第三章 细胞中能量的转换和利用（6核心3重难4技巧）（知识清单）生物苏教版必修1

该高中生物学知识清单系统梳理了“细胞中能量的转换和利用”单元内容，涵盖酶、ATP、光合作用、细胞呼吸及环境影响五大核心模块，搭建了从基础概念解析到过程机制探究再到综合应用分析的递进式学习支架。 清单以课标要求为统领，核心知识点标注【关键机制】如“酶通过降低活化能提高反应速率”，设易错辨析表和重难技巧如“三看法”破解酶曲线、C3/C5变化规律，培养科学思维和生命观念。特别设计生产应用归纳表，如温室增产措施对应生物学依据，助力学生自主复习，教师可精准把握重难点提升教学效率。

第三章 细胞中能量的转换和利用（知识清单） 课标+核心速记+重难技巧 知识一遍过 课标要求 课标解读 1.（依据教材专题反推）说明酶在细胞代谢中的作用、本质和特性，能够设计并分析影响酶促反应速率的实验。 本条指向“生命活动为什么离不开酶”。复习时要抓住【酶通过降低活化能提高反应速率】这一根本机制，能辨析高效性、专一性和作用条件较温和，并能围绕温度、pH、底物浓度等变量判断实验设计是否严谨。 2.（依据教材专题反推）解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，说明ATP与ADP相互转化及其与吸能、放能反应的关系。 本条指向“细胞怎样即时供能”。应会写ATP的结构简式，理解【ATP水解常伴随磷酰基转移】；能说明ATP含量少但转换快，区分ATP合成的能量来源和ATP水解释放能量的去路。 3.（依据教材专题反推）说明光合色素、叶绿体结构与光能捕获、转换的关系，概述光合作用的物质变化和能量变化。 本条指向“光能如何进入有机物”。需掌握色素种类、吸收光谱和纸层析结果，明确【光反应在类囊体薄膜上进行，暗反应在叶绿体基质中进行】，并能追踪H2O、CO2、ATP、NADPH在两阶段中的来源与去路。 4.（依据教材专题反推）说明细胞呼吸释放能量并生成ATP的过程，比较有氧呼吸和无氧呼吸的场所、产物与能量释放特点。 本条指向“有机物中的能量怎样被细胞利用”。要能按【糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化】梳理有氧呼吸，比较酒精发酵和乳酸发酵，并会用O2吸收量、CO2释放量判断呼吸类型。 5.（依据教材专题反推）分析光合作用和细胞呼吸受环境因素影响的规律，解释农业生产、种子贮藏和果蔬保鲜中的应用。 本条指向“曲线与生产情境”。需会区分【真正光合速率、净光合速率和呼吸速率】，能从光照强度、CO2浓度、温度、水分、O2浓度等条件变化推断曲线、物质含量及增产保鲜措施。 ◆ 核心01 酶：细胞代谢的高效生物催化剂 1.酶的概念、本质与作用原理 细胞代谢是活细胞中全部化学反应的总称，酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。多数酶是蛋白质，少数是RNA；酶既可催化分解反应，也可催化合成反应。酶促反应的根本优势不在于提供能量，而在于【降低化学反应所需的活化能】，使反应在常温、常压等温和条件下快速进行。 图1 酶降低化学反应活化能示意 2.酶的三类常考特性 高效性表现为与无机催化剂相比催化效率更高；专一性表现为一种酶通常只能催化一种或一类生化反应，原因是酶的活性中心与底物在空间结构上特异匹配；作用条件较温和表现为酶活性受温度、pH等因素影响明显。 3.影响酶促反应速率的因素 温度、pH通过影响酶空间结构和活性影响反应速率；底物浓度较低时，反应速率随底物浓度升高而增大，达到一定程度后受酶数量限制而趋于稳定；酶浓度增加通常会提高最大反应速率。 图2 酶促反应速率与温度关系 图3 酶促反应速率与pH关系 4.酶相关知识的辨析 项目 正确理解 常见考查角度 酶的来源 活细胞产生；可在细胞内或细胞外发挥作用 消化酶、胞内代谢酶是否都由活细胞产生 酶的本质 多数为蛋白质，少数为RNA 核酶发现打破“酶都是蛋白质”的绝对表述 酶的作用 降低活化能，不改变化学反应的平衡点 与加热、无机催化剂的作用差异 酶的数量 反应前后性质和数量一般不变，可反复利用 判断曲线中酶浓度是否限制速率 归纳总结：酶题先抓三句话：【本质是有机物】、【作用是降低活化能】、【活性受条件影响】。