生物高考前回扣指导——必修1(1)

生物考前回扣指导——必修1 送给复习的你：在做错题的时候、基本知识有遗忘的时候、题目不会做的时候、总结归纳的时候、看着目录回忆不全的时候（即建不起框架的时候）——要有针对性的看书，从题目到课本（回扣题目）、从课本到题目（经常出题的地方） 一、核心考点： 1.蛋白质的合成 2.跨膜运输方式的理解 3.细胞呼吸——有氧和无氧 4.生命历程 5.光合作用（过程、影响因素） 二、蛋白质知识： （一）蛋白质基础知识 1.元素组成 2.基本单位 3.氨基酸形成多肽链的方式 4.蛋白质的结构多样性的原因 5.蛋白质的功能具有多样性的体现：——结合课本P28及其实例 6.蛋白质的鉴定：何种试剂？ A液和B液分别是什么？ 使用方法是？ 实质是？ 思考：①为什么斐林试剂要现配现用，不能放置太久？ ②使用双缩脲试剂时为什么B液只能加3～4滴而不能过量？ ③判断：斐林试剂是含有Cu2+的碱性溶液。（ ） 用苏丹Ⅲ鉴定花生油中的脂肪，呈现橘黄色。（ ） 观察脂肪滴或脂肪颗粒时，要用显微镜观察。（ ） 7.蛋白质变性的问题： ①多肽与蛋白质的本质区别是什么？ ②盐析和低温是否会引起蛋白质变性？ ③熟鸡蛋为什么容易消化？ ④经过加热、加酸、加酒精等引起细菌和病毒的蛋白质变性，可以达到消毒、灭菌的目的。 8.分泌蛋白形成过程（课本P52）：体现了各种细胞器间既有分工，又有协作 （1）分泌蛋白的研究方法？ （2）交通枢纽？ （3）生物膜转化中心？ （2）亮氨酸的H用3H标记： ①将被标记的氨基酸注射到胰腺细胞中，放射性依次经过的结构： ②用被标记的氨基酸培养胰腺细胞，放射性依次经过的结构： 思考：①为研究分泌蛋白的合成和分泌过程，某研究小组用含3H标记的亮氨酸（R基为-C4H9）的培养液培养胰腺腺泡细胞，一段时间后检测发现，分泌蛋白合成过程产生的水也有放射性，但并未明显影响实验结果，原因是？ ②向乙醇梭菌注射被3H标记羧基端的亮氨酸，可追踪其蛋白的合成与运输途径，对吗？ （3）其形成体现了膜的什么特性？ （4）与分泌蛋白的形成有关的：①细胞器 ②细胞结构 ③膜结构 ④具膜细胞器 （5）直接参与分泌蛋白的合成和运输的细胞器？ （6）膜面积的变化：细胞膜、内质网膜、高尔基体膜格各是怎样变化的？ （7）生物膜之间可通过具膜小泡的转移实现膜成分的更新，说明什么？ （8）分泌蛋白通过哪种方式排出细胞的？是否需要能量？穿过几层膜？ （9）膜流：细胞的各种膜结构间相互联系和转移的现象称为膜流。 膜流的方向只能是内质网→高尔基体→细胞膜，对吗？ 注意：内质网膜和高尔基体膜之间可以相互转化（解析：内质网对蛋白质进行初步加工，然后到高尔基体上进行最后的加工，若内质网驻留蛋白进入了高尔基体，还要运回到内质网上） 9.转运蛋白：①转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白两种类型 ②载体蛋白、通道蛋白的作用机制是什么？ ③运输方式与转运蛋白的类型:a.协助扩散：通过载体蛋白或通道蛋白 b.主动运输：通过载体蛋白 总结： 1.写出以下结构的组成：核糖体；染色体；中心体；纺锤丝；细胞骨架 细胞骨架的功能是？ 2.化学本质是蛋白质的物质有哪些？ 注意：生长素、神经递质、性激素、甲状腺激素不是蛋白质 3.膜上蛋白质的种类有？ 4.判断：①溶酶体中的酶既能催化代谢过程，又能参与免疫反应（ ） ②细胞膜上的蛋白质不能参与细胞代谢的调节（ ） 5.糖蛋白的作用？ 6.需要内质网和高尔基体加工的蛋白质？ 7.蛋白质水解的终产物？ 彻底氧化分解产物？ 8.蛋白质在正常代谢中一般不供能，只有在病理状态或衰老状态下才氧化分解供应能量 9.结构决定功能，蛋白质功能多样性的原因是？ 10.手术缝合线含胶原蛋白，能被人体吸收的原因？ 11.细胞膜上转运蛋白的种类和数量，或转运蛋白空间结构的变化，对许多物质的跨膜运输起着决定性作用，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础；像蛋白质这样的生物大分子，通过胞吞或胞吐进出细胞，其过程也需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性 （二）蛋白质的合成： 1.蛋白质的分选途径： （1）共翻译转运途径：蛋白质合成在游离核糖体上起始之后，由信号肽及其与之结合的SRP引导转移至粗面内质网，然后新生肽边合成边转入粗面内质网腔或定位在内质网膜上，经囊泡运至高尔基体加工包装再分选至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外，内质网与高尔基体本身的蛋白质分选也是通过这一途径完成的。具体如下： ①分泌蛋白合成：指导分泌性蛋白在粗面内质网上合成的决定因素使由蛋白质信号肽（位于蛋白质的N端）、信号识别颗粒（SRP，位于细胞质基质中，既可与信号肽结合，又可与内质网膜上的受体结合）和内质网上信号识别颗粒受体（DP）等因子共同协助完成的。具体过程：蛋白质首先在细胞质基质游离核糖体上起始合成，当多肽链延伸至80个左右氨基酸时，N端信号肽从核糖体的大亚基上露出，露出的信号肽被信号肽识别颗粒识别并与之相结合，肽链延伸暂时停止，防止新生肽N端损伤和成熟前折叠，直至信号识别颗粒与内质网膜上的信号识别颗粒受体结合。核糖体/新生肽与内质网膜的移位子结合，SRP脱离（返回细胞质基质中重复使用，肽链又开始延伸），信号肽与移位子结合后使孔道打开，信号肽传入内质网膜并引导肽链进入内质网腔中（耗能），与此同时，信号肽酶切除信号肽并快速使之降解。肽链继续延伸，直至完成整个多肽链的合成，蛋白质进入腔内并折叠，核糖体释放，移位子关闭。 说明：a.引导新生肽链穿过内质网膜移位子的信号肽可视为开始转移序列，肽链中还可能存在某些内在序列与内质网膜有很强的亲和力从而使之结合在脂双层中，这段序列不再转入内质网腔中，称为内在停止转移锚定序列和内在信号锚定序列。如果一种多肽只有N端信号肽而没有停止转移锚定序列，这种多肽合成后一般进入内质网腔中，如果一种多肽的停止转移锚定序列位于多肽内部，这种多肽最终会成为内质网膜的跨膜整合蛋白。b.特殊：人们最近在酵母细胞中也发现有些分泌蛋白不是象大多数真核细胞那样边合成边转运，而是在游离核糖体上合成，然后再转运至内质网中（属于后翻译转运途径）。 （2）后翻译转运途径：游离核糖体完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和骨架蛋白。 根据语言描述分析图 【例题一】 1．研究发现，酵母细胞中有些分泌蛋白不能边合成边跨膜转运，而是由结合 ATP 的分子伴侣Bip蛋白与膜整合蛋白 Sec63 复合物相互作用后，水解 ATP 驱动翻译后的转运途径。下列说法错误的是（　　） A．真核细胞分泌蛋白的合成起始于附着在内质网上的核糖体 B．分泌蛋白边合成边跨膜转运的过程依赖于生物膜的流动性 C．上述特殊分泌蛋白合成后的运输与细胞骨架密切相关 D．单独的Bip蛋白能与 ATP 结合但不能直接将其水解 2.科学家研究发现：蛋白质-NH2端的信号肽、信号识别颗粒（SRP）、内质网膜上SRP的受体（DP）等因子共同决定了蛋白质能否转移到粗面内质网。为了探究分泌蛋白的合成、运输过程，科学家进行了体外非细胞系统蛋白质的合成实验，其设计及结果如下表格。 注：“＋”和“－”分别代表反应混合物中存在（＋）或不存在（－）该物质。 下列相关叙述正确的是（ ） A. 该实验证明分泌蛋白在核糖体上合成结束后再转移到内质网 B. －NH2端信号序列一旦与SRP结合将导致肽链延伸暂时停止 C. 内质网膜上可能有切除信号肽的信号肽酶 D. SRP既可与信号肽结合，又可与内质网上的DP结合 3.下图表示细胞中部分生物膜在结构与功能上的联系。COPI、COPII是被膜小泡，可以介导蛋白质在内质网和高尔基体之间的运输。请据图回答： （1）图中能形成囊泡的结构有___________________，囊泡和细胞膜能够融合的原因是____________________（答出两点）。 （2）内质网和高尔基体之间可以通过COPI和COPII相互联系，若定位在内质网中的某些蛋白质偶然掺入到高尔基体中，图中的___________可以帮助实现这些蛋白质的回收。这两种细胞器的膜在功能上有所不同，原因是_________________________________。 （3）为研究分泌蛋白的合成和分泌过程，某研究小组用含3H标记的亮氨酸（R基为-C4H9）的培养液培养胰腺腺泡细胞，一段时间后检测发现，分泌蛋白合成过程产生的水也有放射性，但并未明显影响实验结果，原因是_________________________________。 （4）经内质网加工的蛋白质进入高尔基体后，多种蛋白质上会形成M6P标志。具有该标志的蛋白质经高尔基体膜包裹形成囊泡，这种囊泡逐渐转化为溶酶体。据此推测，具有M6P标志的蛋白质最终可能会成为___________。溶酶体的pH为5左右，其酸性环境有利于分解吞噬的蛋白质。从蛋白质结构的角度分析，原因是_________________________________。 4.分泌蛋白、细胞膜上的膜蛋白以及溶酶体中的酸性水解酶等蛋白质的定向转运过程都是通过高尔基体完成的，下图表示高尔基体定向转运不同蛋白质时的不同机制。 （1）溶酶体酶包装和分选时，酸性水解酶先被M6P标记，标记后的酶与M6P受体结合，才能以出芽的形式形成囊泡。M6P受体的本质是______，若抑制M6P受体基因的表达，则衰老和损伤的细胞器会在细 胞内积累原因是____________________。 （2）可调节型分泌是指新合成的可溶性分泌蛋白在分泌泡聚集、储存并浓缩，只有在特殊刺激条件下才引发分泌活动。