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【知识梳理】2024年高中生物学业水平考试（新教材专用）专题05 细胞的能量供应和利用-讲义
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这是一份【知识梳理】2024年高中生物学业水平考试（新教材专用）专题05 细胞的能量供应和利用-讲义，共17页。
考点01 降低化学反应活化能的酶
考点02 细胞的能量“货币”ATP
考点03 细胞呼吸的原理和应用
考点04 光合作用与能量转化
考点01 降低化学反应活化能的酶
酶的作用和本质
概念：酶是活细胞产生的，具有催化作用的蛋白质或RNA。
【探究实践】比较过氧化氢在不同条件下的分解
1 2 3 4 3 4
实验讨论：
①1.2号管现象与1号管不同，说明了什么？
【答案】加热能促进H2O2的分解,提高反应速率；
②2.3号和4号管并未加热，也有大量气泡产生，说明什么？
【答案】FeCl3中的Fe3+ 和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
③3号试管Fe3+数比4号试管H2O2酶高25万倍，但4号反应速率更快,这说明什么？
【答案】过氧化氢酶比Fe3+ 的催化效率高得多。
④2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多,为什么？
【答案】一样多，几支试管的H2O2 溶液的体积和浓度都相同。
【实验结论】
（1）水浴加热、FeCl3、过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
（2）与无机催化剂FeCl3相比，过氧化氢酶的催化效率要高得多。
（3）过氧化氢酶在细胞外（或体外）也能发挥作用。
2.酶的作用机理是降低反应的活化能。
3.酶的本质
（1）本质：绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
（2）合成原料：氨基酸、核酸核苷酸。
（3）合成场所：核糖体、细胞核等。
（4）来源：大多数活细胞。
（5）功能：具有催化作用。
二、酶的特性
酶具有高效性
（1）含义：与无机催化剂相比，酶的催化效率是无机催化剂的107～103倍。
（2）图解：
（3）分析：
①酶比无机催化剂的催化效率更高；
②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。
③酶不能改变最终生成物的量。
酶具有专一性
（1）含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
（2）图解：
加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。而加入酶A的反应速率明显较快，说明酶A可催化该反应，即酶具有专一性。
（3）图解酶的专一性
如图表示酶促反应的过程,图中A表示酶,B表示被催化的反应物,C、D表示生成物,酶在反应前后的性质和数量均不发生变化。
3.酶的作用条件较温和
（1）含义：酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
（2）图解：
①在最适温度和pH条件下，酶的活性最高，温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会降低。
②过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。
三、影响酶促反应速率的因素
1.酶促反应速率:在酶的催化作用下化学反应进行的速率称为酶促反应速率,一般用单位时间内底物的减少量或产物的增加量来表示。
2.酶活性:可用在一定条件下酶催化某一化学反应的速率表示。
3.影响酶促反应速率的因素可分为影响酶活性的因素和不影响酶活性的因素,前者通过影响酶的空间结构影响酶活性,包括温度、pH、抑制剂、激活剂、重金属等;后者包括底物浓度、酶浓度。
4.影响酶促反应的因素曲线分析
(1)温度和pH对酶促反应的影响
①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,酶的催化作用逐渐减弱。
②过酸、过碱、高温会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活;低温只是会影响酶促反应速率,但不会破坏酶的空间结构,在适宜升高温度的情况下,酶促反应速率会逐步提高。
③在0 ℃左右时,酶促反应速率很低,但酶的空间结构稳定,因此酶制剂适宜在低温保存。
④从丙图可以看出:反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
(2)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响
a.甲图:在其他条件适宜、酶量一定的情况下,酶促反应速率随底物浓度的增加而加快,但当底物达到一定浓度后,受酶量的限制,酶促反应速率不再增加。
b.乙图:在其他条件适宜、底物充足的情况下,酶促反应速率与酶浓度成正比。
四、与酶有关的实验探究
1.鉴定酶的本质的实验原理和方法
(1)酶的化学本质:绝大多数的酶是蛋白质,少数的酶是RNA。
(2)鉴定的原理与方法与鉴定蛋白质和RNA的一致
2.验证酶的作用及特性的实验设计与分析
考点02 细胞的能量“货币”ATP
一、ATP的分子结构与功能
1.组成元素：C、H、O、N、P。
2.名称：腺苷三磷酸。
3.化学组成：1分子腺苷和3分子磷酸基团。
4.结构简式：A-P~P~P。
