第2讲 细胞的功能绝大多数基于化学反应
考点1 酶与ATP在代谢中的作用
一、ATP在细胞代谢中的作用
1.ATP的结构及拓展
关于ATP的两个“不是”
①ATP不是能量。ATP是一种高能磷酸化合物,是一种直接的能源物质,不能将两者等同。
②ATP不是细胞内的唯一直接能源物质,如NADPH可为光合作用暗反应直接供能。
2.生命活动中能量的来源与去向
关于ATP来源与去向的两个易错点
①生命活动需要消耗大量能量,但细胞中ATP含量很少,其供应依赖ATP与ADP间的快速转化。
②ATP断裂2个特殊的化学键后,为腺嘌呤核糖核苷酸。
二、酶在细胞代谢中的作用
1.酶、激素、抗体与神经递质的“一同”“四不同”
(1)一同:均需要与特定物质结合后才能发挥作用,如酶需与特定的____________结合、激素需与特异性____________结合、抗体需与特定____________结合、神经递质需与突触后膜上的特异性受体结合。
(2)四不同。
物质 化学本质 来源 作用 机理 作用后 去向
酶 绝大多数是____________,少数为RNA 几乎所有活细胞均产生 降低化学反应所需的活化能 反复多次利用
激素 蛋白质、多肽、类固醇、氨基酸衍生物等 ___________产生 改变靶细胞的生命活动 被灭活
抗体 蛋白质 浆细胞产生 与病原体结合抑制其增殖和对人体细胞的黏附 ___________
神经 递质 乙酰胆碱、多巴胺、NO、甘氨酸等 神经元(突触前神经元)产生 引起突触后膜膜电位变化 被降解或被突触前膜回收
2.酶的作用原理和特性以及影响酶促反应速率的因素
①高温、过酸、过碱等条件会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活;低温条件下酶的活性很低,但空间结构稳定;酶的保存宜选择低温、适宜的pH等条件。
②底物浓度和酶浓度不影响酶活性,其通过影响酶与底物的接触面积来影响酶促反应速率。温度与pH通过影响酶活性影响酶促反应速率。
③有些酶发挥作用需要激活剂,如Taq DNA聚合酶需要Mg2+激活。
3.酶的抑制剂(常分为竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂)
4.酶的特性及相关探究实验
1.(2024·河北卷,T2)下列关于酶的叙述,正确的是( )
A.作为生物催化剂,酶作用的反应物都是有机物
B.胃蛋白酶应在酸性、37 ℃条件下保存
C.醋酸杆菌中与发酵产酸相关的酶,分布于其线粒体内膜上
D.从成年牛、羊等草食类动物的肠道内容物中可获得纤维素酶
2.(2025·安徽卷,T1)下列关于真核细胞内细胞器中的酶和化学反应的叙述,正确的是( )
A.高尔基体膜上分布有相应的酶,可对分泌蛋白进行修饰加工
B.核糖体中有相应的酶,可将氨基酸结合到特定tRNA的3'端
C.溶酶体内含有多种水解酶,仅能消化衰老、损伤的细胞组分
D.叶绿体中的ATP合成酶,可将光能直接转化为ATP中的化学能
3.(2024·广东卷,T15)现有一种天然多糖降解酶,其肽链由4段序列以Ce5-Ay3-Bi-CB方式连接而成。研究者将各段序列以不同方式构建新肽链,并评价其催化活性,部分结果见表。关于各段序列的生物学功能,下列分析错误的是( )
肽链 纤维素类底物 褐藻酸类底物
W1 W2 S1 S2
Ce5-Ay3-Bi-CB + +++ ++ +++
Ce5 + ++ - -
Ay3-Bi-CB - - ++ +++
Ay3 - - +++ ++
Bi - - - -
CB - - - -
注:-表示无活性,+表示有活性,+越多表示活性越强。
A.Ay3与Ce5催化功能不同,但可能存在相互影响
B.Bi无催化活性,但可判断与Ay3的催化专一性有关
C.该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关
D.无法判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关
考向一 生命观念与科学思维
1.(2025·河北联考)痛风是一种常见的关节疾病,病因是人体内嘌呤物质异常代谢导致尿酸含量偏高。如图为嘌呤物质代谢产生尿酸的途径,临床上常用别嘌醇(与次黄嘌呤结构类似)治疗痛风。下列叙述正确的是( )
A.由图可知,黄嘌呤氧化酶不具有专一性
B.鸟嘌呤脱氨酶能为鸟嘌呤转化为黄嘌呤提供能量
C.推测别嘌醇竞争性与黄嘌呤氧化酶结合,从而减少尿酸生成
D.人只要食用富含嘌呤的食物就会导致痛风
2.(2025·河北模拟)ATP是细胞生命活动的直接能源物质,下列有关叙述正确的是( )
A.光反应阶段水的光解需要消耗ATP,属于吸能反应
B.酿酒过程中,酵母菌内丙酮酸转化为酒精的过程可产生少量ATP
C.破伤风芽孢杆菌内没有线粒体,但可通过有氧呼吸产生ATP
D.ATP与ADP相互转化的供能机制体现了生物界的统一性
考向二 科学思维与实验探究
3.(2025·新乡模拟)基质金属蛋白酶MMP2和MMP9是癌细胞转移的关键酶。明胶可被某染液染成蓝色,MMP2和MMP9可以降解明胶,因此可以利用含有明胶的凝胶电泳检测这两种酶在不同条件下的活性。据图分析,下列叙述错误的是( )
A.SDS可能降低了MMP2和MMP9的活性
B.MMP2和MMP9都能降解明胶,所以它们不具有专一性
C.缓冲液的作用可能是维持MMP2和MMP9的活性
D.10 ℃保温可能降低了MMP2和MMP9的活性
4.(2025·唐山模拟)实验小组从某微生物中提取出一种酶,在不同温度条件下进行相关实验,其他条件相同且适宜。分别在反应1 h末和2 h末测定产物的含量,实验结果如表。下列叙述正确的是( )
温度 15 ℃ 25 ℃ 35 ℃ 45 ℃
产物含量 相对值 1 h末 0.3 1 1.5 0.1
2 h末 0.6 1.8 1.8 0.1
A.实验的自变量是产物含量,因变量是反应温度与反应时间
B.实验开始时应将酶与底物混合后再置于对应的温度下保温
C.根据表中实验结果可推知,该酶的最适温度在25 ℃到45 ℃之间
D.25 ℃时的产物含量和酶活性与35 ℃时的产物含量和酶活性相同
考点2 细胞呼吸与光合作用
1.光合作用与细胞呼吸过程中物质和能量的转换
(1)“三种”元素转移途径。
光合作用与细胞呼吸过程的三个易错点
①光合作用过程中产生的O2全部来自水。
②葡萄糖不能直接进入线粒体被利用,需在细胞质基质中分解为丙酮酸和[H],丙酮酸和[H]进入线粒体进一步被氧化分解。
③在光合作用中,用18O标记H2O,可以在O2中检测到18O,转移途径为O→18O2。
(2)能量的转换过程。
光反应与暗反应关系的两个“两种”
