代谢之必要条件——酶和ATP
一、选择题
1．(2016·全国卷Ⅰ)下列与神经细胞有关的叙述，错误的是( )
A．ATP能在神经元线粒体的内膜上产生
B．神经递质在突触间隙中的移动消耗ATP
C．突触后膜上受体蛋白的合成需要消耗ATP
D．神经细胞兴奋后恢复为静息状态消耗ATP
解析：选B 神经元线粒体的内膜上进行有氧呼吸的第三阶段，有氧呼吸的第三阶段[H]和氧气结合形成水，同时生成大量的ATP。神经递质在突触间隙中的移动属于扩散，不消耗ATP。蛋白质的合成都需要消耗ATP。神经细胞兴奋后恢复为静息状态时，将Na＋排出细胞，是主动运输的过程，需要消耗ATP。
2．下列关于酶的叙述，正确的是( )
A．酶的合成都需要经过转录，某些酶可以影响基因的表达过程
B．酶活性受环境温度影响，所以酶制剂应保存于最适温度下
C．只要含有某种酶的基因，细胞中就会有相应的酶存在
D．90 ℃高温会使Taq酶(DNA聚合酶)失去催化活性
解析：选A 酶制剂应保存于低温条件下；由于基因的选择性表达，细胞中含有某种酶的基因，不一定有相应的酶；Taq酶热稳定性高，90 ℃下不会失去活性。
3．如图是植物细胞中ATP合成与分解示意图，下列相关叙述错误的是( )
A．能量1可能来自有机物的氧化分解
B．图中能量2来自“①”和“②”被水解的过程
C．如果能量1只来自光能，那么能量2只能用于C3的还原
D．如果“①、②”都被水解，则水解的产物中有合成RNA的原料
解析：选B 能量1用于形成高能磷酸键，可能来自呼吸作用过程中有机物的氧化分解；图中能量2来自“②”被水解的过程；如果能量1只来自光能，说明是光反应合成的ATP，那么光反应产生的ATP中的能量只能用于C3的还原；ATP的结构简式是A—P～P～P，水解掉两个高能磷酸键以后，得到的产物是腺嘌呤核糖核苷酸，是合成RNA的原料之一。
4．ATP是直接为细胞生命活动提供能量的有机物。关于ATP的叙述，错误的是( )
A．酒精发酵过程中有ATP生成
B．ATP可为物质跨膜运输提供能量
C．ATP中高能磷酸键水解可释放能量
7
D．ATP由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成
解析：选D 酵母菌进行酒精发酵过程中有ATP生成；ATP可为主动运输提供能量；ATP中远离腺苷的高能磷酸键水解可释放能量，为生命活动供能；ATP由腺嘌呤、核糖和磷酸组成。
5.将A、B两种物质混合，T1时加入酶C。如图为最适温度下A、B浓度的变化曲线。叙述错误的是( )
A．酶C降低了A生成B这一反应的活化能
B．该体系中酶促反应速率先快后慢
C．T2后B增加缓慢是酶活性降低导致的
D．适当降低反应温度，T2值增大
解析：选C 加入酶C后A浓度降低，B浓度升高，说明在酶C的催化下A能生成B，酶催化作用的实质是降低化学反应的活化能；随着反应的进行，底物A浓度由大变小，酶促反应速率先快后慢；T2后B增加缓慢是由底物A不足导致的；图示反应在最适温度下进行，降低反应温度，反应速率将减慢，反应时间将延长，T2值增大。
6．如图曲线b表示在最适温度、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．酶量是限制曲线AB段反应速率的主要因素
B．酶量减少后，图示反应速率可用曲线a表示
C．升高温度后，图示反应速率可用曲线c表示
D．减小pH，重复该实验，A、B点位置都不变
解析：选B AB段随着反应物浓度升高，反应速率加快，限制因素是反应物的浓度；酶量减少，在反应物浓度一定的条件下，反应速率下降，可用曲线a表示；图中曲线b是在最适温度、最适pH下获得的曲线图，因此升高温度，减小pH，酶活性下降，反应速率下降，可用曲线a表示。
7．下列有关ATP和酶的叙述，正确的是( )
A．细胞代谢离不开酶和ATP
B．酶和ATP的组成元素中都含有P
C．酶的催化必然伴随ATP的供能
D．ATP的合成和水解都离不开同一种酶的催化
7
解析：选A 组成ATP的元素有C、H、O、N、P，酶绝大多数是蛋白质，不一定含P，少数是RNA，含有P；酶催化的反应不一定需要ATP供能；酶具有专一性，ATP的合成和水解需要不同种酶的催化。
8．下图1表示pH对α淀粉酶活性的影响，图2表示在最适温度及pH为b时α淀粉酶催化淀粉水解产生麦芽糖的积累量随时间的变化。下列相关预期正确的是( )
A．若将pH调整为a，则d点左移，e点下移
B．若将pH先调整为c，再调整回b，则d、e点不移动
C．若将温度升高10 ℃，则d点右移，e点不移动
D．若增加α淀粉酶的量，则d点不移动，e点上移
解析：选C pH调整为a时，酶活性下降，反应速率下降，d点右移，e点不移动；pH调到c时，酶已失活，再调回b活性不能恢复，不能催化反应；温度升高10 ℃，酶活性下降，d点右移，e点不移动；增加酶量，d点左移，e点不移动。