ATP中，A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖构成；T代表三，P代表磷酸基团；一代表普通化学键，～代表一种特殊的化学键。
5.特点
（1）ATP是一种高能磷酸化合物，含有2个“~”。
（2）由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥，使得“～”不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
（6）功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
【注意】生物体内的能源物质总结
(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。
(2)主要能源物质：糖类。
(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
(4)主要储能物质：脂肪。
(5)直接能源物质：ATP。
(6)最终能量来源：太阳能。
6.不同物质结构中“A”的含义不同
（1）ATP中的A为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。
（2）DNA分子中的A为腺嘌呤脱氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。
（3）RNA分子中的A为腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成。
（4）核苷酸中的A为腺嘌呤。
（5）联系：它们的共同点是都含有腺嘌呤。其中，AMP（腺苷一磷酸，又名腺嘌呤核糖核苷酸）是RNA的基本组成单位之一。
二、ATP与ADP可以相互转化
转化原因
ATP中远离腺苷的“～”既容易水解，也容易形成，伴随着“～”的水解实现ATP到ADP的转化，而“～”的形成与ADP到ATP的转化相伴随。
ATP与ADP可以相互转化
ATP与ADP的相互转化分析
意义
（1）保证细胞内有一个相对稳定的能量供应库。
（2）ATP在能源物质供能过程中处于核心地位，绝大多数能源物质中的能量只有先转移到ATP中才能为生命活动供能。在生命活动中，ATP中的能量可以转化为不同形式的能量。
（3）能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“货币”。
三、细胞中的吸能和放能反应
1．概念：吸能反应中产物分子中的势能比反应物分子中的势能高；放能反应中产物分子中的势能比反应物分子中的势能低。
2．吸能、放能反应与ATP的关系
ATP是吸能反应与放能反应之间的纽带，ATP水解产生的能量用于吸能反应，ATP合成的能量来自细胞中的放能反应。
绿色植物细胞中最重要的吸能反应是光合作用，所有细胞中最重要的放能反应是细胞呼吸。
3.如果一个反应发生时释放ATP，则这个反应为放能反应；相反，则为吸能反应。
考点03 细胞呼吸的原理和应用
一、细胞呼吸的方式
1.细胞呼吸
（1）概念：细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并产生ATP的过程。
（2）呼吸作用的实质：是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。
2.【探究实践】探究酵母菌细胞呼吸的方式
（1）实验材料：酵母菌
①生物类型：真菌（真核生物）
②代谢类型：异养兼性厌氧型
③呼吸类型：有氧呼吸和无氧呼吸
实验原理
（3）实验思路：分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测其产物是否含酒精或二氧化碳。
（4）分析变量
①自变量:细胞呼吸的条件-有氧和无氧。
②因变量:细胞呼吸的产物，酒精和CO2。
③无关变量:影响实验结果的可变因素如温度、酵母菌活性。
（5）实验步骤
①配制酵母菌培养液(酵母菌＋葡萄糖溶液)
②检测CO2产生的多少的装置如图所示。
③检测酒精的产生：从A、B中各取2 mL酵母菌培养液的滤液，分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化。
实验结果
（7）实验结论
①酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
②在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的CO2和水；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量CO2。
二、有氧呼吸
1.反应的主要场所：线粒体。
2.有氧呼吸过程
（1）第一阶段：场所：细胞质基质
反应：葡萄糖→2丙酮酸+4[H]+少量能量
（2）第二阶段：场所：线粒体基质
反应：2丙酮酸+6H2O→6CO2+20[H]+少量能量
（3）第三阶段：场所：线粒体内膜
反应：24[H]+6O2→12H2O+大量能量
3.总反应：C6H12O6+6O2→6CO2+12H2O+能量
三、无氧呼吸
1.反应的场所：细胞质基质
2.过程
（1）第一阶段：葡萄糖的分解（与有氧呼吸第一阶段相同）
①场所：细胞质基质
②反应：葡萄糖→2丙酮酸+4[H]+少量能量
③实例：酵母菌、大多数高等植物
（2）第二阶段：丙酮酸的不完全分解
①场所：细胞质基质
②反应：a.丙酮酸→2C2H5OH（酒精）+2CO2
b.丙酮酸→2C3H6O3（乳酸）
③实例：人和动物细胞，乳酸菌，某些植物的特殊器官马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚。
（3）总反应：
①酒精发酵：C6H12O6→2C2H5OH+ 2CO2+ 能量（少量）
