ATP和NADPH中的化學(xué)能
(CH2O)中的化學(xué)能
【知識(shí)成串】 1.酶——酶、激素、神經(jīng)遞質(zhì)、細(xì)胞因子、抗體來(lái)源及作用的比較;常見(jiàn)酶的種類(lèi)和作用;2.酶的特性——變量分析與對(duì)照實(shí)驗(yàn); 3.ATP——與ADP、AMP、核苷酸、dATP的分子結(jié)構(gòu)差異;4.直接能源物質(zhì)——主要能源物質(zhì)、儲(chǔ)能物質(zhì);5.光合作用、細(xì)胞呼吸——與能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系;6.細(xì)胞呼吸應(yīng)用——微生物發(fā)酵及所需生物的細(xì)胞呼吸類(lèi)型;7.光合作用過(guò)程——同位素標(biāo)記法的應(yīng)用。
1.(必修1 P85科學(xué)·技術(shù)·社會(huì))溶菌酶的作用是能夠溶解細(xì)菌的細(xì)胞壁,具有抗菌消炎的作用。在臨床上與抗生素混合使用,能增強(qiáng)抗生素的療效。2(必修1 P86問(wèn)題探討)螢火蟲(chóng)尾部發(fā)光的原理是螢火蟲(chóng)尾部的發(fā)光細(xì)胞中含有熒光素和熒光素酶,在ATP提供能量的前提下,熒光素酶可催化熒光素轉(zhuǎn)化為能發(fā)出熒光的氧化熒光素。3.(必修1 P87正文)人體內(nèi)ATP的含量很少,但在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí),每分鐘約有0.5 kg的ATP轉(zhuǎn)化為ADP,以供運(yùn)動(dòng)之需,而人體內(nèi)ATP總含量并沒(méi)有太大變化,其原因是ATP與ADP時(shí)刻不停地發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。4.(必修1 P94相關(guān)信息)人體肌細(xì)胞無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的乳酸能在肝臟中再次轉(zhuǎn)化為葡萄糖。
5.(必修1 P96拓展應(yīng)用)松土也有可能導(dǎo)致局部大氣CO2濃度上升,其原因是松土透氣有利于土壤中好氧微生物的生長(zhǎng)繁殖,促進(jìn)這些微生物對(duì)土壤有機(jī)物的分解,增加了CO2的分解和排放。6.(必修1 P99旁欄思考)植物工廠里不用綠色光源的原因是綠色光源發(fā)出綠色的光,這種波長(zhǎng)的光線不能被光合色素吸收,因此無(wú)法用于光合作用中制造有機(jī)物。7.(必修1 P103相關(guān)信息)光合作用過(guò)程中NADPH的形成過(guò)程是水分解為氧和H+的同時(shí),被葉綠體奪去兩個(gè)電子。電子經(jīng)傳遞,可用于NADP+與H+結(jié)合形成NADPH。
1.判斷有關(guān)酶的敘述是否正確。(1)細(xì)胞中的各類(lèi)化學(xué)反應(yīng)之所以能有序進(jìn)行,還與酶在細(xì)胞中的分布有關(guān)。(　　)(2)在催化過(guò)程中,酶分子構(gòu)象會(huì)發(fā)生可逆性改變。(　　)(3)酶分子在催化反應(yīng)完成后立即被降解成氨基酸。(　　)(4)過(guò)酸、過(guò)堿或溫度過(guò)高,會(huì)使酶所含的肽鍵遭到破壞,使酶永久失活。(　　)
2.判斷有關(guān)ATP的敘述是否正確。(1)ATP是高能磷酸化合物,含2個(gè)特殊化學(xué)鍵,其中末端的磷酸基團(tuán)具有較高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能。(　　)(2)ATP水解釋放的磷酸基團(tuán)使蛋白質(zhì)分子磷酸化,磷酸化的蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,活性也改變,因而可以參與各種化學(xué)反應(yīng)。(　　)(3)ATP水解一般與放能反應(yīng)相聯(lián)系,反之,則與吸能反應(yīng)相聯(lián)系。(　　)
3.判斷有關(guān)細(xì)胞呼吸的敘述是否正確。(1)探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式的實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)將酵母菌的培養(yǎng)時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)以耗盡溶液中的葡萄糖。(　　)(2)線粒體將葡萄糖氧化分解產(chǎn)生二氧化碳和水。(　　)(3)人在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的CO2全部來(lái)自有氧呼吸。(　　)(4)無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的ATP少,是因?yàn)榇蟛糠帜芰恳詿崮艿男问缴⑹А?　　)(5)細(xì)胞呼吸除了能為生物體提供能量外,還是生物體代謝的樞紐。(　　)
4.判斷有關(guān)光合作用的敘述是否正確。(1)無(wú)水乙醇在色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)中起到分離色素的作用。(　　)(2)魯賓和卡門(mén)用放射性同位素示蹤的方法,研究了光合作用中氧氣的來(lái)源。(　　)(3)暗反應(yīng)中14C的轉(zhuǎn)化途徑是14CO2→ C5→(14CH2O)。(　　)(4)在C3植物的光合作用中,CO2固定不需要消耗ATP,C3還原需要的能量來(lái)自ATP和NADPH。(　　)(5)光合作用的產(chǎn)物有一部分是淀粉,還有一部分是蔗糖。蔗糖可以進(jìn)入篩管,再通過(guò)韌皮部運(yùn)輸?shù)街仓旮魈帯?　　)
(6)夏季晴天,植物光合作用“午休”現(xiàn)象的主要原因是環(huán)境中CO2濃度過(guò)低。(　　)(7)降低光照將直接影響光反應(yīng)的進(jìn)行,從而影響暗反應(yīng)的進(jìn)行;改變CO2濃度則直接影響暗反應(yīng)的進(jìn)行。(　　)(8)硝化細(xì)菌的化能合成作用合成有機(jī)物利用的能量是體外環(huán)境中的某些無(wú)機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量。(　　)
1.研究發(fā)現(xiàn),溶酶體內(nèi)pH為5.0左右,含有多種酸性水解酶,這些酶的合成場(chǎng)所為　　　,這些水解酶少量進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)不會(huì)引起細(xì)胞損傷,其原因是　? 　。?提示 核糖體　細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與溶酶體內(nèi)的pH不同,會(huì)導(dǎo)致酶活性降低或失活2.酶制劑適于在低溫下保存的原因是?? 　。?提示 在低溫時(shí),酶的活性很低,酶的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,在適宜的溫度下,酶的活性升高,因此酶制劑適于在低溫下保存
3.ATP中含有3個(gè)磷酸基團(tuán),磷酸基團(tuán)帶有負(fù)電荷。請(qǐng)從電荷間的相互作用角度解釋ATP分子中遠(yuǎn)離腺苷的那個(gè)特殊化學(xué)鍵容易水解的原因:?　 。?提示 由于兩個(gè)相鄰的磷酸基團(tuán)都帶負(fù)電荷而相互排斥等原因,使得這種化學(xué)鍵不穩(wěn)定,末端磷酸基團(tuán)有一種離開(kāi)ATP而與其他分子結(jié)合的趨勢(shì),因而遠(yuǎn)離腺苷的那個(gè)特殊化學(xué)鍵容易水解4.在某細(xì)胞培養(yǎng)液中加入被32P標(biāo)記的磷酸分子,短時(shí)間后分離出細(xì)胞中的ATP,發(fā)現(xiàn)其含量變化不大,但部分ATP的末端磷酸基團(tuán)已帶上放射性標(biāo)記,分析該現(xiàn)象得到的結(jié)論是?　 。?提示 ATP中遠(yuǎn)離腺苷的磷酸基團(tuán)容易脫離;該過(guò)程中ATP既有合成又有水解;部分被32P標(biāo)記的ATP是重新合成的
5.1 ml葡萄糖有氧呼吸能釋放2 870 kJ的能量,而1 ml葡萄糖分解生成乳酸,只釋放196.65 kJ的能量,其中只有61.08 kJ的能量?jī)?chǔ)存在ATP中。據(jù)此分析,在進(jìn)行無(wú)氧呼吸的過(guò)程中,葡萄糖中能量的主要去向和葡萄糖氧化分解釋放的能量的主要去向是?? 　。?提示 在無(wú)氧呼吸過(guò)程中,葡萄糖中的能量主要轉(zhuǎn)移到乳酸或酒精中,沒(méi)有釋放出來(lái);而氧化分解釋放的能量主要以熱能的形式散失了6.若將某種植物種植在密閉、無(wú)O2但其他條件適宜的小室中,照光培養(yǎng)一段時(shí)間后,發(fā)現(xiàn)植物的有氧呼吸加強(qiáng),原因是?? 　。?提示 植物在光下進(jìn)行光合作用釋放的O2使密閉小室中O2含量增加,而O2與有機(jī)物分解產(chǎn)生的[H]發(fā)生作用形成水是有氧呼吸的一個(gè)環(huán)節(jié),所以當(dāng)O2增多時(shí),有氧呼吸會(huì)加強(qiáng)
7.大棚種植使用有機(jī)肥有利于增產(chǎn),請(qǐng)從影響光合作用因素的角度分析原因:?? 　。?提示 有機(jī)肥在土壤中被微生物分解時(shí)會(huì)釋放CO2,增加了大棚中的CO2濃度,進(jìn)而促進(jìn)了光合作用,為作物自身提供了必需的物質(zhì),因此有利于增產(chǎn)8.研究小組將生長(zhǎng)狀況相似的菠菜幼苗均分為A、B兩組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,A組培養(yǎng)在完全培養(yǎng)液中,B組培養(yǎng)在缺少M(fèi)g2+的培養(yǎng)液中,其他條件相同且適宜。一段時(shí)間后,持續(xù)提供14C標(biāo)記的CO2進(jìn)行光合作用,然后檢測(cè)并比較14C標(biāo)記的有機(jī)化合物的量。(1)該實(shí)驗(yàn)的目的是?　 。?(2)B組14C標(biāo)記的(CH2O)的量比A組低,原因是? 　。提示 B組缺少M(fèi)g2+,不利于葉綠素的合成,光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP不足,C3的還原減少,形成的(CH2O)減少?
探究Mg2+對(duì)植物光合作用的影響
考點(diǎn)1 酶、ATP在細(xì)胞代謝中的作用
串聯(lián)整合——明要點(diǎn)1.四個(gè)角度區(qū)別酶和激素
特別提醒 ①活細(xì)胞(哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞除外)都能產(chǎn)生酶,酶可在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外發(fā)揮作用。②酶具有催化作用,不具有調(diào)節(jié)作用,也不能作為能源和組成物質(zhì)。
2.解讀酶的三類(lèi)曲線(1)酶的作用原理曲線
(2)酶的特性曲線①圖1中加酶的曲線和加無(wú)機(jī)催化劑的曲線比較,表明酶具有　　　　　。②圖2中兩曲線比較,表明酶具有　　　 　。?
(3)酶促反應(yīng)速率的影響因素①溫度和pH
②底物濃度和酶濃度圖甲中OP段的限制因素是　　　　　,而P點(diǎn)之后的限制因素有　　　　　　　　　　;圖乙對(duì)反應(yīng)底物的要求是底物足量。?
3.探究酶的相關(guān)實(shí)驗(yàn)
特別提醒 ①驗(yàn)證酶的專(zhuān)一性時(shí),若底物選擇淀粉和蔗糖,酶溶液為淀粉酶,檢測(cè)底物是否被分解的試劑宜選用斐林試劑,不宜選用碘液,因?yàn)榈庖簾o(wú)法檢測(cè)蔗糖是否被分解。②探究酶的最適溫度時(shí),若選擇淀粉和淀粉酶,檢測(cè)試劑宜選用碘液,不宜選用斐林試劑,因?yàn)橛渺沉衷噭╄b定時(shí)需水浴加熱,而該實(shí)驗(yàn)中需嚴(yán)格控制溫度。③在探究酶的適宜溫度的實(shí)驗(yàn)中,不宜選擇過(guò)氧化氫(H2O2)和過(guò)氧化氫酶作實(shí)驗(yàn)材料,因?yàn)榈孜颒2O2在常溫下就能分解,加熱時(shí)分解會(huì)加快,從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
4.明確ATP與核酸的關(guān)系
5.厘清能量轉(zhuǎn)化過(guò)程和ATP的來(lái)源與去路
6.解讀肌細(xì)胞中ATP產(chǎn)生速率與O2供給量之間關(guān)系的曲線
特別提醒 (1)當(dāng)橫坐標(biāo)表示細(xì)胞呼吸強(qiáng)度時(shí),ATP產(chǎn)生速率的變化曲線應(yīng)該從原點(diǎn)開(kāi)始。(2)哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞中,ATP的產(chǎn)生速率與O2供給量無(wú)關(guān)。
分層演練——拿高分角度1 圍繞酶的作用和特性,考查生命觀念練真題·明考向1.(2023·廣東卷)中國(guó)制茶工藝源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。紅茶制作包括萎凋、揉捻、發(fā)酵、高溫干燥等工序,其間多酚氧化酶催化茶多酚生成適量茶黃素是紅茶風(fēng)味形成的關(guān)鍵。下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)A.揉捻能破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)使多酚氧化酶與茶多酚接觸B.發(fā)酵時(shí)保持適宜的溫度以維持多酚氧化酶的活性C.發(fā)酵時(shí)有機(jī)酸含量增加不會(huì)影響多酚氧化酶活性D.高溫滅活多酚氧化酶以防止過(guò)度氧化影響茶品質(zhì)
解析 揉捻可以破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu),從而使多酚氧化酶與茶多酚接觸,A項(xiàng)正確。因?yàn)槊傅幕钚允軠囟鹊挠绊?所以發(fā)酵時(shí)要保持適宜的溫度以維持多酚氧化酶的活性,B項(xiàng)正確。由于酶的活性受pH的影響,所以發(fā)酵時(shí)有機(jī)酸含量增加會(huì)通過(guò)改變pH而影響多酚氧化酶的活性,C項(xiàng)錯(cuò)誤。發(fā)酵結(jié)束時(shí)給予高溫,可以滅活多酚氧化酶,防止過(guò)度氧化而影響茶的品質(zhì),D項(xiàng)正確。
角度拓展 (1)低溫主要通過(guò)改變淀粉酶的氨基酸組成,導(dǎo)致酶變性失活。[2022·浙江卷](　　)(2)酶、抗體、激素都是由氨基酸通過(guò)肽鍵連接而成的。[2021·全國(guó)卷甲](　　)(3)細(xì)胞中生物大分子的合成需要酶來(lái)催化。[2020·江蘇卷](　　)(4)分解淀粉與纖維素所需的酶不同。[2019·海南卷](　　)