①为暗反应提供能量的两种物质:ATP和NADPH。
②NADPH在暗反应中的两种作用:作为还原剂、提供能量。
2.影响细胞呼吸和光合作用的因素
(1)影响细胞呼吸的四类曲线。
(2)影响光合作用的三类曲线。
(3)解读净光合速率、呼吸速率与真正光合速率的关系。
“三率”中的两个易错点
①若题干中给出的信息是叶绿体消耗CO2或叶绿体产生O2的量,则该数据代表真正光合速率。
②整株绿色植物净光合速率为0时,叶肉细胞的净光合速率大于0。
1.(2025·陕晋宁青卷,T17)叶绿体中R酶既能催化CO2固定,也能催化C5与O2反应,CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点;线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸,如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响,研究者以野生型植株W为参照,构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S,实验结果如图(b)。回答下列问题:
(1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的____________,产物C3在光反应生成的_________参与下合成糖类等有机物。
(2)植物保卫细胞吸水,气孔开度增大。由图(a)(b)可知,相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高,叶片的净光合速率高于植株W,原因是__________________________________。
(3)保持环境中CO2浓度不变,当O2浓度从21%升高到40%时,植株S的净光合速率____________(填“增大”或“减小”);相较于植株W,植株S的净光合速率变化幅度____________(填“大”“小”或“无法判断”)。
(4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响,还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果。
[关键能力] (1)信息获取与科学思维。
(2)获取信息、逻辑推理。
(3)实验设计。
2.(2024·湖南卷,T17)钾是植物生长发育的必需元素,主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明,缺钾导致某种植物的气孔导度下降,使CO2通过气孔的阻力增大;Rubisco的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降,最终导致净光合速率下降。回答下列问题:
(1)从物质和能量转化角度分析,叶绿体的光合作用即在光能驱动下,水分解产生___________;光能转化为电能,再转化为_____________________中储存的化学能,用于暗反应的过程。
(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量____________,从叶绿素的合成角度分析,原因是__________________________________(答出两点即可)。
(3)现发现该植物群体中有一植株,在正常供钾条件下,总叶绿素含量正常,但气孔导度等其他光合作用相关指标均与缺钾时相近,推测是Rubisco的编码基因发生突变所致。Rubisco由两个基因(包括1个核基因和1个叶绿体基因)编码,这两个基因及两端的DNA序列已知。拟以该突变体的叶片组织为实验材料,以测序的方式确定突变位点。写出关键实验步骤:
①_______________________________________;
②_______________________________________;
③_______________________________________;
④基因测序;
⑤____________________________________。
考向一 社会责任与科学思维
1.(2025·武汉模拟)有些果实成熟过程中,呼吸速率突然增高,然后又快速下降的现象叫呼吸跃变。对于跃变型果实而言,呼吸跃变峰值时期是果实食用品质最好的时期。下列叙述错误的是( )
A.储存跃变型果实时,抑制呼吸跃变可延长保存时间
B.果实呼吸跃变峰值时期,果肉中可溶性糖的含量较高
C.低温和乙烯利处理都可以延缓果实呼吸跃变的到来
D.呼吸跃变是环境、植物激素和基因表达共同作用的结果
2.(2025·青岛模拟)如图是光合作用过程示意图(字母代表物质),PSBS是一种类囊体膜蛋白,能感应类囊体腔内H+的浓度而被激活,激活的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递,最终将过量的光能转换成热能释放,防止强光对植物细胞造成损伤。下列说法错误的是( )
A.H+经过Z蛋白外流的同时,利用B物质来合成C物质
B.叶绿素分子中被光激发的e-,经传递到达D结合H+后生成E
C.物质F浓度降低至原浓度一半时,短时间内C5的含量将降低
D.降低Z蛋白的活性和阻断卡尔文循环中F的供应都将有利于PSBS发挥功能
3.(2025·南通模拟)为探究盐碱土壤上高粱最适有机肥与缓释肥协同施用量,某科研小组以辽糯11为实验材料,设置4个实验处理,得到如表部分实验结果。下列相关分析错误的是( )
组别 有机肥施用量/ (kg·667 m-2) 缓释肥施用量/ (kg·667 m-2) 净光合速率/ (μmol·m-2 ·s-1) 产量/ (kg·667 m-2)
CK 0 40 30.56 574
T1 2 40 14.39 396
T2 2 50 22.62 537
T3 2 60 22.75 736
A.施用有机肥能为作物提供能量和N、P、K等大量元素
B.实验组有机肥的种类、施用量、施用方式均需保持一致
C.测量净光合速率时,选取相同部位的叶片重复测量3次,取平均值
D.T3组显著提高产量的原因可能是促进了光合产物向穗粒的转移
考向二 科学探究与语言表达
4.(2025·济南模拟)如图为杜鹃花叶肉细胞叶绿体部分结构及相关反应示意图,光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是叶绿体进行光吸收的功能单位。PSⅡ吸收光能的分配有三个去路:①PSⅡ光化学反应所利用的能量;②PSⅡ调节性热耗散等形式的能量耗散;③非调节性的能量耗散。研究发现,③部分的分配占比过大将对PSⅡ的结构产生破坏。回答下列问题:
