喵喵 | 5-1 酶和ATP

1??酶

1. 酶的本質(zhì)

定義：活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物

科學(xué)史：

（活的酵母菌引起）巴斯德；李比希（酵母菌死后釋放的物質(zhì)引起）

畢希納（提出“釀酶”，未純化鑒定）

薩姆納（分離脲酶，鑒定為蛋白質(zhì)）

胃蛋白酶、胰蛋白酶等都是蛋白質(zhì)

切赫、奧特曼（少數(shù)RNA有催化功能）

結(jié)論：酶大部分為蛋白質(zhì)，少數(shù)為RNA

2. 作用機(jī)理：顯著降低化學(xué)反應(yīng)的活化能

（1）活化能：分子從常態(tài)（初態(tài)）轉(zhuǎn)變?yōu)?span id="s0sssss00s" class="ql-color-#004e80">容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量。

（2）加熱和催化劑的原理不同：加熱為反應(yīng)提供能量，無機(jī)催化劑和酶不為反應(yīng)提供能量，而是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。但是，酶降低活化能的作用更顯著，催化效率更高（高效性）。

3. 酶的特性

（1）專一性：一種酶只能催化一種或一類反應(yīng)。

（2）高效性：酶的催化效率是無機(jī)催化劑的10?~1013倍。

①為證明酶的高效性，應(yīng)將“加酶”與“加無機(jī)催化劑”進(jìn)行比對(duì)。

②酶只能縮短到達(dá)化學(xué)平衡所需時(shí)間，不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)和方向。

（3）作用條件較溫和

①在最適溫度和最適pH時(shí)，酶的活性最強(qiáng)。

②過酸、過堿和溫度過高，均會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使酶永久失活

③低溫條件下，酶活性較低，但空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，故酶通常在低溫、最適pH下保存。

4. 酶的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）驗(yàn)證酶的高效性

甲組：2mLH?O? +2滴FeCl?

乙組：2mLH?O? +2滴肝臟研磨液

一觀察單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氣泡的多少或衛(wèi)生香復(fù)燃的程度

（2）驗(yàn)證酶的專一性

甲組：2mL淀粉溶液 +2mL淀粉酶溶液

乙組：2mL蔗糖溶液＋2mL淀粉酶溶液

60℃水浴保溫5min→ 斐林試劑檢測(cè)

本實(shí)驗(yàn)不可用碘液檢測(cè)，因碘液只能檢測(cè)淀粉是否分解，無法判定蔗糖是否分解。

（3）探究溫度對(duì)酶活性的影響

甲組

• 試管1：2mL淀粉溶液
• 試管2：2mL淀粉酶溶液
• 分別冰水浴5min，混勻，冰水浴2min

乙組

• 試管3：2mL淀粉溶液
• 試管4：2mL淀粉酶溶液
• 分別60°C水浴5min，混勻，60°C水浴2min

丙組

• 試管3：2mL淀粉溶液
• 試管4：2mL淀粉酶溶液
• 分別100°C水浴5min，混勻，100°C水浴2min

碘液檢測(cè)

①探究溫度對(duì)酶活性的影響，最好不選擇H?O?作為反應(yīng)物，因?yàn)榧訜釙r(shí)H?O?分解加快，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

②底物和酶混合之前應(yīng)先分別調(diào)至對(duì)應(yīng)溫度，保證實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性。

③本實(shí)驗(yàn)不可用斐林試劑檢測(cè)，因斐林試劑需水浴加熱，而本實(shí)驗(yàn)需嚴(yán)格控制溫度。

（4）探究pH對(duì)酶活性的影響

• 甲組：2mL H?O?溶液（加1mL 0.01mol/L HCI）
• 乙組：2mLH?O?溶液（加1mL緩沖液調(diào)至pH=7）
• 丙組：2mL H?O?溶液（加1mL 0.01molL NaOH）

2滴新鮮肝臟研磨液，最適溫度保溫5min →觀察氣泡產(chǎn)生速率

探究pH對(duì)酶活性的影響，最好不選擇淀粉作為反應(yīng)物，因?yàn)?span id="s0sssss00s" class="ql-color-#004e80">淀粉在酸性條件下會(huì)分解，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

