专题2 细胞代谢的两类重要物质——酶和ATP
(30分钟100分)
一、单项选择题(共10小题,每小题6分,共60分)
1.(2018·益阳二模)如图为某酶在不同温度下反应曲线和时间的关系,从图中不能获得的信息是
( )
A.酶促反应最适温度范围
B.高温使酶活性下降
C.酶促反应生成物量与时间的关系
D.酶促反应速率与酶浓度的关系
【解析】选D。图中未涉及酶浓度,D项符合题意。
2.下列生命活动中不需要ATP提供能量的是 ( )
A.叶肉细胞合成的糖运输到果实
B.吞噬细胞吞噬病原体的过程
C.淀粉酶催化淀粉水解为葡萄糖
D.细胞中由氨基酸合成新的肽链
【解题指导】解答本题的关键:
(1)题干关键词:“不需要ATP提供能量”。
(2)关键知识:糖的运输属于主动运输;淀粉水解只需要酶的催化,不需要能量。
【解析】选C。本题考查物质运输、物质的合成和分解对能量的利用特点。叶肉细胞合成的糖运输到果实是主动运输的过程;吞噬细胞吞噬病原体的过程属于胞吞。主动运输、胞吞、肽链的合成都需要消耗ATP提供的能量,淀粉酶催化淀粉水解为葡萄糖不需要消耗ATP提供的能量。
3.如图为探究新鲜的土豆片中的过氧化氢酶具有催化作用的实验装置图,下列对该实验产生的现象及其结果推测的叙述,正确的是 ( )
A.该实验的自变量是温度和新鲜的土豆片数量
B.若增加新鲜的土豆片的数量,量筒中产生气体的总量会增加
C.一段时间后,气体产生速率不再增加的原因是该反应的底物已耗尽
D.对照实验的装置可设置为10 mL 30%的H2O2溶液和煮熟的土豆片,其他条件均相同
【解析】选D。本实验的目的是探究新鲜的土豆片中的过氧化氢酶具有催化作用,实验的自变量为是否加入过氧化氢酶(是否加入土豆片),温度属于无关变量,A错误;新鲜土豆片中含过氧化氢酶,增加新鲜土豆片的数量即增加酶的数目,这样会加快化学反应速率,使量筒中产生的气体速率加快,但是底物H2O2的量一定,故最终生成O2的量相同,B错误;一段时间后,气体产生速率不再增加的原因是酶量有限,若底物耗尽,则不再产生气体C错误。
4.下列有关酶的实验设计正确的是 ( )
A.利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液验证酶的专一性
B.利用过氧化氢和淀粉酶探究温度对酶活性的影响
C.利用过氧化氢、鲜肝匀浆和FeCl3研究酶的高效性
D.利用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为5、7、9的缓冲液验证pH对酶活性的影响
【解析】选C。淀粉酶能催化淀粉的水解,但不能催化蔗糖的水解,若利用淀粉、蔗糖、淀粉酶来验证酶的专一性,结果加碘液都不会变蓝色,A错误;加热会加速过氧化氢分解,探究温度对酶活性的影响的实验中,不宜以过氧化氢为底物,B错误;鲜肝匀浆含过氧化氢酶,可催化过氧化氢的分解,FeCl3作为无机催化剂也能催化过氧化氢的分解,但过氧化氢酶具有高效性,因此可以利用过氧化氢、鲜肝匀浆和FeCl3研究酶的高效性,C正确;胃蛋白酶的最适pH是2.0,因此不能利用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为5、7、9的缓冲液验证pH对酶活性的影响,D错误。
5.(2018·深圳二模)下列有关酶与ATP的叙述正确的是 ( )
A.酶的合成往往需要ATP,但ATP的合成一般不需要酶
B.酶可以催化反应的进行,ATP可以直接为细胞代谢提供能量
C.酶在高温、低温、过酸、过碱条件下,空间结构都会被破坏
D.只有真核细胞才有ATP与ADP相互转化的能量供应机制
【解析】选B。酶的合成过程需要ATP提供能量,ATP的合成过程也需要酶的催化,A错误;酶可以催化反应的进行,ATP可以直接为细胞代谢提供能量,B正确;酶在高温、过酸、过碱条件下,空间结构都会被破坏,但是低温不会破坏酶的空间结构,只是抑制酶的活性,C错误;真核细胞与原核细胞均有ATP与ADP相互转化的能量供应机制,D错误。
【加固训练】
(2018·武汉二模)下列关于酶和ATP的相关叙述,正确的是 ( )
A.基因的表达需要酶和ATP,酶和ATP也是基因表达的产物
B.酶在细胞内外都可以发挥作用,ATP只能在细胞内发挥作用
C.酶和ATP都具有高效性和专一性
D.酶促反应不一定有ATP的参与,但ATP的生成一定有酶参与
【解析】选D。基因的表达过程需要RNA聚合酶及ATP供能,基因表达的产物是蛋白质,少数酶及ATP不是表达产物,A错误;酶和ATP在细胞内外都可以发挥作用,B错误;ATP没有表现出专一性,C 错误;ATP的合成需要酶的催化,酶促反应不都是耗能反应,D正确。
