专题二-细胞代谢

,核心专业术语:三磷酸腺苷酶活化能光反应暗反应有氧呼吸无氧呼吸,【核心考点完全攻略】,一、酶与ATP,【考点教材回归】,1.酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物,绝大多数的酶是蛋白质,少数的酶是RNA。,2.酶的功能是生物催化作用,其原理是降低化学反应的活化能。,3.ATP是生物体细胞的直接能源物质。细胞质中代谢消耗的ATP均来源于呼吸作用(无氧呼吸和有氧呼吸),光合作用的光反应阶段产生的ATP均用于暗反应。ATP在细胞内的含量很少,而且转化很快。,一、酶与ATP,1.关于酶的正确与错误说法,2.对酶的特性的理解及影响酶活性的图像分析,(1)表示酶专一性的图解,图示为“锁和钥匙学说”,图中A表示酶,B表示被催化的反应物。酶和被催化的反应物分子都有特定的结构。,在A反应物中加入酶A,反应速率较未加酶时明显加快,说明酶A催化底物参与反应。,在A反应物中加入酶B,反应速率和未加酶时相同,说明酶B不催化底物不参与反应。,图中只有a、b曲线相比较才可说明酶催化的高效性,a、c曲线的对比只能说明酶具有催化作用。,酶只能缩短达到化学平衡所需时间,不改变化学反应的平衡点。,(2)表示酶高效性的曲线,(3)影响酶活性的曲线,在一定温度(pH)范围内,随温度(pH)的升高,酶的催化作用增强,超过这一范围酶催化作用逐渐减弱。,过酸、过碱、高温都会使酶失活,而低温只是抑制酶的活性,酶分子结构未被破坏,温度升高可恢复活性。,从丙图可以看出:反应溶液酸碱度的变化不影响酶作用的最适温,度。,在其他条件适宜、酶量一定的条件下,酶促反应速率随底物浓度增加而加快,但当底物达到一定浓度后,受酶数量和酶活性限制,酶促反应速率不再增加。,乙图表示在底物充足,其他条件适宜的条件下,酶促反应速率与酶浓度成正比。,(4)表示底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响的曲线,温度、pH、底物浓度和酶浓度都可影响酶促反应速率。不同的是温度和pH是通过影响酶活性而影响酶促反应的,而底物浓度和酶浓度不影响酶活性。,3.ATP在能量代谢中的作用,(1)ATP的组成及结构,生物不能直接利用有机物中的化学能,只有有机物氧化分解并将能量转移到ATP中,才能被利用。,光能进入生物群落后,以化学能的形式储存于有机物中,以有机物,(3)生物体内的能量代谢过程,为载体通过食物链而流动。,光能是生物体进行各项生命活动的根本能量来源,植物的光合作用是生物界中最基本的物质代谢和能量代谢。,细胞呼吸产生的ATP均可作为细胞的能量货币,直接用于各项生命活动。,A.图能用来表示反应物浓度变化与反应时间的关系,B.图虚线表示增加酶浓度后,其他条件不变时,生成物量与反应时间关系的变化情况,C.若图中的实线表示过氧化氢酶对H2O2分解的催化效率,则虚线表示Fe3+的催化效率,D.图也可以用来表示处理温度不同的情况下,生成物量与时间的关系,例1(2012衡阳八中高三检测)下图表示在不同条件下,酶催化反应的速度和生成物量的变化情况。以下有关叙述不正确的是(),C,A.ATP中的“A”与构成DNA、RNA中的碱基“A”表示不同物质,B.ATP中的能量可以来源于光能、化学能,也可以转化为光能和化学能,C.在有氧与缺氧的条件下,酵母菌细胞质基质都能形成ATP,D.人体内成熟的红细胞中没有线粒体,不能产生ATP,例2(2012聊城一模)ATP是细胞中能量的通用“货币”。下列有关ATP的叙述不正确的是(),D,【思维误区规避】,1.酶未必都是蛋白质,还有少数酶是RNA。,2.酶只有生物催化作用,不具有其他功能;酶并没有提供化学反应的活化能,而是降低了化学反应所需的活化能。,3.除哺乳动物成熟红细胞外,所有的活细胞都能产生酶,但酶并不是只能在细胞内发挥作用,在细胞外的适宜条件下也可发挥作用,如消化酶。,大多数酶是蛋白质;少数激素是蛋白质,如胰岛素、生长激素;载体和抗体都是蛋白质。关系图示如下:,4.酶、激素、载体、抗体与蛋白质的关系,5.要注意将ATP的结构简式中的“A”和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。,6.ATP并不都是能用于各项生命活动,光合作用光反应产生的ATP只能用于暗反应,转化成有机物中的能量。,7.生物体进行生命活动主要由ATP直接提供能量,但ATP并非新陈代谢所需能量的唯一直接来源,其他核苷的三磷酸化合物也可以提供能量。