②乳酸发酵：C6H12O6→2C3H6O3（乳酸）+ 能量（少量）
影响细胞呼吸的因素及应用
1.外部因素
2.内因
（1）遗传特性：不同种类的植物细胞呼吸速率不同。
实例：旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。
（2）生长发育时期：同一植物在不同的生长发育时期细胞呼吸速率不同。
实例：幼苗期细胞呼吸速率高，成熟期细胞呼吸速率低。
（3）器官类型：同一植物的不同器官细胞呼吸速率不同。
实例：生殖器官大于营养器官。
3.细胞呼吸原理的应用
（1）对有氧呼吸原理的应用
①提倡慢跑等有氧运动,使细胞进行有氧呼吸,避免肌细胞产生大量乳酸。
②稻田定期排水有利于根系有氧呼吸,防止幼根因缺氧变黑、腐烂。
③利用淀粉、醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌可以生产食醋或味精。
（2）对无氧呼吸原理的应用
①利用粮食通过酵母菌发酵可以生产各种酒。
②利用乳酸菌发酵可以制作泡菜、酸奶。
③破伤风杆菌可通过无氧呼吸进行大量繁殖,包扎伤口应选用透气的敷料,抑制破伤风杆菌的无氧呼吸;较深的伤口需及时清理、注射破伤风抗毒血清等。
④在种子的储存过程中,营造低温、低氧、干燥条件,抑制细胞呼吸,减少有机物消耗;保存新鲜果蔬时,营造低温、低氧条件,一来抑制细胞呼吸,二来避免进行无氧呼吸产酒精。
考点04 光合作用与能量转化
捕获光能的色素和结构
（一）色素的提取
1.实验原理
（1）提取原理：有机溶剂（如无水乙醇）能溶解色素（可用体积分数95％的乙醇，加入适量无水碳酸钠，除去乙醇中水分）
（2）分离：色素在层析液中溶解度不同，在滤纸条上扩散的速度不同。色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液扩散得快。
2.实验步骤
（1）提取色素
①研磨：需加入，二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇。二氧化硅：研磨充分；碳酸钙：保护叶绿素；无水乙醇：溶解色素。
②过滤
③收集滤液
（2）制备滤纸条
（3）画滤液细线
①注意：待滤液干后，再画一两次。使分离色素带清晰
②要求：细、直、齐
（4）分离色素
【注意】（1）层析液易挥发，实验时要密封；（2）滤液细线不能插入层析液中，防止色素被溶解。
3.实验结果：滤纸条上呈现四条颜色、宽度不同的色素带。
叶绿素b
叶绿素a
胡萝卜素
叶黄素
4.结果分析
（1）色素带的条数与光合色素种类有关，四条色素带说明有四种光合色素；
（2）色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多;
（3）色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。
5.色素提取与分离实验异常原因分析
（1）收集到的滤液中绿色过浅的原因分析
①未加二氧化硅(石英砂)，研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
（2）滤纸条色素带重叠
①滤液细线不直；
②滤液细线过粗
（3）滤纸条无色素带
①忘记画滤液细线；
②滤液细线接触到 层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
6.捕获光能的色素
（1）种类绿叶中的色素
叶绿素
（含量约占3/4）
类胡萝卜素
（含量约占1/4）
叶绿素a（黄绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
（2）不同色素对光的吸收差异
①叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。
②叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同。
③类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
光合色素的功能：吸收、传递光能、转换光能
8.影响叶绿素合成的因素：光照、温度、镁。
（二）捕获光能的色素和结构
1.叶绿体结构
（1）外膜和内膜：将叶绿体内部与外界的细胞质基质分隔开，保证内部的光合作用集中在一个相对独立的区间不受干扰、高效有序地进行。
（2）基质：呈液态，分布着大量与光合作用暗反应有关的酶。
（3）类囊体：生物膜围成的囊状结构，分布着大量的光合色素和与光合作用光反应阶段有关的酶。
（4）基粒：扩大了膜面积，有利于光合色素和与光反应相关的酶的附着。
2.叶绿体的功能：进行光合作用的场所。
二、光合作用的原理和应用
1.光合作用原理的基本过程
根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应，现在也称为碳反应，两个阶段。
（1）光反应
①场所：叶绿体内的类囊体薄膜上；
②条件：光、色素、酶；
③物质变化：水的光解：H2O→O2 +H+
NADPH的合成： H++NADP+ +2e-→NADPH
ATP的合成：ADP＋Pi ＋能量（光能→ATP
④能量变化：光能→ATP、NADPH中活跃的化学能。
暗反应
①条件：NADPH 、ATP、酶；
②场所：叶绿体基质；
ATP
NADPH
③物质变化：CO2的固定：CO2＋C5→2C3；
C3的还原：2C3 (CH2O)+C5
④能量变化：活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能。
（3）光反应与暗反应的联系
光反应产生的NADPH、ATP为暗反应提供还原剂和能量；暗反应产生的ADP、Pi为光反应形成ATP提供了原料。
