2021版高考生物一轮复习 第3单元 细胞的能量供应和利用 第1讲 ATP和酶学案 苏教版必修1

1第1讲ATP和酶1.酶在代谢中的作用(Ⅱ)2.ATP在能量代谢中的作用(Ⅱ)3.实验：探究影响酶活性的因素1.ATP是生命活动的直接能源物质（生命观念）2.根据实验总结酶的化学本质与特性（科学思维）3.探究温度、pH对酶促反应的影响（科学探究）4.酶在生产和生活中的应用（社会责任）ATP的结构和功能1．ATP的结构(1)ATP的元素组成：C、H、O、N、P。(2)ATP的化学组成：一分子腺嘌呤，一分子核糖和三分子磷酸基团。(3)ATP的结构简式：A—P～P～P。(4)ATP中的能量：主要储存在高能磷酸键中。2．ATP和ADP的相互转化(1)转化原因：ATP的化学性质不稳定，远离腺苷的那个高能磷酸键容易断裂与合成。(2)转化关系及过程比较：项目ATP的合成ATP的水解反应式ADP＋Pi＋能量――→酶ATPATP――→酶ADP＋Pi＋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储存于形成的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23.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一般只用于暗反应，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。1．1个ATP分子中只含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团。(×)[提示]1个ATP分子中含有1个腺嘌呤、1个核糖和3个磷酸基团。2．ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。(√)3．淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成。(×)[提示]淀粉水解成葡萄糖时不合成ATP。4．人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。(×)[提示]细胞中的ATP与ADP的含量处于动态平衡状态，保证能量供应。5．无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源。(×)[提示]无氧呼吸也能产生ATP。6．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合成ATP。(×)[提示]内质网膜上不能产生ATP。7．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。(√)1．ATP的再生和利用图解2．细胞内常见产生与消耗ATP的生理过程3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：一些吸能反应叶绿体产生ATP：光反应消耗ATP：暗反应和自身DNA复制、转录，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1．据图分析ATP的结构和特点(1)图示a处应为“—H”还是“—OH”？(2)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？(3)图示框e中结构的名称是什么？它与RNA有何关系？[提示](1)图示a处应为“—OH”，因为该五碳糖为核糖。(2)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中结构为腺嘌呤核糖核苷酸，它是构成RNA的基本单位之一。2．细胞内ATP和ADP的转化是不是可逆反应？为什么？[提示]细胞内ATP的合成和ATP的水解在所需的酶、能量来源、能量去路和反应场所方面不尽相同，因此细胞内ATP和ADP的转化不是可逆反应，但物质可以重复利用。3．人的心肌细胞比口腔上皮细胞新陈代谢旺盛，那么心肌细胞比口腔上皮细胞含有的ATP多吗？[提示]ATP在细胞中的含量很少，心肌细胞含有的ATP并不比口腔上皮细胞多，只是ATP与ADP的相互转化更迅速。4．实验室里有萤火虫尾部研磨粉、生理盐水、葡萄糖溶液、ATP溶液，请设计实验证4明ATP是直接能源物质。写出实验步骤和实验结果。[提示]将萤火虫尾部研磨粉用生理盐水配制成悬浊液；取两支试管编号为甲、乙，分别加入等量的已配制的悬浊液；向甲试管中加入两滴ATP溶液，向乙试管中加入两滴葡萄糖溶液，在黑暗环境中观察两试管；观察到甲试管发出荧光，乙试管没有发出荧光。考查ATP的结构及其合成和利用1．(2019·广州一模)如图表示生物体内发生的两个化学反应，请判断下列相关说法中正确的是()A．ATP分子水解时，图中所示的化学键③④最易断裂B．图中酶1和酶2的化学本质相同，但是二者的种类不同C．细胞中的吸能反应一般与ATP的合成反应相联系D．ATP与ADP间相互转化的能量供应机制只发生在真核细胞内B[分析图形可知，ATP分子水解时，图中所示的化学键④最易断裂，提供能量，A错误；图中酶1和酶2的化学本质相同都是蛋白质，但是二者的种类不同，B正确；细胞中的放能反应一般与ATP的合成反应相联系，吸能反应一般与ATP的分解反应相联系，C错误；ATP与ADP间相互转化的能量供应机制发生在一切细胞内，D错误。]2．(2019·潍坊期中)细胞内的化学反应伴随着能量的变化。以下相关叙述错误的是()A．ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性B．光合作用暗反应过程中有机物的合成需要ATP水解提供能量C．有机物氧化分解释放能量并储存在ATP中，因此属于吸能反应D．ATP水解释放的能量也可以用于维持人体体温的相对稳定C[放能反应一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中，有机物氧化分解释放能量并储存在ATP中，属于放能反应。]考查ATP的拓展考查3．(2019·河南九校联考)核苷三磷酸(NTP)包括ATP、GTP、UTP、CTP等，脱氧核苷三磷酸(dNTP，d表示脱氧)包括dATP、dGTP、dTTP、dCTP。研究发现dNTP可作为DNA合成的原料。下列叙述正确的是()A．dNTP和NTP的区别体现在五碳糖的种类不同B．dNTP含有2个高能磷酸键，可为DNA复制提供能量C．DNA复制时需dATP、dTTP越多，则DNA结构越稳定5D．