酶与ATP

第三单元 细胞的能量供应和利用

第一讲酶和ATP

知识点一 酶的本质作用和特性

1．酶的本质和作用

2．酶的特性

知识点二 细胞的能量“通货”——ATP

1．ATP的结构

2．ATP的转化和利用

考点一 酶的作用原理及特性

1．酶的作用原理

(1)原理：酶降低反应的活化能。

(2)图示及解读：

①没有酶催化的反应曲线是b。

②有酶催化的反应曲线是a。

③AC段的含义是在无催化剂的条件下，反应所需要的活化能。

④BC段的含义是酶降低的活化能。

⑤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，即反应需要的活化能要增大。

2.酶的特性

(1)高效性：

①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。

②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不能改变化学反应的平衡点。

(2)专一性：

Ⅰ.物理模型：

①图中A表示酶，B表示被A催化的底物，E、F表示B被分解后产生的物质，C、D表示不能被A催化的物质。

②酶和被催化的反应物分子都有特定的结构。

Ⅱ.曲线模型： ①加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。

②而加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶A可催化该反应，即酶具有专一性。

(3)酶的作用需要适宜的温度和pH：

在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性。

[归纳串记]

具有专一性的物质归纳

(1)酶：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。如限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。

(2)载体：某些物质通过细胞膜时需要载体协助，不同物质所需载体不同，载体的专一性是细胞膜选择透过性的基础。

(3)激素：激素特异性地作用于靶细胞、靶器官，其原因在于它的靶细胞膜或胞内存在与该激素特异性结合的受体。

(4)tRNA：tRNA有61种，每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。

(5)抗体：一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合。

[必明考向]

考向一 考查酶的本质和作用

1．用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是( )

A．蛋白酶 B．RNA聚合酶

C．RNA D．逆转录酶

解析：选C 大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，核糖体是由蛋白质和rRNA组成的，用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质后，核糖体中只剩下RNA成分，因此，由题中信息“用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应”可说明催化该反应的物质是RNA。

2．关于酶的叙述，错误的是( )

A．同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中 B．低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构

C．酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速度

D．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物

解析：选B 细胞生命活动所必需的酶，如呼吸氧化酶，会存在于分化程度不同的各类细胞中；低温只是抑制酶的活性，在一定范围内，当温度回升后，酶的活性可以恢复，但酶的空间结构一旦被破坏，其活性将无法恢复，但低温并没有破坏酶的空间结构；酶提高化学反应速度是靠降低化学反应的活化能实现的；酶在化学反应中充当催化剂，也可以作为另一个反应的底物。

正确辨析有关酶的六种说法

项目 错误说法 正确理解

产生场所 具有分泌功能的细胞才能产生 活细胞(不考虑哺乳动物成熟红细胞等)

化学本质 蛋白质 有机物(大多为蛋白质，少数为RNA)

作用场所 只在细胞内起催化作用 可在细胞内、细胞外、体外发挥作用

温度影响 低温和高温均使酶变性失活 低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活；高温使酶变性失活

作用 酶具有调节、催化等多种功能 酶只起催化作用

来源 有的可来源于食物等 酶只在生物体内合成

考向二 借助曲线模型考查酶的特性

3．下图表示某酶促反应过程，它所反映的酶某一特性以及字母a、b、c最有可能代表的物质依次是( )

A．高效性、蛋白酶、蛋白质、多肽

B．专一性、麦芽糖酶、麦芽糖、葡萄糖

C．专一性、淀粉酶、淀粉、麦芽糖

D．高效性、脂肪酶、脂肪、甘油和脂肪酸

解析：选C 从图示过程可知：a是酶，b是该酶的底物，d不是该酶的底物，c表示b被分解成的相同小分子物质，该小分子物质含有两个基本单位。该过程反映了酶的专一性。a最可能是淀粉酶，b物质是淀粉，淀粉被分解成麦芽糖，麦芽糖是两分子葡萄糖组成。

4．下列曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中能正确表示人体消化酶作用规律的是( )