（4）光合作用过程中元素的转移
①O元素的转移途径：H18O→18O2 C18O2→C3→(C18O)
②C元素的转移途径：14CO2→14C3→(14CH2O)+14C5
③H元素的转移途径:H2O→NADPH→(CH2O)。
四、光合作用的影响因素及其应用
1.影响光合作用的内部因素：与自身的遗传特性有关,如阴生植物、阳生植物。植物的叶龄、叶面积指数也会制约光合作用。
2.影响光合作用的外部因素
（1）光照强度
A点:只进行细胞呼吸;
AB段:随光照强度增强,光合作用强度也逐渐增强;
B点(光补偿点):光合作用强度等于细胞呼吸强度;
BC段:光照强度不断加强,光合作用强度不断加强;
C点对应的光照强度为光饱和点
应用：延长光合作用时间:通过轮作,延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间
（2）CO2浓度
①图1和图2都表示在一定范围内,光合速率随CO2浓度的增加而增大,但当CO2浓度增加到一定范围后,光合速率不再增加;
②图1中A点表示光合速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度,即CO2补偿点;图2中的A'点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。图1和图2中的B和B'点都表示CO2饱和点
应用：施用有机肥;温室栽培植物时,可以适当提高室内CO2浓度。
大田生产“正其行,通其风”,即为提高CO2浓度,增加产量
(3)温度:
通过影响酶活性进而影响光合作用(主要制约暗反应)。应用于:A.大田中适时播种;B.温室中,增大昼夜温差,保证植物有机物的积累。
(4)水:
水分充足时,气孔开启,蒸腾作用(为水的运输和矿质元素的运输提供动力)旺盛,植物失水,同时CO2可通过气孔进入绿色植物参与光合作用。水分不足时,气孔关闭,减少水分的散失,同时CO2不能通过气孔进入,进而影响了光合作用的进行。
3.总光合与净光合
（1）关系：真正光合速率=净光合速率+呼吸速率
（2）关系图
（3）表示方法
4.自然环境及密闭容器中植物光合作用曲线的分析
(1)自然环境中一昼夜植物光合作用曲线:
A.开始进行光合作用的点:b。
B.光合作用与呼吸作用相等的点:c、e。
C.开始积累有机物的点:c。
D.有机物积累量最大的点:e。
（2）密闭容器中植物光合作用曲线
a.光合作用强度与呼吸作用强度相等的点:D、H。
b.该植物一昼夜表现为生长,其原因是Ⅰ点CO2浓度低于A点CO2浓度,说明一昼夜密闭容器中CO2浓度减小,即植物的光合作用强度>呼吸作用强度,植物表现为生长。
五、化能合成作用
1.概念：某些细菌利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用叫化能合成作用，这些细菌属于自养生物。
2.化能合成作用与光合作用的比较
（1）相同点：本质相同，都是将无机物合成有机物。
（2）不同点：利用的能源不同，光合作用利用的是光能，化能合成作用利用的是化学能。 实验目的
实验组
对照组
实验组衡量标准
自变量
验证酶具有催化作用
底物+相应酶液
底物+等量蒸馏水等
底物是否被分解或底物分解速率
酶溶液的有无
验证酶的专一性
底物+相应酶液
另一底物+等量同种酶液
底物是否被分解
不同底物
底物+相应酶液
相同底物+等量另一种酶液
不同酶溶液
验证酶具有高效性
底物+相应酶液
底物+等量无机催化剂
底物分解速率或产物生成速率
无机催化剂和酶溶液
项目
ATP的合成
ATP的水解
反应式
ADP+Pi+能量→ATP
ATP→ADP+Pi+能量
能量来源
光能（光合作用）、化学能（细胞呼吸）
储存在特殊化学键中的能量
能量去路
形成特殊的化学键
用于各项生命活动
反应场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体
生物体的需能部位
联系
（1）ATP在生物体内含量少，但转化十分迅速，从而使细胞中的ATP和ADP总是处于一种动态平衡
（2）ATP与ADP的相互转化不是可逆反应。因为转化过程中所需的酶、能量的来源和去路及反应场所不完全相同
（3）合成ATP的过程中有水生成，水解ATP的过程中有水消耗
检测物质
检测试剂
实验现象
CO2
澄清石灰水
变混浊（根据石灰水的混浊程度可比较CO2的多少）
溴麝香草酚蓝溶液
由蓝变绿再变黄(根据溴麝香草酚蓝溶液变成黄色时间长短可比较CO2的多少)
酒精
重铬酸钾溶液（酸性）
由橙色变成灰绿色
条件
澄清石灰水/出现的时间
重铬酸钾-浓硫酸溶液
有氧
变混浊程度高／快
不变灰绿色
无氧
变混浊程度低／慢
出现灰绿色
影响因素
原理
应用
图示
O2浓度
O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用
中耕松土促进根呼吸；低氧储存粮食、蔬菜、水果
温度
温度通过影响酶的活性而影响细胞呼吸速率
零上低温储存食物；
大棚栽培在夜间和阴天适当降低温度以降低呼吸作用消耗的有机物。
CO2浓度
CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行
在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗
水
一定范围内，细胞中自由水含量越多，代谢越旺盛，细胞呼吸越强
粮食储存前要进行晒干处理，目的是降低粮食中的自由水含量，降低细胞呼吸强度，减少储存时有机物的消耗。水果、蔬菜储存时保持一定的湿度
项目
表示方法
净光合速率（又称表观光合速率）
O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量
真正光合速率（又称实际光合速率）