(1)杜鹃花根尖伸长区细胞中能合成ATP的场所是___________;在类囊体薄膜上光能被转化为电能,后被转化为化学能储存在___________中;生产者除了利用光能还可以利用化学能,如硝化细菌能将土壤中的氨(NH3)氧化成____________,进而氧化成___________,释放出的化学能可以被硝化细菌用来将CO2、H2O合成糖类。
(2)据图可知,NADPH合成过程中所需电子的最初供体是___________,推动ATP合成所需能量的直接来源是____________________________________。
(3)为探索某种杜鹃花叶片对光环境变化的适应及响应机制,研究人员将其长期遮阴培养后,置于全光照下继续培养一段时间并进行相关检测,结果如表所示。
条件 遮阴 全光照
PSⅡ光能转化效率/100% 79.3 49.4
光合电子传递效率/ (μmol·m-2·s-1) 64.9 37.8
请结合表中数据,从光能分配角度分析,该品种杜鹃花对全光照的适应能力较弱的原因是__________________________________。
第2讲 细胞的功能绝大多数基于化学反应
考点1 酶与ATP在代谢中的作用
考源·核心整合
一、1.腺嘌呤 腺苷 腺苷三磷酸 2.光能 C3 细胞质基质
二、1.(1)底物 受体 抗原 (2)蛋白质 内分泌细胞 被吞噬消化 2.降低化学反应的活化能 高效性 酶的活性 底物浓度 酶浓度 4.斐林试剂 斐林试剂 O2
考题·经典再研
1.D 解析 一般来说,酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,但其作用的反应物不一定是有机物,如过氧化氢酶作用的反应物——过氧化氢是无机物,A项错误;胃蛋白酶的最适pH为1.5,其应在酸性、低温下保存,B项错误;醋酸杆菌属于原核生物,不具有线粒体结构,C项错误;成年牛、羊等草食类动物肠道中有可以分解纤维素的微生物,从草食类动物的肠道内容物中可以获得纤维素酶,D项正确。
2.A 解析 细胞中各种细胞器的形态、结构不同,在功能上也各有分工。高尔基体能通过膜上的酶对蛋白质进行修饰加工,然后由高尔基体膜形成包裹着蛋白质的囊泡,囊泡转运到细胞膜,与细胞膜融合,将蛋白质分泌到细胞外,A项正确;将氨基酸运送到“生产线”上去的“搬运工”是tRNA,每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸,tRNA 3'端的羟基可与氨基酸的羧基形成酯键,与核糖体无关,核糖体中相应的酶可以催化氨基酸分子之间形成肽键,B项错误;溶酶体内含有多种水解酶,其不仅能分解衰老、损伤的细胞器或细胞组分,还能吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌,C项错误;叶绿体中光合色素吸收的光能驱动水的光解和NADPH的合成,同时建立类囊体膜两侧的H+浓度梯度,ATP合成酶利用H+浓度梯度形成的化学势能使ADP与Pi反应形成ATP,D项错误。
3.B 解析 由题表可知,只有在Ay3存在时,降解酶才对褐藻酸类底物有降解能力,只有在Ce5存在时,降解酶才对纤维素类底物有降解能力,说明二者催化功能不同,二者都有时与单独存在时催化活性发生变化,说明二者可能存在相互影响,A项正确;由题表可知,不论是否与Bi结合,Ay3均可催化S1与S2,说明Bi与Ay3的催化专一性无关,B项错误;由Ce5-Ay3-Bi-CB组和Ay3-Bi-CB组实验结果比较可知,有无Ce5的情况下,该酶对褐藻酸类底物的催化活性都没有改变,C项正确;实验缺乏一组Ce5-Ay3-Bi的对比,所以无法判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB有关,D项正确。
考向·命题趋势
1.C 解析 酶的专一性指其能够催化一种或一类化学反应,因此黄嘌呤氧化酶也具有专一性,A项错误;酶是催化剂,能降低化学反应所需要的活化能,但不能为反应提供能量,B项错误;别嘌醇与次黄嘌呤结构类似,推测其可以竞争性地与黄嘌呤氧化酶结合,从而减少次黄嘌呤转化成尿酸,C项正确;食用富含嘌呤的食物不一定会导致痛风,食用过多富含嘌呤的食物可能会导致痛风,D项错误。
2.D 解析 光反应阶段水的光解过程消耗光能,不消耗ATP,A项错误;酿酒过程中,酵母菌进行无氧呼吸,可将丙酮酸转化为酒精,该过程不产生ATP,B项错误;破伤风芽孢杆菌没有线粒体,属于厌氧型原核生物,只进行无氧呼吸,C项错误;细胞内ATP与ADP的相互转化是生物界的共性,体现了生物界的统一性,D项正确。
3.B 解析 37 ℃保温、加SDS、加缓冲液组比37 ℃保温、不加SDS、加缓冲液组的MMP2和MMP9条带周围的透明带面积更小,说明明胶被降解的更少,故MMP2和MMP9活性更低,因此,SDS可能降低了MMP2和MMP9的活性,A项正确;MMP2和MMP9都属于酶,酶具有专一性,B项错误;缓冲液可以维持pH条件的稳定,从而维持MMP2和MMP9的活性,C项正确;与37 ℃保温、不加SDS、加缓冲液组相比,10 ℃保温、不加SDS、加缓冲液组,MMP2和MMP9条带周围的透明带面积更小,说明明胶被降解的更少,故MMP2和MMP9活性更低,因此,10 ℃保温可能降低了MMP2和MMP9的活性,D项正确。
4.C 解析 该实验是在不同的时间检测不同温度下产物的生成量,实验的自变量为反应时间和反应温度,因变量为产物含量,A项错误;实验前需分别在相应温度下处理酶与底物,待酶与底物达到相应温度后,再混合并在相应温度下保温,使其进行反应,B项错误;根据1 h末的实验结果,与其他温度下相比较,35 ℃时产物含量最大,因此该酶的最适温度在25 ℃到45 ℃之间,C项正确;由1 h末的产物含量不同可知,25 ℃与35 ℃实验组的酶活性不同,但在反应2 h末,两温度条件下产物含量相等,此时25 ℃实验组与35 ℃实验组在2 h末反应可能都已经结束,D项错误。
考点2 细胞呼吸与光合作用
考源·核心整合
1.(2)ATP和NADPH 热能 光合作用 2.(2)CO2浓度 酶的数量和活性 NADPH ATP C3 温度 色素含量、C5的含量 酶的活性 (3)CO2吸收量 净光合速率
考题·经典再研
