【细胞基础】5 酶和ATP 【一轮复习】
喵喵 | 5-1 酶和ATP
1️⃣酶
- 酶的本质
定义：活细胞产生的具有催化作用的有机物
科学史：
（活的酵母菌引起）巴斯德；李比希（酵母菌死后释放的物质引起）
毕希纳（提出“酿酶”，未纯化鉴定）
萨姆纳（分离脲酶，鉴定为蛋白质）
胃蛋白酶、胰蛋白酶等都是蛋白质
切赫、奥特曼（少数RNA有催化功能）
结论：酶大部分为蛋白质，少数为RNA
2. 作用机理：显著降低化学反应的活化能
（1）活化能：分子从常态（初态）转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。
（2）加热和催化剂的原理不同：加热为反应提供能量，无机催化剂和酶不为反应提供能量，而是降低化学反应的活化能。但是，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高（高效性）。
3. 酶的特性
（1）专一性：一种酶只能催化一种或一类反应。
（2）高效性：酶的催化效率是无机催化剂的10⁷~10¹³倍。
①为证明酶的高效性，应将“加酶”与“加无机催化剂”进行比对。
②酶只能缩短到达化学平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点和方向。
（3）作用条件较温和
①在最适温度和最适pH时，酶的活性最强。
②过酸、过碱和温度过高，均会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活
③低温条件下，酶活性较低，但空间结构稳定，故酶通常在低温、最适pH下保存。
4. 酶的实验设计
（1）验证酶的高效性
甲组：2mLH₂O₂ +2滴FeCl₃
乙组：2mLH₂O₂ +2滴肝脏研磨液
一观察单位时间内产生气泡的多少或卫生香复燃的程度
（2）验证酶的专一性
甲组：2mL淀粉溶液 +2mL淀粉酶溶液
乙组：2mL蔗糖溶液＋2mL淀粉酶溶液
60℃水浴保温5min→ 斐林试剂检测
本实验不可用碘液检测，因碘液只能检测淀粉是否分解，无法判定蔗糖是否分解。
（3）探究温度对酶活性的影响
甲组
- 试管1：2mL淀粉溶液
- 试管2：2mL淀粉酶溶液
- 分别冰水浴5min，混匀，冰水浴2min
乙组
- 试管3：2mL淀粉溶液
- 试管4：2mL淀粉酶溶液
- 分别60°C水浴5min，混匀，60°C水浴2min
丙组
- 试管3：2mL淀粉溶液
- 试管4：2mL淀粉酶溶液
- 分别100°C水浴5min，混匀，100°C水浴2min
碘液检测
①探究温度对酶活性的影响，最好不选择H₂O₂作为反应物，因为加热时H₂O₂分解加快，影响实验结果。
②底物和酶混合之前应先分别调至对应温度，保证实验的科学性。
③本实验不可用斐林试剂检测，因斐林试剂需水浴加热，而本实验需严格控制温度。
（4）探究pH对酶活性的影响
- 甲组：2mL H₂O₂溶液（加1mL 0.01mol/L HCI）
- 乙组：2mLH₂O₂溶液（加1mL缓冲液调至pH=7）
- 丙组：2mL H₂O₂溶液（加1mL 0.01molL NaOH）
2滴新鲜肝脏研磨液，最适温度保温5min →观察气泡产生速率
探究pH对酶活性的影响，最好不选择淀粉作为反应物，因为淀粉在酸性条件下会分解，影响实验结果。
5. 影响酶促反应速率的因素
（1）温度和pH（影响酶的活性）
（2）底物浓度和酶的浓度
易错拓展
- 和无机催化剂一样，酶也可以重复多次利用，反应后不会立即被降解。
- 酶只有催化功能，没有调节功能。
- 酶由活细胞产生，但哺乳动物成熟红细胞不能合成酶；酶在细胞内外均能发挥作用。
考点Ⅰ酶的本质和作用机理
2021-海南卷
研究发现，人体内某种酶的主要作用是切割、分解细胞膜上的“废物蛋白”。下列有关叙述错误的是
A. 该酶的空间结构由氨基酸的种类决定【排列顺序】
B. 该酶的合成需要mRNA、tRNA和rRNA参与
C. “废物蛋白”被该酶切割过程中发生肽键断裂
D. “废物蛋白”分解产生的氨基酸可被重新利用
【例2】在生物体内，酶是具有催化作用的有机物。下列关于酶的叙述，错误的是
A. 过氧化氢酶、脲酶和麦芽糖酶的化学本质都是蛋白质
B. DNA聚合酶和DNA连接酶都能催化磷酸二酯键的形成
C. 胰蛋白酶的合成及分泌与核糖体、内质网和高尔基体有关
D. 淀粉酶和盐酸通过升高化学反应的活化能催化淀粉水解【降低】
考点Ⅱ酶的特性
2023·广东卷
中国制茶工艺源远流长。红茶制作包括萎凋、揉捻、发酵、高温干燥等工序，其间多酚氧化酶催化茶多酚生成适量茶黄素是红茶风味形成的关键。下列叙述错误的是
A. 揉捻能破坏细胞结构使多酚氧化酶与茶多酚接触
B. 发酵时保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性
C. 发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶活性
D. 高温灭活多酚氧化酶以防止过度氧化影响茶品质
2022·重庆卷
植物蛋白酶M和L能使肉类蛋白质部分水解，可用于制作肉类嫩化剂。某实验小组测定并计算了两种酶在37℃、不同pH下的相对活性，结果见如表。下列叙述最合理的是
A. 在37℃时，两种酶的最适pH均为3【M：5~9；L：5左右】
B. 在37℃长时间放置后，两种酶的活性不变【长时间应该低温放置】
C. 从37°℃上升至95℃，两种酶在pH为5时仍有较高活性【失活】
D. 在37°℃、pH为3~11时，M更适于制作肉类嫩化剂✓【因为M的活性更高】
考点Ⅲ酶相关实验设计
2022·广东卷
某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究，结果见下表。下列分析错误的是
注：+/-分别表示有/无添加，反应物为Ⅰ型胶原蛋白
A. 该酶的催化活性依赖于CaCl₂【看加了的和没加的】
B. 结合①、②组的相关变量分析，自变量为温度
C. 该酶催化反应的最适温度70℃，最适pH=9【表中看不出来】
D. 尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物
2022·全国卷
某种酶P由RNA和蛋白质组成，可催化底物转化为相应的产物。为探究该酶不同组分催化反应所需的条件。某同学进行了下列5组实验（表中“+”表示有，“-”表示无）。根据实验结果可以得出的结论是
A. 酶P必须在高浓度Mg²⁺条件下才具有催化活性【①就可以】
B. 蛋白质组分的催化活性随Mg²⁺浓度升高而升高【看不出来】
C. 在高浓度Mg²⁺条件下RNA组分具有催化活性✓
D. 在高浓度Mg²⁺条件下蛋白质组分具有催化活性【⑤没有产物】
2️⃣ATP
- ATP的结构
元素组成：C、H、O、N、P
结构简式：A一P～P～P
结构：
功能：驱动细胞生命活动的直接能源物质
~"代表特殊的不稳定的磷酸键。末端磷酸基团具有较高的转移势能，可挟能量与其他分子结合，使后者发生变化。
2. ATP与ADP的相互转化
合成：与放能反应相联系
- 光合作用
- 细胞呼吸
- 化能合成作用
水解：与吸能反应相联系
- 大脑思考
- 肌肉收缩
- 生物发光、发电
- 主动运输
- 物质合成
ATP与ADP相互转化时，反应所需的酶、能量的来源和去路、反应场所不同，故不是可逆反应
易错拓展
- 不同化合物中“A”的辨析
2. ATP不是唯一的直接能源物质，CTP、GTP、UTP等也可以直接为生命活动供能。
3. ATP含量极少，通过与ADP的快速转化达到动态平衡；细胞代谢越旺盛，ATP和ADP的转化速率就越快。
4. ATP与ADP相互转化的能量机制，在所有生物中都是一样的，体现了生物界的统一性。
考点I ATP的结构和功能
2023·天津卷
衣原体缺乏细胞呼吸所需的酶，则其需要从宿主细胞体内摄取的物质是
A. 葡萄糖
B. 糖原
C. 淀粉
D. ATP✓
2022·浙江卷
下列关于腺苷三磷酸分子的叙述，正确的是
A. 由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成
B. 分子中与磷酸基团相连接的化学键称为高能磷酸键【磷酸跟五碳糖连接的，就不是高能磷酸键】
C. 在水解酶的作用下不断地合成和水解
D. 是细胞中吸能反应和放能反应的纽带✓
考点Ⅱ ATP与ADP的转化
2021·海南卷
研究人员将³²P标记的磷酸注入活的离体肝细胞，1~2min后迅速分离得到细胞内的ATP。结果发现ATP的末端磷酸基团被P标记，并测得ATP与注入的³²P标记磷酸的放射性强度几乎一致。下列有关叙述正确的是
A. 该实验表明，细胞内全部ADP都转化成ATP【不断相互转化】
B. ³²P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性✓【腺苷没有P】
C. ³²P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率相等【他只在最后一个磷酸基团出现】
D. ATP与ADP相互转化速度快，且转化主要发生在细胞核内【主要发生在细胞质中】
2021·湖南卷
某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化，参与细胞信号传递，如图所示。下列叙述错误的是
A. 这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现了蛋白质结构与功能相适应的观点
B. 这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，不影响细胞信号传递
C. 作为能量“通货”的ATP能参与细胞信号传递
D. 蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响
