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2011高三生物二轮复习学案:专题2 细胞代谢1 物质跨膜运输与酶和ATP



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专题二 细胞代谢
小专题一 物质跨膜运输与酶和 ATP

核心考点整合 考点整合一:物质跨膜运输 1.物质运输方式的比较 离子和小分子物质 自由 扩散 协助 扩散[来源: 状元源] 运输 方向 运输 动力 载体 实例 不需要 水、CO 、O 、甘油、乙
2 2

大分子和颗粒物质 主动 运输 胞吞 (内吞) 胞吐 (外排)

高浓度→ 低浓度 浓度差

高浓度→ 低浓度 浓度差

低浓度→ 高浓度 能量 (ATP)

细胞外 →内 能量 (ATP) 不需要

细胞内 →外 能量 (ATP) 不需要 胰腺细胞分泌 胰岛素

需要 红细胞吸收 葡萄糖

需要
+ 2+ 2+

K 、Ca 、Mg , 小肠吸收氨基 酸、葡萄糖

白细胞吞噬病 菌、 变形虫吞食 食物颗粒



2.影响物质运输速率的因素 (1)物质浓度(在一定浓度范围内)

(2)O2 浓度

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特别提示:①乙图中,当物质浓度达到一定程度时,受运载物质载体数量的限制,细胞运输物质的速率不 再增加。 ②丁图中,当 O2 浓度为 0 时,细胞通过无氧呼吸供能,细胞也可吸收物质。

(3)温度 温度可影响生物膜的流动性和有关酶的活性,因而影响物质运输速率。低温会使物质跨膜运输速率下降。

【例 1】 (2010·广东卷,1)下图 是植物根从土壤中吸收某矿质离子示意图。据图判断,该离子跨膜进 入根毛细胞的方式为

A.自由扩散 C.主动运输

B.协助扩散 D.被动运输

[解析] 本题考查物质的跨膜运输的方式,意在考查考生的识图分析能力。分析图示可知,矿质离子的运 输方向是从低浓度到高浓度,需要载体协助,还消耗能量,故为主动 运输。 [答案] C [知识总结] 物质跨膜运输方式的快速确认技巧: (1)是否消耗能量:只要运输耗能就为主动运输,即使 是由高浓度到低浓度的运输; (2)可否逆浓度梯度:只要从低浓度到高浓度运输,就是主动运输; (3)是
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否需要载体:不需要载体就是自由扩散,需要载体则通过浓度、能量进一步作出判断。 【互动探究 1】 (2010·成都质检)在水池中沉水生活的丽藻,其细胞里的 K+浓度比池水里的 K+浓度 高 1065 倍。据此判断下列说法正确的是 A.随着池水中富营养化程度的提高,K+进入丽藻加快 B.池水中好氧细菌大量繁殖时,K+难以进入丽藻 C.池水中厌氧细菌大量繁殖时,K+难以进入丽藻 D.池水中鱼虾较多时,K+难以进入丽藻 [解析] 根据题中的信息可以判断,K+进入丽藻细胞的方式为主动运输,需要载体协助,需要消耗能量, 而能量来自于呼吸作用(主要是有氧呼吸) 。大量厌氧细菌能在池中繁殖,说明池中缺少氧气,丽藻的呼 吸作用受到抑制,所以 K+难以进入丽藻。 [答案] C

考点整合二:酶 1.酶催化活性的表示方法:单位时间内底物的减少量或产物的生成量。 2.影响酶催化效率的因素的研究方法 (1)自变量:要研究的因素。 (2)因变量:酶的催化效率。 (3)无关变量:除自变量外其他影响酶催化活性的因素都为无关变量,在实验设计过程中,除自变量外 应严格控制无关变量,实验研究要做到科学和严谨。 3.影响酶催化活性的因素 (1)酶浓度 在有足够多的底物而又不受其他因素的影响下,酶促反应速率与酶的浓度成正比,如图所示。

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(2)底物浓度 当酶浓度、温度、pH 等恒定时,在底物浓度很低的范围内,反应速率与底物浓度成正比;当底物浓度达到 一定限度时,所有的酶全部参与催化,反应速率达到最大,此时即使再增加底物浓度,反应速率也不会增 加了,如图所示。

(3)pH 每种酶只能在一定限度的 pH 范围内表现出活性,其中酶的活性最强时的 pH 即为该酶的最适 pH。过酸、过 碱都会使酶的分子结构遭到破坏而失活,且该种变性是不可逆的,如图所示。

(4)温度 在一定温度范围内,酶促反应速率随温度的升高而加快,其中反应速率最快时的温度即为该种酶的最适温 度。温度偏高或偏低,都会使酶的活性降低,温度过高甚至会使酶失去活性,如图所 示。

