第04讲 物质交换、酶和ATP（4大考点梳理）（知识清单）（上海专用）2027年高考生物一轮复习讲练测

该高中生物学高考复习知识清单聚焦物质交换、酶和ATP专题，通过知识脑图搭建核心脉络，涵盖细胞跨膜运输、酶催化特性、ATP供能机制及质壁分离实验四大考点，系统梳理必背知识与实验要点。 清单采用速记口诀（如“自由扩散顺浓度，不需蛋白不耗能”）、易错易混辨析表（纠正“无机盐均主动运输”等误区）及实验步骤详解（如KNO₃溶液自动复原条件），培养生命观念与科学思维，助力学生高效记忆，辅助教师精准把握复习重点。

第04讲 物质交换、酶和ATP（知识清单） 目录导航 01知识脑图·核心脉络巧搭建——梳理专题框架，搭建知识体系 02考点梳理·必背知识全突破——深挖高频考点，总结速记易错 考点1 细胞通过质膜与外界进行物质交换 考点2 酶催化细胞的化学反应 考点3 ATP是生命活动的直接能源物质 考点4 观察外界溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响（实验） 知识脑图·核心脉络巧搭建 考点梳理·必背知识全突破 考点1 细胞通过质膜与外界进行物质交换 必背知识梳理 1． 细胞质膜具有选择透过性 与透析袋类似，细胞质膜不允许大分子直接透过，而只允许一些小分子透过，这有效保障了细胞结构完整性和生命活动稳定性。通过人工合成磷脂双分子层进行物质透过性实验发现：N₂、O₂、CO₂等疏水性小分子物质容易从磷脂分子间透过；乙醇、甘油等亲水性小分子以及水也可以透过；氨基酸、葡萄糖等亲水性有机分子和离子均被阻挡。因此，葡萄糖、氨基酸等亲水性有机分子以及离子需要借助质膜上的转运蛋白才能穿过细胞质膜。食物中的大分子营养物质需要经消化分解为小分子后才能被细胞吸收。 2． 小分子物质的跨膜运输 运输方式 方向 是否需转运蛋白 是否消耗能量 实例 自由扩散 高浓度→低浓度 不需要 不消耗 O₂、CO₂、乙醇、甘油、苯、水（少量） 协助扩散 高浓度→低浓度 需要（载体蛋白或通道蛋白） 不消耗 葡萄糖进入红细胞、水通过水通道蛋白、Na⁺通过通道蛋白 主动运输 低浓度→高浓度（逆浓度梯度） 需要载体蛋白 消耗能量（ATP或电化学势能） 小肠上皮细胞吸收葡萄糖、K⁺/Na⁺/Ca²⁺等离子运输 协助扩散示意图 主动运输示意图 3． 渗透现象 水分子不仅可以通过膜上磷脂分子间的空隙进出细胞，也可以借助细胞质膜上的水通道蛋白更加迅速地通过。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）渗入溶液浓度高的一侧（水分子少），这一现象称为渗透。渗透作用发生的条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧具有浓度差。 【核心知识】水分子通过细胞膜有两种方式：自由扩散（直接穿过磷脂双分子层）和协助扩散（通过水通道蛋白）。植物细胞的吸水和失水主要通过渗透作用完成，与细胞液浓度和外界溶液浓度有关。 4． 主动运输中的协同转运 为了满足正常生理活动的需要，细胞会逆浓度梯度从细胞外吸收或向细胞外排出一些物质。主动运输需要载体蛋白，还需要细胞提供能量。能量来源可以是ATP水解，也可以是其他物质的电化学势能驱动（协同转运）。 【深度理解】小肠上皮细胞吸收肠腔里的葡萄糖属于协同运输：Na⁺顺浓度梯度进入细胞时，把葡萄糖也一起带进来（低浓度→高浓度），此过程不直接消耗ATP；但随后细胞通过Na⁺-K⁺泵把Na⁺泵出细胞（消耗ATP），以维持Na⁺的浓度梯度。因此，协同转运总体上仍属于主动运输，消耗能量。 5． 大分子物质通过胞吞和胞吐进出细胞 细胞还需要摄取或排出一些大分子或颗粒物。例如，变形虫等单细胞生物从外界环境中摄取食物，白细胞吞噬入侵的细菌和病毒，细胞从血液中吸收脂蛋白等，都是通过胞吞的方式完成。胞吞过程中，大分子或颗粒物与质膜上的受体结合，引起质膜内陷，将大分子或颗粒物包围起来形成小囊泡；随后小囊泡从细胞质膜上脱离下来进入细胞内部。在细胞内，小囊泡通常会与溶酶体融合，然后对被吞噬的物质进行分解。 