A．Ⅰ和Ⅲ B．Ⅱ和Ⅲ

C．Ⅰ和Ⅳ D．Ⅱ和Ⅳ

解析：选D 人体内酶的最适温度接近正常体温(37℃)，故第一个坐标系中能表示人体消化酶作用的是曲线Ⅱ。第二个坐标系中，酶含量为a作为参照，当在底物浓度较低时，反应速率的限制因素是底物浓度而不是酶含量，所以酶含量＜a时的曲线起始段应和酶含量为a时的曲线重合，排除曲线Ⅲ。

考点二 ATP的结构与功能

1．ATP的结构及组成部分的含义

2．ATP的再生和利用

[归纳串记]

细胞内产生与消耗ATP的生理过程

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：一些需能反应

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

3．ATP产生速率与O2供给量之间的关系

(1) 图中A点表示在无氧条件下，细胞可进行无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。

(2)AB段表示随O2供应量增多，有氧呼吸明显加强，通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多，ATP的产生速率随之增加。

(3)BC段表示O2供应量超过一定范围后，ATP的产生速率不再加快，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。

[易误提醒]

对ATP认识上的四个易误点

(1)误认为ATP与ADP的相互转化是可逆反应。

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都不尽相同，因此ATP和ADP的相互转化并不是可逆反应，但物质可重复利用。

(2)ATP转化为ADP也需要消耗水。

ATP转化为ADP又称“ATP的水解反应”，这一过程需酶的催化，同时也需要消耗水。凡是大分子有机物(如蛋白质、脂肪、淀粉等)的水解都需要消耗水。

(3)ATP≠能量。

ATP是一种高能磷酸化合物，是与能量有关的一种物质，不能将两者等同起来。

(4)误认为细胞中含有大量ATP。

生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP含量很少。由于ADP、Pi等可重复利用，只要提供能量(光能或化学能)，生物体就可不断合成ATP，满足生物体的需要。

[必明考向]

考向一 ATP的结构与合成

1．下图为ATP的结构和ATP与ADP相互转化的关系式。有关说法不．正确的是( )

A．图甲中的A代表腺苷，b、c为高能磷酸键

B．图乙中进行①过程时，图甲中的c键断裂并释放能量

C．ATP与ADP快速转化依赖于酶催化作用具有高效性

D．夜间有O2存在时，图乙中过程②主要发生在线粒体

解析：选A A项中A代表的是腺嘌呤；ATP水解一般是远离A的高能磷酸键断裂，也就是c键；酶催化作用的高效性可使ATP与ADP进行快速转化。夜间有O2存在时，ATP合成的主要场所是线粒体。

2．细胞中不能合成ATP的部位是( )

A．线粒体的内膜

B．叶绿体中进行光反应的膜结构

C．内质网的膜

D．蓝藻(蓝细菌)中进行光反应的膜结构

解析：选C 细胞代谢产生ATP的生理过程主要是细胞呼吸和光合作用的光反应，内质网的膜上不能产生ATP。

考向二 ATP的能量供应与利用

3．ATP是一种高能磷酸化合物。下列关于ATP的叙述正确的是( )

A．如细胞代谢强度增加一倍，则细胞内ATP的含量也将增加一倍

B．ATP中全部高能磷酸键断裂后，形成的产物有腺嘌呤核糖核苷酸和磷酸

C．ATP分子结构中含有一个普通磷酸键，该键易断裂也易形成

D．有丝分裂后期，受纺锤丝牵引，着丝点断裂，该过程需要ATP水解供能

解析：选B 细胞内ATP与ADP的含量很少且保持相对稳定；ATP分子结构中含有一个普通磷酸键和两个高能磷酸键，易断裂也易形成的是高能磷酸键；有丝分裂后期着丝点分裂并非纺锤丝牵引所致。

4．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

解析：选C 叶肉细胞合成的糖运出叶肉细胞及糖在运输路径中的跨膜过程均需ATP提供能量；吞噬细胞以胞吞方式吞噬病原体的过程需消耗能量；细胞中小分子的氨基酸脱水缩合形成肽链的过程需要ATP供能；淀粉在淀粉酶的催化作用下水解为葡萄糖的过程不消耗能量。