曲线题要先找自变量，再判断是否达到最适条件或酶量限制。 易错辨析：酶的作用与酶活性曲线 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为酶能为反应提供能量 酶不供能，只降低活化能；ATP等物质才参与能量供应 “酶降门槛，ATP付账” 把低温和高温对酶的影响等同 低温一般抑制酶活性，高温常使酶空间结构破坏而失活 低温可恢复，高温多不可逆 看到速率不再增加就断定酶失活 也可能是底物不足、酶浓度限制或产物积累 先看横坐标，再谈原因 ◆ 核心02 ATP：细胞生命活动的直接能源物质 1.ATP的结构和供能方式 ATP中文名称是腺苷三磷酸，结构简式可写为A-P~P~P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，~代表容易断裂的磷酐键。ATP末端磷酐键断裂时，往往通过【磷酰基转移】使相关分子磷酸化，从而引起载体蛋白、酶或其他蛋白质构象和活性的改变。 图4 ATP与ADP相互转化示意 2.ATP与ADP相互转化的特点 细胞中ATP含量少，但ATP与ADP相互转化十分迅速，能维持相对稳定的供能状态。ATP合成通常与细胞呼吸、光合作用等放能过程相联系；ATP水解通常与主动运输、肌肉收缩、物质合成、大脑思考、发光发电等吸能过程相联系。 3.ATP不是唯一能源，但常是直接能源 糖类、脂肪等有机物储存的能量不能被多数生命活动直接利用，需经细胞呼吸等过程转移到ATP中。细胞中还有GTP、UTP、CTP等高能化合物，但高中阶段判断直接供能时通常抓【ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质】。 4.ATP、ADP、RNA和DNA中字母A的辨析 对象 A的含义 是否含核糖 考点提醒 ATP/ADP中的A 腺苷=腺嘌呤+核糖 含 不是腺嘌呤单独一个碱基 RNA中的A 腺嘌呤核糖核苷酸中的碱基腺嘌呤 含 RNA基本单位含核糖 DNA中的A 腺嘌呤脱氧核苷酸中的碱基腺嘌呤 不含核糖，含脱氧核糖 注意与ATP中的腺苷区分 图5 不同结构简式中A的含义辨析 易错辨析：ATP与能量、磷酸基团的关系 易错表现 正确理解 记忆技巧 说ATP就是能量 ATP是储存和转移能量的物质，不等同于能量本身 物质是载体，能量是属性 把ATP与ADP相互转化看成完全可逆 两方向的酶、场所和能量来源或去路不完全相同 式子相反，条件不同 忽略磷酸化 ATP常通过磷酰基转移驱动蛋白质构象改变 供能常伴随“加一个磷酸基团” ◆ 核心03 光能捕获：色素、叶绿体与光合作用实验 1.光合色素的种类、分布和功能 绿色植物叶绿体类囊体薄膜上分布着捕获光能的色素，包括叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光；绿光吸收最少而多被反射，因此叶片通常呈绿色。 2.绿叶中色素的提取和分离 提取色素利用色素能溶于无水乙醇等有机溶剂；分离色素利用不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越高，在滤纸条上扩散越快。滤纸条从上到下通常为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。 3.叶绿体结构适于进行光合作用 叶绿体具有双层膜，内部类囊体堆叠形成基粒，扩大了受光面积和膜面积；光合色素分布于类囊体薄膜上，光反应相关酶也主要位于类囊体薄膜上，暗反应相关酶位于叶绿体基质中。 图6 叶绿体结构示意 4.