,B.ATP含有核糖,酶一定不含核糖,C.ATP是活细胞各种生命活动的直接供能物质,但不是细胞唯一的直接能源物质,D.酶与ATP均具有高效性与专一性,【答案】C,A.人体成熟的红细胞既能产生酶又能产生ATP,例3(2012山东潍坊市一模)以下关于ATP和酶的说法正确,的是(),二、细胞呼吸与光合作用,【考点教材回归】,1.细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸,二者的根本区别是是否需要氧气的参与。二者都是将有机物氧化分解并释放能量的过程。,2.有氧呼吸的三个阶段都能产生ATP,第三阶段产生最多,无氧呼吸只在第一阶段产生ATP。,不同生物无氧呼吸的产物不同,有的产生乳酸,有的产生酒精和CO2,其原因在于催化反应的酶不同。,3.光合作用包括光反应和暗反应,光反应发生在类囊体膜上,暗反应发生在叶绿体基质中。光照强度通过影响光反应影响光合作用,温度和CO2主要通过影响暗反应影响光合作用。,【考点横向整合】,一、光合作用,1.内部因素对光合速率的影响,(1)不同部位,由于叶绿素具有接受和转换能量的作用,所以,植株中凡是绿色的、具有叶绿素的部位都能进行光合作用。在一定范围内,叶绿素含量越多,光合速率越大。以一片叶子为例,最幼嫩的叶片光合速率低,随,着叶子成长,光合速率不断加大,达到高峰,随后叶子衰老,光合速率就下降。,(2)不同生育期,一株作物不同生育期的光合速率不尽相同,一般都以营养生长期为最强,到生长末期就下降。以水稻为例,分蘖盛期的光合速率较快,在稻穗接近成熟时下降。但从群体来看,群体的光合量不仅决定于单位叶面积的光合速率,而且很大程度上受总叶面积及群体结构的影响。,2.单一因子对光合作用的影响,3.多种因子对光合作用的影响,二、影响细胞呼吸的因素及在生产上的应用,1.内部因素,(1)不同种类的植物呼吸速率不同,如阴生植物小于阳生植物。,(2)同一植物在不同的生长发育期,呼吸速率不同,如开花期呼吸速率升高,成熟期下降。,(3)同一植物的不同器官呼吸速率不同,如生殖器官大于营养器官。,2.环境因素对细胞呼吸的影响,三、从光合作用和呼吸作用分析物质循环和能量流动,1.从反应式上追踪元素的来龙去脉,(1)光合作用总反应式:,2.从具体过程中寻找物质循环和能量流动,(2)有氧呼吸反应式:,C:CO2(CH2O)丙酮酸CO2,O:H2OO2H2O,H:H2OH(CH2O)HH2O,(1)物质循环,3.光合作用与细胞呼吸过程中H、ATP来源与去路的比较,(2)能量流动,光能ATP(CH2O)ATP各项生命活动,4.真光合速率、表观(净)光合速率和呼吸速率三者之间的关系,(1)光合速率、呼吸速率的概念,光合速率:指在单位时间内,单位面积的叶片合成有机物的速率。,表观(净)光合速率:光照下测定的CO2吸收速率(或O2释放速率)。,实际(总)光合速率:植物在光下实际合成有机物的速率。,计算公式:实际光合速率=表观光合速率+呼吸速率。,具体可表示为:实际光合速率=从外界吸收CO2的速率+呼吸释放CO2的速率,或实际光合速率=释放O2的速率+呼吸消耗O2的速率。,表示方法:单位时间内,单位面积叶片吸收的CO2量或释放的O2量。,单位:CO2量或O2量/(单位面积单位时间)。,呼吸速率:是指单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率。,表示方法:单位时间内,释放的CO2量或吸收的O2量。,测定条件:黑暗条件下。,(2)图解形式分析三者关系,关键点分析:A点光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,释放的CO2的量即是此时的呼吸强度(如图2)。AB段时细胞呼吸强度大于光合作用强度(如图3)。B点所示光照强度为光补偿点,细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用,此时光合作用强度等于呼吸作用强度,净光合量为,0(如图4)。BC段时光合作用强度大于细胞呼吸强度,净光合量大于0,就植物来说,只有净光合量大于0,才能正常生长(如图5)。C点表示光合作用速率达到最大值时的最低光照强度。若改变某一因素(如CO2浓度),使光合作用速率增大(减小),而呼吸作用不受影响时,光补偿点应左移(右移),光饱和点应右移(左移);若改变某一因素(如温度),使呼吸作用速率增大(减小),则光补偿点应右移(左移)。