資源簡介

第五單元 細胞的能量供應和利用
第一步：單元學習目標整合
絕大多數酶是一類能催化化學反應的蛋白質，酶活性受到環境因素（如H和溫度等）的影響。
ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。
植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉化為糖與氧氣的過程中，轉化為糖分子中的化學能。
生物通過細胞呼吸將儲存在有機物中的能量轉化為生命活動可以利用的能量。
第二步：單元思維導圖回顧知識
第三步：單元重難知識易混易錯
（一）酶與ATP
酶的化學本質：蛋白質或RNA
酶在細胞代謝中的作用：酶可以降低化學反應所需的活化能
酶只能在細胞內發生催化作用嗎？
提示：酶雖然是活細胞產生的，一般情況下都是在生物體內發揮催化作用但在體外適宜的條件下也具有催化作用
酶促反應速率不同于酶活性
（1）溫度、pH都能影響酶的空間結構，改變酶的活性，進而影響酶促反應速率。
（2）底物濃度或酶濃度也能影響酶促反應速率。當底物濃度相同在一定范圍內，隨著酶濃度的增大，酶促反應速率增大當酶濃度相同時，在一定范圍內，隨著底物濃度的增大，酶促反應速率增大。但底物濃度或酶濃度沒有改變酶活性。
不同酶的最適pH不同：動物體內的酶最適pH大多在6.5-80之間，但也有例外，如胃蛋白酶的最適pH為1.5；植物體內的酶最適pH大多在4.5~6.5之間。
ATP與ADP的轉化并不是完全可逆的：ATP與ADP的相互轉化，從物質方面來看是可逆的，從酶進行的場所、能量方面來看是不可逆的，即從整體上來看二者的轉化并不可逆，但可以實現不同形式的能量之間的轉化，保證生命活動所需能量的持續供應。
誤認為ATP等同于能量：ATP是一種高能磷酸化合物，其分子式可以簡寫為A-P~P~P，高能磷酸鍵水解時能夠釋放出高達30.54kJ/mol的能量，所以ATP是與能量有關的一種物質，不能將兩者等同起來。
ATP轉化為ADP也需要消耗水：ATP轉化為ADP又稱“ATP的水解反應”，這一過程需ATP酶的催化，同時也需要消耗水。凡是大分子有機物（如蛋白質、脂肪、淀粉等）的水解都需要消耗水。
例題：
1.以下關于酶和ATP的敘述，正確的是( )
A.蛋白質、多糖等大分子合成和水解的過程中都需要酶，酶促反應不一定都需要ATP供能
B.酶既可以在細胞內也可以在細胞外發揮作用，ATP只能在細胞內發揮作用
C.同一生物體不同種類細胞中的酶都不相同
D.為了保持酶的活性，應在酶的最適溫度和最適pH條件下保存酶
【答案】A
【解析】蛋白質、多糖等大分子合成和水解的過程中都需要酶，有些酶促反應屬于放能反應，不需要ATP供能，A正確；酶和ATP在細胞內外都可以發揮作用，B錯誤；同一生物體不同種類細胞中的酶可能相同，如ATP水解酶，C錯誤；酶應在低溫(0~4℃)條件下保存，D錯誤。
2.細胞內有多種高能磷酸化合物，如NTP和dNTP。ATP是NTP家族中的一員，dATP是dNTP家族中的一員。每個NTP分子失去兩個磷酸基團后的產物是核糖核苷酸，而每個dNTP分子失去兩個磷酸基團后的產物是脫氧核糖核苷酸。下列相關敘述不合理的是( )
A.NTP和dNTP都能作為直接能源物質
B.dNTP徹底水解的產物中可能含尿嘧啶
C.ATP失去離腺苷最遠的磷酸基團可得到ADP
D.每個NTP分子中都含有3個磷酸基團
【答案】B
【解析】NTP和dNTP都是高能磷酸化合物，都可以作為直接能源物質，A正確；小NTP徹底水解的產物是脫氧核糖、磷酸和堿基，該堿基可能是腺嘌呤、鳥嘌呤、胸腺嘧啶或胞嘧啶，但一定不是尿嘧啶B錯誤； ATP失去離腺苷最遠的磷酸基團可得到ADP，C正確； 每個NTP分子失去兩個磷酸基團后的產物是核糖核苷酸，每個核糖核苷酸分子中含有1個磷酸基團，故每個NTP分子中都含有3個磷酸基團。
