1、高考生物,新高考专用,专题四酶与ATP,考点一酶,一、酶的概念剖析与作用机理1.酶的概念剖析与拓展,2.酶的作用机理1)作用实质:降低化学反应的活化能。2)图解机理无催化剂的反应所需要的活化能是a-c;有酶催化的反应所需要的活化能是b-c;酶降低的活化能是a-b。,二、酶的特性,1.酶具有高效性1)原因:与无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著。2)特点:酶能缩短达到化学平衡点的时间,但不改变平衡点,因而酶不会改变最终生成物的量。且反应前后酶的数量和性质不变。,易混易错(1)加酶与不加催化剂相比,体现了酶具有催化作用。(2)加酶与加无机催化剂相比,体现了酶具有高效性。,2.酶具有专一性1)含
2、义:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。2)图中显示,酶A能催化反应物发生化学反应,而酶B不能,说明酶A具有专一性。3)除上述情况外,像DNA连接酶、RNA聚合酶等酶类分别可催化一类化学反应。,知识归纳诱导契合学说酶A与底物B结合,形成酶底物复合物(如图中乙),然后这个复合物会发生一定的形状变化,使底物B变成生成物C、D,并从复合物上脱落;同时酶分子恢复原状,又可以重新与底物结合,继续下一轮的反应。,3.酶的作用条件较温和1)特点:在最适宜的温度和pH条件下,酶的活性最高。2)酶活性实质:酶催化特定化学反应的能力。表示方法:酶促反应速率(可用单位时间内产物的生成量或反应物的消耗量表示)。,三、
3、影响酶促反应速率的因素1.温度和pH1)分析酶促反应速率随温度或pH变化曲线在最适温度,即t2(或最适pH,即pH2)时,酶活性最强,降低的活化能最大,化学反应所需的活化能最低。低于最适温度(或最适pH)条件下,随温度(或pH)升高,酶促反应速率增大。超过最适温度(或最适pH)时,酶促反应速率逐渐降低。温度过高(t3)或pH过低(pH1)、过高(pH3)时,酶促反应速率为0,其原因是高温、强酸、强碱条件破坏了酶的空间结构而使酶失去活性。,易混易错(1)低温条件下(t1时),酶的活性低的原因不是低温破坏了酶的空间结构,而是低温抑制了酶的活性,当温度由t1上升到t2时,酶的活性可以恢复为最高活性,
4、因此酶需在低温(pH最适)条件下保存。(2)即使将导致酶失去活性的条件恢复至最适条件(如温度由t3降低至t2),酶活性也不能恢复。,2)分析温度和pH共同影响下,酶促反应速率的相关变化曲线,酶活性越强,酶促反应速率越高,一定时间内反应物剩余量越少。不同pH或不同温度下,最适温度或最适pH保持不变,即pH或温度的变化不影响酶作用的最适温度或最适pH。,2.底物浓度和酶浓度1)图甲中OB段酶促反应速率的限制因素是底物浓度,B点之后的限制因素可能为酶浓度或温度或pH(温度和pH影响酶活性)等。疑难突破分析图甲,自变量是底物浓度,因变量是酶促反应速率。在A点时,增加底物浓度,酶促反应速率会升高。在B点
5、时,增加底物浓度,酶促反应速率不变。在B点及其之后增加酶浓度,酶促反应速率会加快。在B点时,升高温度,可能使酶活性升高(原温度低于最适温度时)或降低(原温度为最适温度或高于最适温度时)。,2)图乙表示在底物充足时,酶促反应速率与酶浓度成正比。注意:底物浓度和酶浓度不影响酶活性,其通过影响酶与底物的接触影响酶促反应速率。,知识拓展抑制剂酶的抑制剂有竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂竞争性抑制剂与底物具有类似的结构,能与底物竞争酶的活性部位,当抑制剂结合到酶活性部位后,底物被排斥在酶活性部位以外,导致酶促反应被抑制;非竞争性抑制剂与底物结构不同,与酶结合的位点也不同,非竞争性抑制剂与酶结合后,可引起酶构
6、象改变并导致酶无法与底物结合,或者虽然可以与底物结合但是无法得到产物等,这些都会导致酶活性降低或丧失,如图。,竞争性抑制剂抑制酶与底物的结合,若增加底物浓度,抑制剂与酶活性部位结合的概率变小,抑制程度减小。,考点训练(请判断下列说法是否正确),1.酶是由活细胞产生的,一般在细胞内、外均具有催化作用。()2.酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸或核糖核苷酸。()3.萨姆纳从刀豆种子提取液中分离出的脲酶是蛋白质。()4.具有生物催化功能的RNA称为核酶,具有生物催化功能的蛋白质称为蛋白酶。()5.酶能为化学反应提供能量。()6.温度过高或过低都会破坏酶的空间结构,而使酶失去活性。(),答案1.