O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量
呼吸速率（黑暗中测量）
CO2的释放量、O2的吸收量、有机物的消耗量
考点01 降低化学反应活化能的酶
考点02 细胞的能量“货币”ATP
考点03 细胞呼吸的原理和应用
考点04 光合作用与能量转化
考点01 降低化学反应活化能的酶
酶的作用和本质
概念：酶是活细胞产生的，具有催化作用的蛋白质或RNA。
【探究实践】比较过氧化氢在不同条件下的分解
1 2 3 4 3 4
实验讨论：
①1.2号管现象与1号管不同，说明了什么？
【答案】加热能促进H2O2的分解,提高反应速率；
②2.3号和4号管并未加热，也有大量气泡产生，说明什么？
【答案】FeCl3中的Fe3+ 和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
③3号试管Fe3+数比4号试管H2O2酶高25万倍，但4号反应速率更快,这说明什么？
【答案】过氧化氢酶比Fe3+ 的催化效率高得多。
④2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多,为什么？
【答案】一样多，几支试管的H2O2 溶液的体积和浓度都相同。
【实验结论】
（1）水浴加热、FeCl3、过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
（2）与无机催化剂FeCl3相比，过氧化氢酶的催化效率要高得多。
（3）过氧化氢酶在细胞外（或体外）也能发挥作用。
2.酶的作用机理是降低反应的活化能。
3.酶的本质
（1）本质：绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
（2）合成原料：氨基酸、核酸核苷酸。
（3）合成场所：核糖体、细胞核等。
（4）来源：大多数活细胞。
（5）功能：具有催化作用。
二、酶的特性
酶具有高效性
（1）含义：与无机催化剂相比，酶的催化效率是无机催化剂的107～103倍。
（2）图解：
（3）分析：
①酶比无机催化剂的催化效率更高；
②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。
③酶不能改变最终生成物的量。
酶具有专一性
（1）含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
（2）图解：
加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。而加入酶A的反应速率明显较快，说明酶A可催化该反应，即酶具有专一性。
（3）图解酶的专一性
如图表示酶促反应的过程,图中A表示酶,B表示被催化的反应物,C、D表示生成物,酶在反应前后的性质和数量均不发生变化。
3.酶的作用条件较温和
（1）含义：酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
（2）图解：
①在最适温度和pH条件下，酶的活性最高，温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会降低。
②过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。
三、影响酶促反应速率的因素
1.酶促反应速率:在酶的催化作用下化学反应进行的速率称为酶促反应速率,一般用单位时间内底物的减少量或产物的增加量来表示。
2.酶活性:可用在一定条件下酶催化某一化学反应的速率表示。
3.影响酶促反应速率的因素可分为影响酶活性的因素和不影响酶活性的因素,前者通过影响酶的空间结构影响酶活性,包括温度、pH、抑制剂、激活剂、重金属等;后者包括底物浓度、酶浓度。
4.影响酶促反应的因素曲线分析
(1)温度和pH对酶促反应的影响
①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,酶的催化作用逐渐减弱。
②过酸、过碱、高温会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活;低温只是会影响酶促反应速率,但不会破坏酶的空间结构,在适宜升高温度的情况下,酶促反应速率会逐步提高。
③在0 ℃左右时,酶促反应速率很低,但酶的空间结构稳定,因此酶制剂适宜在低温保存。
④从丙图可以看出:反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
(2)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响
a.甲图:在其他条件适宜、酶量一定的情况下,酶促反应速率随底物浓度的增加而加快,但当底物达到一定浓度后,受酶量的限制,酶促反应速率不再增加。
b.乙图:在其他条件适宜、底物充足的情况下,酶促反应速率与酶浓度成正比。
四、与酶有关的实验探究
1.鉴定酶的本质的实验原理和方法
(1)酶的化学本质:绝大多数的酶是蛋白质,少数的酶是RNA。
(2)鉴定的原理与方法与鉴定蛋白质和RNA的一致
2.验证酶的作用及特性的实验设计与分析
考点02 细胞的能量“货币”ATP
一、ATP的分子结构与功能
1.组成元素：C、H、O、N、P。
2.名称：腺苷三磷酸。
3.化学组成：1分子腺苷和3分子磷酸基团。
4.结构简式：A-P~P~P。
ATP中，A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖构成；T代表三，P代表磷酸基团；一代表普通化学键，～代表一种特殊的化学键。
5.特点
（1）ATP是一种高能磷酸化合物，含有2个“~”。
