02 第一部分 模块一 专题(二) 细胞代谢的保障 讲义（学生版）

专题(二)细胞代谢的保障1．物质进出细胞的方式(1)图解物质出入细胞的方式(2)“三看法”判断物质进出细胞的方式提醒：①水分子主要通过协助扩散出入细胞，也可以通过自由扩散出入细胞。②同一种物质出入细胞的方式不一定相同。③蛋白质和mRNA进出细胞核的方式不属于胞吞、胞吐。2．厘清细胞的吸水和失水3．影响物质跨膜运输的因素及相关曲线(1)物质浓度(在一定的浓度范围内)(2)氧浓度(3)温度①温度影响生物膜的________，进而影响所有跨膜方式的运输速率。②温度影响________活性，影响________，进而影响能量供应，________________均受影响。4．降低化学反应活化能的酶(1)解读酶的三类曲线(2)酶的特性及相关探究实验提醒：检验蛋白酶对蛋白质的水解时应选用蛋白块，通过观察其消失情况得出结论，因蛋白酶本身也是蛋白质，不能选用双缩脲试剂鉴定。5．细胞的能量“货币”ATP(1)ATP的结构拓展提醒：dNTP在PCR中既可以为DNA复制提供原料，又可以提供能量。(2)能量转换过程和ATP的产生与消耗转化场所产生或消耗ATP的生理过程细胞膜消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐细胞质基质产生ATP：细胞呼吸第一阶段叶绿体产生ATP：光反应消耗ATP：暗反应和自身DNA复制等线粒体产生ATP：有氧呼吸第二、三阶段消耗ATP：自身DNA复制等核糖体消耗ATP：蛋白质的合成细胞核消耗ATP：DNA复制、转录等1．(2024·湖南卷)缢蛏是我国传统养殖的广盐性贝类之一，自身存在抵抗外界盐度胁迫的渗透调节机制。缢蛏体内游离氨基酸含量随盐度的不同而变化，下图为缢蛏在不同盐度下鲜重随培养时间的变化曲线。下列叙述错误的是()A．缢蛏在低盐度条件下先吸水，后失水直至趋于动态平衡B．低盐度培养8～48h，缢蛏通过自我调节以增加组织中的溶质含量C．相同盐度下，游离氨基酸含量高的组织渗透压也高D．缢蛏组织中游离氨基酸含量的变化与细胞呼吸有关2．(2023·天津卷)癌细胞来源的某种酶较正常细胞来源的同种酶活性低，原因不可能是()A．酶基因突变B．酶基因启动子甲基化C．酶的某个氨基酸发生了改变D．酶在翻译后的加工发生了改变3．(2024·广东卷)现有一种天然多糖降解酶，其肽链由4段序列以Ce5-Ay3-Bi-CB方式连接而成。研究者将各段序列以不同方式构建新肽链，并评价其催化活性，部分结果见表。关于各段序列的生物学功能，下列分析错误的是()肽链纤维素类底物褐藻酸类底物W1W2S1S2Ce5-Ay3-Bi-CB＋＋＋＋＋＋＋＋＋Ce5＋＋＋——Ay3-Bi-CB——＋＋＋＋＋Ay3——＋＋＋＋＋Bi————CB————注：—表示无活性，＋表示有活性，＋越多表示活性越强。A．Ay3与Ce5催化功能不同，但可能存在相互影响B．Bi无催化活性，但可判断与Ay3的催化专一性有关C．该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关D．无法判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关判断与表达(1)1mol/LNaCl溶液和1mol/L蔗糖溶液的渗透压大小相等。(2021·湖南卷T3) ()(2)观察细胞质流动时，黑藻叶肉细胞呈正方形，叶绿体围绕细胞核运动。(2023·江苏卷T15) ()(3)血浆中的K＋进入红细胞时需要载体蛋白并消耗ATP。(2023·全国甲卷T1) ()(4)如图为植物细胞膜中H＋-ATP酶将细胞质中的H＋转运到膜外的示意图，则H＋转运过程中H＋-ATP酶不发生形变。(2021·浙江1月卷T12) ()(5)植物组织培养过程中，培养基中常添加蔗糖，植物细胞利用蔗糖的方式如图所示。使用ATP合成抑制剂，会使蔗糖运输速率下降。(2023·浙江6月卷T13) ()(6)胰蛋白酶和胰岛素发挥作用后都立即被灭活。(2020·海南卷T8) ()(7)干燥条件下种子不萌发，主要是因为种子中的酶因缺水而变性失活。