第三章 细胞的代谢（知识清单）生物浙科版2019必修1

第三章 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 ATP是细胞内的能量通货（2个考点） 考点1 ATP的结构及作用★★☆☆☆ 考点2 ATP与ADP的相互转化★★☆☆☆ 第2节 酶是生物催化剂（2个考点+易错辨析） 考点1 酶的概念及作用★★★☆☆ 考点2 酶的特性★★★★☆ 第3节 物质通过多种方式出入细胞（3个考点+易错辨析） 考点1 扩散和渗透★★★☆☆ 考点2 植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验★★★☆☆ 考点3 物质出入细胞的方式★★★★☆ 第4节 细胞呼吸为生命活动提供能量（3个考点+易错辨析） 考点1 探究酵母菌的呼吸方式★★★☆☆ 考点2 细胞呼吸的过程★★★☆☆ 考点3 细胞呼吸的应用及意义★★★★☆ 第5节 光合作用将光能转化为化学能（3个考点+易错辨析） 考点1 光合色素的提取和分离实验★★★☆☆ 考点2 光合作用的过程★★★★☆ 考点3 光合作用的影响因素及应用★★★☆☆ （星级越高，重要程度越高） 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 ATP是细胞内的能量通货 考点1 ATP的分子结构与功能★★☆☆☆ 1．中文名称: 。它是一种物质，不是能量。能量储存在ATP中。 2．元素组成: 。与 组成元素相同。 3．化学组成:一分子 、一分子 、三分子 ；或者一个 ，三个磷酸基团。与 之间有相似之处。 4．结构简式: 。水解时先水解远离腺苷的高能磷酸键。 5.功能： 是细胞生命活动的直接能源物质。转化效率高，只有ATP不断生成，生命活动才能正常进行。 6．ATP特点 A在不同的地方可能表示的含义不同。 考点2 ATP与ADP转化★★☆☆☆ 1． ATP是一种高能磷酸化合物,ATP在细胞中含量 ，但ATP-ADP之间的循环 ，容易水解和合成，含量能维持在一个相对稳定的状态。 2． ATP的合成：利用 放出的能量合成ATP。合成场所有：细胞溶胶、 。 3． ATP的水解：ATP水解释放的能量用于生物体内的各种 反应。 第2节 酶是生物催化剂 考点1 酶的概念和作用机理 ★★☆☆☆ 1．概念：酶是生物催化剂，是 产生的一类生物催化剂，大多数是 ，少数是 。 2．酶的作用： 作用；酶有一定的空间结构，能和底物结合，催化底物发生反应。 3．酶的活性:指单位时间内底物的消耗量或产物生成量。如1克酶在1分钟内催化多少克蔗糖水解。 4．酶的作用机理： 。并不提供能量。 加热不能降低化学反应的活化能，但加热可以为反应提供活化能。 5．酶具有促使 ，改变反应的速率，在催化学反应前后自身性质和数量 。 6．酶的作用场所：可以在 发挥催化作用。 考点2 酶的特性 ★★☆☆☆ 1.高效性：酶的催化效率大约是 的107～1013倍。同无机催化剂相比，酶 的作用更显著，因而催化效率更高。 2.酶的专一性：一种酶只能催化 或 底物的反应。这是由于酶分子的结构只适合与一种或一类相似的分子结合。 第3节 物质通过多种方式出入细胞 考点1 扩散和渗透★★★☆☆ 1．扩散:是分子或离子从 浓度处向 浓度处运动的现象。如二氧化碳、水、酒精、甘油等。 2．渗透的概念： 分子通过半透膜的扩散 1）渗透方向：从水的相对含量 的一侧向相对含量 的一侧。从溶液浓度低一侧向高的一侧运输。 2)产生条件：①具有 ②半透膜两侧溶液存在 考点2 植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验★★★☆☆ （1）植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞也是通过渗透作用 ： 选取有大液泡且带有颜色的细胞或者像黑藻这样的实验材料。 （2）外因：当细胞液的浓度 外界溶液的浓度时，细胞液中的水就透过原生质层进入外界溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。 内因：由于原生质层比细胞壁的 ，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，也就是逐渐发生了 。 （3）植物细胞复原现象 当细胞液的浓度 外界溶液的浓度时，外界溶液中的水就透过原生质层进入细胞液中，整个原生质层就会慢慢地恢复成原来的状态，使植物细胞逐渐发生质壁分离的复原。此时可以判断细胞是 细胞。一般未成熟的植物细胞、死细胞、动物细胞不会发生质壁分离现象。 考点3 物质出入细胞的方式★★★★☆ 1.易化扩散：借助细胞膜上的载体蛋白进出细胞的被动转运。 ①实例：人红细胞吸收葡萄糖。 ②条件：高浓度→低浓度，需要载体蛋白，不消耗能量。 物质运输的速率还与转运蛋白的数量有关。 小结：扩散、渗透、易化扩散都是被动转运。 2.主动运输 :物质 进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫作主动运输。 1)条件低浓度→高浓度、需要载体蛋白，需要能量 2)过程:离子或分子与载体蛋白结合后，在细胞内化学反应释放的能量推动下，载体蛋白的 发生变化，这种变化是需要消耗能量的。将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧，并释放出来载体蛋白随后又恢复原状又可以去转运同种物质的其他离子或分子。 3）实例：小肠上皮细胞吸收葡萄糖、K、Na等。 4)意义:主动选择吸收所需要的营养物质，是细胞最重要的吸收或排出代谢废物的方式。能保持细胞内部某些物质的浓度与细胞外有较大差别，满足生命活动的需求。 3.胞吞和胞吐 1)胞吞：当细胞摄取 时，首先是大分子与膜上的蛋白质结合从而引起这部分细胞膜内陷形成囊泡，包围着大分子，然后囊泡从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进人细胞内部，这种现象叫 。 2）胞吐：细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞，这种现象叫 。 当然，不仅大分子物质、小分子和离子在某些情况下也会选择这种运输方式。在物质的跨膜运输过程中，胞吞、胞吐是普遍存在的现象，它们也 消耗能量。 如消化酶 等分泌蛋白的分泌。 3）实例：分泌蛋白分泌、白细胞吞噬病菌、变形虫摄食等。 4）易错点 ：①不需要载体蛋白需要特定膜蛋白参与 ②依赖细胞膜的 ，通过膜的层数是0。 方法技巧：四看法快速判断物质运输方式 ①一看物质属性。若是细胞内合成并分泌的物质，不论分子大小都是胞吐。 ②二看分子大小，若为大分子有机物，则为胞吞或胞吐，若为小分子或离子，则为其他跨膜运输 ③三看运输方向，若为逆浓度梯度运输，则为主动转运，若顺浓度运输，则为被动转运 ④四看是否需要载体和能量，若需要载体且耗能，则为主动转运，若需要载体不消耗能量，则为易化扩散。 第4节 细胞呼吸为细胞生活提供能量 考点1 探究酵母菌呼吸方式 酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存的一类单细胞 生物，需氧呼吸时产生水和CO2 ，厌氧呼吸时产生酒精和CO2。 