（2）由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥，使得“～”不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
（6）功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
【注意】生物体内的能源物质总结
(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。
(2)主要能源物质：糖类。
(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
(4)主要储能物质：脂肪。
(5)直接能源物质：ATP。
(6)最终能量来源：太阳能。
6.不同物质结构中“A”的含义不同
（1）ATP中的A为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。
（2）DNA分子中的A为腺嘌呤脱氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。
（3）RNA分子中的A为腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成。
（4）核苷酸中的A为腺嘌呤。
（5）联系：它们的共同点是都含有腺嘌呤。其中，AMP（腺苷一磷酸，又名腺嘌呤核糖核苷酸）是RNA的基本组成单位之一。
二、ATP与ADP可以相互转化
转化原因
ATP中远离腺苷的“～”既容易水解，也容易形成，伴随着“～”的水解实现ATP到ADP的转化，而“～”的形成与ADP到ATP的转化相伴随。
ATP与ADP可以相互转化
ATP与ADP的相互转化分析
意义
（1）保证细胞内有一个相对稳定的能量供应库。
（2）ATP在能源物质供能过程中处于核心地位，绝大多数能源物质中的能量只有先转移到ATP中才能为生命活动供能。在生命活动中，ATP中的能量可以转化为不同形式的能量。
（3）能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“货币”。
三、细胞中的吸能和放能反应
1．概念：吸能反应中产物分子中的势能比反应物分子中的势能高；放能反应中产物分子中的势能比反应物分子中的势能低。
2．吸能、放能反应与ATP的关系
ATP是吸能反应与放能反应之间的纽带，ATP水解产生的能量用于吸能反应，ATP合成的能量来自细胞中的放能反应。
绿色植物细胞中最重要的吸能反应是光合作用，所有细胞中最重要的放能反应是细胞呼吸。
3.如果一个反应发生时释放ATP，则这个反应为放能反应；相反，则为吸能反应。
考点03 细胞呼吸的原理和应用
一、细胞呼吸的方式
1.细胞呼吸
（1）概念：细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并产生ATP的过程。
（2）呼吸作用的实质：是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。
2.【探究实践】探究酵母菌细胞呼吸的方式
（1）实验材料：酵母菌
①生物类型：真菌（真核生物）
②代谢类型：异养兼性厌氧型
③呼吸类型：有氧呼吸和无氧呼吸
实验原理
（3）实验思路：分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测其产物是否含酒精或二氧化碳。
（4）分析变量
①自变量:细胞呼吸的条件-有氧和无氧。
②因变量:细胞呼吸的产物，酒精和CO2。
③无关变量:影响实验结果的可变因素如温度、酵母菌活性。
（5）实验步骤
①配制酵母菌培养液(酵母菌＋葡萄糖溶液)
②检测CO2产生的多少的装置如图所示。
③检测酒精的产生：从A、B中各取2 mL酵母菌培养液的滤液，分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化。
实验结果
（7）实验结论
①酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
②在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的CO2和水；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量CO2。
二、有氧呼吸
1.反应的主要场所：线粒体。
2.有氧呼吸过程
（1）第一阶段：场所：细胞质基质
反应：葡萄糖→2丙酮酸+4[H]+少量能量
（2）第二阶段：场所：线粒体基质
反应：2丙酮酸+6H2O→6CO2+20[H]+少量能量
（3）第三阶段：场所：线粒体内膜
反应：24[H]+6O2→12H2O+大量能量
3.总反应：C6H12O6+6O2→6CO2+12H2O+能量
三、无氧呼吸
1.反应的场所：细胞质基质
2.过程
（1）第一阶段：葡萄糖的分解（与有氧呼吸第一阶段相同）
①场所：细胞质基质
②反应：葡萄糖→2丙酮酸+4[H]+少量能量
③实例：酵母菌、大多数高等植物
（2）第二阶段：丙酮酸的不完全分解
①场所：细胞质基质
②反应：a.丙酮酸→2C2H5OH（酒精）+2CO2
b.丙酮酸→2C3H6O3（乳酸）
③实例：人和动物细胞，乳酸菌，某些植物的特殊器官马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚。
（3）总反应：
①酒精发酵：C6H12O6→2C2H5OH+ 2CO2+ 能量（少量）
②乳酸发酵：C6H12O6→2C3H6O3（乳酸）+ 能量（少量）
影响细胞呼吸的因素及应用
1.外部因素
2.内因
（1）遗传特性：不同种类的植物细胞呼吸速率不同。
实例：旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。