9．(2017·南京二模，多选)某兴趣小组利用如下装置探究H2O2在不同条件下的分解，实验中所用各种溶液的量相同。下列有关叙述正确的是( )
A．装置甲中H2O2分解所需要的活化能比装置乙的多
B．量筒Ⅰ、Ⅱ收集到的水的体积代表了O2的产生量
C．可以用装置乙来做“探究温度对酶活性的影响”实验
D．将装置甲中的FeCl3溶液换为酵母菌溶液可验证酶具有专一性
解析：选AB 酶降低化学反应活化能更显著，装置乙中H2O2分解所需要的活化能比装置甲的少；装置中水起到密闭系统的作用，量筒收集到的水的体积就代表了O2的产生量；H2O2在高温下会分解，不可以用H2O2来做“探究温度对酶活性的影响”实验；验证酶具有专一性，应该用同种底物不同酶或不同底物同种酶，可将装置甲中的FeC13溶液换为等量的其他酶溶液。
10．(2019届高三·南通联考，多选)在过氧化氢酶的催化下，H2O2分解释放的O2
7
与愈创木酚反应生成茶褐色产物；氧气产生越多，溶液颜色越深。为探究pH对酶活性的影响，某研究小组运用比色法，测定了5 min内茶褐色产物量的变化，结果见图。下列叙述正确的是( )
A．先将过氧化氢酶和反应物分别加缓冲液处理，一段时间后再混合
B．依据0～1 min的曲线斜率，可比较不同pH条件下的酶活性
C．pH为5～8的缓冲液处理组反应结束时的产物相对量是不同的
D．在pH为3的缓冲液中过氧化氢酶因空间结构被破坏而失活
解析：选ABD 本实验探究pH对酶活性的影响，应先将反应物与酶达到所处pH，再将相同pH条件下的酶和反应物混合。依据0～1 min的曲线斜率，可比较不同pH条件下酶的活性，斜率越大，酶活性越高。探究pH对酶活性的影响，反应物的量为无关变量，各组要相同，pH为5～8的缓冲液处理组，最终产物相对量相同。过酸、过碱都会使酶因空间结构被破坏而失活。
二、非选择题
11．(2019届高三·启东中学段考)为探究“影响酶活性的因素”，某生物兴趣小组设计了一个实验方案，如下表：
试管
底物和试剂
实验条件
1
1 cm3的正方体凝固蛋白质＋4 mL蒸馏水
37 ℃水浴、
pH＝1.5
2
1 cm3的正方体凝固蛋白质＋4 mL胃蛋白酶
37 ℃水浴、
pH＝8
3
1 cm3的正方体凝固蛋白质＋4 mL胃蛋白酶
①
4
1 cm3的正方体凝固蛋白质＋4 mL胃蛋白酶
0 ℃水浴、
pH＝1.5
(1)请完成实验方案：①应为______________________。
(2)若2、3号试管为一组对照实验，本实验要探究的自变量是____________，请为该组实验拟定一个课题名称________________________________。
(3)本实验的因变量可以通过观察________________________________________确定。
(4)在3、4号试管所研究的问题中，pH属于________________。
(5)用双缩脲试剂检测4号试管的实验结果，其溶液呈________，原因是____________
7
______________________________。
解析：(1)试管1作为对照组；该实验的变量有两个，即温度(0 ℃和37 ℃)和pH(1.5和8)，根据实验设计的对照原则和单一变量原则，即只有自变量不同，其他无关变量保持相同且适宜，表中①处应为37 ℃水浴、pH＝1.5。(2)2、3号试管的单一变量是pH，所以该组实验研究的是pH对胃蛋白酶活性的影响。(3)本实验的因变量是胃蛋白酶的活性，可以通过观察相同时间内蛋白块的变化(或记录蛋白块消失的时间)来确定。(4)在3、4号试管的单一变量是温度，pH等属于无关变量。(5)因为胃蛋白酶的化学本质为蛋白质，与双缩脲试剂反应呈紫色，所以用双缩脲试剂检测4号试管的溶液呈紫色。
答案：(1)37 ℃水浴、pH＝1.5 (2)pH 探究pH对胃蛋白酶活性的影响 (3)相同时间内蛋白块大小的变化(或记录蛋白块消失所需的时间) (4)无关变量
(5)紫色 因为胃蛋白酶本身为蛋白质，与双缩脲试剂反应呈紫色
12．某校生物研究性学习小组通过使用三种生物的淀粉酶提取液(提取液中酶浓度相同)进行实验，比较这三种生物所产生的淀粉酶的活性大小。
[实验步骤]
步骤
试管1
试管2
试管3
试管4
加蒸馏水
2 mL
2 mL
2 mL
①
加pH＝8的缓冲液
0.5 mL
0.5 mL
0.5 mL
0.5 mL
加淀粉溶液
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
加酶
提取
液
甲生物淀粉酶提取液
1 mL
乙生物淀粉酶提取液
1 mL
丙生物淀粉酶提取液
1 mL
37 ℃水浴保温
30 min
30 min
30 min
30 min
滴加碘液
5滴
5滴
5滴
5滴
[实验结果]
编号
试管1
试管2
试管3
试管4
颜色深浅程度
＋＋
－
＋
②
(注：“＋”显色，“＋＋”显深色，“－”不显色)
请根据实验步骤和实验结果回答下列问题：
