第4章 细胞的代谢（知识清单）生物沪科版2020必修1

第4章 细胞的代谢（知识清单） 学习导航站 知识主脉络：可视化思维导图，建立知识框架 核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、陷阱规避 第1节 细胞通过质膜与外界进行物质交换（2个考点+1个易错辨析） 考点1 细胞质膜具有选择透过性★★★☆☆ 考点2 实验 观察外界溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响★★★☆☆ 第2节 酶催化细胞的化学反应（2个考点+1个易错辨析） 考点1 酶的结构与功能★★★☆☆ 考点2 影响酶活性的因素★★★☆☆ 考点3 实验 探究温度对淀粉酶活性的影响★★★☆☆ 第3节 细胞通过分解有机分子获取能量（3个考点+2个易错辨析） 考点1 ATP是生命活动的直接能源物质★★★☆☆ 考点2 有氧呼吸和无氧呼吸★★★★☆ 考点3 其他有机物也可被氧化分解★★☆☆☆ 第4节 叶绿体将光能转换并储存在糖分子中（3个考点+1个易错辨析） 考点1 叶绿体是植物光合作用场所★★★☆☆ 考点2 叶绿体色素的提取分离及叶绿素含量的测定★★★☆☆ 考点3 光合作用是物质和能量的转换和过程★★★★☆ 考点4 光合作用受环境因素影响★★★★☆ 素养加油站：跨学科内容与热点问题分析、聚焦考点预测 方法储备库：高频考点，方法归纳 第1节 细胞通过质膜与外界进行物质交换 考点1 细胞质膜具有选择透过性★★★☆☆ 1.细胞质膜的结构特点决定其具有选择透过性 磷脂双分子层对物质的 不同 ①N2、O2、CO2等疏水性小分子物质容易从磷脂分子间透过； ②乙醇、甘油等亲水性小分子以及水也可以透过； ③氨基酸、葡萄糖等亲水性有机分子和离子均被阻挡（要借助质膜上的转运蛋白才能穿过细胞质膜）。 2.小分子物质经被动运输或主动运输进出细胞 运输方式 被动运输 主动运输 自由扩散 协助扩散 示意图 运输方向 是否需要转运蛋白 是否消耗能量 影响因素 载体蛋白的种类和数量、O2浓度 实例 ①气体：O2、CO2、NH3等； ②乙醇、苯等脂溶性的小分子有机物； ③少部分水（通过由于磷脂分子运动而产生的间隙） ①葡萄糖、氨基酸以及一些离子等；葡萄糖进入红细胞、肌细胞； ②大部分水（细胞膜上存在 ，水分子可以通过通道蛋白通过细胞膜） K+、Ca2+、Na+等离子通过细胞； 人的红细胞吸收葡萄糖。 渗透现象：水分子以被动运输的方式透过质膜，从溶液 的一侧（水分子多）渗入到溶液 的的一侧（水分子少），这一现象称为渗透。 渗透作用条件：①具有半透膜；②半透膜两侧的溶液存在浓度差 易错辨析 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为所有离子运输都是主动运输 不一定。离子也可以通过通道蛋白进行协助扩散（顺浓度梯度，不耗能）。例如：静息状态下神经细胞的K⁺外流和受到刺激后Na⁺的内流。 “三看”（浓度、载体、能量） 牢记三看法则。如果是顺浓度梯度且不耗能，即使运输的是离子，也是协助扩散。只有逆浓度梯度的离子运输（如Na⁺-K⁺泵）才是主动运输。 认为水仅通过自由扩散进出细胞 水分子可以以自由扩散方式通过膜，但同时也可以通过水通道蛋白进行协助扩散。后者速度更快，是某些细胞（如肾小管、集合管上皮细胞）重吸收水的主要方式。 水走两条路 混淆“载体蛋白”和“通道蛋白” 两者都属于膜蛋白，都协助物质运输，但机制不同： 载体蛋白：像“摆渡船”，与特定物质结合后自身构象发生改变，将其运到膜另一侧。可进行主动运输和协助扩散。 通道蛋白：像“门廊”，形成亲水通道，允许特定大小的离子或分子快速通过。只进行协助扩散。 对比记忆： 载体蛋白：有构象变化、速度慢、有选择性。 通道蛋白：无构象变化、速度快、有大小和电荷选择性。 3.大分子物质通过胞吞和胞吐进出细胞 方式 胞吞 胞吐 示意图 运输方向 是否需要转运蛋白 —— —— 是否消耗能量 实例 ①变形虫等单细胞生物从外界环境中摄取食物；②白细胞吞噬入侵的细菌和病毒,细胞从血液中吸收脂蛋白 胰岛素、消化酶、抗体的分泌 特别提醒 1.胞吞过程需要某些特定的膜蛋白的作用，但是不需要转运蛋白的作用，消耗细胞呼吸所释放的能量。 2.胞吐不是只能运输大分子物质，也可以运输小分子物质，如神经递质。 3.被动运输和主动运输主要体现了膜的选择透过性，胞吞、胞吐主要体现了膜的流动性。 考点2 观察外界溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响★★★☆☆ 1.实验原理 当植物细胞失去水分时，液泡体积减小， （植物细胞脱去细胞壁的部分）变形，而 伸缩性较弱，部分区域的细胞质膜与细胞壁脱离，即发生 。原生质体的体积变化可以作为判断植物细胞内水分变化的标志。 成熟植物细胞发生质壁分离的原因： 外因：细胞液浓度<外界溶液浓度，细胞失水，出现 现象； 细胞液浓度>外界溶液浓度，细胞吸水，出现 现象。 内因：细胞壁的伸缩性小于 。 a．在一定浓度（溶质不能透过膜）的溶液中只会发生质壁分离现象。 b．在一定浓度（溶质可透过膜）的溶液（如KNO3、乙二醇、甘油等）中可发生 现象。 2.实验过程 （1）实验材料 紫色的洋葱鳞叶、30%蔗糖溶液、蒸馏水、显微镜、目镜测微尺、刀片、镊子、载玻片、盖玻片、滴管、吸水纸等。 （2）实验步骤 （3）实验现象及结论 在显微镜的观察实验中，可以用 的长度与 的长度的比值来表征细胞的吸水和失水程度。外界溶液浓度越高，液泡体积越 ，L2/L1值越 ，质壁分离程度 ，细胞液颜色越 。质壁分离复原则反之。 第2节 酶催化细胞的化学反应 考点1 酶的结构与功能★★★☆☆ 1.酶的本质及生理功能 酶： 产生的具有催化能力的生物大分子。 化学本质 （绝大多数） （少数） 合成原料 合成场所 （合成蛋白质） （主要）细胞核（真核生物） 存在场所 主要在 ，也可存在于细胞外 生理功能 具有 作用 酶活性：将酶催化特定化学反应的能力称为 ，也叫酶活力，可用其在一定条件下催化某一化学反应的速率表示。 2.酶的功能与其分子结构相关 ：酶分子上有与底物结合并起催化作用的空间区域。底物只有与酶的活性中心契合时才能被催化。反应完成后，酶释放出产物，又会接受下一个底物分子进行新一轮反应。 3.酶的特性 （1）酶具有 ①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 ②作用实质：酶和无机催化剂一样，只能缩短到达化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的平衡点。因此，酶不能改变最终生成物的量。 （2）酶具有 ①每一种酶通常只催化一种或一类化学反应。 ②酶A可催化底物水解，酶B则与“无酶”相同，说明酶催化具有专一性。 4.酶抑制剂 有一些物质会对酶产生抑制作用，引起酶的活性降低或丧失，这类物质统称为 。 （A）抑制剂与底物竞争酶的活性中心 （B）抑制剂引起酶活性中心空间结构改变 ①（竞争性）抑制剂与底物竞争酶的活性中心，减少底物与酶的有效结合； ②（非竞争性）抑制剂与酶的其他部位结合，改变了酶的空间结构，使酶的活性中心不能与底物有效结合。 考点2 影响酶活性的因素★★★☆☆ 任何影响底物与酶结合的环境因素都会影响酶活性。其中，温度、pH是最常见的影响因素。 （1）酶的作用需要适宜的 酶通常在其适合的温度时活性最高,低于或高于最适温度,酶活性均会降低。 会破坏酶的空间结构,产生不可逆的变化,使酶活性丧失。低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定。不同种类的生物,其细胞中的酶有各自最适温度。 （2）酶的作用需要适宜的 在最适宜的pH条件下，酶的活性最高； 等条件会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活；环境酸碱度对酶活力影响很大。每一种酶都有其最适的pH范围，与其发挥作用的环境pH一致。 考点3 实验 探究温度对淀粉酶活性的影响★★★☆☆ 1.实验原理 ① 是反映酶功能的重要指标，一般通过测定单位时间内 的减少量或 的增加量来表示。 ②淀粉酶催化淀粉水解产生 ， （主要成分为二硝基水杨酸）与还原糖反应产生颜色变化，还原糖量越多，颜色变化越 。可通过 定量测定颜色变化来测定淀粉酶活性。 2.实验步骤 （1）取5支试管，分别标上A1~A5，各注入0.25%可溶性淀粉溶液 1 mL。 （2）另取5支试管，分别标上B1~B5，各注入0.005% 淀粉酶溶液 1 mL。 （3）取5只烧杯（或恒温水浴锅）标为1~5组，依次设置水温为4℃（冰浴）、室温（记录水温）、45℃、65℃、85℃。 （4）将1~5号的A、B试管分别放置在相应编号的烧杯水浴中保温5 min后，将B试管中的淀粉酶溶液倒入相应编号的A试管，摇匀后继续保温5min。随后，加入1mL5%NaOH溶液终止反应。 （5）另取1支试管，标上A0，加入1mL0.25%可溶性淀粉溶液、1mL蒸馏水和1mL 5% NaOH溶液。分别向A0～A5试管中加入DNS试剂1mL，摇匀后置于85 ℃水浴5min，冷却至室温。观察各试管中的颜色变化并记录。 （6）用分光光度计在540nm处以A0的溶液调零，然后分别测A1～A5试管中溶液的吸光度，记录数据。每个样品重复测三次，取平均值。以温度为横坐标，吸光度为纵坐标进行作图。 3.实验结论 在最适宜的温度下，酶的活性最高；高温会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活；低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定，恢复至适宜温度，酶的活性 恢复。 易错辨析： 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为酶为反应提供能量，或能降低生成物的能量 酶的作用机理是显著降低化学反应所需的活化能。它本身不提供能量，也不改变反应本身的能量变化。它只是为反应提供了一条更容易进行的“捷径”。 酶不供能，只降活化能； 不改始终，只提效率 认为酶在催化一个反应后就被消耗掉或立即被分解了 酶作为生物催化剂，在化学反应前后，其本身的化学性质和数量均不发生变化。它可以被反复利用。 酶是催化剂，反应不消耗；性质永不变，反复利用好 认为酶通常是在低温、低pH条件下进行保存 高温、强酸、强碱会破坏酶的空间结构使其失活，酶通常是在低温、适宜pH条件下进行保存 保存酶，低温是通用法则，pH要因酶而异 第3节 细胞通过分解有机分子获取能量 考点1 ATP是生命活动的直接能源物质★★★☆☆ 1.ATP的结构与功能 （1）结构 ①中文名称： ②结构简式： ，ATP由1个腺苷分子连接3个磷酸基团组成。其中A代表 （腺嘌呤+核糖），T代表三，P代表 ，～代表特殊的化学键。ATP失去末端一个磷酸基团后水解为ADP（腺苷二磷酸），失去末端两个磷酸基团后水解为AMP（腺苷一磷酸）。 （2）功能 ①功能：ATP是生命活动的 。 ②作用方式：ATP普遍存在于细胞中，主要通过 或 ，为生命活动提供能量。 ATP驱动肌细胞收缩示意图 2.ATP与ADP之间的相互转化 细胞内ATP分子的总量是 ，人体细胞内ATP总量只能维持生命活动15s左右。但正常情况下，细胞内的ATP是不会耗尽的：当ATP减少、ADP增加时，细胞通过 有机物，在酶的催化下，通过能量转换，使ADP和Pi重新结合，形成新的ATP。ATP与ADP的相互转换，可源源不断地为生命活动提供直接能源。 项目 ATP形成 ATP水解 反应式 ADP＋Pi＋能量ATP ATPADP＋Pi＋能量 所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶 能量来源 能量去路 储存在ATP中 水解断裂最外侧高能磷酸键，释放能量用于细胞生命活动 反应场所 生物体的需能部位 结论 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ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。 易错辨析： 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为ATP是高能物质，所以储存大量能量 ATP被称为“高能化合物”是因为其分子中的高能磷酸键水解时释放的能量值很高，但这并不意味着细胞中ATP的储存量很大。事实相反：ATP含量少，但ATP与ADP之间的相互转化非常迅速 ATP的价值在于其快速循环，而非大量囤积 认为人在剧烈运动时，骨骼肌细胞合成的ATP远多于水解的ATP 由于ATP在体内含量不高，且ATP与ADP的相互转化时刻处于动态平衡之中，所以人在剧烈运动时，骨骼肌细胞中ATP的含量也不会明显增多或降低。在任何时刻，对于同一个细胞，ATP的合成速率和水解速率都是动态平衡、几乎相等的。 进水（合成）和出水（水解）的速率总是同步变化，以维持水位（ATP含量）稳定 考点2 有氧呼吸和无氧呼吸★★★★☆ 1.细胞呼吸的概念 细胞通过 ，将有机物中的能量换成可供生命活动直接使用的 ，这个过程称为细胞呼吸。 2.细胞呼吸的类型 细胞呼吸的类型： 和 （1）有氧呼吸 化学反应式： 场所 （有氧呼吸的主要场所） 过程 糖酵解 三羧酸循环、电子传递链 产物 能量 少量ATP和热能（大部分以热能的形式散失） 大量ATP和热能（大部分以热能的形式散失） 物质变化 糖酵解： C6H12O62丙酮酸（C3H4O3）+4NADH（还原性辅酶Ⅰ）+少量ATP 三羧酸循环（场所： ）： ①丙酮酸（C3）CO2+乙酰辅酶A（二碳化合物）； ②乙酰辅酶A（二碳化合物）+H2OCO2+NADH+少量能量 总：2丙酮酸（C3H4O3）+6H2O6CO2+20NADH+少量ATP 电子传递链（氧化磷酸化）（场所： ）： 24NADH（H+）+6O2→12H2O+大量ATP 物质转换 葡萄糖被彻底氧化分解为CO2和H2O 能量转换 葡萄糖分子中的化学能最终转化为大量 （2）无氧呼吸 场所 过程 糖酵解 乳酸发酵或酒精发酵 产物 丙酮酸（C3H4O3） CO2和H2O 物质变化 能量转换 大部分储存在 或 中； 释放的能量中大部分以 形式散失，少部分储存在ATP中。 意义 一些动植物细胞和微生物能通过无氧呼吸的方式分解有机物获取能量，以保障短时间缺氧环境下生命活动的进行。 3.有氧呼吸和无氧呼吸的比较 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 反应条件 需要氧气、酶和适宜的温度 不需氧气，需要酶和适宜的温度 场所 细胞质基质（第一阶段） 线粒体（第二阶段） 细胞质基质 分解程度 葡萄糖被彻底分解 葡萄糖分解不彻底 分解产物 CO2、H2O 乳酸或酒精和CO2 能量释放 大量 少量 相 同 点 反应条件 需酶和适宜温度 本质 氧化分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动所需 过程 第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同 意义 为生物体的各项生命活动提供能量 拓展：细胞呼吸的影响因素及其应用 考点3 其他有机物也可被氧化分解★★☆☆☆ 1.脂肪的氧化分解 ①条件：脂肪酸的彻底氧化分解需要在 条件下进行。 ②过程：在酶的作用下，脂肪可被水解为 和 。其中，甘油可转变成 进入糖的氧化分解途径；脂肪酸在酶的作用下逐步氧化分解形成乙酰辅酶A，并进入三羧酸循环被彻底氧化。 2.蛋白质的氧化分解 ①条件：蛋白质需要水解成 才能被氧化分解。当体内糖类供应不足时，氨基酸也可作为能源物质。 ②过程：在酶的作用下，氨基酸脱去 ，剩下的碳链可进入到细胞有氧呼吸的各环节中，氧化分解放出能量；脱下的氨基则被转化成尿素等含氮废物排出体外。 易错辨析 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为真核细胞都进行有氧呼吸 哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和线粒体，只能进行无氧呼吸 “特例记忆法”： 记住一个经典反例：人成熟的红细胞。它是真核细胞，但因为它没有线粒体，所以只能进行无氧呼吸来供能。 认为没有线粒体的细胞一定不能进行有氧呼吸 有些没有线粒体的细胞，含有有氧呼吸有关的酶，也可以进行有氧呼吸 “厨房”与“厨具”比喻法： 真核细胞：有个专门的厨房（线粒体）来做大餐（有氧呼吸）。没有厨房，就没法做。 原核细胞：没有专用厨房，但它把厨具（呼吸酶）直接挂在墙壁（细胞质）上，照样能做菜（进行有氧呼吸）。 认为人体在剧烈运动时所需的能量由乳酸分解提供 人在剧烈运动时，机体细胞仍主要通过有氧呼吸获得能量，无氧呼吸过程中葡萄糖分解为乳酸可产生少量能量，以弥补机体能量供应不足 有氧为主力，无氧来应急；乳酸产能量，只为补差 认为细胞只能氧化分解葡萄糖 糖类、脂肪、蛋白质等有机物都可以作为呼吸底物。它们通过不同的代谢途径，最终都能形成丙酮酸或乙酰辅酶A等中间产物，进入有氧呼吸过程被彻底氧化分解 “中央枢纽”模型法： 把丙酮酸和乙酰辅酶A想象成一个城市的中央交通枢纽。葡萄糖：是直达枢纽的专车。脂肪（先水解为甘油和脂肪酸）、蛋白质（先脱氨基）需要先“换乘”一下，但最终都能到达这个枢纽，然后驶向相同的终点（CO₂ + H₂O +能量） 第4节 叶绿体将光能转换并储存在糖分子中 考点1 叶绿体是植物光合作用场所★★★☆☆ 光合作用主要发生在植物的绿色部位，这些部位的细胞中有 。电子显微镜下可观察到，叶绿体内部有许多单层膜构成的扁平囊状的 ，悬浮在叶绿体的 中。 1.叶绿体是植物光合作用场所 （1） ↓决定 （2）功能：类囊体膜上分布着丰富的与光合作用有关的 和 ，是 的场所。 2.高等植物叶绿体中的色素的种类 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 黄色 最少 最高 最快 橙黄色 较少 较高 较快 蓝绿色 最多 较低 较慢 黄绿色 较多 最低 最慢 3.叶绿体色素吸收光谱 ①叶绿体色素的显著特点是能吸收可见光中特定波长的光：主要集中在 和 区域，几乎不吸收 。不同色素分子吸收的光的波长有差异。 ②叶绿素主要吸收 ，类胡萝卜素主要吸收 。 ③在自然界中，晴天的直射光中红橙光的比例高，阴天的散射光中蓝紫光比例高。 考点2 叶绿体色素的提取分离及叶绿素含量的测定★★★☆☆ 1.提取绿叶中的色素 （1）实验原理：叶绿体色素分布于类囊体膜，具有亲脂性，能溶于 ，可用 或 将它们从叶片中提取出来。 （2）实验步骤 ①叶片匀浆：称取1g经干燥处理的叶片，剪碎后放入研钵中，加6mL95%乙醇（溶解色素），研磨成匀浆。 ②过滤：漏斗内放置滤纸或底部放一层脱脂棉，将上述叶片匀浆液倒入玻璃漏斗过滤，并将过滤液收集到一个小试管中，得到色素提取液，封口膜封住试管口备用（因为乙醇的挥发性较强）。 2．分离绿叶中的色素 （1）实验原理：不同色素在有机溶剂中的 不同，在吸附载体上的吸附能力不同，因此，不同色素随着有机溶剂在吸附载体上 也就不同，这样就可将它们彼此分离。这种方法称为 。（距离滤液细线最远的色素，在层析液中的溶解度最高；距离滤液细线最近的色素，在层析液中的溶解度最低；最宽的色素带色素含量最高，最窄的色素带色素含量最低） （2）实验步骤 ①层析薄膜准备：将层析用的聚酰胺薄膜剪成2cm×8cm的长条。 ②点样：用玻璃毛细管取色素提取液，于距层析薄膜底边1.5cm处划线（画细而直线，为了保证同一起点），晾干（为了防止湿的时候一次次重复会晕开）。重复点样3～5次（如果滤液不足，色素带颜色较淡，不能保证实验效果）。 ③层析：在烧杯中加入适量 作为层析液，薄膜的点样端朝下放入层析液中，注意点样线不能进入或接触到层析液（如果没过，色素就会直接溶解在烧杯中，薄膜上得不到色素带）。用培养皿盖住烧杯，进行层析。 ④观察和记录：持续观察色素在薄膜上的分离现象，直至各色素带的相对位置不变后，取出晾干。记录薄膜上各色素带的颜色和位置。 3.叶绿素含量的测定 （1）实验原理：叶绿素具有特定的吸收波长，且吸光度值与叶绿素a、叶绿素b的含量有关。分别测定叶绿素在649nm和665nm处的吸光度，根据相关公式，可计算出其含量。 （2）实验步骤 ①提取色素：小组内分工选取经干燥处理过的同种植物不同部位的叶片（成熟或幼嫩），加等量95%乙醇研磨后过滤，获取色素提取液。 ②稀释色素：将色素提取液用95%乙醇稀释到合适倍数（N），摇匀，备用。 ③测定吸光度：以95%乙醇为对照调零，在分光光度计中分别测定各部位色素提取液在665 nm、649 nm波长处的吸光度（A），分别记为A665nm和A649nm。 ④数据处理:按以下公式计算各部位色素稀释液中的叶绿素a、叶绿素b浓度和总叶绿素浓度。叶绿素a浓度（mg/L） =13.70A665nm - 5.76A649nm；叶绿素b浓度（mg/L） =25.80A649nm-7.60A665nm；总叶绿素浓度（mg/L）=叶绿素a浓度+叶绿素b浓度。 实验出现异常现象的原因分析 考点3 光合作用是物质和能量的转换和过程★★★★☆ 1.定义：光合作用是植物细胞叶绿体将太阳能转换成化学能、将CO2和H2O变为糖和O2的过程。 2.化学式： 3.光合作用过程 比较项目 光反应阶段 碳反应阶段 过程 区别 反应场所 叶绿体的 上 叶绿体的 中 反应速度 较快 较缓慢 光的关系 必须在光下进行 不需要叶绿素和光，需要多种酶 物质变化 能量变化 转换成ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH分子中 转换成糖分子中 联系 光合作用的两个阶段之间不仅会相互促进，也会相互制约。 ①光反应是碳反应的基础，光反应为碳反应提供NADPH和ATP（ATP从类囊体膜移向叶绿体基质）；碳反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋（ADP从叶绿体基质移向类囊体膜）； ②光反应减慢，提供的ATP和NADPH减少，碳反应中固定CO2的速率也会随之降低。