光合作用发现史中的实验逻辑 科学史实验 核心变量或设计 结论指向 海尔蒙特柳树实验 比较土壤质量和柳树质量变化 认识到植物增重不主要来自土壤，但未认识CO2作用 普利斯特利实验 植物、蜡烛或小鼠共同放置 植物能“更新空气” 英格豪斯实验 有光与黑暗条件比较 绿色植物只有在光下才更新空气 恩格尔曼实验 水绵螺旋叶绿体和好氧细菌作指示 光合作用场所与光质影响 注意：色素实验常考药品作用：无水乙醇用于溶解色素，层析液用于分离色素，二氧化硅有利于研磨充分，碳酸钙可防止叶绿素被破坏。 易错辨析：色素、光质与叶绿体结构 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为绿色光最有利于光合作用 绿光吸收最少，蓝紫光和红光更有利 叶片绿，是因为绿光多被反射 把光合色素放在叶绿体基质中 光合色素位于类囊体薄膜上 “色素贴膜，暗反在基质” 滤纸条色素顺序记反 从上到下为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b “胡黄ab” ◆ 核心04 光合作用过程：光反应、暗反应与产物输出 1.光合作用的总过程 光合作用是绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并释放氧气的过程。其本质是【物质上把无机物合成有机物，能量上把光能转化为有机物中稳定的化学能】。 图7 光合作用两阶段物质和能量变化 2.光反应：发生在类囊体薄膜上 光反应需要光、色素、酶和水，主要包括水的光解、电子传递、NADPH形成和ATP合成。水被分解产生O2、H+和电子；电子传递过程中建立质子浓度梯度，ATP合成酶利用质子顺浓度梯度流动的能量合成ATP。 图8 类囊体膜上的电子传递与ATP合成 3.暗反应：发生在叶绿体基质中 暗反应又称碳反应，主要包括CO2固定和C3还原。CO2先与C5结合形成C3，C3在ATP和NADPH参与下被还原为糖类等有机物，同时再生C5，使卡尔文循环持续进行。 4.光反应和暗反应的区别与联系 比较项目 光反应 暗反应 场所 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质 条件 光、色素、酶、水、NADP+、ADP和Pi CO2、酶、ATP、NADPH、C5 物质变化 H2O光解为O2、H+和电子，形成ATP和NADPH CO2固定形成C3，C3还原生成有机物并再生C5 能量变化 光能转化为ATP和NADPH中活跃化学能 ATP和NADPH中活跃化学能转化为有机物中稳定化学能 联系 为暗反应提供ATP和NADPH 为光反应提供ADP、Pi和NADP+ 规律总结：光照骤降时，ATP和NADPH减少，C3还原受阻，通常【C3上升、C5下降】；CO2浓度骤降时，CO2固定受阻，通常【C3下降、C5上升】。 易错辨析：光反应和暗反应的物质去向 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为暗反应不需要光就与光无关 暗反应不直接需要光，但依赖光反应提供ATP和NADPH 不见光，靠光产物 把O2来源写成CO2 光合作用释放的O2来自H2O 放氧问水，合糖问碳 把NADPH和NADH混用 NADPH主要参与光合作用暗反应还原C3；NADH多见于细胞呼吸 P记photosynthesis ◆ 核心05 细胞呼吸：能量的转化和利用 1.细胞呼吸的概念和意义 细胞呼吸是有机物在细胞内经过一系列氧化分解，生成CO2或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。它既为生命活动提供ATP，也是糖类、脂质、蛋白质等代谢相互联系的枢纽。 2.有氧呼吸的三个阶段 有氧呼吸可概括为糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化。第一阶段在细胞质基质中，葡萄糖分解为丙酮酸并产生少量ATP和NADH；第二阶段在线粒体基质中，丙酮酸进一步分解产生CO2、NADH等；第三阶段在线粒体内膜上，NADH释放电子，经电子传递链传递给O2，形成水并驱动大量ATP合成。 图9 有氧呼吸和无氧呼吸过程联系示意 3.无氧呼吸的类型 无氧呼吸是在无氧或缺氧条件下，葡萄糖等有机物不彻底分解并释放少量能量的过程。