(1)表中①处应为________；②处颜色深浅程度应表示为________________(用“＋”或“－”表示)。
(2)该实验的自变量是______________________，无关变量有____________________(至少写出2种)。
7
(3)除用碘液检验淀粉的剩余量来判断实验结果外，还可以用____________来检验生成物的量。若用该试剂检验，颜色变化最深的试管是________。
(4)根据上述结果得出的结论是：不同生物的淀粉酶，虽然酶浓度相同，但活性不同。造成实验中三种酶活性不同的根本原因是_________________________。
(5)该小组同学还做了反应速率与底物浓度关系的实验。下图所示的坐标中已根据实验结果画出了试管3中酶活性的曲线，请在坐标中画出试管2中酶活性的曲线。
解析：(1)根据生物实验的单一变量原则和等量原则，要确保四支试管中溶液的总体积相等，则①处应为3 mL。由于试管4为空白对照组，没有淀粉酶的存在，所以淀粉的剩余量最多，滴加碘液后颜色最深，因此“＋”的个数应等于或大于3个。(2)对比三个实验组和空白对照组可知，不同生物的淀粉酶提取液为自变量，除自变量外，对实验结果造成影响的其他变量为无关变量，必须保持无关变量相同且适宜。(3)测定酶促反应速率时，既可以底物的减少量或剩余量为检测指标，也可以产物的生成量为检测指标，由于淀粉的水解产物为还原糖，所以可选择斐林试剂检测。因为试管2中淀粉已全部水解，所以用斐林试剂检测时，试管2的砖红色最深。(4)淀粉酶的化学本质是蛋白质，由相应基因指导合成。实验中三种酶活性不同的根本原因应为决定酶的基因不同。(5)根据实验可知试管2中的反应速率大于试管3，因此可画出试管2中相应的酶活性曲线。
答案：(1)3 mL ＋＋＋(或多于＋＋＋) (2)不同生物的淀粉酶提取液 加入提取物的体积、温度、pH、淀粉的体积和浓度、保温时间 (3)斐林试剂 试管2 (4)决定这3种酶的DNA(或基因)不同 (5)如上图
13．下面分别是某兴趣小组探究温度对酶活性影响的实验步骤和探究某种过氧化氢酶的最适pH的实验结果。
探究温度对酶活性影响的实验(实验一)：
实
验
步
骤
分组
甲组
乙组
丙组
①淀粉酶溶液
1 mL
1 mL
1 mL
②可溶性淀粉溶液
5 mL
5 mL
5 mL
③控制温度
0 ℃
60 ℃
90 ℃
④将新鲜淀粉酶溶液与可溶性淀粉溶液混合后分别恒温
⑤测定单位时间内淀粉的________
探究某种过氧化氢酶的最适pH的实验(实验二)：
7
组别
A组
B组
C组
D组
E组
pH
5
6
7
8
9
H2O2溶液完全
分解所需时间(s)
300
180
90
192
284
据此回答下列问题：
(1)在实验一中，pH属于________变量。
(2)实验一的①②③步骤操作错误，正确的操作应该是__________________________。
(3)实验一的第⑤步最好选用________(试剂)测定单位时间内淀粉的________。
(4)如将实验一的新鲜淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液，你认为是否科学？________，为什么？__________________________________________。
(5)分析实验二的结果，可得到的结论是______________________________________
________________________________________________________________________；
在该预实验的基础上要进一步探究该过氧化氢酶的最适pH，可在pH为________之间设置更小的梯度进行研究。
解析：(1)实验一探究温度对酶活性的影响，因此pH属于实验中的无关变量。(2)实验中先让淀粉酶与淀粉溶液混合，没有控制温度，淀粉会发生水解作用对实验结果产生影响。
(3)实验中用碘液比用斐林试剂检测结果好，用斐林试剂需要加热，加热会影响实验结果。(4)温度会影响H2O2的分解，所以探究温度影响酶活性实验一般不用底物H2O2。(5)实验表明在pH为7时酶催化效率较高，若要探究最适pH，可在pH为6～8的范围内设置更小梯度进行研究。
答案：(1)无关 (2)将新鲜淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别恒温后再混合(其他合理答案也可) (3)碘液 剩余量 (4)不科学 因为温度会直接影响H2O2的分解 (5)该过氧化氢酶的最适pH约为7，pH过低或过高酶活性均降低(或在pH 5～7的范围内随pH的升高该过氧化氢酶活性升高，在pH 7～9的范围内随pH的升高该过氧化氢酶活性降低) 6～8
7
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