据此分析，胰岛素______（填“属于”或“不属于”）可调节型分泌。理由是____________________。调节型分泌过程体现了细胞膜的功能有__________。 （3）组成型分泌除可以为细胞外提供酶、细胞因子等物质外，还可以为细胞膜提供组成成分。据图分析，抑制组成型分泌会影响可调节型分泌，其原因是____________________。 2.翻译：基础知识点要熟记于心 翻译的过程及特点、多聚核糖体的意义、肽链的合成方向、一个mRNA一定被翻译成多条同种肽链吗？（单顺反子：真核生物一条mRNA链编码一种多肽链；多顺反子：原核生物一条mRNA链编码几种功能相关联的蛋白质）、乳糖操纵子模型、写出①密码子与氨基酸的关系；②密码子与tRNA（反密码子）的关系；③氨基酸与tRNA的关系、密码子简并性对生物体的生存发展有什么意义？ 【例题二】大肠杆菌乳糖操纵子包括lacZ、lacY、lacA三个结构基因（编码参与乳糖代谢的酶，其中酶a能够水解乳糖），以及操纵基因、启动子和调节基因，调节基因表达的阻遏蛋白可调控结构基因表达。培养基中无乳糖存在时，阻遏蛋白和操纵基因结合，导致RNA聚合酶不能与启动子结合；乳糖存在时，乳糖与阻遏蛋白结合，改变其构象。 （1）在基因合成阻遏蛋白过程中，①过程发生的碱基配对方式为______________，②过程有的氨基酸可被多种tRNA转运，其意义是_______________。 （2）据图分析，结构基因转录时，以______________（填“α链”或“β链”）为模板，表达出的酶a会使结构基因的表达受到______________（填“促进”或“抑制”）。 （3）据图分析，乳糖存在时大肠杆菌乳糖操纵子的调节机制可表述为_______________。郛糖操纵子的调节机制对大肠杆菌的意义是_____________。 3.蛋白质的体外合成——遗传密码的破译P70科学史 （1）克里克第一个用实验证明遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。该实验同时表明：遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，密码子之间没有分隔符。 （2）尼伦伯格和马太破译了第一个遗传密码，实验如下： 操作：每个试管中分别加入一种氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液，以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。 结果：加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。 思考：结果说明什么？结论是什么？ 思考： ①为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRNA？ ②如何你是尼伦伯格或马太，你将如何设计对照组的实验，确保你的重大发现得到同行的认可？ （3）继续研究：1964年，尼伦伯格等找到了另外破译遗传密码的方法：首先在体外合成全部64种三核苷酸分子（即长度为3个碱基的RNA），同时制备20种氨基酸混合溶液，每种混合溶液中分别含有一种用14C作放射性标记的氨基酸和其他19种氨基酸。然后向各混合溶液中添加tRNA，使各种氨基酸分别与各自的tRNA结合，在溶液中形成各种氨酰tRNA，如甘氨酸—tRNA等，实验时取某一种三核苷酸分子和核糖体混合，再向期中分别加入上述氨基酸混合溶液。如果CGU是某种氨基酸的密码子，它便会和带有这种氨基酸的氨酰tRNA以及核糖体结合形成体积稍大的复合体，通过一定的技术手段让只含核糖体的复合体可以留下，从20种反应体系根据体系所标记的是哪一种氨基酸，便可知道CGU所对应的氨基酸种类。 1966年，又发明了一种新的RNA合成方法，通过这种方法合成的RNA可以是以2个、3个或4个碱基为单位的重复序列，如AGUAGUAGUAGUAGUAGUAGU等，用它们作模板合成的蛋白质的氨基酸序列同样是有规律重复的。如果用UGUGUGUGUGUGUG作模板，得到的新合成的蛋白质是由半胱氨酸和缬氨酸胶体连接形成的，则可以肯定UGU是半胱氨酸的密码子，GUG是缬氨酸的密码子。 五、物质运输： （一）基础见课本和背诵提纲，注意：越来越多的题目需要我们根据语言描述画出流程图。 （二）主动运输（其他两种方式自己研究教材内容）： 1.概念：P69——抓关键词：逆浓度梯度、需要载体蛋白、消耗细胞内化学反应释放的能量 2.根据能量来源的不同——协同转运蛋白（同向协同转运蛋白——如小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞吸收葡萄糖或氨基酸等有机物伴随着Na+流入细胞、反向协同转运蛋白——如质膜上Na+/H+交换载体在完成H+输出细胞的同时伴随着Na+输入细胞）、ATP驱动泵（P－型泵 V－型质子泵 F－型质子泵：利用质子动力势能合成ATP ABC超家族：利用ATP水解转运小分子 ）、光驱动泵 （三）重点介绍ATP驱动泵（协同运输的可以借助题目）： 说明：①下面根据做过的题目再熟悉一下这类知识，明确运输方式 ②下面是4种类型的ATP驱动泵：P型泵、V型泵和ABC超家族利用ATP水解释放的能量进行物质跨膜运输，而F型质子泵通常情况下时利用质子动力势能合成ATP（即当H+顺着电化学梯度通过质子泵时，所释放的能量驱动F型质子泵合成ATP） 一、P－型泵（大多数P型泵都是离子泵，负责Na+、K+、H+和Ca2+跨膜梯度的形成和维持） （一）Na+- K+泵： 1.工作方式：在膜内侧，3 Na+与酶结合，激活ATP酶活性，使ATP水解，酶自身被磷酸化；酶构象发生改变，与Na+结合的部位转向膜外侧；向胞外释放3 Na+并与2 K+结合，K+与酶结合后促使酶去磷酸化；酶的构象恢复原状，于是与K+结合的部位转向膜内侧；向胞内释放K+，并又重新与Na+结合，不断循环。 2.作用： ①维持动物细胞的渗透平衡：如人的红细胞膜上含有丰富的水孔蛋白，如果利用Na+- K+泵的抑制剂乌本苷处理，红细胞将因为胞外Na+浓度降低而不断吸收膨胀，甚至破裂。 ②为吸收营养物质（协同运输）提供驱动力：动物细胞对葡萄糖或氨基酸等有机物吸收的能量由蕴藏在Na+电化学梯度中的势能提供，Na+-K+泵工作形成的Na+电化学梯度驱动葡萄糖协同转运载体以同向协同转运的方式将葡萄糖转运进入小肠上皮细胞。示意图如下： 【例题三】葡萄糖转运体是一类镶嵌在细胞膜上转运葡萄糖的载体蛋白，广泛存在于体内各种组织细胞中。根据转运葡萄糖的方式分为两类：一类是钠依赖的葡萄糖转运体（SGLT），逆浓度梯度转运葡萄糖；另一类是非钠依赖的葡萄糖转运体（GLUT），顺浓度梯度转运葡萄糖，其转运过程不消耗能量。SGLT和GLUT均有多种类型，其中SGLT1主要存在于小肠上皮细胞的纹状缘，吸收肠腔中葡萄糖的同时伴有Na＋的转运，具体过程如图所示。 （1）小肠上皮细胞膜上的SGLT1逆浓度梯度转运葡萄糖时没有直接消耗ATP，其转运葡萄糖时需要的动力来自于_____。非钠依赖的葡萄糖转运体（GLUT）转运葡萄糖的运输方式是______。在这两种运输过程中都体现了细胞膜的________功能。 （2）GLUT2主要分布于能释放葡萄糖进入血液的细胞膜上，据此推测除小肠上皮细胞外，__________细胞也具有该载体。 （3）GLUT4是广泛分布于脂肪细胞和骨骼肌细胞中的一种GLUT，在正常状况下GLUT4分布于细胞内的储存囊泡中，不起转运葡萄糖的作用，若胰岛素分泌增加，GLUT4可以促进靶细胞加速摄取葡萄糖。研究者认为胰岛素调节细胞吸收葡萄糖速率是通过调节GLUT4在细胞中的分布来实现的。现有经过改造的脂肪细胞，其表达出的GLUT4带有绿色荧光。请以胰岛素和改造的脂肪细胞为材料，设计实验来验证上述结论。（要求简要写出实验思路和预期结果）__________。 ③维持细胞的膜电位：膜电位是膜两侧的离子浓度不同形成的，在静息状态时膜电位为外正内负，每一个循环下来，Na+-K+泵将从细胞泵株3个Na+离子并泵入2个K+，，对膜电位的形成起到了一定作用。 （二）P型H+泵 1.分布：植物细胞、真菌和细菌的质膜（没有 Na+-K+泵）；动物细胞溶酶体膜、植物和真菌细胞的液泡膜 说明：植物细胞膜上的H+泵、动物胃表皮细胞的H+-K+泵，利用ATP自磷酸化导致的构象改变来转移H+； 溶酶体膜、植物液泡膜利用P型H+泵，将H+泵入细胞器，但不发生自磷酸化。 2. 功能： 将H+泵出细胞，建立跨膜的H+电化学梯度（作用类似于动物细胞膜上的Na+电化学梯度），驱动转运溶质进入细胞。转运溶质（细菌培养环境酸化、对糖和氨基酸摄取）； H+-K+泵：将H+泵出细胞，K+泵入细胞， 【例题四】 1、矮牵牛花瓣颜色与其液泡pH密切有关，液泡pH≤2时多呈红色、橙色，随着 pH 升高颜色不断改变，当pH>5时，出现稀有的蓝色调。研究表明，液泡pH值主要由 H⁺泵甲、乙和转运蛋白 NHX1 共同调控，过程如图。原本开红花的矮牵牛某一突变体中 NHX1表达量显著增加，导致花瓣呈现独特的蓝色。下列说法错误的是（　　） A．H⁺通过甲、乙进入液泡利于植物细胞保持坚挺 B．K⁺通过 NHX1 的跨膜运输方式属于协助扩散 C．促进甲、乙蛋白表达，利于花瓣保持鲜艳的红色 D．H⁺从细胞质基质转运到液泡的方式属于主动运输 2、植物体内多以蔗糖的形式长距离运输碳水化合物。下图为光合产物蔗糖从叶肉细胞扩散至韧皮薄壁细胞间隙，最终进入筛管-伴胞复合体 (SE-CC)的过程，其中蔗糖浓度的变化可调节SU载体的数量。下列说法错误的是 A.胞间连丝实现了相邻植物细胞间的物质运输 B.伴胞内的蔗糖浓度要低于韧皮薄壁细胞 C.