,(3)光合速率与植物生长,当净(表观)光合速率0时,植物积累有机物而生长;,净光合速率=0时,植物不能生长;,净光合速率0时,植物不能生长,长时间处于此种状态,植物将死亡。,四、与细胞代谢相关的计算,1.类型,(1)根据反应式中原料与产物之间的关系进行简单的化学计算;,(2)有关光合作用强度和呼吸作用强度的计算;,(3)有关有氧呼吸和无氧呼吸的混合计算。,2.方法与技巧,根据光合作用、呼吸作用等生命活动过程中物质数量变化关系求解。有关公式:,(1)同时进行光合作用和呼吸作用的植物的有关有机物的量:,有机物积累量=光合作用产量-呼吸作用消耗量,当O2的吸收量和CO2的释放量均为0时,光合作用强度=呼吸作用强度,当光照强度为0时,O2的消耗量=CO2的产生量=有氧呼吸强度,(2)同时进行有氧呼吸和无氧呼吸的生物的有关气体体积:,耗氧量=有氧呼吸CO2产生量,无氧呼吸CO2产生量=CO2总产生量-有氧呼吸CO2产生量(耗氧量),例4(2012德州高三检测)如图为某植物细胞的部分生理过程示意图,请回答:,(1)过程的反应场所是,此过程中H来自于(细胞结构)。,(2)如果温度下降,过程的反应速率,原因是。,(3)过程中,H的移动方向是。如果空气中CO2浓度下降,则H的含量变化为。,线粒体内膜,细胞质基质和线粒体基质,低温时酶的活性下降,下降,从类囊体膜到叶绿体基质,上升,(4)如果用18O标记的H2O灌溉该植株,则可能出现含18O的气体有。,(5)当细胞中有过程发生而没有过程发生时,该细胞处于的生理状态是;若要过程发生而过程不发生,则需要改变的外界条件是。,CO2、O2、水蒸气,光合作用强度小于或等于呼吸作用强度,停止光照,例5(2012潍坊一模改编)为探究水分、无机盐对光合作用,的影响,进行了一系列实验,实验结果如下图。请分析回答有关问题:,(1)图1中土壤含水量相同时施肥组叶绿素含量高于未施肥组,是由于植物能从土壤中吸收更多的、元素。根细胞中,与水分的吸收关系最密切的细胞器是。,NMg,液泡,(2)图2中土壤含水量30%时未施肥组光合速率高于施肥组,原因最可能是。土壤含水量80%时施肥组光合速率明显高于未施肥组,其细胞内部原因主要是。在施肥情况下,土壤含水量50%时,黑暗条件下CO2释放速率为3.7mgh-1,植物若要正常生长,则每天至少光照h(保留整数)。,(3)图3中光照强度增加到610000lx时,继续增加光照强度产氧量不再增加,这时如果适当提高有可能提高产氧量。,(4)图4中pH值为3时,三组伊乐藻的净产氧量均呈现负值,说明此时。当水体的pH大于10时,光合作用产氧量急剧下降,原因是水中游离CO2减少,导致。,土壤溶液浓度过高影响植物吸水,叶绿素含量高,7,CO2浓度或温度,伊乐藻的呼吸作用强度大于光合作用强度,CO2供应减少,暗反应速率降低,为光反应提供的相关物质减少,光反应速率降低,例6(2012北京东城区高三综合练习)为研究CO2浓度对针叶树光合作用的影响,研究人员将红松、红皮云杉和长白落叶松的幼苗盆栽于模拟自然光照和人工调节CO2浓度为400和700molmol-1的气室内,利用仪器测定了各树种的相关数值(光补偿点表示光合速率等于呼吸速率时的光辐射强度,光饱和点表,示光合速率开始达到最大时的光辐射强度),结果如下表。下列叙述不正确的是(),A.随着环境中CO2浓度的升高,三种植物均在更弱的光照下达到光补偿点,B.当环境CO2浓度为400molmol-1时,三种植物中长白落叶松有机物积累量最多,C.随着环境中CO2浓度的增加,最大净光合速率增加幅度最大的是红松,D.从光饱和点的变化推测,CO2浓度的增加会使光合速率因暗反应速率的加快而提高,【答案】C,【思维误区规避】,1.有氧呼吸过程中线粒体直接利用的是丙酮酸而不能直接利用葡萄糖,葡萄糖在细胞质基质中被利用。,2.无氧呼吸不需要O2的参与,但仍属于氧化还原反应。,3.不产生酒精并不意味着只进行有氧呼吸,还有可能进行产生乳酸的无氧呼吸。,4.利于蔬菜水果的保鲜的条件并非是无氧、零下低温,而是低氧、零上低温。,5.实验中CO2的吸收量和O2释放量的实测值并非真正的光合作用速率,而表示的是净光合速率。若题目中谈到有机物时用,“合成”、“制造”等表述,则该数值表示真正光合速率。若用“积累”、“增加”等表述,则表示净光合速率。,6.叶肉细胞在光下,不仅进行光合作用,同时进行细胞呼吸。,7.光合作用的光反应必须在光下进行,暗反应虽不需要光照,但需要光反应提供的H和ATP;暗反应为光反应也提供两种物质:A