3.下圖曲線Ⅰ、Ⅱ分別表示反應物A在無催化劑條件和有酶催化條件下生成產物P所需的能量變化過程。下列相關敘述錯誤的是( )
A.E2段表示在有酶條件下反應發生需要的活化能
B.若將酶改為無機催化劑，則曲線Ⅱ將向上移動
C.若其他條件不變，E1越大，則酶的催化效率越高
D.若增加反應體系中的酶量，則E2減小，反應速率提高
【答案】D
【解析】E2段由初態到發生反應的活化狀態所需的活化能較低、表示在有酶催化的條件下發生化學反應需要的活化能，A正確； 酶的催化效率大約是無機催化劑的107~1013倍（酶的催化作用具有高效性），若將酶催化改為無機催化劑催化該反應，則由初態到發生反應的活化狀態所需的活化能較酶催化時高，所以此時曲線Ⅱ在縱軸上將向上移，B正確其他條件不變，E1越大，說明酶降低活化能的效果佳，則酶的催化效率越高，C正確； 增加反應體系中的酶量，反應速率提高，但酶降低活化能的量不變，D錯誤。
故選：D。
細胞呼吸
酵母菌是一種單細胞真菌，在有氧和無氧的條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌
真核生物細胞呼吸的場所不是只有線粒體
（1）在有氧呼吸的第一階段，1分子葡萄糖分解成2分子丙階段，芮酮酸和水徹底芬解成CO2和[H]，[H]和O2結合生成H2O這兩個過程在線粒體中進行
（2）無氧呼吸始終在細胞質基質中進行。
誤認為有氧呼吸的全過程都需要O2：有氧呼吸的第一、二階段不需要O2，只有第三階段需要O2。
影響細胞呼吸的主要外界因素以及應用
（1）溫度
影響（如圖）：細胞呼吸是一系列酶促反應，溫度通過影響酶的活性而影響細胞呼吸速率。細胞呼吸的最適溫度一般在25～35 ℃之間。
應用
a.低溫儲存食品
b.大棚栽培在夜間和陰天適當降溫
c.溫水和面發得快
（2）氧氣
影響（如圖）：O2是有氧呼吸所必需的，且O2對無氧呼吸過程有抑制作用。
a.O2濃度＝0時，只進行無氧呼吸。
b.0c.O2濃度≥10%時，只進行有氧呼吸。
d.O2濃度＝5%時，有機物消耗最少。
應用
a.中耕松土促進植物根部有氧呼吸
b.無氧發酵過程需要嚴格控制無氧環境
c.低氧倉儲糧食、水果和蔬菜
（3）水分
影響
a.水作為有氧呼吸的反應物可直接參與反應
b.水作為生物化學反應的介質影響反應的進行
c.在一定范圍內，細胞呼吸速率隨含水量的增加而加快，隨含水量的減少而減慢
應用
a.糧食在入倉前要進行晾曬處理
b.干種子萌發前進行浸泡處理
（4）CO2
影響：CO2是細胞呼吸的最終產物，積累過多會抑制細胞呼吸的進行。如圖：
應用：適當增加CO2濃度，有利于水果和蔬菜的保鮮
例題：
1.當酵母菌以葡萄糖為呼吸底物時，下列敘述正確的是( )
A.如果測得CO2釋放量：O2吸收量大于4:3，則無氧呼吸占優勢
B.如果測得呼吸作用的過程中沒有產生水，則產物中也不會有CO2
C.如果測得O2吸收量小于CO2釋放量，則無氧呼吸消耗的葡萄糖比有氧呼吸多
D.檢測CO2可用溴麝香草酚藍溶液，隨著CO2釋放，溶液的顏色由黃變綠再變藍
【答案】A
【解析】本題考查呼吸作用的相關知識。當有氧呼吸和無氧呼吸消耗的葡萄糖相等時，CO2釋放量：O2吸收量=4:3，所以CO2釋放量：O2吸收量>4:3時，無氧呼吸占優勢，A正確；如果測得呼吸作用的過程中沒有產生水，說明細胞進行無氧呼吸，產生CO2和酒精，B錯誤；如果測得O2吸收量小于CO2釋放量，只能說明酵母菌既進行有氧呼吸又進行無氧呼吸，無法比較兩種呼吸方式消耗葡萄糖的多少，C錯誤；檢測CO2可用溴麝香草酚藍溶液，隨著CO2釋放，溶液的顏色由藍變綠再變黃，D錯誤。