常见类型有酒精发酵和乳酸发酵：酵母菌、植物某些组织可产生酒精和CO2；乳酸菌和动物骨骼肌细胞缺氧时可产生乳酸。 4.有氧呼吸与无氧呼吸比较 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 是否需O2 需要O2参与第三阶段 不需要O2参与 主要场所 细胞质基质和线粒体 细胞质基质 分解程度 有机物彻底氧化分解为CO2和H2O 有机物不彻底分解为酒精和CO2或乳酸 能量释放 释放能量多，生成ATP多 释放能量少，生成ATP少 共同点 第一阶段均为糖酵解，均有酶参与并产生ATP 第一阶段均为糖酵解，均有酶参与并产生ATP 图10 细胞呼吸综合过程示意 归纳总结：判断呼吸方式时抓三项：【O2吸收量】、【CO2释放量】、【酒精或乳酸是否产生】。以葡萄糖为底物时，有氧呼吸O2吸收量=CO2释放量；酒精发酵释放CO2但不吸收O2；乳酸发酵既不吸收O2也不释放CO2。 易错辨析：线粒体、氧气和呼吸方式 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为有氧呼吸一定在线粒体中完成 真核细胞主要在线粒体完成；部分原核生物无线粒体也能有氧呼吸 看生物类型，不能只看结构 认为无氧呼吸没有氧化分解 无氧呼吸仍有有机物氧化分解，只是不彻底 无氧不等于不分解 把O2用于分解葡萄糖第一阶段 O2参与有氧呼吸第三阶段，与[H]结合生成水 氧气最后接电子 ◆ 核心06 环境因素与光合、呼吸综合 1.光合作用强度及其表示 光合作用强度可用单位时间内CO2吸收量、O2释放量或有机物积累量表示。黑暗条件下测得的是呼吸速率；光照条件下外界测得的是净光合速率。三者关系为【真正光合速率=净光合速率+呼吸速率】。 图11 光照强度与净光合速率、真正光合速率关系 2.影响光合作用的环境因素 光照强度、CO2浓度、温度、水分和矿质元素都会影响光合作用。光照强度主要影响光反应，CO2浓度主要影响暗反应，温度通过影响相关酶活性影响光反应和暗反应；Mg等元素参与叶绿素形成，水既是原料又影响气孔开闭。 图12 光照强度、CO2浓度与温度对光合作用强度的影响 3.影响细胞呼吸的环境因素及应用 温度通过影响呼吸酶活性影响呼吸速率；O2充足促进有氧呼吸，低O2可抑制呼吸但过低会增强无氧呼吸；CO2浓度升高可抑制呼吸；自由水含量升高通常促进呼吸。生产上常通过低温、低氧、适当提高CO2浓度保存果蔬，通过干燥、低温储藏种子。 4.生产应用归纳 情境 目标 措施 生物学依据 温室增产 增强光合作用、增加有机物积累 补光、提高CO2浓度、白天适当升温、合理密植 提高真正光合速率并降低无效遮光 夜间管理 减少有机物消耗 夜间适当降温 降低呼吸酶活性，减弱细胞呼吸 种子贮藏 保持活力并减少有机物消耗 晒干、低温、适度低氧 降低自由水和呼吸速率 果蔬保鲜 延缓衰老和腐败 低温、低氧、适当提高CO2浓度 抑制细胞呼吸和微生物活动 图13 光合作用和细胞呼吸的能量转化关系 易错辨析：净光合、总光合与呼吸速率 易错表现 正确理解 记忆技巧 把光下测得的O2释放量当成真正光合速率 光下外界测得的一般是净光合速率 光下净，暗下呼 忽略呼吸作用同时进行 光合作用进行时细胞呼吸也在进行 有光不关呼吸 认为光补偿点植物不光合 光补偿点是真正光合速率等于呼吸速率，净光合速率为0 补偿不是停止，是收支平衡 重●难●提●分 ◆ 重难01 酶曲线与实验设计的变量控制 1.曲线题先辨横坐标和纵坐标 温度、pH曲线通常呈单峰型，最适点左右原因不同：低温或偏离最适pH会使活性下降，高温或强酸强碱可能导致酶变性失活。【易错：】底物浓度曲线平台期不一定是酶失活，常是酶浓度或底物结合位点达到限制。 2.实验设计抓单一变量、等量原则和检测指标 探究温度影响时，pH、底物浓度、酶量等应保持相同；探究pH影响时，温度等应一致。检测指标要能反映反应速率，如气泡量、滤纸片上浮时间、产物生成量或底物减少量。 ◆ 重难02 光合作用两阶段变化与C3、C5含量判断 1.