第8講酶和ATP1.概述酶的作用和本質。理解酶的功能是由其獨特的空間結構決定的，建立結構與功能觀。2.說明絕大多數酶是一類能催化生化反應的蛋白質，酶活性受到環境因素(如pH和溫度等)的影響。通過建立溫度、pH對酶活性的影響等數學模型，理解影響的規律和實質，形成科學思維。3.能夠根據實驗目的，設計比較過氧化氫在不同條件下的分解實驗，分析結果得出結論進行科學探究。4.結合酶的探索歷程，理解科學在探索中發展。5.解釋ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。6.結合ATP與ADP相互轉化模型，認識ATP在細胞中作為能量“貨幣”的原因。7.ATP生理作用與其結構相適應。考點要求考題統計考情分析降低化學反應活化能的酶2022，廣東，選T10、13,2、4分2022，湖南，選T3,2分2022，遼寧，非選T22（3）（4）,2021，遼寧，選T18，3分2021，湖北，選T2、10、非選21,16分2020，山東，選T1，2分本專題知識難度較低、基礎性強。考查學生對細胞整體性的認識,或結合一些情景信息或表格信息設置題目，考查學生的應變能力、獲取信息和綜合分析能力。細胞的能量“貨幣”ATP2022，廣東，選T13,4分2021，湖北，非選T21,（1）2分考點一降低化學反應活化能的酶1.酶的本質絕大多數酶是蛋白質，少數酶是RNA(核酶)核糖體的rRNA就是催化肽鍵形成的酶（P二65）酶是活細胞產生的具有催化活性的有機物。胞外酶與胞內酶【教材拾遺】教材隱性知識：源于必修1P79“關于酶本質的探索”：巴斯德認為釀酒中的發酵是由酵母菌細胞的存在所致，沒有活細胞就不能產生酒精；李比希卻認為引起發酵的只是酵母菌細胞中的某些物質，不一定需要活的細胞。請你利用酵母菌細胞、研磨和過濾裝置、葡萄糖溶液等材料設計一個實驗來結束這一爭論。提示：將酵母菌細胞研磨粉碎、加水攪拌后過濾，將提取液加入葡萄糖溶液中，也能產生酒精，說明引起發酵的是一種化學物質(模擬畢希納的實驗)。【總結歸納】①酶的本質及生理功能化學本質絕大多數是蛋白質少數是RNA合成原料氨基酸核糖核苷酸合成場所核糖體主要是細胞核(真核生物)來源一般來說，活細胞都能產生酶作用場所可在細胞內、細胞外及體外發揮催化作用②正確理解有關酶的本質和作用項目錯誤說法正確理解產生場所具有分泌功能的細胞才能產生活細胞(不考慮哺乳動物成熟的紅細胞等)化學本質蛋白質有機物(大多數為蛋白質，少數為RNA)作用場所只在細胞內起催化作用可在細胞內、細胞外、體外發揮作用溫度影響低溫和高溫均使酶變性失活低溫只抑制酶的活性，不會使酶變性失活；高溫使酶變性失活作用酶具有調節、催化等多種功能酶只起催化作用③酶和激素的比較“一同三不同”④鑒定酶的本質A.設計思路：從酶的化學本質上來講，絕大多數的酶是蛋白質，少數的酶是RNA。所以對酶本質的鑒定常常是變相地考查蛋白質或RNA的鑒定方法。B.方案:甲酶：核酶，化學本質為RNA乙酶：化學本質為蛋白質酶本質的探究，采取減法原理用RNA酶處理甲酶和乙酶，測定該酶的活性，與本實驗進行相互對照。例1.生物體內的代謝活動，通常都需要在酶的催化下才能進行，下列關于酶的說法正確的是（）A．酶都是蛋白質，蛋白質不一定是酶B．同一生物體內，不同酶的最適pH可能不同C．加酶比不加酶反應更快，這表明酶具有高效性D．因溫度會影響酶的活性，所以酶應該在最適溫度下保存例2.下列關于生物體細胞內酶的敘述，錯誤的是（）A．