7、2.在反应前后,酶的数量和性质都不变。3.4.蛋白酶是催化蛋白质水解的酶,而绝大多数酶都为蛋白质,因此蛋白质类的酶不能称为蛋白酶。5.酶能降低化学反应的活化能,但不能为化学反应提供能量。6.温度过低会抑制酶的活性,但不会破坏酶的空间结构。,考点二ATP,一、ATP的结构与功能,1.ATP的全称:腺苷三磷酸。,2.,知识归纳(1)利用关系图理解腺苷、AMP、ADP、ATP之间的关系注意:AMP即腺嘌呤核糖核苷酸,为RNA的基本组成单位之一。,(2)辨析不同“A”的含义上述结构中所圈的A的含义:腺苷腺嘌呤腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸(3)ATP在酶的作用下水解使脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其
8、他分子结合,从而使后者发生变化。1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ,故ATP是一种高能磷酸化合物。,3.ATP的功能:细胞生命活动的直接能源物质。注意:ATP是提供能量的物质,不是能量。,二、ATP和ADP的相互转化1.过程,易混易错(1)ATP与ADP的相互转化不是可逆反应,因为转化过程中所需的酶及反应场所等不完全相同。(2)吸能反应如蛋白质的合成吸收能量,放能反应如葡萄糖的氧化分解释放能量。ATP的合成伴随着放能反应(即放能反应释放的能量可用于ATP的合成),ATP的水解伴随着吸能反应(即吸能反应所需的能量可来自ATP水解释放的能量)。(3)ATP与ADP相互转化时,物质
9、(如Pi)可重复利用,能量不可重复利用。,2.特点:ATP在细胞内含量很少,代谢旺盛的细胞内ATP含量也不会明显增加,但ATP与ADP之间的转化速度会明显加快,以满足细胞对能量的需求。,知识拓展ATP的产生量与O2供给量的关系 甲图 乙图(1)甲图中A点表示细胞通过无氧呼吸产生少量ATP。(2)甲图中AB段表示随O2供给量增多,有氧呼吸加强,ATP的产生量随之增加。(3)甲图中BC段限制因素可能是酶、ADP、Pi等的量。(4)乙图中ATP产生量与O2供给量无关,可发生在哺乳动物成熟红细胞中。,三、ATP的利用1.ATP:绝大多数生命活动的直接能源物质,疑难突破思考细胞中除ATP外,还有其他高能
10、磷酸化合物,如CTP、GTP、UTP、dATP、dTTP、dCTP、dGTP等,也可以为细胞的生命活动提供能量。结合图分析,说说它们与ATP在结构组成上有什么不同?,提示分析图可发现,GTP与ATP中含有的碱基不同,它们分别是鸟嘌呤和腺嘌呤,其他结构都相同。dATP与ATP中含有的五碳糖不同,它们分别是脱氧核糖和核糖,其他结构都相同。综合分析,CTP、GTP、UTP与ATP在结构组成上仅碱基不同;dTTP、dCTP、dGTP与ATP在结构组成上不仅碱基不同,而且五碳糖也不同。,2.ATP与分子磷酸化1)含义:ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化。2)意义:蛋白质分子被磷酸化后,空间结构
11、发生变化,活性也被改变,因而可以参与各种化学反应。3)实例:Ca2+经主动运输转运到细胞外的过程。Ca2+与载体蛋白结合,ATP水解酶被激活ATP末端磷酸基团转移到载体蛋白上载体蛋白空间结构发生变化,使Ca2+的结合位点转向膜外侧,将Ca2+释放到膜外。,考点训练(请判断下列说法是否正确),1.组成ATP、RNA、DNA的元素相同,且都含有腺苷。()2.细胞质基质、线粒体、叶绿体都是合成ATP的场所。()3.细胞中所有需能部位都有ATP的水解。()4.ATP是驱动生命活动的直接能源物质,但它在细胞中含量很少。()5.人体内淀粉水解成葡萄糖时,伴随有ATP的生成。()6.运动时,细胞内ATP含量
12、会大大增加。(),答案1.腺苷由腺嘌呤和核糖组成,而DNA中不含核糖。2.3.细胞中并非所有需能部位都利用ATP释放的能量,也可能利用其他高能磷酸化合物,如GTP、CTP等。4.5.淀粉的水解在消化道内进行,该过程会释放能量,但消化道内不存在ATP合成酶,无法生成ATP。6.运动时,细胞内ATP与ADP的转化速度会加快,但ATP含量保持相对稳定。,提升酶的特性相关实验设计,1.探究酶的高效性1)实验变量:自变量催化剂种类(酶和无机催化剂);因变量酶促反应速率。2)实验思路对照组:反应物+无机催化剂反应速率慢;实验组:反应物+等量酶溶液反应速率快。3)示例:与FeCl3溶液相比,过氧化氢酶催化H
13、2O2分解产生O2的效率高。,2.探究酶的专一性1)设计思路一:不同底物相同酶(换底物不换酶)实验变量:自变量不同底物;因变量底物是否被分解。实验思路实验组:底物甲+酶A溶液底物甲被分解;对照组:底物乙+酶A溶液底物乙未分解。示例,2)设计思路二:相同底物不同酶(换酶不换底物)实验变量:自变量不同酶(酶的种类);因变量底物是否被分解。实验思路实验组:底物甲+酶A溶液底物甲被分解;对照组:底物甲+酶B溶液底物甲未分解。示例,3.探究温度或pH对酶活性的影响实验1)探究温度对酶活性的影响(以淀粉酶为例),2)探究酶的最适温度(也可探究温度对酶活性的影响),易混易错反应物与酶液应在相应温度下分别保存
14、后再混合,不能先混合再在相应温度下保存,原因是反应物与酶液混合后可能会立刻发生反应,影响实验的观察或检测。,3)探究pH对酶活性的影响(以H2O2酶为例)4)探究酶的最适pH(也可探究pH对酶活性的影响),易混易错酶活性实验探究中的“五不宜”(1)试剂的选择研究温度对酶活性影响的实验时,鉴定淀粉是否分解用碘液,不宜选用斐林试剂,因为斐林试剂需水浴加热,而该实验中需严格控制温度。若反应物与生成物均能与试剂发生反应,如麦芽糖及其水解后形成的葡萄糖均能与斐林试剂反应,再如蛋白质及其水解后形成的多肽均能与双缩脲试剂反应,此类试剂不宜选用。若反应物与生成物均不能与试剂反应,如蔗糖及其水解后的单糖均不能与
15、碘液反应,此类试剂也不宜选用。(2)反应物和酶的选择研究酶的适宜温度实验时,不宜选用H2O2酶催化H2O2的分解,因为H2O2在加热的条件下会分解。研究酶的适宜pH实验时,由于酸对淀粉有分解作用,因此不宜选用淀粉和淀粉酶作为实验材料,常选用H2O2和H2O2酶。,应用自变量、因变量的判断及二者关系的探究,解题思路 确定自变量 人为控制的对实验对象进行处理的因素为自变量。其判断可依据如下方式:1)可依据实验目的判断,如“探究温度对酶活性的影响”,需要人为控制温度来探究对酶活性的影响,则温度是自变量。2)可依据对照实验中的单一变量原则判断,如“在室温条件下,分别向装有2 mL相同浓度的H2O2溶液
16、试管中分别加入2滴H2O2酶溶液和FeCl3溶液,观察气泡产生速率”,则温度、H2O2溶液量、催化剂滴数都相同(为无关变量,一般需保持相同且适宜),催化剂种类不同,故自变量为催化剂种类。,3)可依据坐标图判断,通常横坐标可代表自变量(横坐标为时间时,一般不为自变量,需从图中其他信息中来寻找)。,确定因变量 因自变量改变而变化的变量为因变量,如“H2O2酶和FeCl3催化H2O2分解实验”中,随催化剂种类(自变量)改变而变化的H2O2分解速率(或氧气产生速率)为因变量。因变量可以直接或间接观察、检测。通常,纵坐标可代表因变量。分析自变量与因变量的关系 自变量是“因”,因变量是“果”,二者有因果关
17、系。,答题模式 通过自变量变化推测因变量变化(实验结果);也可通过因变量的变化逆推自变量变化。,例题讲解 例已知酶X能催化二糖A(非还原糖)水解为单糖,请回答下列问题。该图是在最适温度和pH下,探究二糖A的水解条件得出的结果。该实验中,自变量为,根据图示结果可以得出的实验结论是酶X的催化作用具有。,解题思路确定自变量 根据坐标图分析可知,实验中人为加入不同的催化剂来探究单糖生成速率,则催化剂的种类为自变量。反应的时间也会对实验结果造成影响,其为无关变量。确定因变量 图中纵坐标可代表因变量,即随催化剂的种类改变而变化的单糖生成量为因变量。分析自变量与因变量的关系 一定时间范围内,加酶组单糖生成量比加无机催化剂组高,说明酶具有高效性。,答案催化剂种类高效性,