2.(2022·湖南卷)洗滌劑中的堿性蛋白酶受到其他成分的影響而改變構(gòu)象,部分解折疊后可被正常堿性蛋白酶特異性識(shí)別并降解(自溶)失活。此外,加熱也能使堿性蛋白酶失活,如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)A.堿性蛋白酶在一定條件下可發(fā)生自溶失活B.加熱導(dǎo)致堿性蛋白酶構(gòu)象改變是不可逆的C.添加酶穩(wěn)定劑可提高加堿性蛋白酶洗滌劑的去污效果D.添加堿性蛋白酶可降低洗滌劑使用量,減少環(huán)境污染
解析 根據(jù)題干信息可知,堿性蛋白酶在一定條件下(如加熱)可發(fā)生自溶失活,A項(xiàng)正確;圖解顯示,一定程度的加熱后再降溫,變性的蛋白質(zhì)可恢復(fù)到天然狀態(tài),B項(xiàng)錯(cuò)誤;添加酶穩(wěn)定劑可防止酶失活,加強(qiáng)了洗滌劑中堿性蛋白酶的催化效率,提高了洗滌劑的去污效果,C項(xiàng)正確;添加堿性蛋白酶可降低洗滌劑使用量,使洗滌劑向低磷和無(wú)磷的方向發(fā)展,減少了環(huán)境污染,D項(xiàng)正確。
練模擬·提能力3.(2023·河北衡水二模)酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力稱為酶活力,溫度對(duì)某種酶酶活力的影響如圖1所示。在一定條件下,先將酶在不同的溫度下處理一段時(shí)間(圖2橫軸),然后迅速放在最適溫度條件下測(cè)定酶活力,可得到酶的熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù),如圖2所示。下列分析錯(cuò)誤的是(　　)A.圖1為反應(yīng)時(shí)間相同時(shí),不同溫度下測(cè)定的酶活力值B.55 ℃的兩側(cè)溫度對(duì)酶的活力產(chǎn)生影響的原因相同C.溫度較高時(shí),隨處理時(shí)間的延長(zhǎng),酶活力可能降至零D.進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)時(shí),將溫度控制在60 ℃比40 ℃產(chǎn)量更高
解析 圖1橫坐標(biāo)為溫度(自變量),縱坐標(biāo)為酶活力(因變量),根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則:科學(xué)性原則、平行重復(fù)原則、對(duì)照性原則、單一變量原則,圖1實(shí)驗(yàn)時(shí),反應(yīng)時(shí)間為無(wú)關(guān)變量,應(yīng)相同,所以圖1為反應(yīng)時(shí)間相同時(shí),不同溫度下測(cè)定的酶活力值,A項(xiàng)正確;分析圖1可知,55 ℃左右時(shí)酶活力最高,溫度小于55 ℃,影響酶活力的原因是溫度過(guò)低抑制酶活力,而溫度大于55 ℃,影響酶活力的原因是溫度過(guò)高使酶失活,所以55 ℃的兩側(cè)對(duì)酶的活力產(chǎn)生影響的原因是不相同的,B項(xiàng)錯(cuò)誤;分析圖2可知,在相同處理時(shí)間,隨著溫度升高,相對(duì)酶活力降低,相同溫度下,隨著處理時(shí)間的增加,相對(duì)酶活力降低,所以相對(duì)酶活力與處理時(shí)間和溫度有關(guān),溫度較高時(shí),隨處理時(shí)間的延長(zhǎng),酶活力可能降至零,C項(xiàng)正確;分析圖1可知,60 ℃時(shí)酶活力比40 ℃時(shí)酶活力高,分析圖2可知,60 ℃時(shí)相對(duì)酶活力與40 ℃時(shí)相對(duì)酶活力相差不大,綜合分析,進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)時(shí),將溫度控制在60 ℃比40 ℃產(chǎn)量更高,D項(xiàng)正確。
題后點(diǎn)撥:科學(xué)思維之模型與建?！ㄟ^(guò)“四看法”分析酶促反應(yīng)曲線
角度2 借助影響酶活性的因素,考查科學(xué)探究練真題·明考向4.(2023·浙江卷)為探究酶的催化效率,某同學(xué)采用如圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)分組、處理及結(jié)果如下表所示。
下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)A.H2O2分解生成O2導(dǎo)致壓強(qiáng)改變B.從甲中溶液與乙中溶液混合時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)C.250 s時(shí)Ⅰ組和Ⅲ組反應(yīng)已結(jié)束而Ⅱ組仍在進(jìn)行D.實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明酶的催化作用具有高效性
解析 H2O2的分解產(chǎn)物是H2O和O2,其中O2屬于氣體,會(huì)導(dǎo)致壓強(qiáng)改變,A項(xiàng)正確。甲、乙中溶液混合后催化劑開(kāi)始發(fā)揮作用,B項(xiàng)正確。三組中的H2O2溶液均為2 mL,完全分解后產(chǎn)生的相對(duì)壓強(qiáng)應(yīng)相同,據(jù)表可知,250 s之前Ⅰ組反應(yīng)已結(jié)束,但250 s時(shí)Ⅱ組和Ⅲ組壓強(qiáng)仍未達(dá)到Ⅰ組的終止壓強(qiáng)10.0 kPa,故250 s時(shí)Ⅱ組和Ⅲ組反應(yīng)仍在進(jìn)行,C項(xiàng)錯(cuò)誤。酶的高效性是指與無(wú)機(jī)催化劑相比,酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的作用更顯著,對(duì)比Ⅰ、Ⅱ組可知,在相同時(shí)間內(nèi),Ⅰ組(含過(guò)氧化氫酶)相對(duì)壓強(qiáng)變化更快,說(shuō)明酶的催化作用具有高效性,D項(xiàng)正確。
5.(2022·廣東卷)某同學(xué)對(duì)蛋白酶TSS的最適催化條件開(kāi)展初步研究,結(jié)果見(jiàn)下表。下列分析錯(cuò)誤的是(　　)注:+/-分別表示有/無(wú)添加,反應(yīng)物為Ⅰ型膠原蛋白。A.該酶的催化活性依賴于CaCl2B.結(jié)合①②組的相關(guān)變量分析,自變量為溫度C.該酶催化反應(yīng)的最適溫度為70 ℃,最適pH為9D.尚需補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)才能確定該酶是否能水解其他反應(yīng)物
解析 分析②③組可知,沒(méi)有添加CaCl2時(shí),降解率為0,可推測(cè)該酶的催化活性依賴于CaCl2,A項(xiàng)正確;①②組除溫度不同外其他條件相同,則導(dǎo)致①②組降解率不同的自變量為溫度,B項(xiàng)正確;由于本實(shí)驗(yàn)設(shè)置的溫度和pH梯度過(guò)大,因此不能確定最適溫度和最適pH,C項(xiàng)錯(cuò)誤;該實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)物為Ⅰ型膠原蛋白,無(wú)法證明該酶是否能水解其他反應(yīng)物,若需證明,則需另外補(bǔ)充實(shí)驗(yàn),D項(xiàng)正確。
角度拓展 (1)若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶,會(huì)加快淀粉的水解速率。[2022·浙江卷](　　)(2)“探究pH對(duì)過(guò)氧化氫酶的影響”實(shí)驗(yàn)中,分別加入不同pH的緩沖液后再加入底物。[2021·浙江卷](　　)(3)設(shè)計(jì)溫度對(duì)蛋白酶活性影響的實(shí)驗(yàn)方案時(shí),可選擇斐林試劑檢測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物。[2021·浙江卷](　　)
(4)酶的抑制劑主要有兩種類(lèi)型:一類(lèi)是可逆抑制劑(與酶可逆結(jié)合,酶的活性能恢復(fù));另一類(lèi)是不可逆抑制劑(與酶不可逆結(jié)合,酶的活性不能恢復(fù))。已知甲、乙兩種物質(zhì)(能通過(guò)透析袋)對(duì)酶A的活性有抑制作用。為探究甲、乙兩種物質(zhì)對(duì)酶A的抑制作用類(lèi)型,請(qǐng)根據(jù)以下實(shí)驗(yàn)材料和用具,確定實(shí)驗(yàn)原理和思路。實(shí)驗(yàn)材料和用具:蒸餾水,酶A溶液,甲物質(zhì)溶液,乙物質(zhì)溶液,透析袋(人工合成半透膜),試管,燒杯等。實(shí)驗(yàn)原理和思路:???? 　。[2021·湖北卷]?
提示 可逆抑制劑與酶可逆結(jié)合,可用透析方法除去抑制劑來(lái)恢復(fù)酶的活性,不可逆抑制劑與酶不可逆結(jié)合,不可用透析方法除去抑制劑,因此經(jīng)透析后酶的活性不能恢復(fù)?；诖嗽?將甲、乙兩種物質(zhì)分別加入酶A溶液中,一段時(shí)間后,測(cè)定各試管中酶的活性。然后將各試管中的溶液分別裝入透析袋,放入蒸餾水中進(jìn)行透析處理。透析后從透析袋中取出酶溶液,再測(cè)定各自的酶活性。對(duì)比透析前后各組酶活性的變化,可推測(cè)甲、乙兩種抑制劑的種類(lèi)以及對(duì)酶活性的抑制效果
練模擬·提能力6.(2023·湖北模擬)某文章寫(xiě)道:土撥鼠冬眠時(shí)居然不變老。冬眠時(shí),土撥鼠的代謝速率下降,體內(nèi)的α-胰淀粉酶活性降低約50%。為了探究不同物質(zhì)對(duì)人的胰淀粉酶活性的影響,研究人員進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)。
下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法,不正確的是(　　)A.酶活性是在溫度、pH等條件適宜的情況下測(cè)得的,變量控制利用了“加法原理”B.若將人的胰淀粉酶換成人的唾液淀粉酶做實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能有差異C.據(jù)實(shí)驗(yàn)推測(cè),茶花粉和蘆筍丁可能具有一定的輔助降低血糖的作用D.蘆筍丁和茶花粉對(duì)人的胰淀粉酶活性的影響,與激素間相抗衡效果類(lèi)似
解析 酶活性是在溫度、pH等條件適宜的情況下測(cè)得的,利用了“加法原理”來(lái)控制自變量,A項(xiàng)正確;人的胰淀粉酶和人的唾液淀粉酶的最適溫度和最適pH等不同,故若將人的胰淀粉酶換成人的唾液淀粉酶做實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能有差異,B項(xiàng)正確;分析表格可知,茶花粉和蘆筍丁可以降低人的胰淀粉酶活性,降低淀粉分解為葡萄糖的速率,故據(jù)實(shí)驗(yàn)推測(cè),茶花粉和蘆筍丁可能具有一定的輔助降低血糖的作用,C項(xiàng)正確;分析表格數(shù)據(jù)可知,茶花粉可以降低人的胰淀粉酶活性,而蘆筍丁和茶花粉混合降低人的胰淀粉酶活性的效果更顯著,與激素間相協(xié)同效果類(lèi)似,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
題后點(diǎn)撥:科學(xué)思維之模型與建?！嘘P(guān)酶的驗(yàn)證、探究或評(píng)價(jià)性實(shí)驗(yàn)題解題策略
角度3 圍繞ATP的結(jié)構(gòu)與功能,考查生命觀念練真題·明考向7.(2021·海南卷)研究人員將32P標(biāo)記的磷酸注入活的離體肝細(xì)胞,1~2 min后迅速分離得到細(xì)胞內(nèi)的ATP。結(jié)果發(fā)現(xiàn)ATP的末端磷酸基團(tuán)被32P標(biāo)記,并測(cè)得ATP與注入的32P標(biāo)記磷酸的放射性強(qiáng)度幾乎一致。下列有關(guān)敘述正確的是(　　)A.該實(shí)驗(yàn)表明,細(xì)胞內(nèi)全部ADP都轉(zhuǎn)化成ATPB.32P標(biāo)記的ATP水解產(chǎn)生的腺苷沒(méi)有放射性C.32P在ATP的3個(gè)磷酸基團(tuán)中出現(xiàn)的概率相等D.ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化速度快,且轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)
解析 該實(shí)驗(yàn)不能說(shuō)明細(xì)胞內(nèi)全部ADP都轉(zhuǎn)化成ATP,A項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)題干信息“結(jié)果發(fā)現(xiàn)ATP的末端磷酸基團(tuán)被32P標(biāo)記,并測(cè)得ATP與注入的32P標(biāo)記磷酸的放射性強(qiáng)度幾乎一致”,說(shuō)明32P標(biāo)記的ATP水解產(chǎn)生的腺苷沒(méi)有放射性,并且放射性幾乎只出現(xiàn)在ATP的末端磷酸基團(tuán)中,B項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤;細(xì)胞內(nèi)各種吸能反應(yīng)、放能反應(yīng)幾乎都與ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化相關(guān)聯(lián),因此ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化在細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核中都有發(fā)生,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
角度拓展 (1)ATP含有C、H、O、N、P五種元素,可直接為細(xì)胞提供能量。[2021·北京卷](　　)(2)用一段由放射性同位素標(biāo)記的DNA片段可以確定基因在染色體上的位置。某研究人員使用放射性同位素32P標(biāo)記的脫氧腺苷三磷酸(dATP,dA—Pα~Pβ~Pγ)等材料制備了DNA片段甲(單鏈),對(duì)W基因在染色體上的位置進(jìn)行了研究。該研究人員在制備32P標(biāo)記的DNA片段甲時(shí),所用dATP的α位磷酸基團(tuán)中的磷必須是32P,原因是　　　　 　　　　　　　　　。[2021·全國(guó)卷甲節(jié)選]?提示 dATP脫去β、γ位上的兩個(gè)磷酸基團(tuán)后,為腺嘌呤脫氧核苷酸,腺嘌呤脫氧核苷酸是合成DNA的原料之一　
(3)用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脫氧)上三個(gè)磷酸基團(tuán)所處的位置(A—Pα~Pβ~Pγ或dA—Pα~Pβ~Pγ)。某種酶可以催化ATP的一個(gè)磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到DNA末端上,同時(shí)產(chǎn)生ADP。若要用該酶把32P標(biāo)記到DNA末端上,那么帶有32P的磷酸基團(tuán)應(yīng)在ATP的　　　　　(填“α”“β”或“γ”)位上。[2016·全國(guó)卷Ⅰ節(jié)選]?