2.呼吸熵(RQ)是指單位時間內進行呼吸作用的生物釋放二氧化碳量與吸收氧氣量的比值，RQ可以指示營養過剩或營養不足的代謝結果。當營養不足時，體內存儲的脂肪會被消耗。下列敘述錯誤的是( )
A.百米賽跑時，人體細胞可進行無氧呼吸，此時RQ＞1
B.RQ＞1時酵母菌細胞呼吸釋放的熱量比RQ=1時少
C.長期營養不足或患糖尿病的人，其RQ＜1
D.水淹時植物根細胞的RQ＞1，其呼吸產物可能有酒精
【答案】A
【解析】百米賽跑時，人體細胞仍以有氧呼吸為主，可出現無氧呼吸，但人體無氧呼吸產生乳酸不產生CO2，此時RQ=1，A錯誤；RQ=1，葡萄糖氧化分解消耗的O2量和產生的CO2量一樣多，酵母菌只進行有氧呼吸，釋放的能量多，RQ>1，說明酵母菌既進行有氧呼吸又進行無氧呼吸，無氧呼吸釋放的能量少，B項正確；長期營養不足或患糖尿病的人，體內存儲的脂肪會被消耗，脂肪氧化分解消耗的O=量大于產生的CO2量，故長期營養不足或患糖尿病的人RQ<1，C項正確；水淹時，根細胞可進行產生酒精和CO2的無氧呼吸，其RQ>1，D正確。
3.向盛有5%葡萄糖溶液的錐形瓶中加入適量酵母菌，在不同氧氣濃度條件下測得相同時間內酵母菌產生的酒精和CO2的量如下圖所示，據圖分析不合理的是( )
A.氧濃度為a時，酵母菌細胞呼吸合成ATP的場所只有細胞質基質
B.氧濃度為b時，在線粒體基質中產生的CO2比細胞質基質中多
C.氧濃度為c時，酵母菌有氧呼吸消耗的葡萄糖量是無氧呼吸消耗的1/2
D.氧濃度為d時，細胞呼吸產生的NADH在線粒體內膜上與氧氣結合生成水
【答案】B
【解析】分析曲線圖：兩條坐標曲線中，一條是CO2的產生量，另一條是酒精的產生量；點氧氣濃度下，CO2的產生量等于酒精的產生量，說明酵母菌只進行無氧呼吸：b、c兩點氧氣濃度下CO2的產生量大于酒精的產生量，說明酵母菌存在有氧呼吸和無氧呼吸兩種呼吸方式：d點氧氣濃度下酒精的產生量為0，說明從該點氧氣濃度開始只進行有氧呼吸。
4.細胞無氧呼吸與有氧呼吸的第一階段完全相同，由1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸，并產生少量NADH。在乳酸菌的細胞質基質中，丙酮酸與NADH可在相關酶的催化下轉化為乳酸和NAD+。在酵母菌的細胞質基質中，丙酮酸在丙酮酸脫氫酶的催化下分解為CO2與乙醛，乙醛與NADH再在相關酶的催化下轉化為乙醇和NAD+。下列相關分析正確的是( )
A.乳酸菌細胞與酵母菌細胞中均存在NAD+向NADH轉化的過程
B.有氧條件下，酵母菌細胞中無氧呼吸第二階段生成酒精但無法合成ATP
C.乳酸菌與酵母菌的無氧呼吸產物不同，其根本原因是基因的選擇性表達
D.若酵母菌在無氧條件產生的CO2量與有氧條件相同，則無氧條件消耗葡萄糖量是有氧條件的2倍
【答案】A
【解析】乳酸菌細胞與酵母菌細胞中呼吸作用第一階段，均產生了NADH，即均存在NAD+向NADH轉化的過程，A正確；酵母菌是兼性厭氧型生物，在有氧條件下，酵母菌細胞進行的是有氧呼吸，B錯誤；乳酸菌與酵母菌是不同的生物，其無氧呼吸的產物不同，根本原因是遺傳物質不同，C錯誤；由于有氧呼吸消耗1分子葡萄糖，產生6分子二氧化碳，而無氧呼吸消耗1分子葡萄糖，產生2分子二氧化碳，所以若酵母菌在無氧條件產生的CO2量與有氧條件相同，則無氧條件消耗葡萄糖量是有氧條件的3倍，D錯誤。
光合作用
光合色素：葉綠素對橙光，黃光吸收較少，對綠光吸收最少，主要吸收紅光和藍紫光
暗反應過程并非不需要光
光合作用的過程可以分為兩個階段，即光反應和暗反應。
