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专题二 细胞的代谢
第3讲 酶和ATP
一、易错辨析
1. 细胞代谢中的酶
(1) 用淀粉和淀粉酶探究温度对酶活性的影响时,既可用碘液也可用斐林试剂检测。 ( )
(2) 同无机催化剂相比，酶所提供的活化能更多，因而催化效率更高。 ( )
(3) 从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法。 ( )
(4) 唾液淀粉酶催化反应的最适温度和保存温度都是37 ℃。 ( )
(5) 唾液淀粉酶随唾液流入胃后仍能催化淀粉的水解。 ( )
(6) 正常人体内的激素、酶和神经递质在发挥作用后都能保持活性。 ( )
(7) 探究胃蛋白酶的最适pH时，将其加入蛋清中再加入缓冲液。 ( )
2. ATP的结构和作用
(1) 人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。( )
(2) 有氧条件下,植物根尖细胞的线粒体、叶绿体和细胞质基质都能产生ATP。 ( )
(3) ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。 ( )
(4) 物质出入细胞时,凡是需要载体协助的就需要消耗ATP,不需要载体协助的就不消耗ATP。 ( )
(5) 无氧呼吸产生的ATP少,是因为大部分能量以热能的形式散失。 ( )
(6) 一个ATP中含有两个“~”,且都很容易形成和水解。 ( )二、规范表述
(1) 人体内ATP的含量很少,但在剧烈运动时,每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP,以供运动之需,但人体内
ATP 总 含 量 并 没 有 太 大 变 化 , 原 因 是
。
(2) 生物体内酶的化学本质是 ,其特性有 (答出两点即可)。
(3) 低温与高温、过酸、过碱对酶活性影响的不同是
。
(4) 设计实验时不建议用HO 溶液为底物探究温度对酶活性的影响,原因是
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。
(5) 在pH为7的条件下,取四支盛有等量过氧化氢溶液的试管,分别保温在0 ℃、30 ℃、60 ℃、90 ℃的恒温水
浴锅中,再滴加2滴肝脏研磨液,以探究温度对过氧化氢酶活性的影响。该实验能得出正确结论吗?为什么?
。
(6) 在温度为37 ℃的条件下,取等量肝脏研磨液分别加到四支盛有等量过氧化氢溶液的试管中,再滴加盐酸或氢
氧化钠使各试管pH分别为3、5、7、9,以探究pH对过氧化氢酶活性的影响。该实验能得出正确结论吗?
为什么? 。
(7) 与葡萄糖相比，每分子ATP中蕴含的能量较少，但两者中只有ATP能为细胞的生命活动直接提供能量，
原因是 。
(8) 温度和pH对酶促反应速率的影响与底物浓度和酶浓度对酶促反应速率影响的本质不同是
。
考点1 ATP的结构和作用
1. 明辨ATP的结构
（1）ATP分子的结构图中a表示 ，由 和 组成； 表示 ；①②表示 ；b表
示 —— ；c表示 —— ；d表示 —— 。
（2）拓展
①腺苷一磷酸——AMP，又称腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本组成单位之一。
②
③几种不同化合物中“A”的辨析
2. 能量转换过程和ATP的产生与消耗
（1）能量转换过程
（2）ATP的产生与消耗
场所 产生或消耗ATP 生理过程细胞膜 消耗ATP 主动运输、胞吞、胞吐
. ATP 细胞呼吸第一阶段
. ATP 光反应
叶绿体
叶绿体基质 消耗ATP 暗反应、自身DNA复制等
ATP 有氧呼吸第二、三阶段
线粒体
消耗ATP 自身DNA复制等
核糖体 消耗ATP 蛋白质的合成
细胞核 消耗ATP DNA复制、转录等
ATP的产生与消耗
光合作用光反应产生的ATP只能用于叶绿体自身的吸能反应，如C 的还原。细胞呼吸产生的ATP能用于其余各项