蔗糖可作为信号分子起到调控自身运输的作用 D. 使用ATP 合成抑制剂会降低蔗糖进入SE-CC 的速率 (二) 钙泵（Ca2+ -ATP酶，是一种跨膜蛋白） 1.作用：维持细胞内较低的Ca2+浓度。 2.分布：质膜、细胞器膜（如：肌细胞内质网膜——肌质网膜）。 作用机制：原理与钠钾泵相似，每分解一个ATP，泵出2个Ca2+，将Ca2+输出细胞或泵入内质网腔中储存起来。 3.工作过程：Ca2+泵工作与ATP水解相偶联，Ca2+泵主要将Ca2+输出细胞或泵入内质网腔中储存起来，以维持细胞质机制中低浓度的游离Ca2+。在动物质膜上分布的Ca2+泵，在细胞内侧是钙调蛋白的结合位点，当胞内Ca2+浓度升高时，Ca2+与钙调蛋白结合形成激活的Ca2+—钙调蛋白复合物并与Ca2+泵结合，进而调节Ca2+泵的活性，内质网型的Ca2+泵没有钙调蛋白的结合域。 此外，结合介绍的钙离子的运输通道及泵能，通过做过的题目看看能不能将一些内容有机的联系起来： ①Na⁺−Ca²⁺交换器：仅分布在与肌浆网接近的细胞膜上。主要功能是利用钠泵活动建立的膜两侧钠离子浓度梯度势能，将细胞内的钙离子排出细胞，以维持细胞内低的游离钙离子浓度。例如，心肌细胞在兴奋-收缩偶联过程中流入细胞的钙离子，大多数由Na⁺−Ca²⁺交换器排出细胞，少部分由肌膜上的Ca²⁺泵排出细胞。如果用哇巴因抑制钠钾泵的活动，将减低钠离子的跨膜浓度梯度，从而减小钠钙交换的速率，造成细胞内钙离子浓度升高。 ②主要介绍——L型钙通道（广泛存在，尤其是心肌细胞等）、N型钙通道（目前发现仅存在于神经组织中，主要触发神经递质的释放，如下图2中的Ca2+通道）、RyRCa2+通道（肌质网膜上）： 【例题五】 Ca2+与肌细胞的收缩密切相关，细胞膜上的Na⁺−Ca²⁺交换器（NCX）和肌质网（特化的光面内质网）膜上的Ca²⁺−ATP酶将Ca²⁺泵到细胞外或细胞器内，使细胞质基质中Ca²⁺浓度维持在一个很低水平。动作电位从邻近细胞传来会导致细胞膜上L型Ca²⁺通道打开，内流的Ca²⁺作用于RyRCa²⁺通道促使肌质网中大量Ca²⁺外流，进而引发肌细胞收缩，相关转运机制如上面第1个图。以下说法不正确的是（ ） A. 硝苯地平作为常见的降压药可使血管平滑肌舒张降低血压，可能属于L型Ca²⁺通道阻滞剂 B. 哇巴因是一类Na⁺−K⁺泵抑制剂，使用哇巴因会使心肌舒张 C. Na⁺−Ca²⁺交换器（NCX）进行的是钠、钙的反向转运，转运的完成需要细胞提供能量 D. L型Ca²⁺通道、RyRCa²⁺通道转运Ca²⁺的速度与其在膜两侧的浓度差存在正相关的关系 （三）V－型质子泵和F－型质子泵 1.V－型质子泵：分布于动物细胞溶酶体膜、某些肾小管细胞质膜、植物和酵母菌细胞液泡膜上。 利用ATP水解供能从细胞质基质中逆H+点化学梯度将H+泵入细胞器，以维持细胞质基质的pH中性和细胞器内的酸性。 2.F－型质子泵：位于细菌质膜，线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜上。利用H+顺浓度梯度运动，将释放的能量合成ATP。 【例题六】质子泵是生物膜上特异性转运H+的蛋白质，对维持细胞局部环境以及能量代谢的正常进行起着重要作用。研究发现，耐盐植物的液泡膜上的H+-ATPase质子泵和Na+/H+反向运输体系的活性随盐度升高而上调。Na+能够借助H+电化学梯度进入液泡，以减少 Na+对细胞质基质的伤害。如图是常见的两种质子泵。下列说法错误的是（ ） A. 两种质子泵既有运输功能也有催化功能 B. V型质子泵转运H+的方式为协助扩散 C. 耐盐植物通过F型质子泵来维持细胞质基质内的低Na+水平 D. 耐盐植物根尖细胞中，F型质子泵分布在线粒体内膜上 （四）ABC超家族 1.有两个高度保守的ATP结合区 2.有些ABC转运蛋白能够将抗生素或其他抗癌药物蹦出细胞而赋予细胞抗药性，这类ABC转运蛋白称为多药抗性转运蛋白，在多种肿瘤细胞中高表达，能利用水解ATP的能量将脂溶性的抗癌药物从细胞内转运到细胞外，从而降低细胞内药物浓度，导致肿瘤细胞抗药性增强而降低患者化疗效果。 3.囊性纤维病是一种让染色体隐性遗传病，由于基因突变导致跨膜转运蛋白CFTR（是一种ABC转运蛋白）功能异常，Cl—转运发生问题，导致细胞外缺水而使得肺部粘稠分泌物堵塞支气管。 【例题七】 1.ABC转运蛋白是一类跨膜转运蛋白，参与细胞吸收多种营养物质，每一种ABC转运蛋白对物质运输具有特异性。原核生物ABC转运蛋白的结构及转运过程如图所示，下列有关叙述正确的是（ ） A. ABC转运蛋白可提高O2的跨膜运输速度 B. ABC转运蛋白可协助葡萄糖顺浓度梯度进入细胞 C. Cl-和氨基酸依赖同一种ABC转运蛋白跨膜运输 D. 若ATP水解受阻，ABC转运蛋白不能完成转运过程 2.回答问题： （1）正常情况下，支气管上皮细胞在转运氯离子时，氯离子首先与CFTR蛋白结合，在细胞内化学反应释放的能量推动下，CFTR蛋白的________________发生变化，从而将它所结合的氯离子转运到膜的另一侧。此过程，氯离子只能与CFTR蛋白结合，原因是______________。由此可推知CFTR蛋白属于转运蛋白中的__________。 （2）囊性纤维化患者的主要临床表现为支气管中黏液增多，导致支气管反复感染和气道阻塞，呼吸急促。据图分析囊性纤维化患者支气管中黏液增多的原因是 。导致该病的根本原因是 ，大约70%的患者中，编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基对，导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，其空间结构发生变化，使CFTR蛋白转运氯离子的功能出现异常，体现了基因对性状的控制方式 ，为治疗囊性纤维化提供了新思路，如： 。 （3）支气管上皮细胞运输氯离子的方式为_____________，该运输方式普遍存在于动植物和微生物细胞中，对保证细胞和个体生命活动的需要具有重要意义，主要体现在__________________________。 必修1考前回扣指导答案 （一）蛋白质基础知识 1.元素组成：C、H、O、N，有的还含有S（学过的如胰岛素、T2噬菌体蛋白质外壳） 2.基本单位：氨基酸（甘氨酸是最简单的氨基酸，人体中组成蛋白质的氨基酸共21种，8种是人体不能合成的称为必需氨基酸） 3.氨基酸形成多肽链的方式：脱水缩合 4.蛋白质的结构多样性的原因： ⑴氨基酸的种类、数目、排列顺序不同 ⑵肽链的盘曲、折叠方式及空间结构不同 5.蛋白质的功能具有多样性的体现：——结合P28及其实例 （5种功能：组成细胞和生物体结构（结构蛋白）、催化、运输、信息传递、免疫） 了解：蛋白质的功能除了课本上课本上的5条，还有很多： ①运动：肌纤维中的肌球蛋白和肌动蛋白是肌肉收缩系统的必要成分； ②作为受体：接受和传递信息（如接受激素的受体蛋白；接受外界刺激的味觉蛋白）； ③调节和控制细胞的生长、分化和遗传信息的表达（如阻遏蛋白） 6.蛋白质的鉴定：何种试剂？ A液和B液分别是什么？ 使用方法是 ？实质是？ 思考： ①为什么斐林试剂要现配现用，不能放置太久？（时间太长，Cu(OH)2悬浊液就沉淀在试管底部而无法参与反应） ②使用双缩脲试剂时为什么B液只能加3～4滴而不能过量？（过量的B液会与A反应，使溶液呈蓝色而掩盖生成的紫色） ③判断：斐林试剂是含有Cu2+的碱性溶液。对 用苏丹Ⅲ鉴定花生油中的脂肪，呈现橘黄色。错 观察脂肪滴或脂肪颗粒时，要用显微镜观察。对 7.蛋白质变性的问题： ①多肽与蛋白质的本质区别是什么？（是否具有空间结构） ②盐析和低温是否会引起蛋白质变性？（不会。蛋白质的空间结构没有发生变化） ③熟鸡蛋为什么容易消化？（鸡蛋煮熟后，蛋白质变性，原因是高温使蛋白质空间结构变得伸展、松散，容易被蛋白酶水解，因此熟鸡蛋容易消化。） ④经过加热、加酸、加酒精等引起细菌和病毒的蛋白质变性，可以达到消毒、灭菌的目的。 8.分泌蛋白形成过程（课本内容）：体现了各种细胞器间既有分工，又有协作 （1）分泌蛋白的研究方法：同位素标记法 （2）交通枢纽：高尔基体 （3）生物膜转化中心：内质网 （2）亮氨酸的H用3H标记： ①将被标记的氨基酸注射到胰腺细胞中，放射性依次经过的结构（核糖体、内质网、高尔基体、细胞膜） ②用被标记的氨基酸培养胰腺细胞，放射性依次经过的结构（细胞膜、核糖体、内质网、高尔基体、细胞膜） 思考：①为研究分泌蛋白的合成和分泌过程，某研究小组用含3H标记的亮氨酸（R基为-C4H9）的培养液培养胰腺腺泡细胞，一段时间后检测发现，分泌蛋白合成过程产生的水也有放射性，但并未明显影响实验结果，原因是？（亮氨酸参与形成分泌蛋白脱去的水中H元素数量远少于肽链中H元素的数量，使水中的放射性强度明显低于肽链的放射性强度，故对实验结果没有明显影响） ②向乙醇梭菌注射被3H标记羧基端的亮氨酸，可追踪其蛋白的合成与运输途径，对吗？ （3）其形成体现了膜的什么特性？（具有一定的流动性） （4）与分泌蛋白的形成有关的： ①细胞器：核糖体、内质网、高尔基体、线粒体 ②细胞结构：核糖体、内质网、高尔基体、线粒体、细胞膜 ③膜结构：内质网、高尔基体、线粒体、细胞膜 ④具膜细胞器：内质网、高尔基体、线粒体 （5）直接参与分泌蛋白的合成和运输的细胞器:核糖体、内质网、高尔基体 （6）膜面积的变化：细胞膜、内质网膜、高尔基体膜格各是怎样变化的？ （7）生物膜之间可通过具膜小泡的转移实现膜成分的更新，说明：①生物膜在结构和功能上具有一定的连续性②不同生物膜在结构和组成成分上很相似 ③生物膜具有一定的流动性 （8）分泌蛋白通过哪种方式排出细胞的？是否需要能量？穿过几层膜？ （胞吐 需要 0） （9）膜流：细胞的各种膜结构间相互联系和转移的现象称为膜流。 