6.如图曲线b表示在最适温度和最适pH条件下,反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析正确的是 ( )
A.降低pH,重复该实验,A、B点位置都不变
B.酶量增加后,图示反应速率可用曲线a表示
C.反应物浓度是限制曲线AB段酶促反应速率的主要因素
D.B点后适当降温,酶活性增加,曲线将呈现曲线c所示变化
【解析】选C。图示曲线b为最适pH条件下的曲线,因此降低pH,酶的活性降低,重复该实验,A、B点位置都将降低,A错误;酶量增加后,反应速率增大,可用图中曲线c表示,B错误;图示曲线b为最适温度条件下的曲线,若B点后适当降温,则酶活性将降低,曲线将下降,D错误。
7.(新题预测)ATP合酶是F1和F0的复合体,其中F1位于某些细胞器的膜外基质中,具有酶活性;F0嵌在膜的磷脂双分子层中,为质子(H+)通道,当膜外的高浓度的质子冲入膜内时能为ATP的合成提供能量。下列叙述正确的是
( )
A.ATP合酶存在于线粒体内膜和叶绿体内膜上
B.F0为ATP合酶的疏水部位,能催化ATP的合成
C.合成ATP时的能量直接来自H+的化学势能
D.高温使F1和F0分离后,F1仍能合成ATP
【解题指导】解答本题需要明确:
(1)F1具有酶活性。
(2)F0为质子(H+)通道。
(3)ATP合成需要F1和F0共同参与。
【解析】选C。ATP合酶存在于合成ATP的场所,因此叶绿体内膜上不含有ATP合酶,A错误;F0嵌在膜的磷脂双分子层中,是质子(H+)通道,为ATP合成供能,不起催化作用,B错误,C正确;由于F1具有酶活性,高温使F1和F0分离后,F1变性失活,不能合成ATP,D错误。
8.下列关于ATP在细胞能量代谢中作用的叙述中,正确的是 ( )
A.ADP由磷酸、腺嘌呤和脱氧核糖组成,其中含有一个高能磷酸键
B.线粒体是胰岛B细胞中唯一产生ATP的细胞器,抑制其功能会影响胰岛素的分泌
C.ATP的合成与细胞的吸能反应有关
D.维持人体体温的热能主要来自细胞内ATP的水解
【解析】选B。ADP由磷酸、腺嘌呤和核糖组成,A错误;ATP的合成与细胞的放能反应有关,C错误;维持人体体温的热能主要来自细胞呼吸释放的能量,D错误。
【加固训练】
下列有关ATP的叙述,正确的是 ( )
A.图中的a是构成DNA的基本单位之一
B.图中的A代表腺苷,b、c为高能磷酸键
C.ATP中的“A”与构成RNA中的碱基“A”表示的不是同一种物质
D.血浆中的葡萄糖进入红细胞、肾小管对葡萄糖的重吸收都会消耗ATP
【解析】选C。图中的a是构成RNA的基本单位之一,A错误;图中的A代表腺嘌呤,B错误;ATP中的“A”为腺苷,构成RNA中的碱基“A”表示腺嘌呤,C正确;血浆中的葡萄糖进入红细胞为协助扩散过程,不消耗ATP,D错误。
9.(新题预测)能荷是指总的腺苷酸系统(即ATP、ADP和AMP浓度之和)中所负荷高能磷酸键的数量,即能量负荷,计算公式为能荷=(ATP+0.5ADP)/(ATP+ADP+
AMP),下列生理过程能使细胞内的能荷增加的是( )
A.[H]和O2在生物膜上结合产生H2O
B.植物生长素由顶芽向侧芽运输
C.成熟的红细胞通过渗透作用吸水
D.氨基酸在核糖体上脱水缩合形成肽链
【解析】选A。由能荷计算公式可知,当ATP水解时,能荷减小,当合成ATP时,能荷增大。 [H]和O2在生物膜上结合产生H2O的过程中释放能量,合成ATP,能荷增加,A正确;植物生长素由顶芽向侧芽运输、氨基酸在核糖体上脱水缩合形成肽链均消耗ATP,能荷减小,B、D错误;成熟的红细胞通过渗透作用吸水不消耗ATP,与能荷无关,C错误。
10.(新题预测)激酶是一类可以催化磷酸化反应的酶,能将来自ATP的磷酸基团添加到底物蛋白上。如图是动物细胞外的成纤维细胞生长因子(FGF)调节细胞生命活动的激酶信号传导途径。据图分析错误的是 ( )
A.FGFR受体的胞内部分具有催化作用
B.FGF导致FGFR空间结构改变而失活
C.核孔是细胞质与细胞核信息交流的通道
D.FGF通过调节基因表达从而发挥了作用
【解析】选B。FGFR受体的胞内部分含有激酶结构域,说明其具有催化功能,A正确;FGF导致FGFR 空间结构改变,但是没有失活,B错误;核孔是细胞质与细胞核信息交流的通道,C正确;FGF通过调节基因表达从而发挥了作用,D正确。
二、非选择题(共2小题,共40分)