前者在光下才能進行，并在一定范圍內隨著光照強度的增加而增強；后者在有光、無光的條件下都可以進要光反應的產物[H]和ATP，因此在無光條件下不可以長期進行
影響光合作用的因素及其應用
（1）光照強度
光照強度與光合作用強度的關系曲線分析：
A點：光照強度為0，此時只進行細胞呼吸，釋放的CO2量可表示此時細胞呼吸的強度。
AB段：隨光照強度增強，光合作用強度也逐漸增強，CO2釋放量逐漸減少，這是因為細胞呼吸釋放的CO2有一部分用于光合作用，此時細胞呼吸強度大于光合作用強度。
B點：細胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用強度等于細胞呼吸強度（光照強度只有在B點以上時，植物才能正常生長）。
BC段：表明隨著光照強度不斷加強，光合作用強度不斷加強，到C點以后不再加強。限制C點以后光合作用強度不再增加的內部因素是色素含量、酶的數量和最大活性，外部因素是CO2濃度等除光照強度之外的環境因素。
應用：陰雨天適當補充光照，及時對大棚除霜消霧。
（2）CO2濃度
曲線分析：A點是進行光合作用所需的最低CO2濃度，B點是CO2飽和點；B點以后，隨著CO2濃度的增加光合作用強度不再增加。
應用：溫室中適當增加CO2濃度，如投入干冰等，大田中“正其行，通其風”，多施有機肥來提高CO2濃度。
（3）溫度
B點是最適溫度，此時光合作用最強，高于或低于此溫度光合作用強度都會下降，因為溫度會影響酶的活性。
應用：溫室栽培時白天適當提高溫度，夜間適當降低溫度。
（4）水及礦質元素對光合作用的影響
原理：
Mg、Fe等是葉綠素合成的必需元素，若這些元素缺乏，會影響葉綠素的合成從而影響光合作用。
水既是光合作用的原料，又是體內各種化學反應的介質，水還會影響氣孔的開閉，從而影響CO2進入植物體。
應用：合理施肥；預防干旱，合理灌溉。
植物“三率”
常考易錯的“三率”
（1）呼吸速率：植物非綠色組織（如蘋果果肉細胞）或綠色組織在黑暗條件下測得的值－單位時間內一定組織的CO2釋放量或O2吸收量。
（2）真正（總）光合速率：表示植物綠色組織在有光條件下進行光合作用消耗的CO2或產生O2的量。
（3）凈光合速率：植物綠色組織在有光條件下，總光合作用與細胞呼吸同時進行時，測得的數據為凈光合速率。從數值關系上：凈光合速率＝總光合速率－呼吸速率。
植物“三率”的判斷
（1）根據坐標曲線判定：當光照強度為0時，若CO2吸收值為負值，該值代表呼吸速率，該曲線則代表凈光合速率；若CO2吸收值為0，該曲代表真正（總）光合速率。
（2）根據實驗條件判定：實驗結果所給數值若為黑暗條件下綠色植物的測定值，則為呼吸速率；若所給數值為有光條件下綠色植物的測定值，則為凈光合速率。
（3）根據代謝過程圖解進行判定：
a.呼吸速率：②或⑤
b.凈光合速率：①或④
c.總光合速率：③=①+②；⑥=④+⑤.
光合作用和細胞呼吸綜合曲線解讀
（1）綠色組織在黑暗條件下或非綠色組織只進行呼吸作用，測得的數值為呼吸速率（A點）
（2）綠色組織在有光條件下，光合作用與細胞呼吸同時進行，測得的數據為凈光合速率
（3）環境條件改變時光補償點、光飽和點的移動
①光補償點的移動：呼吸速率增加，其他條件不變時，光補償點應右移，反之左移。呼吸速率基本不變，相關條件的改變使光合速率下降時，光補償點應右移，反之左移。
②光飽和點的移動：相關條件的改變（如增大CO2濃度）使光合速率增大時，光飽和點C應右移，反之左移。
不同條件下一晝夜植物光合作用曲線
（1）自然環境中一晝夜植物光合作用曲線：
①開始進行光合作用的點：b
②光合作用與呼吸作用相等的點：c、e
③開始積累有機物的點：c
④有機物積累量最大的點：e
密閉容器中一晝夜植物光合作用曲線：
①光合作用強度與呼吸作用強度相等的點：D、H.