膜流的方向只能是内质网→高尔基体→细胞膜，对吗？不对。还有哪些现象？胞吞的细菌病毒被消化的过程、溶酶体中的水解酶形成的过程等。 注意：内质网膜和高尔基体膜之间可以相互转化（解析：内质网对蛋白质进行初步加工，然后到高尔基体上进行最后的加工，若内质网驻留蛋白进入了高尔基体，还要运回到内质网上） 9.转运蛋白： ①转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白两种类型 ②载体蛋白、通道蛋白的作用机制是什么？ a.载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，转运时发生自身构想（空间结构）的改变。 说明：由于不同离子或分子的大小和性质不同，不同蛋白质的空间结构差别也很大，所以一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合；对于主动运输而言（逆浓度跨膜运输）：离子或小分子与载体蛋白的特定部位结合，在细胞内化学反应释放的能量推动下，载体蛋白的空间结构发生变化，将结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧，载体蛋白随后又恢复原状。 思考：正常情况下，支气管上皮细胞在运输氯离子时，氯离子首先与CFTR蛋白结合，在细胞内化学反应释放的能量推动下，CFTR蛋白的自身构象发生变化，从而将它所结合的氯离子转运到膜的另一侧。此过程，氯离子只能与CFTR蛋白结合的原因是什么？（氯离子的大小和性质与CFTR的结合部位相适应。） b.通道蛋白只容许与自身通道的直接和形状相适配、大小和电荷相适应的分子或离子通过，分子或离子不与通道蛋白结合 ③运输方式与转运蛋白的类型:a.协助扩散：通过载体蛋白或通道蛋白 b.主动运输：通过载体蛋白 总结： 1.核糖体：rRNA+蛋白质；染色体：DNA+蛋白质；中心体：蛋白质；纺锤丝：蛋白质；细胞骨架：蛋白质 细胞骨架的功能：维持细胞形态，锚定并支撑细胞器，与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转化、信息传递等生命活动密切相关 2.化学本质是蛋白质的物质：抗体、淋巴因子、部分激素（下丘脑和垂体分泌的激素都是蛋白质）、绝大多数酶、转运蛋白、受体（糖蛋白） 注意：生长素、神经递质、性激素、甲状腺激素不是蛋白质 3.膜上蛋白质的种类：运输物质的载体、识别作用的糖蛋白、接受信号的受体、体现病原体特异性的抗原、催化作用的酶 4.判断：①溶酶体中的酶既能催化代谢过程，又能参与免疫反应（ √ ） ②细胞膜上的蛋白质不能参与细胞代谢的调节（ × ） 5.糖蛋白的作用：识别、免疫、信息传递、保护、润滑、与糖脂一起使膜结构保持稳定 6.需要内质网和高尔基体加工的蛋白质：分泌蛋白、溶酶体中的水解酶、膜上的蛋白质、液泡膜上的蛋白质 7.蛋白质水解的终产物：氨基酸 彻底氧化分解产物：CO2、H2O、尿素 8.蛋白质在正常代谢中一般不供能，只有在病理状态或衰老状态下才氧化分解供应能量 9.结构决定功能，蛋白质功能多样性的原因是：氨基酸的种类、数目、排列顺序不同以及蛋白质的空间结构不同。 10.手术缝合线含胶原蛋白，能被人体吸收（原因是胶原蛋白被分解为可以被人体吸收的氨基酸） 11.细胞膜上转运蛋白的种类和数量，或转运蛋白空间结构的变化，对许多物质的跨膜运输起着决定性作用，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础；象蛋白质这样的生物大分子，通过胞吞或胞吐进出细胞，其过程也需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性 【例题一答案】1.A 2.BCD 3.（1）内质网、高尔基体和细胞膜 囊泡膜和细胞膜结构和成分相似；都具有流动性 （2）COPⅠ 膜蛋白的种类和数目不同 （3）亮氨酸参与形成分泌蛋白脱去的水中H元素数量远少于肽链中H元素的数量，使水中的放射性强度明显低于肽链的放射性强度，故对实验结果没有明显影响 （4）多种水解酶 酸性环境使蛋白质分子的空间结构被破坏 4.（1）糖蛋白 抑制M6P基因的表达会影响溶酶体酶的分选，进而影响溶酶体的形成，溶酶体具有分解衰老、损伤的细胞器的功能 （2）属于 胰岛素的分泌只有在血糖浓度升高等条件的刺激下才会发生 控制物质进出细胞、进行细胞间信息交流 （3）组成型分泌影响细胞膜上受体蛋白的数量，而可调节型分泌需要借助细胞膜的受体蛋白完成 【例题二】（1）A—U T—A G—C 加快翻译的进度 （2）β 抑制 （3）乳糖与阻遏蛋白结合，改变阻遏蛋白的构象，使其不能与操纵基因结合，阻断结构基因转录 使大肠杆菌在有乳糖时合成乳糖酶，利用乳糖；无乳糖时不合成乳糖酶，避免了物质和能量的浪费。 3.蛋白质的体外合成——遗传密码的破译P70科学史 思考：结果说明什么？结论是什么？ 结果说明：多聚尿嘧啶核苷酸导致多聚苯丙氨酸的合成，而多聚鸟嘧啶核苷酸的碱基序列是由许多个尿嘧啶组成的。 结论：尿嘧啶的碱基序列编码由苯丙氨酸组成的肽链。 结合克里克得出的3个碱基决定1个氨基酸的实验结论，得出：与苯丙氨酸对应的密码子是UUU。 思考： ①为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRNA？ 答：细胞中原有的mRNA会作为合成蛋白质的模板干扰实验结果，细胞中原有的DNA可能会作为mRNA合成的模板，而新合成的mRNA也会干扰实验结果，所以。。。 ②如何你是尼伦伯格或马太，你将如何设计对照组的实验，确保你的重大发现得到同行的认可？ 答：所有成分都与实验组的试管相同，但不加入多聚尿嘧啶核苷酸 （3）继续研究：1964年，尼伦伯格等找到了另外破译遗传密码的方法：首先在体外合成全部64种三核苷酸分子（即长度为3个碱基的RNA），同时制备20种氨基酸混合溶液，每种混合溶液中分别含有一种用14C作放射性标记的氨基酸和其他19中氨基酸。然后向各混合溶液中添加tRNA，使各种氨基酸分别与各自的tRNA结合，在溶液中国形成各种氨酰tRNA，如甘氨酸—tRNA等，实验时取某一种三核苷酸分子和核糖体混合，再向期中分别加入上述氨基酸混合溶液。如果CGU是某种氨基酸的密码子，它便会和带有这种氨基酸的氨酰tRNA以及核糖体结合形成体积稍大的复合体，通过一定的技术手段让只含核糖体的复合体可以留下，从20种反应体系根据体系所标记的是哪一种氨基酸，便可知道CGU所对应的氨基酸种类。 1966年，又发明了一种新的RNA合成方法，通过这种方法合成的RNA可以是以2个、3个或4个碱基为单位的重复序列，如AGUAGUAGUAGUAGUAGUAGU等，用它们作模板合成的蛋白质的氨基酸序列同样是有规律重复的。如果用UGUGUGUGUGUGUG作模板，得到的新合成的蛋白质是由半胱氨酸和缬氨酸胶体连接形成的，则可以肯定UGU是半胱氨酸的密码子，GUG是缬氨酸的密码子。 【例题三答案】：（1）细胞内外Na+的浓度差 协助扩散 选择透过性 （2）肝脏（肾小管） （3） 实验思路：改造的脂肪细胞经一定浓度的胰岛素处理后，持续检测脂肪细胞内绿色荧光的分布情况 预期结果：绿色荧光的分布逐渐由细胞质中的囊泡膜转移至细胞膜上 【例题四答案】1.B 2.B 【例题五答案】B 【例题六答案】BC 【例题七答案】1.D 2.（1）空间结构 氯离子的大小和性质与CFTR蛋白的结合部位相适应 载体蛋白 （2）患者的CFTR蛋白异常，无法将氯离子主动运输至细胞外，导致水分子向膜外扩散速度减慢，支气管细胞表面的黏液不能被及时稀释，黏稠的分泌物不断积累（解析：功能正常的CFTR蛋白能协助氯离子转运至细胞外，使覆盖于肺部细胞表面的黏液被稀释；功能异常的CFTR蛋白不能协助氯离子转运至细胞外，导致肺部细胞表面的黏液不断积累。） 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 开发能实现氯离子正常转运的药物 （3）主动运输 细胞可通过主动运输来选择吸收所需要的物质，排出代谢废物和有害物质，从而保证细胞和个体生命活动的需要 细胞代谢回扣 【山东高考考点分布】 选择 非选择题 2020 T2：瓦堡效应：物质能量 变化、有氧无氧的比较； T3：黑藻叶实验：色素的提取 T21：人工光和系统：光反应、暗反应联系；总光合、净光合、呼吸的联系；光合午休 2021 T16:细胞中H2O和O2的产生和消耗 T12：酵母菌酿酒的过程 T21：光呼吸：场所、成因、光补偿点、最适浓度的判断 2022 T4：磷酸戊糖途径： NADPH和NADH的区别、 细胞呼吸中能量、 追踪物质转移的方法、 细胞呼吸的意义 T16：细胞呼吸的电子传递：结合图表中氧气和ATP的生成，判断电子传递、产热、葡萄糖的消耗程度、ATP的形成机理 T25：光抑制 1.色素的提取和分离实验 2.光反应和暗反应的联系、影响因素 3.光抑制的机理 2023 T4无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径，延缓细胞酸中毒 T17植株的非绿色器官在不同O2浓度下，单位时间内O2吸收量和CO2释放量的变化 T21以信息题形式考查了光抑制的原理及应用 1.实验自变量和因变量分析 2.强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱原因类分析 【相关考点总结】 一、实验：色素的提取和分离 ①试剂及原理：提取的试剂及原理、分离的试剂及原理；无水乙醇还可以用什么代替？层析液只含有一种液体成分吗？ ②实验步骤：二氧化硅、碳酸钙的作用、剪去两角的目的、 ③实验结果：色素的种类、含量、颜色、吸收光谱、溶解度大小比较 ④异常分析：色素带重叠的原因、色素带浅的原因、无色素带的原因 ⑤色素的功能、元素组成： ⑥解释叶片绿、秋天变黄、变红的原因 ⑦海水中藻类垂直分布的原因： ⑧影响叶绿素形成的因素： ⑨植物体中的色素类型、分布场所：光合色素--叶绿体类囊体薄膜、花青素--液泡 注意：光合色素不一定分布在叶绿体中，原核生物蓝细菌无叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素 ⑩适当遮光条件下，叶绿素会发生怎样的变化以适应遮光环境？ ---叶绿素含量会升高，有利于吸收更多的光，以适应遮光环境。 ---叶绿素a/叶绿素b的值会降低,因为遮阴环境中蓝光比例较大，叶绿素b比叶绿素a对蓝光的吸收峰值更高，以适应遮光环境。 ⑪用叶片的提取液测定叶绿素的吸收光谱时，不选用蓝紫光区最大吸收峰的波长测定该功能和色素，原因是：排除类胡萝卜素的干扰 二、科学史（读一遍了解即可，不要花大量时间） 1.恩格尔曼实验：P100思考.讨论 实验过程：①制作水绵和好氧细菌的临时装片，将其放置在没有空气的黑暗环境中，②用极细的光束照射水绵，③再通过显微镜进行观察， 实验结果:发现好氧细菌集中分布在叶绿体被光束照射到的部位。 ④如果把装片完全暴露在光照下，那么好氧细菌分布于叶绿体所有的受光部位。 实验结论：光合作用的场所位于叶绿体，且氧气是在叶绿体释放出来的。 2.希尔实验：P102思考.讨论---探究O2中O的来源 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。 思考： ①希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？ 不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发⽣水的光解,产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰,也并没有直接观察到氧元素的转移。 ②希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是用一个化学反应，理由是？ 能；希尔反应将叶绿体置于悬浮液中完成，悬浮液中有水，没有合成糖类的必须原料CO2 ③希尔反应为何需要额外添加氧化剂？ 经过实际操作,获得的叶绿体可能已经破碎,其中NADP+可能遗失,导致破碎的叶绿体悬浮液中缺乏氧化剂。此外,反应体系中不提供CO,,暗反应不能进行,不能产生NADP* ,无法为光反应提供最终电子受体。因此,希尔反应中需加入氧化剂。 3.鲁宾和卡门实验---同位素标记技术 请你以小球藻为实验材料，利用同位素标记技术，设计实验证明光合作用产生的氧气中的氧全部来自于水，简要写出实验思路。 4.阿尔农实验：探究碳反应的条件 实验一：1954年，美国科学家阿尔农也利用离体的叶绿体悬浮液，放置在光照条件下并且无二氧化碳，向叶绿体悬浮液中供给ADP、Pi和NADP+时，会有ATP和NADPH产生，且有氧气产生 实验结论：光下，叶绿体合成ATP总是与水的光解相联系 上述实验共同证明了：水在叶绿体中当中可以发生光解，生成NADPH、ATP和氧气，并可以确定光能转换成了ATP和NADPH当中活跃的化学能。 实验二：阿尔农把离体的叶绿体悬浮液放置在无光照有二氧化碳的条件下，并且向叶绿体悬浮液中提供ATP和NADPH，仍然有糖类产生，并且ATP和NADPH减少。实验结论：水的光解过程生成的ATP和NADPH会供给碳反应，转换成储存在糖类当中的化学能。 5.米切尔、贾格道夫实验---探究ATP合成的化学渗透机制及证据 （1）化学渗透假说：1961年，米切尔提出光照引起水的裂解，释放的H+留在类囊体腔中。类囊体膜内侧H+浓度高于外侧，产生H+浓度差和电位差。当H+沿着浓度梯度返回膜外侧时，在ATP合成酶的催化下，驱动ADP和Pi合成ATP。 （2）贾格道夫实验：1963年，在黑暗条件下把离体的叶绿体类囊体置于pH=4的酸性溶液中平衡，让类囊体腔的pH下降至4。平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的pH=8的缓冲溶液中，一段时间后有ATP产生。类囊体膜内外存在H+浓度差是类囊体合成ATP的直接动力。 实验结论：ATP合成的直接驱动力来自氢离子浓度梯度而非光照 例：NH4+能增加类囊体膜对H+的通透性，从而消除类囊体膜两侧的H+浓度差。若将NH4+注入叶绿体基质，下列过程中会被抑制的是__。（B） A.电子传递     B.ATP的合成   C.NADPH的合成   D.光能的吸收 6.卡尔文实验：放射性同位素标记法 ①如何设计实验，探究碳元素的转移路径： 答案：将带有14C标记的CO2通入到盛有小球藻的玻璃器皿中，给予充足的光照，每隔一 定时间取样，并立即杀死小球藻，提取产物分析，根据被14C标记的化合物出现时间的先后，推测生化过程。 ②如何设计实验，探究CO2转化生成的第一种物质 答案：光下用14CO2饲喂小球藻，每隔一定时间，杀死小球藻，提取产物分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物 ，该物质就是CO2转化生成的第一种物质 ③采用双向纸层析法的优点是什么？ 将第一次层析重叠或距离较近的物质通过第二次层析彻底分离 ④图中水槽中水的作用是什么？ 吸收热量，避免扁圆形烧瓶中温度发生变化对实验造成影响 ⑤乙醇快速煮沸的目的是什么？ 杀死小球藻，终止酶的作用，终止反应；溶解并提取有机物 ⑥与色素的提取和分离实验比较： 双向纸层析法；化合物在甲和乙层析液中的溶解度不同； ⑦卡尔文及其同事通过改变实验条件发现C5化合物呈现规律性变化： 答案：当停止CO2供应时，C3的浓度急速降低，C5的浓度急速升高；当恢复CO2供应时，C3的浓度急速升高，C5的浓度急速降低。 实验结论：CO2与C5反应生成C3； 7.基于瓦尔伯实验，探究光反应和碳反应的关系 1919年德国生物化学家瓦尔伯用藻类进行闪光试验，在光能量相同的前提下，一种用连续照光，另一种用闪光照射，中间隔一定暗期，发现后者光合效率是连续光下的200%～400%。 ①为什么光能量相同的前提下闪光的光合速率更快？ 交替光照下，暗反应能更充分消耗光反应产生的ATP和NADPH。 同时暗反应为光反应提供的NADP+、ADP、Pi也更多，所以光反应速率快，光合效率高。 一句话总结：随着光暗交替频率的增加，使光下产生的ATP和NADPH能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。 三、光合作用的过程 1.过程、场所、物质变化、能量变化、联系 注意：（1）唯一不需要酶催化的反应 色素吸收光能 （2）叶绿体中，NADPH、ATP、ADP的移动方向？ 从类囊体薄膜到叶绿体基质 从类囊体薄膜到叶绿体基质 从叶绿体基质到类囊体薄膜 （3）NADPH的作用？①活泼的还原剂；②储存部分能量供暗反应阶段利用 （4）光合作用的产物：不只是糖类，也有氨基酸、脂肪等 （5）既有水的分解也有水的生成 都是在光反应阶段 2.改变条件，C3、C5、NADPH、ATP在短暂时间内的变化： 分析思路：从来源和去路两个角度进行分析 例：减少CO2的供应，短暂时间内C3、 C5怎么变？原因是什么？ ①C3减少的原因：减少CO2的供应，CO2固定生成的C3减少，而C3还原消耗的C3不变，所以C3的含量减少 ②C5增多的原因：减少CO2的供应， CO2固定消耗的C5减少，而C3还原生成的C5不变，所以C5的含量增多 3.元素转移： 4.影响光合作用的外界因素及应用：内因+外因 5.计算--总光和=净光合+呼吸 总光合速率 O2产生速率 CO2固定(或消耗)速率 有机物产生(制造/生成/合成)速率 净光合速率 O2释放速率 CO2吸收速率 有机物积累速率 呼吸速率 黑暗中O2吸收速率 黑暗中CO2释放速率 有机物消耗速率 ①明确曲线代表的意义 ②细心审题，找出关键词，明确是总光和、净光合还是呼吸 例：CO2的吸收代表净光合，CO2的固定代表总光合； ③牢记公式：明确是计算判断某个时刻的值、还是一昼夜的值 总光合=净光合+呼吸 一昼夜有机物的积累量=白天×净光合-晚上×呼吸； 一昼夜有机物的积累量=白天×总光合-24×呼吸； 计算时注意物质之间的换算关系： 6.水影响光合作用的曲线----高频考点：光合午休，本质是温度→水：蒸腾作用→气孔开放程度→CO2 原理:①水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质    ,如植物缺水导致萎蔫,使光合速率下降。②水分还能影响气孔的开放程度,间接影响CO2进入植物体内；③缺水还会引起光合产物输出受阻，导致光合速率下降。 课后习题P106： (1)7-10时的光合作用强度不断增强的原因是____________________________________________。 (2)10-12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是 _______________________________________。 (3)14-17时的光合作用强度不断下降的原因是_____________________________________________。 (4)从图中可以看出，限制光合作用的因素有_______________________________________________。 (5)依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施。 （6）BC段、DE段C3,C5的变化： 【答案】(1)光照强度逐渐增大 (2)此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2吸收减少，致使光合作用暗反应受到限制 (3)光照强度不断减弱 (4)光照强度、温度 (5)根据本题信息，可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。 （6）BC段：C3下降,C5上升；DE段：C3上升,C5下降 7.矿质元素对光合作用的影响：考察：元素→化合物→结构→物质及结构作用、渗透作用 ①原理:矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分,缺乏会影响光合作用的进行。 1.缺N的影响：酶的含量减少，催化效率降低 色素的含量减少，吸收、传递转化光能的能力减弱，限制光反应的进行， ATP\NADPH合成减少，限制光反应的进行 2.缺P的影响：ATP\NADPH合成减少，限制光反应的进行 膜面积减少，减少色素和酶的附着位点，光合作用强度降低 3. 缺Mg的影响：缺Mg叶绿素合成减少，吸收、传递和转化光能的能力降低，光合作用强度降低 4.电子传递体的重要成分如PC中含Cu，Fe-S中心、Cytb、Cytf和Fd中都含Fe，放氧复合体不可缺少Mn2+和Cl-；K+和Ca2+调节气孔开闭；K和P促进光合产物的转化与运输等 ②曲线分析: 在一定浓度范围内,增大必需矿质元素的供应,可提高光合作用强度；但当超过一定浓度后,会因土壤溶液浓度过高,植物渗透失水而导致植物光合作用强度下降。 应用： ①合理施肥促进叶面积增大,提高酶合成速率,加快光合作用速率。 ②施用有机肥:有机肥被微生物分解后,既可补充CO2，又可提供各种矿质元素。 8.多因素对光合作用的影响:多条曲线，涉及多个自变量，明确最高点之前、之后的影响因素 规律：最高点之前，主要受横坐标的限制，最高点后，除了横坐标之外的限制因素 （4） 综合外因与内因分析问题，光反应和暗反应相互制约 例1：强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。 苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有?CO2供应不足；五碳化合物供应不足 氧气的产生速率继续增加的原因是? 强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生的氧气速率增强； 例2：增加环境中CO2浓度后，测得S2的光饱和点显著提高，原因可能是：在超过原光饱和点的光强下，S2的光反应产生了过剩的ATP和NADPH，增加环境中CO2浓度后，S2的光饱和点显著提高。 例3：增加环境中CO2浓度后，测得S3的光饱和点却没有显著改变，可能的原因是：S3在原光饱和点时，光反应已经基本饱和、暗反应已经基本饱和、光暗反应都已基本饱和 四、光合作用与细胞呼吸的关系及综合应用 1. 过程联系： 2.能量转化关系 3.结合O2浓度影响细胞呼吸的曲线分析： （1）O2浓度为C时，AB＝BC，此时有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖不是（填“是”或“不是”）一样多，理由是根据有氧呼吸和无氧呼吸的方程式可以看出，当有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等时，二者消耗的葡萄糖之比是1∶3。 （2）在保存蔬菜、水果时，应选择R点对应的O2浓度，理由是此时总CO2释放量最少，有机物的损耗最少。 （3）低氧环境下，有机物消耗少的原因是在低氧条件下，无氧呼吸受到抑制，呼吸强度较弱，有氧呼吸因O2不足，呼吸强度也比较小，故总的CO2释放量少，呼吸强度弱。 4.“液滴移动法”探究细胞呼吸的方式 （1）实验设计 欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，如图所示（以发芽种子为例） （2）实验结果预测和结论 实验现象 结论 装置一液滴 装置二液滴 不动 不动 只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡 不动 右移 只进行产生酒精的无氧呼吸 左移 右移 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸 左移 不动 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸 （3）误差校正：为使实验结果准确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置三。装置三与装置二相比，不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。 提醒　若用绿色植物替代发芽种子，则整个装置必须遮光处理，否则植物组织的光合作用会干扰细胞呼吸的测定。 5.种子萌发时吸水和呼吸方式的变化曲线 （1）在种子萌发的第Ⅰ阶段，由于吸水（吸胀吸水），呼吸速率上升。 （2）在种子萌发的第Ⅱ阶段，细胞产生CO2的量要比消耗O2的量大得多，说明在此期间主要进行无氧呼吸。 （3）在胚根长出后，由于胚根突破种皮，增加了O2的进入量，种子以有氧呼吸为主，同时胚根大量吸水（渗透吸水）。 五、电子传递链： 是一系列电子载体按对电子亲和力逐渐升高的顺序组成的电子传递系统。所有组成成分都嵌合于线粒体内膜或叶绿体类囊体膜或其他生物膜中,而且按顺序分段组成分离的复合物，在复合物内各载体成分的物理排列也符合电子流动的方向。 （1）光合电子传递链： 1.光系统（PS I、PSII分布在哪里？组成？功能？能量转化？ 分布：类囊体薄膜； 组成：色素和蛋白质分子 功能：吸收、传递、转换光能； 能量转化：将光能转化为电能再转化为ATP和NADPH中活跃的化学能 PSⅡ的作用：水的裂解 PSⅠ的作用：NADPH的合成 2.水光解的产物？电子最初供体和最终受体？为什么电子会按照顺序进行依次传递？为什么从光系统II不能直接传给光系统I？光反应最先失去电子的是水吗？ 电子的最初供体是水，H2O→O2+e-+H+; 最终受体是NADP+，NADP++e-+H+→NADPH 从光系统II到光系统I，电子载体对电子的亲和力越来越大 蛋白质要相互靠近才能传递，相邻蛋白质的结构要匹配才能进行电子传递。 水在光下分解时,是叶绿素吸收光能先失去电子,再从水中获得电子,而水因为失去电子分解为02和H+。 3.推动ATP生成的H+浓度差的来源？ ①类囊体腔侧的水光解产生H+； ②膜上的特殊蛋白将H+泵入类囊体腔； ③叶绿体基质侧NADPH生成消耗H+。 若问题是：H+浓度使如何维持的，只回答前两条即可 4.H+进入类囊体腔的运输方式？ 主动运输，由高能量的电子供能 5.H+通过ATP合酶出类囊体腔的运输方式是？ 协助扩散，顺浓度梯度（类囊体腔侧H+的浓度＞叶绿体基质中H+的浓度） 6.ATP合酶的功能？其由哪两部分组成？哪一部分疏水？哪一部分亲水？哪一部分具有催化功能？ 物质运输功能，催化功能；CF1和CF0；CF0疏水；CF1亲水，CF1具有催化功能 7.ATP合酶的分布的膜结构： 叶绿体类囊体薄膜、线粒体内膜、原核细胞细胞膜 8.氧气在哪里产生？进入同一细胞的线粒体被利用，需要穿过几层膜？ 类囊体腔 5 9.从进化上来看，为什么先经过光系统II，再经过光系统I？   这是因为光系统I先演化出来。最早的光合作用由于缺少光系统II，不产生O2和NADPH。 例：硫细菌进行光合作用时不会产生氧气，推测可能不具备光系统II 10.一般植物的PSⅡ：PSⅠ大约为1.5:1，这说明： 电子在沿类囊体膜传递过程中有溢出 11.若CO2浓度降低，电子传递速率会降低的原因：CO2浓度降低，暗反应减弱，消耗的NADPH减少，为光反应提供的NADP+减少，电子传递缺少受体，所以，电子传递速率会降低 （2）呼吸电子传递链  [H](NADH)在酶的催化下释放电子和H+，电子被镶嵌在线粒体内膜上的一系列特殊蛋白质捕获和传递，最终与02和H+结合生成了H20，而线粒体内膜上的这些特殊蛋白质则利用电子给予的能量将线粒体基质中的H+，泵入内膜和外膜的膜间隙，构建了跨膜的H+电化学梯度。最终，H+沿着线粒体内膜上ATP合酶内部的通道流回线粒体基质，推动了ATP的合成。 1.该反应发生的场所：线粒体内膜 2.电子最初供体和最终受体？ 电子的最初供体是NADH，NADH→NAD++e-+H+; 最终受体是O2，1/2O2+2e-+2H+→H20 3.蛋白质ⅠⅡⅢ中H+的运输方式？能量来源？所有的蛋白质都具有运输H+的功能吗? 主动运输，由高能量的电子供能；CoQ只有传递电子的作用，不能运输H+ 4.H+通过ATP合酶进入线粒体基质的运输方式是？ 协助扩散，顺浓度梯度（线粒体内外膜之间的间隙中H+的浓度＞线粒体基质中H+的浓度） 5.合成ATP的能量来源：H+浓度梯度产生的势能 6.ATP合酶的功能？其由哪两部分组成？哪一部分疏水？哪一部分亲水？哪一部分具有催化功能？ 物质运输功能，催化功能；CF1和CF0；CF0疏水；CF1亲水，CF1具有催化功能 7.能量转化？ 将NADH中的化学能转化为热能和ATP中的化学能； 8.AOX不合成ATP，接受电子后与氧生成水，导致的结果和意义？ 导致能量更多以热能形式散失，其意义利于开花时授粉、增强抗逆性 9.线粒体解偶联蛋白UCP可以消除阔膜两侧的浓度梯度，其结果和意义？ 