2023年高考生物二轮复习讲义+分层训练-四 细胞的能量供应和利用讲义(教师版)_第1页
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文档简介

解密04细胞的能量供应和利用

考点热度★★★★★

内容索引

核心考点1酶的特性及其实验

核心考点2ATP的来源、结构与功能

核心考点3细胞呼吸及影响因素

核心考点4光合色素、光合作用过程、影响光合作用的因素

拓展考点或者特别微专题实验设计的原则

考点由高考知核心知识点预测

(2022全国甲卷4)细胞呼吸(2021全国甲卷2)细胞呼

(2022全国甲卷7)光合作用吸

(2022全国乙卷2)光合作用与呼(2021全国乙卷3)有氧呼

吸作用吸过程

(2022浙江卷10)酶(2021全国乙卷29)影响光

热点预测与趋势分

(2022浙江卷12)细胞呼吸合作用的因素

(2022浙江卷27)光合作用(2021北京卷1)ATP

考察内容:酶的特

(2022山东卷4)酶(2021北京卷3)影响光合

性及相关的变量分

(2022山东卷16)有氧呼吸作用的因素

析(选择题);呼吸

(2022山东卷21)影响光合作用(2021北京卷13)酶的提

作用,特别是有氧

酶、的因素取、光合色素的分离实验

呼吸的过程(选择

(2022北京卷2)影响光合作用的(2021山东卷16)呼吸作用

光合题);色素的提取与

因素与光合作用的过程

分离实验(选择

作(2022北京卷3)呼吸作用(2021山东卷21)光合作用

题);光合作用的过

(2022广东卷10)细胞呼吸的过程及影响因素

用、程及影响因光合作

(2022广东卷13)酶活性探究(2021辽宁卷2)影响因光

用的因素,重点是影

呼吸(2022广东卷18)光合作用合作用的因素

响光合作用的因素

(2022海南卷3)影响光合作用的(2021辽宁卷22)光合作用

作用(选择题及简答

因素的探究(2021浙江卷10)有氧呼吸

题);

(2022海南卷9)呼吸作用的过程

题型:对于新高考

(2022河北卷4)细胞呼吸(2021浙江卷16)探究酶的

来说,是重点的考

(2022河北卷19)光合作用特性的实脸

察内容之一,大概

(2022湖南卷13)影响光合作用(2021浙江卷23)(影响因

率有一道多选题和

的因素光合作用的因素

一道简答题。

(2022湖南卷17)呼吸作用与光(2021浙江卷27)光合作用

合作用过程及影响因光合作用的因

(2022湖北卷19)影响光合作用素

的因素(2021江苏卷8)酶的特性

(2022江苏卷5)酵母菌呼吸方式实验

探究(2021江苏卷17)绿叶中色

(2022江苏卷8)细胞呼吸素的提取与分离实验

(2022江苏卷15))细胞呼吸(2021江苏卷32)光合作用

(2022江苏卷20)光合作用及其意义

(2022辽宁卷4)光合作用的发现(2021海南卷)酶的特性

(2022辽宁卷22)光合色素的提(2021海南卷)影响因光合

取与分离、影响酶活性的因素的探作用的因素

核心考点1酶的特性及其实验

细胞代谢细胞中每时每刻都进行着许多化学反应,统称为细胞代谢。

细胞代谢离不开酶。

酶的本质:

酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,其中绝大多数酶是

蛋白质,少数酶是RNA。

酶的作用:作用本质:降低化学反应活化能

无催化剂时化学反应所需要的能量:匕(绝对值);E「Eo(相对值)

(即,活化能)

有无机催化剂时化学反应所需要的能量:E,(绝对值);E3-EO(相对值)

有酶催化时化学反应所需要的能量:员(绝对值):&-E。(相对值)

化学反应所释放(或吸收)的能量:E,-Eo

有酶催化时化学反应所降低的所需能量的值:E„-E,

(降低的活化能)

高效性:酶的催化效率是无机催化剂的倍;

高效性原因:与无机催化剂相比,降低活化能的效

果更显著。

专一性:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。

作用条件较温和:酶所催化的化学反应一般是在比较温和

的条件下进行的。

-返、过碱或温度过高,会使酶的空间结构遭到破坏,

影响酶活性的因素:使酶永久失活。在0℃左右时,酶的活性很低,但酶的

空间结构稳定,在适宜的温度下酶的活性会升高。因此,

酶制剂适宜在低温下保存。

pH的影响:

底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响:

注意:曲线A的酶浓度〉曲线B的酶浓度

月后微专题

实验设计相关的概念

控制变量的原则(单一变量原则);

对照原则;

实脸设计的原则:

平行重复原则;

科学性原则:

实验中的变量:实验过程中的变化因素称为变量

自变量:人为控制的对实验对象进行处理的因素叫

作自变量(注意:自变量通常是我们要研

究的因素)。

因变量:因自变量改变而变化的变量叫作因变量

无关变量:除自变量外,实验过程中还存在一些对实

脸结果造成影响的可变因素,叫作无关变

量。(不同组别的无关变量要相同)

----------除作为自变量的因素外,其余因素(无关变量)都保

对照实验:持一致,并将结果进行比较的实验叫作对照实验。

对照组:实验结果已知或未作人为处理的组别。

空白对照:例如,生长素是否促进生长是与未

加生长素的组别对照,未加生长素

的就是空白对照;

自身对照:例如,10mL培养液中酵母菌种群数量的

变化,时间是自变量,没有对照组;

实验组:实验结果未知的组别。

设置两个或两个以上的实验组,通过对结果的比较分

析,来探究某种因素对实验对象的影响,这样的实验

对比实脸:叫作对比实验,也叫相互对照实验。

(实验组的结果都是事先未知的)

核心考点2ATP的来源'结构与功能

ATP的名称:中文名称:腺普三磷酸,英文简称:ATP

(ADP:中文名称:腺甘二磷酸,英文简称:ADP)

ooo

Ib

PPp

I

HHH

ATP的结构

结构简式:A-P~P~P

其中远离A的磷酸键容易水解断裂释放能量

(转移势能);

ATP水解的过程就是释放能量的过程,ATP水

解释放的能量高达30.54kJ/mol,所以说ATP

是一种高能磷酸化合物。

ATP的功能:细胞的宜接能源物质

(细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供

能量的)

ATP供能的原理:ATP水解释放的磷酸基团使蛋白

质等分子磷酸化,这在细胞中是

常见的。这些分子被磷酸化后,

空间结构发生变化,活性也被改

变,因而可以参与各种化学反应

ATP供能的实例:

Ca’载体蛋白是一种ATP水解酶,ATP水解释放

的磷酸基团和能量使其磷酸化,空间结构发生

变化,使C『由膜的一侧主动运输到另一侧。

ATP与ADP可以相互转化ATP醮。

ATP--------►ADP+Pi+能量

水解释放的能量亘接用于各种生命活动;

许多吸能反应与ATP水解的反应相联系,

①由ATP水解提供能量

ATP合成酪

ADP+Pi+能量--------AATP

A.合成所需的能量来自于光能、呼吸作用释放

的化学能;

B.许多放能反应与ATP的合成相联系,释放的

能量储存在ATP中,用来为吸能反应直接供

能;

C.细胞内合成ATP的场所:细胞质基质、线粒

体内膜和基质、叶绿体的类囊体薄膜。

这种相互转化,是时刻不停地发生

并且处于动态平衡之中的。

③.ATP与ADP相互转化的能量供应机制,

在所有生物的细胞内都是一样的,这便

现了生物界的统一性。

核心考点3细胞呼吸及影响因素

有氧呼吸

呼吸作用(细胞呼吸)呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分

解,并释放能量,因此也叫细胞呼吸。

NADH:还原型辅酶I,简写成[H];

NAD":氧化型辅酶I

|葡萄粉i

「►少量能量第•阶段(糖酵解)

|■|[丙]一(细胞侦然,贞)

---------1WO

第一:阶段直—少量能量

(氧化磷酸化)

第二阶段(三较酸循环)

(线粒体内膜旌.▼♦.

(线粒体基质)

。2|

,I一►大量能量i

|HzO||82

注意:”细胞呼吸除了能为生物体提供能量,还是生物体

代谢的枢纽。”这段话中细胞呼吸所指代的内容与本

节的有氧呼吸与无氧呼吸几乎无关,而是指糖代谢

的磷酸戊糖途径。

当能量比较充足的时候,葡萄糖通过磷酸戊糖途径

形成大量的还原力(NADPH)及一些中间产物,为生

物体的合成反应提供还原力和原料。

有氧呼吸总反应式:C6Hl2。6+6比0+6。66co2+12H2O+能量

逐步释放;三个阶段都释放能量,都产生ATP;

Imol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870kJ的能

量,可使977.28kJ左右的能量储存在ATP中

(977.28/30.54=32mol),其余的能量则以热能的

形式散支掉了。

无氧呼吸

总反应式:CsHnOe乌f2aH6。3(乳酸)+少量能量

C6Hl2。6摩2QH50H(酒精)+2CO2+少量能量

第一阶段(与无氧呼吸相同)(场所:细胞质基质):

CellizOe-----A2C3II1O3(丙酮酸)+4[H]+少量能量

第二阶段(不同生物体内产物不同)(场所:细胞质基质):

2c3H6。3(乳酸)

2aH0;(丙酮酸)

人、动物、乳酸菌等

过程:4[H]

少量能量

2c2H50H(酒精)+2C02

植物、酵母菌等

人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸,能在肝脏中再次转化为

葡萄糖。

酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫作发酵。产生酒

精的叫作酒精发酵,产生乳酸的叫作乳酸发酵。

只有第一阶段释放少量能量合成少量ATP,第二

阶段不释放能量,不产生ATP。

Imol葡萄糖在分解成乳酸以后,只释放出

196.65kJ的能量,其中只有61.08kJ的能量储存

在ATP中(61.08/30.54=2mo]),近69%的能量都

无氧呼吸的能量释放情况:以热能的形式散失了。

注意:

在无氧呼吸中,葡萄糖的大部分的能量没有释放

出来,储存在酒精或乳酸中;

释放出来的能量,也是大部分以热能形式散失。

影响细胞呼吸的环境因素

温度:影响酶的活性,从而影响细胞呼吸。

必需生活在无氧条件下。

厌氧生物:应用:

乳酸菌进行乳酸发酵(无氧)、防止破伤风

芽抱杆菌感染(有氧)

必需生活在有氧条件下。

应用:

需氧生物:醋酸菌进行醋酸发酵(有氯)、防止植物无

氧呼吸产生毒害而进行的松土(有氧)、储

氧气浓度:

藏水果、粮食的仓库(低氧,降低有氧呼吸

强度)

酵母菌:以葡萄糖为底物进行细胞呼吸

Y的

注意分析:

〜①曲线a与x轴所围成的面积代表:有氧呼吸

与无氧呼吸产生的COz总量

②曲线b与x轴所围成的面积代表:有氧呼吸

一产生的COz量(或有氧呼吸消耗的0,量)

③两曲线与y轴所围成的面积代表:无氧呼吸

产生的C0?量

④P点两曲线重合的生物学意义:只有有氧呼吸

C0-浓度:贮藏果蔬时,适当提高co?浓度能够抑制呼吸作用。

原理:酵母菌兼性厌氧

C02可使澄清的石灰水变混浊,也可使澳麝香草酚蓝

酵母菌呼吸方式探究:溶液由篮变绿再变黄。

检测酒精的产生橙色的重格酸钾溶液在酸性条件下

与乙醇(俗称酒精)发生化学反应,变成灰绿色。

核心考点4光合色素'光合作用过程、影响光合作用的因素

捕获光能的色素

-用无水乙醇提取

提取色素原理:原理:

绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。

-用层析液分离

层析液成分:

由20份在60~9011c下分馅出来的石油醒、2份丙酮和

1份房混合而成

分离色素:

原理:

都能溶解在层析液中,但不同的色素溶解度不同。溶

解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢

无水乙醇:溶解色素

-研磨:二氧化硅:有助于研磨得充分胡萝卜素

碳酸钙:可防止研磨中色素被破坏

叶黄素

叶绿素a

过滤:单层尼龙布

操作:

叶绿素b

画滤液细线:重复1到2次

I层析分离:层析液不能没过滤液细线,小烧杯要加盖。

叶绿索叶绿素a(蓝绿色)主要吸收

(含社约占3/4)‘蓝紫光和红光

叶绿素b(黄绿色)

绿叶中的色素

类胡萝卜素胡萝卜素(橙黄色)

主要吸收蓝紫光

(含最约占1/4)

叶黄素(黄色)

捕获光能的结构

双层膜

个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆

叠而成,这些囊状结构称为类囊体。

吸收光能的4种色素就分布在类囊体的

基粒

叶绿体薄膜上。

每个基粒都含有两个以上的类囊体,多的

可达100个以上。增大了受光面积。

I基质

光合作用的发现

实验名称实验条件实验结论

证明了叶绿体能吸收光能用于光

恩格尔曼的实脸水绵和好氧菌,控制光照

合作用放氧

离体叶绿体的悬浮液中加入铁离体叶绿体在适当条件下发生水

希尔反应盐或其他氧化剂(悬浮液中有的光解、产生氧气(希尔反应)

H2O,没有CO2);光照

鲁宾和卡门实验I8光合作用释放的氧气来源于水

同位素标记(1。2、H2O)

阿尔农叶绿体可合成ATP

卡尔文循环,4光合作用暗反应(卡尔文循环)

同位素标记(Co2)

光合作用的过程

水的光解及合成NADPH的过程:

H2OO+2e-+H-

NADP++2e-+H+——►NADPH

l(氧化型辅酶ID(还原型辅薛n)

光反应与暗反应:

光反应阶段暗反应阶段.

(类囊体薄膜上)(叶绿体基质中)

光反应必需有光;暗反应不需要光,但需要光反应产生的ATP与NADPH

光合作用的总反应式:

CO2+H2O--------------►(CH2O)+02

光合作用中I【Q+祕)的去向:HQ--------0,

光合作用中COZ中的。的去向:C0-,--------►(CH2O)、HsO

光合作用的能量变化:

ATP与NADPH中活跃的(C&0)中稳定

光能》化学能》的化学能

影响光合作用的因素

光照强度或光的波长(即,颜色)

温度

环境因素C0?浓度

无机盐(矿质元素)

阳生植物与阴生植物;

麟气孔开放程度;

叶面积指数

相关概念:

从外界环境吸收CO2速率(表观光合

速率,即,净光合速率)

ab

((光照强度

))

单位时间光合作用消耗的C(»总量(从外界吸

收的+自身呼吸产生的)(N1-N2);

或单位时间光合作用产生的&总量(释

实际光合速率(真光合速率):

放到外界环境的+自身呼吸消耗的);

或单位时间光合作用制造的有机物总量

(积累的+自身呼吸消耗的)

~单位时间从外界吸收的CO?量(N1);

表观光合速率(净光合速率):-或单位时间释放到外界环境的仇量;

或单位时间积累的有机物量;

V产VA-V呼

其中V呼和V净可直接测定,V真不能直接

测定,要通过前面两项计算

V呼:在黑暗条件下测定co2的释放量

“冷:在光照条件下测定植物从外界吸收co:•的量

光饱和点:使光合速率与呼吸速率相等时的光照强度(图中的a):

光补偿点:使光合速率达到最大时的最低光照强度(图中的b):

呼吸速率高

阳生植物比阴生植物一光补偿点低

一光饱和点高

♦考法解密

2022年各地考题

(2022全国甲卷)4.线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所。研究发现,经常运动的人肌

细胞中线粒体数量通常比缺乏锻炼的人多。下列与线粒体有关的叙述,错误的是()

A.有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATP

B.线粒体内膜上的酶可以参与[H]和氧反应形成水的过程

C.线粒体中的丙酮酸分解成CO?和[H]的过程需要”的直接参与

D.线粒体中的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成

【答案】C

【解析】

【分析】有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。

有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和[H],合成少量ATP;第二阶段是丙酮酸和水反

应生成二氧化碳和[H],合成少量ATP;第三阶段是氧气和[H]反应生成水,合成大量ATP。

【详解】A、有氧呼吸的第•阶段场所是细胞质基质,第二、三阶段在线粒体,三个阶段均

可产生ATP,故有氧呼吸时细胞质基质和线粒体都可产生ATP,A正确;

B、线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所,该阶段氧气和[H]反应生成水,该过程需要酶的

催化,B正确;

C、丙酮酸分解为CO?和[H]是有氧呼吸第二阶段,场所是线粒体基质,该过程需要水的参与,

不需要氧气的参与,C错误;

I)、线粒体是半自主性细胞器,其中含有少量DNA,可以通过转录和翻译控制蛋白质的合成,

D正确。

故选Co

(2022全国甲卷)7.根据光合作用中CO2的固定方式不同,可将植物分为C植物和Ci植物

等类型。C,植物的C02补偿点比C3植物的低。a)2补偿点通常是指环境C02浓度降低导致光合

速率与呼吸速率相等时的环境co?浓度。回答下列问题。

(1)不同植物(如C3植物和a植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的,光反应阶段的

产物是(答出3点即可)。

(2)正常条件下,植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位,原因是(答

出1点即可)。

(3)干旱会导致气孔开度减小,研究发现在同等程度干旱条件下,3植物比G植物生长得

好。从两种植物C02补偿点的角度分析,可能的原因是。

【答案】⑴。2、[H]和ATP

(2)自身呼吸消耗或建造植物体结构

(3)c,植物的co2补偿点低于c,植物,a植物能够利用较低浓度的co?

【解析】

【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段:(1)光合作用的光反应阶段(场所是叶绿

体的类囊体膜上):水的光解产生[H]与氧气,以及ATP的形成;(2)光合作用的暗反应阶段

(场所是叶绿体的基质中):C0?被Cs固定形成a,C:,在光反应提供的ATP和[H]的作用下还

原生成糖类等有机物是指绿色植物通过叶绿体,利用光能把二氧化碳和水转变成储存着能量

的有机物,并释放出氧气的过程。

【小问1详解】

光合作用光反应阶段场所是叶绿体的类囊体膜上,光反应发生的物质变化包括水的光解以

及ATP的形成,因此光合作用光反应阶段生成的产物有5、[H]和ATP。

【小问2详解】

叶片光合作用产物一部分用来建造植物体结构和自身呼吸消耗,其余部分被输送到植物体的

储藏器官储存起来。故正常条件下,植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。

【小问3详解】

c植物的co?固定途径有c和a途径,其主要的coZ固定酶是PEPC,Rubisco;而c:,植物只

有以途径,其主要的C0?固定酶是Rubisco。干旱会导致气孔开度减小,C0?吸收减少;由于

C植物的C(%补偿点低于C植物,则以植物能够利用较低浓度的C02,因此光合作用受影响

较小的植物是c,植物,c,植物比a植物生长得好。

(2022全国乙卷)2.某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中,在适宜且恒定的温度

和光照条件下培养,发现容器内C0,含量初期逐渐降低,之后保持相对稳定。关于这一实验

现象,下列解释合理的是()

A初期光合速率逐渐升高,之后光合速率等于呼吸速率

B.初期光合速率和呼吸速率均降低,之后呼吸速率保持稳定

C.初期呼吸速率大于光合速率,之后呼吸速率等于光合速率

D.初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率

【答案】D

【解析】

【分析】光合作用会吸收密闭容器中的COz,而呼吸作用会释放CO”在温度和光照均适宜且

恒定的情况下,两者速率主要受容器中CO?和0?的变化影响。

【详解】A、初期容器内co?含量较大,光合作用强于呼吸作用,植物吸收a)2释放使密

闭容器内的C0。含量下降,含量上升,A错误;

B、根据分析由于密闭容器中,在适宜且恒定的温度和光照条件下,容器内的C0?含量下降,

所以说明植物光合速率大于呼吸速率,但由于C02含量逐渐降低,从而使植物光合速率逐渐

降低,直到光合作用与呼吸作用相等,容器中气体趋于稳定,B错误;

CD、初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率,C错误,D正确。

故选D。

(2022浙江卷)10.下列关于研究淀粉酶的催化作用及特性实验的叙述,正确的是()

A.低温主要通过改变淀粉酶的氨基酸组成,导致酶变性失活

B.稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力,是因为酶的作用具高效性

C.淀粉前在一定pH范围内起作用,酶活性随pH升高而不断升高

D.若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶,会加快淀粉的水解速率

【答案】B

【解析】

【分析】大部分酶是蛋白质,少部分酶的本质是RNA,蛋白质的基本单位是氨基酸,RNA的

基本单位是核糖核甘酸。

【详解】A、低温可以抑制酶的活性,不会改变淀粉酶的氨基酸组成,也不会导致酶变性失

活,A错误;

B、酶具有高效性,故稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力,B正确;

C、酶活性的发挥需要适宜条件,在一定pH范围内,随着pH升高,酶活性升高,超过最适

pH后,随pH增加,酶活性降低甚至失活,C错误;

I)、淀粉酶的本质是蛋白质,若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶,会将淀粉酶水解,则

淀粉的水解速率会变慢,D错误。

故选B。

(2022浙江卷)12.下列关于细胞呼吸的叙述,错误的是()

A.人体剧烈运动会导致骨骼肌细胞产生较多的乳酸

B.制作酸奶过程中乳酸菌可产生大量的丙酮酸和C02

C.梨果肉细胞厌氧呼吸释放的能量一部分用于合成ATP

D.酵母菌的乙醇发酵过程中通入“会影响乙醇的生成量

【答案】B

【解析】

【分析】1、需氧呼吸过程分为三个阶段,第一阶段是葡萄糖分解形成丙酮酸和[H],发生

在细胞质基质中;需氧呼吸的第二阶段是丙酮酸和水反应产生二氧化碳和[山,发生在线粒

体基质中;需氧呼吸的第三阶段是[H]与氧气反应形成水,发生在线粒体内膜上。

2、厌氧呼吸的第一阶段与需氧呼吸的第一阶段相同,都是葡萄糖分解形成丙酮酸和[H],发

生在细胞质基质中;第二阶段是丙酮酸和[H]反应产生二氧化碳和酒精或者是乳酸,发生在

细胞质基质中。

【详解】A、剧烈运动时人体可以进行厌氧呼吸,厌氧呼吸的产物是乳酸,故人体剧烈运动

时会导致骨骼肌细胞产生较多的乳酸,A正确;

B、制作酸奶利用的是乳酸菌厌氧发酵的原理,乳酸菌厌氧呼吸的产物是乳酸,无二氧化碳

产生,B错误;

C、梨果肉细胞厌氧呼吸第一阶段能产生少量能量,该部分能量大部分以热能的形式散失了,

少部分可用于合成ATP,C正确;

D、酵母菌乙醇发酵是利用酵母菌在无氧条件产生乙醇的原理,故发酵过程中通入氧气会导

致其厌氧呼吸受抑制而影响乙醉的生成量,D正确。

故选B。

(2022浙江卷)27.通过研究遮阴对花生光合作用的影响,为花生的合理间种提供依据。研

究人员从开花至果实成熟,每天定时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如表所示。

指标

单株叶

光合光

光饱和光补光

低于5klx光合曲线的斜率叶绿素含量产量合

理点偿点合

2-1

(mgC02.dm_.hrklx)(mg•dm")(g产

(klx)(lx)

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