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需要消耗能量的生命活动。
3. 肌细胞中ATP产生速率与O 供给量之间关系的曲线解读
2
（1）A点：在无氧条件下，肌细胞可通过 分解有机物，ATP产生速率 。
（2）AB段：随着O 供给量增多， 明显加强，ATP产生速率逐渐加快。
2
（3）BC段：O 供给量超过一定范围后，ATP的产生速率不再增加，此时的限制因素可能是 等。
2
1. 当横坐标表示呼吸作用强度时，ATP产生速率的变化曲线应该从原点开始。
2. 哺乳动物成熟红细胞中，ATP产生速率几乎与O 供给量无关。
2
考法1 考查ATP的结构和功能
1. （2022•洛阳一模）ATP是细胞的能量“通货”，下列关于ATP的叙述错误的是（ ）A．所有生物细胞内都存在ATP和ADP相互转化机制
B．能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通
C．细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的
D．人在剧烈运动时，骨骼肌细胞中ATP水解速率远大于其合成速率
2. （2022•龙岩四模）Arf家族蛋白参与蛋白质的囊泡运输，它们有两种状态，结合 GDP的不活跃状态和结
合GTP的活跃状态。GTP和ATP的结构和性质相似，仅是碱基A被G替代。活跃状态的Arf蛋白参与货
物蛋白的招募和分选，保证货物蛋白进入特定囊泡等待运输。下列相关叙述和推测错误的是（ ）
A．GTP是由鸟嘌呤、核糖和3个磷酸基团结合而成
B．Arf由不活跃状态转化为活跃状态可以释放能量
C．两种状态Arf蛋白的相互转化需要相应酶的催化
D．运输货物蛋白的囊泡可能来自内质网或高尔基体
3. （2022•武汉模拟）蛋白质的磷酸化和去磷酸化参与细胞信号传递。蛋白质在蛋白激酶的催化下由 ATP水
解供能并提供磷酸基团完成磷酸化，在蛋白磷酸酶催化下发生水解反应完成去磷酸化。下列有关叙述正确
的是（ ）
A．标记ATP的末端磷酸基团可得到被标记的磷酸化蛋白质
B．蛋白质的去磷酸化是放能反应，磷酸化是吸能反应
C．蛋白质磷酸化不会导致蛋白质结构的改变
D．蛋白激酶和蛋白磷酸酶需在最适温度和pH条件下保存
4. （2021•武昌区校级模拟）细胞内ATP合成酶作用的原理如图所示，当H+穿过ATP合成酶时，该酶能促使
ADP与Pi形成ATP。下列叙述错误的是（ ）
A．如图所示结构可以为线粒体内膜或叶绿体类囊体薄膜
B．H+浓度梯度蕴藏的能量促使了ATP的生成
C．乳酸菌没有叶绿体和线粒体，没有ATP合成酶
D．ATP中的“A”与构成DNA、RNA中的碱基“A”表示不同物质
5. （2021•湖北模拟）如图是生物界中能量“通货”﹣ATP的循环示意图。下列相关叙述正确的是（ ）A．图中的M指的是腺苷，N指的是核糖
B．暗反应中ATP用于固定CO 和还原C
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C．ATP的“充电”需要酶的催化，而“放能”不需要
D．食物为ATP“充电”指的是有机物经过氧化分解，释放能量并生成ATP
考法2 考查ATP在生活生产中的应用
6. （2021•黄州区校级模拟）“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤”。夏日傍晚，星星点点的萤火虫，让夜
空与星光辉映。下列叙述，不合理的是（ ）
A．萤火虫尾部发光所需的ATP是其细胞进行呼吸作用时产生的
B．荧光素接受ATP提供的能量后被激活，经催化氧化后能发光
C．萤火虫能持续发光，是因为其发光细胞内储存了大量的ATP
D．萤火虫尾部发光的过程实现了ATP中的化学能向光能的转化
7. （2022•张家口三模）研究发现，动物细胞膜上的钠﹣钾泵每消耗一个 ATP分子，向细胞外转运 3个
Na+，向细胞内转运2个K+。动脉平滑肌细胞膜上的钠﹣钾泵功能低下会导致其细胞表面的肾上腺素受体
增加，细胞收缩加强。下列相关叙述错误的是（ ）
A．ATP去掉两个磷酸基团后可作为RNA的基本组成单位
B．钠﹣钾泵功能低下可能导致动脉平滑肌细胞对肾上腺素敏感性减弱
C．钠﹣钾泵功能低下可能加快动脉平滑肌细胞膜成分的更新
D．呼吸抑制剂可能会加强动脉平滑肌的收缩
8. （2021•漳州一模）磷酸肌酸是一种主要分布在肌肉组织中的高能化合物，是能量的暂时储存形式。它能
在肌酸激酶的催化下，将自身的磷酸基团转移到ADP分子中，合成ATP。下列说法错误的是（ ）
A．磷酸肌酸直接为肌肉收缩提供能量
B．ATP可以作为RNA的合成原料之一
C．磷酸肌酸和ATP均储存大量能量
D．肌肉收缩时，ATP的含量保持相对稳定考点2 细胞代谢中的酶
1. 熟知酶的“一来源、一作用、二本质和三特性”
来源 一般来说， 都能产生酶（除了哺乳动物成熟红细胞等）
作用 具有生物 作用
作用场所 细胞 、 ，生物体
作用机理 化学反应的活化能
化学本质 大多数是 少数是
合成原料
合成场所 主要是
特性 、 、作用条件
酶的唯一功能就是催化作用，不具有调节、组成结构、提供能量等功能。
2. 读懂酶的3类曲线
（1）酶的作用原理：酶能降低化学反应的活化能（如图）
①表示无酶催化时反应进行需要的活化能是 段。
②表示有酶催化时反应进行需要的活化能是 段。
③表示酶降低的活化能是 段。
④若将酶变为无机催化剂,则b在纵轴上向 移动。用加热的方法不能降低活化能,但会 活化能。
（2）酶的作用特性
①图甲中“加入酶”的曲线和“加入无机催化剂”的曲线比较，说明酶具有 ；而与“不加催化剂”的
曲线比较只能说明酶具有 。
②图乙中两曲线比较说明酶具有 。
（3）酶促反应速率的影响因素①温度和pH
图甲和图乙说明：高温、过酸、过碱都会使酶 ，而低温只是 酶的活性，酶分子结构未被破坏，温
度升高可 活性。
图丙和图丁说明：反应溶液的温度（pH）的变化 酶作用的最适pH（温度）。
②底物浓度和酶浓度
图甲中OP段的限制因素是 ，而P点之后的限制因素有 。
图乙对反应底物的要求是 。此时，其他条件适宜的情况下,酶促反应速率与酶浓度成 。
1. 反应速率≠化学平衡
酶只是降低了化学反应的活化能,所能催化的是本来就能发生的反应,提高了反应速率,缩短了到达平衡点的
时间,而平衡点的大小只能由底物的量来决定。
2. 酶促反应速率≠酶活性
温度和pH是通过影响酶的空间结构来改变酶的活性,进而影响酶促反应速率的;而底物浓度和酶浓度是通
过影响底物与酶的接触面积来影响反应速率的。
3. 关注“五类”实验设计
（1）验证酶具有高效性的实验设计
过氧化氢分别在过氧化氢酶和Fe3+的催化作用下，观察气泡产生的快慢或多少。
（2）验证酶的专一性实验中的注意事项
淀粉或蔗糖+淀粉酶→应用 检测,不能选用碘液检测,因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。
（3）探究温度对酶活性的影响实验中的注意事项
①实验室使用的α-淀粉酶的最适温度为 。
②不宜选择过氧化氢作为底物,因为过氧化氢在 下自行分解。③不宜选用斐林试剂进行鉴定,因为斐林试剂的使用需要水浴加热， 是干扰条件。
④实验步骤不能颠倒,否则会使实验出现较大误差。
（4）探究酶的最适温度或最适pH的实验设计程序
（5）蛋白酶对蛋白质的水解实验
检验蛋白酶对蛋白质的水解时应选用 ，通过观察其消失情况得出结论，因蛋白酶本身也是蛋白质，不
能选用 鉴定。
归纳关于酶实验的“三不能一必须一特殊”
看到蔗糖，不能用碘液；看到温度，不能用HO；看到pH，不能用淀粉；
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看到高效性，必须用无机催化剂。看到蛋白酶，特殊用蛋白块为底物，且不能用双缩脲检测。
考法1 考查酶的本质和作用
1. （2021•潍坊模拟）如图曲线分别表示某化学反应在使用无机催化剂和酶催化条件下的能量变化过程。对
此图分析错误的是（ ）
A．曲线①表示在无机催化剂条件下的能量变化
B．对比反应前后，此化学反应为放能反应
