假期复习：第五章：酶和ATP

暑假，对于即将步入高二和高三的孩子们来说，这是一个弯道超车的好时机。对于准高一的孩子们来说，这个暑假也是你比人家高起点的台阶。接下来，我们将按照章节或一章或一节地来串高中生物学的知识点。希望能让孩子开学后能有一个全新的自己。本文内容可能不会面面俱到，但后面相关阅读的超链接部分有更多内容，可以选择阅读。

第五章：细胞的能量供应和利用

第一节：降低化学反应活化能的酶

一、控制变量

1.实验变量

实验过程中可以变化的因素称为变量。其中人为改变的变量称做自变量；随着自变量的变化而变化的变量称做因变量。除自变量外，实验过程中可能还会存在一些可变因素，对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。

注意：无关变量并不是对实验无影响。

2.对照实验

除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。对照实验一般要设置对照组和实验组。

说明：实验组＝对照组±自变量。对照组是指不接受实验处理的组，对照组的实验结果是已知的。通常选择常态条件的组为对照组。大多数实验组的设计是在对照组的基础上＋自变量。但在研究光照是光合作用的必要条件时，由于植物在自然状态（即不需要实验处理）有光照，因此曝光组为对照组，而遮光组是在对照组（有光照）的基础上-自变量（光照），即施加了减去光照这一实验处理，故遮光组为实验组。

二、酶在细胞代谢中的作用

1.酶的作用：催化作用

酶的作用就是催化作用，并不具有什么调节等功能。

2.酶的作用机理：降低化学反应的活化能

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。酶能显著地降低化学反应的活化能。

酶是一种生物催化剂，其作用机理是降低化学反应的活化能。要会判断在图示中相关的能量段所表示的含义。

说明：活化能（能障）=活跃分子的平均能量-常态分子的平均能量，活化能是一个差值，我们不能说提供活化能。

三、酶的本质

酶是____________产生的具有__________作用的____________。绝大多数酶是_____________，少部分酶是___________。

四、酶的特性： 

1.酶具有_________性，这是因为：与___________________相比，酶能更显著地降低反应的活化能。

2.酶具有专一性是指每种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。

说明：详情见：一种酶只能催化一种或一类化学反应，一类怎么理解？

3.酶的作用条件_________。高温、过酸过碱会使酶的______________遭到破坏，使酶永久失活。0℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构没有破坏，适当升高温度后酶的活性也随之升高。因此，酶制剂适合在___________下保存。

4.实验：探究影响酶活性的因素：三个不宜

探究pH对酶活性的影响，底物不宜选用淀粉，因为盐酸会使淀粉水解，影响实验。探究温度对酶活性的影响，底物不宜选用H2O2，因为H2O2遇热会分解，无法确认实验现象的出现是由于温度对酶活性影响的结果。探究温度对淀粉酶活性影响时，一般不宜用斐林试剂代替碘液作为实验观测指标，这是因为使用斐林试剂需要加热，会使原来的温度条件改变，从而改变实验结果。

5.酶的催化效率与酶促反应速率是不一样的

 由酶催化的化学反应称为酶促反应，酶对化学反应的催化效率称为酶活性，即酶催化化学反应的能力。在酶的参与下催化的化学反应速率称为酶促反应速率。通常以测出的酶促反应的速率来衡量酶活性，但是酶促反应的速率并不等于酶活性。如过氧化氢酶活性为零时（不起催化作用），过氧化氢的分解速率并不为零。但是有些资料或题目会把这两个概念混为一谈。

第二节：细胞的能量“通货”——ATP

一、ATP分子具有高能磷酸键

ATP是三磷酸腺苷的英文缩写。ATP分子的结构式可以简写成：A－P～P～P，其中：A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表高能磷酸键，－代表普通化学键。

注意：高能磷酸键的说法已经从新教材中删除。以后就没这个概念了。

二、ATP与ADP的转化：

1.ATP化学性质________（“稳定”或“不稳定”），________的高能磷酸键特别容易水解和重新生成。

2.ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的。ATP和ADP相互转化的速率越快，单位时间内提供的能量越多。

3.ADP转化成ATP的过程中，所需能量来自绿色植物的________作用和动植物等的________。

三、ATP的利用

（1）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，ATP是直接能源物质。

（2）细胞内的吸能反应通常与ATP的水解相联系，放能反应一般与ATP的合成相联系。

练习：

1.[2019年·全国卷II，3]某种H﹢-ATPase是一种位于膜上的载体蛋白，具有ATP水解酶活性，能够利用水解ATP释放的能量逆浓度梯度跨膜转运H﹢。①将某植物气孔的保卫细胞悬浮在一定pH的溶液中（假设细胞内的pH高于细胞外），置于暗中一段时间后，溶液的pH不变。②再将含有保卫细胞的该溶液分成两组，一组照射蓝光后溶液的pH明显降低；另一组先在溶液中加入H﹢-ATPase的抑制剂（抑制ATP水解），再用蓝光照射，溶液的pH不变。根据上述实验结果，下列推测不合理的是