胰蛋白酶是由胰腺分泌的一種消化酶，在發揮作用時它可以破壞肽鍵B．DNA聚合酶的主要作用是將單個脫氧核苷酸加到引物或產物的3'端，形成磷酸二酯鍵C．限制酶能識別特定DNA序列，并在特定的位點上斷開磷酸二酯鍵D．酶的催化作用受溫度、pH等因素的影響，且酶都在核糖體上合成例2.豬籠草是一種食蟲植物，為了驗證豬籠草分泌液中有蛋白酶，某學生設計了兩組實驗，如圖所示，在35℃水浴中保溫一段時間后，甲、乙試管中加入適量的雙縮脲試劑，丙、丁試管中不加任何試劑，下列對實驗現象的預測正確的是（）A.甲和乙中溶液都呈紫色；丙和丁中蛋白塊消失B.甲中溶液呈紫色，乙中溶液不呈紫色；丙中蛋白塊消失，丁中蛋白塊不消失C.甲和乙中溶液呈紫色；丙中蛋白塊消失、丁中蛋白塊不消失D.甲和乙中溶液都不呈紫色；丙中蛋白塊消失、丁中蛋白塊不消失E.只需實驗②就可以證明分泌液中含有蛋白酶⑤[歸納拓展]關注常考的酶及其作用A.消化酶：是一類水解酶。有的由消化腺分泌到下消化道中,屬于胞外酶，有的則參與細胞內消化，如溶酶體中的一些酶。可對應催化相關大分子的水解，如淀粉酶催化淀粉水解，蛋白酶催化蛋白質水解等。淀粉酶、麥芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶、脂肪酶、蛋白酶、肽酶、等。B.溶酶體酶一類酸性水解酶，參與細胞內消化。溶酶體膜破壞，釋放大量水解酶時，對細胞結構有破壞。如硅肺。C.溶菌酶：破壞細菌細胞壁中的肽聚糖。參與非特異性免疫，噬菌體在侵染大腸桿菌時會釋放溶菌酶。D.脲酶：分解尿素的酶，專一性強。是第一個被分離提純的酶。廣泛分布于植物的種子中，但以大豆、刀豆中含量豐富。也存在于動物血液和尿中。某些微生物也能分泌脲酶。E.過氧化氫酶：過氧化氫酶存在于動植物細胞中，特別在動物肝臟濃度最高。將有毒的過氧化氫分解為水和氧氣。F.酪氨酸酶：催化酪氨酸轉變為黑色素的關鍵酶白化病是由于缺乏酪氨酸酶基因老年白發是由于細胞衰老，酪氨酸酶活性下降。白癜風主要是由于血液中存在酪氨酸酶抗體或酪氨酸合成障礙等，導致皮膚局部黑色素生成減少，出現白斑。G.中法則中的酶：DNA復制：以DNA為模板的DNA聚合酶（催化單個脫氧核苷酸聚合到DNA片段上形成脫氧核苷酸鏈，作用部位是磷酸二酯鍵。）逆轉錄：以RNA為模板的DNA聚合酶(即逆轉錄酶)轉錄：以DNA為模板的RNA聚合酶（催化單個核糖核苷酸聚合到RNA片段上形成核糖核苷酸鏈，作用部位是磷酸二酯鍵。）RNA復制：以RNA為模板的RNA聚合酶(即RNA復制酶)端粒酶：一種由催化蛋白和RNA模板組成的酶，可合成由于DNA而缺失的染色體末端的DNA，具有逆轉錄酶活性。端粒酶在干細胞和生殖細胞中有活性，在體細胞中沒有活性。在腫瘤中被重新激活，從而使癌細胞具備無限增殖的條件。核酸水解酶：DNA酶、RNA酶。例4.端粒酶由RNA和蛋白質組成，該酶能結合到端粒上，以自身的RNA為模板合成端粒DNA的一條鏈。下列敘述正確的是（）A.大腸桿菌擬核的DNA中含有端粒B.端粒酶中的蛋白質為RNA聚合酶C.正常人細胞的每條染色體兩端都含有端粒DNAD.正常體細胞的端粒DNA隨細胞分裂次數增加而變長考點二酶的作用機理：比較過氧化氫在不同條件下的分解1.機理分析活化能是指分子從常態轉變為容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量。酶與無機催化劑降低化學反應活化能的作用比較，如圖所示：①沒有催化劑催化的反應是曲線_a_。②無機催化劑催化的反應是曲線_b_。③有酶催化的反應是曲線__c_。④從三條曲線上看，發生反應所需的活化能：曲線a>曲線b>曲線c。⑤無論是否有催化劑催化，反應的最終結果是不變。

