专题二：生物的新陈代谢

北京英才苑网站．ycy．com．cn·版权所有·盗版必究·1普通高中课程标准实验教科书—生物（人教版兼岳麓版）第二讲生物的新陈代谢本讲内容本讲内容包括（人教版）必修一《分子与细胞》第4章细胞的物质输入和输出、第5章细胞的能量供应和利用两部分内容，主要介绍物质的跨膜运输实例、物质的跨膜运输方式、生物膜的结构、细胞生化反应需要的酶和ATP、细胞呼吸、光合作用等。一高考预测新陈代谢作为生物的最基本特征，一直作为高中生物的重点内容，也成为历年高考的热点和重点。本讲内容与细胞的结构和功能、生物的生殖和发育、生物的进化与生态、现代生物技术等知识密切相关，为学科内综合提供了丰富的素材。通过对历年考题的分析不难看出，本讲内容的题目形式多种多样，但是一般都会出现图示、图表、新材料等综合性的试题，分析此类题目要注意两点：一要按照结构决定功能的原则，去分析生理功能及相关基础；二要仔细审题，提炼出题干中的有效信息，联系相关的基础知识，找出合理的答案。通过今年的考试说明可以看出，在考察内容上与往年并没有太大的区别，但是删掉了三大营养物质的代谢相关内容，在复习过程中可以稍作修改。题目考察的焦点还是在光合作用与呼吸作用这两个重要的代谢过程上。另外，如影响酶活性的系列探究实验（温度、PH、底物浓度等）、ATP及细胞内稳定能量供应系统等也属于本讲内容的常考内容。二考点归纳突破1、扩散作用和渗透作用渗透作用是一种特殊方式的扩散作用。渗透作用与扩散作用的异同点：相同点：都是由单位体积分子数多的移向单位体积分子数少的地方。不同点：渗透作用多指溶剂分子（主要是水分子）的移动，扩散作用多指溶质分子（如甘油等）或气体分子（如O2、CO2等），也可以是溶剂分子（如水、酒精等）的运动；渗透作用必须通过半透膜，扩散作用可以不通过半透膜。如肺泡中的O2通过毛细血管壁细胞进入毛细血管是扩散，而水通过细胞膜既可认为是扩散作用，也可以认为是渗透作用。2、半透膜与选择透过性膜半透膜与选择透过性膜是两个不同的概念，半透膜是指某些物质可以透过而另一些物质不能透过的多孔性薄膜。能否通过半透膜往往取决于分子的大小。而选择透过性膜是指细胞膜等生物膜，由于膜上具有载体等结构，且不同生物的细胞膜上载体种类和数量的不同，因而对物质的吸收与否及吸收多少具有选择性。当细胞死亡时，细胞膜便失去选择透过性，变为全透性。简单地说，两者的相同点是水分子都能自由通过，另一些大分子不能透过。不同点是半透膜不具生命性，故无选择性。3、ATP中能量的利用ATP是生物体细胞内普遍存在着的一种高能化合物，是生物体各项生命活动的直接能量来源，故ATP被誉为能量代谢的“通用货币”。ATP中的能量可以直接转换成其他各种形式的能量，用于各项生命活动。这些能量形式主要有以下几种：化学能：生物体内物质的合成需要化学能，物质分解的开始阶段也需要化学能。在生物体的物质代谢中，到处都需要由ATP转换的化学能。北京英才苑网站．ycy．com．cn·版权所有·盗版必究·2机械能：如纤毛和鞭毛的摆动，肌细胞的收缩、细胞分裂期间染色体的运动等，都是由ATP提供能量来完成的。渗透能：细胞的主动运输消耗的渗透能来自ATP。如根吸收矿质元素等。热能：大部分热能通过各种途径散发到外界环境，一小部分用于维持细胞或恒温动物的体温。电能：神经系统传导冲动和某些生物能够产生电流消耗的就是电能。光能：生物发光的能量直接来源于ATP,但目前对生物发光的生理机制还不完全清楚。4、影响光合作用的因素：光合作用是在植物有机体的内部和外部的综合条件的适当配合下进行的。因此内外条件的改变也就一定会影响到光合作用的进程或光合作用强度的改变。影响光合作用强度的因素主要有光照强度、CO2浓度、温度和矿质营养。①光照强度：植物的光合作用强度在一定范围内是随着光照强度的增加，同化CO2的速度也相应增加，但当光照强度达到一定时，光合作用的强度不再随着光照强度的增加而增强。植物在进行光合作用的同时也在进行呼吸作用，当植物在某一光照强度条件下，进行光合作用所吸收的CO2与该温度条件下植物进行呼吸作用所释放的CO2量达到平衡时，这一光照强度就称为光补偿点，这时光合作用强度主要是受光反应产物的限制。