A．H^﹢-ATPase位于保卫细胞质膜上，蓝光能够引起细胞内的H^﹢转运到细胞外

B．蓝光通过保卫细胞质膜上的H^﹢-ATPase发挥作用导致H^﹢逆浓度梯度跨膜运输

C．H^﹢-ATPase逆浓度梯度跨膜转运H^﹢所需的能量可由蓝光直接提供

D．溶液中的H^﹢不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞

2.[2019年·天津，2]下列过程需ATP水解提供能量的是

A．唾液淀粉酶水解淀粉

B．生长素的极性运输

C．光反应阶段中水在光下分解 

D．乳酸菌无氧呼吸的第二阶段

3.[209年·江苏，13]下列关于加酶洗涤剂的叙述，错误的是

A．加酶洗衣粉中一般都含有酸性脂肪酶

B．用加酶洗涤剂能减少洗涤时间并节约用水

C．含纤维素酶洗涤剂可以洗涤印花棉织物

D．加酶洗衣粉中的蛋白酶是相对耐高温的

4.[2018年·浙江11月选考，7]酶是生物催化剂，其作用受pH等因素的影响。下列叙述错误的是

A．酶分子有一定的形状，其形状与底物的结合无关

B．绝大多数酶是蛋白质，其作用的强弱可用酶活性表示

C．麦芽糖酶能催化麦芽糖的水解，不能催化蔗糖的水解

D．将胃蛋白酶加入到pH 10的溶液中，其空间结构会改变

5.[2017年·全国卷II，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℃

6.[2016·全国课标卷Ⅰ，29]在有关DNA分子的研究中，常用³²P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A－P_α～P_β～P_γ或dA－P_α～P_β～P_γ)。回答下列问题；

(1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若要用该酶把³²P标记到DNA末端上，那么带有³²P的磷酸基团应在ATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。

(2)若用带有³²P的dATP作为DNA生物合成的原料，将³²P标记到新合成的DNA分子上，则带有³²P的磷酸基团应在dATP的________(填“α”、“β”或“γ”)位上。

7.[2016年·全国卷Ⅱ，29]为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：A组(20 ℃)、B组(40 ℃)和C组(60 ℃)，测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同)，结果如图。回答下列问题：

(1)三个温度条件下，该酶活性最高的是________组。

(2)在时间t₁之前，如果A组温度提高10 ℃，那么A组酶催化反应的速度会________。

(3)如果在时间t₂时，向C组反应体系中增加2倍量的底物，其他条件保持不变，那么在t₃时，C组产物总量________，原因是________。

(4)生物体内酶的化学本质是________，其特性有________(答出两点即可)。

答案：

1.C（见：假期复习：第四章：细胞的物质输入和输出）

2.B

解析：生长素的极性运输是主动运输。光反应阶段中水在光下分解的能力由色素吸收的光能提供。色素吸收的光能有两个用途，一是光解水，一是合成ATP。

3.A

解析：加酶洗衣粉中一般碱性蛋白酶和碱性脂肪酶，A错。加酶洗衣粉中的酶不是直接来自生物体，而是经过酶工程改造的产品，比一般的酶稳定性强，能够耐酸、耐碱、忍受表面活性剂和较高温度，D正确。

解答此题需要用到必修一和选修一有关酶的知识。具体知识见下：

必修一P87：加酶洗衣粉比普通洗衣粉有更强的去污能力，把衣物清洗得更加干净鲜亮。加酶洗衣粉中的酶可不是直接来自生物体的，而是经过酶工程改造的产品，比一般的酶稳定性强。

选修一P46：加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉，目前常用的酶制剂有四类：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶。其中，应用最广泛、效果最明显的是碱性蛋白酶和碱性脂肪酶。碱性蛋白酶能将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽，使污迹容易从衣物上脱落。这是普通洗衣粉难以做到的。同样的道理，脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶也能分别将大分子的脂肪、淀粉和纤维素水解为小分子物质，使洗衣粉具有更好的去污能力。

温度、酸碱度和表面活性剂都会影响酶的活性。如果将酶直接添加到洗衣粉中，过不了多久，酶就会失活。为了解决这个难题，科学家通过基因工程生产出了能够耐酸、耐碱、忍受表面活性剂和较高温度的酶，并且通过特殊的化学物质将酶层层包裹，与洗衣粉的其他成分隔离。这些隔离层遇到水后，就会很快溶解，包裹在其中的酶就能迅速发挥催化作用了。

4.A

5.C

解析：线粒体、叶绿体中也有DNA的复制；酶在体外适宜的条件下也能起作用；胃蛋白酶是蛋白质，具有盐析的性质；酶适宜在低温下保存。

6. (1)γ  (2)α

解析　(1)ATP水解生成ADP的过程中，断裂的是远离腺苷A的那个高能磷酸键即β位和γ位之间的高能磷酸键，即γ位磷酸基团转移到DNA末端。要将32P标记到DNA上，带有32P的磷酸基团应在γ位上。(2)dATP脱去β位和γ位的磷酸基团后为腺嘌呤脱氧核糖核苷酸，即DNA的基本组成单位之一，用dATP为原料合成DNA时，要将32P标记到新合成的DNA上，则32P应在α位。

解答此题的关键是精准分析A—P～P～P组成内涵，尤其是“A”内涵，即“A”(腺苷)＝腺嘌呤＋核糖，“～”为高能磷酸键(共2个)其中远离腺苷A的“～”更易断裂和重建。而“A—P”应为腺嘌呤核糖核苷酸，这是RNA的单位，并非DNA的单位。

7.(1)B  (2)加快　(3)不变　60 ℃条件下，t₂时酶已失活，即使增加底物，反应产物总量也不会增加　(4)蛋白质或RNA　高效性、专一性

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