专题复习细胞代谢

专题突破知识纵横1.关于酶的正确与错误说法一、酶与ATP正确说法错误说法产生场所活细胞(不考虑哺乳动物成熟红细胞等)具有分泌功能的细胞才能产生化学本质有机物(大多为蛋白质,少数为RNA)蛋白质作用场所可在细胞内、细胞外、体外发挥作用只在细胞内起催化作用温度影响低温只抑制酶的活性,不会使酶变性失活低温和高温均使酶变性失活作用酶只起催化作用酶具有调节、催化等多种功能来源生物体内合成有的可来源于食物等2.对酶的特性的理解(1)高效性:酶的催化效率很高,是无机催化剂的107~1013倍。中间产物学说认为:酶在催化某一底物时,先与底物结合生成一种极不稳定的中间产物(酶—底物复合物),这种中间产物极为活跃,很容易发生化学反应,并释放出酶。其催化过程可表示为: 酶能加快反应速率的根本原因是酶能显著降低反应的活化能,缩短反应达到平衡点的时间,但不改变反应的平衡点。(2)专一性:酶对底物具有严格的选择性,一种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。很多学者认为:酶与底物结合时,底物的结构和酶的活动中心的结构十分吻合,就好像一把钥匙开一把锁一样(“锁—钥”模型),因而体现出酶的专一性。可用图解表示如下:(注:该模型能解释酶的专一性,实际情况是由于酶与底物的结构互补,诱导契合,通过分子的相互识别产生的,如下图)(3)酶的作用条件较温和:酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。高温、过酸或过碱、重金属盐等会使酶的空间结构遭到破坏,酶会永久失活。相比而言,无机催化剂则不易受影响,如同样加热到100℃,过氧化氢酶早已失去活性,而Fe3+仍可起催化作用。但要注意的是,低温仅是抑制酶的活性,随温度的升高(最适温度以下)酶的活性逐渐增强。 温度、酸碱度等通过影响酶的活性来影响酶的催化效率。底物浓度、酶的浓度可影响酶的催化效率,却不影响酶的活性。3.ATP结构ATP的组成及结构要注意将ATP的结构简式中的“A”和DNA、RNA的结构简式中的不同部位的“A”进行区分,如下图中圆圈部分所代表的分别是:①腺苷、②腺嘌呤、③腺嘌呤脱氧核苷酸、④腺嘌呤核糖核苷酸。 4.ATP的合成与ATP的水解不是可逆反应项目ATP的合成ATP的水解反应条件不同是一种合成反应,催化该反应的酶属合成酶属水解反应,催化该反应的酶属水解酶能量来源不同能量来源主要是太阳光能和有机物分解释放的化学能释放的能量是储存在高能磷酸键中的化学能反应场所不同细胞质基质、线粒体和叶绿体生活细胞的需要能量的部位 ATP并非新陈代谢所需能量的唯一直接来源。ATP是生物体细胞内流通的“能量货币”,新陈代谢所需要的能量主要是由细胞内ATP提供的,但其他核苷酸的三磷酸酯也可以直接参与生命活动的供能,如GTP参与蛋白质的合成、UTP参与糖原的合成等。◆例1下图示生物体内常见的一种生理作用过程,下列叙述不正确的是 ()A.反应完成后,a的性质未发生改变B.a成分是蛋白质或RNAC.反应体系中b浓度不变,a浓度升高可使反应速率加快D.温度过高对a的影响比温度过低对a的影响小【解析】根据图示可知a为酶分子,b为底物分子。酶在反应前后不变,继续催化下一个反应;酶的化学本质为蛋白质或RNA;底物浓度不变时,提高反应体系中酶的浓度可使酶与底物分子接触的机会增加,从而使反应速率加快;温度过高时可使酶失活,且不可逆转,而低温仅是抑制酶的活性,温度升高时酶活性还可以恢复。所以答案为D。【答案】D①ATP的第三个高能磷酸键很容易断裂和再形成②黑暗条件下,只有线粒体可以产生ATP③呼吸作用把有机物中绝大部分能量转移到ATP中④人体内成熟的红细胞中氧气含量增多,则产生ATP增多⑤ATP的合成总是伴随有机物的氧化分解A.①②③④⑤B.②④◆例2ATP是细胞的能量“通货”,有关说法错误的是 ()C.③⑤D.①④⑤【解析】一个ATP分子只有两个高能磷酸键,远离A的那个容易断裂和再形成;有氧呼吸的第一个阶段在细胞质基质中进行,也可以产生ATP,另外原核生物没有线粒体,也可以产生ATP;呼吸作用只能把少部分能量转移到ATP中,更多的能量以热能形式散失了;人体成熟的红细胞中不含有线粒体,只进行无氧呼吸,呼吸速率和氧气含量无关;光反应中ATP合成利用光能,不伴随有机物的分解。