②該植物一晝夜表現為生長，其原因是I點CO2濃度低于A點CO2濃度，說明一晝夜密閉容器中CO2濃度減小，即植物光合作用制造的有機物量＞呼吸作用消耗的有機物量，植物生長。
例題：
1.中國科學家宣布將CO2合成了淀粉，該研究將CO2合成淀粉分為了四個大模塊：分別是以CO2制備甲醇的—碳反應C1模塊、由甲醇制備3-磷酸甘油醛的三碳反應C3模塊、由3-磷酸甘油醛制備6-磷酸葡糖的六碳反應C6模塊以及由6-磷酸葡糖至淀粉的n碳反應Cn模塊。下列說明錯誤的是( )
A.人工將CO2合成淀粉的過程模擬了植物細胞光合作用中的暗反應過程
B.甲醇制備3-磷酸甘油醛的三碳反應C3模塊相當于暗反應中CO2的固定過程
C.由3-磷酸甘油醛制備6-磷酸葡糖的六碳反應C6模塊相當于C3還原過程
D.植物體內由6-磷酸葡糖合成淀粉的n碳反應發生在細胞質基質中
【答案】D
【解析】根據分析可知，由CO2合成淀粉屬于暗反應過程，A正確； CO2的固定過程是指CO2被C5固定形成C3，因此C3模塊相當于暗反應中CO2的固定過程， B正確； C3還原過程是指C3在光反應提供的ATP和還原氫的作用下還原生成C5和糖類等有機物，因此6-磷酸葡糖的六碳反應C6模塊相當于C3還原過程，C正確； 暗反應階段合成淀粉，因此葡萄糖合成淀粉的過程發生在葉綠體基質中，D錯誤。
2.植物真正光合速率一般用單位時間內同化CO2的微摩爾數表示。將生長狀況相同的某種植物在不同溫度下分別暗處理1h，再光照1h(光照強度相同)，測定CO2濃度，得到如下圖數據。下列分析正確的是( )
A.該植物在29℃和30℃時依然表現生長現象
B.該植物細胞呼吸和光合作用的最適溫度分別是29℃和28℃
C.在28℃和29℃時，光合作用積累的有機物的量相等
D.30℃時光合作用速率等于細胞呼吸速率，CO2變化都是20微摩爾/小時
【答案】A
【解析】暗處理后濃度的增加量代表呼吸作用強度，光照后與暗處理前濃度的減少量代表：光合作用固定的量（=）-呼吸作用釋放的量（）；植物在時，總光合作用速率=濃度的減少量+濃度的增加量微摩爾/小時，凈光合作用速率=總光合速率-呼吸速率微摩爾/小時，植物在時，總光合作用速率微摩爾/小時，凈光合作用速率=總光合速率-呼吸速率微摩爾/小時，該植物在和時，凈光合速率都大于零，依然表現生長現象，A正確。總光合作用速率=濃度的減少量+濃度的增加量，在時光合速率最大；暗處理1h后濃度的增加量代表呼吸作用速率，在時呼吸速率最大，B錯誤。C項，在時，光合作用制造的有機物的量即總光合速率微摩爾/小時；時，光合作用制造的有機物的量即總光合速率微摩爾/小時；時，光合作用制造的有機物的量即總光合速率微摩爾/小時，在、和時，光合作用制造的有機物的量不相等，C錯誤。時，光合作用速率微摩爾/小時，細胞呼吸速率=20微摩爾/小時，光合作用速率大于細胞呼吸速率，D錯誤。
7.在適宜溫度和大氣CO2濃度條件下，測得某森林中四種主要喬木幼苗葉片的生理指標（見下表），下列分析正確的是( )
生理指標 構樹 刺槐 香樟 胡頹子
光補償點（千勒克斯） 6 4 1.8 1.1
光飽和點（千勒克斯） 13 9 3.5 2.6
注：光補償點：光合速率等于呼吸速率時的光強；光飽和點：達到最大光合速率所需的最小光強。
A.光照強度為1.1千勒克斯時，胡頹子的幼苗的凈光合速率小于零
B.光照強度為10千勒克斯時，影響構樹和刺槐幼苗光合速率的環境因素都有光照強度和CO2濃度
C.若將光照強度突然由2千勒克斯增加到3千勒克斯，香樟幼苗葉綠體中的CO2會增加
D.光照強度大于13千勒克斯時，構樹幼苗光合作用固定的CO2全部來自外界
【答案】A
【解析】本題考查光合作用相關知識。光照強度為1.1千勒克斯時，胡頹子幼苗葉片到達光補償點，此時葉片的光合速率等于呼吸速率，但由于幼苗中有部分細胞不能進行光合作用，而且還要進行呼吸作用，因此整個幼苗的凈光合速率小于零，A正確；光照強度為10千勒克斯時，構樹還沒有達到光飽和點，此時影響構樹幼苗光合速率的環境因素主要是光照強度，而光照強度為10千勒克斯時，刺槐已經達到光飽和點，此時影響刺槐幼苗光合速率的環境因素主要是CO2濃度，B錯誤；若將光照強度突然由2千勒克斯增加到3千勒克斯，香樟幼苗的光合速率增加，吸收更多的CO2，因此其葉綠體中的CO2會減少，C錯誤；光照強度大于13千勒克斯時，構樹幼苗光合作用固定的CO2部分來自自身呼吸，部分來自外界，D錯誤。