1.答案 (1)基质 ATP、NADPH (2)植株S保卫细胞中G酶表达量提高,促进甘氨酸转化为丝氨酸,释放二氧化碳用于光合作用,从而生成更多的可溶性糖,提高了保卫细胞的细胞液浓度,植物保卫细胞吸水,气孔开度增大,二氧化碳吸收加快,暗反应速率加快 (3)减小 小 (4)实验思路:以野生型植株W为参照,构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组,在相同且适宜条件下培养,测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。预期结果:植株T净光合速率小于植株W,植株S净光合速率大于植株W。
2.答案 (1)O2、H+和电子 ATP和NADPH (2)降低 缺钾会使与叶绿素合成相关的酶的活性降低;缺钾会影响细胞的渗透调节,进而影响细胞对Mg、N等的吸收,使叶绿素合成减少
(3)①分别提取该叶片组织细胞的细胞核DNA和叶绿体DNA ②根据编码Rubisco的两个基因两端的DNA序列设计相应引物
③利用提取的DNA和设计的引物分别进行PCR扩增并电泳 ⑤和已知基因序列进行比较,确定突变位点
解析 (1)在光反应过程中,水的光解会产生O2、H+和电子,该过程中光能转化为电能,电能再转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量降低,其原因是钾参与酶活性调节,缺钾会降低与叶绿素合成相关的酶的活性;钾参与渗透调节,缺钾会影响细胞渗透压,进而影响细胞对Mg、N等的吸收,而Mg和N是合成叶绿素的原料,因此长期缺钾会影响叶绿素的合成。(3)由题干信息知,Rubisco由两个基因编码,这两个基因及两端的DNA序列已知,因此检测Rubisco的编码基因的突变位点时,可利用PCR技术扩增突变体的相应基因,再进行电泳并与已知序列进行比较。步骤详见答案。
考向·命题趋势
1.C 解析 由于对于跃变型果实而言,呼吸跃变峰值时期是果实食用品质最好的时期,因此储存跃变型果实时,抑制呼吸跃变可延长保存时间,A项正确;呼吸跃变过程中果实细胞内淀粉分解为可溶性糖的速度先升高再降低,因此果实呼吸跃变峰值时期,果肉中可溶性糖的含量较高,B项正确;乙烯利能促进果实成熟和衰老,因此用乙烯利处理不能延缓果实呼吸跃变的到来,C项错误;环境中的低温可抑制呼吸速率,延长果实成熟时间,同时果实的成熟与细胞内基因的表达和激素的调节也有关,因此呼吸跃变是环境、植物激素和基因表达共同作用的结果,D项正确。
2.C 解析 由题图可知,C、E可用于C3的还原,故E是NADPH,B是ADP和Pi,C是ATP。H+顺浓度梯度经过Z蛋白外流的同时,利用化学势能将ADP和Pi转化为ATP,即B物质被用来合成C物质,A项正确;叶绿素分子中被光激发的电子,经传递到达D(NADP+)同时结合H+生成E,即NADPH,B项正确;物质F是CO2,浓度降低至原浓度一半时,短时间内CO2的固定速率降低,但C3的还原速率不变,故C5的含量将升高,C项错误;由题意可知,降低Z蛋白的活性会减少H+向外运输,阻断卡尔文循环中F的供应会导致暗反应减弱,进而抑制光反应ATP和NADPH的合成,由于Z蛋白的活性与ATP合成有关,因此ATP合成减少也会导致H+外运减少,因此都将有利于PSBS发挥功能,防止强光对植物细胞造成损伤,D项正确。
3.A 解析 有机肥中含有多种有机酸、肽类,以及氮、磷、钾在内的丰富的营养元素等,可以为植物提供营养物质,但不能提供能量,A项错误;该实验的自变量是有机肥与缓释肥协同施用量,实验组有机肥的种类、施用量、施用方式均需保持一致,B项正确;实验应严格控制实验条件,尽量通过重复实验,并取其平均值,排除其偶然性,提高实验的准确性,C项正确;由题表信息可知,增加缓释肥施用量,净光合速率变化不明显,但产量显著提高,原因可能是促进了光合产物向穗粒的转移,从而促进光合作用的进行,D项正确。
4.答案 (1)细胞质基质、线粒体 ATP、NADPH HNO2(亚硝酸) HNO3(硝酸) (2)H2O 膜两侧的H+浓度差 (3)全光照下,PSⅡ吸收的光能分配到非调节性的能量耗散的占比过大,对PSⅡ结构造成破坏,导致PSⅡ光能转化效率和光合电子传递效率降低
解析 (1)根尖伸长区细胞没有叶绿体,合成ATP的场所是细胞质基质和线粒体。据题图可知,图示过程属于光反应过程,发生在叶绿体的类囊体薄膜上,光反应先将光能转化为电能,再转化为化学能储存在ATP、NADPH中,用于暗反应中C3的还原过程。硝化细菌为自养型生物,可以将氨氧化成亚硝酸,进而氧化成硝酸,并利用无机物氧化所释放的能量制造有机物。(2)由题图分析可知,PSⅡ中的光合色素吸收光能后,一方面将水分解为O2和H+,同时产生的电子经传递可用于NADP+和H+结合形成NADPH,故NADPH合成过程中所需电子的最初供体是水。另一方面,在ATP合酶的作用下,H+浓度梯度提供分子势能,促使ADP与Pi反应形成ATP,故ATP合成所需能量的直接来源是膜两侧的H+浓度差。(3)由题干可知,非调节性的能量耗散的分配占比过大将对PSⅡ的结构产生破坏。结合表中数据推测,全光照下,该品种杜鹃花PSⅡ吸收的光能分配到非调节性的能量耗散的占比过大,对PSⅡ结构造成破坏,导致PSⅡ光能转化效率和光合电子传递效率降低,使该品种杜鹃花对全光照的适应能力较弱。(共74张PPT)
第2讲 细胞的功能绝大多数
基于化学反应
考点1 酶与ATP在代谢中的作用
一、ATP在细胞代谢中的作用
1.ATP的结构及拓展
腺嘌呤
腺苷
腺苷三磷酸
关于ATP的两个“不是”
①ATP不是能量。ATP是一种高能磷酸化合物，是一种直接的能源物质，不能将两者等同。
②ATP不是细胞内的唯一直接能源物质，如NADPH可为光合作用暗反应直接供能。
2.生命活动中能量的来源与去向
光能
C3
细胞质基质
关于ATP来源与去向的两个易错点
①生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP含量很少，其供应依赖ATP与ADP间的快速转化。
②ATP断裂2个特殊的化学键后，为腺嘌呤核糖核苷酸。
二、酶在细胞代谢中的作用
1.酶、激素、抗体与神经递质的“一同”“四不同”
(1)一同：均需要与特定物质结合后才能发挥作用，如酶需与特定的__________结合、激素需与特异性___________结合、抗体需与特定_________结合、神经递质需与突触后膜上的特异性受体结合。
底物
受体
抗原
(2)四不同。
物质 化学本质 来源 作用机理 作用后去向
酶 绝大多数是______，少数为RNA 几乎所有活细胞均产生 降低化学反应所需的活化能 反复多次利用
激素 蛋白质、多肽、类固醇、氨基酸衍生物等 ___________ 产生 改变靶细胞的生命活动 被灭活
蛋白质
内分泌细胞