作用機理：降低化學反應的活化能思考：加熱能提升化學反應速度，其作用機理與酶相同嗎？不同。加熱能提高反應物分子的能量，不能降低活化能。與無機催化劑相比:A.酶與無機催化劑的催化機理相同，都是降低化學反應的活化能，酶降低活化能的作用更顯著。(1)沒有酶催化的反應曲線是______。(2)有酶催化的反應曲線是______。(3)AC段的含義是__________________。(4)AB段的含義是________________。(5)若將酶催化改為無機催化劑催化該反應，則B點在縱軸上將如何移動？______________。與無機催化劑相比:B.不改變反應的平衡點，只是縮短了到達平衡點的時間與無機催化劑相比:C.酶和無機催化劑在反應前后數量和性質不發生改變，一段時間內可以重復利用。例4：(教材改編題)下圖中曲線Ⅰ、Ⅱ分別表示物質A在無催化劑條件和有酶催化條件下生成物質P所需能量的變化過程。下列相關敘述正確的是()A.ab段表示在酶的作用下,物質A生成物質P過程所降低的活化能B.若將酶改為無機催化劑催化該反應,則a的高度將降低C.若僅增加反應物A的量,則圖中曲線的原有形狀均發生改變D.若曲線Ⅱ為最適酶促條件下的曲線,改變酶促條件后,a的高度將降低2.實驗探究：比較過氧化氫在不同條件下的分解（1）實驗原理細胞代謝是細胞生命活動的基礎，但細胞代謝中也會產生代謝廢物，甚至會產生對細胞有害的物質，如過氧化氫，細胞中有過氧化氫酶，能將過氧化氫及時分解為氧氣和水。新鮮肝臟中有較多的過氧化氫酶。（2）實驗目的通過比較過氧化氫在不同條件下的分解的快慢，了解過氧化氫酶的作用。（3）材料用具①材料：新鮮的質量分數為20%的肝臟(如豬肝、雞肝)研磨液；質量分數為3%的FeCl3溶液；新配制的體積分數為3%的過氧化氫溶液②用具：量筒、試管、滴管、試管架、衛生香、火柴、酒精燈、試管夾、大燒杯、三腳架、石棉網、溫度計（4）實驗過程及結果（5）實驗分析1與2對照：加熱能促進過氧化氫的分解，提高反應速率。(為反應提供能量)1與3對照：FeCl3在常溫下能促進過氧化氫的分解，提高反應速率。(催化作用)1與4對照：過氧化氫酶在常溫下能促進過氧化氫的分解，提高反應速率。(催化作用)3與4對照：過氧化氫酶比FeCl3的催化效率高。（6）實驗結論酶和無機催化劑一樣，都能催化化學反應，并且酶的催化效率遠高于無機催化的催化效率。【教材拾遺】教材隱性知識：（人教版必修1P78圖拓展）酶作為生物催化劑，與無機催化劑相比，在發揮作用過程中有哪些共同特點？酶除了具有催化功能外，可以調節生命活動嗎？提示共同點：①只能催化自然條件下能發生的化學反應；②化學反應前后酶的數量和性質均不變；③加快化學反應的速率（降低化學反應的活化能），縮短達到化學平衡的時間，但不能改變化學反應的方向和化學平衡；催化（降低化學反應的活化能）是酶唯一的功能，它不具調節功能，也不作為能源（或組成）物質。3.科學方法：（新教材P一78）控制變量自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”?加法原理：與常態相比，人為增加某種影響因素。第2組、第3組、第4組就是利用了加法原理。?減法原理：與常態相比，人為去除某種影響因素。