C．a与b的差值为酶所降低该反应的活化能
D．此过程揭示了酶的催化作用具有高效性的原因
2. （2022•洪山区校级模拟）幽门螺旋杆菌（Hp）能产生脲酶催化尿素分解形成氨和二氧化碳，因此若要检
测某人胃内是否存在Hp，常用14C呼吸实验检测，受检者口服特殊的尿素（14CO（NH ） ）胶囊，根据
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受检者是否能产生14CO 及含量判断有无Hp感染。下列相关叙述错误的是（ ）
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A．脲酶是具有催化作用的蛋白质，能够被蛋白酶水解失活
B．温度、pH会影响脲酶的活性，而尿素浓度的改变不影响脲酶活性
C．一定时间内产生14CO 的量与脲酶含量有关，与口服尿素剂量无关
2D．外出聚餐可能会增加Hp的传播途径
3. （2022•河南模拟）细胞的生命活动要经历复杂的物质变化，都离不开酶的催化作用。下列叙述正确的是
（ ）
A．酶都是由C、H、O、N四种元素构成的
B．纤维素酶能够催化植物和细菌细胞壁的分解
C．端粒酶能延长染色体端粒，癌细胞中端粒酶的活性较高
D．细胞内ATP的合成需要酶，酶的合成不需要ATP
考法2 利用曲线图考查酶的特性及影响因素
4. （2022•湖北模拟）研究人员向一定体积的淀粉溶液中加入一定量的 α﹣淀粉酶后，在不同条件下麦芽糖
的生成量与反应时间的关系如图所示（图中实线代表其他条件最适宜时的曲线）。下列有关分析正确的是
（ ）
A．酶催化作用的原理是能为化学反应提供活化能量
B．若②曲线为无机催化剂催化反应的结果，说明酶有高效性
C．适当升高化学反应温度，酶活性增强，可以得到③曲线
D．适当增加淀粉的量或α﹣淀粉酶的量，均可能得到①曲线
5. （2022•临沂三模）酶的“诱导契合”学说认为，在酶与底物结合之前，其空间结构与底物不完全互补，
在底物诱导下可出现与底物吻合的互补结构，继而完成酶促反应。为验证该学说，科研人员利用枯草杆菌
蛋白酶（简称S酶，可催化两种结构不同的底物CTH和CU，且与两者的结合中心位置相同）进行研究，
实验结果如图所示，其中SCTH、SCU分别表示催化CTH和CU反应后的S酶。下列说法正确的是（ ）
A．S酶催化CTH和CU两种底物的结合中心位置相同，说明S酶没有专一性B．S酶与底物结合后，提供了底物转化为产物所需的活化能
C．S酶结合中心的结构发生变化时，部分肽键会断裂
D．进一步探究失活或是空间结构固化，可增加SCTH 催化CTH反应组
6. （2022•沧县校级模拟）家用洗衣粉和洗衣液的pH约为9～14和6～8。蛋白酶甲、乙、丙的活性随pH的
变化如图所示。下列有关酶应用的叙述合理的是（ ）
A．口服含蛋白酶甲的酸性口服液可治疗胃消化不良
B．无酶洗衣粉中加入蛋白酶丙可去除衣服上的油渍
C．无酶洗衣粉中加入蛋白酶乙可去除衣服上的血渍
D．市售的蛋白酶洗衣液中加入脂肪酶可去除衣服上的油渍
7. （2022•冀州区校级模拟）如图所示，图中甲曲线表示在最适温度下 α﹣淀粉酶催化淀粉水解的反应速率
与淀粉浓度之间的关 系，乙、丙两曲线表示α﹣淀粉酶催化淀粉水解的反应速率随温度或pH的变化，下
列相关分析错误的是（ ）
A．乙、丙两曲线横轴对应的影响因素分别为温度和pH
B．分析曲线可知，可在d、h所示条件下短期保存该酶
C．d、f两点所示的α﹣淀粉酶活性一致，但只有f点该酶的空间结构遭到破坏
D．若在a点升温或在bc段增加淀粉的浓度，都将使反应速率增大
考法3 考查与酶相关的实验验证、探究或评价
8. （2022•青岛二模）米胚芽是天然的脂肪酶抑制剂原料，从中提取的脂肪酶抑制剂可作为一种良好的减肥药物。为探讨该脂肪酶抑制剂的抑制机理，研究者进行了实验探究：将底物乳液、抑制剂和胰脂肪酶按 3
种顺序加入，反应相同时间后测定和计算对酶促反应的抑制率，结果如图所示。下列说法错误的是
（ ）
A．上述反应应该在温度为37℃、PH为7.6左右的条件下进行
B．顺序3应该是底物乳液与抑制剂混合预热10min后，加入胰脂肪酶进行反应