抗体 蛋白质 浆细胞产生 与病原体结合抑制其增殖和对人体细胞的黏附 ___________
神经 递质 乙酰胆碱、多巴胺、NO、甘氨酸等 神经元(突触前神经元)产生 引起突触后膜膜电位变化 被降解或被突触前膜回收
被吞噬消化
2.酶的作用原理和特性以及影响酶促反应速率的因素
降低化学反应的活
化能
高效性
酶的
活性
底物浓度
酶浓度
①高温、过酸、过碱等条件会使酶的空间结构遭到破坏而永久失 活；低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定；酶的保存宜选择低温、适宜的pH等条件。
②底物浓度和酶浓度不影响酶活性，其通过影响酶与底物的接触面积来影响酶促反应速率。温度与pH通过影响酶活性影响酶促反应速率。
③有些酶发挥作用需要激活剂，如Taq DNA聚合酶需要Mg2+激活。
3.酶的抑制剂(常分为竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂)
4.酶的特性及相关探究实验
斐林试剂
斐林试剂
O2
1.(2024·河北卷，T2)下列关于酶的叙述，正确的是( )
A.作为生物催化剂，酶作用的反应物都是有机物
B.胃蛋白酶应在酸性、37 ℃条件下保存
C.醋酸杆菌中与发酵产酸相关的酶，分布于其线粒体内膜上
D.从成年牛、羊等草食类动物的肠道内容物中可获得纤维素酶
一般来说，酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，但其作用的反应物不一定是有机物，如过氧化氢酶作用的反应物——过氧化氢是无机物，A项错误；胃蛋白酶的最适pH为1.5，其应在酸 性、低温下保存，B项错误；醋酸杆菌属于原核生物，不具有线粒体结构，C项错误；成年牛、羊等草食类动物肠道中有可以分解纤维素的微生物，从草食类动物的肠道内容物中可以获得纤维素酶，D项正确。
解析
2.(2025·安徽卷，T1)下列关于真核细胞内细胞器中的酶和化学反应的叙述，正确的是( )
A.高尔基体膜上分布有相应的酶，可对分泌蛋白进行修饰加工
B.核糖体中有相应的酶，可将氨基酸结合到特定tRNA的3'端
C.溶酶体内含有多种水解酶，仅能消化衰老、损伤的细胞组分
D.叶绿体中的ATP合成酶，可将光能直接转化为ATP中的化学能
细胞中各种细胞器的形态、结构不同，在功能上也各有分工。高尔基体能通过膜上的酶对蛋白质进行修饰加工，然后由高尔基体膜形成包裹着蛋白质的囊泡，囊泡转运到细胞膜，与细胞膜融 合，将蛋白质分泌到细胞外，A项正确；将氨基酸运送到“生产线”上去的“搬运工”是tRNA，每种tRNA只能识别并转运一种氨基 酸，tRNA 3'端的羟基可与氨基酸的羧基形成酯键，与核糖体无 关，核糖体中相应的酶可以催化氨基酸分子之间形成肽键，B项
解析
错误；溶酶体内含有多种水解酶，其不仅能分解衰老、损伤的细胞器或细胞组分，还能吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌，C项错误；叶绿体中光合色素吸收的光能驱动水的光解和NADPH的合成，同时建立类囊体膜两侧的H+浓度梯度，ATP合成酶利用H+浓度梯度形成的化学势能使ADP与Pi反应形成ATP，D项错误。
解析
3.(2024·广东卷，T15)现有一种天然多糖降解酶，其肽链由4段序列以Ce5-Ay3-Bi-CB方式连接而成。研究者将各段序列以不同方式构建新肽链，并评价其催化活性，部分结果见表。关于各段序列的生物学功能，下列分析错误的是( )
肽链 纤维素类底物 褐藻酸类底物
W1 W2 S1 S2
Ce5-Ay3-Bi-CB + +++ ++ +++
Ce5 + ++ - -
Ay3-Bi-CB - - ++ +++
Ay3 - - +++ ++
Bi - - - -
CB - - - -
注：-表示无活性，+表示有活性，+越多表示活性越强。
A.Ay3与Ce5催化功能不同，但可能存在相互影响
B.Bi无催化活性，但可判断与Ay3的催化专一性有关
C.该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关
D.无法判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关
由题表可知，只有在Ay3存在时，降解酶才对褐藻酸类底物有降解能力，只有在Ce5存在时，降解酶才对纤维素类底物有降解能力，说明二者催化功能不同，二者都有时与单独存在时催化活性发生变化，说明二者可能存在相互影响，A项正确；由题表可知，不论是否与Bi结合，Ay3均可催化S1与S2，说明Bi与Ay3的催化专一性无关，B项错误；由Ce5-Ay3-Bi-CB组和Ay3-Bi-CB组实验结果比较可知，有无Ce5的情况下，该酶对褐藻酸类底物的催化活性都没有改变，C项正确；实验缺乏一组Ce5-Ay3-Bi的对比，所以无法判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB有关，D项正确。
解析
考向一 生命观念与科学思维
1.(2025·河北联考)痛风是一种常见的关节疾病，病因是人体内嘌呤物质异常代谢导致尿酸含量偏高。如图为嘌呤物质代谢产生尿酸的途径，临床上常用别嘌醇(与次黄嘌呤结构类似)治疗痛风。下列叙述正确的是( )
A.由图可知，黄嘌呤氧化酶不具有专一性
B.鸟嘌呤脱氨酶能为鸟嘌呤转化为黄嘌呤提供能量
C.推测别嘌醇竞争性与黄嘌呤氧化酶结合，从而减少尿酸生成
D.人只要食用富含嘌呤的食物就会导致痛风
酶的专一性指其能够催化一种或一类化学反应，因此黄嘌呤氧化酶也具有专一性，A项错误；酶是催化剂，能降低化学反应所需要的活化能，但不能为反应提供能量，B项错误；别嘌醇与次黄嘌呤结构类似，推测其可以竞争性地与黄嘌呤氧化酶结合，从而减少次黄嘌呤转化成尿酸，C项正确；食用富含嘌呤的食物不一定会导致痛风，食用过多富含嘌呤的食物可能会导致痛风，D项错误。
解析
2.(2025·河北模拟)ATP是细胞生命活动的直接能源物质，下列有关叙述正确的是( )
A.光反应阶段水的光解需要消耗ATP，属于吸能反应
B.酿酒过程中，酵母菌内丙酮酸转化为酒精的过程可产生少量ATP
C.破伤风芽孢杆菌内没有线粒体，但可通过有氧呼吸产生ATP
D.ATP与ADP相互转化的供能机制体现了生物界的统一性
光反应阶段水的光解过程消耗光能，不消耗ATP，A项错误；酿酒过程中，酵母菌进行无氧呼吸，可将丙酮酸转化为酒精，该过程不产生ATP，B项错误；破伤风芽孢杆菌没有线粒体，属于厌氧型原核生物，只进行无氧呼吸，C项错误；细胞内ATP与ADP的相互转化是生物界的共性，体现了生物界的统一性，D项正确。
解析