图3 胞吞和胞吐示意图 胞吐的过程与胞吞相反：细胞将需要分泌、排出的大分子或颗粒物用膜包裹形成小囊泡，运输到细胞质膜内侧后，与细胞质膜融合，将内含物排出细胞。例如，胰腺细胞通过胞吐方式将合成的胰蛋白酶原分泌出细胞，排入十二指肠起作用。 【实验提醒】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。胞吞过程需要某些特定的膜蛋白（如受体）的作用，但不需要转运蛋白的作用，消耗细胞呼吸所释放的能量。胞吐不仅可以运输大分子物质，也可以运输小分子物质，如神经递质。 速记口诀突破 1． 跨膜运输方式 口诀：自由扩散顺浓度，不需蛋白不耗能；协助扩散需蛋白，主动运输逆浓度。 解释：自由扩散：顺浓度梯度，不需转运蛋白，不消耗能量；协助扩散：顺浓度梯度，需转运蛋白，不消耗能量；主动运输：逆浓度梯度，需载体蛋白，消耗能量。 2． 渗透作用 口诀：水往高浓流，半透膜是关；植物看液泡，动物看细胞。 解释：水分子从低浓度溶液（水多）向高浓度溶液（水少）渗透；需要半透膜；植物细胞通过液泡判断吸水失水，动物细胞通过细胞形态判断。 3． 胞吞胞吐 口诀：大分子难穿膜，胞吞胞吐来帮忙；膜先内陷或融合，囊泡运输靠能量。 解释：大分子物质不能穿过细胞膜，通过胞吞（进入细胞）和胞吐（排出细胞）完成；依赖膜的流动性，消耗能量。 4． 载体与受体 口诀：载体协助物质穿，受体接受信号传；一个运输一个识别，功能不同莫混乱。 解释：载体蛋白协助物质跨膜运输；受体蛋白接受信号分子（如激素、神经递质），参与细胞间信息交流。 易错易混辨析 易错点 正确辨析 无机盐离子的运输方式均为主动运输 无机盐离子的运输方式不一定都是主动运输。如Na⁺可以通过协助扩散进入细胞（如神经冲动传导时Na⁺通过通道蛋白内流）。 主动运输使膜内外物质浓度趋于一致，维持了细胞的正常代谢 主动运输使膜内外物质保持浓度差，从而保证细胞能够主动选择吸收所需物质、排出代谢废物和有害物质。 胞吞过程需要某些特定的膜蛋白的作用，也需要转运蛋白的作用 胞吞过程需要某些特定的膜蛋白（如受体）的作用，但不需要转运蛋白的作用。 胞吐只能运输大分子物质 胞吐不是只能运输大分子物质，也可以运输小分子物质，如神经递质就是通过胞吐释放的。 水分子只能通过自由扩散进出细胞 水分子既可以通过磷脂双分子层自由扩散，也可以通过水通道蛋白进行协助扩散。 考点2 酶催化细胞的化学反应 必背知识梳理 1． 观察酶的催化作用实验 动物肝脏细胞中有丰富的过氧化氢酶，可催化过氧化氢（H₂O₂）的分解，放出O₂。FeCl₃是无机催化剂，也可催化H₂O₂分解。通过比较两种催化反应的气泡产生量，可以判断酶的催化效率。 试管 加入材料 作用 预期现象 A 3% H₂O₂ 5 mL + 蒸馏水1 mL 空白对照 气泡很少 B 3% H₂O₂ 5 mL + 新鲜动物肝脏匀浆1 mL 酶催化组 气泡大量产生，带火星线香复燃 C 3% H₂O₂ 5 mL + 3.5% FeCl₃溶液1 mL 无机催化剂组 气泡较多，但少于B管 【实验提醒】本实验的对照组是A试管（加蒸馏水），用于排除H₂O₂自身分解对实验结果的影响。B与C对比可说明酶具有高效性；A与B对比可说明酶具有催化作用。H₂O₂溶液具有一定腐蚀性，操作时需注意安全。 2． 酶的概念与本质 酶是活细胞产生的具有催化能力的生物大分子，绝大多数是蛋白质，少数是RNA（称为核酶）。酶既不是反应物，也不是产物，而是起催化剂的作用；在反应中酶可以重复使用，反应物称为酶的底物。细胞中已知的酶有数千种，每一种酶通常只催化一种或一类化学反应。 3． 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，称为活性中心。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。 【深度理解】关于酶与底物结合的学说主要有两种：锁钥学说认为酶分子的天然构象具有刚性结构，酶与底物的关系就像锁和钥匙；诱导契合学说认为酶表面没有与底物互补的固定形状，而是由于底物的诱导才形成互补形状，从而有利于底物结合。 