1）自变量： 因变量： 2）实验装置及过程分析 ①10%NaOH 溶液应放在 瓶中，作用是 。 ②酵母菌培养液应放在 瓶中。 ③澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液应放在 瓶中。 ④D 瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，以保证检测出的CO2,都是酵母菌无氧呼吸产生的。目的是 。 ⑤CO2检测时， 瓶的石灰水浑浊度高， 瓶的溴麝香草酚蓝水溶液变色快。 ⑥酒精检测时检测液应取自 瓶，其中只有取自 瓶的检测液加入重铬酸钾后呈灰绿色。 3）实验结论：在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的 和 。 在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生 和少量的 。 考点2．细胞呼吸的过程 1.需氧呼吸 （1）概念：细胞在 的参与下，通过 的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生 和 ，释放 ，生成 的过程。 （2）场所： 和 (主要)。 （3）过程 第一阶段 第二阶段 第三阶段 物质变化 葡萄糖→2丙酮酸＋4[H] 2丙酮酸＋6H2O→CO2＋20[H] 6O2＋24[H]→12H2O 产能情况 少量能量 少量能量 大量能量 场所 细胞溶胶 线粒体基质 线粒体内膜 总反应式：C6H12O6＋6H2O＋6O2─酶→6CO2＋12H2O＋能量 ☆易错点： ①葡萄糖是参与第一个阶段，不能直接进入线粒体。 ②水作为反应物是在第二个阶段，而作为产物是在第三个阶段。 ③氧气在第三个阶段，没有【H】的积累。 2．厌氧呼吸 （1）厌氧呼吸细胞 条件下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。 （2）过程：分为两个阶段 第一阶段：与需氧呼吸第一阶段 ，场所： 。 第二阶段是 在酶(与催化需氧呼吸的酶不同)的催化下，分解成 ，或转化成 。场所： 。 注意：厌氧呼吸产生的2个ATP， 段产生2个ATP，所以第二阶段不产生ATP。 考点3 细胞呼吸的应用与意义★★★★ 1.细胞呼吸原理的应用 1) 提倡有氧运动:防止无氧呼吸产生过多的乳酸产生影响。 2)作物松土:促进根细胞的有氧呼吸,进而增强根部对无机盐的吸收。 3)作物定期排水:避免根部因无氧呼吸产生酒精而烂根。 4)选用透气的消毒纱布或“创可贴”包扎伤口,抑制厌氧病菌的繁殖。 2．细胞呼吸是细胞代谢的核心 1）细胞分解代谢主要利用糖类作为呼吸过程中能量的来源，人和动物的细胞也可利用脂肪和蛋白质作为能源。糖类、脂肪和蛋白质这三类物质的水解产物--单糖、甘油和脂肪酸以及氨基酸等通过多种途径进入细胞呼吸过程被氧化分解，释放出所储存的能量。 2）糖类中的多糖首先水解为单糖，然后以单糖形式进行糖酵解，最后被完全氧化成氧化碳和水。脂肪先分解成甘油和脂肪酸，甘油形成一个三碳化合物后进入糖酵解，脂肪酸则进一步被分解。当蛋白质用于细胞呼吸时，首先被分解成氨基酸，氨基酸脱去氨基后变成不同的有机酸，最终被完全氧化。 3）细胞合成代谢是各种各样的生物合成反应。这些反应的产物是细胞生活、生长和修复损伤所需要的物质。细胞呼吸一方面为这些合成反应提供能量(ATP)，另一方面为合成反应提供碳骨架。细胞内有机物的生物合成也以细胞呼吸为中心。 第5节 光合作用将光能转化为化学能 考点1．光合色素的提取和分离 纸层析实验 ★★★☆☆ (1)色素的提取：光合色素是一类脂溶性色素，能溶解在 中，从而被提取出来。 (2)色素的分离：各种色素在 中的溶解度不同， 的随层析液在滤纸上扩散得快，以及在滤纸上吸附能力不同，导致各种色素随 在滤纸上的扩散速率不同而分层。 (3)试剂及药品作用 ① 作用： 溶解、提取色素；有时也可以用丙酮等有机溶剂。 ②层析液作用： ； 如乙醚、石油醚等。 ③SiO2作用： ；但过多会导致实验结果不明显。 ④CaCO3作用： 。 因为叶绿素中含有镁原子，易被有机酸改变而变成褐色的去镁叶绿素，而液泡中的有机酸能被CaCO3中和，保护色素免受破坏。 (4)分离过程中不能让滤液细线触及层析液，原因是 。 (5)色素分离结果 实验结果是能得到 个色素带，自上而下依次是 。从而可推测 的溶解度最高， 的溶解度最低； 其中 的条带最宽，含量最多。 （6）色素的作用： 光能。 ①叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光; ②类胡萝卜素不吸收红光;一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，不能吸收红外光和紫外光。 考点2 光合作用的过程★★★★☆ 1.过程分析 （1） 光反应阶段 ①场所：在 叶绿体类囊体膜（基粒）（光合膜） 上进行； ②条件：色素、水、酶、光等 ③物质变化： 水的光解：2H2O→ 4[H]＋O2+4e-； ATP 的合成： NADPH的形成： ④能量变化：光能转化为 。 注意：NADPH提供 ，ATP提供 。 （2）碳反应阶段（卡尔文循环） ①场所：在 中进行。 ②条件：酶、 、CO2等 ③物质变化： CO2固定：CO2＋五碳糖 ─→ 2三碳酸； ( NADPH 、ATP、酶 ) 三碳酸的还原：2三碳酸 ——→ 2三碳糖。 五碳糖的再生： 三碳糖 ——→ 五碳糖 ④能量变化： ATP NADPH中活跃的化学能 转化为 。 其中三碳糖的形成标志着光合作用合成糖的过程完成。在叶绿体内，三碳糖合成淀粉、蛋白质、脂质等。在叶绿体外，转化成蔗糖，供植物所有细胞利用。 2. 光合作用概念 （1）.概念：光合作用是指绿色植物通过 ，利用 能 ，把 转化成 ，并且释放出 的过程。 （2）总反应式(产物为葡萄糖)： 学科注意注意 拓展：探究元素去向 ①研究元素去向的方法： 同位素标记法 。 ②14CO2中 14C 的转移途径：CO2→C3→(CH2O)；18CO2中 18O 的转移途径：CO2→C3→(CH2O)、H2O； ③H2 18O 中 18O 的转移途径： H2O→O2 ； 考点3 光合作用的影响因素及应用★★★☆☆ 1.光合作用速率表示： 光合作用的强弱一般用光合速率来表示。光合速率也称光合强度，是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行的光合作用，如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳。可用 和 表示，真正光合速率=表观光合速率+呼吸作用速率。 2.影响光合速率的环境因素： 。 （1）光强度 光合速率随光强度的增加而增加，但在强度达到 之前，光合作用已达到光饱和点时的速率，即光强度再增加，光合速率也不会增加。因为在 的光强度下，光合作用的光反应已达到最快的速率，所以光强度再增加也不能使光合速率增加。 应用：植物生长,必须使光照强度大于光补偿点。 ①温室生产中,适当增加光照强度,可以提高光合速率,使作物增产。 ②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低,间作套种方法,能更有效果地利用光能。 （2）温度 光合作用是酶促反应，其速率受温度影响，一定范围内随温度的升高而加快。光合作用对温度比较敏感，温度过高则酶的活性减弱或丧失，所以光合作用有一个最适温度。 应用: ①农田中适时适温播种。 ②温室中,调节昼夜温差,白天适当升温,夜晚适当降温,增加植物有机物的积累。 （3）CO2浓度 影响 反应速率。空气中CO2浓度增加会使光合速率加快。当这一浓度增加至1%以内时，光合速率会随CO2浓度的增加而增加。 应用:①农田中增加空气流动,以增加CO2浓度,如“正其行,通其风” ②温室中可增施有机肥,以增大CO2浓度，从而影响碳反应速率而改变光合速率。 一、前沿科学动态 光合作用是生命活动的核心过程，对能源利用、环境保护、生态系统稳定性等具有重要意义。随着科学技术的快速发展，光合作用的研究不仅有助于推动生物学领域的进一步探索，还可能为可持续发展提供新的思路。近年来，关于光合作用的研究在多个学术领域取得了显著进展，包括新型材料的开发、基因表达调控机制的研究以及与其他学科（如遗传学、材料科学）的交叉研究。这些成果不仅丰富了生物学理论体系，也为实际应用提供了新的方向。 二、热点问题分析 近年来，科学家们成功研发出多种新型光合材料（如DNA病毒载体、有机光合物质等），这些材料能够实现高效的光能转化效率。例如，某些DNA病毒载体可以将光能转化为化学能，并通过催化作用进一步提高能量利用率。光合作用最新研究进展在生物多样性保护和可持续能源开发中的应用，随着全球能源需求的增长和环保意识的增强，科学家们正在探索利用光合作用作为主要能源来源的技术。例如，某些光合材料可以通过植物种植来实现大规模能源生产，这为实现“零碳排放”的绿色能源目标提供了新的思路。随着全球气候变化和环境问题的加剧，科学家们正在研发新型光合材料以减少对物种多样性的影响。例如某些光合材料可以模拟植物与动物之间的生态系统，帮助人们更好地理解生态系统的稳定性，并为保护濒危物种提供技术支持。 考点预测： 1.同位素的作用 2.光合作用的过程 三、科学史实引荐 光合作用的研究历史展现了人类对生命奥秘的不懈探索精神。从古代到现代，科学家们通过实验和理论研究不断揭示光合作用的机理，推动了科学理论的发展。光合作用的研究不仅加深了我们对生物学知识的理解，还推动了能源革命、环境保护等社会问题的解决。这些应用充分体现了科学研究的实际意义。光合作用研究的历史发展为未来科学研究指明了方向。例如，进一步揭示光合膜的作用机制，以及探索核裂变与衰变的基本规律，均为现代科学的发展奠定了基础。20世纪末，科学家们开发出太阳能电池等设备，利用光合作用为人类提供清洁能源。这一应用进一步推动了能源革命，同时也深化了对光合作用机理的理解。 四、跨学科知识整合 将光合作用的相关知识融入生物化学、生态学等学科中，帮助学生理解不同领域之间的联系。使用实验研究法，结合植物组织培养、光反应检测等技术，探讨光合材料的合成和利用。 1.如图为ATP—ADP循环图，下列有关该过程的叙述，正确的是(　　) A．在植物的根细胞中无法同时进行①②过程 B．①过程常伴随着吸能反应 C．在萤火虫体内，①②过程中的能量形式都可以是光能 D．ATP—ADP循环的速度很快，可积累大量的ATP 【答案】C 【解析】根细胞中可以通过呼吸作用合成ATP，同时也可以进行ATP水解，A错误。①过程通常伴随着放能反应，放能反应放出的能量用于ATP合成，B错误。ATP—ADP循环的速度很快，ATP积累较少。 方法技巧：关于ATP认识的几个误区 1. ATP与ADP转化不是可逆反应，ATP水解与ATP合成所需的酶、能量来源与去向、反应场所都不尽相同。 反应 ATPADP＋Pi＋能量 ADP＋Pi＋能量ATP 反应类型 水解反应 合成反应 酶的类型 ATP水解酶 ATP合成酶 场所 活细胞所有部位 线粒体、叶绿体、细胞溶胶等 能量来源 远离A的高能磷酸键储存的能量 呼吸作用、光合作用 能量去向 吸能反应 储存在ATP的高能磷酸键中 2.李斯特氏菌中的致死食源性细菌会在人类的细胞之间快速传递，使人患脑膜炎。其原因是该菌的一种InIC蛋白可通过阻碍人类细胞中的Tuba蛋白的活性，使细胞膜更易变形而有利于细菌的转移。下列叙述正确的是(　　) A．与乳酸菌一样，该菌的遗传物质主要是DNA B．该菌使人类细胞发生变形，说明细胞膜具有选择透过性 C．Tuba蛋白和InIC蛋白均需高尔基体加工运输 D．该菌进入人体细胞的方式为胞吞，需要消耗能量 【答案】C 【解析】与乳酸菌一样，该菌有细胞结构，遗传物质是DNA，A错误。该菌使人类细胞发生变形，说明细胞膜具有流动性，B错误。细菌属于原核细胞，没有高尔基体，Tuba蛋白和InIC蛋白均不需高尔基体加工运输，故选D。 3．植物细胞的细胞膜、液泡膜上含有一种H＋－ATP酶，可以转运H＋，有利于细胞对细胞外溶质分子的吸收和维持液泡内的酸性环境。如图是植物细胞对H＋的运输示意图，下列叙述错误的是(　　) A．在细胞溶胶、细胞液、细胞外环境中，细胞溶胶的pH最大 B．主动转运是H＋跨膜进出植物细胞的唯一方式 C．H＋－ATP酶是一种膜蛋白，发挥作用时需改变自身的空间结构 D．植物细胞呼吸受到抑制，会影响植物细胞转运H＋ 【答案】B 【解析】据图分析，H+运出细胞和运进液泡都需要载体蛋白H+-ATP酶协助，同时需要消耗ATP水解提供能量，说明H+的运输方式是主动转运。H+运出细胞运进液泡，所以细胞溶胶中H+浓度小于胞外H+浓度，H+浓度越小，PH值越大，A正确。H+运进细胞时顺浓度梯度，不需要消耗能量，进入细胞的方式是易化扩散，B错误。H+-ATP酶及时一种酶又是一种载体蛋白，发挥作用时会改变结构，C正确。细胞呼吸受抑制时，ATP供应减少，会影响H+运输，D正确。 4．(2023·浙江杭州高一检测)下列关于酶实验的叙述，正确的是(　　) A．探究pH对酶活性影响的实验，将底物与酶混合后再调节pH B．探究温度对蛋白酶活性影响实验，可以用双缩脲试剂检测结果 C．探究酶的最适温度实验中，不宜使用过氧化氢酶进行实验 D．用淀粉、蔗糖探究淀粉酶的专一性实验，可以用碘－碘化钾溶液检测 【答案】C 【解析】探究pH对酶活性影响的实验，应先调节pH再将底物与酶混合后，A错误。高温会使蛋白酶失活，但不会破坏肽键，失活与不失活的蛋白酶都能与双缩脲试剂反应，故探究温度对蛋白酶活性影响实验，不可以用双缩脲试剂检测结果，B错误。过氧化氢在高温下会分解，不宜使用过氧化氢酶进行实验，C正确。用淀粉、蔗糖探究淀粉酶的专一性实验，不会蔗糖是否被蔗糖酶水解，都不可以用碘－碘化钾溶液检测出来，D错误。故选C。 1．关于“探究影响酶催化功能的因素”实验设计中的注意事项 (1)实验材料的选择：选择实验材料时，要注意排除自变量本身对实验结果的影响，保证自变量只是通过影响酶的活性来影响实验结果，而不是直接影响实验结果。 (2)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂“宜”选用碘－碘化钾溶液，“不宜”选用本尼迪特试剂，因为用本尼迪特试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。 (3)在探究pH对酶活性影响时，“宜”保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与底物接触，“不宜”在未达到预设pH前就让反应物与酶接触，顺序不可颠倒。 (4)在探究温度对酶活性的影响时，“宜”保证酶的最适pH(排除pH干扰)，且将酶和底物分别保温至实验要求的温度后，再混合继续保温，“不宜”在未分别保温前就让反应物与酶接触。 (5)若底物选择淀粉和蔗糖，用淀粉酶来验证酶的专一性时，检测底物是否被分解的试剂“宜”选用本尼迪特试剂，“不宜”选用碘－碘化钾溶液，因为碘－碘化钾溶液无法检测蔗糖是否被分解。 2．有关影响酶促反应速率因素的3点提醒 (1)酶催化反应时，最适温度和最适pH不会相互影响，即改变温度不影响酶的最适pH，反之亦然。 (2)酶量的增加会提高酶促反应的速率，但不会改变化学反应的平衡点；适当增加反应物的浓度，提高反应速率的同时，生成物的量也增加。 (3)不同因素影响酶促反应速率的本质不同。 ①温度和pH是通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的。 ②底物浓度和酶浓度是通过影响酶与底物的接触面积来影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。 5．(2023·浙江台州高一校联考期中)如图表示细胞的需氧呼吸过程，下列有关说法正确的是(　　) A．①②④中数值最大的是④，且②的产生一定与线粒体基质有关 B．产生②的这一阶段产生的[H]最多，③代表的物质是氧气 C．线粒体不能完成图示全过程，原核生物也不能完成图示全过程 D．若对⑤进行同位素18O标记，最先检测到18O的是⑥，一段时间后还可能检测到C18O2 【答案】D 【解析】①②④都表示能量，需氧呼吸第三阶段释放的能量最多，④最大，②的产生是第二阶段，可以发生在真核生物的线粒体基质，也可发生在原核生物的细胞溶胶，A错误。产生②的这一阶段产生的[H]最多，③代表的是水，B错误。葡萄糖需要分解成丙酮酸才能进入线粒体分解，原核生物可以完成图示全过程，C错误。若对⑤进行同位素18O标记，最先检测到18O的是⑥，一段时间后水参与需氧呼吸第二阶段，还可能检测到C18O2，D正确。 6.如图表示酵母菌以葡萄糖为底物进行的细胞呼吸与O2的浓度的关系曲线。下列说法中错误的是(　　) A．AB段表示酵母菌仅进行厌氧呼吸 B．B点为酵母菌细胞呼吸的最弱点 C．C点时酵母菌不再进行厌氧呼吸 D．阴影部分面积表示酵母菌厌氧呼吸的强度 【答案】A 【解析】AB段细胞吸收氧气，说明有需氧呼吸存在，A错误。B点释放的二氧化碳最少，说明酵母菌呼吸强度最弱，B正确。C点释放的二氧化碳和吸收的氧气相等，说明只进行需氧呼吸，C正确。二氧化碳释放量代表总的呼吸强度，氧气吸收量代表需氧呼吸强度，细胞总呼吸减去需氧呼吸强度代表厌氧呼吸强度，D正确。 【方法总结】1．“三看法”判断细胞呼吸的方式(以葡萄糖为底物) (1)一看——反应物和产物 ①消耗O2或产物中有H2O，一定存在需氧呼吸。 ②产物中有乙醇或乳酸，一定存在厌氧呼吸。 (2)二看——物质的量的关系 根据CO2释放量与O2消耗量判断 ①不消耗O2，释放CO2→只进行产生乙醇的厌氧呼吸。 ②不消耗O2，不释放CO2→只进行产生乳酸的厌氧呼吸或细胞已死亡。 ③CO2释放量等于O2吸收量→只进行需氧呼吸或既进行需氧呼吸又进行产生乳酸的厌氧呼吸。 ④CO2释放量大于O2吸收量→既进行需氧呼吸又进行产生乙醇的厌氧呼吸，多出的CO2来自厌氧呼吸。 (3)三看——反应的场所 ①真核细胞：若整个呼吸过程均在细胞溶胶中进行，则为厌氧呼吸；若部分过程在线粒体中进行，则为需氧呼吸。 ②原核细胞：原核细胞没有线粒体，故原核细胞的细胞呼吸在细胞溶胶和细胞膜上进行，其呼吸方式应根据产物判断，若只有CO2和H2O产生，则为需氧呼吸，若还有乙醇或乳酸产生，则还存在厌氧呼吸。 7．如图为大豆叶片叶肉细胞光合作用碳反应阶段的示意图，下列叙述正确的是(　　) A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为三碳酸中的化学能 B．卡尔文循环产生的三碳糖大部分运输到叶绿体外合成蔗糖 C．光强度突然由强变弱导致光合速率下降，短时间内五碳糖含量升高 D．被还原的三碳酸在有关酶的催化作用下，可再形成五碳糖 【答案】D 【解析】CO2的固定过程不消耗ATP，A错误。卡尔文循环产生的三碳糖大部分用于再生五碳糖，离开卡尔文循环的三碳糖大部分运输到叶绿体外合成蔗糖，B错误。光照强度由强变弱，光反应速率减慢，ATP和NADPH生成量减少，三碳酸还原速度建模，生成的五碳糖减少，而二氧化碳的固定短时间内正常进行，消耗的五碳糖增多，故五碳糖含量减少，C错误。被还原的三碳酸在有关酶的催化作用下，可再形成五碳糖，D正确。 【方法总结】 1．光反应与碳反应的比较 过程 光反应 碳反应 条件 必须在光下，需要色素、酶和水 需要酶、CO2、ATP和NADPH，只有在有光条件下才能循环 场所 叶绿体类囊体膜(光合膜) 叶绿体基质 物质 转化 ①水的光解：H2O2H＋＋O2＋2e－； ②ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP； ③NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ①三碳酸分子的形成：CO2＋五碳糖2个三碳酸分子； ②三碳糖的形成：2个三碳酸分子2个三碳糖； ③五碳糖的再生：三碳糖五碳糖 能量 转化 光能→ATP、 NADPH中的化学能 ATP和NADPH中的化学能→有机物中稳定的化学能 联系 光反应为碳反应提供NADPH、ATP，碳反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi，如图： 2.光合作用过程中元素的转移途径 (1)光合作用过程中O元素的转移途径： H218O→18O2；C18O2→C3→(CH218O)。 (2)光合作用过程中C元素的转移途径： 14CO2→14C3→14C6H12O6＋14C5。 (3)光合作用过程中H元素的转移途径： H2O→NADPH→C6H12O6＋H2O。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $第三章 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 ATP是细胞内的能量通货（2个考点） 考点1 ATP的结构及作用★★☆☆☆ 考点2 ATP与ADP的相互转化★★☆☆☆ 第2节 酶是生物催化剂（2个考点+易错辨析） 考点1 酶的概念及作用★★★☆☆ 考点2 酶的特性★★★★☆ 第3节 物质通过多种方式出入细胞（3个考点+易错辨析） 考点1 扩散和渗透★★★☆☆ 考点2 植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验★★★☆☆ 考点3 物质出入细胞的方式★★★★☆ 第4节 细胞呼吸为生命活动提供能量（3个考点+易错辨析） 考点1 探究酵母菌的呼吸方式★★★☆☆ 考点2 细胞呼吸的过程★★★☆☆ 考点3 细胞呼吸的应用及意义★★★★☆ 第5节 光合作用将光能转化为化学能（3个考点+易错辨析） 考点1 光合色素的提取和分离实验★★★☆☆ 考点2 光合作用的过程★★★★☆ 考点3 光合作用的影响因素及应用★★★☆☆ （星级越高，重要程度越高） 