考向二 科学思维与实验探究
3.(2025·新乡模拟)基质金属蛋白酶MMP2和
MMP9是癌细胞转移的关键酶。明胶可被某
染液染成蓝色，MMP2和MMP9可以降解明
胶，因此可以利用含有明胶的凝胶电泳检测
这两种酶在不同条件下的活性。据图分析，下列叙述错误的是( )
A.SDS可能降低了MMP2和MMP9的活性
B.MMP2和MMP9都能降解明胶，所以它们不具有专一性
C.缓冲液的作用可能是维持MMP2和MMP9的活性
D.10 ℃保温可能降低了MMP2和MMP9的活性
37 ℃保温、加SDS、加缓冲液组比37 ℃保温、不加SDS、加缓冲液组的MMP2和MMP9条带周围的透明带面积更小，说明明胶被降解的更少，故MMP2和MMP9活性更低，因此，SDS可能降低了MMP2和MMP9的活性，A项正确；MMP2和MMP9都属于酶，酶具有专一性，B项错误；缓冲液可以维持pH条件的稳定，从而维持MMP2和MMP9的活性，C项正确；与37 ℃保温、不加SDS、加缓冲液组相比，10 ℃保温、不加SDS、加缓冲液组，MMP2和
解析
MMP9条带周围的透明带面积更小，说明明胶被降解的更少，故MMP2和MMP9活性更低，因此，10 ℃保温可能降低了MMP2和MMP9的活性，D项正确。
解析
4.(2025·唐山模拟)实验小组从某微生物中提取出一种酶，在不同温度条件下进行相关实验，其他条件相同且适宜。分别在反应1 h末和 2 h末测定产物的含量，实验结果如表。下列叙述正确的是( )
温度 15 ℃ 25 ℃ 35 ℃ 45 ℃
产物含量 相对值 1 h末 0.3 1 1.5 0.1
2 h末 0.6 1.8 1.8 0.1
A.实验的自变量是产物含量，因变量是反应温度与反应时间
B.实验开始时应将酶与底物混合后再置于对应的温度下保温
C.根据表中实验结果可推知，该酶的最适温度在25 ℃到45 ℃之间
D.25 ℃时的产物含量和酶活性与35 ℃时的产物含量和酶活性相同
该实验是在不同的时间检测不同温度下产物的生成量，实验的自变量为反应时间和反应温度，因变量为产物含量，A项错误；实验前需分别在相应温度下处理酶与底物，待酶与底物达到相应温度
解析
后，再混合并在相应温度下保温，使其进行反应，B项错误；根据1 h末的实验结果，与其他温度下相比较，35 ℃时产物含量最 大，因此该酶的最适温度在25 ℃到45 ℃之间，C项正确；由1 h末的产物含量不同可知，25 ℃与35 ℃实验组的酶活性不同，但在反应2 h末，两温度条件下产物含量相等，此时25 ℃实验组与35 ℃实验组在2 h末反应可能都已经结束，D项错误。
解析
第2讲 细胞的功能绝大多数
基于化学反应
考点2 细胞呼吸与光合作用
1.光合作用与细胞呼吸过
程中物质和能量的转换
(1)“三种”元素转移途径。
光合作用与细胞呼吸过程的三个易错点
①光合作用过程中产生的O2全部来自水。
②葡萄糖不能直接进入线粒体被利用，需在细胞质基质中分解为丙酮酸和[H]，丙酮酸和[H]进入线粒体进一步被氧化分解。
③在光合作用中，用18O标记H2O，可以在O2中检测到18O，转移途径为O→18O2。
(2)能量的转换过程。
ATP和NADPH
热能
光合作用
光反应与暗反应关系的两个“两种”
①为暗反应提供能量的两种物质：ATP和NADPH。
②NADPH在暗反应中的两种作用：作为还原剂、提供能量。
2.影响细胞呼吸和光合作用的因素
(1)影响细胞呼吸的四类曲线。
(2)影响光合作用
的三类曲线。
CO2浓度
酶的数量和活性
NADPH
ATP
C3
温度
色素含量、C5的含量
酶的活性
(3)解读净光合速率、呼吸速率与真正光合速率的关系。
CO2吸收量
净光合速率
“三率”中的两个易错点
①若题干中给出的信息是叶绿体消耗CO2或叶绿体产生O2的量，则该数据代表真正光合速率。
②整株绿色植物净光合速率为0时，叶肉细胞的净光合速率大于0。
1.(2025·陕晋宁青卷，T17)叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图(b)。回答下列问题：
(1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的________，产物C3在光反应生成的_______________参与下合成糖类等有机物。
(2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图(a)(b)可知，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是_________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
基质
ATP、NADPH
植株S保卫细胞中G酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增 大，二氧化碳吸收加快，暗反应速率加快
(3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S的净光合速率________(填“增大”或“减小”)；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度_____(填“大”“小”或“无法判断”)。
减小
小
(4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果。
实验思路：以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。预期结果：植株T净光合速率小于植株W，植株S净光合速率大于植株W。
答案
[关键能力] (1)信息获取与科学思维。
(2)获取信息、逻辑推理。
(3)实验设计。
2.(2024·湖南卷，T17)钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功 能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻力增大；Rubisco的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降，最终导致净光合速率下降。回答下列问题：
(1)从物质和能量转化角度分析，叶绿体的光合作用即在光能驱动 下，水分解产生____________________；光能转化为电能，再转化为_____________________中储存的化学能，用于暗反应的过程。
O2、H+和电子
ATP和NADPH