阻碍有氧呼吸ATP的正常产生，使能量更多的以热能形式散失 例1：棕色脂肪细胞被激活时，解耦联蛋白UCP含量升高，能消除线粒体内膜两侧的跨膜质子（H+）浓度差，阻碍有氧呼吸ATP的正常产生，使得释放的能量中热能所占比例明显增大，以维持机体体温恒定。 例2：已知二硝基苯酚（DNP），其为脂溶性物质，可携带氢离子自由穿梭线粒体内膜，故破坏氢离子浓度梯度。即DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。对细胞呼吸产能的影响？ ATP合成的能量来自H+浓度梯度产生的势能，DNP会使线粒体内外膜间隙中H+浓度降低，抑制ATP的合成，导致ATP合成减少；有氧呼吸释放的能量较多的用于产热 10.鱼藤酮会抑制NADH脱氢酶的活性，常作为农业害虫的杀虫剂。结合图示，鱼藤酮作为杀虫剂的具体机理是：抑制NADH脱氢酶的活性，使H+产生减少，降低线粒体外膜和内膜间隙之间的H+浓度，进而使ATP的合成减少，最终导致害虫因缺乏能量供应而死亡 例题（二模T3）细胞呼吸时，氧接受电子传递链传递的电子并与H⁺结合生成水。在此过程中，电子传递链的中间复合物会直接将电子传给氧形成自由基（ROS）。正常情况下，ROS可被超氧化物歧化酶（SOD）清除。下列说法错误的是（    ） 答案：B A．上述的电子传递链存在于真核细胞的线粒体内膜上 B．ROS攻击线粒体膜上的磷脂分子后会抑制自由基的产生 C．一般情况下，线粒体DNA发生突变的概率高于细胞核DNA D．功能受损的线粒体可能会启动自噬程序，避免在细胞内堆积 六：卡尔文循环的调节：磷酸转运器-蔗糖和淀粉合成的调节 ①叶绿体基质中的磷酸丙糖（TP）要转运到细胞质基质，必须与细胞质基质的无机磷酸（Pi）进行等量反向交换。 ②磷酸丙糖在细胞质基质中合成为蔗糖时，就释放出Pi使得细胞质基质内Pi浓度上升。Pi重新进入叶绿体交换出磷酸丙糖用于合成蔗糖，光合速率加快。 小结：磷酸丙糖是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。光合作用产生的磷酸丙糖既可以在叶绿体中形成淀粉，暂时储存在叶绿体中，又可以通过叶绿体膜上的磷酸转运器运出叶绿体，在细胞质基质中合成蔗糖。合成的蔗糖或临时储藏于液泡内，或从光合细胞中输出，经韧皮部装载长距离运输到其他部位。 思考： 1.当细胞质中蔗糖利用减慢、合成或输出受阻时，对光合作用的影响？三个角度全面回答问题 细胞质中蔗糖利用减慢、合成或输出受阻，由细胞质进入叶绿体基质的Pi减少， ①一方面导致光反应中ATP的合成减少，从而使卡尔文循环受到抑制 ②另一方面三碳糖磷酸外运减少，而在叶绿体基质中大量积累，抑制卡尔文循环的运行， ③过多的三碳糖磷酸将用于叶绿体基质内淀粉的合成。 2.在叶绿体里的淀粉合成和在胞质溶胶里的蔗糖合成呈竞争反应。 当胞质溶胶中Pi浓度低时，就限制丙糖磷酸从叶绿体运出，这就促进淀粉在叶绿体里形成。 当胞质溶胶中Pi浓度高时，叶绿体的丙糖磷酸与胞质溶胶的Pi交换，输出到胞质溶胶合成蔗糖。 3.若专一性抑制磷酸转运器， 叶绿体内淀粉合成增加的原因：磷酸转运器被抑制，磷酸丙糖从叶绿体输出受阻，在叶绿体基质中积累合成淀粉； 光合速率整体降低的原因：叶绿体中的淀粉大量积累不能及时运出，光合产物的积累抑制了光合作用的进行。 4.灌浆期施加磷肥的意义：①增加Pi的含量，在磷酸转运器的作用下，将Pi运入叶绿体的同时，将磷酸丙糖运出叶绿体合成蔗糖，有利于光反应和暗反应的进行，提高植物的光合作用。 ②用于物质的合成：例参与重要大分子有机物核酸的合成；也参与光合作用光反应中ATP、NADPH的合成 5.植物细胞合成的糖类以淀粉形式暂存的意义：淀粉分子量大，防止叶绿体吸水涨破。 6.与淀粉相比，以蔗糖作为运输物质的优点：蔗糖是是小分子，易溶于水 以蔗糖而不以葡萄糖运输的原因：非还原性糖，稳定性高；溶解度高；运输速率快； 7.淀粉白天多，晚上消失的原因：白天合成淀粉活跃，晚上淀粉水解 8.光合产物不会被全部运输到其他部分的原因：用于自身呼吸消耗和建造植物体的结构。 9.蔗糖在植物体的运输主要3个步骤： ①叶绿体中的同化产物外运至细胞质基质并转化为蔗糖； ②蔗糖从叶肉细胞运输到叶片细脉的筛分子-伴胞（SE-CC）复合体附近的质外体； ③蔗糖进入SE-CC复合体。蔗糖进入筛管后随集流运出源器官。 在筛管分子或伴胞的质膜中H+-ATP酶不断将H+泵到细胞外空间，细胞外空间中H+浓度较胞内高，形成了跨膜的电化学势差。当H+回流时，蔗糖/H+共向运输器可以利用H+的顺电化学势梯度的扩散，将质外体中的H和蔗糖共同转运至筛管分子内。 例（二模T3）植物体内多以蔗糖的形式长距离运输碳水化合物。下图为光合产物蔗糖从叶肉细胞扩散至韧皮薄壁细胞间隙，最终进入筛管-伴胞复合体（SE-CC）的过程，其中蔗糖浓度的变化可调节SU载体的数量。下列说法错误的是（  ）       A．胞间连丝实现了相邻植物细胞间的物质运输 B．伴胞内的蔗糖浓度要低于韧皮薄壁细胞 C．蔗糖可作为信号分子起到调控自身运输的作用 D．使用ATP合成抑制剂会降低蔗糖进入SE-CC的速率 答案：B 10.光合作用淀粉和蔗糖的积累与分流 ①过渡性淀粉：叶绿体基质淀粉在白天和黑夜间的变化很大，称为过渡性淀粉。 ②在白天，光合作用同化吸收的碳用于叶绿体中淀粉的形成，或者将其运输到细胞质中合成蔗糖，蔗糖随后被运输到植物的非光合作用部位。黑暗来临，CO2同化作用停止，叶绿体淀粉降解开始，被转化为蔗糖并输出，叶绿体淀粉含量大幅度下降。 ③过渡性淀粉的功能是： 一方面作为储存能源，夜间光合作用不能合成糖时，提供充足的碳水化合物； 另一方面过渡性储存物质可以保障光合作用进程快于白天蔗糖的利用。 七、特殊代谢途径： C4/CAM/光呼吸 一、C4途径：研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物(如图2)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有较强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且无光合午休现象。常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。 注：维管束主要作用是为植物体输导水分、无机盐和有机养料等。 1.结构特点：C4植物的维管束周围有两种不同类型的细胞：靠近维管束的内层细胞称为鞘细胞，围绕着鞘细胞的外层细胞是叶肉细胞。 2.过程：在叶肉细胞里一个CO2被一个含有三个碳原子的化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP），经PEP羧化酶的作用固定后，首先形成含四个碳原子的有机酸（草酰乙酸），草酰乙酸被转变成其他的四碳酸（苹果酸和天冬氨酸）后通过胞间连丝运输到维管束鞘细胞，在维管束鞘细胞中被降解成CO2和丙酮酸。CO2在维管束鞘细胞中进入卡尔文循环，而丙酮酸会被再次合成磷酸烯醇式丙酮酸，此过程消耗ATP。 3.意义：PEP羧化酶对CO2的亲和力很强，具有把外界低浓度CO2浓缩到维管束鞘细胞中的作用。 在高温、强光、干旱和低CO2条件下，C4植物显示出高的光合效率。 思考： 1．C4植物光反应和CO2固定发生在哪些场所？ 提示：C4植物光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上，暗反应两次固定CO2，C4途径发生在：叶肉细胞的叶绿体内，C3途径（卡尔文循环）只在维管束鞘细胞中的叶绿体内。 固定CO2的物质：PEP/C5 循环利用的物质： PEP/C5 -----识图全面 2．科学家用含14C标记的CO2来追踪玉米光合作用中的碳原子的转移途径，请表示这种碳原子的转移途径。 提示：CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)。 3．与水稻、小麦等C3植物相比，C4植物的CO2的补偿点较________。高温、干旱时C4植物还能保持高效光合作用的原因是什么？ 提示：低　PEP羧化酶对CO2具有高亲和力，C4植物可利用低浓度的CO2进行光合作用。 4.C4植物比C3植物具有较强的光合作用的原因： ①结构原因： C4植物：叶肉细胞密接在维管束鞘的外侧成环状，组成 “花环型”结构：叶绿体数少且小，有基粒；维管束鞘薄壁细胞（在功能上特化为专职进行暗反应）：叶绿体较大，没有基粒；C3植物：叶肉细胞含有正常叶绿体；维管束鞘薄壁细胞：不含或含很少叶绿体 ②生理原因： a.C4植物PEPC(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶)对CO2的亲和力大，外界低CO2浓度、干旱、气孔导度小时，光合速率更高。（光补偿点低） b.C4植物将CO2泵入维管束鞘细胞，增大了CO2/O2比率，改变了Rubisico的作用方向，降低了光呼吸。 c.C4植物暗反应在维管束鞘细胞中进行，有利于光合产物的就近运输，防止淀粉积累影响光合。 5.干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是： 答案：C4植物的CO2补偿点低于C3植物，干旱条件下CO2吸收减少，胞间CO2浓度较低，C4植物受到影响较小 二、CAM途径：又景天科酸代谢途径 CAM途径：生长在热带干旱地区的一些肉质植物，具有的一种固定CO2的附加途径。 1.过程：在夜晚细胞中磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）作为CO2受体，在PEP羧化酶催化下，形成草酰乙酸，再还原成苹果酸，并贮于液泡中；白天苹果酸则由液泡转入叶绿体中进行脱羧释放CO2，再通过卡尔文循环转变成糖。 2.