（2）生长发育时期：同一植物在不同的生长发育时期细胞呼吸速率不同。
实例：幼苗期细胞呼吸速率高，成熟期细胞呼吸速率低。
（3）器官类型：同一植物的不同器官细胞呼吸速率不同。
实例：生殖器官大于营养器官。
3.细胞呼吸原理的应用
（1）对有氧呼吸原理的应用
①提倡慢跑等有氧运动,使细胞进行有氧呼吸,避免肌细胞产生大量乳酸。
②稻田定期排水有利于根系有氧呼吸,防止幼根因缺氧变黑、腐烂。
③利用淀粉、醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌可以生产食醋或味精。
（2）对无氧呼吸原理的应用
①利用粮食通过酵母菌发酵可以生产各种酒。
②利用乳酸菌发酵可以制作泡菜、酸奶。
③破伤风杆菌可通过无氧呼吸进行大量繁殖,包扎伤口应选用透气的敷料,抑制破伤风杆菌的无氧呼吸;较深的伤口需及时清理、注射破伤风抗毒血清等。
④在种子的储存过程中,营造低温、低氧、干燥条件,抑制细胞呼吸,减少有机物消耗;保存新鲜果蔬时,营造低温、低氧条件,一来抑制细胞呼吸,二来避免进行无氧呼吸产酒精。
考点04 光合作用与能量转化
捕获光能的色素和结构
（一）色素的提取
1.实验原理
（1）提取原理：有机溶剂（如无水乙醇）能溶解色素（可用体积分数95％的乙醇，加入适量无水碳酸钠，除去乙醇中水分）
（2）分离：色素在层析液中溶解度不同，在滤纸条上扩散的速度不同。色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液扩散得快。
2.实验步骤
（1）提取色素
①研磨：需加入，二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇。二氧化硅：研磨充分；碳酸钙：保护叶绿素；无水乙醇：溶解色素。
②过滤
③收集滤液
（2）制备滤纸条
（3）画滤液细线
①注意：待滤液干后，再画一两次。使分离色素带清晰
②要求：细、直、齐
（4）分离色素
【注意】（1）层析液易挥发，实验时要密封；（2）滤液细线不能插入层析液中，防止色素被溶解。
3.实验结果：滤纸条上呈现四条颜色、宽度不同的色素带。
叶绿素b
叶绿素a
胡萝卜素
叶黄素
4.结果分析
（1）色素带的条数与光合色素种类有关，四条色素带说明有四种光合色素；
（2）色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多;
（3）色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。
5.色素提取与分离实验异常原因分析
（1）收集到的滤液中绿色过浅的原因分析
①未加二氧化硅(石英砂)，研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
（2）滤纸条色素带重叠
①滤液细线不直；
②滤液细线过粗
（3）滤纸条无色素带
①忘记画滤液细线；
②滤液细线接触到 层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
6.捕获光能的色素
（1）种类绿叶中的色素
叶绿素
（含量约占3/4）
类胡萝卜素
（含量约占1/4）
叶绿素a（黄绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
（2）不同色素对光的吸收差异
①叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。
②叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同。
③类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
光合色素的功能：吸收、传递光能、转换光能
8.影响叶绿素合成的因素：光照、温度、镁。
（二）捕获光能的色素和结构
1.叶绿体结构
（1）外膜和内膜：将叶绿体内部与外界的细胞质基质分隔开，保证内部的光合作用集中在一个相对独立的区间不受干扰、高效有序地进行。
（2）基质：呈液态，分布着大量与光合作用暗反应有关的酶。
（3）类囊体：生物膜围成的囊状结构，分布着大量的光合色素和与光合作用光反应阶段有关的酶。
（4）基粒：扩大了膜面积，有利于光合色素和与光反应相关的酶的附着。
2.叶绿体的功能：进行光合作用的场所。
二、光合作用的原理和应用
1.光合作用原理的基本过程
根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应，现在也称为碳反应，两个阶段。
（1）光反应
①场所：叶绿体内的类囊体薄膜上；
②条件：光、色素、酶；
③物质变化：水的光解：H2O→O2 +H+
NADPH的合成： H++NADP+ +2e-→NADPH
ATP的合成：ADP＋Pi ＋能量（光能→ATP
④能量变化：光能→ATP、NADPH中活跃的化学能。
暗反应
①条件：NADPH 、ATP、酶；
②场所：叶绿体基质；
ATP
NADPH
③物质变化：CO2的固定：CO2＋C5→2C3；
C3的还原：2C3 (CH2O)+C5
④能量变化：活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能。
（3）光反应与暗反应的联系
光反应产生的NADPH、ATP为暗反应提供还原剂和能量；暗反应产生的ADP、Pi为光反应形成ATP提供了原料。
（4）光合作用过程中元素的转移
①O元素的转移途径：H18O→18O2 C18O2→C3→(C18O)
②C元素的转移途径：14CO2→14C3→(14CH2O)+14C5
③H元素的转移途径:H2O→NADPH→(CH2O)。
四、光合作用的影响因素及其应用
1.影响光合作用的内部因素：与自身的遗传特性有关,如阴生植物、阳生植物。植物的叶龄、叶面积指数也会制约光合作用。
2.影响光合作用的外部因素
（1）光照强度
A点:只进行细胞呼吸;
AB段:随光照强度增强,光合作用强度也逐渐增强;
B点(光补偿点):光合作用强度等于细胞呼吸强度;
BC段:光照强度不断加强,光合作用强度不断加强;
C点对应的光照强度为光饱和点
应用：延长光合作用时间:通过轮作,延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间
（2）CO2浓度
①图1和图2都表示在一定范围内,光合速率随CO2浓度的增加而增大,但当CO2浓度增加到一定范围后,光合速率不再增加;
②图1中A点表示光合速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度,即CO2补偿点;图2中的A'点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。图1和图2中的B和B'点都表示CO2饱和点
应用：施用有机肥;温室栽培植物时,可以适当提高室内CO2浓度。
大田生产“正其行,通其风”,即为提高CO2浓度,增加产量
(3)温度:
通过影响酶活性进而影响光合作用(主要制约暗反应)。应用于:A.大田中适时播种;B.温室中,增大昼夜温差,保证植物有机物的积累。
(4)水:
水分充足时,气孔开启,蒸腾作用(为水的运输和矿质元素的运输提供动力)旺盛,植物失水,同时CO2可通过气孔进入绿色植物参与光合作用。水分不足时,气孔关闭,减少水分的散失,同时CO2不能通过气孔进入,进而影响了光合作用的进行。
3.总光合与净光合
（1）关系：真正光合速率=净光合速率+呼吸速率
（2）关系图
（3）表示方法
4.自然环境及密闭容器中植物光合作用曲线的分析
(1)自然环境中一昼夜植物光合作用曲线:
A.开始进行光合作用的点:b。
B.光合作用与呼吸作用相等的点:c、e。
C.开始积累有机物的点:c。
D.有机物积累量最大的点:e。
（2）密闭容器中植物光合作用曲线
a.光合作用强度与呼吸作用强度相等的点:D、H。
b.该植物一昼夜表现为生长,其原因是Ⅰ点CO2浓度低于A点CO2浓度,说明一昼夜密闭容器中CO2浓度减小,即植物的光合作用强度>呼吸作用强度,植物表现为生长。
五、化能合成作用
1.概念：某些细菌利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用叫化能合成作用，这些细菌属于自养生物。
2.化能合成作用与光合作用的比较
（1）相同点：本质相同，都是将无机物合成有机物。
（2）不同点：利用的能源不同，光合作用利用的是光能，化能合成作用利用的是化学能。 实验目的
实验组
对照组
实验组衡量标准
自变量
验证酶具有催化作用
底物+相应酶液
底物+等量蒸馏水等
底物是否被分解或底物分解速率
酶溶液的有无
验证酶的专一性
底物+相应酶液
另一底物+等量同种酶液
底物是否被分解
不同底物
底物+相应酶液
相同底物+等量另一种酶液
不同酶溶液
验证酶具有高效性
底物+相应酶液
底物+等量无机催化剂
底物分解速率或产物生成速率
无机催化剂和酶溶液
项目
ATP的合成
ATP的水解
反应式
ADP+Pi+能量→ATP
ATP→ADP+Pi+能量
能量来源
光能（光合作用）、化学能（细胞呼吸）
储存在特殊化学键中的能量
能量去路
形成特殊的化学键
用于各项生命活动
反应场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体
生物体的需能部位
联系
（1）ATP在生物体内含量少，但转化十分迅速，从而使细胞中的ATP和ADP总是处于一种动态平衡
（2）ATP与ADP的相互转化不是可逆反应。因为转化过程中所需的酶、能量的来源和去路及反应场所不完全相同
（3）合成ATP的过程中有水生成，水解ATP的过程中有水消耗
检测物质
检测试剂
实验现象
CO2
澄清石灰水
变混浊（根据石灰水的混浊程度可比较CO2的多少）
溴麝香草酚蓝溶液
由蓝变绿再变黄(根据溴麝香草酚蓝溶液变成黄色时间长短可比较CO2的多少)
酒精
重铬酸钾溶液（酸性）
由橙色变成灰绿色
条件
澄清石灰水/出现的时间
重铬酸钾-浓硫酸溶液
有氧
变混浊程度高／快
不变灰绿色
无氧
变混浊程度低／慢
出现灰绿色
影响因素
原理
应用
图示
O2浓度
O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用
中耕松土促进根呼吸；低氧储存粮食、蔬菜、水果
温度
温度通过影响酶的活性而影响细胞呼吸速率
零上低温储存食物；
大棚栽培在夜间和阴天适当降低温度以降低呼吸作用消耗的有机物。
CO2浓度
CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行
在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗
水
一定范围内，细胞中自由水含量越多，代谢越旺盛，细胞呼吸越强
粮食储存前要进行晒干处理，目的是降低粮食中的自由水含量，降低细胞呼吸强度，减少储存时有机物的消耗。水果、蔬菜储存时保持一定的湿度
项目
表示方法
净光合速率（又称表观光合速率）
O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量
真正光合速率（又称实际光合速率）
O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量
呼吸速率（黑暗中测量）
CO2的释放量、O2的吸收量、有机物的消耗量
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