(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量_____，从叶绿素的合成角度分析，原因是_________________________________________________ ____________________________________________________________________(答出两点即可)。
(3)现发现该植物群体中有一植株，在正常供钾条件下，总叶绿素含量正常，但气孔导度等其他光合作用相关指标均与缺钾时相近，推测是Rubisco的编码基因发生突变所致。Rubisco由两个基因(包括1个核基因和1个叶绿体基因)编码，这两个基因及两端的DNA序列已 知。拟以该突变体的叶片组织为实验材料，以测序的方式确定突变位点。写出关键实验步骤：
降低
缺钾会使与叶绿素合成相关的酶的活性降低；缺钾会影响细胞的渗透调节，进而影响细胞对Mg、N等的吸收，使叶绿素合成减少
①_______________________________________________________；
②_______________________________________________________；
③_______________________________________________________；
④基因测序；
⑤_______________________________________________________。
分别提取该叶片组织细胞的细胞核DNA和叶绿体DNA
根据编码Rubisco的两个基因两端的DNA序列设计相应引物
利用提取的DNA和设计的引物分别进行PCR扩增并电泳
和已知基因序列进行比较，确定突变位点
(1)在光反应过程中，水的光解会产生O2、H+和电子，该过程中光能转化为电能，电能再转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量降低，其原因是钾参与酶活性调节，缺钾会降低与叶绿素合成相关的酶的活性；钾参与渗 透调节，缺钾会影响细胞渗透压，进而影响细胞对Mg、N等的吸收，而Mg和N是合成叶绿素的原料，因此长期缺钾会影响叶绿素的合成。(3)由题干信息知，Rubisco由两个基因编码，这两个基因
解析
及两端的DNA序列已知，因此检测Rubisco的编码基因的突变位点时，可利用PCR技术扩增突变体的相应基因，再进行电泳并与已知序列进行比较。步骤详见答案。
解析
考向一 社会责任与科学思维
1.(2025·武汉模拟)有些果实成熟过程中，呼吸速率突然增高，然后又快速下降的现象叫呼吸跃变。对于跃变型果实而言，呼吸跃变峰值时期是果实食用品质最好的时期。下列叙述错误的是( )
A.储存跃变型果实时，抑制呼吸跃变可延长保存时间
B.果实呼吸跃变峰值时期，果肉中可溶性糖的含量较高
C.低温和乙烯利处理都可以延缓果实呼吸跃变的到来
D.呼吸跃变是环境、植物激素和基因表达共同作用的结果
由于对于跃变型果实而言，呼吸跃变峰值时期是果实食用品质最好的时期，因此储存跃变型果实时，抑制呼吸跃变可延长保存时间，A项正确；呼吸跃变过程中果实细胞内淀粉分解为可溶性糖的速度先升高再降低，因此果实呼吸跃变峰值时期，果肉中可溶性糖的含量较高，B项正确；乙烯利能促进果实成熟和衰老，因此用乙烯利处理不能延缓果实呼吸跃变的到来，C项错误；环境中的低温可抑制呼吸速率，延长果实成熟时间，同时果实的成 熟与细胞内基因的表达和激素的调节也有关，因此呼吸跃变是环境、植物激素和基因表达共同作用的结果，D项正确。
解析
2.(2025·青岛模拟)如图是光合作用过程示意图(字母代表物质)，PSBS是一种类囊体膜蛋白，能感应类囊体腔内H+的浓度而被激活，激活的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，防止强光对植物细胞造成损伤。下列说法错误的是( )
A.H+经过Z蛋白外流的同时，利用B物质来合成C物质
B.叶绿素分子中被光激发的e-，经传递到达D结合H+后生成E
C.物质F浓度降低至原浓度一半时，短时间内C5的含量将降低
D.降低Z蛋白的活性和阻断卡尔文循环中F的供应都将有利于PSBS发挥功能
由题图可知，C、E可用于C3的还原，故E是NADPH，B是ADP和Pi，C是ATP。H+顺浓度梯度经过Z蛋白外流的同时，利用化学势能将ADP和Pi转化为ATP，即B物质被用来合成C物质，A项正 确；叶绿素分子中被光激发的电子，经传递到达D(NADP+)同时结合H+生成E，即NADPH，B项正确；物质F是CO2，浓度降低至原浓度一半时，短时间内CO2的固定速率降低，但C3的还原速率不变，故C5的含量将升高，C项错误；由题意可知，降低Z蛋白的活
解析
性会减少H+向外运输，阻断卡尔文循环中F的供应会导致暗反应减弱，进而抑制光反应ATP和NADPH的合成，由于Z蛋白的活性与ATP合成有关，因此ATP合成减少也会导致H+外运减少，因此都将有利于PSBS发挥功能，防止强光对植物细胞造成损伤，D项正确。
解析
3.(2025·南通模拟)为探究盐碱土壤上高粱最适有机肥与缓释肥协同施用量，某科研小组以辽糯11为实验材料，设置4个实验处理，得到如表部分实验结果。下列相关分析错误的是( )
组别 有机肥施用量/ (kg·667 m-2) 缓释肥施用量/ (kg·667 m-2) 净光合速率/ (μmol·m-2·s-1) 产量/
(kg·667 m-2)
CK 0 40 30.56 574
T1 2 40 14.39 396
T2 2 50 22.62 537
T3 2 60 22.75 736
A.施用有机肥能为作物提供能量和N、P、K等大量元素
B.实验组有机肥的种类、施用量、施用方式均需保持一致
C.测量净光合速率时，选取相同部位的叶片重复测量3次，取平均值
D.T3组显著提高产量的原因可能是促进了光合产物向穗粒的转移
有机肥中含有多种有机酸、肽类，以及氮、磷、钾在内的丰富的营养元素等，可以为植物提供营养物质，但不能提供能量，A项错误；该实验的自变量是有机肥与缓释肥协同施用量，实验组有机肥的种类、施用量、施用方式均需保持一致，B项正确；实验应严格控制实验条件，尽量通过重复实验，并取其平均值，排除其偶然性，提高实验的准确性，C项正确；由题表信息可知，增加缓释肥施用量，净光合速率变化不明显，但产量显著提高，原因可能是促进了光合产物向穗粒的转移，从而促进光合作用的进行，D项正确。
解析
考向二 科学探究与语言表达