C．该脂肪酶抑制剂主要通过与酶结合，阻碍底物﹣酶的结合达到抑制作用
D．该脂肪酶抑制剂通过抑制脂肪酶发挥作用阻止脂肪的消化，起到减肥作用
9. （2022•洛阳一模）下列有关酶的实验设计方案中，最科学严谨的是（ ）
A．利用淀粉酶、淀粉和斐林试剂探究温度对酶活性的影响
B．利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液验证酶的专一性
C．利用过氧化氢、新鲜的猪肝研磨液和氯化铁溶液研究酶的高效性
D．利用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为3、7、11的缓冲液验证pH对酶活性的影响
10. （2021•泰安四模）从某种微生物细胞中分离得到了一种酶 Q，为了探究该酶的最适温度进行了相关实验，
实验结果如图甲所示；图乙为酶Q在60℃下催化一定量的底物时，生成物的量随时间变化的曲线。下列
分析不正确的是（ ）
A．由图甲可知，该种微生物适合在较高的温度环境中生存
B．增加每组实验的组数，可使得到的最适温度范围更精准
C．图乙实验中若升高温度，酶Q的活性不一定升高
D．图乙中，在t 时增加底物的量，酶Q的活性不变
21. （2022•重庆）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（ ）
pH
相对活性 3 5 7 9 11
酶
M 0.7 1.0 1.0 1.0 0.6
L 0.5 1.0 0.5 0.2 0.1
A．在37℃时，两种酶的最适pH均为3
B．在37℃长时间放置后，两种酶的活性不变
C．从37℃上升至95℃，两种酶在pH为5时仍有较高活性
D．在37℃、pH为3～11时，M更适于制作肉类嫩化剂
2. （2022•乙卷）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）。
实验组 ① ② ③ ④ ⑤
底物 + + + + +
RNA组分 + + ﹣ + ﹣
蛋白质组分 + ﹣ + ﹣ +
低浓度Mg2+ + + + ﹣ ﹣
高浓度Mg2+ ﹣ ﹣ ﹣ + +
产物 + ﹣ ﹣ + ﹣
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
B．蛋白质组分的催化活性随Mg2+浓度升高而升高
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
3. （2021•湖北）使酶的活性下降或丧失的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂主要有两种类型：一类是可逆
抑制剂（与酶可逆结合，酶的活性能恢复）；另一类是不可逆抑制剂（与酶不可逆结合，酶的活性不能恢
复）。已知甲、乙两种物质（能通过透析袋）对酶A的活性有抑制作用。实验材料和用具：蒸馏水，酶A溶液，甲物质溶液，物质溶液，透析袋（人工合成半透膜），试管，烧杯
等为了探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，提出以下实验设计思路。请完善该实验设计思路，并
写出实验预期结果。
（1）实验设计思路：
取 支试管（每支试管代表一个组），各加入等量的酶A溶液，再分别加等量
，一段时间后，测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析
处理。透析后从透析袋中取出酶液，再测定各自的酶活性。
（2）实验预期结果与结论：
若出现结果①： 。
结论①：甲、乙均为可逆抑制剂。
若出现结果②： 。
结论②：甲、乙均为不可逆抑制剂。
若出现结果③： 。
结论③：甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂。
若出现结果④： 。
结论④：甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂。