8.如圖表示夏季晴天，某植物放在密閉的玻璃罩內一晝夜CO2的濃度變化（假設一晝夜5時日出，19時日落，假定玻璃罩內植物的生理狀態與自然環境中相同）。用CO2測定儀測得了一天內該玻璃罩內CO2濃度變化情況，繪制成如圖的曲線。下列有關說法正確的是( )
A.BC段較AB段CO2增加速度減慢，原因是低溫使植物呼吸作用減弱
B.從D點開始CO2下降，說明植物進行光合作用是從D點開始的
C.FG段CO2下降不明顯，原因是光照強度減弱，光合作用減弱
D.H點CO2濃度最低，說明此時植物對CO2的吸收最多，光合作用最強
【答案】A
【解析】由圖可知BC段較AB段CO2增加減慢，二氧化碳的增加是呼吸作用釋放出來的，此時溫度較低，A正確；二氧化碳下降從D點開始，D點說明光合作用等于呼吸作用強度，B錯誤；FG段二氧化碳下降不明顯，是因為光照強度太強，氣孔關閉，二氧化碳供應減少導致光合作用減弱，C錯誤；H點二氧化碳濃度最低，說明一天中此時積累的有機物最多，但并不是光合作用最強，D錯誤。
第四步：單元核心素養對接高考
雖然學生對于植物的生長有一些感性的認識，但是并沒有系統地觀察和記錄植物生長過程的經歷。因此，本單元設置了觀看南瓜幼苗生長的縮時視頻以及無土栽培植物的活動。目的在于培養學生的觀察、科學記錄、分析數據等科學實踐能力，培養學生基于證據和邏輯得出結論的科學論證能力。
關于“植物是如何長大的”這一主題，學生普遍存在一些錯誤的認識，如植物干重的增加主要來自土壤，認為植物是“吃土”長大的。為了幫助學生深刻理解概念，本單元設計了不同光照條件下植物對二氧化碳濃度影響的實驗，主要目的在于提供機會讓學生驗證自己實驗假設的正誤，并且理解光合作用是植物長大的主要原因。
知識點1 ATP的結構組成及其在能量代謝中的作用
ATP的結構組成：ATP分子的結構可以簡寫成A-P～P～P，其中A代表腺苷P代表磷酸基團，～代表一種特殊的化學鍵（高能磷酸鍵）。
ATP在細胞代謝中的作用：ATP是生物體內的直接能源物質，能量在生物體內的吸能反應和放能反應之間循環流通。
其中ATP水解釋放的能量在生物體內可轉化為以下多種形式：
（1）機械能：肌肉收縮、染色體運動
（2）電能：神經沖動的傳導、生物發電。
（3）滲透能：主動運輸。
（4）化學能：蛋白質或DNA等物質的合成。
（5）光能：螢火蟲發光。
例題：【2022·浙江】下列關于腺苷三磷酸分子的敘述，正確的是( )
A.由1個脫氧核糖、1個腺嘌呤和3個磷酸基團組成
B.分子中與磷酸基團相連接的化學鍵稱為高能磷酸鍵
C.在水解酶的作用下不斷地合成和水解
D.是細胞中吸能反應和放能反應的紐帶
【答案】D
【解析】
解析：本題考查ATP的結構和作用的有關知識。
選項 正誤 原因
A × 1分子的ATP是由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基團組成
B × 腺苷與磷酸基團之間的化學鍵是普通磷酸鍵，磷酸基團之間的化學鍵是高能磷酸鍵
C × ATP在水解酶的作用下水解生成ADP和磷酸，ADP和磷酸在合成酶的作用下合成ATP
D √ 吸能反應一般與ATP的水解有關，放能反應一般與ATP的合成有關，故吸能反應和放能 反應之間的紐帶就是ATP
知識點2 酶的特性
（1）高效性：酶的催化效率是無機催化劑的107~1013倍。
意義：保證細胞代謝順利進行。
（2）專一性：每一種酶只能催化一種或一類化學反應。
（3）酶的作用條件較溫和：酶作用需要較溫和的條件。絕大多數酶是蛋白質，過酸過堿和高溫都能使蛋白質分子的空間結構遭到破壞，從而引起酶活性的改變。
例題：【2022·廣東】某同學對蛋白酶TSS的最適催化條件開展初步研究，結果見下表。下列分析錯誤的是( )
組別 pH CaCl2 溫度（℃） 降解率（%）
① 9 + 90 38
② 9 + 70 88
③ 9 - 70 0
④ 7 + 70 58
⑤ 5 + 40 30
注：+/–分別表示有/無添加，反應物為Ⅰ型膠原蛋白