如果CO2供应量减少，ATP 和NADPH 消耗降低，可提供给光反应的ADP 和NADP+不足，同样制约光反应进行的速率。可见，二者相互制约； ③光合作用的光反应阶段产生的ATP只能用于碳反应，不用于其他生命活动过程。 4.C3和C5含量变化 条件 光照由强到弱 CO2供应不变 光照由弱到强 CO2供应不变 CO2供应由充足到不足，关照不变 CO2供应由不足到充足，关照不变 C3含量 增加 减少 减少 增加 C5含量 减少 增加 增加 减少 NADPH和ATP 减少或没有 增加 增加 减少 （CH2O）的合成量 减少 增加 减少 增加 拓展——光合作用研究历程 考点4 光合作用受环境因素影响★★★★☆ 1.光合作用的强度（又称光合速率） （1）定义：单位面积叶片在单位时间内进行光合作用释放的O2量或消耗的CO2量来表示，植物的光合速率不仅受内在因素的控制，还受多种环境因素的影响。 （2）辨析总光合速率和净光合速率 真正（实际或者总）光合速率＝ ＋ 项目 表示方法（单位：g·cm－2·h－1） 呼吸速率 线粒体释放CO2量（m1）；黑暗条件下细胞（植物体）释放CO2量 线粒体吸收O2量（n1）；黑暗条件下细胞（植物体）吸收O2量 有机物（葡萄糖）消耗量 净光合速率 细胞（植物体）从外界吸收的CO2量（m2） 细胞（植物体）释放到外界的O2量（n2） 植物（叶片）积累的有机物（葡萄糖）量 真正光合速率 叶绿体利用、固定/消耗CO2量m3或（m1＋m2） 叶绿体产生、释放O2量n3或（n1＋n2） 植物（叶绿体）光合作用产生/实际制造的有机物（葡萄糖）量 植物绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。 2.影响光合作用强度的因素 （1）环境因素（外因） ① 原理：光照强度通过影响植物的 反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速率 ，产生的NADPH和ATP增多，使碳反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。 总光合项目 生理过程 气体交换 生理状态模型 A点 只进行 吸收O2、释放CO2 AB段 呼吸作用＞光合作用 （净光合速率＜0） 吸收O2、释放CO2 B点 呼吸作用=光合作用 （净光合速率=0） 不与外界进行气体交换 B点以后 呼吸作用＜光合作用（净光合速率＞0） 吸收CO2、释放O2 C点 随光照强度增加，光合速率不再增大。限制因素：CO2浓度，酶，色素等。 应用 温室大棚中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。 a.光补偿点和光饱和点的移动 环境变化 光补偿点 光饱和点 适当增大CO2浓度 适当减小CO2浓度 土壤缺Mg2+ b.应用：温室大棚中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。 1）阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾。 2）阴生植物的光补偿点（光合速率等于呼吸速率时的光照强度）和光饱和点（光合速率最大时所对应的最小光照强度）一般都比阳生植物低，注意间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置。（光补偿点越低越适应弱光） ② 原理：CO2影响 反应阶段，制约 的形成。 分析 图1 A点表示CO2补偿点； 此点植物代谢特点：光合速率=细胞呼吸速率 图2 A'点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度； B点和B'点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。 应用 在人工温室栽培时补充室内CO2的浓度，可使一些作物生长加快，增产效果明显。 ③温度 原理：温度主要影响 和 。热带、温带和寒带植物都有各自适合生存的温度范围，低于或高于这个范围，光合作用效率降低。不同地区植物光合作用的适合温度范围有所差异。 ④水和无机盐 原理：水是光合作用的原料，缺水会导致光合作用速率的减慢甚至停止。许多陆生植物叶片表面有厚的蜡质层，还有一些植物在中午阳光直射时会关闭气孔，从而减少水分蒸腾。 无机盐：缺镁叶绿素的形成，影响光反应，缺氮、缺磷（ATP、NADPH不能合成），所以都会影响光合作用。 应用：施肥的同时，往往适当浇水，小麦的光合速率会更大，此时浇水的原因是肥料中的矿质元素只有溶解在水中，以离子形式存在，才能被作物根系吸收。同时可以保证小麦吸收充足的水分，保证叶肉细胞中CO2的供应。 ⑤光质 原理：光合作用强度与光质（不同波长的光）有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合作用效率是不同的。白光为复合光，光合作用能力最强。红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。 应用：无色透明的塑料薄膜，日光中各色光均能透过，有色塑料薄膜主要透过同色光，所以温室大棚用无色塑料薄膜最有效。叶绿素对绿光吸收最少，因此温室大棚用绿色塑料薄膜，植物的光合效率最低。 （2）影响因素-内因 ①与植物自身的遗传特性有关，以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。 ②植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 注：影响叶绿素合成的因素还有光照、温度和矿质元素等。 ③叶面积指数 易错辨析： 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为光合作用所需的所有色素和酶都均匀分布在叶绿体的类囊体和基质中 光反应的色素和酶全在类囊体膜上；碳反应的酶全在基质中，基质无色素 色素酶，不混搭，光在膜上暗在基质 认为碳反应完全不需要光 碳反应指不直接需光，但需光反应提供的ATP和[H]，故间接依赖光，一旦光停止，光反应很快停止，[H]和ATP被消耗完后，暗反应也随之停止 “断电停产”：光反应是电厂，暗反应是工厂。电厂停工（无光），工厂就停产 认为整株植物处于光补偿点时，叶肉细胞的光合作用强度和细胞呼吸强度相等 光补偿点是指整株植物的净光合速率为零时的光照强度。此时，整株植物的光合作用总量=呼吸作用总量，有机物“收支平衡”，没有积累。 但这不等于每个细胞的光合和呼吸都相等。植物体存在非光合作用的细胞（如根细胞、茎的导管筛管细胞等），它们只进行呼吸作用消耗有机物。因此，为了弥补这些非光合细胞的消耗，叶肉细胞的实际光合作用强度必须大于它自身的呼吸强度。叶肉细胞制造出的有机物，一部分用于满足自身的呼吸消耗，多余的部分则被运输到非光合部位去满足它们的呼吸消耗。 “家庭收支”：叶肉细胞（赚钱的大人）挣的钱要cover自己和非光合细胞（花钱的孩子）的开销 一、前沿科学动态 1.病原体“窃取”宿主ATP的机制: 2025年3月，中国科学家团队在《细胞》发表论文，解析了病原体（如沙眼衣原体）和植物叶绿体中 ATP/ADP运输蛋白（NTT） 的三维结构。这类蛋白能精准地将宿主细胞的ATP“偷运”到自身内部，并将其水解产物ADP和Pi运回宿主，实现能量的“空手套白狼”。 考点预测：以NTT蛋白为背景，考查载体蛋白的特异性（识别ATP/ADP）、主动运输的方向（逆浓度梯度）和能量来源（间接利用宿主ATP）。 2.活体实时ATP成像技术（AVID小鼠模型）：研究人员开发了转基因AVID小鼠模型，实现了在活体动物中从全身到细胞器的多尺度实时ATP成像，揭示了在心肌梗死等状态下，不同器官ATP耗竭存在时空动态异质性。 考点预测：给出AVID小鼠在不同器官ATP荧光成像图，分析心肌梗死后能量代谢变化，联系有氧呼吸过程受阻。 3.颗石藻高效捕光超复合物结构解析：2025年9月，中国科学家解析了海洋浮游植物——颗石藻中光系统I-岩藻黄素叶绿素a/c结合蛋白（PSI-FCPI）超级复合物的结构。该复合物捕光面积是典型陆地植物的4-5倍，且能高效吸收深海蓝绿光，光能转化效率超过95%，为人工模拟光合作用提供了蓝图。 考点预测：给出颗石藻PSI-FCPI的结构模式图，考查光合色素的种类、功能及光反应阶段的能量转换（光能→电能→活跃化学能） 二、热点问题 1.靶向药物递送系统： 基于脂质体（类似人工生物膜）的药物递送系统（如mRNA疫苗）是当下的绝对热点。其核心是解决药物如何跨膜进入特定细胞的问题，涉及胞吞、膜融合等过程。 考点预测：给出脂质体药物递送示意图，分析药物进入细胞的方式（胞吞），并解释其优势（减少副作用、靶向性强）。 2.酶的分子设计与改造：利用人工智能（AI）预测蛋白质结构（如AlphaFold3），从头设计具有特定功能的高活性酶，用于生物制造、疾病治疗等领域。 考点预测：以AI设计酶为情境，考查酶的特性（专一性、作用条件温和），并联系蛋白质的结构与功能关系。 3.碳中和与碳循环：光合作用是最大的碳汇。如何提高作物、海洋藻类的光合效率以固定更多CO₂，是实现“双碳”目标的核心生物学问题。 考点预测：结合“碳中和”，要求从生物学角度提出增加碳固定的措施（如培育高光效作物），并分析其原理（提高Rubisco酶活性、抑制光呼吸等）。 1.细胞膜在细胞的生命活动中发挥着极其重要的作用。图1为细胞膜所发生的部分生理过程。图2为正在发生质壁分离现象的细胞，请回答下列问题（［ ］填字母，横线写出物质名称）： （1）图1体现细胞膜的功能特点是___（单选）。 A．具有一定的流动性 B．选择透过性 C．控制物质交换 D．信息交流 （2）如果将图1所示细胞放在无法呼吸作用（无能量产生）的环境中，图中葡萄糖和乳酸的运输方式___受到影响（单选）。 A．都会 B．葡萄糖不会，乳酸会 C．都不会 D．葡萄糖会，乳酸不会 （3）图2中含水量最多的部分是___（A．a/B．b）（单选）。 （4）图2中b所含的水是___（A．自由水/B．结合水）（单选）。 （5）图2中当外界溶液___（大于/小于）细胞液浓度时，便会发生___现象，且外界溶液浓度越大，程度越___（大/小）。 （6）葡萄糖进入红细胞的运输方式是___（单选） A．主动运输 B．协助扩散 C．自由扩散 D．胞吞 （7）新生儿小肠上皮细胞通过消耗ATP，可以直接吸收母乳中的免疫球蛋白和半乳糖。这两种物质分别被吸收到血液中的方式是___（单选）。 A．主动运输、主动运输 B．胞吞、主动运输 C．主动运输、胞吞 D．被动运输、主动运输 2．α-淀粉酶是一种与糖、脂代谢密切相关的酶，图1显示了α-淀粉酶催化底物水解过程。抑制α-淀粉酶的活性能有效阻止食物中碳水化合物在机体内的消化和水解，从而减少糖分的摄入，控制血糖升高。 （1）上图中字母 B 和 D 分别代表（ ） A．淀粉；麦芽糖 B．淀粉； 葡萄糖 C．α-淀粉酶；麦芽糖 D．α-淀粉酶；葡萄糖 （2）图2中对α-淀粉酶催化效果最佳的pH是（ ） A．3．0 B．5．6 C．6．4 D．7．2 （3）研究表明刺梨多糖可以抑制α-淀粉酶的活性。科学家发现刺梨多与底物结构并不相似，也不与底物竞争结合α-淀粉酶的活性中心，而是与酶的活性位点以外的基团结合，使酶分子形状发生变化，从而降低酶的活性，属于 （竞争性/非竞争性）抑制。 3．天南星科臭菘是一种在早春开花并依靠蝇类昆虫传粉的植物，花朵盛开时肉穗花序温度高于环境温度10℃以上，甚至能把四周的冰雪溶解。图1是发生在臭菘叶片中的某生理过程示意图。 （1）图1中能产生ATP的过程是_____。 A．① B．② C．③ D．④ （2）ATP的化学简式为_____。 A．A-T-P~P~P B．A-P~P~P C．A~P~P~P D．A-P-P-P （3）图1中物质B是 （写中文名称），物质C是 （写中文名称）。 （4）天南星科植物可以耐受水培，而很多其他的陆生植物在水培时常常出现烂根。烂根现象的原因可能是 。 （5）与葡萄糖代谢比较，氨基酸分解代谢途径的特有步骤是______。 A．糖酵解 B．脱氨基作用 C．电子传递链 D．转氨基作用 研究发现，臭菘开花时其肉穗花序采用另一种独特的交替氧化酶代谢途径产热。图2为臭菘花序中电子传递链机理图。交替氧化酶代谢途径需要交替氧化酶（AOX）的参与。 （6）交替氧化酶AOX的化学本质是 ，提高花序中AOX酶活性的措施有 。 （7）图2中的电子传递链发生于 ，此处的膜面积大大增加的意义是 。 （8）研究发现，在臭菘的花蕾期，电子传递的主要路径是NADH→复合物I→Ⅲ→IV→O2。在开花期，交替氧化酶途径被激活，该途径中电子传递的路径是NADH→复合物I→AOX→O2。请结合题干和所学知识，解释臭菘在开花期产热的机理及生理意义： 。 4．氮是叶绿素的重要组成元素，科研工作者对某小麦品种施加不同的供氮量处理，实验结果如下表。 组别 氮浓度（mmol/L） 比叶氮 （g/m2） 叶绿素含量 （mg/dm2） 叶绿体CO2浓度 （μmol/mol） 净光合速率 （μmol/m2/s） 低氮 0.2 0.5 1.6 75 9 中氮 2 0.95 2.8 125 15 高氮 20 1.1 3.0 80 ？ 注：比叶氮表示单位叶面积的氮素的含量 （1）小麦叶肉细胞中发生的物质变化有 （编号选填），能量变化分别有 （编号选填）。叶绿素参与的过程是 （编号选填）。 ①CO2→C3②C3→C6③C6→丙酮酸④丙酮酸→CO2⑤NADP+→NADPH⑥光能→活跃的化学能⑦活跃的化学能→稳定的化学能⑧稳定的化学能→活跃的化学能⑨活跃的化学能→光能 （2）研究显示，光合色素在不同的光波长下会出现不同的吸收率，如图。用分光光度法定量测定小麦的叶绿素含量，分光光度计的波长应设定在 nm（编号选填）。 ①430        ②450        ③480        ④649        ⑤665 （3）氮素被小麦吸收后，除了可以用于叶绿素的合成，还可以用于合成的物质有_________。 A．蛋白质 B．磷脂 C．葡萄糖 D．核酸 （4）相对于低氮组，中氮组的小麦叶片的净光合速率显著提高，出现该现象的原因可能是中氮组小麦________。 A．叶绿素合成增加 B．光合作用酶的活性增强 C．比叶氮的量增加 D．叶绿体CO2浓度增加 小麦光合系统中的氮素分配受供氮量等因素的影响，研究人员对叶片光合系统中氮素的含量及分配进行了检测，结果如图。 注：叶片氮素可分为光合氮素和非光合氮素；前者包括捕光氮素和羧化氮素 （5）据表和图推测，高氮组的净光合速率与低氮组和中氮组的大小关系是 ，请说明理由 。 学科网（北京）股份有限公司第1页共14页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4章 细胞的代谢（知识清单） 学习导航站 知识主脉络：可视化思维导图，建立知识框架 核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、陷阱规避 第1节 细胞通过质膜与外界进行物质交换（2个考点+1个易错辨析） 考点1 细胞质膜具有选择透过性★★★☆☆ 考点2 实验 观察外界溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响★★★☆☆ 第2节 酶催化细胞的化学反应（2个考点+1个易错辨析） 考点1 酶的结构与功能★★★☆☆ 考点2 影响酶活性的因素★★★☆☆ 考点3 实验 探究温度对淀粉酶活性的影响★★★☆☆ 第3节 细胞通过分解有机分子获取能量（3个考点+2个易错辨析） 考点1 ATP是生命活动的直接能源物质★★★☆☆ 考点2 有氧呼吸和无氧呼吸★★★★☆ 考点3 其他有机物也可被氧化分解★★☆☆☆ 第4节 叶绿体将光能转换并储存在糖分子中（3个考点+1个易错辨析） 考点1 叶绿体是植物光合作用场所★★★☆☆ 考点2 叶绿体色素的提取分离及叶绿素含量的测定★★★☆☆ 考点3 光合作用是物质和能量的转换和过程★★★★☆ 考点4 光合作用受环境因素影响★★★★☆ 素养加油站：跨学科内容与热点问题分析、聚焦考点预测 方法储备库：高频考点，方法归纳 第1节 细胞通过质膜与外界进行物质交换 考点1 细胞质膜具有选择透过性★★★☆☆ 1.细胞质膜的结构特点决定其具有选择透过性 磷脂双分子层对物质的通透性不同 ①N2、O2、CO2等疏水性小分子物质容易从磷脂分子间透过； ②乙醇、甘油等亲水性小分子以及水也可以透过； ③氨基酸、葡萄糖等亲水性有机分子和离子均被阻挡（要借助质膜上的转运蛋白才能穿过细胞质膜）。 2.小分子物质经被动运输或主动运输进出细胞 运输方式 被动运输 主动运输 自由扩散 协助扩散 示意图 运输方向 高浓度→低浓度 低浓度→高浓度 是否需要转运蛋白 不需要 需要 需要 是否消耗能量 不消耗 消耗 影响因素 浓度差 浓度差、载体蛋白数量 载体蛋白的种类和数量、O2浓度 实例 ①气体：O2、CO2、NH3等； ②乙醇、苯等脂溶性的小分子有机物； ③少部分水（通过由于磷脂分子运动而产生的间隙） ①葡萄糖、氨基酸以及一些离子等；葡萄糖进入红细胞、肌细胞； ②大部分水（细胞膜上存在水通道蛋白，水分子可以通过通道蛋白通过细胞膜） K+、Ca2+、Na+等离子通过细胞； 人的红细胞吸收葡萄糖。 渗透现象：水分子以被动运输的方式透过质膜，从溶液浓度低的一侧（水分子多）渗入到溶液浓度高的的一侧（水分子少），这一现象称为渗透。 渗透作用条件：①具有半透膜；②半透膜两侧的溶液存在浓度差 易错辨析 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为所有离子运输都是主动运输 不一定。离子也可以通过通道蛋白进行协助扩散（顺浓度梯度，不耗能）。例如：静息状态下神经细胞的K⁺外流和受到刺激后Na⁺的内流。 “三看”（浓度、载体、能量） 牢记三看法则。如果是顺浓度梯度且不耗能，即使运输的是离子，也是协助扩散。只有逆浓度梯度的离子运输（如Na⁺-K⁺泵）才是主动运输。 认为水仅通过自由扩散进出细胞 水分子可以以自由扩散方式通过膜，但同时也可以通过水通道蛋白进行协助扩散。后者速度更快，是某些细胞（如肾小管、集合管上皮细胞）重吸收水的主要方式。 水走两条路 混淆“载体蛋白”和“通道蛋白” 两者都属于膜蛋白，都协助物质运输，但机制不同： 载体蛋白：像“摆渡船”，与特定物质结合后自身构象发生改变，将其运到膜另一侧。可进行主动运输和协助扩散。 通道蛋白：像“门廊”，形成亲水通道，允许特定大小的离子或分子快速通过。只进行协助扩散。 对比记忆： 载体蛋白：有构象变化、速度慢、有选择性。 通道蛋白：无构象变化、速度快、有大小和电荷选择性。 3.大分子物质通过胞吞和胞吐进出细胞 方式 胞吞 胞吐 示意图 运输方向 细胞外→细胞内 细胞内→细胞外 是否需要转运蛋白 —— —— 是否消耗能量 消耗 消耗 实例 ①变形虫等单细胞生物从外界环境中摄取食物；②白细胞吞噬入侵的细菌和病毒,细胞从血液中吸收脂蛋白 胰岛素、消化酶、抗体的分泌 特别提醒 1.胞吞过程需要某些特定的膜蛋白的作用，但是不需要转运蛋白的作用，消耗细胞呼吸所释放的能量。 2.胞吐不是只能运输大分子物质，也可以运输小分子物质，如神经递质。 3.被动运输和主动运输主要体现了膜的选择透过性，胞吞、胞吐主要体现了膜的流动性。 考点2 观察外界溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响★★★☆☆ 1.实验原理 当植物细胞失去水分时，液泡体积减小，原生质体（植物细胞脱去细胞壁的部分）变形，而细胞壁伸缩性较弱，部分区域的细胞质膜与细胞壁脱离，即发生质壁分离。原生质体的体积变化可以作为判断植物细胞内水分变化的标志。 成熟植物细胞发生质壁分离的原因： 外因：细胞液浓度<外界溶液浓度，细胞失水，出现质壁分离现象； 细胞液浓度>外界溶液浓度，细胞吸水，出现质壁分离复原现象。 内因：细胞壁的伸缩性小于原生质体。 a．在一定浓度（溶质不能透过膜）的溶液中只会发生质壁分离现象。 b．在一定浓度（溶质可透过膜）的溶液（如KNO3、乙二醇、甘油等）中可发生质壁分离后自动复原现象。 2.实验过程 （1）实验材料 紫色的洋葱鳞叶、30%蔗糖溶液、蒸馏水、显微镜、目镜测微尺、刀片、镊子、载玻片、盖玻片、滴管、吸水纸等。 （2）实验步骤 （3）实验现象及结论 在显微镜的观察实验中，可以用细胞的长度与原生质体的长度的比值来表征细胞的吸水和失水程度。外界溶液浓度越高，液泡体积越小，L2/L1值越大，质壁分离程度大，细胞液颜色越深。质壁分离复原则反之。 第2节 酶催化细胞的化学反应 考点1 酶的结构与功能★★★☆☆ 1.酶的本质及生理功能 酶：活细胞产生的具有催化能力的生物大分子。 化学本质 （绝大多数）蛋白质 （少数）RNA 合成原料 氨基酸 核糖核苷酸 合成场所 核糖体（合成蛋白质） （主要）细胞核（真核生物） 存在场所 主要在细胞内，也可存在于细胞外 生理功能 具有催化作用 酶活性：将酶催化特定化学反应的能力称为酶活性，也叫酶活力，可用其在一定条件下催化某一化学反应的速率表示。 2.酶的功能与其分子结构相关 活性中心：酶分子上有与底物结合并起催化作用的空间区域。底物只有与酶的活性中心契合时才能被催化。反应完成后，酶释放出产物，又会接受下一个底物分子进行新一轮反应。 3.酶的特性 （1）酶具有高效性 ①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 ②作用实质：酶和无机催化剂一样，只能缩短到达化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的平衡点。因此，酶不能改变最终生成物的量。 （2）酶具有专一性 ①每一种酶通常只催化一种或一类化学反应。 ②酶A可催化底物水解，酶B则与“无酶”相同，说明酶催化具有专一性。 4.酶抑制剂 有一些物质会对酶产生抑制作用，引起酶的活性降低或丧失，这类物质统称为酶抑制剂。 （A）抑制剂与底物竞争酶的活性中心 （B）抑制剂引起酶活性中心空间结构改变 ①（竞争性）抑制剂与底物竞争酶的活性中心，减少底物与酶的有效结合； ②（非竞争性）抑制剂与酶的其他部位结合，改变了酶的空间结构，使酶的活性中心不能与底物有效结合。 考点2 影响酶活性的因素★★★☆☆ 任何影响底物与酶结合的环境因素都会影响酶活性。其中，温度、pH是最常见的影响因素。 （1）酶的作用需要适宜的温度 酶通常在其适合的温度时活性最高,低于或高于最适温度,酶活性均会降低。高温会破坏酶的空间结构,产生不可逆的变化,使酶活性丧失。低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定。不同种类的生物,其细胞中的酶有各自最适温度。 （2）酶的作用需要适宜的pH 在最适宜的pH条件下，酶的活性最高；过酸、过碱等条件会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活；环境酸碱度对酶活力影响很大。每一种酶都有其最适的pH范围，与其发挥作用的环境pH一致。 考点3 实验 探究温度对淀粉酶活性的影响★★★☆☆ 1.实验原理 ①酶活性是反映酶功能的重要指标，一般通过测定单位时间内底物的减少量或产物的增加量来表示。 ②淀粉酶催化淀粉水解产生还原糖，DNS试剂（主要成分为二硝基水杨酸）与还原糖反应产生颜色变化，还原糖量越多，颜色变化越大。可通过分光光度法定量测定颜色变化来测定淀粉酶活性。 2.实验步骤 （1）取5支试管，分别标上A1~A5，各注入0.25%可溶性淀粉溶液 1 mL。 （2）另取5支试管，分别标上B1~B5，各注入0.005% 淀粉酶溶液 1 mL。 （3）取5只烧杯（或恒温水浴锅）标为1~5组，依次设置水温为4℃（冰浴）、室温（记录水温）、45℃、65℃、85℃。 （4）将1~5号的A、B试管分别放置在相应编号的烧杯水浴中保温5 min后，将B试管中的淀粉酶溶液倒入相应编号的A试管，摇匀后继续保温5min。随后，加入1mL5%NaOH溶液终止反应。 （5）另取1支试管，标上A0，加入1mL0.25%可溶性淀粉溶液、1mL蒸馏水和1mL 5% NaOH溶液。分别向A0～A5试管中加入DNS试剂1mL，摇匀后置于85 ℃水浴5min，冷却至室温。观察各试管中的颜色变化并记录。 （6）用分光光度计在540nm处以A0的溶液调零，然后分别测A1～A5试管中溶液的吸光度，记录数据。每个样品重复测三次，取平均值。以温度为横坐标，吸光度为纵坐标进行作图。 3.实验结论 在最适宜的温度下，酶的活性最高；高温会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活；低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定，恢复至适宜温度，酶的活性可恢复。 易错辨析： 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为酶为反应提供能量，或能降低生成物的能量 酶的作用机理是显著降低化学反应所需的活化能。它本身不提供能量，也不改变反应本身的能量变化。它只是为反应提供了一条更容易进行的“捷径”。 酶不供能，只降活化能； 不改始终，只提效率 认为酶在催化一个反应后就被消耗掉或立即被分解了 酶作为生物催化剂，在化学反应前后，其本身的化学性质和数量均不发生变化。它可以被反复利用。 酶是催化剂，反应不消耗；性质永不变，反复利用好 认为酶通常是在低温、低pH条件下进行保存 高温、强酸、强碱会破坏酶的空间结构使其失活，酶通常是在低温、适宜pH条件下进行保存 保存酶，低温是通用法则，pH要因酶而异 第3节 细胞通过分解有机分子获取能量 考点1 ATP是生命活动的直接能源物质★★★☆☆ 1.ATP的结构与功能 （1）结构 ①中文名称：腺苷三磷酸 ②结构简式：A—P～P～P，ATP由1个腺苷分子连接3个磷酸基团组成。其中A代表腺苷（腺嘌呤+核糖），T代表三，P代表磷酸基团，～代表特殊的化学键。ATP失去末端一个磷酸基团后水解为ADP（腺苷二磷酸），失去末端两个磷酸基团后水解为AMP（腺苷一磷酸）。 （2）功能 ①功能：ATP是生命活动的直接能源物质。 ②作用方式：ATP普遍存在于细胞中，主要通过含磷基团转移到目标分子上或水解，为生命活动提供能量。 ATP驱动肌细胞收缩示意图 2.ATP与ADP之间的相互转化 细胞内ATP分子的总量是有限的，人体细胞内ATP总量只能维持生命活动15s左右。但正常情况下，细胞内的ATP是不会耗尽的：当ATP减少、ADP增加时，细胞通过氧化分解有机物，在酶的催化下，通过能量转换，使ADP和Pi重新结合，形成新的ATP。ATP与ADP的相互转换，可源源不断地为生命活动提供直接能源。 项目 ATP形成 ATP水解 反应式 ADP＋Pi＋能量ATP ATPADP＋Pi＋能量 所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶 能量来源 光合作用（光能）、细胞呼吸（有机物中的化学能） 储存在特殊化学键中的能量 能量去路 储存在ATP中 水解断裂最外侧高能磷酸键，释放能量用于细胞生命活动 反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位 结论 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ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。 易错辨析： 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为ATP是高能物质，所以储存大量能量 ATP被称为“高能化合物”是因为其分子中的高能磷酸键水解时释放的能量值很高，但这并不意味着细胞中ATP的储存量很大。事实相反：ATP含量少，但ATP与ADP之间的相互转化非常迅速 ATP的价值在于其快速循环，而非大量囤积 认为人在剧烈运动时，骨骼肌细胞合成的ATP远多于水解的ATP 由于ATP在体内含量不高，且ATP与ADP的相互转化时刻处于动态平衡之中，所以人在剧烈运动时，骨骼肌细胞中ATP的含量也不会明显增多或降低。在任何时刻，对于同一个细胞，ATP的合成速率和水解速率都是动态平衡、几乎相等的。 进水（合成）和出水（水解）的速率总是同步变化，以维持水位（ATP含量）稳定 考点2 有氧呼吸和无氧呼吸★★★★☆ 1.细胞呼吸的概念 细胞通过氧化分解有机物，将有机物中的能量换成可供生命活动直接使用的ATP，这个过程称为细胞呼吸。 2.细胞呼吸的类型 细胞呼吸的类型：有氧呼吸和无氧呼吸 （1）有氧呼吸 化学反应式： 场所 细胞质基质 线粒体（有氧呼吸的主要场所） 过程 糖酵解 三羧酸循环、电子传递链 产物 丙酮酸（C3H4O3） CO2和H2O 能量 少量ATP和热能（大部分以热能的形式散失） 大量ATP和热能（大部分以热能的形式散失） 物质变化 糖酵解： C6H12O62丙酮酸（C3H4O3）+4NADH（还原性辅酶Ⅰ）+少量ATP 三羧酸循环（场所：线粒体基质）： ①丙酮酸（C3）CO2+乙酰辅酶A（二碳化合物）； ②乙酰辅酶A（二碳化合物）+H2OCO2+NADH+少量能量 总：2丙酮酸（C3H4O3）+6H2O6CO2+20NADH+少量ATP 电子传递链（氧化磷酸化）（场所：线粒体内膜）： 24NADH（H+）+6O2→12H2O+大量ATP 物质转换 葡萄糖被彻底氧化分解为CO2和H2O 能量转换 葡萄糖分子中的化学能最终转化为大量ATP和热能 （2）无氧呼吸 场所 细胞质基质 过程 糖酵解 乳酸发酵或酒精发酵 产物 丙酮酸（C3H4O3） CO2和H2O 物质变化 能量转换 大部分储存在酒精或乳酸中； 释放的能量中大部分以热能形式散失，少部分储存在ATP中。 意义 一些动植物细胞和微生物能通过无氧呼吸的方式分解有机物获取能量，以保障短时间缺氧环境下生命活动的进行。 3.有氧呼吸和无氧呼吸的比较 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 反应条件 需要氧气、酶和适宜的温度 不需氧气，需要酶和适宜的温度 场所 细胞质基质（第一阶段） 线粒体（第二阶段） 细胞质基质 分解程度 葡萄糖被彻底分解 葡萄糖分解不彻底 分解产物 CO2、H2O 乳酸或酒精和CO2 能量释放 大量 少量 相 同 点 反应条件 需酶和适宜温度 本质 氧化分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动所需 过程 第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同 意义 为生物体的各项生命活动提供能量 拓展：细胞呼吸的影响因素及其应用 考点3 其他有机物也可被氧化分解★★☆☆☆ 1.脂肪的氧化分解 ①条件：脂肪酸的彻底氧化分解需要在有氧条件下进行。 ②过程：在酶的作用下，脂肪可被水解为甘油和脂肪酸。其中，甘油可转变成丙酮酸进入糖的氧化分解途径；脂肪酸在酶的作用下逐步氧化分解形成乙酰辅酶A，并进入三羧酸循环被彻底氧化。 2.蛋白质的氧化分解 ①条件：蛋白质需要水解成氨基酸才能被氧化分解。当体内糖类供应不足时，氨基酸也可作为能源物质。 ②过程：在酶的作用下，氨基酸脱去氨基，剩下的碳链可进入到细胞有氧呼吸的各环节中，氧化分解放出能量；脱下的氨基则被转化成尿素等含氮废物排出体外。 易错辨析 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为真核细胞都进行有氧呼吸 哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和线粒体，只能进行无氧呼吸 “特例记忆法”： 记住一个经典反例：人成熟的红细胞。它是真核细胞，但因为它没有线粒体，所以只能进行无氧呼吸来供能。 认为没有线粒体的细胞一定不能进行有氧呼吸 有些没有线粒体的细胞，含有有氧呼吸有关的酶，也可以进行有氧呼吸 “厨房”与“厨具”比喻法： 真核细胞：有个专门的厨房（线粒体）来做大餐（有氧呼吸）。没有厨房，就没法做。 原核细胞：没有专用厨房，但它把厨具（呼吸酶）直接挂在墙壁（细胞质）上，照样能做菜（进行有氧呼吸）。 认为人体在剧烈运动时所需的能量由乳酸分解提供 人在剧烈运动时，机体细胞仍主要通过有氧呼吸获得能量，无氧呼吸过程中葡萄糖分解为乳酸可产生少量能量，以弥补机体能量供应不足 有氧为主力，无氧来应急；乳酸产能量，只为补差 认为细胞只能氧化分解葡萄糖 糖类、脂肪、蛋白质等有机物都可以作为呼吸底物。它们通过不同的代谢途径，最终都能形成丙酮酸或乙酰辅酶A等中间产物，进入有氧呼吸过程被彻底氧化分解 “中央枢纽”模型法： 把丙酮酸和乙酰辅酶A想象成一个城市的中央交通枢纽。