(2022·海南卷T10) ()(8)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。(2022·浙江6月卷T10) ()(9)叶绿体的类囊体膜上存在催化ATP合成的酶。(2018·全国Ⅰ卷T1) ()(10)将A、B两种物质混合，T1时加入酶C，如图为最适温度下A、B浓度的变化曲线。则T2后B增加缓慢是酶活性降低导致的。(经典高考题) ()(11)腺苷三磷酸分子在水解酶的作用下不断地合成和水解，从而成为细胞中吸能反应和放能反应的纽带。(2022·浙江1月卷T3) ()(12)细胞外的K＋可以通过载体蛋白逆浓度梯度进入植物的根细胞。在有呼吸抑制剂的条件下，根细胞对K＋的吸收速率降低，原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2021·全国甲卷T29)(13)酶在细胞代谢中发挥重要作用，与无机催化剂相比，酶所具有的特性是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出3点即可)；煮沸会使细胞研磨液中的酶失去催化作用，其原因是高温破坏了酶的________。(2023·全国乙卷T32)物质跨膜运输方式的分析与应用1．土壤盐碱化使得耕地面积缩减，是粮食危机的原因之一。2017年袁隆平团队选育出海水稻，即耐盐碱水稻(能在盐碱浓度3‰以上的盐碱地生长的水稻品种)。现将普通水稻和耐盐碱水稻的根尖成熟区细胞置于0.3g/mL的KNO3溶液中，实验结果如下图所示。下列相关叙述错误的是()A．Ⅰ组水稻细胞发生质壁分离及自动复原，Ⅰ组是普通水稻B．A→B→C段，Ⅰ组水稻细胞的细胞液浓度先增大后减小C．Ⅱ组水稻曲线不再上升时，外界溶液与细胞液的浓度相等D．推测海水稻的根尖细胞液浓度大于盐碱地土壤溶液浓度2．(2024·广东梅州一模)光下气孔开启源于光照下保卫细胞液泡中的离子积累。由光合作用生成的ATP驱动H＋泵，向质膜外泵出H＋，建立膜内外的H＋梯度，在H＋电化学势的驱动下，Cl－经共向传递体进入保卫细胞。下图表示光下气孔开启的部分过程，下列说法正确的是()A．与无机催化剂相比，H＋-ATP酶为化学反应提供的活化能更多，使之具有高效性B．光在活化H＋-ATP酶将H＋转运至细胞外的过程中，它的作用是直接提供能量C．H＋运出细胞和Cl－进入细胞都属于逆浓度的运输D．干旱季节，可对农作物喷洒适宜浓度的赤霉素类似物来促进气孔关闭，减少蒸腾作用酶的相关特性及其实验探究3．(2024·湖北黄石三模)胃蛋白酶原由胃壁细胞合成并分泌。在低pH的胃液中，胃蛋白酶原被转化为具有活性的胃蛋白酶。胃壁细胞合成胃蛋白酶原而不直接合成胃蛋白酶的原因是()A．保留活性位点B．保护分泌细胞C．提高胃液的pHD．防止分解碳水化合物4．(2024·山西吕梁三模)胰脂肪酶是催化脂肪水解为甘油、脂肪酸的关键酶。科学家研究了长茎葡萄蕨藻醇提物的不同溶剂萃取物对胰脂肪酶活性的影响。下列相关叙述正确的是()A．本实验的自变量是萃取物的浓度B．两种萃取物对胰脂肪酶均有抑制作用，但正丁醇萃取物效果更佳C．探究胰脂肪酶作用的最适pH时，先将底物和酶混匀，再置于不同pH下进行反应D．合理使用长茎葡萄蕨藻醇提物，可通过减少食物中脂肪的吸收来达到减肥的目的ATP的结构与功能5．(2024·辽宁沈阳模拟)细胞内的马达蛋白能够与“货物”(颗粒性物质)结合，并利用ATP水解所产生的化学能量驱动自身沿细胞骨架“行走”，其部分机理如图所示。下列叙述正确的是()A．细菌细胞中的马达蛋白是在内质网上的核糖体合成的，能运输特定的“货物”B．氧气供应越充足，细胞中ATP含量越多，马达蛋白运输“货物”的效率越高C．马达蛋白运输“货物”过程中伴随着细胞膜上转运蛋白的磷酸化D．马达蛋白含有细胞骨架结合区域和“货物”结合区域热点拓展一主动运输的特殊类型及大分子物质进入细胞的机制1．主动运输(1)主动运输的能量来源(2)几种常考的跨膜运输类型a．Na＋-K＋泵b．质子泵c．协同转运2．大分子物质进入细胞的机制进入细胞的大分子物质，如蛋白质、多核苷酸、多糖、胆固醇与脂蛋白形成的颗粒等，通过与膜上某种受体蛋白的特异亲和力而附着于膜上，受体配体复合物移向有被小窝。这部分细胞膜内陷形成小囊，将附着物包在里面，然后分离下来形成小囊泡进入细胞内部，囊泡脱去网格蛋白形成吞饮泡。吞饮泡中受体与配体分离，配体被高尔基体或溶酶体进一步处理，逐步将吞进的物质消化分解。含有受体的小泡移向细胞膜，受体回到细胞膜，介导下一次胞吞过程。1．(2024·江苏徐州模拟)根据能量的来源不同，主动运输分为下图三种类型。某些光合细菌存在光驱动泵。有关叙述正确的是()A．ATP驱动泵同时具有载体蛋白和ATP水解酶的功能B．协同转运分为同向和反向转运，由ATP直接提供能量C．利用光能的光驱动泵位于细菌叶绿体的类囊体膜上D．葡萄糖进入红细胞的运输靠协同转运蛋白2．(2024·河南郑州联考)运载某些大分子时，细胞会通过网格蛋白小泡来转运。如图所示，细胞对运载分子胞吞过程需要运载分子与特定的受体结合形成复合物，网格蛋白聚集在有被小窝侧，有被小窝进一步内陷形成有被小泡，有被小泡须在动力蛋白的作用下与细胞膜割离。有被小泡的外表面包被着网格蛋白，在脱包被后开始转运。下列叙述错误的是()A．大分子物质在被细胞胞吞前，需要与受体先结合再被识别B．动力蛋白将有被小泡与细胞膜割离需要消耗能量C．囊泡运输会导致某些生物膜的成分更新和面积的变化D．胞吞过程体现了细胞膜具有一定的流动性热点拓展二米氏常数Km米氏常数Km定义为酶以其最大催化速率的一半运行时的底物浓度，在一定条件下，某种酶的Km值是恒定的，它描述了酶对特定底物的亲和力。Vmax是酶被底物饱和时的反应速度，[S]为底物浓度。1．底物浓度对反应速度的影响当底物浓度较低时，反应速度的增加与底物浓度的增加成正比(一级反应)；此后，随底物浓度的增加，反应速度的增加量逐渐减少(混合级反应)；最后，当底物浓度增加到一定量时，酶几乎被底物饱和，反应速度达到最大值，不再随底物浓度的增加而增加(零级反应)。2．Km的应用(1)判断酶的种类：可以通过测定不同酶(特别是一组同工酶)的Km值，来判断是否为不同的酶。(2)Km可以反映酶与底物亲和力的大小，即Km值越小，则酶与底物的亲和力越大；反之，则越小。同一种酶如果有几种底物，就有几个Km，其中Km值最小的底物一般称为该酶的最适底物或天然底物。(3)已知某个酶的Km，可计算出在某一底物浓度时，某反应速度相当于Vmax的百分率。(4)Km可用来确定酶活性测定时所需的底物浓度。在测定酶活性时，如果要使得测得的初速度基本上接近Vmax值，而过量的底物又不至于抑制酶活性时，一般[S]值需为Km值的10倍以上。(2024·重庆一模)中间产物学说认为：酶(E)的活性中心部位首先与底物(S)结合，生成不稳定的中间产物(ES)，然后再产生产物(P)同时释放出酶(E)。根据这一学说，在酶浓度、pH、温度一定的条件下，可以用米氏方程v＝VmaxSKm+S表示底物浓度[S]与速率v之间的关系，其坐标曲线如图1，其中“Vmax”表示该条件下最大反应速率，“Km”表示在该条件下达到1/2Vmax时的底物浓度。图A．如果底物浓度足够大，反应速率可以达到Vmax，由此可判断加入竞争抑制剂后，Km值将变小B．酶的活性可以用在一定条件下酶所催化的化学反应速率表示，既可以用P的产生速率，也可用E的消耗速率表示C．通过竞争抑制(如图2)的事实，可以否定酶具有专一性的特性D．如果要把反应速率控制在1/3Vmax，则应该把底物浓度控制在1/2Km热点拓展三磷酸化和去磷酸化磷酸化是将磷酸基团加在中间代谢产物上或加在蛋白质上的过程。将磷酸基团从这些物质上去除称为去磷酸化。磷酸基团的添加或除去(去磷酸化)对许多反应是至关重要的，它们在生物体内起着“开/关”作用。例如使酶(enzyme)活化或失活，控制细胞代谢活动。1．底物水平磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化底物水平磷酸化指在分解代谢过程中，底物因脱氢、脱水等作用而使能量在分子内部重新分布，形成高能磷酸化合物，然后将高能磷酸基团转移到ADP形成ATP的过程。如有氧呼吸第一、二阶段ATP的生成。氧化磷酸化是指在线粒体内膜上呼吸链电子传递过程中偶联ATP的生成的过程。光合磷酸化是植物叶绿体的类囊体膜在光下通过一系列电子传递过程，催化腺苷二磷酸(ADP)与磷酸(P