A.該酶的催化活性依賴于CaCl2
B.結合①②組的相關變量分析，自變量為溫度
C.該酶催化反應的最適溫度70℃，最適pH為9
D.尚需補充實驗才能確定該酶是否能水解其他反應物
【答案】C
【解析】本題考查探究酶的最適催化條件實驗。比較②③組，③組沒有添加CaCl2，降解率為0，說明該酶的催化活性依賴于CaCl2，A項正確；比較①②組，溫度不同，其他變量均相同，說明自變量為溫度，B項正確；②組酶的活性最高，此時pH為9，溫度為70 ℃，但由于溫度梯度和pH梯度都較大，不能說明最適溫度為70 ℃，最適pH為9，C項錯誤；該實驗的反應物為Ⅰ型膠原蛋白，要確定該酶能否水解其他反應物還需補充實驗，D項正確。
知識點3 有氧呼吸過程中物質與能量的變化
概念：指細胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產生二氧化碳和水，釋放能量，生成大量ATP的過程。
實質：細胞在氧的參與下，分解有機物，釋放能量。
主要場所：線粒體。
過程分析：
第一階：段 第二階段 第三階段
場所 細胞質基質 線粒體基質 線粒體內膜
反應物 C6H12O6（葡萄糖） CH3COCOOH（丙酮酸）+H2O [H]+O2
生成物 CH3COCOOH（丙酮酸）+[H] CO2+[H] H2O
產生ATP的數量 少量 少量 大量
是否需氧 不需氧 不需氧 需氧
能量變化 穩定的化學能熱能 穩定的化學能化學能
各元素轉移途徑
能量轉化：1mol葡萄糖在體內徹底氧化分解釋放出2870kJ的能量，其中有977.28kJ的能量儲存在ATP中，其余能量以熱能的形式散失，以維持體溫的恒定。
例題：【2022·廣東】在有氧呼吸第三階段，線粒體基質中的還原型輔酶脫去氫并釋放電子，電子經線粒體內膜最終傳遞給O2，電子傳遞過程中釋放的能量驅動H+從線粒體基質移至內外膜間隙中，隨后H+經ATP合酶返回線粒體基質并促使ATP合成，然后與接受了電子的O2結合生成水。為研究短時低溫對該階段的影響，將長勢相同的黃瓜幼苗在不同條件下處理，分組情況及結果如圖所示。已知DNP可使H+進入線粒體基質時不經過ATP合酶。下列相關說法正確的是( )
A.4℃時線粒體內膜上的電子傳遞受阻
B.與25℃時相比，4℃時有氧呼吸產熱多
C.與25℃時相比，4℃時有氧呼吸消耗葡萄糖的量多
D.DNP導致線粒體內外膜間隙中H+濃度降低，生成的ATP減少
【答案】BCD
【解析】本題考查細胞呼吸的有關知識。由題意可知，電子經線粒體內膜最終傳遞給O2，4 ℃與25 ℃相比，O2消耗增加，說明其電子傳遞過程沒有受阻，A項錯誤；細胞呼吸時有機物的化學能轉化成ATP的能量和熱能，與25 ℃時相比，4 ℃時消耗O2多，但ATP生成量減少，說明其產熱多，消耗葡萄糖的量多，B、C項正確；已知DNP可使H+從內外膜間隙進入線粒體基質時不經過ATP合酶，減少了ATP生成，同時從內外膜間隙進入線粒體基質的H+增加，使內外膜間隙的H+濃度降低，D項正確。
知識點4 影響光合作用的因素及應用
光照強度
（1）原理：光照強度通過影響植物的光反應進而影響光合速率。光照強度增大，光反應速率加快，產生的NADPH和ATP增多，使暗反應中還原過程加快，從而使光合產物增加。
（2）應用：
①在溫室大棚生產過程中，適當增加光照強度可以提高光合速率，使作物增產。
②一般陰生植物的光補償點和光飽和點都比陽生植物的低，間作套種農作物，可合理利用光能。
（3）曲線分析
①A點：光照強度為0，此時只進行細胞呼吸。
②AB段（不包含B點）：隨光照強度增大，光合作用強度也逐漸增大，CO2釋放量逐漸減少。
③B點：為光補償點，細胞呼吸釋放的CO2，全部用于光合作用，即光合作用強度等于細胞呼吸強度。
④BC段（不包含B點）：表示隨著光照強度不斷增大，光合作用強度不斷增大達到C點后不再增大了。
⑤D點：為光飽和點限制D點以后光合作用強度不再增大的內部因素是光合色素含量酶的數量和活性，外部因素是CO2濃度、溫度等除光照強度之外的環境因素。
CO2濃度
（1）原理：CO2度影響暗反應階段，制約C3的形成。
（2）應用：
①在農業生產上可以通過增施農家肥等措施來增大CO2濃度，提高光合速率。