葡萄糖：是直达枢纽的专车。脂肪（先水解为甘油和脂肪酸）、蛋白质（先脱氨基）需要先“换乘”一下，但最终都能到达这个枢纽，然后驶向相同的终点（CO₂ + H₂O +能量） 第4节 叶绿体将光能转换并储存在糖分子中 考点1 叶绿体是植物光合作用场所★★★☆☆ 光合作用主要发生在植物的绿色部位，这些部位的细胞中有叶绿体。电子显微镜下可观察到，叶绿体内部有许多单层膜构成的扁平囊状的类囊体，悬浮在叶绿体的基质中。 1.叶绿体是植物光合作用场所 （1） ↓决定 （2）功能：类囊体膜上分布着丰富的与光合作用有关的色素和蛋白质，是光能吸收和转换的场所。 2.高等植物叶绿体中的色素的种类 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 叶黄素 黄色 最少 最高 最快 胡萝卜素 橙黄色 较少 较高 较快 叶绿素a 蓝绿色 最多 较低 较慢 叶绿素b 黄绿色 较多 最低 最慢 3.叶绿体色素吸收光谱 ①叶绿体色素的显著特点是能吸收可见光中特定波长的光：主要集中在蓝紫光和红橙光区域，几乎不吸收绿光。不同色素分子吸收的光的波长有差异。 ②叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。 ③在自然界中，晴天的直射光中红橙光的比例高，阴天的散射光中蓝紫光比例高。 考点2 叶绿体色素的提取分离及叶绿素含量的测定★★★☆☆ 1.提取绿叶中的色素 （1）实验原理：叶绿体色素分布于类囊体膜，具有亲脂性，能溶于有机溶剂，可用乙醇或丙酮将它们从叶片中提取出来。 （2）实验步骤 ①叶片匀浆：称取1g经干燥处理的叶片，剪碎后放入研钵中，加6mL95%乙醇（溶解色素），研磨成匀浆。 ②过滤：漏斗内放置滤纸或底部放一层脱脂棉，将上述叶片匀浆液倒入玻璃漏斗过滤，并将过滤液收集到一个小试管中，得到色素提取液，封口膜封住试管口备用（因为乙醇的挥发性较强）。 2．分离绿叶中的色素 （1）实验原理：不同色素在有机溶剂中的溶解度不同，在吸附载体上的吸附能力不同，因此，不同色素随着有机溶剂在吸附载体上扩散的速率也就不同，这样就可将它们彼此分离。这种方法称为层析法。（距离滤液细线最远的色素，在层析液中的溶解度最高；距离滤液细线最近的色素，在层析液中的溶解度最低；最宽的色素带色素含量最高，最窄的色素带色素含量最低） （2）实验步骤 ①层析薄膜准备：将层析用的聚酰胺薄膜剪成2cm×8cm的长条。 ②点样：用玻璃毛细管取色素提取液，于距层析薄膜底边1.5cm处划线（画细而直线，为了保证同一起点），晾干（为了防止湿的时候一次次重复会晕开）。重复点样3～5次（如果滤液不足，色素带颜色较淡，不能保证实验效果）。 ③层析：在烧杯中加入适量95%乙醇作为层析液，薄膜的点样端朝下放入层析液中，注意点样线不能进入或接触到层析液（如果没过，色素就会直接溶解在烧杯中，薄膜上得不到色素带）。用培养皿盖住烧杯，进行层析。 ④观察和记录：持续观察色素在薄膜上的分离现象，直至各色素带的相对位置不变后，取出晾干。记录薄膜上各色素带的颜色和位置。 3.叶绿素含量的测定 （1）实验原理：叶绿素具有特定的吸收波长，且吸光度值与叶绿素a、叶绿素b的含量有关。分别测定叶绿素在649nm和665nm处的吸光度，根据相关公式，可计算出其含量。 （2）实验步骤 ①提取色素：小组内分工选取经干燥处理过的同种植物不同部位的叶片（成熟或幼嫩），加等量95%乙醇研磨后过滤，获取色素提取液。 ②稀释色素：将色素提取液用95%乙醇稀释到合适倍数（N），摇匀，备用。 ③测定吸光度：以95%乙醇为对照调零，在分光光度计中分别测定各部位色素提取液在665 nm、649 nm波长处的吸光度（A），分别记为A665nm和A649nm。 ④数据处理:按以下公式计算各部位色素稀释液中的叶绿素a、叶绿素b浓度和总叶绿素浓度。叶绿素a浓度（mg/L） =13.70A665nm - 5.76A649nm；叶绿素b浓度（mg/L） =25.80A649nm-7.60A665nm；总叶绿素浓度（mg/L）=叶绿素a浓度+叶绿素b浓度。 实验出现异常现象的原因分析 考点3 光合作用是物质和能量的转换和过程★★★★☆ 1.定义：光合作用是植物细胞叶绿体将太阳能转换成化学能、将CO2和H2O变为糖和O2的过程。 2.化学式： 3.光合作用过程 比较项目 光反应阶段 碳反应阶段 过程 区别 反应场所 叶绿体的类囊体膜上 叶绿体的基质中 反应速度 较快 较缓慢 光的关系 必须在光下进行 不需要叶绿素和光，需要多种酶 物质变化 能量变化 光能转换成ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH分子中活跃的化学能转换成糖分子中稳定的化学能 联系 光合作用的两个阶段之间不仅会相互促进，也会相互制约。 ①光反应是碳反应的基础，光反应为碳反应提供NADPH和ATP（ATP从类囊体膜移向叶绿体基质）；碳反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋（ADP从叶绿体基质移向类囊体膜）； ②光反应减慢，提供的ATP和NADPH减少，碳反应中固定CO2的速率也会随之降低。如果CO2供应量减少，ATP 和NADPH 消耗降低，可提供给光反应的ADP 和NADP+不足，同样制约光反应进行的速率。可见，二者相互制约； ③光合作用的光反应阶段产生的ATP只能用于碳反应，不用于其他生命活动过程。 4.C3和C5含量变化 条件 光照由强到弱 CO2供应不变 光照由弱到强 CO2供应不变 CO2供应由充足到不足，关照不变 CO2供应由不足到充足，关照不变 C3含量 增加 减少 减少 增加 C5含量 减少 增加 增加 减少 NADPH和ATP 减少或没有 增加 增加 减少 （CH2O）的合成量 减少 增加 减少 增加 拓展——光合作用研究历程 考点4 光合作用受环境因素影响★★★★☆ 1.光合作用的强度（又称光合速率） （1）定义：单位面积叶片在单位时间内进行光合作用释放的O2量或消耗的CO2量来表示，植物的光合速率不仅受内在因素的控制，还受多种环境因素的影响。 （2）辨析总光合速率和净光合速率 真正（实际或者总）光合速率＝呼吸速率＋净光合速率 项目 表示方法（单位：g·cm－2·h－1） 呼吸速率 线粒体释放CO2量（m1）；黑暗条件下细胞（植物体）释放CO2量 线粒体吸收O2量（n1）；黑暗条件下细胞（植物体）吸收O2量 有机物（葡萄糖）消耗量 净光合速率 细胞（植物体）从外界吸收的CO2量（m2） 细胞（植物体）释放到外界的O2量（n2） 植物（叶片）积累的有机物（葡萄糖）量 真正光合速率 叶绿体利用、固定/消耗CO2量m3或（m1＋m2） 叶绿体产生、释放O2量n3或（n1＋n2） 植物（叶绿体）光合作用产生/实际制造的有机物（葡萄糖）量 植物绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。 2.影响光合作用强度的因素 （1）环境因素（外因） ①光照强度 原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速率加快，产生的NADPH和ATP增多，使碳反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。 总光合项目 生理过程 气体交换 生理状态模型 A点 只进行呼吸作用 吸收O2、释放CO2 AB段 呼吸作用＞光合作用 （净光合速率＜0） 吸收O2、释放CO2 B点 呼吸作用=光合作用 （净光合速率=0） 不与外界进行气体交换 B点以后 呼吸作用＜光合作用（净光合速率＞0） 吸收CO2、释放O2 C点 随光照强度增加，光合速率不再增大。限制因素：CO2浓度，酶，色素等。 应用 温室大棚中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。 a.光补偿点和光饱和点的移动 环境变化 光补偿点 光饱和点 适当增大CO2浓度 左移 右移 适当减小CO2浓度 右移 左移 土壤缺Mg2+ 右移 左移 b.应用：温室大棚中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。 1）阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾。 2）阴生植物的光补偿点（光合速率等于呼吸速率时的光照强度）和光饱和点（光合速率最大时所对应的最小光照强度）一般都比阳生植物低，注意间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置。（光补偿点越低越适应弱光） ②CO2浓度 原理：CO2影响碳反应阶段，制约C3的形成。 分析 图1 A点表示CO2补偿点； 此点植物代谢特点：光合速率=细胞呼吸速率 图2 A'点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度； B点和B'点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。 应用 在人工温室栽培时补充室内CO2的浓度，可使一些作物生长加快，增产效果明显。 ③温度 原理：温度主要影响酶的活性和蛋白质的功能。热带、温带和寒带植物都有各自适合生存的温度范围，低于或高于这个范围，光合作用效率降低。不同地区植物光合作用的适合温度范围有所差异。 ④水和无机盐 原理：水是光合作用的原料，缺水会导致光合作用速率的减慢甚至停止。许多陆生植物叶片表面有厚的蜡质层，还有一些植物在中午阳光直射时会关闭气孔，从而减少水分蒸腾。 无机盐：缺镁叶绿素的形成，影响光反应，缺氮、缺磷（ATP、NADPH不能合成），所以都会影响光合作用。 应用：施肥的同时，往往适当浇水，小麦的光合速率会更大，此时浇水的原因是肥料中的矿质元素只有溶解在水中，以离子形式存在，才能被作物根系吸收。同时可以保证小麦吸收充足的水分，保证叶肉细胞中CO2的供应。 ⑤光质 原理：光合作用强度与光质（不同波长的光）有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合作用效率是不同的。白光为复合光，光合作用能力最强。红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。 应用：无色透明的塑料薄膜，日光中各色光均能透过，有色塑料薄膜主要透过同色光，所以温室大棚用无色塑料薄膜最有效。叶绿素对绿光吸收最少，因此温室大棚用绿色塑料薄膜，植物的光合效率最低。 （2）影响因素-内因 ①与植物自身的遗传特性有关，以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。 ②植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 注：影响叶绿素合成的因素还有光照、温度和矿质元素等。 ③叶面积指数 易错辨析： 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为光合作用所需的所有色素和酶都均匀分布在叶绿体的类囊体和基质中 光反应的色素和酶全在类囊体膜上；碳反应的酶全在基质中，基质无色素 色素酶，不混搭，光在膜上暗在基质 认为碳反应完全不需要光 碳反应指不直接需光，但需光反应提供的ATP和[H]，故间接依赖光，一旦光停止，光反应很快停止，[H]和ATP被消耗完后，暗反应也随之停止 “断电停产”：光反应是电厂，暗反应是工厂。电厂停工（无光），工厂就停产 认为整株植物处于光补偿点时，叶肉细胞的光合作用强度和细胞呼吸强度相等 光补偿点是指整株植物的净光合速率为零时的光照强度。此时，整株植物的光合作用总量=呼吸作用总量，有机物“收支平衡”，没有积累。 但这不等于每个细胞的光合和呼吸都相等。植物体存在非光合作用的细胞（如根细胞、茎的导管筛管细胞等），它们只进行呼吸作用消耗有机物。因此，为了弥补这些非光合细胞的消耗，叶肉细胞的实际光合作用强度必须大于它自身的呼吸强度。叶肉细胞制造出的有机物，一部分用于满足自身的呼吸消耗，多余的部分则被运输到非光合部位去满足它们的呼吸消耗。 “家庭收支”：叶肉细胞（赚钱的大人）挣的钱要cover自己和非光合细胞（花钱的孩子）的开销 一、前沿科学动态 1.病原体“窃取”宿主ATP的机制: 2025年3月，中国科学家团队在《细胞》发表论文，解析了病原体（如沙眼衣原体）和植物叶绿体中 ATP/ADP运输蛋白（NTT） 的三维结构。这类蛋白能精准地将宿主细胞的ATP“偷运”到自身内部，并将其水解产物ADP和Pi运回宿主，实现能量的“空手套白狼”。 考点预测：以NTT蛋白为背景，考查载体蛋白的特异性（识别ATP/ADP）、主动运输的方向（逆浓度梯度）和能量来源（间接利用宿主ATP）。 2.活体实时ATP成像技术（AVID小鼠模型）：研究人员开发了转基因AVID小鼠模型，实现了在活体动物中从全身到细胞器的多尺度实时ATP成像，揭示了在心肌梗死等状态下，不同器官ATP耗竭存在时空动态异质性。 考点预测：给出AVID小鼠在不同器官ATP荧光成像图，分析心肌梗死后能量代谢变化，联系有氧呼吸过程受阻。 3.颗石藻高效捕光超复合物结构解析：2025年9月，中国科学家解析了海洋浮游植物——颗石藻中光系统I-岩藻黄素叶绿素a/c结合蛋白（PSI-FCPI）超级复合物的结构。该复合物捕光面积是典型陆地植物的4-5倍，且能高效吸收深海蓝绿光，光能转化效率超过95%，为人工模拟光合作用提供了蓝图。 考点预测：给出颗石藻PSI-FCPI的结构模式图，考查光合色素的种类、功能及光反应阶段的能量转换（光能→电能→活跃化学能） 二、热点问题 1.靶向药物递送系统： 基于脂质体（类似人工生物膜）的药物递送系统（如mRNA疫苗）是当下的绝对热点。其核心是解决药物如何跨膜进入特定细胞的问题，涉及胞吞、膜融合等过程。 考点预测：给出脂质体药物递送示意图，分析药物进入细胞的方式（胞吞），并解释其优势（减少副作用、靶向性强）。 2.酶的分子设计与改造：利用人工智能（AI）预测蛋白质结构（如AlphaFold3），从头设计具有特定功能的高活性酶，用于生物制造、疾病治疗等领域。 考点预测：以AI设计酶为情境，考查酶的特性（专一性、作用条件温和），并联系蛋白质的结构与功能关系。 3.碳中和与碳循环：光合作用是最大的碳汇。如何提高作物、海洋藻类的光合效率以固定更多CO₂，是实现“双碳”目标的核心生物学问题。 考点预测：结合“碳中和”，要求从生物学角度提出增加碳固定的措施（如培育高光效作物），并分析其原理（提高Rubisco酶活性、抑制光呼吸等）。 1.细胞膜在细胞的生命活动中发挥着极其重要的作用。图1为细胞膜所发生的部分生理过程。图2为正在发生质壁分离现象的细胞，请回答下列问题（［ ］填字母，横线写出物质名称）： （1）图1体现细胞膜的功能特点是___（单选）。 A．具有一定的流动性 B．选择透过性 C．控制物质交换 D．信息交流 （2）如果将图1所示细胞放在无法呼吸作用（无能量产生）的环境中，图中葡萄糖和乳酸的运输方式___受到影响（单选）。 A．都会 B．葡萄糖不会，乳酸会 C．都不会 D．葡萄糖会，乳酸不会 （3）图2中含水量最多的部分是___（A．a/B．b）（单选）。 （4）图2中b所含的水是___（A．自由水/B．结合水）（单选）。 （5）图2中当外界溶液___（大于/小于）细胞液浓度时，便会发生___现象，且外界溶液浓度越大，程度越___（大/小）。 （6）葡萄糖进入红细胞的运输方式是___（单选） A．主动运输 B．协助扩散 C．自由扩散 D．胞吞 （7）新生儿小肠上皮细胞通过消耗ATP，可以直接吸收母乳中的免疫球蛋白和半乳糖。这两种物质分别被吸收到血液中的方式是___（单选）。 A．主动运输、主动运输 B．胞吞、主动运输 C．主动运输、胞吞 D．被动运输、主动运输 【答案】（1）B （2）B （3）B （4）A （5）大于 质壁分离 大 （6）B （7）B 【分析】据图分析可知：图1表示葡萄糖和乳酸需要蛋白质才能进出细胞。图2为正在发生质壁分离现象的细胞，b表示液泡内的细胞液。 【详解】 （1）图1控制物质进出，体现细胞膜的选择通过性。 （2）图中葡萄糖从高浓度到低浓度，需要蛋白质协助，运输方式是协助扩散，乳酸是从低浓度到高浓度，需要蛋白质，属于主动运输，如果细胞放在无法呼吸作用（无能量产生）的环境中，图中乳酸的运输方式会受影响，葡萄糖运输不受影响。故选B。 （3）细胞液存在于液泡中，故图2中含水量最多的部分是b，所含的是自由水。 （4）细胞液存在于液泡中，故图2中含水量最多的部分是b，所含的是自由水。 （5）图2中当外界溶液大于细胞液浓度时，细胞会失水，便会发生质壁分离现象，且外界溶液浓度越大，失水越多，质壁分离程度越大 （6）葡萄糖进入红细胞的运输方式是协助扩散。 （7）需要消耗能量的方式有胞吞胞吐和主动运输，免疫球蛋白属于大分子物质，进入细胞的运输方式是胞吞，半乳糖是小分子物质，进入细胞的方式是主动运输。 【解题方法归纳】 这类题目以细胞膜功能、物质跨膜运输方式、质壁分离等为核心，结合图示信息考查基础知识的理解与应用，解题需遵循 “识图→联知→析选项→验逻辑”的流程，具体方法如下： 第一步：解析图示，明确结构与过程 第二步：关联基础知识，排除矛盾选项 区分细胞膜功能特点（选择透过性）与结构特点（流动性）。 物质运输方式判断需结合浓度梯度、能量、载体三要素。 质壁分离涉及渗透原理，明确细胞液浓度与外界溶液浓度的关系。 大分子物质通过胞吞/胞吐，小分子通过被动或主动运输。 第三步：结合题干条件，验证选项逻辑 如第2题“细胞无法呼吸（无能量）”，需判断能量对运输方式的影响——主动运输（乳酸）依赖能量，会受影响；协助扩散（葡萄糖）不依赖能量，不受影响，故排除“都会/都不会”的错误选项。 2．α-淀粉酶是一种与糖、脂代谢密切相关的酶，图1显示了α-淀粉酶催化底物水解过程。抑制α-淀粉酶的活性能有效阻止食物中碳水化合物在机体内的消化和水解，从而减少糖分的摄入，控制血糖升高。 （1）上图中字母 B 和 D 分别代表（ ） A．淀粉；麦芽糖 B．淀粉； 葡萄糖 C．α-淀粉酶；麦芽糖 D．α-淀粉酶；葡萄糖 （2）图2中对α-淀粉酶催化效果最佳的pH是（ ） A．3．0 B．5．6 C．6．4 D．7．2 （3）研究表明刺梨多糖可以抑制α-淀粉酶的活性。科学家发现刺梨多与底物结构并不相似，也不与底物竞争结合α-淀粉酶的活性中心，而是与酶的活性位点以外的基团结合，使酶分子形状发生变化，从而降低酶的活性，属于 （竞争性/非竞争性）抑制。 【答案】（1）C （2）C （3）非竞争性 【分析】1.酶是由活细胞产生的具有催化活性的有机物，其中大部分是蛋白质、少量是RNA； 2.酶的特性。①高效性：酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍；②专一性：每一种酶只能催化一种或者一类化学反应；③酶的作用条件较温和：在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高；温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。 【详解】（1）图1表示α-淀粉酶催化底物水解过程，其中B在反应前后没有改变，而A被分解为C（单糖）和D（二糖），说明B为α-淀粉酶，D为麦芽糖。 故选C。 （2）图2中表示的是pH对酶活性的影响，结构曲线的走势可知，使α-淀粉酶催化效果最佳的 pH 是6.4，即该条件是该酶的最适pH，C正确。 故选C。 （3）研究表明刺梨多糖可以抑制α-淀粉酶的活性。科学家发现刺梨多与底物结构并不相似，也不与底物竞争结合α-淀粉酶的活性中心，而是与酶的活性位点以外的基团结合，使酶分子形状发生变化，从而降低酶的活性，该抑制机理属于非竞争性抑制，即刺梨多糖与酶分子的其他部位结合进而导致了酶空间结构的改变进而降低了酶活性。 【解题方法归纳】 本类试题围绕酶的本质、特性（专一性、作用条件较温和）及抑制剂类型展开，解题需结合酶促反应机制、图像分析逻辑和核心概念辨析。 锚定核心概念：先回忆酶的本质、特性、抑制剂类型等基础知识点，作为解题的“理论依据”。 结合题干/图像信息：从题目中提取关键条件（如“反应前后物质是否变化”“图像峰值位置”“抑制剂结合位点”），排除与知识点矛盾的选项。 逻辑验证：对选出的答案进行反向验证，确保符合“知识点+题干信息”的双重逻辑（如第1题中“D为麦芽糖”需符合“淀粉水解的二糖产物”，第3题中“非竞争性抑制”需符合“不竞争活性中心”的机制）。 3．天南星科臭菘是一种在早春开花并依靠蝇类昆虫传粉的植物，花朵盛开时肉穗花序温度高于环境温度10℃以上，甚至能把四周的冰雪溶解。图1是发生在臭菘叶片中的某生理过程示意图。 （1）图1中能产生ATP的过程是_____。 A．① B．② C．③ D．④ （2）ATP的化学简式为_____。 A．A-T-P~P~P B．A-P~P~P C．A~P~P~P D．A-P-P-P （3）图1中物质B是 （写中文名称），物质C是 （写中文名称）。 （4）天南星科植物可以耐受水培，而很多其他的陆生植物在水培时常常出现烂根。烂根现象的原因可能是 。 （5）与葡萄糖代谢比较，氨基酸分解代谢途径的特有步骤是______。 A．糖酵解 B．脱氨基作用 C．电子传递链 D．转氨基作用 研究发现，臭菘开花时其肉穗花序采用另一种独特的交替氧化酶代谢途径产热。图2为臭菘花序中电子传递链机理图。交替氧化酶代谢途径需要交替氧化酶（AOX）的参与。 （6）交替氧化酶AOX的化学本质是 ，提高花序中AOX酶活性的措施有 。 （7）图2中的电子传递链发生于 ，此处的膜面积大大增加的意义是 。 （8）研究发现，在臭菘的花蕾期，电子传递的主要路径是NADH→复合物I→Ⅲ→IV→O2。在开花期，交替氧化酶途径被激活，该途径中电子传递的路径是NADH→复合物I→AOX→O2。请结合题干和所学知识，解释臭菘在开花期产热的机理及生理意义： 。 