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特别提示:高温使酶失活是由于破坏了酶的分子结构,即使恢复到最适温度,该酶的活性也不会恢复,而 低温条件不会破坏酶的分子结构,在恢复至适宜温度时,酶的活性可以恢复。 4.教材中常见的酶及其作用 [来源:状_元_源][来源:zyy100.com] 酶的名称 唾液淀粉酶、胰淀粉酶、肠淀粉酶 胃蛋白酶、胰蛋白酶 DNA 酶 纤维素酶 果胶酶 酪氨酸酶 解旋酶 逆转录酶 RNA 聚合酶 限制性核酸内切酶 DNA 连接酶 酶的作用 催化淀粉分解为麦芽糖 催化蛋白质分解为多肽 催化 DNA 水解为脱氧核苷酸 催化分解纤维素 催化分解果胶 催化利用酪氨酸合成黑色素 催化 DNA 双链之间的氢键断开 催化以 RNA 为模板合成 DNA 催化 DNA 分子转录 RNA 切割 DNA 形成黏性末端 将 DNA 分子黏性末端连接起来

【例 2】 (2009·宁夏理综、辽宁理综)如图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是

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A.当反应温度由 t2 调到最适温度时,酶活性下降 B.当反应温度由 t1 调到最适温度时,酶活性上升 C.酶活性在 t2 时比 t1 高,故 t2 时更适合酶的保存 D.酶活性在 t1 时比 t2 低,表明 t1 时酶的空间结构破坏更严重

[解析] 在最适宜的温度下,酶的活性最高。温度偏高或偏低,酶活性都会明显降低。当反应温度由 t1 调 到最适温度时,酶活性上升,故 B 正确。当反应温度由 t2 调到最适温度时,酶活性也逐渐上升,故 A 错 误。当温度超过最适温度后,随温度的升高酶逐渐变性失活,而在温度低于最适温度时,随温度的降低酶 的活性减弱,但酶的分子结构并没有被破坏,因此酶适于在低温下保存,故 C.D 两项均错误。 [答案] B [知识总结] 与酶相关的常见误区明示 项目 化学本质 正确说法 [来源:状,元,源] 绝大多数是蛋白质,少数是 RNA 错误说法 酶的本质是蛋白质 [来 源:zyy100.com] 产生细胞 一般来说,凡是活细胞都能产生酶(不考虑成熟红 细胞) 合成原料 [来源:状元 源 zyy100K] 合成场所 生理功能 来源 核糖体,细胞核 生物催化剂,只起催化作用 生物体内合成 核糖体 酶具有调节、催化等多种功能 有的来源于食物 [来源状元源 zyy100K] 作用场所 温度影响 既可在细胞内,也可在细胞外发挥作用 低温影响酶的活性,不破坏酶的结构,但高温使酶 失活 只在细胞内起催化作用 低温引起酶的变性失活 氨基酸,核糖核苷酸 氨基酸 具有分泌功能的细胞才能产生

【互动探究 2】 (2010·合肥质检)下图 1 表示温度对酶促反应速率的影响示意图,图 2 的实线表示在温 度为 a 的情况下生成物量与时间的关系图,则当温度增加一倍时生成物量与时间的关系是

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A.曲线 1 B.曲线 2 C.曲线 3 D.曲线 4

[解析] 最大生成物的量与温度无关。从图 1 中可以看到,温度为 2a 时的酶促反应速 率比 a 时要高,所以 在温度为 2a 时,生成物量达到最大值所需的时间要比 a 时短,根据图 2 可以看出只有曲线 2 符合。 [答案] B

考点整合三:ATP 的结构及其在能量代谢中的作用 1.ATP 的结构简式 结构简 式可以写为 A—P~P~P,其中 A 代表的是腺嘌呤与核糖结合形成的腺苷,~代表高能磷酸键。 另外,要注意将 ATP 的结构简式和与遗传相关的 DNA.RNA 的结构简式中的不同部位的“A”进行区分,如 下图中圆圈部分所代表的分别是:①腺苷、②腺嘌呤、③腺嘌呤脱氧核苷酸、④腺嘌呤核糖核苷酸。

2.ATP 在能量代谢中的作用图解分析

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3.生物与能量归纳 (1)光能是生物体生命活动所需能量的根本来源,植物光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。 (2)光能通过植物的光合作用转化成化学能储存在有机物中,以有机物为载体通过食物链而流动。 (3)生物不能直接利用有机物中的化学能,只有当有机物氧化分解后将能量转移到 ATP 中,才可用于生 命活动。 (4)能量一经利用,即从生物界中消失。 (5)能量流动是物质循环的动力,物质是能量的载体。 (6)ATP 的分解是一种水解反应,催化该反应的酶属于水解酶;生成 ATP 的反应是一种合成反应,催化该 反应的酶属于合成酶。 (7)ATP 水解释放的能量是储存于高能磷酸键中的化学能,可直接用于各项生命活动(光反应阶段合成的 ATP 只用于暗反应)而 ATP 所需的能量则主要来自有机物氧化分解释放的化学能或光合作用所固定的光能。 ; (8)病毒等少数种类的微生物不能独立进行代谢活动,其生命活动所消耗的能量来自宿主细胞的代谢。

【例 3】 (2010·海淀区质检)下列有关 ATP 的叙述,正确的 是 A.无氧条件下,植物叶肉细胞进行光合作用是细胞中 ATP 的惟一来源 B.有氧状态下,谷氨酸棒状杆菌在线粒体内合成 ATP C.ATP 分子由 1 个腺苷和 3 个磷酸基团组成 D.有氧条件下,植物根毛细胞的线粒体、叶绿体和细胞质基质都能产生 AT [解析] 植物叶肉细胞进行光合作用可以产生 ATP,在无氧条件下,细胞通过无氧呼吸也可产生 ATP,故 A 错误。谷氨酸棒状杆菌属于原核生物,不含线粒体,故 B 错误。根毛细胞中不含叶绿体,故 D 错误。 [答案] C [知识总结] ATP 与 ADP 之间的相互转化过程并不是可逆反应, 两过程反应的场 所、 条件、 反应式中的“能 量”均不同,具体如下:
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项目 反应式 场所 条件 能量来源

ATP 合成 [来源状*元*源网] 线粒体、叶绿体、细胞质基质 由 ATP 合成酶催化 合成 ATP 的能量主要来自光能(光合作用) 和化学能(细胞呼吸)

ATP 水解

细胞内所有需要能量进行生命活动的结构 由 ATP 水解酶催化 ATP 水解释放的能量是储存在远离 A 的高能 磷酸键中的能量 用于各项生命活动

能量去路

储存在 ATP 中

【互动探究 3】 (2010·临沂模拟)如图为 ATP 的结构和 ATP 与 ADP 相互转化的关系式。下列说法不正确 的是

A.图 1 中的 A 代表的是腺嘌呤,b、c 为高能磷酸键 B.ATP 生成 ADP 时图 1 中的 c 键断裂并释放能量 C.ATP 与 ADP 相互转化过程中物质是可逆的,能量不可逆 D.酶 1、酶 2 具有催化作用,不受其他因素的影响 [解析] ATP 是由腺苷和三个磷酸基团组成的,腺苷由一分子的腺嘌呤和一分子的核糖组成;酶具有催化作 用,具有高效性,专一性,同时作用的条件要温和,所以要受到温度,酸碱度等其他因素的影响。 [答案] D

高考链接 1.(2010·天津卷,4)下列关于物质跨膜运输的叙述,错误的是 A.主动运输过程中,需要载体蛋白协助和 ATP 提供能量 B.在静息状态下,神经细胞不再进行葡萄糖的跨膜运输 C.质壁分离过程中,水分子外流导致细胞 内渗透压升高 D.抗体分泌过程中,囊泡膜经融合成为细胞膜的一部分 解析:本题考查与物质运输相关的生理过程及各自的特点,意在考查考生的综合运用能力。主动运输消耗 能量且需要载体,故需要载体蛋白协助和 ATP 供能;静息状态下,神经细胞内仍进行新陈代谢,需要吸收 葡萄糖将其分解供能;质壁分离时,细胞失水,从而导致细胞液浓度升高,细胞内渗透压升高;抗体的本
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质为蛋白质,通过胞吐方式运输到细胞外,该过程中由高尔基体形成的囊泡膜与细胞膜融合将抗体释放到 细胞外。 答案:B 2. (2010·山东卷,3)下图中曲线 a、b 表示物质跨(穿)膜运输的两种方式,下列表述正确的是

A.脂溶性小分子物质不能通过方式 a 运输 B.与方式 a 有关的载体蛋白覆盖于细胞膜表面 C.方式 b 的最大转运速率与载体蛋白数量有关 D.抑制细胞呼吸对方式 a 和 b 的转运速率均有影响

解析:本题考查物质跨(穿)膜运输的方式,意在考查考 生对物质跨(穿)膜运输方式的理解、运用和识 图的能力。由图可知,曲线 a 表示物质的转运速度与被转运分子的浓度成正比,因此曲线 a 表示的是自由 扩散的跨膜运输方式;曲线 b 表示在一定范围内物质的转运速率与被转运分子的浓度成正比,而超过一定 的范围,物质的转运速率与被转运分子的浓度无关,这时候主要受细胞膜上载体数量的限制,因此曲线 b 表示的是主动运输或协助扩散的跨膜运输方式。脂溶性小分子物质以自由扩散的方式进出细胞,因此 A 选 项错误;方式 a 表示的是自由扩散,如果需要载体蛋白的参与,那么与之有关的载体蛋白应贯穿于细胞膜 中构成蛋白质通道,所以 B 选项错误;抑制细胞呼吸对方式 b 的转运速率有影响,而对方式 a 的转运速 率 无影响,因此 D 选项不正确。 答案:C 3. (2010·山东卷,5)溶酶体具有细胞内消化功能,其内部水解酶的最适 pH 在 5.0 左右。下列叙述错误 的是 A.溶酶体内的水解酶是由核糖体合成的 B.溶酶体执行功能时伴随其膜组分的更新 C.细胞质基质中的 H+被转运到溶酶体内需消耗能量 D.正常生理状态下溶酶体对自身机体的细胞结构无分解作用 解析:本题考查溶酶体的功能,意在考查考生的理解能力和知识运用能力。溶酶体内的水解酶的化学本质
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是蛋白质,是由核糖体合成的,因此 A 选项正确。大分子物质通过胞吞进入溶酶体,有的通过膜融合形式 进入,改变溶酶体的膜组分,所以 B 选项正确;根据题干信息可知:溶酶体内的水解酶的最适 pH 在 5.0 左右,因而细胞质基质中的 H+通过主动运输的方式被转运到溶酶体内需消耗能量,因而 C 选项正确。正 常生理状态下机体的衰老细胞、破损细胞等,通过溶酶体的作用被分解,所以 D 选项错误。 答案:D 4. (2010·上海卷,5)下图表示生物体内的某化学反应,下列有关该反应的叙述中错误的是

A.需要解旋酶 C.会有能量变化

B.属于水解反应 D.反应速度与温度有关

解析:本题考查蛋白质的水解过程,意在考查 考生的识图分析能力。分析图形可知,该图可表示肽酶催化 肽键断裂的水解过程,水解需要肽酶的催化作用,酶的活性受温度的影响,故反应速度与温度有关;水解 过程中肽键断裂,会引起能量的变化。 解旋酶用于 DNA 分子中氢键的断裂。故 A 错误。 答案:A 5. (2010·上海卷,17)下列有关人体中酶和激素的叙述正确的是 A.酶和激素都是蛋白质 B.酶和激素都与物质和能量代谢有关 C.酶和激素都由内分泌细胞分泌 D.酶和激素都要释放到血液中才能发挥作用 解析:本题考查酶与激素的异同,意在考查考生的辨别比较能力。A 项中少数酶是 RNA,只有部分激素如 胰岛素、生长激素等是蛋白质;B 项中酶能催化物质和能量代谢,而 激素对物质和能量代谢的相关反应起 调节作用;C 项中人体的酶并非由内分泌细胞分泌;D 项中酶不一定需释放到血液中,有的酶在细胞内发 挥作用。 答案:B 6. (2010·上海卷,20)右图为显微镜下某植物细胞在 30%蔗糖溶液中的示意图。下列叙述中错误的是

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A.若将细胞置于清水中,A 仍保持不变 B.若该细胞处于 40%蔗糖溶液中,B/A 值将变小 C.B/A 值能表示细胞失水的程度 D.A.B 分别表示细胞和液泡的长度

解析:本题考查植物细胞的质壁分离过程,意在考查考生对实验现象的理解分析能力。图示为处于质壁分 离状态的植物细胞。因细胞壁的伸缩性很小,故若将该细胞置于清水中,A 仍将保持不变。若在 40%的蔗 糖溶液中,与 图示相比,A 不变,但因失水更多而 B 变小,所以 B/A 将变小,可见 B/A 值能表示细胞失水 的程度。图中 A 表示的是细胞长度,但 B 表示的并不是液泡的长度,而是失水后的原生质体的长度。 答案:D 7. (2010·上海卷,22)如图表示细胞中某条生化反应链,图中 E1~E5 代表不同的酶,A~E 代表不同的 化合物。据图判断下列叙述中正确的是

A.若 E1 催化的反应被抑制,则 A 的消耗速度加快 B.若 E5 催化的反应被抑制,则 B 积累到较高水平 C.若 E3 的催化速度比 E4 快,则 D 的产量比 E 多 D.若 E1 的催化速度比 E5 快,则 B 的产量比 A 多

解析:本题考查一系列酶促反应相互之间的影响,意在考查考生的理解能力。A 项,若 E1 催化的反应被抑 制,则 A 的消耗速度变慢;B 项,因 E2 催化的反应并没有被抑制,所以 B 不一定会积累到较高水平;D 项,
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因 B 还会被 E2 催化反应,故 E1 的催化速度比 E5 快时,B 的产量也不一定比 A 多。 答案:C

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