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 酶是生物催化剂 酶是活细胞合成的具有催化作用的有机物 酶能够显著降低化学反应所需的活化能 酶具有高效性和专一性、作用条件温和的特点 ATP是细胞内的能量通货 ATP由腺苷和磷酸基团构成，能量储存在高能磷酸键中 ATP在细胞中含量稳定，ATP与ADP转化快 ATP是细胞生命活动的直接能源物质 细胞的代谢 水分子通过渗透作用穿过细胞膜 易化扩散需要载体蛋白，不需要能量 主动转运需要载体蛋白，且消耗能量 有些物质通过胞吞胞吐进出细胞 物质出入细胞的方式 细胞呼吸的本质是糖类等有机物的分解 需氧呼吸在线粒体和细胞溶胶，释放大量能量 厌氧呼吸在细胞溶胶，释放少量能量 细胞呼吸为生命活动提供能量 细胞呼吸是细胞代谢的核心 光反应将光能转化为ATP和NADPH中的化学能 碳反应将ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能 多种环境因素影响光合速率的大小 光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，分布在类囊体膜 光合作用将光能转化为 化学能 1 学科网（北京）股份有限公司 第1节 ATP是细胞内的能量通货 考点1 ATP的分子结构与功能★★☆☆☆ 1．中文名称:腺苷三磷酸。它是一种物质，不是能量。能量储存在ATP中。 2．元素组成:C、H、O、N、P。与DNA、RNA组成元素相同。 3．化学组成:一分子腺嘌呤、一分子核糖、三分子磷酸基团；或者一个腺苷，三个磷酸基团。与RNA之间有相似之处。 4．结构简式:A-P∽P∽P。水解时先水解远离腺苷的高能磷酸键。 5.功能： ATP 是细胞生命活动的直接能源物质。转化效率高，只有ATP不断生成，生命活动才能正常进行。 6．ATP特点 A在不同的地方可能表示的含义不同。 考点2 ATP与ADP转化★★☆☆☆ 1． ATP是一种高能磷酸化合物,ATP在细胞中含量 少 ，但ATP-ADP之间的循环快，容易水解和合成，含量能维持在一个相对稳定的状态。 2． ATP的合成：利用细胞呼吸和光合作用放出的能量合成ATP。合成场所有：细胞溶胶、线粒体和叶绿体。 3． ATP的水解：ATP水解释放的能量用于生物体内的各种吸能反应。 第2节 酶是生物催化剂 考点1 酶的概念和作用机理 ★★☆☆☆ 1．概念：酶是生物催化剂，是活细胞产生的一类生物催化剂，大多数是蛋白质，少数是RNA。 2．酶的作用：催化作用；酶有一定的空间结构，能和底物结合，催化底物发生反应。 3．酶的活性:指单位时间内底物的消耗量或产物生成量。如1克酶在1分钟内催化多少克蔗糖水解。 4．酶的作用机理： 降低反应的活化能。并不提供能量。 加热不能降低化学反应的活化能，但加热可以为反应提供活化能。 5．酶具有促使反应物发生化学变化，改变反应的速率，在催化学反应前后自身性质和数量 不变 。 6．酶的作用场所：可以在细胞内、外发挥催化作用。 考点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。同无机催化剂相比，酶降低反应的活化能的作用更显著，因而催化效率更高。 2.酶的专一性：一种酶只能催化一种或少数几种相似底物的反应。这是由于酶分子的结构只适合与一种或一类相似的分子结合。 第3节 物质通过多种方式出入细胞 考点1 扩散和渗透★★★☆☆ 1．扩散:是分子或离子从高浓度处向低浓度处运动的现象。如二氧化碳、水、酒精、甘油等。 2．渗透的概念：水分子通过半透膜的扩散 1）渗透方向：从水的相对含量多的一侧向相对含量少的一侧。从溶液浓度低一侧向高的一侧运输。 2)产生条件：①具有半透膜 ②半透膜两侧溶液存在浓度差 考点2 植物细胞的质壁分离及质壁分离复原实验★★★☆☆ （1）植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水： 选取有大液泡且带有颜色的细胞或者像黑藻这样的实验材料。 （2）外因：当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞液中的水就透过原生质层进入外界溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。 内因：由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，也就是逐渐发生了质壁分离。 （3）植物细胞复原现象 当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水就透过原生质层进入细胞液中，整个原生质层就会慢慢地恢复成原来的状态，使植物细胞逐渐发生质壁分离的复原。此时可以判断细胞是活细胞。一般未成熟的植物细胞、死细胞、动物细胞不会发生质壁分离现象。 考点3 物质出入细胞的方式★★★★☆ 1.易化扩散：借助细胞膜上的载体蛋白进出细胞的被动转运。 ①实例：人红细胞吸收葡萄糖。 ②条件：高浓度→低浓度，需要载体蛋白，不消耗能量。 物质运输的速率还与转运蛋白的数量有关。 小结：扩散、渗透、易化扩散都是被动转运。 2.主动运输 :物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫作主动运输。 1)条件低浓度→高浓度、需要载体蛋白，需要能量 2)过程:离子或分子与载体蛋白结合后，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，这种变化是需要消耗能量的。将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧，并释放出来载体蛋白随后又恢复原状又可以去转运同种物质的其他离子或分子。 3）实例：小肠上皮细胞吸收葡萄糖、K、Na等。 4)意义:主动选择吸收所需要的营养物质，是细胞最重要的吸收或排出代谢废物的方式。能保持细胞内部某些物质的浓度与细胞外有较大差别，满足生命活动的需求。 3.胞吞和胞吐 1)胞吞：当细胞摄取大分子时，首先是大分子与膜上的蛋白质结合从而引起这部分细胞膜内陷形成囊泡，包围着大分子，然后囊泡从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进人细胞内部，这种现象叫胞吞 。 2）胞吐：细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞，这种现象叫胞吐。 当然，不仅大分子物质、小分子和离子在某些情况下也会选择这种运输方式。在物质的跨膜运输过程中，胞吞、胞吐是普遍存在的现象，它们也需要消耗能量。 如消化酶、抗体、蛋白质类激素 等分泌蛋白的分泌。 3）实例：分泌蛋白分泌、白细胞吞噬病菌、变形虫摄食等。 4）注意点 ：①不需要载体蛋白需要特定膜蛋白参与 ②依赖细胞膜的流动性，通过膜的层数是0。 方法技巧：四看法快速判断物质运输方式 ①一看物质属性。若是细胞内合成并分泌的物质，不论分子大小都是胞吐。 ②二看分子大小，若为大分子有机物，则为胞吞或胞吐，若为小分子或离子，则为其他跨膜运输 ③三看运输方向，若为逆浓度梯度运输，则为主动转运，若顺浓度运输，则为被动转运 ④四看是否需要载体和能量，若需要载体且耗能，则为主动转运，若需要载体不消耗能量，则为易化扩散。 