11.(20分)不良环境能使植物体内酶活力下降,酶活力降低的程度可作为衡量植株耐受性的重要指标。为探究不同植物叶片对汽车尾气的耐受能力,研究人员将两年生的香樟和杜鹃分别置于密闭气室中,用相同浓度的汽车尾气处理16 h,取叶片研磨后获得叶片研磨液。用下图装置进行实验,每组实验测定4次,每次向锥形瓶中加入2 mL叶片研磨液后均测定5 min内的气体收集量,结果如下表(单位:mL)。请回答下列问题:
次数
第1次第2次第3次第4次平均植物
对照组 2.1 2.0 2.2 2.1 2.1 香樟
实验组 1.6 1.45 1.5 1.35 1.48
对照组 3.0 2.8 2.9 2.9 2.9 杜鹃
实验组 1.8 1.9 2.0 1.9 1.9
(1)本实验用气体产生量衡量酶活力的原因是__________________________
__________________________________________________________________。对照组的处理方式是_________________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)制备香樟和杜鹃的叶片研磨液时,加入缓冲液的目的是__________________
_____________________。恒温水浴设定为32 ℃的原因是__________________
_______________________。
(3)每次实验均统计相同时间内气体收集量,目的是________________。每种实验材料均进行4次实验的目的是________ ______________。
(4)实验表明,对汽车尾气污染耐受力较强的植物是____________,判断的理由是
________________________________________________ 。
【解析】(1)本实验的原理是植物细胞中过氧化氢酶能催化H2O2分解,释放O2;酶活力越高,化学反应速率越快,一定时间内生成的产物越多。对照组的处理除不含汽车尾气外,其余都应相同。(2)酶催化需要适宜的温度、pH等条件,加入缓冲液能维持正常稳定的pH。温度为无关变量,需要保证相同且适宜,32 ℃是过氧化氢酶催化的适宜温度。(3)实验时间为无关变量,统计相同时间内气体收集量,可避免时间不同对结果的影响。本实验中每种实验材料均进行4次实验(重复实验),计算平均值以保证实验结果的准确性。(4)“酶活力降低的程度”即酶活力下降的相对幅度,其计算方法是酶活力下降的绝对值/对照组酶活力,即本实验中香樟酶活力下降程度为
(2.1-1.48)/2.1(约29.5%),杜鹃酶活力下降程度为(2.9-1.9)/2.9(约34.5%),说明香樟对汽车尾气的耐受力更强。
答案:(1)酶活力越高,催化H2O2分解速率越快,一定时间内气体产生量越多将生理状况相似的香樟或杜鹃在不含汽车尾气的密闭气室中放置16 h
(2)避免研磨过程中pH变化对过氧化氢酶产生影响
32 ℃是过氧化氢酶催化的适宜温度
(3)避免时间差异对实验结果产生影响重复实验,计算平均值,保证实验数据的可靠性
(4)香樟相同浓度的汽车尾气处理后,香樟过氧化氢酶活力下降的相对幅度更小
12.(20分)解读下列曲线,回答相关问题:
(1)图1是与酶活性影响因素相关的曲线,请分析回答:
当pH从5上升到7,酶活性的变化过程是____________________;从图示曲线我们还可以得出的结论是随着pH的变化,________________(填“影响”或“不影响”)酶的最适温度。
(2)人体骨骼肌细胞中,ATP的含量仅够剧烈运动时三秒钟内的能量供给。在校运动会上,某同学参加100 m短跑过程中,其肌细胞中ATP相对含量变化如图2所示,试回答:
①由A到B的变化过程中,说明ATP被水解,释放的能量用于________________。
②由整个曲线来看,肌细胞中ATP的含量不会降为零,说明________________。
【解析】(1)底物剩余量越少,说明酶的活性越高。由图1可知,当pH从5上升到7,酶活性的变化过程是先上升后下降;从图示曲线我们还可以得出的结论是随着pH的变化,酶的最适温度不变。
(2)图2为某同学参加短跑比赛过程中ATP的相对含量随时间的变化。①由A到B的变化过程中ATP含量降低,说明ATP被水解,释放的能量用于肌肉收缩等生命活动;②从整个曲线来看,肌细胞中ATP的含量不会降为零,说明ATP的生成和分解是同时进行的。
答案:(1)先上升后下降不影响
(2)①肌肉收缩等生命活动
②ATP的生成和分解是同时进行的