5. 影響酶促反應(yīng)速率的因素

（1）溫度和pH（影響酶的活性）

（2）底物濃度和酶的濃度

易錯(cuò)拓展

1. 和無機(jī)催化劑一樣，酶也可以重復(fù)多次利用，反應(yīng)后不會(huì)立即被降解。
2. 酶只有催化功能，沒有調(diào)節(jié)功能。
3. 酶由活細(xì)胞產(chǎn)生，但哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞不能合成酶；酶在細(xì)胞內(nèi)外均能發(fā)揮作用。

考點(diǎn)Ⅰ酶的本質(zhì)和作用機(jī)理

2021-海南卷

研究發(fā)現(xiàn)，人體內(nèi)某種酶的主要作用是切割、分解細(xì)胞膜上的“廢物蛋白”。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是

A. 該酶的空間結(jié)構(gòu)由氨基酸的種類決定【排列順序】

B. 該酶的合成需要mRNA、tRNA和rRNA參與

C. “廢物蛋白”被該酶切割過程中發(fā)生肽鍵斷裂

D. “廢物蛋白”分解產(chǎn)生的氨基酸可被重新利用

【例2】在生物體內(nèi)，酶是具有催化作用的有機(jī)物。下列關(guān)于酶的敘述，錯(cuò)誤的是

A. 過氧化氫酶、脲酶和麥芽糖酶的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)

B. DNA聚合酶和DNA連接酶都能催化磷酸二酯鍵的形成

C. 胰蛋白酶的合成及分泌與核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體有關(guān)

D. 淀粉酶和鹽酸通過升高化學(xué)反應(yīng)的活化能催化淀粉水解【降低】

考點(diǎn)Ⅱ酶的特性

2023·廣東卷

中國(guó)制茶工藝源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。紅茶制作包括萎凋、揉捻、發(fā)酵、高溫干燥等工序，其間多酚氧化酶催化茶多酚生成適量茶黃素是紅茶風(fēng)味形成的關(guān)鍵。下列敘述錯(cuò)誤的是

A. 揉捻能破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)使多酚氧化酶與茶多酚接觸

B. 發(fā)酵時(shí)保持適宜的溫度以維持多酚氧化酶的活性

C. 發(fā)酵時(shí)有機(jī)酸含量增加不會(huì)影響多酚氧化酶活性

D. 高溫滅活多酚氧化酶以防止過度氧化影響茶品質(zhì)

2022·重慶卷

植物蛋白酶M和L能使肉類蛋白質(zhì)部分水解，可用于制作肉類嫩化劑。某實(shí)驗(yàn)小組測(cè)定并計(jì)算了兩種酶在37℃、不同pH下的相對(duì)活性，結(jié)果見如表。下列敘述最合理的是

A. 在37℃時(shí)，兩種酶的最適pH均為3【M：5~9；L：5左右】

B. 在37℃長(zhǎng)時(shí)間放置后，兩種酶的活性不變【長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)該低溫放置】

C. 從37°℃上升至95℃，兩種酶在pH為5時(shí)仍有較高活性【失活】

D. 在37°℃、pH為3~11時(shí)，M更適于制作肉類嫩化劑?【因?yàn)镸的活性更高】

考點(diǎn)Ⅲ酶相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2022·廣東卷

某同學(xué)對(duì)蛋白酶TSS的最適催化條件開展初步研究，結(jié)果見下表。下列分析錯(cuò)誤的是

注：+/-分別表示有/無添加，反應(yīng)物為Ⅰ型膠原蛋白

A. 該酶的催化活性依賴于CaCl?【看加了的和沒加的】

B. 結(jié)合①、②組的相關(guān)變量分析，自變量為溫度

C. 該酶催化反應(yīng)的最適溫度70℃，最適pH=9【表中看不出來】

D. 尚需補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)才能確定該酶是否能水解其他反應(yīng)物

2022·全國(guó)卷

某種酶P由RNA和蛋白質(zhì)組成，可催化底物轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的產(chǎn)物。為探究該酶不同組分催化反應(yīng)所需的條件。某同學(xué)進(jìn)行了下列5組實(shí)驗(yàn)（表中“+”表示有，“-”表示無）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出的結(jié)論是