4． 酶的特性 特性 含义 验证方法/实例 高效性 酶的催化效率远高于无机催化剂 H₂O₂分解实验：过氧化氢酶组气泡产生量远大于FeCl₃组 专一性 每一种酶通常只催化一种或一类化学反应 过氧化氢酶只催化H₂O₂分解，不催化其他反应 作用条件温和 酶在适宜的温度、pH条件下活性最高 高温、强酸、强碱会使酶变性失活 5． 酶活性受环境因素影响 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。酶通常在其适合的温度时活性最高，如人体内酶的最适温度范围是35~40℃；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，使酶活性丧失；而低温只是抑制酶活性，空间结构未被破坏，恢复适宜温度后酶活性可恢复。 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。例如，口腔内的唾液淀粉酶适合中性环境，胃蛋白酶的最适pH范围在2左右，而胰腺分泌的胰蛋白酶适应弱碱性环境。 6． 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。常见的抑制形式有两种：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。许多农药和药物是依据这种机理设计的，如除草剂草甘膦、镇痛药布洛芬以及多种抗癌药物等。 （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 速记口诀突破 1． 酶的概念 口诀：活细胞产生酶，催化反应行；大多蛋白质，少数RNA称。 解释：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物；绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA（核酶）。 2． 酶的特性 口诀：高效专一条件温，降低活化能催化；温度过高会失活，低温只是活性抑。 解释：酶具有高效性、专一性和作用条件温和的特点；酶通过降低反应活化能加快反应速率；高温使酶变性失活，低温仅抑制活性。 3． 活性中心 口诀：酶有活性中心窝，底物契合才被催化；锁钥刚好像钥匙，诱导契合更灵活。 解释：酶分子上有活性中心，底物与活性中心结合后被催化；锁钥学说强调结构互补，诱导契合学说强调底物诱导酶构象变化。 4． 酶抑制剂 口诀：抑制剂降酶活性，竞争非争两类型；竞争抢占活性位，非竞改变酶构型。 解释：酶抑制剂可降低酶活性；竞争性抑制剂与底物竞争活性中心；非竞争性抑制剂改变酶的空间结构。 易错易混辨析 易错点 正确辨析 酶能催化H₂O₂分解，是因为酶使H₂O₂得到了能量 酶不能为化学反应提供能量，酶的作用机理是降低化学反应的活化能，从而加快反应速率。 酶在反应完成后立即被降解成氨基酸 酶分子在催化反应完成后仍可再发挥催化作用，而不是立即被降解。酶作为催化剂可以重复利用。 酶是在核糖体上合成的生物大分子 绝大多数酶是蛋白质，在核糖体上合成；但少数酶是RNA，不在核糖体上合成。 酶的活性受温度的影响，温度过高或过低都会使酶失活 低温使酶的活性受到抑制，但空间结构未被破坏；高温会破坏酶的空间结构而使酶失活。在最适温度两侧可能存在两个不同温度对应相同的酶活性。 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条件下保存。 酶具有调节功能 酶只有催化功能，没有调节功能。对生命活动起调节作用的是激素等物质。 哺乳动物成熟红细胞能合成酶 哺乳动物成熟红细胞没有细胞核和核糖体，不能合成酶，但含有一些在红细胞成熟前合成的酶。 考点3 ATP是生命活动的直接能源物质 必背知识梳理 1． ATP的结构 ATP（腺苷三磷酸）由1个腺苷分子连接3个磷酸基团组成。腺苷由腺嘌呤和核糖组成。ATP分子中含有两个特殊化学键（高能磷酸键），末端两个磷酸基团水解均可释放约30 kJ/mol的能量。