②大量生產時“正其行通其風”，加快空氣流通，增大CO2濃度，提高光合速率。
③溫室栽培農作物可以投放干冰或與雞舍等相連。
（3）曲線分析
①趨勢分析：圖1和圖2都表示在一定范圍內，光合速率也稱光合作用速率，隨CO2濃度的增大而增大。但當CO2濃度增大到一定值后，光合速率不再增大。
②關鍵點分析：圖1中的A點表示光合速率等于呼吸速時的CO2濃度，即CO2補償點；圖2中的A'點表示進行光合作用所需CO2的最低濃度。圖1和圖2中的B點和B'點都表示CO2飽和點。限制B點以后光合速率不再增大的是色素含量、酶的數量和活性等環境因素。
溫度：
（1）原理：溫度通過影響酶的活性進而影響光合作用，主要制約暗反應。
（2）應用：
①適時播種。
②溫室栽培植物時，白天將溫度調到光合作用的最適溫度，以提高光合速率；晚上適當降低溫室內溫度，以降低呼吸速率，保證植物有機物的積累
（3）曲線分析：
B點對應的溫度是光合作用的最適溫度，此時光合速率最大，高于或低于此溫度，光合速率都會下降。
水分或礦質元素
（1）原理
①水既是光合作用的原料，又是體內各種化學反應的介質，如植物缺水導致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分還能影響氣孔的開閉間接影響CO2進人植物
②礦質元素通過影響與光合作用有關的化合物的合成，對光合作用產生直接或間接的影響。如鎂可以影響葉綠素的合成，從而影響光反應。但當超過一定濃度后，會因土壤溶液濃度過高，導致植物滲透失水萎縮。
（2）應用：農業生產中，可根據作物的生長規律，合理灌溉和施肥。
多種因素對光合速率的影響：溫室栽培時，在一定光照強度下，白天適當調高溫度，提高與光合作用有關的酶的活性，提高光合速率，也可同時充入適量的CO2進一步提高光合速率；當溫度適宜時，要適當提高光照強度和CO2濃度以提高光合速率。
（3）曲線分析：
①P點之前，限制光合速率的因素度為橫坐標所表示的因素，三圖中依次為光照強度、光照強度和溫度
②Q點之后橫坐標所表示的因素不再是影響光合速的主要因素，此時的主要影響因素依次為溫度、CO2濃度和光照強度。
例題：【2022·山東】強光條件下，植物吸收的光能若超過光合作用的利用量，過剩的光能可導致植物光合作用強度下降，出現光抑制現象。為探索油菜素內酯（BR）對光抑制的影響機制，將長勢相同的蘋果幼苗進行分組和處理，如表所示，其中試劑L可抑制光反應關鍵蛋白的合成。各組幼苗均在溫度適宜、水分充足的條件下用強光照射，實驗結果如圖所示。
分組 處理
甲 清水
乙 BR
丙 BR+L
（1）光可以被蘋果幼苗葉片中的色素吸收，分離蘋果幼苗葉肉細胞中的色素時，隨層析液在濾紙上擴散速度最快的色素主要吸收的光的顏色是______。
（2）強光照射后短時間內，蘋果幼苗光合作用暗反應達到一定速率后不再增加，但氧氣的產生速率繼續增加。蘋果幼苗光合作用暗反應速率不再增加，可能的原因有______、______（答出2種原因即可）；氧氣的產生速率繼續增加的原因是______。
（3）據圖分析，與甲組相比，乙組加入BR后光抑制______（填“增強”或“減弱”）；乙組與丙組相比，說明BR可能通過______發揮作用。
【答案】（1）藍紫光
（2）CO2供應不足；與暗反應有關的酶活性降低(合理即可)；水的光解持續進行
（3）減弱；促進光反應關鍵蛋白的合成
解析：本題考查光合作用的影響因素。
（1）分離葉肉細胞中的色素時，隨層析液在濾紙上擴散速度最快的是胡蘿卜素，胡蘿卜素主要吸收藍紫光。
（2）由題意可知，強光照射短時間內，溫度升高，與暗反應有關酶的活性下降，同時部分氣孔關閉，CO2的供應不足，導致暗反應達到一定速率后不再增加；氧氣的產生速率繼續增加的原因是水的光解持續進行。
（3）與甲組(清水)相比，乙組的光合作用強度較強，說明加入BR后光抑制減弱；丙組加入可抑制光反應關鍵蛋白的合成的試劑L，乙組與丙組相比，丙組加入的是BR+L,但是丙組的光合作用強度與甲組的無明顯差異，乙組的光合作用強度較強，說明BR可能通過促進光反應關鍵蛋白的合成來增加光合作用的強度。
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