【答案】（1）ACD （2）B （3） 乙酰CoA 还原型辅酶I （4）由于缺氧会导致根细胞进行无氧呼吸产生酒精，酒精对根细胞有毒害作用，会造成烂根 （5）B （6） 蛋白质 提高花序温度 （7） 线粒体内膜 广阔的膜面积为多种酶提供了附着位点，有利于化学反应的高效进行。 （8）在开花期，交替氧化酶途径被激活，该途径中电子传递的路径是NADH→复合物I→AOX→O2，该过程不发生H+跨膜运输过程，故不能形成驱动ATP合成H+的电化学势能，在AOX的作用下，H+与O2结合生成水，在有氧呼吸过程中释放的能量大部分以热能形式散失，少部分转移到ATP中，最终使开花期产热。开花期产热可促进挥发物质挥发，吸引昆虫传粉。 【分析】分析图示，图1是某植物细胞内细胞呼吸过程示意图，图中A为丙酮酸，B为乙酰辅酶A，C为还原型辅酶I。图中①过程为细胞呼吸的第一阶段，发生在细胞质基质，该阶段产生少量的ATP；②为丙酮酸脱羧反应，③为三羧酸循环，属于有氧呼吸的第二阶段，该阶段产生少量的ATP；④为有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体内膜上，该阶段产生的ATP最多。 【详解】（1）图1为有氧呼吸的三个阶段，图中①过程为细胞呼吸的第一阶段，③为三羧酸循环，属于有氧呼吸的第二阶段，④为有氧呼吸的第三阶段，其中第一、第二和第三阶段均可以产生ATP，故图中①③④均可产生ATP，ACD正确，B错误。 （2）ATP的元素组成为C、H、O、N、P，中文名称腺苷三磷酸，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键。因此ATP的化学简式为A-P~P~P。 （3）图1是某植物细胞内细胞呼吸过程示意图，图中A为丙酮酸，B为乙酰辅酶A（乙酰CoA），C为还原型辅酶I。 （4）很多其他的陆生植物在水培时常常出现烂根现象的原因可能是由于缺氧会导致根细胞进行无氧呼吸产生酒精，酒精对根细胞有毒害作用，会造成烂根。 （5）葡萄糖、氨基酸都可以作为能源物质，因此彻底氧化分解后都能生成H2O和CO2，糖类可以用于合成糖原，氨基酸能够发生脱氨基作用。ACD错误，B正确。 （6）绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。交替氧化酶AOX的化学本质是蛋白质。可以通过提高花序温度来提高花序中AOX酶的活性。 （7）O2与[H]结合生成水，为有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体内膜上，因此图2中的电子传递链发生于线粒体内膜。线粒体内膜向内折叠形成嵴，嵴使内膜的表面积大大增加，广阔的膜面积为多种酶提供了附着位 点，有利于化学反应的高效进行。 （8）研究发现，在臭菘的花蕾期，电子传递的主要路径是NADH→复合物I→Ⅲ→IV→O2。膜蛋白I、Ⅲ、IV能跨膜运输H+，运向膜的另一侧，H+顺浓度梯度跨膜运输驱动ATP合成。在开花期，交替氧化酶途径被激活，该途径中电子传递的路径是NADH→复合物I→AOX→O2，该过程不发生H+跨膜运输过程，故不能形成驱动ATP合成H+的电化学势能，在AOX的作用下，H+与O2结合生成水，在有氧呼吸过程中释放的能量大部分以热能形式散失，少部分转移到ATP中，最终使开花期产热。开花期产热可促进挥发物质挥发，吸引昆虫传粉。 【解题方法归纳】 该类题目围绕细胞呼吸、光合作用、酶的特性、物质代谢等核心知识点展开，常结合图表、实验背景考查对生理过程的理解和应用。解题需遵循 “先析图 / 读题→联考点→推答案” 的逻辑，具体方法归纳如下： 1．图表分析类题目（如第 1、3、7、8 题） （1）“识结构，定过程”—— 明确图表代表的生理过程 （2）“抓关键，联考点”—— 结合生理过程的核心特征解题 2．基础概念记忆类题目（如第 2、5、6 题） 解题核心：精准掌握 “关键词”，避免混淆 3．实际应用类题目（如第 4、8 题） 解题核心：“生理过程→异常结果→原因推导”，结合题干背景关联意义 4．氮是叶绿素的重要组成元素，科研工作者对某小麦品种施加不同的供氮量处理，实验结果如下表。 组别 氮浓度（mmol/L） 比叶氮 （g/m2） 叶绿素含量 （mg/dm2） 叶绿体CO2浓度 （μmol/mol） 净光合速率 （μmol/m2/s） 低氮 0.2 0.5 1.6 75 9 中氮 2 0.95 2.8 125 15 高氮 20 1.1 3.0 80 ？ 注：比叶氮表示单位叶面积的氮素的含量 （1）小麦叶肉细胞中发生的物质变化有 （编号选填），能量变化分别有 （编号选填）。叶绿素参与的过程是 （编号选填）。 ①CO2→C3②C3→C6③C6→丙酮酸④丙酮酸→CO2⑤NADP+→NADPH⑥光能→活跃的化学能⑦活跃的化学能→稳定的化学能⑧稳定的化学能→活跃的化学能⑨活跃的化学能→光能 （2）研究显示，光合色素在不同的光波长下会出现不同的吸收率，如图。用分光光度法定量测定小麦的叶绿素含量，分光光度计的波长应设定在 nm（编号选填）。 ①430        ②450        ③480        ④649        ⑤665 （3）氮素被小麦吸收后，除了可以用于叶绿素的合成，还可以用于合成的物质有_________。 A．蛋白质 B．磷脂 C．葡萄糖 D．核酸 （4）相对于低氮组，中氮组的小麦叶片的净光合速率显著提高，出现该现象的原因可能是中氮组小麦________。 A．叶绿素合成增加 B．光合作用酶的活性增强 C．比叶氮的量增加 D．叶绿体CO2浓度增加 小麦光合系统中的氮素分配受供氮量等因素的影响，研究人员对叶片光合系统中氮素的含量及分配进行了检测，结果如图。 注：叶片氮素可分为光合氮素和非光合氮素；前者包括捕光氮素和羧化氮素 （5）据表和图推测，高氮组的净光合速率与低氮组和中氮组的大小关系是 ，请说明理由 。 【答案】（1）①②③④⑤ ⑥⑦⑧ ⑥ （2）④⑤ （3）ABD （4）ACD （5） 介于低氮组（9）和中氮组（15）之间 用于光合作用的氮素比低氮组多，但相对于中氮，高氮环境下，氮素从光合氮素（捕光氮素和羧化氮素/羧化氮素）向非光合氮素转化，且羧化氮素所占比例降低，影响固定CO2酶的活性，进而影响了光合作用的碳反应阶段 【分析】1、光合作用的过程： ①光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体薄膜）：水的光解产生NADPH与O2，以及ATP的形成； ②暗反应阶段或碳反应阶段（场所是叶绿体的基质）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH氢的作用下还原生成C5和糖类等有机物。 2、有氧呼吸的过程： 第一阶段：在细胞质的基质中： 反应式：1C6H12O6（葡萄糖）2C3H4O3（丙酮酸）+4[H]+少量能量 （2ATP）； 第二阶段：在线粒体基质中进行： 反应式：2C3H4O3（丙酮酸）+6H2O 20[H]+6CO2+少量能量 （2ATP）； 第三阶段：在线粒体的内膜上： 反应式：24[H]+6O2 12H2O+大量能量（34ATP）。 【详解】（1）小麦叶肉细胞中含有叶绿体和线粒体，在叶绿体中可以发生光合作用，光合作用过程中光反应阶段可以发生水的光解产生NADPH与O2，以及ATP的形成，通过光反应，光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能；暗反应过程中可以发生CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH氢的作用下还原生成C5和糖类等有机物，通过暗反应，ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。叶肉细胞中可以发生有氧呼吸，有氧呼吸过程中，在细胞质基质中可以发生葡萄糖的氧化分解产生丙酮酸和还原氢，同时合成少量ATP，丙酮酸进入线粒体继续反应，在线粒体基质中丙酮酸与水反应生成二氧化碳和还原氢，同时合成少量ATP，在线粒体内膜上还原氢与氧结合生成水，同时合成大量ATP。因此小麦叶肉细胞中发生的物质变化有①②③④⑤，能量变化有⑥⑦⑧。叶绿素在光反应过程中吸收、传递和转化光能，因此叶绿素参与的过程是⑥。 （2）绿叶中的光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b，主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素，主要吸收蓝紫光。叶绿素a和叶绿素b分别在红光区波长约为665nm和649nm处具有最大吸收峰值。因此用分光光度法定量测定小麦的叶绿素含量，分光光度计的波长应设定在665nm和649nm处，故选④⑤。 （3）蛋白质的组成元素主要是C、H、O、N，磷脂的组成元素包括CHO，有的含有P甚至N，核酸的组成元素是C、H、O、N、P，氮素被小麦吸收后，除了可以用于叶绿素的合成，小麦细胞中含氮的物质还有蛋白质、磷脂和核酸，而葡萄糖的组成元素只有C、H、O，综上所述，ABD正确，C错误。故选ABD。 （4）由表可知，中氮组的小麦净光合速率明显大于低氮组，根据表中数据，可推测出现该现象的原因可能是：施氮提高了叶绿素的合成，且比叶氮的量增加，进而提高了光合速率；中氮组叶绿体CO2浓度明显高于低氮组，叶绿体CO2浓度升高促进了光合作用中暗反应的进行，综上所述，ACD正确，B错误。故选ACD。 （5）由表可知，氮素可显著提高烤烟叶片的净光合速率，结合柱状图可知，相对于中氮，高氮环境下，非光合氮素增多，羧化氮素减少，说明高氮环境下，氮素从光合氮素（捕光氮素和羧化氮素/羧化氮素）向非光合氮素转化，且羧化氮素所占比例降低，结合RuBP羧化酶参与二氧化碳的固定，可知进而影响了光合作用的暗反应（碳反应）阶段，因此高氮组的净光合速率大于低氮组，小于中氮组，介于低氮组（9）和中氮组（15）之间。 【解题方法归纳】光合作用相关实验题 结合氮素营养对小麦光合作用影响的综合题，涉及光合作用、呼吸作用、物质组成、实验分析等多个知识点。以下是该类题型的解题方法归纳和思路分析： 1．基础知识定位 首先明确题目考查的核心概念（如光合作用、呼吸作用、物质组成等）。 联系教材中相关过程（如光反应、暗反应、有氧呼吸阶段）的物质和能量变化。 2．图表信息提取 仔细阅读表格和图像，注意单位、注释、图例等。 比较不同组别之间的差异，找出变化趋势。 3．逻辑推理与多因素分析 分析某一变量（如氮浓度）如何影响其他变量（如叶绿素含量、CO₂浓度、净光合速率）。 注意可能存在“最适值”或“过量抑制”现象（如高氮组净光合速率反而下降）。 4．跨知识点整合 将生物学不同模块（如代谢、组成、实验方法）联系起来。 例如：氮元素不仅参与叶绿素合成，也参与蛋白质、核酸等物质的合成。 学科网（北京）股份有限公司第1页共14页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $