2011高考生物二轮复习 专题2 细胞代谢1 物质跨膜运输与酶和ATP

专题二专题二 细胞代谢小专题一细胞代谢小专题一 物质跨膜运输与酶和物质跨膜运输与酶和 ATPATP 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 离子和小分子物质大分子和颗粒物质 自由 扩散 协助 扩散 主动 运输 胞吞 内吞 胞吐 外排 运输 方向 高浓度 低浓度 高浓度 低浓度 低浓度 高浓度 细胞外 内 细胞内 外 运输 动力 浓度差浓度差能量 ATP 能量 ATP 能量 ATP 载体不需要需要需要不需要不需要 实例水 CO 2 O2 甘油 乙醇 红细胞吸 收葡萄糖 K Ca2 M g 2 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 胰腺细胞分 泌胰岛素 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 特别提示 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 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 B 协助扩散 C 主动运输 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 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 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 酶的名称 酶的作用 唾液淀粉酶 胰淀粉酶 肠淀粉酶 催化淀粉分解为麦芽糖 胃蛋白酶 胰蛋白酶 催化蛋白质分解为多肽 DNA 酶 催化 DNA 水解为脱氧核苷酸 纤维素酶 催化分解纤维素 果胶酶 催化分解果胶 酪氨酸酶 催化利用酪氨酸合成黑色素 解旋酶 催化 DNA 双链之间的氢键断开 逆转录酶 催化以 RNA 为模板合成 DNA RNA 聚合酶 催化 DNA 分子转录 RNA 限制性核酸内切酶 切割 DNA 形成黏性末端 DNA 连接酶 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 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 正确说法 错误说法 化学本质 绝大多数是蛋白质 少数是 RNA 酶的本质是蛋白质 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 具有分泌功能的细胞才能产 生 合成原料 氨基酸 核糖核苷酸 氨基酸 合成场所 核糖体 细胞核 核糖体 生理功能 生物催化剂 只起催化作用 酶具有调节 催化等多种功 能 来源 生物体内合成 有的来源于食物 作用场所 既可在细胞内 也可在细胞外发挥作用 只在细胞内起催化作用 温度影响 低温影响酶的活性 不破坏酶的结构 但高 温使酶失活 低温引起酶的变性失活 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 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 腺苷 腺嘌呤 腺嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸 2 ATP 在能量代谢中的作用图解分析 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 项目 ATP 合成 ATP 水解 反应式 场所 线粒体 叶绿体 细胞质基质 细胞内所有需要能量进行生命活动的 结构 条件 由 ATP 合成酶催化 由 ATP 水解酶催化 能量来源 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 水解释放的能量是储存在远离 A 的高能磷酸键中的能量 能量去路 储存在 ATP 中 用于各项生命活动 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 B 属于水解反应 C 会有能量变化 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