶的量、溶液温度、反应时间等探究酶的最适pHpH梯度下的同一pH处理后的底物和酶混合pH【例1】下表是某同学为验证酶的专一性而设计的实验方案，a～d表示4支试管，①～⑦表示实验步骤。对该实验方案的有关评价，错误的是（ ）abcd①淀粉溶液2mL蔗糖溶液2mL唾液淀粉酶溶液2mL唾液淀粉酶溶液2mL②37℃温水中水浴加热10min③将c倒入a，将d倒入b④37℃温水中水浴加热10min⑤加入现配的本尼迪特试剂溶液2mL⑥37℃恒温水浴2min⑦观察并记录颜色变化A．唾液淀粉酶属于无关变量B．应将本尼迪特试剂改为碘液C．②④⑥的温度设置有一处错误D．第②步操作可以省略解析：本实验为验证实验，实验方案为底物不同酶相同。即自变量为底物，酶量、反应温度、pH等影响实验结果的因素均为无关变量。故第②步处理可以省略；本实验需要对产物进行检测以确定底物是否被酶催化水解，故用还原糖检测试剂，但需要80～100℃水浴加热。因淀粉水解后及被水解的蔗糖遇碘液均不产生蓝色，故不可以用碘液替代本尼迪特试剂。答案：B方法归纳影响酶催化效率的因素的研究：1．酶催化活性的表示方法：单位时间内底物的减少量或产物的生成量。2．实验设计相关变量总结：（1）自变量：要研究的因素。（2）因变量：酶的催化效率。（3）无关变量：除自变量外其他影响酶催化活性的因素都为无关变量，在实验设计过程中，除自变量外应严格控制无关变量，这样才能做到科学和严谨。触类旁通1下列关于酶特性实验设计的叙述中，正确的是（ ）A．验证酶的专一性时，自变量是酶的种类B．验证酶的高效性时，自变量是酶的浓度C．探究温度对酶活性影响时，自变量是温度D．探究酶催化作用的最适pH时，应设置过酸、过碱、中性三组热点二 ATP1．ATP与ADP的相互转化及其在能量代谢中的作用2．ATP合成与水解的场所总结-9-\n细胞结构ADP→ATPATP→ADP细胞膜—主动转运、胞吞、胞吐细胞溶胶呼吸作用第一阶段许多生化反应的进行叶绿体光反应阶段碳反应阶段DNA复制、转录核糖体—合成蛋白质高尔基体—形成植物细胞壁、动物细胞分泌物内质网—有机物的合成、运输线粒体需氧呼吸第二、三阶段DNA复制、转录细胞核—DNA复制、转录【例2】ATP是细胞内直接的能源物质，细胞可通过多种途径产生（如下图所示）。以下说法正确的是（ ）A．a过程和b过程都有[H]的生成B．a过程和b过程都要在细胞器中进行C．O2由红细胞进入肝脏细胞的线粒体使肝脏细胞内的ADP含量迅速下降D．①②在物质和能量上都可成为可逆反应解析：动物、植物和人细胞的需氧呼吸过程相同，都有[H]的生成；光合作用的光反应阶段H2O光解产生[H]，A正确。动物和植物的厌氧呼吸在细胞质基质中进行，B错误。细胞内ADP和ATP含量不多，它们之间相互转化并保持动态平衡，O2不会使肝脏细胞内的ADP含量迅速下降，C错误。ATP形成过程中的能量来自光合作用和呼吸作用，而ATP分解释放的能量用于生物体的各项生命活动，在能量上，①②之间不可逆，D错误。答案：A方法归纳回答ATP相关题目时，注意以下知识点。（1）A代表腺苷，由一分子腺嘌呤和一分子核糖组成。一分子ATP由一分子腺苷和三个磷酸基团组成，含有2个高能磷酸键。（2）ATP合成时需要ATP合成酶，ATP水解时需要ATP水解酶，ATP的合成与水解不是可逆反应。（3）叶绿体中合成的ATP只用于合成有机物。细胞呼吸产生的ATP作为直接能源物质，用于各项生命活动。（4）维持体温的热量直接来自细胞呼吸释放的能量，而不是来自ATP水解。触类旁通2（2012·合肥一模）ATP是生命活动的直接能源物质，下列有关说法正确的是（ ）A．代谢越旺盛的细胞中ATP与ADP的相互转化速度快B．ATP合成酶只存在于细胞溶胶、线粒体基质和叶绿体中C．有氧条件下，线粒体、叶绿体、细胞溶胶都产生ATPD．无氧条件下，叶绿体的光合作用是细胞ATP的唯一来源误区警示1．酶相关说法辨析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来源生物体内合成有的可来源于食物等2.酶催化原理误区分析（1）酶的催化原理是降低反应的活化能，不改变反应方向。（2）酶只能催化热力学上允许进行的反应，而不能使本来不能进行的反应发生。-9-\n（3）酶的催化作用只能缩短反应达到平衡的时间，而不能改变达到平衡时反应物和产物的浓度。例如：只要增加酶的含量，就会促进酶促反应的进行的说法是错误的。（4）催化反应前后，酶本身没有数量和性质上的改变。3．关于ATP与能量误区分析（1）光能是生物体生命活动所需能量的根本来源，但不是直接能源物质。（2）能量不能循环。例如：ATP与ADP的相互转化属于可逆反应的说法是错误的，因为在ATP与ADP的相互转化中，物质是可循环利用的，而能量是不循环的。（3）病毒等少数种类的微生物不能独立进行代谢活动，其生命活动所消耗能量来自宿主细胞的代谢。若认为病毒不能进行代谢活动是不正确的。1．（2012·江苏高考，16）下列关于“探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”的叙述，合理的是（ ）A．先用热水溶解洗衣粉，再将水温调节到最适温度B．实验的观察指标可以是相同洗涤时间内污渍的残留程度C．相同pH时加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗衣粉D．衣物质地和洗衣粉用量不会影响实验结果2．（2012·海南高考，4）下列操作中，不可能导致淀粉酶活性发生变化的是（ ）A．淀粉酶溶液中加入强酸B．淀粉酶溶液中加入蛋白酶C．淀粉酶溶液中加入淀粉溶液D．淀粉酶经高温烘干制成粉剂3．有甲、乙、丙、丁四瓶失去标签的样品，它们是清水、5%淀粉溶液、淀粉酶溶液、蛋白酶溶液。某同学用三氯乙酸（能使蛋白质变性，使溶液变浑浊）和碘液鉴别样品，实验方法和现象见下表。据此判断样品甲、乙、丙、丁依次是（ ）实验方法实验现象甲乙丙丁四种样品各取1mL，分别滴加碘液2～3滴后观察不变蓝不变蓝不变蓝变蓝四种样品各取1mL，分别滴加三氯乙酸3～4滴后观察浑浊无变化浑浊无变化再取丙、丁样品各1mL混合，37℃保温10min，加碘液2～3滴后观察—不变蓝A．清水、淀粉、蛋白酶、淀粉酶B．蛋白酶、清水、淀粉酶、淀粉C．淀粉酶、蛋白酶、清水、淀粉D．淀粉酶、清水、蛋白酶、淀粉4．下列有关细胞的能量“通货”——ATP变化的叙述错误的是（ ）A．ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性B．人体在紧张或愤怒状态下，细胞内产生ATP的速率大大超过产生ADP的速率C．ATP中的能量可以来源于光能或热能D．人体在剧烈运动中，通过机体神经和体液调节，细胞产生ATP的速率迅速增加5．关于酶与ATP的叙述正确的是（ ）A．RNA聚合酶催化的底物是RNAB．蔗糖酶能使蔗糖水解为两分子葡萄糖，水解产物与本尼迪特试剂反应产生红黄色沉淀C．叶绿体和线粒体中均可以产生ATP，并用于物质的运输、细胞的分裂等各种生命活动D．酶的形成需要消耗ATP，ATP的形成需要酶的催化6．下列关于ATP、ADP的说法中错误的是（ ）A．动物需氧呼吸过程中产生大量ATP的阶段需要氧气参与B．ATP与ADP的组成元素相同，都只含有C、H、O、N、P五种元素C．ATP在生物体内含量很多，是生物体生命活动所需能量的直接来源D．叶绿体中ADP由叶绿体基质向类囊体膜运动，ATP则是向相反方向运动7．某研究性学习小组利用荧光素—荧光素酶生物发光法，测定人参愈伤组织中ATP的含量，以研究人参细胞能量代谢的特点。实验原理：荧光素在荧光素酶、ATP等物质参与下，进行反应发出荧光；用分光光度计可测定发光强度；当荧光素和荧光素酶都足量时，在一定范围内，ATP的含量与发光强度成正比。-9-\n实验步骤：一、ATP的提取：称取一定量的人参愈伤组织，研磨后沸水浴10min，冷却至室温，离心，取上清液。二、ATP的测定：吸取一定量的上清液，放入分光光度计反应室内，并注入适量的所需物质，在有氧等适宜条件下进行反应，记录发光强度并计算ATP含量。请回答下列问题。（1）步骤一中的沸水浴处理，使酶的__________被破坏而失活。（2）步骤二注入的物质中，属于反应物的是________；分光光度计反应室内能量形式的转换是________________________________________________________________________。（3）荧光素酶价格昂贵，为能准确测定出ATP的含量，又能节省酶的用量，学习小组探究了“测定ATP时所需荧光素酶溶液的最佳浓度”，实验结果如图。①学习小组配制了1×10－8mol/LATP标准液、70mg/L荧光素溶液（过量）和____________________________________溶液进行实验。②结果表明：图中______点所对应的荧光素酶浓度为最佳浓度。E、F、G点所对应的荧光素酶浓度不同，但发光强度相同，这是因为______________________________________。（4）ATP测定对食品卫生监控有重要意义。食品卫生检验人员利用上述生物发光法测定某熟食样品中细菌的ATP总含量，测算出细菌的数量，从而判断食品污染程度。作出上述判断的理由是每个细菌细胞中ATP的含量__________。8．肺炎双球菌体内存在如下的代谢途径。二氢蝶啶二氢蝶酸二氢叶酸四氢叶酸在青霉素应用之前，磺胺是治疗许多细菌性传染病的最有效的化学治剂。它可以抑制上流程图中的某种酶的活性，致使二氢蝶啶不能转化成四氢叶酸（一种维生素）而抑制细菌的生长，进而达到治疗疾病的目的。请设计一个实验，探究磺胺的作用部位。（1）实验目的：___________________________________________________________。（2）实验原理：略。（3）实验材料及用具：培养皿若干、基本培养基（含有肺炎双球菌生长的各种营养成分，不含二氢蝶啶、二氢蝶酸、二氢叶酸和四氢叶酸）、接种环、酒精灯、高压蒸气锅、磺胺、二氢蝶啶、二氢蝶酸、二氢叶酸、四氢叶酸、肺炎双球菌菌种等。（4）实验步骤：第一步：取三个培养皿，标记为甲、乙、丙，分别向甲、乙、丙三个培养皿中加入等量的上述基本培养基；第二步：分别向甲、乙、丙三个培养皿中加入____________________________，再向三个培养皿中加入______________；第三步：_________________________________________________________________；第四步：分别向甲、乙、丙三份培养基中__________________，并置于37℃无菌条件下培养。一天后，可能的实验结果和结论：①甲、乙、丙中的肺炎双球菌均不能生长，则说明____________________________；②甲、乙中的肺炎双球菌不能生长，丙中的能生长，则说明____________________；③甲中的肺炎双球菌不能生长，乙、丙中的能生长，则说明____________________。参考答案-9-\n命题调研·明晰考向考场传真1．C 解析：光合作用和呼吸作用过程中都有ATP合成。线粒体的内膜是有氧呼吸第三阶段反应的场所，这个阶段会产生大量的ATP；叶绿体中进行光反应的膜结构即构成基粒的类囊体薄膜，能产生ATP；内质网是蛋白质加工和脂质合成的车间，只能消耗ATP，不能合成ATP。蓝藻的片层结构膜上进行光合作用的光反应，能产生ATP。2．C 解析：酶具有专一性，蛋白酶将蛋白质水解成多肽，根据题干信息，可知某种肽酶使末端的肽键水解，这样会得到一个氨基酸和一条肽链，这时多肽又出现新的末端肽键，这样水解，直到把多肽全水解为氨基酸。3．解析：（1）酶的活性越高，其催化效率就越高，由题图1中曲线可知三种蛋白酶中，幽门盲囊蛋白酶的活性最高。（2）①蛋白酶的分解底物是蛋白质，因此实验中干酪素的化学本质是蛋白质，鉴定蛋白质常用的试剂为双缩脲试剂。②根据题图1所示，胃蛋白酶的最适pH为2，幽门盲囊蛋白酶的最适pH为8。③探究温度对酶活性影响的实验中一般用恒温水浴来控制不同的反应温度；酶促反应速率能体现酶催化效率的高低，酶促反应进行的快慢程度，用单位时间内底物浓度的减少或产物浓度的增加来表示。④图2的实验结果中，四个实验温度下酶活性随温度的升高而升高，但没有出现峰值，因此不能断定18℃为最适温度。（3）酶具专一性，由于大菱鲆淀粉酶与脂肪酶含量少，因此饵料中淀粉、脂肪的含量也应要少。答案：（1）幽门盲囊蛋白酶（2）①蛋白质 双缩脲②2和8③水浴 底物消耗量（或产物生成量）④不能 据图可知随着温度升高酶活性逐步升高，酶活性峰值未出现（3）淀粉、脂肪4．