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）。 ATP分子结构示意图 2． ATP与ADP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15 s左右。但正常情况下，细胞内的ATP不会耗尽：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，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。 ATP与ADP相互转换示意图 项目 ATP的合成 ATP的水解 反应式 ADP + Pi + 能量 → ATP ATP → ADP + 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 用于各项生命活动 反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位 【核心知识】ATP与ADP相互转化时，反应所需的酶、能量的来源和去路、反应场所都不同，因此不是可逆反应。细胞内ATP含量很少，但通过与ADP的快速转化达到动态平衡；细胞代谢越旺盛，ATP和ADP的转化速率就越快。 3． ATP的利用 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。例如，肌细胞中ATP结合到肌球蛋白上并释放能量，改变肌球蛋白构象，使肌动蛋白丝移动，导致肌细胞收缩；细胞质膜主动运输过程中，为载体蛋白提供能量的也是ATP。 4． 细胞内的能量载体 细胞新陈代谢过程中，伴随着物质变化会发生一系列能量转换。这些能量通常由一些特定的分子携带并在细胞内传递，称为“能量载体”。其中，ATP分布和用途最广，直接为生命活动提供能量。此外，辅酶Ⅰ（NADH）、辅酶Ⅱ（NADPH）是质子（H⁺）及电子（e⁻）的携带者和传递者，参与糖类的氧化分解和合成反应过程。 5． 不同化合物中“A”的辨析 符号 全称 组成 说明 A 腺苷 腺嘌呤 + 核糖 ATP、ADP、AMP中都有 腺嘌呤 含氮碱基 仅含腺嘌呤 DNA和RNA的组成成分之一 腺嘌呤脱氧核苷酸 脱氧核苷酸 腺嘌呤 + 脱氧核糖 + 磷酸 DNA的基本单位之一 腺嘌呤核糖核苷酸 核糖核苷酸 腺嘌呤 + 核糖 + 磷酸 RNA的基本单位之一，也可用于合成ATP 速记口诀突破 1． ATP结构 口诀：腺苷三磷酸ATP，腺嘌核糖连三P；两个高能磷酸键，水解放能供生命。 解释：ATP由腺嘌呤、核糖和3个磷酸基团组成；含有两个高能磷酸键；水解末端磷酸基团可释放能量。 2． ATP与ADP转化 口诀：ATP水解变ADP，释放能量供生命；ADP加Pi又成ATP，呼吸光合来供能。 解释：ATP水解为ADP和Pi并释放能量；ADP和Pi在酶的作用下合成ATP，能量来自细胞呼吸或光合作用。 3． 能量货币 口诀：ATP是货币，直接供能用；含量虽少转化快，动态平衡不停息。 解释：ATP是细胞生命活动的直接能源物质；细胞内ATP含量少，但与ADP快速转化维持动态平衡。 4． “A”的辨析 口诀：A是腺苷嘌加糖，腺嘌碱基单独讲；脱氧核糖和核糖，两种核苷酸要分详。 解释：A表示腺苷（腺嘌呤+核糖）；腺嘌呤是碱基；腺嘌呤脱氧核苷酸和腺嘌呤核糖核苷酸分别是DNA和RNA的基本单位。 易错易混辨析 易错点 正确辨析 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，只是转化速率加快。 细胞内的放能反应就是指ATP水解释放能量 细胞内的放能反应是指能够释放能量的反应，并非就是指ATP水解释放能量。ATP水解是吸能反应的供能过程。 ATP与ADP的相互转化是可逆反应 ATP与ADP相互转化时，反应所需的酶、能量的来源和去路、反应场所都不同，因此不是可逆反应。 ATP是唯一的直接能源物质 ATP不是唯一的直接能源物质，CTP、GTP、UTP等也可以直接为生命活动供能，但ATP分布最广、用途最多。 