景天科进行光合作用所需的CO2的来源有：苹果酸经脱羧作用释放、呼吸作用产生 3.CO2的受体：PEP、C5 4.糖和PH变化：夜晚气孔开放，固定CO2产生有机酸，有机酸含量升高，而糖类含量下降。白天气孔关闭，有机酸脱羧释放CO2，有机酸含量下降，而糖类含量升高。 例：若以PH为检查指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。 实验思路：取干旱条件下生长的植物甲的叶片，分别在白天和夜间每隔一段时间测定叶肉细胞的PH。 实验结果，植物甲叶肉细胞PH在夜间逐渐降低，在白天逐渐升高。 5.CAM途径：从两个角度解释景天科植物植物的进化与适应性 ①多具肉质茎、叶，叶片表面有较厚的角质层，叶肉细胞有很大的液泡，从形态结构上对高温、干旱有很强的适应性。 ②这类植物在进化中还发展了特殊的碳固定代谢途径——景天酸代谢（CAM）途径。该途径具有两套羧化固定CO2的系统.CAM植物没有明显的维管束鞘细胞，两类酶都存在于叶肉细胞中，是通过酶活性的昼夜调节使羧化反应与CO2再固定分别在夜间和白天完成的。 6．CAM途径是对干旱环境的适应性意义；①维持光合作用外，②有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。 7.从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。夜晚，该类植物吸收的不能合成葡萄糖的原因：没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH。 总结： 小注：PEP：磷酸烯醇式丙酮酸 PEP羧化酶：磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 Rubisco：催化CO2与C5反应；催化O2与C5反应 PGA：C3 RuBP：C5 OAA：草酰乙酸 八、光呼吸 光呼吸是指叶肉细胞在光照和高氧低二氧化碳的情况下发生的一种吸收O2产生CO2的现象。光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中，Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco酶，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%，导致净光合速率下降。科学家在基因工程方面做出多种尝试，试求降低植物的光呼吸，促进植物成长。但是后来科学家发现，光呼吸可补充由于气孔部分关闭而造成的CO2不足问题,可消除多余的NADPH和ATP，减少细胞受损的可能，有其正面意义。（有数据表明，植物体在低浓度CO2情况下，叶绿体内NADPH／NADP+比值较高，会导致更多自由基生成，使叶绿体的结构和功能受到损伤。） 光呼吸：植物的绿色细胞在光照下，吸收O2、释放CO2的过程。 特点：CO2抑制光呼吸而促进光合作用，O2抑制光合作用而促进光呼吸。 1．由于光呼吸的存在，会降低植物体内有机物的积累速率,说明原因。Rubisco酶的催化方向取决于CO2与O2的浓度比，请推测说明具体的情况。 提示：在较强光照下，光呼吸加强，C5氧化分解加强，一部分C以CO2形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累；其次光合作用过程消耗了ATP和NADPH，造成能量的浪费。 当CO2与O2浓度比高时，Rubisco酶催化固定CO2反应加强；当CO2与O2浓度比低时，Rubisco酶催化光呼吸反应加强。 2．研究发现，光合产物1/3以上要消耗在光呼吸底物上。生产实际中，常通过适当升高CO2浓度达到增产的目的，请分析并解释其原理。(从光合作用原理和Rubisco酶催化反应特点两个方面作答)。 提示：CO2浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光合作用强度，同时还可促进Rubisco酶催化更多的C5与CO2结合，减少C5与O2的结合，从而降低光呼吸速率。 3．已知光照过强时，植物吸收的过多光能无法被利用，一方面导致光反应相关结构被破坏，另一方面过高的NADPH/NADP＋比值会导致更多自由基生成，破坏叶绿体结构，最终导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。解释植物在干旱天气和过强光照下，光呼吸的积极意义是什么？ 答案：①干旱天气，叶片缺水，气孔部分关闭，CO2吸收减少，低浓度CO2使得光呼吸增强； ②光呼吸消耗ATP、NADPH、O2等光反应产物，使植物可进一步利用光能，减少过剩光能引起的光反应结构损伤； ③光呼吸释放CO2，可防止气孔关闭导致的细胞间隙CO2浓度的过度降低，可加快暗反应消耗NADPH ,降低NADPH/NADP+比值，减少自由基生成 4. 植物体进行光合作用时，若光合速率大于呼吸速率时，光合作用固定的二氧化碳有来源： ①有氧呼吸产生的二氧化碳、 ②光呼吸产生的产生的二氧化碳 ③从空气中吸收的二氧化碳。 5.辨析并说出你的理由：在氧气和二氧化碳共存的大气中，光呼吸与光合作用同时进行，伴随发生，既相互抑制又相互促进。 答案：光合作用放氧可促进加氧反应，而光呼吸释放的二氧化碳又可作为光合作用的底物。 6.吸收氧气的场所：叶绿体与过氧化体 放出CO2的场所：线粒体 光呼吸的氧化底物：乙醇酸（C2） 7.光呼吸与暗呼吸的比较 8.光呼吸的应用： ①通过基因工程和转基因技术改变羧化/加氧酶本身结构或其作用环境，以提高其在光合作用方向上的专一性：例直接降低加氧酶活性；通过加入C4旁路相关酶提高羧化/加氧酶周围的二氧化碳浓度 ②添加某些化学制剂使其后续反应无法进行，从而达到抑制光呼吸的目的：例光呼吸抑制剂 9.请写出验证植物存在光呼吸现象的实验设计思路，并将预期实验结果绘制在给定的坐标系中。 答案：在适宜条件下先测定光照时吸收CO2速率，一段时间后对植物进行遮光(完全黑暗)处理，遮光后每10秒测定一次CO2释放速率，直到CO2释放速率不变。 九、人工光合系统 简单来说，首先将二氧化碳还原成甲醇(C1)，然后将甲醇转化为三碳化合物(C3)，再转化为六碳化合物(C6)，最后聚合成淀粉。ASAP途径合成的淀粉与天然淀粉在结构上是基本一致的。初步测试显示，人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的8.5倍。在充足能量供给的条件下，按照上述流程，理论上立方米大小的生物反应器的淀粉年产量相当于中国五亩玉米田的淀粉年产量。这条路线使淀粉生产方式从传统的农业种植向工业制造转变成为可能，也为从CO2合成复杂分子开辟了新的技术路线。 例1：（一模21）人工光合系统是指通过人工方法模拟光合作用生成有机物的技术，图为一种将无机半导体与还原CO2的微生物催化剂相结合，利用太阳能高效还原CO2的人工光合系统。图中双极膜是特种离子交换膜，由一张阳膜和一张阴膜复合制成，可在直流电场的作用下，将复合层间的 H2O 解离为 H+和OH-。生物阴极引入了特定的功能微生物——嗜氢产甲烷菌，可将CO2转化为CH4进一步利用。 (1)从发挥的作用看，光阳极相当于叶绿体中的 。光阳极吸收光子并产生光生电子（e⁻）和“空穴”，“空穴”带 （填“正”或“负”） 电。 (2)生物阴极在人工光合系统中对 CO2起到了 的作用。自光照开始，整个系统的能量转换过程是 （用文字和箭头表示）。 (3)嗜氢产甲烷菌是专性厌氧菌，由此推测该系统中双极膜具有选择透过性，具体表现为 。 (4)该人工光合系统在生态学上的重要意义是 （答两点即可）。 答案：(1) 类囊体（基粒） 正 (2) 固定、还原 光能→电能→甲烷中的化学能 (3)只允许H+、OH-通过，不允许O2通过 (4)消耗CO2有利于减弱温室效应；制备清洁能源有利于减少空气污染 例2（二模16）葡萄糖氧化分解的第一阶段称为糖酵解，糖酵解产物丙酮酸的去向与生物的种类及生物体所处的环境条件密切相关。下图为丙酮酸进入线粒体，在酶的催化下生成乙酰辅酶A，参与柠檬酸循环的过程。下列说法错误的是（    ）    A．氨基酸可通过柠檬酸循环转化为脂肪 B．柠檬酸循环产生的NADH中的H只来源于有机物 C．柠檬酸循环不需要氧直接参与，因此该循环可在无氧条件进行 D．血糖浓度升高，脂肪细胞内乙酰辅酶A进入柠檬酸循环的比例下降 答案：B 例3（二模21）在自然环境下，水稻的生长和发育过程往往会受到多种胁迫交叉作用。为探究干旱预处理后水稻响应高温胁迫的机制，研究人员以水稻品种“N22”为材料，设置水稻幼苗正常生长组（CK）、单一高温处理组（H）以及干旱-高温交叉处理组（DH）进行水培实验，实验处理及结果如下表所示。 (1)实验中常采用纸层析法分离叶绿素，该方法判断叶绿素a较叶绿素b含量更高的依据是 。相比对叶绿素a的影响，单一高温对叶绿素b的影响 （填“大”或“小”或“基本一致”）。 (2)表中DH组的实验处理“？”应为 。为保证实验结果的科学性，实验期间各组的 （答出两点即可）等实验条件应保持一致。 (3)据表分析，单一高温胁迫后，水稻幼苗的光合速率下降，可能原因有 （答出两点即可）。DH组的水稻幼苗各项光合参数较H组上升，该结果表明 。 答案：(1) 叶绿素a所在的色素条带颜色比叶绿素b的深，也比叶绿素b所在的色素条带宽 基本一致 (2) 昼/夜温度为38℃/30℃，添加PEG-6000的培养液，培养3d 光照强度、光照时间、CO2浓度 (3) 叶绿素总量降低，气孔导度下降，胞间CO2浓度下降 对水稻幼苗进行适当的干旱预处理，有利于提高水稻的耐热性 必修一知识回扣第 1 页 共 6 页 学科网（北京）股份有限公司 $$