当光照强度增加到一定强度后，植物的光合作用强度不再增加或增加很少时，这一光照强度就称为植物光合作用的光饱和点，此时的光合作用强度是受暗反应系统中酶的活性和CO2浓度的限制如图。光补偿点在不同的植物是不一样的，主要与该植物的呼吸作用强度有关，与温度也有关系。一般阳生植物的光补偿点比阴生植物高。光饱和点也是阳生植物高于阴生植物。所以在栽培农作物时，阳生植物必须种植在阳光充足的条件下才能提高光合作用效率，增加产量；而阴生植物应当种植在阴湿的条件下，才有利于生长发育，光照强度大，蒸腾作用旺盛，植物体内因失水而不利于其生长发育，如人参、三七、胡椒等的栽培，就必须栽培于阴湿的条件下，才能获得较高的产量。植物在进行光合作用的同时也在进行着呼吸作用，总光合作用是指植物在光照下制造的有机物的总量（吸收的CO2总量）。净光合作用是指在光照下制造的有机物总量（或吸收的CO2总量）中扣除掉在这一段时间中植物进行呼吸作用所消耗的有机物（或释放的CO2）后，净增的有机物的量。②温度：植物所有的生活过程都受温度的影响，因为在一定的温度范围内，提高温度可以提高酶的活性，加快反应速度。光合作用也不例外，在一定的温度范围内，在正常的光照强度下，提高温度会促进光合作用的进行。但提高温度也会促进呼吸作用。如图所示。所以植物净光合作用的最适温度不一定就是植物体内酶的最适温度。北京英才苑网站．ycy．com．cn·版权所有·盗版必究·3③CO2浓度：CO2是植物进行光合作用的原料，只有当环境中的CO2达到一定浓度时，植物才能进行光合作用。植物能够进行光合作用的最低CO2浓度称为CO2补偿点，即在此CO2浓度条件下，植物通过光合作用吸收的CO2与植物呼吸作用释放的CO2相等。环境中的CO2低于这一浓度，植物的光合作用就会低于呼吸作用，消耗大于积累，长期如此植物就会死亡。一般来说，在一定的范围内，植物光合作用的强度随CO2浓度的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用强度就不再增加或增加很少，这时的CO2浓度称为CO2的饱和点。如CO2浓度继续升高，光合作用不但不会增加，反而要下降，甚至引起植物CO2中毒而影响植物正常的生长发育。如图所示。④必需矿质元素的供应：绿色植物进行光合作用时，需要多种必需的矿质元素。如氮是催化光合作用过程各种酶以及NADP+和ATP的重要组成成分，磷也是NADP+和ATP的重要组成成分。科学家发现，用磷脂酶将离休叶绿体膜结构上的磷脂水解掉后，在原料和条件都具备的情况下，这些叶绿体的光合作用过程明显受到阻碍，可见磷在维持叶绿体膜的结构和功能上起着重要的作用。又如绿色植物通过光合作用合成糖类，以及将糖类运输到块根、块茎和种子等器官中，都需要钾。再如镁是叶绿体的重要组成成分，没有镁就不能合成叶绿素。等等。5、有氧呼吸和无氧呼吸的比较有氧呼吸和无氧呼吸的公共途径是呼吸作用第一阶段（糖酵解），是在细胞质基质中进行。在没有氧气的条件下，糖酵解过程的产物丙酮酸被[H]还原成酒精和CO2或乳酸等，在不同的生物体由于酶的不同，其还原的产物也不同。在有氧气的条件下，丙酮酸进入线粒体继续被氧化分解。如图。由于无氧呼吸哪有机物是不彻底的，释放的能量很少，转移到ATP中的能量就更少，还有大量的能量贮藏在不彻底的氧化产物中，如酒精乳酸等。有氧呼吸在有氧气存在的条件下能把糖类等有机物彻底氧化分解成CO2和H2O，把有机物中的能量全部释放出来，约有44％的能量转移到ATP中。所以有氧呼吸为生命活动提供的能量比无氧呼吸多得多，在进化过程中绝大部分生物选择了有氧呼吸方式，但为了适应不利的环境条件还保留了无氧呼吸方式。北京英才苑网站．ycy．com．cn·版权所有·盗版必究·46、影响呼吸作用的因素：①温度：温度能影响呼吸作用，主要是影响呼吸酶的活性。一般而言，在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强。如图曲线所示。根据温度对呼吸强度的影响原理，在生产实践上贮藏蔬菜和水果时应该降低温度，以减少呼吸消耗。温度降低的幅度以不破坏植物组织为标准，否则细胞受损，对病原微生物的抵抗力大减，也易腐烂损坏。②氧气：氧气是植物正常呼吸的重要因子，氧气不足直接影响呼吸速度，也影响到呼吸的性质。绿色植物在完全缺氧条件下就进行无氧呼吸，大多数陆生植物根尖细胞的无氧呼吸产物是酒精和CO2。酒精对细胞有毒害作用，所以大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。在低氧条件下通常无氧呼吸与有氧呼吸都能发生，氧气的存在对无氧呼吸起抑制作用。有氧呼吸强度随氧浓度的增加而增强。关于无氧呼吸和有氧呼吸与氧浓度之间的关系用下图的曲线来表示。微生物的无氧呼吸称为发酵，氧气对发酵有抑制作用。下图的曲线也适用于对微生物的无氧呼吸和有氧呼吸的描述。根据氧对呼吸作用影响的原理，在贮存蔬菜、水果时就降低氧的浓度，一般降到无氧呼吸的消失点，如降得太低，植物组织就进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物(如酒精)往往对细胞有一定的毒害作用，而影响蔬菜、水果的贮藏保鲜。③CO2：增加CO2的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应。这可以从化学平衡的角度得到解释。据此原理，在蔬菜和水果的保鲜中，增加CO2的浓度也具有良好的保鲜效果。北京英才苑网站．ycy．com．cn·版权所有·盗版必究·5三高考真题体验例1（2005上海）将盛有一定浓度蔗糖溶液的透析袋口扎紧后浸于蒸馏水中，下图表示透析袋中蔗糖溶液浓度与时间的关系，正确的是（）考点定位本题考查的知识点是渗透作用的原理。指点迷津渗透作用产生的2个必备条件是：一是具有半透膜；二是半透膜两侧溶液具有浓度差。水分子能透过半透膜，从低浓度向高浓度扩散。将盛有一定浓度的蔗糖溶液的透析袋放在蒸馏水中后，蒸馏水将不断向透析袋中扩散，蔗糖溶液浓度不断下降，但受到透析袋容积的限制，到一定时间水分子进出达到动态平衡，此时蔗糖溶液浓度下降到一定程度便保持相对稳定。参考答案B例2(高考试题：2007全国卷I)下图表示用3H—亮氨酸标记细胞内的分泌蛋白，追踪不同时间具有放射性的分泌蛋白颗粒在细胞内分布情况和运输过程。其中正确的是考点定位本题考查分泌蛋白形成与细胞结构的关系。指点迷津3H—亮氨酸首先在附着在内质网的核糖体上合成蛋白质，经内质网初步加工后，再转移到高尔基体中，最后形成分泌小泡与细胞膜融合后排出细胞外。所以放射性颗粒数依次增加的顺序为附着有核糖体的内质网→高尔基体→分泌小泡参考答案C例3（2005·广东大综）温室栽培可不受季节、地域限制，为植物的生长发育提供最适宜的条件，有利于提高作物品质和产量。在封闭的温室内栽种农作物，以下哪种措施不能提高作物产量（）A、增加室内CO2浓度B、增大室内昼夜温差C、增加光照强度D、采用绿色玻璃盖顶北京英才苑网站．ycy．com．cn·版权所有·盗版必究·6考点定位本题考查的知识点是影响光合作用的外界因素。指点迷津影响绿色植物进行光合作用的主要外界因素有：①CO2浓度：CO2是光合作用的原料，绿色植物周围空气中的CO2含量，直接影响到绿色植物的光合作用效率，适当增加温室内的CO2浓度，可以提高作物产量；②温度：温度通过影响光合作用酶和呼吸作用酶的活性来影绿色植物的有机物的净积累，白天适当提高温度有利于增加光合作用，晚上适当降低温度有利于减弱光合作用，因而能提高有机物的净积累量，从而提高作物产量；③光照强度：光是进行光合作用的条件，在一定的光照强度范围内，增强光照强度有利于促光合作用，从而提高作物产量；④光的不同成分：不同颜色的光对绿色植物的光合作用效率有一定的影响，红光和蓝紫光有利于提高光合作用效率，而黄绿光则不利于提高光合作用效率，因此采用绿色玻璃盖顶，则导致绿色植物只接受绿光照射，因此不能提高作物产量。参考答案D例4(高考试题：2007北京理