例1：艾佛里肺炎球菌轉化實驗，第二~五組就是利用了減法原理。例5：過氧化物酶能分解H2O2,氧化焦性沒食子酸呈橙紅色。為探究白菜梗中是否存在過氧化物酶,設計實驗如下表。下列相關敘述正確的是()A.1號管為對照組,其余不都是實驗組B.2號管為對照組,其余都為實驗組C.若3號管顯橙紅色,無需對照就能證明白菜梗中存在過氧化物酶D.若4號管不顯橙紅色,可證明白菜梗中無過氧化物酶考點三酶的特性及影響因素曲線的分析1.高效性（1）設計思路：通過將不同類型催化劑(主要是酶與無機催化劑)催化底物的反應速率進行比較，得出結論。（2）設計方案項目實驗組對照組材料等量的同一種底物試劑與底物相對應的酶溶液等量的無機催化劑現象反應速度很快，或反應用時短反應速度緩慢，或反應用時長結論酶具有高效性（3）曲線模型：①與無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，酶的催化效率更高。②酶只能縮短達到化學平衡所需的時間，不能改變化學反應的平衡點。（4）實驗驗證對照組：反應物+無機催化劑→反應物分解速率加快。實驗組：反應物+等量酶溶液→反應物分解速率更快。實驗中自變量是催化劑種類，因變量是反應物分解速率。實驗結論：酶的催化效率遠大于無機催化劑的催化效率。2.專一性：每一種酶只能催化一種或一類化學反應。（1）設計思路：常見的方案有兩種，即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通過觀察酶促反應能否進行得出結論。（2）設計方案項目方案一方案二實驗組對照組實驗組對照組材料同種底物(等量)與酶相對應的底物另外一種底物試劑與底物相對應的酶另外一種酶同一種酶(等量)現象發生反應不發生反應發生反應不發生反應結論酶具有專一性斐林試劑水浴加熱酶斐林試劑水浴加熱酶酶磚紅色沉淀還原糖淀粉（非還原糖）麥芽糖酶磚紅色沉淀還原糖蔗糖（非還原糖）葡萄糖+果糖〖舉例中，酶是淀粉酶，應用斐林試劑檢測，不能碘液檢測.（）〗（3）曲線模型：①加入酶B的反應速率和無酶條件下的反應速率相同，說明酶B對此反應無催化作用。②而加入酶A的反應速率隨反應物濃度的增大明顯加快，說明酶具有專一性。（4）實驗驗證：用淀粉酶分別催化淀粉和蔗糖后，再用斐林試劑鑒定，根據是否有磚紅色沉淀來判斷淀粉酶是否對二者都有催化作用，從而探究酶的專一性。3.作用條件溫和：最適宜條件下酶的活性最大，改變溫度或pH都會使酶活性降低。（1）在一定溫度(pH)范圍內，隨溫度(pH)的升高，酶的催化作用增強，超過這一范圍，酶的催化作用逐漸減弱。（2）原因：過酸、過堿、高溫都會使酶變性失活，而低溫只是抑制酶的活性，酶分子結構未被破壞，溫度升高可恢復活性。?從丙圖可以看出：反應溶液pH的變化不影響酶作用的最適溫度。?用梯度法確定酶的最適溫度和pH設計思路：常用“梯度法”來探究酶的最適溫度(或pH)，設計實驗時需設置一系列不同溫度(或pH)的實驗組進行相互對照，最后根據實驗現象得出結論——酶促反應時間最短的一組所處的溫度(或pH)即為最適溫度(或pH)。相鄰組間的差值(即梯度值)越小，測得的最適溫度(或pH)就越精確。【探究酶的最適溫度】（淀粉）（淀粉酶）（淀粉）（淀粉酶）自變量：自變量：溫度因變量：淀粉的水解程度（以淀粉的剩余量為鑒定指標）無關變量：pH等要相同且適宜（滴加碘液，觀察顏色變化）（滴加碘液，觀察顏色變化）【探究酶的最適pH】建議：建議：用過氧化氫酶探究pH對酶活性的影響自變量：pH因變量：過氧化氫的分解速率（以O2的產生速率表示）無關變量：溫度等要相同且適宜思考：在酶的最適溫度探究實驗中，材料不能用H2O2溶液，高溫下H2O2分解加快。