第4节 细胞呼吸为细胞生活提供能量 考点1 探究酵母菌呼吸方式 酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存的一类单细胞真核生物，需氧呼吸时产生水和CO2 ，厌氧呼吸时产生酒精和CO2。 1）自变量：氧气有无 因变量：CO2产生速率及是否产生酒精 2）实验装置及过程分析 ①10%NaOH 溶液应放在 A 瓶中，作用是 除去空气中的 CO2/排除空气中 CO2对实验结果的干扰 。 ②酵母菌培养液应放在 B、D 瓶中。 ③澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液应放在 C、E 瓶中。 ④D 瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，以保证检测出的CO2,都是酵母菌无氧呼吸产生的。目的是 消耗瓶中的 O2，防止酵母菌的有氧呼吸对实验结果的干扰 。 ⑤CO2检测时， C 瓶的石灰水浑浊度高， C 瓶的溴麝香草酚蓝水溶液变色快。 ⑥酒精检测时检测液应取自 B、D 瓶，其中只有取自 D 瓶的检测液加入重铬酸钾后呈灰绿色。 3）实验结论：在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的 二氧化碳 和 水 。 在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生 酒精 和少量的 二氧化碳 。 考点2．细胞呼吸的过程 1.需氧呼吸 （1）概念：细胞在O2 的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生 二氧化碳(CO2) 和 水(H2O) ，释放 能量 ，生成 大量 ATP 的过程。 （2）场所：细胞溶胶和线粒体(主要)。 （3）过程 第一阶段 第二阶段 第三阶段 物质变化 葡萄糖→2丙酮酸＋4[H] 2丙酮酸＋6H2O→CO2＋20[H] 6O2＋24[H]→12H2O 产能情况 少量能量 少量能量 大量能量 场所 细胞溶胶 线粒体基质 线粒体内膜 总反应式：C6H12O6＋6H2O＋6O2─酶→6CO2＋12H2O＋能量 ☆易错点： ①葡萄糖是参与第一个阶段，不能直接进入线粒体。 ②水作为反应物是在第二个阶段，而作为产物是在第三个阶段。 ③氧气在第三个阶段，没有【H】的积累。 2．厌氧呼吸 （1）厌氧呼吸细胞有无氧或缺氧条件下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。 （2）过程：分为两个阶段 第一阶段：与需氧呼吸第一阶段相同，场所：细胞溶胶。 第二阶段是丙酮酸在酶(与催化需氧呼吸的酶不同)的催化下，分解成酒精和CO2，或转化成乳酸。场所：细胞溶胶。 注意：厌氧呼吸产生的2个ATP，第一阶段阶段产生2个ATP，所以第二阶 考点3 细胞呼吸的应用与意义★★★★ 1.细胞呼吸原理的应用 1) 提倡有氧运动:防止无氧呼吸产生过多的乳酸产生影响。 2)作物松土:促进根细胞的有氧呼吸,进而增强根部对无机盐的吸收。 3)作物定期排水:避免根部因无氧呼吸产生酒精而烂根。 4)选用透气的消毒纱布或“创可贴”包扎伤口,抑制厌氧病菌的繁殖。 2．细胞呼吸是细胞代谢的核心 1）细胞分解代谢主要利用糖类作为呼吸过程中能量的来源，人和动物的细胞也可利用脂肪和蛋白质作为能源。糖类、脂肪和蛋白质这三类物质的水解产物--单糖、甘油和脂肪酸以及氨基酸等通过多种途径进入细胞呼吸过程被氧化分解，释放出所储存的能量。 2）糖类中的多糖首先水解为单糖，然后以单糖形式进行糖酵解，最后被完全氧化成氧化碳和水。脂肪先分解成甘油和脂肪酸，甘油形成一个三碳化合物后进入糖酵解，脂肪酸则进一步被分解。当蛋白质用于细胞呼吸时，首先被分解成氨基酸，氨基酸脱去氨基后变成不同的有机酸，最终被完全氧化。 3）细胞合成代谢是各种各样的生物合成反应。这些反应的产物是细胞生活、生长和修复损伤所需要的物质。细胞呼吸一方面为这些合成反应提供能量(ATP)，另一方面为合成反应提供碳骨架。细胞内有机物的生物合成也以细胞呼吸为中心。 第5节 光合作用将光能转化为化学能 考点1．光合色素的提取和分离 纸层析实验 ★★★☆☆ (1)色素的提取：光合色素是一类脂溶性色素，能溶解在 95%乙醇(无水乙醇) 中，从而被提取出来。 (2)色素的分离：各种色素在 层析液 中的溶解度不同， 溶解度高 的随层析液在滤纸上扩散得快，以及在滤纸上吸附能力不同，导致各种色素随 层析液 在滤纸上的扩散速率不同而分层。 (3)试剂及药品作用 ①95%乙醇作用： 溶解、提取色素；有时也可以用丙酮等有机溶剂。 ②层析液作用： 分离色素 ； 如乙醚、石油醚等。 ③SiO2作用：破坏细胞结构，使叶片研磨更充分；但过多会导致实验结果不明显。 ④CaCO3作用：保护叶绿素/防止研磨中叶绿素被破坏。 因为叶绿素中含有镁原子，易被有机酸改变而变成褐色的去镁叶绿素，而液泡中的有机酸能被CaCO3中和，保护色素免受破坏。 (4)分离过程中不能让滤液细线触及层析液，原因是 避免滤液细线中的色素直接溶于层析液中，从而影响色素的分离 。 (5)色素分离结果 实验结果是能得到 4 个色素带，自上而下依次是 胡萝卜素 、 叶黄素 、 叶绿素 a 和 叶绿素 b 。从而可推测 胡萝卜素 的溶解度最高， 叶绿素 b 的溶解度最低； 其中叶绿素 a 的条带最宽，含量最多。 （6）色素的作用：吸收传递转化光能。 ①叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光; ②类胡萝卜素不吸收红光;一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，不能吸收红外光和紫外光。 考点2 光合作用的过程★★★★☆ 1.过程分析 （1） 光反应阶段 ①场所：在 叶绿体类囊体膜（基粒）（光合膜） 上进行； ②条件：色素、水、酶、光等 ③物质变化： 水的光解：2H2O→ 4[H]＋O2+4e-； ATP 的合成：ADP＋Pi＋能量 → ATP NADPH的形成：NADP++H++2e→NADPH ④能量变化：光能转化为ATP 、NADPH 中活跃的化学能。 注意：NADPH提供氢和能量，ATP提供能量和磷酸基因。 （2）碳反应阶段（卡尔文循环） ①场所：在 叶绿体基质 中进行。 ②条件：酶、ATP 、NADPH、CO2等 ③物质变化： CO2固定：CO2＋五碳糖 ─→ 2三碳酸； NADPH、ATP、酶 三碳酸的还原：2三碳酸 ——→ 2三碳糖。 五碳糖的再生： 三碳糖 ——→ 五碳糖 ④能量变化： ATP NADPH中活跃的化学能 转化为 有机物中稳定的化学能。 其中三碳糖的形成标志着光合作用合成糖的过程完成。在叶绿体内，三碳糖合成淀粉、蛋白质、脂质等。在叶绿体外，转化成蔗糖，供植物所有细胞利用。 2. 光合作用概念 （1）.概念：光合作用是指绿色植物通过 叶绿体 ，利用 光能 ，把 二氧化碳和水 转化成 有机物 ，并且释放出 氧气 的过程。 （2）总反应式(产物为葡萄糖)： 学科注意注意 拓展：探究元素去向 ①研究元素去向的方法： 同位素标记法 。 ②14CO2中 14C 的转移途径：CO2→C3→(CH2O)；18CO2中 18O 的转移途径：CO2→C3→(CH2O)、H2O； ③H2 18O 中 18O 的转移途径： H2O→O2 ； 考点3 光合作用的影响因素及应用★★★☆☆ 1.光合作用速率表示： 光合作用的强弱一般用光合速率来表示。光合速率也称光合强度，是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行的光合作用，如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳。可用表观光合速率和真正光合速率表示，真正光合速率=表观光合速率+呼吸作用速率。 2.影响光合速率的环境因素：光强度、温度和空气中的二氧化碳浓度等。 （1）光强度 光合速率随光强度的增加而增加，但在强度达到全日照之前，光合作用已达到光饱和点时的速率，即光强度再增加，光合速率也不会增加。因为在光饱和点的光强度下，光合作用的光反应已达到最快的速率，所以光强度再增加也不能使光合速率增加。 应用：植物生长,必须使光照强度大于光补偿点。 ①温室生产中,适当增加光照强度,可以提高光合速率,使作物增产。 ②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低,间作套种方法,能更有效果地利用光能。 （2）温度 光合作用是酶促反应，其速率受温度影响，一定范围内随温度的升高而加快。光合作用对温度比较敏感，温度过高则酶的活性减弱或丧失，所以光合作用有一个最适温度。 应用: ①农田中适时适温播种。 ②温室中,调节昼夜温差,白天适当升温,夜晚适当降温,增加植物有机物的积累。 （3）CO2浓度 影响碳反应速率。空气中CO2浓度增加会使光合速率加快。当这一浓度增加至1%以内时，光合速率会随CO2浓度的增加而增加。 应用:①农田中增加空气流动,以增加CO2浓度,如“正其行,通其风” ②温室中可增施有机肥,以增大CO2浓度，从而影响碳反应速率而改变光合速率。 一、前沿科学动态 光合作用是生命活动的核心过程，对能源利用、环境保护、生态系统稳定性等具有重要意义。随着科学技术的快速发展，光合作用的研究不仅有助于推动生物学领域的进一步探索，还可能为可持续发展提供新的思路。近年来，关于光合作用的研究在多个学术领域取得了显著进展，包括新型材料的开发、基因表达调控机制的研究以及与其他学科（如遗传学、材料科学）的交叉研究。这些成果不仅丰富了生物学理论体系，也为实际应用提供了新的方向。 二、热点问题分析 近年来，科学家们成功研发出多种新型光合材料（如DNA病毒载体、有机光合物质等），这些材料能够实现高效的光能转化效率。例如，某些DNA病毒载体可以将光能转化为化学能，并通过催化作用进一步提高能量利用率。光合作用最新研究进展在生物多样性保护和可持续能源开发中的应用，随着全球能源需求的增长和环保意识的增强，科学家们正在探索利用光合作用作为主要能源来源的技术。例如，某些光合材料可以通过植物种植来实现大规模能源生产，这为实现“零碳排放”的绿色能源目标提供了新的思路。随着全球气候变化和环境问题的加剧，科学家们正在研发新型光合材料以减少对物种多样性的影响。例如某些光合材料可以模拟植物与动物之间的生态系统，帮助人们更好地理解生态系统的稳定性，并为保护濒危物种提供技术支持。 考点预测： 1.同位素的作用 2.有机物在人体中的作用 三、科学史实引荐 光合作用的研究历史展现了人类对生命奥秘的不懈探索精神。从古代到现代，科学家们通过实验和理论研究不断揭示光合作用的机理，推动了科学理论的发展。光合作用的研究不仅加深了我们对生物学知识的理解，还推动了能源革命、环境保护等社会问题的解决。这些应用充分体现了科学研究的实际意义。光合作用研究的历史发展为未来科学研究指明了方向。例如，进一步揭示光合膜的作用机制，以及探索核裂变与衰变的基本规律，均为现代科学的发展奠定了基础。20世纪末，科学家们开发出太阳能电池等设备，利用光合作用为人类提供清洁能源。这一应用进一步推动了能源革命，同时也深化了对光合作用机理的理解。 四、跨学科知识整合 将光合作用的相关知识融入生物化学、生态学等学科中，帮助学生理解不同领域之间的联系。使用实验研究法，结合植物组织培养、光反应检测等技术，探讨光合材料的合成和利用。 1.如图为ATP—ADP循环图，下列有关该过程的叙述，正确的是(　　) A．在植物的根细胞中无法同时进行①②过程 B．①过程常伴随着吸能反应 C．在萤火虫体内，①②过程中的能量形式都可以是光能 D．ATP—ADP循环的速度很快，可积累大量的ATP 【答案】C 【解析】根细胞中可以通过呼吸作用合成ATP，同时也可以进行ATP水解，A错误。①过程通常伴随着放能反应，放能反应放出的能量用于ATP合成，B错误。ATP—ADP循环的速度很快，ATP积累较少。 方法技巧：关于ATP认识的几个误区 1. ATP与ADP转化不是可逆反应，ATP水解与ATP合成所需的酶、能量来源与去向、反应场所都不尽相同。 反应 ATPADP＋Pi＋能量 ADP＋Pi＋能量ATP 反应类型 水解反应 合成反应 酶的类型 ATP水解酶 ATP合成酶 场所 活细胞所有部位 线粒体、叶绿体、细胞溶胶等 能量来源 远离A的高能磷酸键储存的能量 呼吸作用、光合作用 能量去向 吸能反应 储存在ATP的高能磷酸键中 2.李斯特氏菌中的致死食源性细菌会在人类的细胞之间快速传递，使人患脑膜炎。其原因是该菌的一种InIC蛋白可通过阻碍人类细胞中的Tuba蛋白的活性，使细胞膜更易变形而有利于细菌的转移。下列叙述正确的是(　　) A．与乳酸菌一样，该菌的遗传物质主要是DNA B．该菌使人类细胞发生变形，说明细胞膜具有选择透过性 C．Tuba蛋白和InIC蛋白均需高尔基体加工运输 D．该菌进入人体细胞的方式为胞吞，需要消耗能量 【答案】C 【解析】与乳酸菌一样，该菌有细胞结构，遗传物质是DNA，A错误。该菌使人类细胞发生变形，说明细胞膜具有流动性，B错误。细菌属于原核细胞，没有高尔基体，Tuba蛋白和InIC蛋白均不需高尔基体加工运输，故选D。 3．植物细胞的细胞膜、液泡膜上含有一种H＋－ATP酶，可以转运H＋，有利于细胞对细胞外溶质分子的吸收和维持液泡内的酸性环境。如图是植物细胞对H＋的运输示意图，下列叙述错误的是(　　) A．在细胞溶胶、细胞液、细胞外环境中，细胞溶胶的pH最大 B．主动转运是H＋跨膜进出植物细胞的唯一方式 C．H＋－ATP酶是一种膜蛋白，发挥作用时需改变自身的空间结构 D．植物细胞呼吸受到抑制，会影响植物细胞转运H＋ 【答案】B 【解析】据图分析，H+运出细胞和运进液泡都需要载体蛋白H+-ATP酶协助，同时需要消耗ATP水解提供能量，说明H+的运输方式是主动转运。H+运出细胞运进液泡，所以细胞溶胶中H+浓度小于胞外H+浓度，H+浓度越小，PH值越大，A正确。H+运进细胞时顺浓度梯度，不需要消耗能量，进入细胞的方式是易化扩散，B错误。H+-ATP酶及时一种酶又是一种载体蛋白，发挥作用时会改变结构，C正确。细胞呼吸受抑制时，ATP供应减少，会影响H+运输，D正确。 4．(2023·浙江杭州高一检测)下列关于酶实验的叙述，正确的是(　　) A．探究pH对酶活性影响的实验，将底物与酶混合后再调节pH B．探究温度对蛋白酶活性影响实验，可以用双缩脲试剂检测结果 C．探究酶的最适温度实验中，不宜使用过氧化氢酶进行实验 D．