A. 酶P必須在高濃度Mg2?條件下才具有催化活性【①就可以】

B. 蛋白質(zhì)組分的催化活性隨Mg2?濃度升高而升高【看不出來】

C. 在高濃度Mg2?條件下RNA組分具有催化活性?

D. 在高濃度Mg2?條件下蛋白質(zhì)組分具有催化活性【⑤沒有產(chǎn)物】

2??ATP

1. ATP的結(jié)構(gòu)

元素組成：C、H、O、N、P

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：A一P～P～P

結(jié)構(gòu)：

功能：驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)

?~"代表特殊的不穩(wěn)定的磷酸鍵。末端磷酸基團(tuán)具有較高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能，可挾能量與其他分子結(jié)合，使后者發(fā)生變化。

2. ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化

合成：與放能反應(yīng)相聯(lián)系

• 光合作用
• 細(xì)胞呼吸
• 化能合成作用

水解：與吸能反應(yīng)相聯(lián)系

• 大腦思考
• 肌肉收縮
• 生物發(fā)光、發(fā)電
• 主動(dòng)運(yùn)輸
• 物質(zhì)合成

ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化時(shí)，反應(yīng)所需的酶、能量的來源和去路、反應(yīng)場(chǎng)所不同，故不是可逆反應(yīng)

易錯(cuò)拓展

1. 不同化合物中“A”的辨析

2. ATP不是唯一的直接能源物質(zhì)，CTP、GTP、UTP等也可以直接為生命活動(dòng)供能。

3. ATP含量極少，通過與ADP的快速轉(zhuǎn)化達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；細(xì)胞代謝越旺盛，ATP和ADP的轉(zhuǎn)化速率就越快。

4. ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的能量機(jī)制，在所有生物中都是一樣的，體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性。

考點(diǎn)I ATP的結(jié)構(gòu)和功能

2023·天津卷

衣原體缺乏細(xì)胞呼吸所需的酶，則其需要從宿主細(xì)胞體內(nèi)攝取的物質(zhì)是

A. 葡萄糖

B. 糖原

C. 淀粉

D. ATP?

2022·浙江卷

下列關(guān)于腺苷三磷酸分子的敘述，正確的是

A. 由1個(gè)脫氧核糖、1個(gè)腺嘌呤和3個(gè)磷酸基團(tuán)組成

B. 分子中與磷酸基團(tuán)相連接的化學(xué)鍵稱為高能磷酸鍵【磷酸跟五碳糖連接的，就不是高能磷酸鍵】

C. 在水解酶的作用下不斷地合成和水解

D. 是細(xì)胞中吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)的紐帶?

考點(diǎn)Ⅱ ATP與ADP的轉(zhuǎn)化

2021·海南卷

研究人員將32P標(biāo)記的磷酸注入活的離體肝細(xì)胞，1~2min后迅速分離得到細(xì)胞內(nèi)的ATP。結(jié)果發(fā)現(xiàn)ATP的末端磷酸基團(tuán)被P標(biāo)記，并測(cè)得ATP與注入的32P標(biāo)記磷酸的放射性強(qiáng)度幾乎一致。下列有關(guān)敘述正確的是

A. 該實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)胞內(nèi)全部ADP都轉(zhuǎn)化成ATP【不斷相互轉(zhuǎn)化】

B. 32P標(biāo)記的ATP水解產(chǎn)生的腺苷沒有放射性?【腺苷沒有P】

C. 32P在ATP的3個(gè)磷酸基團(tuán)中出現(xiàn)的概率相等【他只在最后一個(gè)磷酸基團(tuán)出現(xiàn)】

D. ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化速度快，且轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)【主要發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中】

2021·湖南卷

某些蛋白質(zhì)在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位點(diǎn)發(fā)生磷酸化和去磷酸化，參與細(xì)胞信號(hào)傳遞，如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是

A. 這些蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化過程體現(xiàn)了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)

B. 這些蛋白質(zhì)特定磷酸化位點(diǎn)的氨基酸缺失，不影響細(xì)胞信號(hào)傳遞

C. 作為能量“通貨”的ATP能參與細(xì)胞信號(hào)傳遞

D. 蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化反應(yīng)受溫度的影響