真核细胞分裂时，胞内dNTP都进入细胞核内参与DNA的复制B[dNTP和NTP的区别在于五碳糖种类不同和碱基种类不同，A错误；DNA复制时，dNTP需要断裂2个高能磷酸键，可为DNA复制提供能量，B正确；DNA复制时需dCTP、dGTP越多，则DNA结构越稳定，C错误；真核细胞进行分裂时，除核DNA进行复制外，细胞质DNA也有复制，胞内dNTP不可能全部进入细胞核中，D错误。因此，本题答案选B。]正确区分ATP、DNA、RNA、核苷酸结构中“A”的含义ATP结构中的A为腺苷，DNA结构中的A为腺嘌呤脱氧核苷酸，RNA结构中的A为腺嘌呤核糖核苷酸，核苷酸结构中的A为腺嘌呤。可见，它们的共同点是都含有腺嘌呤。酶与酶促反应1．酶的本质和作用(1)酶的本质和作用化学本质绝大多数是蛋白质少数是RNA合成原料氨基酸_核糖核苷酸合成场所核糖体主要是细胞核(真核细胞)来源一般来说，活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生酶作用场所细胞内、外或生物体外均可生理功能催化作用(2)酶促反应：由酶催化的化学反应。酶活性：在酶促反应中，酶的催化效率。(3)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。②作用机理：降低化学反应的活化能。③如图曲线表示在无酶催化和有酶催化条件下某化学反应的能量变化过程。6Ⅰ.无酶催化与有酶催化的反应曲线分别是②①。Ⅱ.ca段与ba段的含义分别是无催化剂的条件下反应所需要的活化能、酶降低的活化能。Ⅲ.若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则b点在纵轴上将向上移动。2．酶的特性(1)高效性：催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍。(2)专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。(3)作用条件较温和：在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。高温、过酸、过碱会使酶的空间结构遭到破坏而失活；低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定。(人教版教材必修1P78“实验”)比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验过程(2)变量分析1．酶提供了反应过程所必需的活化能。(×)[提示]酶的作用是降低活化能。72．酶活性的发挥离不开其特定的结构。(√)3．高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。(×)[提示]低温不破坏酶的结构。4．酶活性最高时的温度适合酶的保存。(×)[提示]酶适合保存在低温条件下。5．酶在催化反应完成后立即被分解。(×)[提示]酶是催化剂，反应前后不发生改变。6．酶只能在细胞内发挥作用。(×)[提示]酶在细胞内和细胞外都能发挥作用。1．结合图示理解酶的特性(1)高效性①曲线分析：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。②结论：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而酶的催化效率更高。(2)专一性①图形分析：Ⅰ.图中所示的化学反应：B――→AE＋F。Ⅱ.图中C、D表示不能被该酶催化的物质。②结论：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。(3)作用条件较温和①酶活性：酶对化学反应的催化效率称为酶活性。②曲线分析：如图为温度、pH对酶活性的影响。Ⅰ.甲、乙两图横坐标分别表示温度、pH，b点表示最适温度，e点表示最适pH。8Ⅱ.甲图中，温度由a变为b时，酶活性升高；由c变为b时，酶活性不变，原因是高温时酶的空间结构被破坏且不可恢复。Ⅲ.乙图中，pH由d变为e或由f变为e时，酶活性均不变，原因是过酸、过碱都会导致酶的空间结构破坏且不可恢复。③结论：在适宜的温度、pH条件下，酶的活性最高。2．底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响甲乙(1)甲图：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。(2)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。1．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，请思考：(1)甲、乙两种酶的化学本质是否相同？(2)乙酶活性改变的机制是什么？[提示](1)观察题曲线图可知，甲酶的活性始终保持不变，表明甲酶能抵抗该种蛋白酶的降解，则甲酶的化学本质不是蛋白质而是RNA，乙酶能被蛋白酶破坏，活性降低，则乙酶的化学本质为蛋白质。(2)乙酶被降解的过程中其分子空间结构会发生改变，从而使其活性丧失。2．温度和pH对酶促反应速率的影响与底物浓度和酶浓度对酶促反应速率影响的本质有什么不同？[提示]温度和pH影响酶促反应速率的原因是影响了酶的活性；底物浓度和酶浓度影响酶促反应速率的原因是影响了酶分子和底物分子的结合，酶的活性并没有改变。93．酶活性受多种因素的影响，如图表示抑制酶活性的两个模型，模型A中的抑制剂与底物竞争酶的活性位点，从而降低酶对底物的催化效应；模型B中的抑制剂与酶活性位点以外的其他位点结合，能改变酶的构型，使酶不能与底物结合，从而使酶失活。研究发现某氨基酸能降低酶G的活性。请设计实验探究某氨基酸降低酶G活性的作用方式属于模型A还是模型B，简要写出(1)实验思路；(2)预期实验结果及结论。[提示](1)实验思路：在酶G量一定且底物浓度合适并使酶活性充分发挥的反应体系中加入某氨基酸，同时不断提高底物浓度，观察酶促反应速率变化。(2)预期实验结果及结论：若酶促反应速率能恢复，则说明某氨基酸降低酶活性的作用方式属于模型A；若酶促反应速率不能恢复，则说明某氨基酸降低酶活性的作用方式属于模型B。考查酶本质、作用和特性1．(2019·日照期中)下列有关酶的叙述，正确的是()A．酶的数量因参与化学反应而减少B．细胞中所有酶的合成都受基因控制C．同一生物体内的各种酶的催化反应条件都相同D．活细胞都能产生酶，酶在细胞内才起催化作用B[酶是生物催化剂，酶促反应前后酶的数量不变，A项错误；细胞中的酶是蛋白质或RNA，它们的合成都受基因控制，B项正确；同一生物体内的各种酶的催化反应条件可能不同，C项错误；活细胞都能产生酶，酶在细胞内和细胞外都能起催化作用，D项错误。]2．核酶是