ATP含量丰富，可以大量储存 细胞内ATP含量很少，但通过与ADP的快速转化满足生命活动对能量的需求。 考点4 观察外界溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响（实验） 必背知识梳理 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。当外界溶液浓度低于细胞液浓度时，细胞吸水，原生质体恢复原状，即发生质壁分离复原。 2． 实验材料与器具 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。选用紫色洋葱外表皮是因为其细胞液中含有紫色色素，便于观察液泡大小变化。 3． 实验步骤 步骤 操作 注意事项 制片 撕取洋葱鳞叶外表皮，放在载玻片中央的清水滴里，展平并盖上盖玻片 避免产生气泡；选择紫色外表皮便于观察 观察正常状态 先用低倍镜再用高倍镜，观察细胞中央液泡的大小和颜色、细胞核的位置 记录正常状态的细胞形态 质壁分离处理 在盖玻片一侧滴加1~2滴30%蔗糖溶液，对侧用吸水纸引流，重复几次 引流时要使蔗糖溶液充分浸润整个材料 观察质壁分离 每隔1 min观察液泡体积、颜色变化和质壁分离现象，8~10 min后停止 注意区分细胞壁和原生质层 复原处理 在盖玻片一侧滴加蒸馏水，对侧用吸水纸引流 引流要充分 观察复原 每隔1 min观察细胞复原情况，记录结果 若细胞已死亡则不能复原 4． 数据处理 选取细胞长宽比为3∶1到2∶1的质壁分离细胞3个，用测微尺测量其细胞长度（l₁）和原生质体长度（l₂），或者用软件计算细胞面积（S₁）和原生质体面积（S₂）。计算每个时间点三个细胞l₂/l₁（或S₂/S₁）的平均值，以时间为横坐标、l₂/l₁为纵坐标绘制曲线，分析质壁分离和复原的过程。 5． 实验注意事项与拓展 【实验提醒】本实验选用30%的蔗糖溶液。若质量浓度过高，质壁分离速度虽快，但会使细胞在短时间内因失水过多而死亡，质壁分离后不能复原；若质量浓度过低，则不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。 【深度理解】若外界溶液的溶质可透过半透膜（如KNO₃、甘油、尿素、乙二醇等），则可发生质壁分离自动复原。因为K⁺、NO₃⁻、尿素、乙二醇等可转运到细胞内，使细胞液浓度升高，从而使细胞渗透吸水，发生自动复原。 速记口诀突破 1． 质壁分离原理 口诀：外液浓度高，细胞要失水；原生质层缩，细胞壁不动弹。 解释：当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，原生质层收缩，而细胞壁伸缩性小，二者分离即质壁分离。 2． 实验步骤 口诀：撕片制片滴清水，低高倍镜看正常；蔗糖引流质壁分，蒸馏水引可复原。 解释：先制片观察正常状态；用蔗糖溶液处理观察质壁分离；再用蒸馏水处理观察复原。 3． 自动复原 口诀：KNO₃甘油尿素醇，溶质入胞液变浓；质壁分离后自动复，选择透过要记住。 解释：KNO₃、甘油、尿素、乙二醇等溶质可进入细胞，使细胞液浓度升高，导致质壁分离后自动复原。 易错易混辨析 易错点 正确辨析 所有细胞都能发生质壁分离 只有具有细胞壁和大液泡的成熟植物细胞才能发生明显的质壁分离。动物细胞没有细胞壁，不会发生质壁分离。 质壁分离时细胞壁与细胞质膜一起收缩 质壁分离时原生质层（细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质）收缩，而细胞壁伸缩性小，基本保持原状。 质壁分离后一定能复原 如果外界溶液浓度过高或处理时间过长，细胞会因失水过多而死亡，质壁分离后不能复原。 用任何浓度的蔗糖溶液都能观察到质壁分离 蔗糖溶液浓度过低不能引起质壁分离或速度太慢；浓度过高会导致细胞死亡，无法复原。 质壁分离自动复原只能用蒸馏水处理 若外界溶液中的溶质能进入细胞（如KNO₃溶液），细胞液浓度会升高，即使不更换蒸馏水也会发生自动复原。 / 学科网（北京）股份有限公司 $