若選取淀粉和淀粉酶，則不宜選用斐林試劑，因為斐林試劑需加熱，而溫度是自變量。例3.測定ɑ-淀粉酶活性，結果50℃時酶的活性最高，0℃、100℃時酶活性很低。在進一步的實驗中，為證明0℃、100℃對酶活性的影響是不同的，將重新置于50℃水浴保溫5分鐘，再分別與充分混合，反應5分鐘后測定酶活性。2.底物濃度和酶濃度對酶促反應的影響①甲圖：在其他條件適宜、酶量一定的情況下，酶促反應速率隨底物濃度增加而加快，但當底物達到一定濃度后，受酶數量的限制，酶促反應速率不斷增加。②乙圖：在底物充足、其他條件適宜的情況下，酶促反應速率與酶濃度成正比。例6:下圖表示在最適溫度和最適pH條件下，反應物濃度等與酶促反應速率的關系。不正確的是()A．形成曲線c的原因可能是乙點時酶量增加或適當升溫所致B．限制曲線b的AB段反應速度的主要因素為反應物濃度C．曲線a可表示酶量減少后的底物濃度和反應速率關系D．若適當升高溫度條件下重復該實驗，圖中A點位置將下降【總結歸納】（1）實驗材料選擇時的注意事項①在探究溫度對酶活性的影響實驗中，能否選擇過氧化氫(H2O2)和過氧化氫酶作為實驗材料？提示不能，因為過氧化氫(H2O2)在常溫下就能分解，加熱的條件下分解會加快，從而影響實驗結果，所以不能選擇過氧化氫和過氧化氫酶作為實驗材料。②在探究pH對酶活性的影響實驗中，能否選用淀粉和淀粉酶作為實驗材料？提示不能，因為在酸性條件下淀粉分解也會加快，從而影響實驗結果。③在探究溫度對蛋白酶活性的影響實驗中，宜選用蛋白塊(填“蛋白質溶液”或“蛋白塊”)作為反應底物，同時探究酶活性的觀測指標是相同時間內蛋白塊體積的變化。（2）實驗步驟和結果檢測的注意事項①在探究溫度對酶活性的影響實驗中，底物和酶溶液應在何時進行混合？提示先分別在預設的溫度中保溫一段時間后再混合，保證反應從一開始就是預設的溫度。②在探究pH對酶活性的影響實驗中，宜先保證酶的最適溫度(排除溫度干擾)，且將酶溶液的pH調至實驗要求的pH后再讓反應物與酶接觸，不宜在未達到預設pH前，讓反應物與酶接觸。③若選擇淀粉和淀粉酶來探究溫度對酶活性的影響，檢測底物被分解的試劑宜選用碘液，不能選用斐林試劑的原因是？提示因為用斐林試劑鑒定時需要水浴加熱，而該實驗中需嚴格控制溫度。【教材拾遺】教材隱性知識：(1)源于必修1P84“相關信息”：已知胃蛋白酶的最適pH為1.5，小腸液的pH約為7.6，胃蛋白酶隨食糜進入小腸后還能發揮作用嗎？為什么？提示：不能。因為沒有了適宜的pH，胃蛋白酶活性大大下降甚至失活，不再發揮作用。(2)源于必修1P85“科學·技術·社會”：溶菌酶能夠溶解細菌的_細胞壁_，具有抗菌消炎的作用。在臨床上與抗生素混合使用，能增強抗生素的療效。例10.溫度會影響酶促反應速率，其作用機理可用下圖坐標曲線表示。其中a表示底物分子具有的能量，b表示溫度對酶空間結構的影響，c表示酶促反應速率與溫度的關系。下列說法正確的是()A.隨著溫度的升高，底物分子具有的活化能增加B.處于曲線c中1、2位點酶分子活性是相同的C.酶促反應速率是底物分子的能量與酶空間結構共同作用的結果D.酶適于低溫保存，原因是底物分子的能量低【教材拾遺】1.(必修1P78)活化能：分子從常態轉變為容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量。2.(必修1P78)與無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，催化效率更高。3.(必修1P81)酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數酶是蛋白質。4.(必修1P82)酶的專一性是指：每一種酶只能催化一種或一類化學反應。細胞代謝能夠有條不紊地進行，與酶的專一性是分不開的。5.(必修1P84)酶所催化的化學反應一般是在比較溫和的條件下進行的。6.(必修1P84)過酸、過堿或溫度過高，會使酶的空間結構遭到破壞，使酶永久失活。低溫下酶的空間結構穩定，因此，酶制劑適宜在低溫下保存。考點四ATP1.ATP的結構【歸納總結】2.ATP與ADP的相互轉化（1）ATP的供能原理（2）ATP與ADP的相互轉化【教材拾遺】教材隱性知識：源于必修1P87“圖5－4”：①ATP與ADP的相互轉化不是(填“是”或“不是”)一個可逆反應。分析原因：從物質方面來看是可逆的，從酶、進行的場所、能量的來源等方面來看是不可逆的。②人體內ATP的含量很少，但在劇烈運動時，每分鐘約有0.5kg的ATP轉化為ADP釋放能量，以供運動之需，但人體內ATP總含量并沒有太大變化，請分析原因：ATP與ADP時刻不停地發生快速相互轉化，并且處于動態平衡之中。源于必修1P89“拓展應用”：在植物、動物、細菌和真菌的細胞內，都是以ATP作為能量“貨幣”的，由此說明：生物界具有統一性，也說明種類繁多的生物有著共同的起源。【易錯點】易錯辨析(1)ATP是驅動細胞生命活動的唯一的直接能源物質。(必修1P86正文)()(2)ATP脫去兩個磷酸基團后,可作為RNA分子的合成原料。(必修1P86“相關信息”)()(3)ATP含有3個特殊的化學鍵,但是只有一個特殊的化學鍵會發生斷裂。(必修1P86正文)()(4)植物細胞可以通過光合作用和細胞呼吸形成ATP,而動物細胞只能通過細胞呼吸形成ATP。(必修1P87圖5-5)()3.應用：ATP熒光檢測儀ATP熒光檢測儀基于螢火蟲發光原理(P一89)，利用“熒光素酶—熒光素體系”快速檢測三磷酸腺苷（ATP）。由于所有生物活細胞中含有恒量的ATP，所以ATP含量可以清晰地表明樣品中(食品、藥品、水體等)微生物與其他生物殘余的多少，用于判斷衛生狀況。4.ATP是細胞內流通的能量“貨幣”5.ATP與O2之間的關系模型分析【易錯點】易錯辨析(1)ATP水解釋放的磷酸基團能使載體蛋白磷酸化,并引起載體蛋白空間結構發生變化。(必修1P88正文)()(2)ATP水解釋放的能量可用于細胞內的放能反應。(必修1P89正文)()(3)細胞中許多吸能反應與ATP的合成相聯系,許多放能反應與ATP的水解相聯系。(必修1P89正文)()1.(2022·廣東，13)某同學對蛋白酶TSS的最適催化條件開展初步研究，結果見下表。下列分析錯誤的是注：＋/－分別表示有/無添加，反應物為Ⅰ型膠原蛋白。A.該酶的催化活性依賴于CaCl2B.結合①②組的相關變量分析，自變量為溫度C.該酶催化反應的最適溫度為70℃，最適pH為9D.尚需補充實驗才能確定該酶是否能水解其他反應物2.(2020·北京，4)用新鮮制備的含過氧化氫酶的馬鈴薯懸液進行分解H2O2的實驗，兩組實驗結果如圖。第1組曲線是在pH＝7.0、20℃條件下，向5mL1%的H2O2溶液中加入0.5mL酶懸液的結果。與第1組相比，第2組實