解析：（1）结合题干的图形和文字，题干所述“食品种类多，酸碱度范围广”，所以选择的食品添加剂应该有广泛的酸碱适应范围，从图形中，我们可以看出木瓜蛋白酶的适应范围最广，所以可选作食品添加剂。酶的活力，我们一般用酶催化的底物消耗量或者产物生成量来表示。（2）实验设计，我们应该明确实验目的，这里的实验目的是探究酶保护剂的最适浓度和提取液的pH，所以我们可以将酶保护剂的浓度和提取液的pH作为自变量，因变量为单位时间内底物的消耗量。答案：（1）木瓜蛋白酶 在pH4～9范围内，木瓜蛋白酶的活力高、稳定 单位时间内产物增加（单位时间内反应底物减少）（2）课题名称：探究酶保护剂浓度和提取液pH对木瓜蛋白酶提取效果的影响实验结果记录表酶活力（单位：U）酶保护剂/（mol·L－1）0.020.040.06提取液pH6.07.08.0体系构建·聚焦热点热点例析【触类旁通1】C 解析：验证酶的专一性时，自变量可以是酶的种类，也可以是底物的种类。验证酶的高效性时，自变量是酶与无机催化剂。探究酶催化作用的最适pH时，应设置一系列pH的溶液。【触类旁通2】A 解析：-9-\nATP可在线粒体内膜上发生的第三阶段反应中大量产生，所以ATP合成酶还存在于线粒体内膜，B项错误；叶绿体产生ATP的条件不是有氧气，至少要有光照，C项错误；无氧条件下，细胞可通过厌氧呼吸合成ATP，D项错误。创新模拟·预测演练1．B 解析：加酶洗衣粉中的酶是不耐高温的，不能用热水溶解；实验的观察指标既可以是相同洗涤效果的时间长短，也可以是相同洗涤时间内污渍的残留程度；加酶洗衣粉的洗涤效果与溶液pH有关，在最适pH时洗涤效果最好，高于或低于最适pH，洗涤效果都会降低；衣物质地和洗衣粉的用量都属于该实验的无关变量，都能影响实验结果。2．C 解析：温度、pH都会影响酶活性；淀粉酶的化学本质为蛋白质，蛋白酶会将其水解，从而使其活性发生改变；淀粉酶溶液中加入淀粉溶液后，淀粉被水解，但是淀粉酶在反应前后结构和活性不变。3．B 解析：加碘液丁变蓝，说明丁为淀粉。加三氯乙酸乙无变化，说明乙为清水，再取丙、丁样品混合后加碘液不变蓝，说明淀粉被分解，则丙为淀粉酶。4．C 解析：ATP中的能量可以来源于光能和化学能。5．D 解析：RNA聚合酶催化的底物是4种核糖核苷酸。蔗糖酶催化蔗糖水解为一分子葡萄糖和一分子果糖，二者与本尼迪特试剂反应产生红黄色沉淀。叶绿体产生ATP用于碳反应中将三碳化合物转化为糖类。酶的合成、运输、加工和分泌等都需要ATP提供能量，在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与磷酸结合形成ATP。6．C 解析：ATP在细胞内的含量是很少的。但是，ATP在细胞内的转化是十分迅速的。它在细胞内的含量总是处在动态平衡之中，这对于构成生物体内部稳定的供能环境具有重要的意义。7．解析：（1）酶的本质主要是蛋白质空间结构被破坏而失活。（2）从题中分析可得荧光素在荧光素酶、ATP等物质参与下，进行反应发出荧光，反应物为荧光素，化学能转换为光能，还有部分以热能形式散失。（3）从图中横坐标为浓度分别为0,10,20,30,40,50,60mg/L荧光素酶，发光强度达到最大而荧光素酶最小为E，所以E点所对应的荧光素酶浓度为最佳浓度，加入ATP全部水解。（4）每个细菌细胞中ATP的含量相对稳定，ATP越多说明细菌越多。答案：（1）空间结构（2）荧光素 化学能转换为光能（和热能）（3）①浓度分别为0,10,20,30,40,50,60mg/L荧光素酶 ②E ATP全部水解（或ATP数量限制）（4）大致相同（且相对稳定）8．解析：二氢蝶啶不能转化成四氢叶酸可能是抑制酶3也可能是抑制酶2，所以设计实验思路为在培养基中分别加入等量的二氢蝶啶、二氢蝶酸、二氢叶酸，再加入磺胺，观察比较肺炎双球菌生长情况，能生长说明能合成四氢叶酸，不能生长说明不能合成四氢叶酸，相关酶被抑制。答案：（1）探究磺胺能抑制哪种酶的活性 （4）等量的二氢蝶啶、二氢蝶酸、二氢叶酸 等量的磺胺 将甲、乙、丙三份培养基进行高压蒸汽灭菌 接种肺炎双球菌 ①磺胺抑制酶3的活性 ②磺胺抑制酶2的活性 ③磺胺抑制酶1的活性-9-