用淀粉、蔗糖探究淀粉酶的专一性实验，可以用碘－碘化钾溶液检测 【答案】C 【解析】探究pH对酶活性影响的实验，应先调节pH再将底物与酶混合后，A错误。高温会使蛋白酶失活，但不会破坏肽键，失活与不失活的蛋白酶都能与双缩脲试剂反应，故探究温度对蛋白酶活性影响实验，不可以用双缩脲试剂检测结果，B错误。过氧化氢在高温下会分解，不宜使用过氧化氢酶进行实验，C正确。用淀粉、蔗糖探究淀粉酶的专一性实验，不会蔗糖是否被蔗糖酶水解，都不可以用碘－碘化钾溶液检测出来，D错误。故选C。 1．关于“探究影响酶催化功能的因素”实验设计中的注意事项 (1)实验材料的选择：选择实验材料时，要注意排除自变量本身对实验结果的影响，保证自变量只是通过影响酶的活性来影响实验结果，而不是直接影响实验结果。 (2)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂“宜”选用碘－碘化钾溶液，“不宜”选用本尼迪特试剂，因为用本尼迪特试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。 (3)在探究pH对酶活性影响时，“宜”保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与底物接触，“不宜”在未达到预设pH前就让反应物与酶接触，顺序不可颠倒。 (4)在探究温度对酶活性的影响时，“宜”保证酶的最适pH(排除pH干扰)，且将酶和底物分别保温至实验要求的温度后，再混合继续保温，“不宜”在未分别保温前就让反应物与酶接触。 (5)若底物选择淀粉和蔗糖，用淀粉酶来验证酶的专一性时，检测底物是否被分解的试剂“宜”选用本尼迪特试剂，“不宜”选用碘－碘化钾溶液，因为碘－碘化钾溶液无法检测蔗糖是否被分解。 2．有关影响酶促反应速率因素的3点提醒 (1)酶催化反应时，最适温度和最适pH不会相互影响，即改变温度不影响酶的最适pH，反之亦然。 (2)酶量的增加会提高酶促反应的速率，但不会改变化学反应的平衡点；适当增加反应物的浓度，提高反应速率的同时，生成物的量也增加。 (3)不同因素影响酶促反应速率的本质不同。 ①温度和pH是通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的。 ②底物浓度和酶浓度是通过影响酶与底物的接触面积来影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。 5．(2023·浙江台州高一校联考期中)如图表示细胞的需氧呼吸过程，下列有关说法正确的是(　　) A．①②④中数值最大的是④，且②的产生一定与线粒体基质有关 B．产生②的这一阶段产生的[H]最多，③代表的物质是氧气 C．线粒体不能完成图示全过程，原核生物也不能完成图示全过程 D．若对⑤进行同位素18O标记，最先检测到18O的是⑥，一段时间后还可能检测到C18O2 【答案】D 【解析】①②④都表示能量，需氧呼吸第三阶段释放的能量最多，④最大，②的产生是第二阶段，可以发生在真核生物的线粒体基质，也可发生在原核生物的细胞溶胶，A错误。产生②的这一阶段产生的[H]最多，③代表的是水，B错误。葡萄糖需要分解成丙酮酸才能进入线粒体分解，原核生物可以完成图示全过程，C错误。若对⑤进行同位素18O标记，最先检测到18O的是⑥，一段时间后水参与需氧呼吸第二阶段，还可能检测到C18O2，D正确。 6.如图表示酵母菌以葡萄糖为底物进行的细胞呼吸与O2的浓度的关系曲线。下列说法中错误的是(　　) A．AB段表示酵母菌仅进行厌氧呼吸 B．B点为酵母菌细胞呼吸的最弱点 C．C点时酵母菌不再进行厌氧呼吸 D．阴影部分面积表示酵母菌厌氧呼吸的强度 【答案】A 【解析】AB段细胞吸收氧气，说明有需氧呼吸存在，A错误。B点释放的二氧化碳最少，说明酵母菌呼吸强度最弱，B正确。C点释放的二氧化碳和吸收的氧气相等，说明只进行需氧呼吸，C正确。二氧化碳释放量代表总的呼吸强度，氧气吸收量代表需氧呼吸强度，细胞总呼吸减去需氧呼吸强度代表厌氧呼吸强度，D正确。 【方法总结】1．“三看法”判断细胞呼吸的方式(以葡萄糖为底物) (1)一看——反应物和产物 ①消耗O2或产物中有H2O，一定存在需氧呼吸。 ②产物中有乙醇或乳酸，一定存在厌氧呼吸。 (2)二看——物质的量的关系 根据CO2释放量与O2消耗量判断 ①不消耗O2，释放CO2→只进行产生乙醇的厌氧呼吸。 ②不消耗O2，不释放CO2→只进行产生乳酸的厌氧呼吸或细胞已死亡。 ③CO2释放量等于O2吸收量→只进行需氧呼吸或既进行需氧呼吸又进行产生乳酸的厌氧呼吸。 ④CO2释放量大于O2吸收量→既进行需氧呼吸又进行产生乙醇的厌氧呼吸，多出的CO2来自厌氧呼吸。 (3)三看——反应的场所 ①真核细胞：若整个呼吸过程均在细胞溶胶中进行，则为厌氧呼吸；若部分过程在线粒体中进行，则为需氧呼吸。 ②原核细胞：原核细胞没有线粒体，故原核细胞的细胞呼吸在细胞溶胶和细胞膜上进行，其呼吸方式应根据产物判断，若只有CO2和H2O产生，则为需氧呼吸，若还有乙醇或乳酸产生，则还存在厌氧呼吸。 7．如图为大豆叶片叶肉细胞光合作用碳反应阶段的示意图，下列叙述正确的是(　　) A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为三碳酸中的化学能 B．卡尔文循环产生的三碳糖大部分运输到叶绿体外合成蔗糖 C．光强度突然由强变弱导致光合速率下降，短时间内五碳糖含量升高 D．被还原的三碳酸在有关酶的催化作用下，可再形成五碳糖 【答案】D 【解析】CO2的固定过程不消耗ATP，A错误。卡尔文循环产生的三碳糖大部分用于再生五碳糖，离开卡尔文循环的三碳糖大部分运输到叶绿体外合成蔗糖，B错误。光照强度由强变弱，光反应速率减慢，ATP和NADPH生成量减少，三碳酸还原速度建模，生成的五碳糖减少，而二氧化碳的固定短时间内正常进行，消耗的五碳糖增多，故五碳糖含量减少，C错误。被还原的三碳酸在有关酶的催化作用下，可再形成五碳糖，D正确。 【方法总结】 1．光反应与碳反应的比较 过程 光反应 碳反应 条件 必须在光下，需要色素、酶和水 需要酶、CO2、ATP和NADPH，只有在有光条件下才能循环 场所 叶绿体类囊体膜(光合膜) 叶绿体基质 物质 转化 ①水的光解：H2O2H＋＋O2＋2e－； ②ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP； ③NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ①三碳酸分子的形成：CO2＋五碳糖2个三碳酸分子； ②三碳糖的形成：2个三碳酸分子2个三碳糖； ③五碳糖的再生：三碳糖五碳糖 能量 转化 光能→ATP、 NADPH中的化学能 ATP和NADPH中的化学能→有机物中稳定的化学能 联系 光反应为碳反应提供NADPH、ATP，碳反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi，如图： 2.光合作用过程中元素的转移途径 (1)光合作用过程中O元素的转移途径： H218O→18O2；C18O2→C3→(CH218O)。 (2)光合作用过程中C元素的转移途径： 14CO2→14C3→14C6H12O6＋14C5。 (3)光合作用过程中H元素的转移途径： H2O→NADPH→C6H12O6＋H2O。 $