練模擬·提能力8.(2023·湖南校聯(lián)考模擬)螢火蟲(chóng)是鞘翅目螢科昆蟲(chóng)的通稱,其腹部末端下方有發(fā)光器,能發(fā)出黃綠色光。其原理是螢火蟲(chóng)尾部的發(fā)光細(xì)胞中含有熒光素和熒光素酶,熒光素接受ATP提供的能量后就被激活,在熒光素酶的作用下與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成氧化熒光素并且發(fā)出熒光。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　)A.可以利用螢火蟲(chóng)發(fā)光的原理檢測(cè)密閉容器內(nèi)O2的含量B.ATP是通過(guò)脫離末端的磷酸基團(tuán)釋放能量來(lái)供能的C.ATP是細(xì)胞中的能量貨幣,細(xì)胞中儲(chǔ)存大量ATP為生命活動(dòng)供能D.熒光素酶催化熒光素和氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)體現(xiàn)了酶的專(zhuān)一性
解析 螢火蟲(chóng)發(fā)光的過(guò)程進(jìn)行有氧呼吸會(huì)消耗O2,可利用螢火蟲(chóng)發(fā)光的原理檢測(cè)密閉容器內(nèi)O2的有無(wú),但不能檢測(cè)O2的含量,A項(xiàng)錯(cuò)誤;ATP是通過(guò)脫離末端的磷酸基團(tuán)釋放能量來(lái)供能的,B項(xiàng)正確;ATP是細(xì)胞中的能量貨幣,但細(xì)胞中儲(chǔ)存的ATP較少,細(xì)胞內(nèi)ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化是時(shí)刻不停地發(fā)生并且處于動(dòng)態(tài)平衡的,因此ATP在細(xì)胞內(nèi)不會(huì)大量存在,C項(xiàng)錯(cuò)誤;酶的專(zhuān)一性是指一種酶只能催化一種或一類(lèi)化學(xué)反應(yīng),熒光素酶可以催化熒光素和氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng),但只此一點(diǎn)不能證明其專(zhuān)一性,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
9.(2023·廣東汕頭統(tǒng)考二模)研究證實(shí)ATP既是“能量通貨”,也可作為一種信號(hào)分子,其作為信號(hào)分子的作用機(jī)理如下圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)A.圖中神經(jīng)細(xì)胞釋放ATP的過(guò)程需要相關(guān)蛋白質(zhì)參與并且耗能B.ATP作為信號(hào)分子發(fā)揮作用的過(guò)程能體現(xiàn)細(xì)胞間的信息交流C.靶細(xì)胞膜上存在ATP的受體能成為ATP作為信號(hào)分子的證據(jù)D.細(xì)胞間隙中的ATP在有關(guān)酶的作用下脫去磷酸基團(tuán)生成腺嘌呤
解析 據(jù)圖可知,神經(jīng)細(xì)胞釋放ATP的方式為胞吐,胞吐過(guò)程需要消耗能量,且需要相關(guān)蛋白質(zhì)參與,A項(xiàng)正確;ATP作為信號(hào)分子與P2X受體和P2Y 受體特異性結(jié)合,調(diào)節(jié)細(xì)胞的生命活動(dòng),可見(jiàn)ATP發(fā)揮作用的過(guò)程能體現(xiàn)細(xì)胞間的信息交流,B項(xiàng)正確;信號(hào)分子需要與相應(yīng)的受體特異性結(jié)合才能完成信息交流過(guò)程,故靶細(xì)胞膜上存在ATP的受體能成為ATP作為信號(hào)分子的證據(jù),C項(xiàng)正確;細(xì)胞間隙中的ATP在有關(guān)酶的作用下脫去三個(gè)磷酸基團(tuán)生成的物質(zhì)為腺苷,由腺嘌呤和核糖組成,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
專(zhuān)項(xiàng)命題——重培優(yōu)【從新教材角度命題】蛋白磷酸化和去磷酸化命題要點(diǎn) 磷酸化就是通過(guò)磷酸轉(zhuǎn)移酶在底物上加上一個(gè)磷酸基團(tuán),通常和ATP水解相偶聯(lián)。ATP水解釋放的磷酸基團(tuán)使蛋白質(zhì)等分子磷酸化,這些分子被磷酸化后,空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,活性也發(fā)生改變,因而可以參與各種化學(xué)反應(yīng)。去磷酸化是磷酸化反應(yīng)的逆反應(yīng)。磷酸化和去磷酸化可給予或去除某種酶或蛋白質(zhì)的某種功能,在生物代謝調(diào)控過(guò)程中有重要作用。
練真題·明考向1. (2023·湖南卷)鹽堿脅迫下植物應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的H2O2對(duì)細(xì)胞有毒害作用。禾本科農(nóng)作物AT1蛋白通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平,影響H2O2的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn),如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)A.細(xì)胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的B.PIP2s蛋白磷酸化被抑制,促進(jìn)H2O2外排,從而減輕其對(duì)細(xì)胞的毒害C.敲除AT1基因或降低其表達(dá)可提高禾本科農(nóng)作物的耐鹽堿能力D.從特殊物種中發(fā)掘逆境脅迫相關(guān)基因是改良農(nóng)作物抗逆性的有效途徑
解析 由題圖可以看出,PIP2s蛋白磷酸化被抑制后,H2O2從膜外運(yùn)向膜內(nèi)的速率大于從膜內(nèi)運(yùn)向膜外的速率,即PIP2s蛋白磷酸化被抑制后,抑制了H2O2外排,所以細(xì)胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的,A項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤。敲除AT1基因或降低其表達(dá),AT1蛋白就不能抑制PIP2s蛋白磷酸化,則鹽堿脅迫下植物應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的H2O2外排的速率大于內(nèi)流的速率,可減輕H2O2對(duì)細(xì)胞的毒害作用,提高禾本科作物的耐鹽堿能力,C項(xiàng)正確。逆境脅迫下可以生存的物種往往含有抵抗逆境的基因,將該類(lèi)基因通過(guò)基因工程技術(shù)導(dǎo)入農(nóng)作物體內(nèi)可提高農(nóng)作物的抗逆性,D項(xiàng)正確。
練模擬·提能力2.(2023·山東棗莊二模)生物膜上存在著一些能攜帶離子通過(guò)膜的載體分子。某種載體分子對(duì)X離子有專(zhuān)一的結(jié)合部位,能選擇性地?cái)y帶X離子通過(guò)膜,轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制如下圖所示。已知X離子可參與構(gòu)成線粒體內(nèi)的丙酮酸氧化酶;載體IC的活化需要ATP。下列相關(guān)敘述正確的是(　　)A.X離子進(jìn)入線粒體基質(zhì)發(fā)揮作用至少需要穿過(guò)4層生物膜B.磷酸激酶能促進(jìn)ATP的合成,磷酸酯酶能促進(jìn)ATP的水解C.在磷酸酯酶的作用下,CIC分子發(fā)生去磷酸化過(guò)程中空間結(jié)構(gòu)不變D.ATP脫離下來(lái)的末端磷酸基團(tuán)挾能量與IC結(jié)合使之變成活化的AC
解析 X離子進(jìn)入線粒體基質(zhì)發(fā)揮作用至少需要穿過(guò)3層生物膜(1層細(xì)胞膜+2層線粒體膜),A項(xiàng)錯(cuò)誤;磷酸激酶能催化ATP分解為ADP,在磷酸酯酶的作用下,活化載體釋放磷酸基團(tuán),成為未活化載體(IC),B項(xiàng)錯(cuò)誤;在磷酸酯酶的作用下,CIC分子發(fā)生去磷酸化,成為未活化載體(IC),其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,C項(xiàng)錯(cuò)誤;磷酸激酶催化ATP分解為ADP時(shí),ATP脫離下來(lái)的末端磷酸基團(tuán)挾能量與IC(未活化載體)結(jié)合使之變成AC(活化載體),D項(xiàng)正確。
考點(diǎn)2 光合作用和細(xì)胞呼吸的物質(zhì)、能量轉(zhuǎn)化過(guò)程
串聯(lián)整合——明要點(diǎn)1.圖解光合作用與細(xì)胞呼吸的過(guò)程
特別提醒 人和動(dòng)物細(xì)胞呼吸產(chǎn)生CO2的場(chǎng)所是線粒體,酵母菌細(xì)胞呼吸產(chǎn)生CO2的場(chǎng)所是線粒體和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì);植物固定CO2的場(chǎng)所是葉綠體基質(zhì),藍(lán)細(xì)菌、硝化細(xì)菌等固定CO2的場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)。
2.分析光合作用和細(xì)胞呼吸中物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化關(guān)系(1)“三種”元素轉(zhuǎn)移途徑
(2)NADPH、NADH和ATP的來(lái)源和去路
分層演練——拿高分角度1 借助光合作用與細(xì)胞呼吸的過(guò)程,考查物質(zhì)與能量觀練真題·明考向1.(2023·山東卷)水淹時(shí),玉米根細(xì)胞由于較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行無(wú)氧呼吸導(dǎo)致能量供應(yīng)不足,使液泡膜上的H+轉(zhuǎn)運(yùn)減緩,引起細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)H+積累,無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的乳酸也使細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)pH降低。pH降低至一定程度會(huì)引起細(xì)胞酸中毒。細(xì)胞可通過(guò)將無(wú)氧呼吸過(guò)程中的丙酮酸產(chǎn)乳酸途徑轉(zhuǎn)換為丙酮酸產(chǎn)酒精途徑,延緩細(xì)胞酸中毒。下列說(shuō)法正確的是(　　)A.正常玉米根細(xì)胞液泡內(nèi)pH高于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)B.檢測(cè)到水淹的玉米根有CO2的產(chǎn)生不能判斷是否有酒精生成C.轉(zhuǎn)換為丙酮酸產(chǎn)酒精途徑時(shí)釋放的ATP增多以緩解能量供應(yīng)不足D.轉(zhuǎn)換為丙酮酸產(chǎn)酒精途徑時(shí)消耗的[H]增多以緩解酸中毒
解析 由題干可知,水淹時(shí)液泡膜上的H+轉(zhuǎn)運(yùn)減緩,引起細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)H+積累,可推測(cè)正常細(xì)胞中H+在液泡中積累,液泡內(nèi)pH低于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),A項(xiàng)錯(cuò)誤;玉米根細(xì)胞無(wú)氧呼吸和有氧呼吸都可產(chǎn)生CO2,因此不能根據(jù)CO2的產(chǎn)生判斷是否有酒精生成,B項(xiàng)正確;無(wú)氧呼吸都只在第一階段產(chǎn)生ATP,因此轉(zhuǎn)換為丙酮酸產(chǎn)酒精途徑不會(huì)增加ATP的釋放,不能緩解能量供應(yīng)不足,C項(xiàng)錯(cuò)誤;無(wú)氧呼吸都只在第一階段產(chǎn)生[H],產(chǎn)酒精途徑與產(chǎn)乳酸途徑消耗的[H]相同,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
2.(2022·重慶卷)科學(xué)家發(fā)現(xiàn),光能會(huì)被類(lèi)囊體轉(zhuǎn)化為“某種能量形式”,并用于驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生ATP(如圖Ⅰ)。為探尋這種能量形式,他們開(kāi)展了后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
(1)制備類(lèi)囊體時(shí),提取液中應(yīng)含有適宜濃度的蔗糖,以保證其結(jié)構(gòu)完整,原因是　　　　　　　 　　　;為避免膜蛋白被降解,提取液應(yīng)保持　　　　　　(填“低溫”或“常溫”)。?(2)在圖Ⅰ實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行圖Ⅱ?qū)嶒?yàn),發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)條件下,也能產(chǎn)生ATP。但該實(shí)驗(yàn)不能充分證明“某種能量形式”是類(lèi)囊體膜內(nèi)、外的H+濃度差,原因是? 　。?實(shí)驗(yàn)Ⅱ是在光照條件下對(duì)類(lèi)囊體進(jìn)行培養(yǎng),無(wú)法證明某種能量是來(lái)自光能還是膜內(nèi)、外H+濃度差
保持類(lèi)囊體內(nèi)、外的滲透壓,避免類(lèi)囊體破裂
(3)為探究自然條件下類(lèi)囊體膜內(nèi)、外產(chǎn)生H+濃度差的原因,對(duì)無(wú)緩沖液的類(lèi)囊體懸液進(jìn)行光、暗交替處理,結(jié)果如圖Ⅲ所示,懸液的pH在光照處理時(shí)升高,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　。類(lèi)囊體膜內(nèi)、外的H+濃度差是通過(guò)光合電子傳遞和H+轉(zhuǎn)運(yùn)形成的,電子的最終來(lái)源物質(zhì)是　　　　　　。?(4)用菠菜類(lèi)囊體和人工酶系統(tǒng)組裝的人工葉綠體,能在光下生產(chǎn)目標(biāo)多碳化合物。若要實(shí)現(xiàn)黑暗條件下持續(xù)生產(chǎn),需穩(wěn)定提供的物質(zhì)有　　　 　。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),即使增加光照強(qiáng)度,產(chǎn)量也不再增加,若要增產(chǎn),可采取的有效措施有　　　　　　 　　　　　 　　　(答兩點(diǎn))。?
類(lèi)囊體膜外H+被轉(zhuǎn)移到類(lèi)囊體膜內(nèi),造成溶液pH升高
NADPH、ATP和CO2
增加CO2的濃度、適當(dāng)提高環(huán)境溫度
解析 (1)制備類(lèi)囊體時(shí),其提取液中需要添加適宜濃度的蔗糖,保持類(lèi)囊體內(nèi)、外的滲透壓,避免類(lèi)囊體破裂,以保證其結(jié)構(gòu)完整。提取液應(yīng)該保持低溫,降低蛋白酶的活性,避免膜蛋白被降解。(2)由圖Ⅱ?qū)嶒?yàn)可知,在光照條件下,將處于pH=4條件下的類(lèi)囊體轉(zhuǎn)移到pH=8的錐形瓶中,再在遮光的條件下加入ADP和Pi,也產(chǎn)生了ATP,但該實(shí)驗(yàn)不能充分證明“某種能量形式”是類(lèi)囊體膜內(nèi)、外的H+濃度差,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)Ⅱ是在光照條件下對(duì)類(lèi)囊體進(jìn)行培養(yǎng),無(wú)法證明某種能量是來(lái)自光能還是膜內(nèi)、外H+濃度差。
(3)對(duì)無(wú)緩沖液的類(lèi)囊體懸液進(jìn)行光、暗交替處理,懸液的pH在光照處理時(shí)升高,推測(cè)可能是類(lèi)囊體膜外H+被轉(zhuǎn)移到類(lèi)囊體膜內(nèi),造成溶液pH升高。類(lèi)囊體膜內(nèi)、外的H+濃度差是通過(guò)光合電子傳遞和H+轉(zhuǎn)運(yùn)形成的,光反應(yīng)過(guò)程中,水的光解伴隨著電子的傳遞,故電子的最終來(lái)源是水。(4)人工葉綠體能在光下生產(chǎn)目標(biāo)多碳化合物,若要在黑暗條件下持續(xù)生產(chǎn),則需要提供光反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)NADPH和ATP,以及暗反應(yīng)的原料CO2。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),即使增加光照強(qiáng)度,產(chǎn)量也不再增加,說(shuō)明暗反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到最大速率,增加CO2的濃度和適當(dāng)提高環(huán)境溫度能增加酶的活性,可有效提高光合效率。
角度拓展 (1)酵母菌無(wú)氧呼吸不產(chǎn)生使溴麝香草酚藍(lán)溶液變黃的氣體。[2022·河北卷](　　)(2)細(xì)胞呼吸中有機(jī)物徹底分解、產(chǎn)生大量ATP的過(guò)程發(fā)生在線粒體基質(zhì)中。[2022·河北卷](　　)(3)若細(xì)胞同時(shí)進(jìn)行有氧呼吸和無(wú)氧呼吸(以葡萄糖為呼吸底物),則吸收O2的分子數(shù)比釋放CO2的多。[2020·全國(guó)卷Ⅰ](　　)(4)在暗反應(yīng)階段,CO2不能直接被還原。[2021·湖南卷](　　)(5)給某植物提供C18O2和H2O,釋放的氧氣中含有18O。氧氣中含有18O的原因是　　　　　　　　 　　　　　　　　。[2016·浙江卷]?
C18O2中的部分氧轉(zhuǎn)移到H218O中,H218O又作為原料參與了光合作用
練模擬·提能力3.(2023·河北衡水二模)圖1和圖2是酵母菌細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體內(nèi)進(jìn)行的部分代謝過(guò)程。酵母菌在O2充足時(shí)幾乎不產(chǎn)生酒精,且O2對(duì)酶不會(huì)產(chǎn)生抑制作用。在細(xì)胞內(nèi),反應(yīng)物濃度上升或產(chǎn)物濃度下降一般會(huì)促進(jìn)酶促反應(yīng)進(jìn)行,反之則抑制,若NADH在線粒體內(nèi)積累,蘋(píng)果酸的轉(zhuǎn)運(yùn)即會(huì)被抑制。
下列說(shuō)法不正確的是(　　)A.NAD+和NADH的相互轉(zhuǎn)化發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體中B.①為載體蛋白,推測(cè)蘋(píng)果酸通過(guò)線粒體膜的方式為主動(dòng)運(yùn)輸C.O2抑制無(wú)氧呼吸生成酒精與圖2所示的代謝有關(guān)D.線粒體內(nèi)膜上形成水時(shí),與O2結(jié)合的NADH來(lái)自細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體
解析 由圖1可知,葡萄糖和NAD+生成丙酮酸、NADH發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中,丙酮酸、H2O、NAD+生成CO2、NADH發(fā)生在線粒體基質(zhì)中,O2和NADH生成H2O、NAD+發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上;由圖2可知,草酰乙酸和NADH生成蘋(píng)果酸、NAD+發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中,蘋(píng)果酸和NAD+生成草酰乙酸、NADH發(fā)生在線粒體基質(zhì)中,所以NAD+和NADH的相互轉(zhuǎn)化發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體中,A項(xiàng)正確。由圖2可知,蘋(píng)果酸在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中生成,在線粒體基質(zhì)中被利用,其進(jìn)入線粒體應(yīng)是順濃度梯度,因此蘋(píng)果酸通過(guò)線粒體膜時(shí)并沒(méi)有消耗能量,只用到①載體,推測(cè)其運(yùn)輸方式為協(xié)助擴(kuò)散,B項(xiàng)錯(cuò)誤。
O2缺少時(shí),線粒體內(nèi)的NADH不能與O2結(jié)合產(chǎn)生水,從而導(dǎo)致線粒體內(nèi)蘋(píng)果酸的積累,進(jìn)而抑制蘋(píng)果酸向線粒體的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程;當(dāng)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的蘋(píng)果酸濃度較高時(shí),抑制了細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中草酰乙酸和NADH生成蘋(píng)果酸,使得細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中NADH含量增加,NADH與丙酮酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化成酒精,C項(xiàng)正確。由圖1可知,葡萄糖和NAD+生成丙酮酸、NADH發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中,丙酮酸、H2O、NAD+生成CO2、NADH發(fā)生在線粒體基質(zhì)中,兩個(gè)階段產(chǎn)生的NADH在線粒體內(nèi)膜上與O2結(jié)合形成H2O、NAD+,所以與O2結(jié)合的NADH來(lái)自細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體,D項(xiàng)正確。
4.(多選)(2023·江蘇南通二模)下圖是葉綠體內(nèi)淀粉合成的調(diào)節(jié)過(guò)程示意圖,光下TPT的活性受到抑制。下列相關(guān)敘述正確的是(　　)A.TPT分布在葉綠體外膜中,具有專(zhuān)一性和飽和性B.白天光合速率快,葉綠體中3-磷酸甘油酸/Pi的值低　C.細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的Pi濃度降低時(shí),丙糖磷酸運(yùn)出葉綠體受抑制D.白天葉綠體基質(zhì)中有大量的淀粉合成
解析 葉綠體是雙層膜結(jié)構(gòu),外膜的外面是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),據(jù)題圖可知,TPT既能轉(zhuǎn)運(yùn)丙糖磷酸又能轉(zhuǎn)運(yùn)磷酸,具有專(zhuān)一性和飽和性,位于葉綠體內(nèi)膜上,A項(xiàng)錯(cuò)誤;白天,光合作用形成較多3-磷酸甘油酸,與ADPG焦磷酸化酶結(jié)合后,催化形成淀粉,晚上,光合磷酸化停止,積累在葉綠體里的Pi濃度升高,抑制淀粉形成,因此,白天或光照下3-磷酸甘油酸/Pi的值高,合成淀粉活躍,B項(xiàng)錯(cuò)誤;丙糖磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)器(TPT)能將卡爾文循環(huán)的丙糖磷酸不斷運(yùn)到葉綠體外,同時(shí)將釋放的Pi(無(wú)機(jī)磷酸)運(yùn)回葉綠體基質(zhì),當(dāng)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中Pi濃度降低時(shí),會(huì)抑制丙糖磷酸從葉綠體中運(yùn)出,C項(xiàng)正確;白天,光照較強(qiáng),光下TPT活性受到抑制,TPT不能將Pi(無(wú)機(jī)磷酸)運(yùn)回葉綠體基質(zhì),不會(huì)抑制ADPG焦磷酸化酶活性,從而促進(jìn)淀粉的合成,因此白天葉綠體基質(zhì)中有大量的淀粉合成,D項(xiàng)正確。
角度2 借助對(duì)光合作用中物質(zhì)含量變化的分析,考查科學(xué)思維和科學(xué)探究練真題·明考向5.(2020·山東卷節(jié)選)人工光合作用系統(tǒng)可利用太陽(yáng)能合成糖類(lèi),相關(guān)裝置及過(guò)程如下圖所示,其中甲、乙表示物質(zhì),模塊3中的反應(yīng)過(guò)程與葉綠體基質(zhì)內(nèi)糖類(lèi)的合成過(guò)程相同。
(1)該系統(tǒng)中執(zhí)行相當(dāng)于葉綠體中光反應(yīng)功能的模塊是　　　　　　　　,模塊3中的甲可與CO2結(jié)合,甲為　　　　　　　　　　。?(2)若正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中氣泵突然停轉(zhuǎn),則短時(shí)間內(nèi)乙的含量將　　　　(填“增加”或“減少”)。若氣泵停轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng),模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率也會(huì)發(fā)生改變,原因是　　　　　　　　 　。?
模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP+不足
解析 (1)分析圖示可知,模塊1為將光能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程,模擬的是色素吸收光能的過(guò)程,模塊2模擬的是水分子氧化以產(chǎn)生氧分子和氫離子,并合成ATP的過(guò)程,因此兩個(gè)模塊模擬的是光反應(yīng)過(guò)程。模塊3則模擬的是暗反應(yīng)過(guò)程。(2)模塊3模擬暗反應(yīng)過(guò)程,氣泵泵入的是CO2,其中甲表示C5,乙表示C3,若正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中氣泵突然停轉(zhuǎn),則輸入到暗反應(yīng)系統(tǒng)中的CO2濃度下降,CO2固定減少,則C3的含量會(huì)減少,若氣泵停轉(zhuǎn)的時(shí)間較長(zhǎng),則暗反應(yīng)過(guò)程為光反應(yīng)提供的ADP、Pi和NADP+不足,會(huì)導(dǎo)致模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率下降。
角度拓展 (1)在適宜反應(yīng)條件下,用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時(shí)間后,突然改用光照強(qiáng)度與白光相同的紅光照射,ATP含量會(huì)下降,未被還原的C3含量上升。[2016·天津卷](　　)(2)光照強(qiáng)度由強(qiáng)變?nèi)鯐r(shí),短時(shí)間內(nèi)C3含量會(huì)升高。[2015·安徽卷](　　)
(3)科學(xué)家在溫度、光照強(qiáng)度和CO2濃度等條件相同、適宜且穩(wěn)定,每組處理的總時(shí)間均為135 s的條件下,對(duì)生長(zhǎng)狀態(tài)相同的某種植物進(jìn)行了A、B兩組不同的處理,結(jié)果如下:A組:先光照后黑暗,光照和黑暗交替處理,每次光照和黑暗時(shí)間各為3.75 ms(毫秒);光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為94%。B組:光照時(shí)間為135 s;光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為100%。單位光照時(shí)間內(nèi),A組植物合成有機(jī)物的量　　　(填“高于”“等于”或“低于”)B組植物合成有機(jī)物的量,依據(jù)是　　　　　　　　　　　　　。[2015·全國(guó)卷Ⅰ改編]提示 高于　A組只用了B組一半的光照時(shí)間,其光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量卻是B組的94%?
練模擬·提能力6.(2023·河南模擬預(yù)測(cè))葉綠體是卡爾文循環(huán)進(jìn)行的場(chǎng)所,CO2經(jīng)過(guò)固定可產(chǎn)生三碳糖,三碳糖一部分在葉綠體基質(zhì)中經(jīng)過(guò)一系列變化轉(zhuǎn)變成淀粉,另一部分通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)器轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中,在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中轉(zhuǎn)變成蔗糖,同時(shí)釋放出Pi,轉(zhuǎn)運(yùn)器每運(yùn)出一個(gè)三碳糖需運(yùn)進(jìn)一個(gè)Pi作為交換。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(　　)A.卡爾文循環(huán)需光反應(yīng)提供ATP和NADPHB.若光照突然停止,則短時(shí)間內(nèi)三碳糖含量增加C.葉綠體中淀粉的積累會(huì)導(dǎo)致卡爾文循環(huán)速率變慢D.若合成三碳糖的速率超過(guò)Pi運(yùn)進(jìn)葉綠體的速率,則淀粉合成量減少
解析 光反應(yīng)為卡爾文循環(huán)提供ATP和NADPH,A項(xiàng)正確;若光照突然停止,短時(shí)間內(nèi)CO2固定速率不變,三碳糖還原受阻,故短時(shí)間內(nèi)三碳糖含量增加,B項(xiàng)正確;淀粉是卡爾文循環(huán)的產(chǎn)物,若其積累過(guò)多,會(huì)導(dǎo)致卡爾文循環(huán)速率變慢,C項(xiàng)正確;若合成三碳糖的速率超過(guò)Pi轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)葉綠體的速率,即三碳糖運(yùn)出葉綠體減少,用于合成淀粉的三碳糖增多,從而使淀粉合成量增加,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
7.(2023·廣東一模)為研究光照與黑暗交替處理對(duì)花生葉片葉綠體中的ATP和ADP含量變化的影響。某研究小組測(cè)定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。結(jié)合圖中結(jié)果分析,下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)A.光照0~5 min,葉肉細(xì)胞中發(fā)生了ADP與ATP之間的相互轉(zhuǎn)化B.光照5~20 min,葉綠體中的ATP含量基本穩(wěn)定,說(shuō)明ATP與ADP轉(zhuǎn)化逐漸停止C.黑暗20~30 min,暗反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行,導(dǎo)致葉綠體中ATP和ADP的含量呈相反變化D.光暗交替處理30 min,光暗條件對(duì)葉綠體中ADP與ATP轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響較大
解析 圖中ATP和ADP含量變化曲線顯示,在開(kāi)始光照的0~5 min內(nèi),ATP含量迅速上升,而ADP含量迅速下降,依據(jù)二者之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系可知,葉綠體中發(fā)生了ADP與ATP之間的相互轉(zhuǎn)化,A項(xiàng)正確;在有光照的條件下,葉綠體內(nèi)將持續(xù)進(jìn)行光合作用的光反應(yīng)和暗反應(yīng)過(guò)程,葉綠體類(lèi)囊體薄膜捕獲光能后利用ADP和Pi為原料持續(xù)合成ATP,合成的ATP也會(huì)持續(xù)供給暗反應(yīng)三碳化合物(C3)的還原過(guò)程,光照5~20 min,曲線顯示葉綠體中ATP含量基本穩(wěn)定,說(shuō)明ATP與ADP的持續(xù)轉(zhuǎn)化已維持在一定的速率下,并未停止,B項(xiàng)錯(cuò)誤;黑暗20~30 min,葉綠體因無(wú)光照,光反應(yīng)停止,無(wú)法持續(xù)合成ATP,而暗反應(yīng)在停止光照的短暫時(shí)間內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行,會(huì)繼續(xù)消耗ATP,同時(shí)產(chǎn)生ADP,從而導(dǎo)致了ATP和ADP的含量呈相反變化,C項(xiàng)正確;曲線顯示,在光暗交替處理30 min內(nèi),ATP與ADP含量變化較大,這說(shuō)明光暗條件對(duì)葉綠體內(nèi)ADP與ATP轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響較大,D項(xiàng)正確。
題后點(diǎn)撥:1.改變條件后,光合作用過(guò)程中物質(zhì)含量變化分析下圖中Ⅰ表示光反應(yīng),Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示C3的還原。當(dāng)外界條件(如光照、CO2)突然發(fā)生變化時(shí),分析相關(guān)物質(zhì)含量在短時(shí)間內(nèi)的變化:
2.連續(xù)光照和間隔光照下有機(jī)物合成量的分析(1)光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的NADPH和ATP在葉綠體中有少量的積累,在光反應(yīng)停止時(shí),暗反應(yīng)仍可持續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間,有機(jī)物還能繼續(xù)合成。(2)持續(xù)光照條件下,會(huì)造成NADPH和ATP過(guò)度積累、利用不充分;光照和黑暗間隔條件下,NADPH和ATP基本不積累,能夠被充分利用。因此在光照時(shí)間相同的條件下,光照和黑暗間隔處理比持續(xù)光照處理的有機(jī)物積累量要多。
專(zhuān)項(xiàng)命題——重培優(yōu)【從新教材角度命題】細(xì)胞呼吸是細(xì)胞代謝的樞紐命題要點(diǎn) 在細(xì)胞呼吸過(guò)程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物,可轉(zhuǎn)化為甘油、氨基酸等非糖物質(zhì);非糖物質(zhì)代謝形成的某些產(chǎn)物與細(xì)胞呼吸中間產(chǎn)物相同,這些物質(zhì)可以進(jìn)一步形成葡萄糖。蛋白質(zhì)、糖類(lèi)和脂質(zhì)的代謝,都可以通過(guò)細(xì)胞呼吸過(guò)程聯(lián)系起來(lái),如下圖所示:
練真題·明考向1.(2022·山東卷)植物細(xì)胞內(nèi)10%~25%的葡萄糖經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng),產(chǎn)生NADPH、CO2和多種中間產(chǎn)物,該過(guò)程稱為磷酸戊糖途徑。該途徑的中間產(chǎn)物可進(jìn)一步生成氨基酸和核苷酸等。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)A.磷酸戊糖途徑產(chǎn)生的NADPH與有氧呼吸產(chǎn)生的還原型輔酶不同B.與有氧呼吸相比,葡萄糖經(jīng)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生的能量少C.正常生理?xiàng)l件下,利用14C標(biāo)記的葡萄糖可追蹤磷酸戊糖途徑中各產(chǎn)物的生成D.受傷組織修復(fù)過(guò)程中所需要的原料可由該途徑的中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化生成
解析 有氧呼吸產(chǎn)生的還原型輔酶是NADH,A項(xiàng)正確。葡萄糖經(jīng)磷酸戊糖途徑氧化分解不徹底,因此產(chǎn)生的能量少,B項(xiàng)正確。磷酸戊糖途徑產(chǎn)生的中間代謝產(chǎn)物可能有不含C的物質(zhì)(如水等),故不能利用14C標(biāo)記的葡萄糖追蹤磷酸戊糖途徑中各產(chǎn)物的生成,C項(xiàng)錯(cuò)誤。氨基酸和核苷酸等物質(zhì)是受傷組織修復(fù)過(guò)程中所需要的原料,可由該途徑的中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化生成,D項(xiàng)正確。
練模擬·提能力2.(多選)(2023·湖北武漢模擬)有氧呼吸全過(guò)程可分為如圖所示的糖酵解、檸檬酸循環(huán)和電子傳遞鏈三個(gè)階段,一些中間產(chǎn)物還可合成脂肪等。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(　　)A.細(xì)胞呼吸是糖類(lèi)、脂肪等相互轉(zhuǎn)化的樞紐B.與檸檬酸循環(huán)有關(guān)的酶分布于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中C.糖酵解時(shí)葡萄糖中的化學(xué)能大部分轉(zhuǎn)化成熱能D.有氧和無(wú)氧時(shí),糖酵解產(chǎn)生的ATP量相等
解析 分析題圖可知,多糖水解為單糖,經(jīng)糖酵解可以轉(zhuǎn)化為甘油,從而轉(zhuǎn)化為脂肪,也可分解成丙酮酸,經(jīng)過(guò)反應(yīng)生成脂肪,所以細(xì)胞呼吸是糖類(lèi)、脂肪等相互轉(zhuǎn)化的樞紐,A項(xiàng)正確;分析題圖可知,檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)物是丙酮酸,而丙酮酸參與的是有氧呼吸的第二階段,和水反應(yīng)生成二氧化碳和[H],產(chǎn)生少量的能量,所以檸檬酸循環(huán)即有氧呼吸第二階段,與這一階段有關(guān)的酶分布在線粒體基質(zhì)中,B項(xiàng)錯(cuò)誤;分析題圖可知,糖酵解反應(yīng)是葡萄糖分解成丙酮酸,產(chǎn)生少量的[H],產(chǎn)生少量的能量,即葡萄糖中的化學(xué)能大部分儲(chǔ)存在丙酮酸中,C項(xiàng)錯(cuò)誤;有氧呼吸第一階段和無(wú)氧呼吸第一階段反應(yīng)相同,都發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中,1分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸,產(chǎn)生少量的[H],產(chǎn)生少量的能量,所以兩者產(chǎn)生的ATP量相等,D項(xiàng)正確。
【從新教材角度命題】光合作用中光系統(tǒng)及電子傳遞鏈命題要點(diǎn) 新教材有關(guān)光合作用光反應(yīng)的內(nèi)容明確提出了電子傳遞與NADPH的形成之間的關(guān)系,近幾年的高考試題多以光反應(yīng)中光系統(tǒng)與電子傳遞為考查載體,考查光合作用的原理和過(guò)程。光反應(yīng)過(guò)程如下:
(1)光系統(tǒng)Ⅱ進(jìn)行水的光解,產(chǎn)生O2、H+和自由電子(e-),電子(e-)經(jīng)過(guò)電子傳遞鏈傳遞,最終介導(dǎo)NADPH的產(chǎn)生。(2)電子傳遞過(guò)程中釋放能量,利用這部分能量將質(zhì)子(H+)逆濃度從類(lèi)囊體的基質(zhì)側(cè)泵入到囊腔側(cè),從而建立了質(zhì)子濃度(電化學(xué))梯度。光系統(tǒng)Ⅱ在類(lèi)囊體的囊腔側(cè)進(jìn)行水的光解產(chǎn)生質(zhì)子(H+),以及在類(lèi)囊體的基質(zhì)側(cè)進(jìn)行H+和NADP+形成NADPH的過(guò)程,為建立質(zhì)子濃度(電化學(xué))梯度也有所貢獻(xiàn)。(3)類(lèi)囊體薄膜對(duì)質(zhì)子是高度不通透的,因此,類(lèi)囊體內(nèi)的高濃度質(zhì)子只能通過(guò)ATP合成酶順濃度梯度流出,而ATP合成酶利用質(zhì)子順濃度流出的能量來(lái)合成ATP。
練真題·明考向3.(2023·湖北卷)植物光合作用的光反應(yīng)依賴類(lèi)囊體膜上PSⅠ和PSⅡ光復(fù)合體,PSⅡ光復(fù)合體含有光合色素,能吸收光能,并分解水。研究發(fā)現(xiàn),PSⅡ光復(fù)合體上的蛋白質(zhì)LHCⅡ,通過(guò)與PSⅡ結(jié)合或分離來(lái)增強(qiáng)或減弱對(duì)光能的捕獲(如圖所示)。LHCⅡ與 PSⅡ的分離依賴LHC蛋白激酶的催化。下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)A.葉肉細(xì)胞內(nèi)LHC蛋白激酶活性下降,PSⅡ光復(fù)合體對(duì)光能的捕獲增強(qiáng)B.Mg2+含量減少會(huì)導(dǎo)致PSⅡ光復(fù)合體對(duì)光能的捕獲減弱C.弱光下LHCⅡ與PSⅡ結(jié)合,不利于對(duì)光能的捕獲D.PSⅡ光復(fù)合體分解水可以產(chǎn)生H+、電子和O2
解析 根據(jù)題干信息可知,LHC 蛋白激酶催化 LHCⅡ 與 PSⅡ 的分離,當(dāng) LHC 蛋白激酶活性下降時(shí),LHCⅡ 無(wú)法與PSⅡ 分離,導(dǎo)致 PSⅡ 光復(fù)合體對(duì)光能的捕獲增強(qiáng),A項(xiàng)正確。Mg2+ 是葉綠素的重要組成成分,如果 Mg2+ 含量減少,PSⅡ 光復(fù)合體對(duì)光能的捕獲會(huì)減弱,B項(xiàng)正確。在弱光條件下,LHCⅡ與PSⅡ結(jié)合,這有助于增強(qiáng)PSⅡ光復(fù)合體對(duì)光能的捕獲, LHCⅡ是光合色素蛋白復(fù)合體,它可以吸收光能并傳遞給PSⅡ,進(jìn)而促進(jìn)光合作用的進(jìn)行,C項(xiàng)錯(cuò)誤。PSⅡ光復(fù)合體在光反應(yīng)中參與水的光解反應(yīng),產(chǎn)生H+、電子和O2,D項(xiàng)正確。
練模擬·提能力4.(2023·海南?？谝荒?圖1表示植物葉肉細(xì)胞中光合作用和有氧呼吸的部分過(guò)程,其中三碳化合物和五碳化合物在不同的代謝過(guò)程中表示不同的化合物;圖2表示該細(xì)胞中的某種生物膜和其上所發(fā)生的部分生化反應(yīng),其中e-表示電子,下列敘述正確的是(　　)A.圖1中屬于有氧呼吸過(guò)程的有①②③B.圖2所示生物膜是線粒體內(nèi)膜C.PSⅡ的生理功能是吸收、傳遞并轉(zhuǎn)化光能D.葉肉細(xì)胞線粒體產(chǎn)生的CO2被用于光合作用,需要通過(guò)4層磷脂分子
解析 圖1中,過(guò)程①表示葡萄糖分解成丙酮酸,過(guò)程②表示暗反應(yīng)中C3被還原成有機(jī)物,過(guò)程③表示丙酮酸分解產(chǎn)生CO2(可能是酒精發(fā)酵或有氧呼吸第二階段),因此屬于有氧呼吸過(guò)程的可能有①③,A項(xiàng)錯(cuò)誤;圖2所示生物膜能吸收光能,是類(lèi)囊體薄膜,發(fā)生在其上的生化反應(yīng)是光反應(yīng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;由圖2可知,PSⅡ中發(fā)生水的光解,并將光能吸收,以電能形式傳遞,因此其生理功能是吸收、傳遞并轉(zhuǎn)化光能,C項(xiàng)正確;葉肉細(xì)胞線粒體產(chǎn)生的CO2被用于光合作用,需要從線粒體進(jìn)入葉綠體,線粒體和葉綠體都是雙層膜結(jié)構(gòu),所以葉肉細(xì)胞線粒體產(chǎn)生的CO2被用于光合作用,需要通過(guò)4層膜,8層磷脂分子,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
【從新情境角度命題】科技進(jìn)展——構(gòu)建人工光合系統(tǒng),人工合成淀粉命題情境 我國(guó)科學(xué)家模擬和借鑒了植物的光合作用過(guò)程,從動(dòng)物、植物、微生物等31個(gè)物種中選擇合適的酶,在無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)中構(gòu)建了一條人工淀粉合成途徑(ASAP),該途徑首先通過(guò)光伏發(fā)電將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?光伏電解水產(chǎn)生氫氣,然后通過(guò)催化劑利用氫氣將二氧化碳還原成甲醇,最終合成淀粉,相關(guān)過(guò)程如圖所示:
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),首先將二氧化碳還原成甲醇(C1),然后將甲醇轉(zhuǎn)化為三碳化合物(C3),再轉(zhuǎn)化為六碳化合物(C6),最后聚合成淀粉。ASAP途徑合成的淀粉與天然淀粉在結(jié)構(gòu)上是基本一致的。初步測(cè)試顯示,人工合成淀粉的效率約為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)淀粉的8.5倍。在充足能量供給的條件下,按照目前的技術(shù)參數(shù),理論上1立方米大小的生物反應(yīng)器的淀粉年產(chǎn)量相當(dāng)于中國(guó)5畝(1畝≈666.7 m2)玉米田的淀粉年產(chǎn)量。這條路線使淀粉生產(chǎn)方式從傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植向工業(yè)制造轉(zhuǎn)變成為可能,也為從CO2合成復(fù)雜分子開(kāi)辟了新的技術(shù)路線。
【命題角度】(1)人工合成淀粉的系統(tǒng)通過(guò)光伏發(fā)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)光能的捕獲,那么綠色植物是通過(guò)　　　　　　 　　(相關(guān)結(jié)構(gòu))上的光合色素捕獲光能。若CO2供應(yīng)不足,則短時(shí)間內(nèi),葉肉細(xì)胞中C5的含量將　　　　　　(填“增加”“減少”或“不變”)。?(2)圖中模塊二模擬的是綠色植物光合作用的　　　　過(guò)程,暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供的物質(zhì)條件有　　　　　　　 　。?(3)(多選)根據(jù)文中信息,下列敘述正確的是　　　。?A.適合的酶是確保ASAP有序進(jìn)行的關(guān)鍵B.ASAP過(guò)程與細(xì)胞內(nèi)一樣能循環(huán)進(jìn)行C.ASAP中碳的轉(zhuǎn)移途徑為CO2→C1→C3→C6→淀粉D.ASAP過(guò)程中CO2轉(zhuǎn)變?yōu)榈矸蹆?chǔ)存了能量
NADP+、ADP、Pi
(4)假設(shè)在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下,人工合成過(guò)程中糖類(lèi)的積累量　　　　　(填“高于”“低于”或“等于”)植物,其原因可能是　? 　。?(5)實(shí)驗(yàn)室人工合成淀粉技術(shù)的成功是一項(xiàng)重大突破,若該技術(shù)未來(lái)能夠大面積推廣應(yīng)用,你認(rèn)為可解決當(dāng)前人類(lèi)面臨的哪些生態(tài)環(huán)境問(wèn)題?能節(jié)約大量的耕地和淡水資源;減少因農(nóng)藥、化肥的使用帶來(lái)的環(huán)境污染;緩解糧食短缺問(wèn)題;緩解溫室效應(yīng)等
與人工合成糖類(lèi)的過(guò)程相比,植物進(jìn)行細(xì)胞呼吸會(huì)消耗一部分糖類(lèi)
練真題·明考向5.(2020·天津卷)研究人員從菠菜中分離類(lèi)囊體,將其與16種酶等物質(zhì)一起用單層脂質(zhì)分子包裹成油包水液滴,從而構(gòu)建半人工光合作用反應(yīng)體系。該反應(yīng)體系在光照條件下可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的CO2固定與還原,并不斷產(chǎn)生有機(jī)物乙醇酸。下列分析正確的是(　　)A.產(chǎn)生乙醇酸的場(chǎng)所相當(dāng)于葉綠體基質(zhì)B.該反應(yīng)體系不斷消耗的物質(zhì)僅是CO2C.類(lèi)囊體產(chǎn)生的ATP和O2參與CO2固定與還原D.與葉綠體相比,該反應(yīng)體系不含光合作用色素
解析 乙醇酸是在光合作用暗反應(yīng)中產(chǎn)生的,暗反應(yīng)場(chǎng)所為葉綠體基質(zhì),所以產(chǎn)生乙醇酸的場(chǎng)所相當(dāng)于葉綠體基質(zhì),A項(xiàng)正確;該反應(yīng)體系能進(jìn)行光合作用的整個(gè)過(guò)程,不斷消耗的物質(zhì)有CO2和H2O,B項(xiàng)錯(cuò)誤;類(lèi)囊體產(chǎn)生的ATP參與C3的還原,產(chǎn)生的O2用于細(xì)胞呼吸或釋放到周?chē)h(huán)境中,C項(xiàng)錯(cuò)誤;該體系含有類(lèi)囊體,而類(lèi)囊體的薄膜上含有光合作用色素,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
練模擬·提能力6.(2023·山東模擬預(yù)測(cè))2022年我國(guó)科學(xué)家在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)CO2到淀粉的從頭合成。圖中C1模塊是用無(wú)機(jī)催化劑把CO2還原為甲醇,C3模塊是將甲醇轉(zhuǎn)換為C3,C6模塊是用C3合成C6,Cn模塊是將C6再聚合為淀粉。下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)A.圖中由CO2到GAP的過(guò)程相當(dāng)于葉綠體中CO2的固定B.由GAP到G-6-P的過(guò)程在葉綠體內(nèi)需要NADPH作還原劑C.Cn模塊合成淀粉的過(guò)程伴隨著水的生成D.在固定等量CO2的情況下,該人工途徑比植物光合作用積累淀粉的量少
解析 分析題圖可知,圖中由CO2到GAP(C3)的過(guò)程在葉綠體中相當(dāng)于暗反應(yīng)的CO2固定過(guò)程,A項(xiàng)正確;由GAP到G-6-P的過(guò)程相當(dāng)于C3被還原的過(guò)程,該過(guò)程所需的還原劑是光反應(yīng)產(chǎn)物NADPH,B項(xiàng)正確;Cn模塊將C6再聚合為淀粉,合成淀粉的過(guò)程是脫水縮合過(guò)程,伴隨著水的生成,C項(xiàng)正確;淀粉的積累量=光合作用的產(chǎn)生量-細(xì)胞呼吸的消耗量,在植物體中,進(jìn)行光合作用的同時(shí)也進(jìn)行細(xì)胞呼吸,而在人工途徑中只模擬光合作用過(guò)程,沒(méi)有細(xì)胞呼吸消耗,因此在固定等量CO2的情況下,該人工途徑比植物光合作用積累淀粉的量多,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
考點(diǎn)3 影響光合作用和細(xì)胞呼吸的因素
串聯(lián)整合——明要點(diǎn)1.掌握影響細(xì)胞呼吸的四類(lèi)曲線
2.掌握影響光合作用因素的三類(lèi)曲線
3.辨明一晝夜植物代謝強(qiáng)度變化的兩條曲線
4.解讀總光合速率與呼吸速率的關(guān)系(1)凈光合速率、呼吸速率與總光合速率的關(guān)系
(2)呼吸速率和凈光合速率測(cè)定的常用方法
特別提醒 ①在測(cè)定了凈光合速率和呼吸速率的基礎(chǔ)上可計(jì)算得出二者之和,即“總光合速率”。②物理誤差的校正:為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確,除減少無(wú)關(guān)變量的干擾外,還應(yīng)設(shè)置對(duì)照裝置。對(duì)照裝置與兩裝置相比,不同點(diǎn)是用“死亡的綠色植物”代替“綠色植物”,其他條件均相同。
分層演練——拿高分角度1 圍繞影響細(xì)胞呼吸和光合作用的曲線分析,考查科學(xué)思維練真題·明考向1.(多選)(2023·山東卷)某種植株的非綠色器官在不同O2濃度下,單位時(shí)間內(nèi)O2吸收量和CO2釋放量的變化如圖所示。若細(xì)胞呼吸分解的有機(jī)物全部為葡萄糖,下列說(shuō)法正確的是(　　)A.甲曲線表示O2吸收量B.O2濃度為b時(shí),該器官不進(jìn)行無(wú)氧呼吸C.O2濃度由0到b的過(guò)程中,有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐漸增加D.O2濃度為a時(shí)最適合保存該器官,該濃度下葡萄糖消耗速率最小
解析 圖中甲曲線在橫軸O2濃度為0時(shí),曲線數(shù)值較高,則不能表示O2吸收量而是CO2釋放量,A項(xiàng)錯(cuò)誤;圖中乙曲線表示O2吸收量,當(dāng)O2濃度為b時(shí),O2吸收量和CO2釋放量相同,只進(jìn)行有氧呼吸,B項(xiàng)正確;O2濃度由0到b的過(guò)程中,O2吸收量逐漸增加,有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐漸增加,C項(xiàng)正確;O2濃度為a時(shí)最適合保存該器官,因?yàn)樵摑舛认翪O2釋放量最低,有機(jī)物的損耗最小,但不是在該濃度下葡萄糖消耗速率最小,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
2.(2023·北京卷)在兩種光照強(qiáng)度下,不同溫度對(duì)某植物CO2吸收速率的影響如圖。對(duì)此圖理解錯(cuò)誤的是(　　)A.在低光強(qiáng)下,CO2吸收速率隨葉溫升高而下降的原因是呼吸速率上升B.在高光強(qiáng)下,M點(diǎn)左側(cè)CO2吸收速率升高與光合酶活性增強(qiáng)相關(guān)C.在圖中兩個(gè)CP點(diǎn)處,植物均不能進(jìn)行光合作用D.圖中M點(diǎn)處光合速率與呼吸速率的差值最大
解析 CO2吸收速率代表凈光合速率,在低光強(qiáng)下,CO2吸收速率隨葉溫升高而下降的原因是呼吸速率上升,需要從外界吸收的CO2減少,A項(xiàng)正確;在高光強(qiáng)下,M點(diǎn)左側(cè)CO2吸收速率升高的主要原因是光合酶的活性增強(qiáng),B項(xiàng)正確;CP點(diǎn)代表呼吸速率等于光合速率,植物可以進(jìn)行光合作用,C項(xiàng)錯(cuò)誤;圖中M點(diǎn)處CO2吸收速率最大,即凈光合速率最大,也就是光合速率與呼吸速率的差值最大,D項(xiàng)正確。
3.(2023·廣東卷)光合作用機(jī)理是作物高產(chǎn)的重要理論基礎(chǔ)。大田常規(guī)栽培時(shí),水稻野生型(WT)的產(chǎn)量和黃綠葉突變體(ygl)的產(chǎn)量差異不明顯,但在高密度栽培條件下ygl產(chǎn)量更高,其相關(guān)生理特征見(jiàn)下表和下圖。(光飽和點(diǎn):光合速率不再隨光照強(qiáng)度增加時(shí)的光照強(qiáng)度;光補(bǔ)償點(diǎn):光合過(guò)程中吸收的CO2與呼吸過(guò)程中釋放的CO2等量時(shí)的光照強(qiáng)度。)
分析圖表,回答下列問(wèn)題。(1)ygl葉色黃綠的原因包括葉綠素含量較低和　　 　　　　　　　　　,葉片主要吸收可見(jiàn)光中的　　　　　　　　光。?(2)光照強(qiáng)度逐漸增加達(dá)到2 000 μml·m-2·s-1時(shí),ygl的凈光合速率較WT更高,但兩者凈光合速率都不再隨光照強(qiáng)度的增加而增加,比較兩者的光飽和點(diǎn),可得ygl　　　　　(填“高于”“低于”或“等于”)WT。ygl有較高的光補(bǔ)償點(diǎn),可能的原因是葉綠素含量較低和　　　　　　　　。?(3)與WT相比,ygl葉綠素含量低,高密度栽培條件下,更多的光可到達(dá)下層葉片,且ygl群體的凈光合速率較高,表明該群體　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,是其高產(chǎn)的原因之一。?
類(lèi)胡蘿卜素/葉綠素的值較高
對(duì)光能利用率更高,干物質(zhì)積累量更大,生長(zhǎng)速度更快
(4)試分析在0~50 μml·m-2·s-1范圍的低光照強(qiáng)度下,WT和ygl凈光合速率的變化,在坐標(biāo)系中繪制凈光合速率趨勢(shì)曲線。在此基礎(chǔ)上,分析上圖a和你繪制的曲線,比較高光照強(qiáng)度和低光照強(qiáng)度條件下WT和ygl的凈光合速率,提出一個(gè)科學(xué)問(wèn)題:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　??
為什么達(dá)到光飽和點(diǎn)時(shí),ygl的凈光合速率高于WT
解析 (1)ygl葉色黃綠的原因包括葉綠素含量較低、類(lèi)胡蘿卜素/葉綠素的值較高。葉片中的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光。(2)根據(jù)圖 a可知,WT先到達(dá)光飽和點(diǎn),即ygl的光飽和點(diǎn)高于WT。ygl有較高的光補(bǔ)償點(diǎn),可能的原因是一方面光合速率偏低,另一方面是呼吸速率較高。(3)植物干物質(zhì)積累量或生長(zhǎng)速度主要取決于凈光合作用速率,ygl群體的凈光合速率較高,所以其干物質(zhì)積累量更大,生長(zhǎng)速度更快,導(dǎo)致其產(chǎn)量較高。(4)繪制曲線時(shí)找準(zhǔn)起點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn),根據(jù)圖c可知,ygl的呼吸速率較大,所以虛線的起點(diǎn)應(yīng)低于實(shí)線。再根據(jù)圖b確定與凈光合速率為0的虛線的交點(diǎn),ygl的是30 μml·m-2·s-1,WT的是15 μml·m-2·s-1,見(jiàn)圖。根據(jù)兩圖提出問(wèn)題:為什么達(dá)到光飽和點(diǎn)時(shí),ygl的凈光合速率高于WT?
練模擬·提能力4.(2023·湖北武漢二模)甲植物和乙植物的凈光合速率隨CO2濃度變化的曲線如圖所示。下列敘述正確的是(　　)A.CO2濃度為200 μL/L時(shí),限制兩種植物光合速率的主要因素均為光照強(qiáng)度或溫度B.CO2濃度為400 μL/L時(shí),甲、乙植物的光合速率相等C.CO2濃度為500 μL/L時(shí),甲植物水的光解能力強(qiáng)于乙D.與甲植物相比,乙植物更適合在高CO2濃度條件下生存
解析 甲植物在CO2濃度為200 μL/L時(shí),光合作用強(qiáng)度還未達(dá)到飽和,所以限制因素主要是CO2濃度,A項(xiàng)錯(cuò)誤;CO2濃度為400 μL/L時(shí),甲、乙植物的凈光合速率相等,但由于細(xì)胞呼吸的速率不一定相等,所以光合速率(總光合速率)不一定相等,B項(xiàng)錯(cuò)誤;CO2濃度為500 μL/L時(shí),甲植物的凈光合速率大于乙,所以甲植物水的光解能力強(qiáng)于乙,C項(xiàng)正確;甲植物在高CO2濃度條件下凈光合速率更高,所以甲植物更適合在高CO2濃度條件下生存,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
5.(2023·河北張家口二模)科研人員在實(shí)驗(yàn)室中模擬夏季一天中的光照強(qiáng)度,并測(cè)定苦菊幼苗光合速率的變化情況,結(jié)果如圖所示。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(　　)A.若A點(diǎn)時(shí)葉肉細(xì)胞內(nèi)光合速率等于呼吸速率,則此時(shí)苦菊幼苗干重不變B.若處于B點(diǎn)的苦菊幼苗突然給予C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度,幼苗葉肉細(xì)胞中C3含量將減少C.氣孔關(guān)閉導(dǎo)致細(xì)胞吸收的CO2量減少,使得CD段光合速率下降D.夏季一天中不同時(shí)間點(diǎn)的光照強(qiáng)度可能相同
解析 若A點(diǎn)時(shí)葉肉細(xì)胞內(nèi)光合速率等于呼吸速率,由于非葉肉細(xì)胞還進(jìn)行細(xì)胞呼吸消耗有機(jī)物,故此時(shí)苦菊幼苗干重下降,A項(xiàng)錯(cuò)誤;若處于B點(diǎn)的苦菊幼苗突然給予C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度,即增加光照強(qiáng)度,光反應(yīng)速率增加,幼苗葉肉細(xì)胞中C3含量減少,B項(xiàng)正確;氣孔關(guān)閉導(dǎo)致細(xì)胞吸收的CO2量減少,光合速率下降,即CD段下降,C項(xiàng)正確;據(jù)圖可知,夏季一天中不同時(shí)間點(diǎn)的光照強(qiáng)度可能相同,D項(xiàng)正確。
題后點(diǎn)撥:科學(xué)思維之模型與建模——解答光合作用和細(xì)胞呼吸曲線類(lèi)試題的模型
角度2 圍繞細(xì)胞呼吸與光合作用有關(guān)的實(shí)驗(yàn),考查科學(xué)探究能力練真題·明考向6.(2023·浙江卷)為探究酵母菌的細(xì)胞呼吸方式,可利用酵母菌、葡萄糖溶液等材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的敘述,正確的是(　　)A.酵母菌用量和葡萄糖溶液濃度是本實(shí)驗(yàn)的自變量B.酵母菌可利用的氧氣量是本實(shí)驗(yàn)的無(wú)關(guān)變量C.可選用酒精和CO2生成量作為因變量的檢測(cè)指標(biāo)D.不同方式的細(xì)胞呼吸消耗等量葡萄糖所釋放的能量相等
解析 酵母菌用量和葡萄糖溶液濃度是無(wú)關(guān)變量,A項(xiàng)錯(cuò)誤;氧氣的有無(wú)是自變量,B項(xiàng)錯(cuò)誤;有氧呼吸不產(chǎn)生酒精,無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精和CO2且比值為1∶1,因此可選用酒精和CO2生成量作為因變量的檢測(cè)指標(biāo),C項(xiàng)正確;等量的葡萄糖經(jīng)有氧呼吸氧化分解徹底,釋放能量多,經(jīng)無(wú)氧呼吸氧化分解不徹底,大部分能量還儲(chǔ)存在酒精中,釋放能量少,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
7.(2022·海南卷)某小組為了探究適宜溫度下CO2對(duì)光合作用的影響,將四組等量菠菜葉圓片排氣后,分別置于盛有等體積不同濃度NaHCO3溶液的燒杯中,從燒杯底部給予適宜光照,記錄葉圓片上浮所需時(shí)長(zhǎng),結(jié)果如圖。下列有關(guān)敘述正確的是(　　)A.本實(shí)驗(yàn)中,溫度、NaHCO3濃度和光照都屬于自變量B.葉圓片上浮所需時(shí)長(zhǎng)主要取決于葉圓片光合作用釋放氧氣的速率C.四組實(shí)驗(yàn)中,0.5%NaHCO3溶液中葉圓片光合速率最高D.若在4 ℃條件下進(jìn)行本實(shí)驗(yàn),則各組葉圓片上浮所需時(shí)長(zhǎng)均會(huì)縮短
解析 本實(shí)驗(yàn)是探究適宜溫度下CO2對(duì)光合作用的影響,自變量為CO2濃度(NaHCO3溶液濃度),溫度和光照為無(wú)關(guān)變量,A項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)光合作用產(chǎn)生的氧氣量大于細(xì)胞呼吸消耗的氧氣量時(shí),葉圓片上浮,葉圓片上浮所需時(shí)長(zhǎng)主要取決于葉圓片光合作用釋放氧氣的速率,B項(xiàng)正確;四組實(shí)驗(yàn)中, 0.5%NaHCO3溶液中葉圓片上浮需要的時(shí)間最長(zhǎng),光合速率最低,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由于低溫會(huì)使酶的活性降低,若在4 ℃條件下進(jìn)行本實(shí)驗(yàn),凈光合速率會(huì)降低,故各組葉圓片上浮所需時(shí)長(zhǎng)均會(huì)延長(zhǎng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。
角度拓展 (1)用溴麝香草酚藍(lán)溶液檢測(cè)發(fā)酵液中酒精含量的多少,可判斷酵母菌的呼吸方式。[2022·江蘇卷](　　)(2)某同學(xué)將一株生長(zhǎng)正常的小麥置于密閉容器中,在適宜且恒定的溫度和光照條件下培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)容器內(nèi)CO2含量初期逐漸降低,之后保持相對(duì)穩(wěn)定。出現(xiàn)這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因是? 　。[2022·全國(guó)卷乙]?提示 初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率
專(zhuān)項(xiàng)命題——重培優(yōu)【從新情境角度命題】特殊環(huán)境下的光合作用類(lèi)型命題情境 1.光呼吸光呼吸現(xiàn)象產(chǎn)生的分子機(jī)制是O2和CO2競(jìng)爭(zhēng)Rubisc。在暗反應(yīng)中,Rubisc能夠以CO2為底物實(shí)現(xiàn)CO2的固定;在光下,當(dāng)O2濃度高、CO2濃度低時(shí),O2會(huì)競(jìng)爭(zhēng)Rubisc,在光的驅(qū)動(dòng)下將碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一個(gè)高耗能的反應(yīng),正常生長(zhǎng)條件下光呼吸就可損耗掉光合產(chǎn)物的25%~30%。過(guò)程如圖所示:
2.C4植物的CO2濃縮機(jī)制C4植物(如玉米)的葉片結(jié)構(gòu)和光合作用過(guò)程
C4途徑的生物學(xué)意義在于,熱帶植物為了防止水分過(guò)度蒸發(fā),常常關(guān)閉葉片上的氣孔,這樣空氣中的CO2就不易進(jìn)入葉肉細(xì)胞,不能滿足葉肉細(xì)胞光合作用對(duì)CO2的需求;而C4途徑中能固定CO2的PEP羧化酶對(duì)CO2有很高的親和力,使葉肉細(xì)胞能有效地固定和濃縮CO2,供維管束鞘細(xì)胞中葉綠體內(nèi)的C3途徑利用。玉米植株中固定CO2的酶的能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于水稻植株中相應(yīng)的酶,因此玉米的光合效率大于水稻,特別是在低CO2濃度下,這種差別更為明顯。
3.藍(lán)細(xì)菌的CO2濃縮機(jī)制藍(lán)細(xì)菌具有CO2濃縮機(jī)制,如下圖所示。注:羧化體具有蛋白質(zhì)外殼,可限制氣體擴(kuò)散。
4.景天科植物的CO2固定景天科酸代謝是許多肉質(zhì)植物的一種特殊代謝方式,在夜間,大氣中CO2從氣孔進(jìn)入,被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化,與PEP結(jié)合形成草酰乙酸(OAA),再經(jīng)蘋(píng)果酸脫氫酶作用還原為蘋(píng)果酸,貯存于液泡中。在白天,蘋(píng)果酸從液泡中釋放出來(lái),經(jīng)脫羧酶作用形成CO2和丙酮酸,CO2產(chǎn)生后用于卡爾文循環(huán),作用機(jī)制如圖所示(該機(jī)制也稱CAM途徑)。
練真題·明考向1.(2023·湖南卷)下圖是水稻和玉米的光合作用暗反應(yīng)示意圖。卡爾文循環(huán)的Rubisc酶對(duì)CO2的Km為450 μml·L-1(Km越小,酶對(duì)底物的親和力越大),該酶既可催化RuBP與CO2反應(yīng),進(jìn)行卡爾文循環(huán),又可催化RuBP與O2反應(yīng),進(jìn)行光呼吸(綠色植物在光照下消耗O2并釋放CO2的反應(yīng))。該酶的酶促反應(yīng)方向受CO2和O2相對(duì)濃度的影響。與水稻相比,玉米葉肉細(xì)胞緊密?chē)@維管束鞘,其中葉肉細(xì)胞葉綠體是水光解的主要場(chǎng)所,維管束鞘細(xì)胞的葉綠體主要與ATP生成有關(guān)。玉米的暗反應(yīng)先在葉肉細(xì)胞中利用PEPC酶(PEPC對(duì)CO2的Km為7 μml·L-1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)與CO2反應(yīng)生成C4,固定產(chǎn)物C4轉(zhuǎn)運(yùn)到維管束鞘細(xì)胞后釋放CO2,再進(jìn)行卡爾文循環(huán)?；卮鹣铝袉?wèn)題。
(1)玉米的卡爾文循環(huán)中第一個(gè)光合還原產(chǎn)物是　　　　　　　(填具體名稱),該產(chǎn)物跨葉綠體膜轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)合成　　　　　　(填“葡萄糖” “蔗糖”或“淀粉”)后,再通過(guò)　　　　　　　長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)狡渌M織器官。?(2)在干旱、高光照強(qiáng)度環(huán)境下,玉米的光合作用強(qiáng)度　　　　(填“高于”或“低于”)水稻。從光合作用機(jī)制及其調(diào)控分析,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出三點(diǎn)即可)。?高光照強(qiáng)度環(huán)境下,玉米可以將光合產(chǎn)物及時(shí)轉(zhuǎn)移;玉米的PEPC酶對(duì)CO2的親和力比水稻的Rubisc酶更大;玉米能通過(guò)PEPC酶生成C4,使維管束鞘細(xì)胞內(nèi)的CO2濃度高于外界環(huán)境,抑制玉米的光呼吸
(3)某研究所將藍(lán)細(xì)菌的CO2濃縮機(jī)制導(dǎo)入水稻,水稻葉綠體中CO2濃度大幅提升,其他生理代謝不受影響,但在光飽和條件下水稻的光合作用強(qiáng)度無(wú)明顯變化。其原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出三點(diǎn)即可)。?酶的活性已經(jīng)達(dá)到最大,對(duì)CO2的利用率不再提高;受到ATP以及NADPH等物質(zhì)含量的限制;水稻體內(nèi)光合色素的量有限
解析 (1)玉米的光合作用過(guò)程與水稻相比,雖然CO2的來(lái)源不同,但其卡爾文循環(huán)的過(guò)程是相同的,結(jié)合水稻的卡爾文循環(huán)圖解,可以看出CO2固定的直接產(chǎn)物是3-磷酸甘油酸,然后直接被還原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在葉綠體中被轉(zhuǎn)化成淀粉,在葉綠體外被轉(zhuǎn)化成蔗糖,蔗糖是植物長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)闹饕穷?lèi),通過(guò)韌皮部運(yùn)輸。(2)干旱、高光照強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致植物氣孔關(guān)閉,植物吸收的CO2減少,而玉米的PEPC酶對(duì)CO2的親和力較大,可以利用低濃度的CO2進(jìn)行光合作用,同時(shí)抑制植物的光呼吸,且玉米能將葉綠體內(nèi)的光合產(chǎn)物及時(shí)轉(zhuǎn)移出細(xì)胞。(3)將藍(lán)細(xì)菌的CO2濃縮機(jī)制導(dǎo)入水稻葉肉細(xì)胞,只是提高了葉肉細(xì)胞內(nèi)的CO2濃度,而植物的光合作用強(qiáng)度受到很多因素的影響。在光飽和條件下如果光合作用強(qiáng)度沒(méi)有明顯提高,其原因可能是水稻的酶活性已經(jīng)達(dá)到最大,對(duì)CO2的利用率不再提高,受到ATP和NADPH等物質(zhì)含量的限制,水稻體內(nèi)光合色素的量有限等。
練模擬·提能力2.(2023·福建泉州永春期末)光合作用暗反應(yīng)過(guò)程中,CO2與RuBP在Rubisc的催化下生成3-磷酸甘油酸。O2與CO2競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合RuBP,O2與RuBP反應(yīng)后生成磷酸乙醇酸,最終釋放CO2,該過(guò)程稱為光呼吸。正在進(jìn)行光合作用的綠色植物葉片在光照停止后,CO2釋放量突然增加,稱為“二氧化碳的猝發(fā)”。下列說(shuō)法正確的是(　　)A.光照過(guò)強(qiáng)氣孔關(guān)閉,若植物呼吸強(qiáng)度不變,則CO2的產(chǎn)生量減少B.光呼吸會(huì)消耗有機(jī)物,對(duì)植物生長(zhǎng)不利,應(yīng)該抑制C.突然停止光照,磷酸乙醇酸的生成量增加D.O2與RuBP反應(yīng)的過(guò)程必須在光下進(jìn)行
解析 光照過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致氣孔關(guān)閉,O2與RuBP反應(yīng)后釋放CO2,若此時(shí)植物呼吸強(qiáng)度不變,則CO2的產(chǎn)生量增多,A項(xiàng)錯(cuò)誤;光合作用中光反應(yīng)的產(chǎn)物是ATP、NADPH和O2,因此光呼吸可以消耗強(qiáng)光下的產(chǎn)物ATP、NADPH和O2,又可防止強(qiáng)光下氣孔關(guān)閉導(dǎo)致的CO2吸收量減少,避免了細(xì)胞間隙CO2濃度過(guò)度降低,這在一定程度上起到了保護(hù)光合色素免受強(qiáng)光破壞的作用,對(duì)植物生長(zhǎng)有利,B項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)題干信息可知,正在進(jìn)行光合作用的綠色植物葉片在光照停止后,CO2釋放量突然增加,O2結(jié)合RuBP的概率減小,因此磷酸乙醇酸的生成量減少,C項(xiàng)錯(cuò)誤;O2與RuBP反應(yīng)發(fā)生在有光的條件下,D項(xiàng)正確。
3.(2023·廣東月考)景天科植物(如景天、落地生根)的葉子有一個(gè)很特殊的CO2同化方式:夜間氣孔開(kāi)放,吸收的CO2生成蘋(píng)果酸(一種有機(jī)酸)儲(chǔ)存在液泡中,白天氣孔關(guān)閉,液泡中的蘋(píng)果酸經(jīng)脫羧作用釋放CO2用于光合作用,其部分代謝途徑如圖所示。下列有關(guān)分析錯(cuò)誤的是(　　)A.景天科植物參與卡爾文循環(huán)的CO2直接來(lái)源于蘋(píng)果酸的分解B.由景天科植物特殊的CO2同化方式推測(cè),其可能生活在高溫干旱地區(qū)C.如果白天適當(dāng)提高CO2濃度,景天科植物的光合作用速率基本不變D.白天景天科植物葉肉細(xì)胞內(nèi)有機(jī)酸和葡萄糖的含量變化趨勢(shì)可能相反
解析 景天科植物參與卡爾文循環(huán)的CO2直接來(lái)源于蘋(píng)果酸的脫羧作用和細(xì)胞呼吸,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由景天科植物特殊的CO2同化方式推測(cè),其可能生活在高溫干旱地區(qū),高溫干旱使氣孔關(guān)閉,特殊的CO2同化方式能保證暗反應(yīng)的正常進(jìn)行,不影響光合作用過(guò)程,B項(xiàng)正確;如果白天適當(dāng)提高CO2濃度,景天科植物白天氣孔關(guān)閉,由蘋(píng)果酸分解提供CO2,保證其濃度足夠進(jìn)行暗反應(yīng),光合作用速率基本不變,C項(xiàng)正確;白天景天科植物葉肉細(xì)胞內(nèi)有機(jī)酸(主要為蘋(píng)果酸)分解,含量降低,光合作用產(chǎn)生葡萄糖,含量增加,D項(xiàng)正確。
4.(2023·湖南長(zhǎng)沙明德中學(xué)模擬節(jié)選)玉米為C4植物,其光合作用的暗反應(yīng)過(guò)程如圖所示,酶1為PEP羧化酶,可以固定低濃度的CO2形成C4,酶2為RuBP羧化酶,可以固定高濃度的CO2形成C3,對(duì)低濃度的CO2沒(méi)有固定能力。
圖中酶1固定CO2的能力比酶2　　　　　(填“強(qiáng)”或“弱”)。小麥葉肉細(xì)胞沒(méi)有酶1催化生成C4的過(guò)程,稱為C3植物,其光合作用均在葉肉細(xì)胞內(nèi)完成。據(jù)上述信息分析,與小麥相比,玉米更適應(yīng)高溫、干旱環(huán)境的原因是　 　　　　　　　　　 　。
高溫、干旱條件下,氣孔部分關(guān)閉,葉片內(nèi)CO2濃度低;玉米和小麥相比含有酶1,可以固定低濃度的CO2正常進(jìn)行暗反應(yīng)

相關(guān)課件

高考生物二輪復(fù)習(xí)專(zhuān)題2細(xì)胞的代謝課件：

這是一份高考生物二輪復(fù)習(xí)專(zhuān)題2細(xì)胞的代謝課件，共60頁(yè)。PPT課件主要包含了落實(shí)主干知識(shí)，RNA，降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，HONP，活細(xì)胞，內(nèi)分泌細(xì)胞，蛋白質(zhì)，活化能，細(xì)胞代謝，降低反應(yīng)的活化能等內(nèi)容，歡迎下載使用。

適用于新高考新教材2024版高考生物二輪復(fù)習(xí)專(zhuān)題突破練2細(xì)胞的代謝課件：

這是一份適用于新高考新教材2024版高考生物二輪復(fù)習(xí)專(zhuān)題突破練2細(xì)胞的代謝課件，共60頁(yè)。PPT課件主要包含了A組基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練，暗反應(yīng)，B組能力提升練，H2O，NADP+，C組專(zhuān)項(xiàng)命題培優(yōu)練，ATP和NADPH，葉綠體的類(lèi)囊體薄膜，吸能反應(yīng)，協(xié)助擴(kuò)散等內(nèi)容，歡迎下載使用。

適用于新高考新教材2024版高考生物二輪復(fù)習(xí)專(zhuān)題2細(xì)胞的代謝課件：

這是一份適用于新高考新教材2024版高考生物二輪復(fù)習(xí)專(zhuān)題2細(xì)胞的代謝課件，共60頁(yè)。PPT課件主要包含了落實(shí)主干知識(shí)，RNA，降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，HONP，活細(xì)胞，內(nèi)分泌細(xì)胞，蛋白質(zhì)，活化能，細(xì)胞代謝，降低反應(yīng)的活化能等內(nèi)容，歡迎下載使用。

英語(yǔ)朗讀寶

相關(guān)課件 更多

2023屆高考生物二輪復(fù)習(xí)專(zhuān)題命題熱點(diǎn)聚焦1細(xì)胞的代謝課件

2023屆高考生物二輪復(fù)習(xí)專(zhuān)題命題熱點(diǎn)聚焦1細(xì)胞的代謝課件
【最新版】23屆生物新高考二輪專(zhuān)題總結(jié)+練習(xí)之專(zhuān)題2　細(xì)胞的代謝【同步課件】

【最新版】23屆生物新高考二輪專(zhuān)題總結(jié)+練習(xí)之專(zhuān)題2　細(xì)胞的代謝【同步課件】
【最新版】23屆生物新高考二輪專(zhuān)題復(fù)習(xí)之專(zhuān)題2　細(xì)胞的代謝【同步課件】

【最新版】23屆生物新高考二輪專(zhuān)題復(fù)習(xí)之專(zhuān)題2　細(xì)胞的代謝【同步課件】
藝體生專(zhuān)用2021屆高考生物二輪復(fù)習(xí)專(zhuān)題三細(xì)胞的代謝課件

藝體生專(zhuān)用2021屆高考生物二輪復(fù)習(xí)專(zhuān)題三細(xì)胞的代謝課件
資料下載及使用幫助
版權(quán)申訴
版權(quán)申訴
若您為此資料的原創(chuàng)作者，認(rèn)為該資料內(nèi)容侵犯了您的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，請(qǐng)掃碼添加我們的相關(guān)工作人員，我們盡可能的保護(hù)您的合法權(quán)益。
入駐教習(xí)網(wǎng)，可獲得資源免費(fèi)推廣曝光，還可獲得多重現(xiàn)金獎(jiǎng)勵(lì)，申請(qǐng) 精品資源制作， 工作室入駐。
版權(quán)申訴二維碼
高考專(zhuān)區(qū)
歡迎來(lái)到教習(xí)網(wǎng)
  • 900萬(wàn)優(yōu)選資源，讓備課更輕松
  • 600萬(wàn)優(yōu)選試題，支持自由組卷
  • 高質(zhì)量可編輯，日均更新2000+
  • 百萬(wàn)教師選擇，專(zhuān)業(yè)更值得信賴
微信掃碼注冊(cè)
qrcode
二維碼已過(guò)期
刷新

微信掃碼，快速注冊(cè)

手機(jī)號(hào)注冊(cè)
手機(jī)號(hào)碼

手機(jī)號(hào)格式錯(cuò)誤

手機(jī)驗(yàn)證碼 獲取驗(yàn)證碼

手機(jī)驗(yàn)證碼已經(jīng)成功發(fā)送，5分鐘內(nèi)有效

設(shè)置密碼

6-20個(gè)字符，數(shù)字、字母或符號(hào)

注冊(cè)即視為同意教習(xí)網(wǎng)「注冊(cè)協(xié)議」及「隱私條款」
QQ注冊(cè)
手機(jī)號(hào)注冊(cè)
微信注冊(cè)

注冊(cè)成功

返回
頂部