专题2细胞代谢1物质跨膜运输与酶和ATP

1、专题二 细胞代谢（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、CO2、O2、甘油、乙醇红细胞吸收葡萄糖K、Ca2、Mg2，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

2、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】 （2013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

3、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】 （2013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

4、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

5、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

6、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】 （2013宁夏理综、辽宁理综）如图表示酶活性

7、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CD两项均错误。答案 B 知识总结

8、 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】 （2013合肥质检）下图1表示温度对酶促反应速率的影响示意图，

9、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2C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1ATP的结构简式结构简式可以写为APPP，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DNARNA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

10、、腺嘌呤、腺嘌呤脱氧核苷酸、腺嘌呤核糖核苷酸。2ATP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

11、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】 （2013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ATPCATP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

12、，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

13、动探究3】 （2013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BATP生成ADP时图1中的c键断裂并释放能量CATP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.（2013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

14、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：B2（2011山东卷，3）下图中曲线a、b表示物质跨（穿）膜运输的两种

15、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

16、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：C3（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

17、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：D4（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

18、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：A5（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