【答案】A二、光合作用1.内部因素对光合速率的影响(1)不同部位由于叶绿素具有接受和转换能量的作用,所以,植株中凡是绿色的、具有叶绿素的部位都能进行光合作用。在一定范围内,叶绿素含量越多,光合速率越大。以一片叶子为例,最幼嫩的叶片光合速率低,随着叶子成长,光合速率不断加大,达到高峰,随后叶子衰老,光合速率就下降。(2)不同生育期一株作物不同生育期的光合速率不尽相同,一般都以营养生长期为最强,到生长末期就下降。以水稻为例,分蘖盛期的光合速率较快,在稻穗接近成熟时下降。但从群体来看,群体的光合量不仅决定于单位叶面积的光合速率,而且很大程度上受总叶面积及群体结构的影响。2.单一因子对光合作用的影响光照强度 A点光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,释放CO2的量即是此时的呼吸强度。B点时细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用,即光合作用强度=细胞呼吸强度,称B点为光补偿点(从全天来看,白天植物的光照强度应在光补偿点以上,这样才能正常生长)。C点对应的光照强度为光合作用的饱和点①适当提高光照强度②温室大棚用无色透明玻璃③若要降低光合作用可用有色玻璃,如用红色玻璃,则仅透红光且吸收其他波长的光,光合能力较白光弱因素图像关键点的含义在生产上的应用叶面积指数 ①OA段表明随叶面积指数的不断增大,光合作用实际量不断增大,A点为光合作用实际量的最大值,其后随叶面积指数的增大,光合作用不再增强,原因是能接受日光的总叶面积不再增加②OB段表示干物质量随光合作用增强而增加,由于A点以后光合作用实际量不再增加,但叶片随叶面积指数的不断增加,呼吸量也不断增加(见曲线OC),所以干物质积累量不断减少,如BD段③植物叶面积指数不能超过D点,若超过D点,植物将入不敷出,无法正常生长适当间苗、修剪,合理施肥、浇水,避免徒长;封行过早,将使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下,白白消耗有机物,造成不必要的浪费。合理密植是增加光合作用面积的一项重要措施因素图像关键点的含义在生产上的应用CO2浓度 CO2是光合作用的原料,在一定范围内,CO2越多,光合作用速率越大,但达到A点时,即CO2浓度达到饱和时,就不再增加了温室栽培植物时适当提高室内CO2的浓度,如施放一定量的干冰或多施有机肥,使植物可吸收的CO2增多。大田生产“正其行,通其风”,即为提高CO2浓度、增加产量因素图像关键点的含义在生产上的应用温度 光合作用是在酶催化下进行的,温度直接影响酶的活性。一般植物在10~35℃下正常进行光合作用,如AB段(10~35℃)随温度的升高光合速率逐渐加强;B点(35℃)以后光合酶活性下降,光合速率也开始下降;50℃时光合作用几乎停止①适时播种②温室栽培植物时,白天适当提高温度,晚上适当降温③植物“午休”现象的原因之一叶龄 OA段为幼叶,随幼叶的不断生长,叶面积不断增大,叶内叶绿体不断增多,叶绿素含量不断增加,光合作用速率不断增加。AB段为壮叶,叶片的面积、叶绿体和叶绿素含量都处于稳定状态,光合速率也基本稳定。BC段为老叶,随叶龄的增加,叶片内叶绿素被破坏,光合速率也随之下降农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶,茎叶蔬菜及时换新叶,都是根据该原理,且可降低其呼吸作用消耗有机物因素图像关键点的含义在生产上的应用无机盐无机盐是光合作用的产物——葡萄糖进一步合成许多有机物时所必需的物质。如缺少N会影响蛋白质(如:酶等)的合成;缺少P会影响ATP的合成;缺少Mg会影响叶绿素的合成;缺K时会影响糖类的转变和运输合理施肥,可促进叶片面积增大,利于光合产物的转变和运输,从而提高光合作用效率◆例3(2011·全国新课标理综)在光照等适宜条件下,将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中,其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。回答问题:(1)图中物质A是(C3化合物、C5化合物)。(2)在CO2浓度为1%的环境中,物质B的浓度比A的低,原因是;将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后,物质B浓度升高的原因是。(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中,暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时,物质A的浓度将比B的(低、高)。(4)CO2浓度为0.003%时,该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的(高、低),其原因是。【解析】(1)当CO2浓度降低时,C3化合物含量下降,符合A曲线。(2)C3化合物来源于CO2和C5化合物反应的产物,并且每消耗一分子C5产生二分子C3化合物,所以物质B的浓度比A的低。当CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后,C5化合物的合成速率暂时不变,但消耗速率却减慢,导致C5化合物短时间内积累。(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中,暗反应中C3和C5化合物浓度达到新的平衡时,根据暗反应的特点,物质A(C3化合物)的浓度将比B(C5化合物)的高,因为C3化合物的去向不仅仅生成C5化合物,还有一部分生成(CH2O)。(4)CO2浓度为0.003%时,由于CO2浓度低时,固定CO2较少,暗反应强度低,所需ATP和[H]少。【答案】(1)C3化合物(2)暗反应速率在该环境中已达到稳定,即C3化合物和C5化合物的含量稳定。根据暗反应的特点,此时C3化合物的分子数是C5化合物的2倍当CO2浓度突然降低时,C5化合物的合成速率不变,消耗速率却减慢,导致C5化合物积累(3)高(4)低CO2浓度低时,暗反应的强度低,所需ATP和[H]少3.多种因子对光合作用的影响图像 关键点含义P点时,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随该因子的不断加强,光合速率不断提高。当到Q点时,横坐标所表示的因子不再影响光合速率,要想提高光合速率,可适当提高图示的其他因子。(续表)应用温室栽培时,在一定光照强度下,白天适当提高温度,可提高光合作用相关的酶的活性,从而提高光合速率,也可同时适当补充CO2,进一步提高光合速率。当温度适宜时,可适当提高光照强度和CO2浓度,以提高光合作用速率。总之,可根据具体情况,通过提高光照强度,调节温度或提高CO2浓度来充分提高光合速率,以达到增产的目的。◆例4植物的光合作用受多种内、外因素的影响。甲图是某种植物在乙图m点对应的温度和CO2浓度下所测得的光合作用强度曲线,乙图是该植物在甲图中b点对应的光照强度下所测得的光合作用强度曲线,请据图回答问题:(1)由甲、乙两图可以看出,影响光合作用的环境因素包括。(2)甲图中的a点表示。(3)乙图中,当温度为30℃时,制约植物光合作用强度进一步增强的是光合作用的阶段。(4)如何在乙图所示实验数据的基础上设计实验,以确定该植物在0.03%CO2浓度的条件下光合作用的最适温度?(只要求写出设计思路)。【答案】(1)光照强度、CO2浓度、温度(2)光合作用强度等于呼吸作用强度(3)暗反应(或CO2的固定)(4)从30℃开始,每隔一定温度设置一个实验组,CO2浓度、光照强度等其他实验条件与原实验保持一致,比较各组植物光合作用强度的大小。光合作用强度最大的一组所对应的温度即为光合作用的最适温度(其他合理设计也可)三、影响植物呼吸速率的因素及相关曲线1.内部因素(1)不同种类的植物呼吸速率不同,如阴生植物小于阳生植物。(2)同一植物在不同的生长发育期,呼吸速率不同,如开花期呼吸速率升高,成熟期下降。(3)同一植物的不同器官呼吸速率不同,如生殖器官大于营养器官。2.环境因素(1)温度:呼吸作用在最适温度(25~35℃)时最强,超过最适温度则减弱。温度主要是通过影响呼吸酶的活性而影响呼吸作用强度。一般而言,在一定的温度范围内,呼吸速率随着温度的升高而增强。如右图曲线AB段所示。根据温度对呼吸强度的影响原理,在生产实践中储藏蔬菜和水果时应该适当降低温度,以减少呼吸消耗。温度降低的