先判断限制因素作用于哪个阶段 光照主要影响光反应，进而改变ATP和NADPH供应；CO2浓度直接影响暗反应中的CO2固定。分析时先找“入口”受阻还是“还原力”受阻，再推C3和C5变化。 2.C3、C5变化的核心推理 光照减弱时，ATP和NADPH减少，C3还原变慢，因此C3积累、C5减少；CO2减少时，CO2固定变慢，C5消耗减少而C3生成减少，因此C5上升、C3下降。 图14 外界条件改变时C3、C5和ATP/NADPH变化速查 ◆ 重难03 呼吸方式判断与有机物消耗量计算 1.以葡萄糖为底物时的判断规则 若只进行有氧呼吸，O2吸收量=CO2释放量；若只进行酒精发酵，O2吸收量为0，CO2释放量=酒精生成量；若只进行乳酸发酵，既不吸收O2也不释放CO2。若CO2释放量大于O2吸收量，通常说明同时存在有氧呼吸和酒精发酵。 2.低氧保鲜不是氧气越低越好 适度低氧可抑制有氧呼吸并减少有机物消耗；但氧气过低会促使无氧呼吸增强，产生酒精等物质，影响品质甚至伤害细胞。 高●分●技●巧 ◆ 技巧01 用“三看法”破解酶促反应曲线 （1）一看坐标 横坐标是温度、pH、底物浓度还是酶浓度，决定曲线解释方向；纵坐标是反应速率、产物量还是剩余底物量，决定“升高”代表促进还是抑制。 （2）二看区间 最适点左侧、右侧和平台期原因不同，答题时不要只写“酶活性降低”，要具体到低温抑制、高温失活、pH偏离最适值或底物/酶量限制。 （3）三看变量控制 实验目的 自变量 无关变量 常用观测指标 探究温度影响 不同温度 pH、底物量、酶量、反应时间 产物生成量或底物剩余量 探究pH影响 不同pH 温度、底物量、酶量 气泡量、滤纸片上浮时间等 探究底物浓度影响 底物浓度 酶量、温度、pH 单位时间产物量 ◆ 技巧02 用“供需链”判断光合作用变量变化 （1）建立供需链 光反应供应ATP和NADPH，暗反应消耗ATP和NADPH并再生ADP、Pi和NADP+；CO2固定消耗C5产生C3，C3还原消耗ATP和NADPH并再生C5。 （2）把条件变化放进链条 条件变化 直接影响 C3变化 C5变化 ATP/NADPH变化 光照减弱 光反应减弱，C3还原受阻 上升 下降 下降 光照增强 光反应增强，C3还原增强 下降 上升 上升后趋稳 CO2减少 CO2固定受阻 下降 上升 上升 CO2增加 CO2固定增强 上升 下降 下降后趋稳 ◆ 技巧03 用“气体守恒”判断细胞呼吸类型 （1）先假设底物是葡萄糖 多数高中题默认以葡萄糖为呼吸底物，此时有氧呼吸消耗O2与释放CO2的物质的量相等；酒精发酵释放CO2但不消耗O2；乳酸发酵不释放CO2。 （2）再比较O2吸收量和CO2释放量 气体关系 呼吸方式判断 答题提醒 O2吸收量=CO2释放量，且不产生酒精 只进行有氧呼吸 也要看题干是否说明底物只有葡萄糖 O2吸收量=0，CO2释放量>0 只进行酒精发酵 常见于酵母菌缺氧 O2吸收量=0，CO2释放量=0 可能只进行乳酸发酵 需结合乳酸、肌肉或乳酸菌等信息 CO2释放量>O2吸收量>0 有氧呼吸和酒精发酵同时进行 多余CO2来自酒精发酵 ◆ 技巧04 用“总=净+呼”解决光合曲线和农业应用题 （1）明确测量条件 黑暗条件只进行细胞呼吸，测得O2减少量或CO2增加量代表呼吸速率；光照条件下，外界测得O2释放量或CO2吸收量一般代表净光合速率。 （2）代入关系式 真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。若题目给O2释放量和黑暗条件O2消耗量，应相加得到真正光合速率；若给有机物积累量和呼吸消耗量，也应相加得到制造量。 常见表述 对应速率 计算处理 光下O2释放量/CO2吸收量 净光合速率 总光合=该值+呼吸 黑暗O2吸收量/CO2释放量 呼吸速率 用于补回光下被呼吸消耗的部分 叶绿体O2产生量/CO2固定量 真正光合速率 无需再加呼吸 有机物积累量 净积累量 制造量=积累量+呼吸消耗量 第 1 页 / 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $