专题05 细胞的能量供应和利用：【二轮复习】备战2023年高考生物必备知识大串讲

专题01  细胞的能量供应和利用

【考点梳理.逐个击破】

一、 酶

1.酶的本质

（1）概念：酶是由  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  。

（2）酶的作用：  催化  作用；酶的作用机理：    降低化学反应的活化能    。

例1：用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质,处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是(　　)。

A.蛋白酶　     　B.氨基酸   　

C.RNA　          D.DNA

2.酶的特性

（1）高效性：同无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的效果更显著。

（2）专一性：一种酶只能催化一种或一类化学反应。

（3）作用条件温和：在最适宜的温度和 pH 条件下， 酶的活性最高。

温度和 pH 偏高或偏低，酶活性都会明显降低。过酸、过碱或高温，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。低温抑制酶的活性，但酶的 空间结构稳定，在适宜温度下酶的活性可以升高。酶制剂适于在低温(0～4 ℃下保存。

3.影响酶促反应速率的因素：温度、pH、底物浓度、 酶浓度。

例2：下图中,①表示有酶催化的反应曲线,②表示没有酶催化的反应曲线,E表示酶降低的活化能,下列图解正确的是(　　)。

例3：酶是细胞代谢所必需的,下列有关叙述不能体现这一观点的是(　　)。

A.由于酶的催化作用,细胞代谢才能在温和的条件下进行

B.细胞代谢过程中产生的有害物质可以通过酶分解

C.酶能降低细胞中化学反应的活化能进而提高代谢效率

D.活细胞产生的酶在细胞内外均能发挥作用

例4：研究化合物P对淀粉酶活性的影响时,得到如图所示的实验结果。下列有关叙述不正确的是(　　)。

A.在一定范围内,底物浓度可影响酶促反应速率

B.若反应温度不断升高,则A点持续上移

C.化合物P对该酶的活性有抑制作用

D.曲线①所代表的反应比曲线②所代表的反应先达到反应平衡

二、ATP

1.ATP的功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，即直接给细胞生命活动提供能量_；1 mol ATP 水解释放的能量高达30.54 kJ/mol，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。

2．ATP的结构：A－P～P～P，A 代表腺苷（由腺嘌呤和核糖结合而成），P 代表磷酸基团，－代表普通磷酸键，～代表特殊化学键。

3.ATP和ADP可以相互转化：                              

4.吸能反应和放能反应：细胞中的化学反应可以分成吸能反应和放能反应两大类，吸能反应一般与ATP的水解相联系，由ATP水解提供能量，放能反应一般与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。

例5：在下列几种化合物的化学组成中,“○”中所对应的含义最接近的是(　　)。

A.①和② B.①和③    C.③和④ D.⑤和⑥

三、细胞呼吸的原理和应用

1.探究酵母菌细胞呼吸的方式

（1）酵母菌：单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼

吸的不同方式。

（2）实验原理：

①检测 CO2的产生：CO2可使澄清石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。

②检测酒精的产生：酸性条件下，使重铬酸钾由橙色变成灰绿色。

例6：检测酵母菌细胞呼吸的产物,下列叙述正确的是(　　)。

A.如果产生的气体使澄清的石灰水变混浊,则酵母菌只进行有氧呼吸

B.如果产生的气体使溴麝香草酚蓝溶液变黄色,则酵母菌只进行无氧呼吸

C.无论是进行有氧呼吸还是无氧呼吸,酵母菌都能产生CO2

D.酵母菌无氧呼吸不产生气体,但其中的产物能使酸性重铬酸钾溶液变成灰绿色

2. 有氧呼吸

（1）概念：细胞在  O2  的参与下，通过  多种酶  的催化作用，把  葡萄糖  等有机物  彻底氧化  分解，产生  二氧化碳(CO2)   和  水(H2O)   ，释放  能量   ，生成  大量ATP  的过程。

（2）有氧呼吸场所：  细胞质基质  和  线粒体  (主要)。

（3）有氧呼吸过程

（4）有氧呼吸总反应式：    C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋大量能量     。

例7：下图表示细胞呼吸的过程,其中①~③代表有关生理过程发生的场所,甲、乙代表有关物质。下列相关叙述正确的是(　　)。

A.①和②都是线粒体的组成部分

B.在②和③中都能产生大量的ATP

C.在②和③中所含酶的种类相同

D.甲、乙分别代表丙酮酸、[H]

3. 无氧呼吸

（1）概念：在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。

（2）过程：无氧呼吸两个阶段都在  细胞质基质  中进行。无氧呼吸   第一   阶段与有氧呼吸完全相同，都产生了共同的中间产物  丙酮酸  ；第二阶段在不同酶的催化下生成   酒精和CO2   或  乳酸   。

（3）无氧呼吸总反应式

①酵母菌、多数植物、苹果：  C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量  。

②乳酸菌、骨骼肌、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚：  C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋少量能量  。

例8：细胞内葡萄糖分解代谢过程如图所示,下列叙述正确的是(　　)。

  A.酵母菌细胞质基质中可进行①和②过程

　B.剧烈运动时骨骼肌细胞中进行①和④过程

　C.乳酸菌细胞进行①和③过程中均产生[H]

　D.①过程是各类细胞分解葡萄糖的共同途径

四、光合作用与能量转化

1.绿叶中色素的提取和分离

（1）色素的提取：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂  无水乙醇   中。

（2）色素的分离：不同色素在  层析液   中的溶解度不同，  溶解度高   的随层析液在滤纸上扩散的

快，反之则慢，这样，色素就会随着  层析液  在滤纸上的扩散而分离开。分离方法：  纸层析法  。

（3）试剂及药品作用

①无水乙醇作用：    溶解、提取色素   ；    ②层析液作用：           分离色素          ；

③SiO2作用：破坏细胞结构，使叶片研磨更充分；④CaCO3作用：保护叶绿素/防止研磨中叶绿素被破坏。

2. 叶绿体中的色素

（1）分布：叶绿体类囊体薄膜上。

（2）种类：叶绿体中的色素分为叶绿素(约占 3/4)和类胡萝卜素(约占 1/4)两类：叶绿素包括叶绿素 a 和

叶绿素 b；类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素。其中叶绿素分子中含有 Mg 元素。

（3）功能：吸收光能。叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，对绿光的吸收最少，类胡萝卜素不吸收红光。

例9：下列对提取光合色素,进行纸层析分离的实验中各种现象的解释,正确的是(　　)。

A.未见色素带,原因可能为材料是黄化叶片

B.色素始终在滤纸上,是因为色素不溶于层析液

C.提取液呈绿色是由于其含有叶绿素a和叶绿素b

D.胡萝卜素处于滤纸条最前方,是因为其在提取液中的溶解度最高

3.光合作用的过程:

（1）光合作用的强度是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。

（2）总反应式(产物为葡萄糖)：  CO2＋12H2O              C6H12O6＋6H2O＋6O2  。

（3）过程分析

光反应：①场所：叶绿体类囊体薄膜。②条件：光、色素、酶、H 2 O、ADP、Pi。③能量转换：光能→ATP 中活跃的化学能。

暗反应：①场所：叶绿体基质。②条件：多种酶、CO 2 、NADPH、ATP。③能量转换：ATP 中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能。

例10：下图为高等绿色植物光合作用的图解,以下说法正确的是(　　)。

A.①是光合色素,分布在叶绿体和细胞质基质中

B.②是O2,可参与有氧呼吸的第二阶段

C.③是三碳化合物,能被氧化为(CH2O)

D.④是ATP,在类囊体薄膜上生成

【方法技巧】

1.细胞呼吸曲线分析

（1）0点：细胞只进行无氧呼吸。

（2）0～b段：有氧呼吸和无氧呼吸同时进行，随O2浓度增加，无氧

呼吸受到抑制而逐渐减弱，有氧呼吸逐渐增强。a点时，有氧呼吸和无氧呼

吸CO2产生量相同，但两者呼吸强度不同，有机物消耗量之比为1:3 。

（3）b点后：细胞只进行有氧呼吸。

（4）水果、蔬菜、粮食的储存应选择a点O2浓度，因为此浓度下 细胞呼吸强度最低 。

（5）mn段CO2释放量逐渐减少的原因：无氧呼吸逐渐减弱，但由于O2浓度较低，有氧呼吸也比较弱。

（6）np段CO2释放量逐渐增多的原因：随O2浓度增高，有氧呼吸逐渐增强。

（7）有氧呼吸CO2释放量也可表示  O2   吸收量。

（8）两条实线间的距离可表示无氧呼吸强度，当两曲线重合时(距离为0)，无氧呼吸强度为 0 。

2.曲线分析

甲图：光合速率＝呼吸速率的点： d、h            乙图：光合速率＝呼吸速率的点：D、H   。

Oc段：只进行  呼吸作用  。              OC段：只进行  呼吸作用  。

cd段：光合速率 ＜ 呼吸速率。             CD段：光合速率 ＜ 呼吸速率。

dh段：光合速率 ＞ 呼吸速率。             DH段：光合速率 ＞ 呼吸速率。

hi段：光合速率 ＜ 呼吸速率。             HI段：光合速率  ＜ 呼吸速率。

ij段：只进行呼吸作用  。                   IJ段：只进行呼吸作用  。

积累有机物最多的点：   h   。            积累有机物最多的点：H。

f点光合速率下降原因：气温过高，导致部分孔关闭，导致CO2 供应不足。

乙图：J点低于O点，植物体有机物总量增多  ；J点高于O点，植物体有机物总量减少  ；

乙图：J点等于O点，植物体有机物总量不变  。

【真题重现.精选精炼】

一、单选题

1．（2022·浙江·高考真题）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．淀粉酶在一定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

2．（2022·浙江·高考真题）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CO2

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O2会影响乙醇的生成量

3．（2022·全国·高考真题）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CO2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

4．（2022·浙江·高考真题）下列关于腺苷三磷酸分子的叙述，正确的是（       ）

A．由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成

B．分子中与磷酸基团相连接的化学键称为高能磷酸键

C．在水解酶的作用下不断地合成和水解

D．是细胞中吸能反应和放能反应的纽带

5．（2021·海南·高考真题）某种酶的催化反应速率随温度和时间变化的趋势如图所示。据图分析，下列有关叙述错误的是（       ）

A．该酶可耐受一定的高温

B．在t1时，该酶催化反应速率随温度升高而增大

C．不同温度下，该酶达到最大催化反应速率时所需时间不同

D．相同温度下，在不同反应时间该酶的催化反应速率不同

6．（2021·海南·高考真题）研究人员将32P标记的磷酸注入活的离体肝细胞，1~2min后迅速分离得到细胞内的ATP。结果发现ATP的末端磷酸基团被32P标记，并测得ATP与注入的32P标记磷酸的放射性强度几乎一致。下列有关叙述正确的是（       ）

A．该实验表明，细胞内全部ADP都转化成ATP

B．32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性

C．32P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率相等

D．ATP与ADP相互转化速度快，且转化主要发生在细胞核内

7．（2021·湖北·高考真题）采摘后的梨常温下易软化。果肉中的酚氧化酶与底物接触发生氧化反应，逐渐褐变。密封条件下4℃冷藏能延长梨的贮藏期。下列叙述错误的是（       ）

A．常温下鲜梨含水量大，环境温度较高，呼吸代谢旺盛，不耐贮藏

B．密封条件下，梨呼吸作用导致O2减少，CO2增多，利于保鲜

C．冷藏时，梨细胞的自由水增多，导致各种代谢活动减缓

D．低温抑制了梨的酚氧化酶活性，果肉褐变减缓

8．（2021·湖北·高考真题）在真核细胞中，由细胞膜、核膜以及各种细胞器膜等共同构成生物膜系统。下列叙述错误的是（       ）

A．葡萄糖的有氧呼吸过程中，水的生成发生在线粒体外膜

B．细胞膜上参与主动运输的ATP酶是一种跨膜蛋白

C．溶酶体膜蛋白高度糖基化可保护自身不被酶水解

D．叶绿体的类囊体膜上分布着光合色素和蛋白质

9．（2021·辽宁·高考真题）植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统，常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是（　　）

A．可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度

B．应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同

C．合理控制昼夜温差有利于提高作物产量

D．适时通风可提高生产系统内的CO2浓度

10．（2021·北京·高考真题）将某种植物置于高温环境（HT）下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度（CT）下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是（　　）

A．两组植株的CO2吸收速率最大值接近

B．35℃时两组植株的真正（总）光合速率相等

C．50℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能

D．HT植株表现出对高温环境的适应性

二、综合题

11．（2022·全国·高考真题）农业生产中，农作物生长所需的氮素可以的形式由根系从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的根细胞吸收的速率与O2浓度的关系如图所示。回答下列问题。

(1)由图可判断进入根细胞的运输方式是主动运输，判断的依据是______。

(2)O2浓度大于a时作物乙吸收速率不再增加，推测其原因是______。

(3)作物甲和作物乙各自在最大吸收速率时，作物甲根细胞的呼吸速率大于作物乙，判断依据是______。

(4)据图可知，在农业生产中，为促进农作物对的吸收利用，可以采取的措施是______。

12．（2022·全国·高考真题）根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。

(1)不同植物（如C3植物和C4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，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是______________。

13．（2021·海南·高考真题）植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生蔬菜。回答下列问题。

(1)植物工厂用营养液培植生菜过程中，需定时向营养液通入空气，目的是____________。除通气外，还需更换营养液，其主要原因是____________。

(2)植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植生菜，选用红蓝光的依据是____________。生菜成熟叶片在不同光照强度下光合速率的变化曲线如图，培植区的光照强度应设置在____________点所对应的光照强度；为提高生菜产量，可在培植区适当提高CO2浓度，该条件下B点的移动方向是____________。

(3)将培植区的光照/黑暗时间设置为14h/10h，研究温度对生菜成熟叶片光合速率和呼吸速率的影响，结果如图，光合作用最适温度比呼吸作用最适温度____________；若将培植区的温度从T5调至T6，培植24h后，与调温前相比，生菜植株的有机物积累量________________________。

14．（2021·湖南·高考真题）图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题：

（1）图b表示图a中的______结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H+和e-，光能转化成电能，最终转化为______和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低．暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP+减少，则图b中电子传递速率会______（填“加快”或“减慢”）。

（2）为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP+为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。

注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。

据此分析：

①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以_________（填“Fecy”或“DCIP”）为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是_________。

②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于_________，从而提高光反应速率。

③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释_________。