4.(2025·济南模拟)如图为杜鹃花叶肉细胞叶绿体部分结构及相关反应示意图，光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是叶绿体进行光吸收的功能单位。PSⅡ吸收光能的分配有三个去路：①PSⅡ光化学反应所利用的能量；②PSⅡ调节性热耗散等形式的能量耗散；③非调节性的能量耗散。研究发现，③部分的分配占比过大将对PSⅡ的结构产生破坏。回答下列问题：
(1)杜鹃花根尖伸长区细胞中能合成ATP的场所是_________________;在类囊体薄膜上光能被转化为电能，后被转化为化学能储存在________________中；生产者除了利用光能还可以利用化学能，如硝化细菌能将土壤中的氨(NH3)氧化成_______________，进而氧化成_______________，释放出的化学能可以被硝化细菌用来将CO2、H2O合成糖类。
(2)据图可知，NADPH合成过程中所需电子的最初供体是______，推动ATP合成所需能量的直接来源是_____________________。
细胞质基质、线粒体
ATP、NADPH
HNO2(亚硝酸)
HNO3(硝酸)
H2O
膜两侧的H+浓度差
(3)为探索某种杜鹃花叶片对光环境变化的适应及响应机制，研究人员将其长期遮阴培养后，置于全光照下继续培养一段时间并进行相关检测，结果如表所示。
条件 遮阴 全光照
PSⅡ光能转化效率/100% 79.3 49.4
光合电子传递效率/(μmol·m-2·s-1) 64.9 37.8
请结合表中数据，从光能分配角度分析，该品种杜鹃花对全光照的适应能力较弱的原因是_______________________________________ _________________________________________________________________________________________。
全光照下，PSⅡ吸收的光能分配到非调节性的能量耗散的占比过大，对PSⅡ结构造成破坏，导致PSⅡ光能转化效率和光合电子传递效率降低
(1)根尖伸长区细胞没有叶绿体，合成ATP的场所是细胞质基质和线粒体。据题图可知，图示过程属于光反应过程，发生在叶绿体的类囊体薄膜上，光反应先将光能转化为电能，再转化为化学能储存在ATP、NADPH中，用于暗反应中C3的还原过程。硝化细菌为自养型生物，可以将氨氧化成亚硝酸，进而氧化成硝酸，并利用无机物氧化所释放的能量制造有机物。(2)由题图分析可知，PSⅡ中的光合色素吸收光能后,一方面将水分解为O2和H+，同时产生的电子经传递可用于NADP+和H+结合形成NADPH，故NADPH
解析
合成过程中所需电子的最初供体是水。另一方面，在ATP合酶的作用下,H+浓度梯度提供分子势能，促使ADP与Pi反应形成ATP，故ATP合成所需能量的直接来源是膜两侧的H+浓度差。(3)由题干可知，非调节性的能量耗散的分配占比过大将对PSⅡ的结构产生破坏。结合表中数据推测，全光照下，该品种杜鹃花PSⅡ吸收的光能分配到非调节性的能量耗散的占比过大，对PSⅡ结构造成破坏，导致PSⅡ光能转化效率和光合电子传递效率降低，使该品种杜鹃花对全光照的适应能力较弱。
解析专题微练(二) 细胞的功能绝大多数基于化学反应
一、选择题
1.(2025·唐山模拟)细胞中有一类蛋白质叫“分子马达”,它们的构象会随着ATP与ADP的交替结合而改变,促使ATP转化成ADP。下列分析错误的是( )
A.ADP分子比ATP分子更稳定
B.“分子马达”能催化ATP的水解
C.ATP末端的磷酸基团有较高的转移势能
D.“分子马达”的合成伴随着ATP的合成
2.(2025·河北卷,T2)下列过程涉及酶催化作用的是( )
A.Fe3+催化H2O2的分解
B.O2通过自由扩散进入细胞
C.PCR过程中DNA双链的解旋
D.植物体细胞杂交前细胞壁的去除
3.(2025·河南模拟)在线粒体内膜上,多个含有辅助因子的蛋白质复合体按一定顺序排列形成一个传递电子/氢的反应链,称为电子传递链或呼吸链。研究发现,在一种肺癌细胞(F细胞)中,线粒体电子传递链发生阻断,导致嘌呤核苷酸的合成受到抑制。下列相关分析错误的是( )
A.电子传递链的阻断使有氧呼吸无法完成
B.嘌呤核苷酸合成受阻会促进ATP的合成
C.基因突变可能会引起电子传递链的阻断
D.F细胞会消耗更多有机物,用于无氧呼吸
4.(2024·广东卷,T5)研究发现,敲除某种兼性厌氧酵母(WT)sqr基因后获得的突变株△sqr中,线粒体出现碎片化现象,且数量减少。下列分析错误的是( )
A.碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸
B.线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱
C.有氧条件下,WT比△sqr的生长速度快
D.无氧条件下,WT比△sqr产生更多的ATP
5.(2025·淮安模拟)磷酸丙糖不仅是光合作用中最先产生的糖,也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。如图为某植物光合作用产物的合成与运输示意图。下列相关说法正确的是( )
A.a表示的物质是ATP,它可以在叶绿体基质中合成
B.磷酸丙糖应该是一种五碳化合物
C.磷酸丙糖是暗反应产物,在细胞质基质中合成淀粉
D.若图中表示的磷酸转运器活性受抑制,会导致光合速率下降
6.(2025·大连模拟)研究者欲用希尔反应来测定拟南芥叶绿体的活力。希尔反应的基本过程是将离体叶绿体加到含有DCIP(氧化型)、蔗糖和磷酸缓冲液(pH=7.3)的溶液中并照光。水在光照下被分解,溶液中的DCIP被还原,由蓝色变成无色。下列叙述正确的是( )
A.希尔反应中加蔗糖的目的是为该反应提供能量
B.DCIP的颜色变化的快慢或单位时间内的氧气释放量均可反映出叶绿体活力
C.DCIP(氧化型)在希尔反应中的作用相当于NADPH在光反应中的作用
D.希尔反应可以说明有机物的最终合成与水的光解无关
7.丝瓜果肉中邻苯二酚等酚类物质在多酚氧化酶(PPO)的催化下形成褐色物质,褐色物质在410 nm可见光下有较高的吸光值(OD值),且褐色物质越多,OD值越高。已知底物分子在温度升高时所具有的能量提高,PPO的最适pH为5.5。科学家用丝瓜果肉的PPO粗提液、邻苯二酚、必需的仪器等探究温度对PPO活性的影响,结果如图。下列说法错误的是( )
A.PPO在35 ℃和40 ℃时降低的活化能相同
B.测定PPO的最适温度需要在30~40 ℃范围内设置温度梯度
C.实验中应先将PPO提取液和邻苯二酚溶液分别在相应的温度下保温适当时间,然后再混合
D.丝瓜果肉PPO粗提液可以在0 ℃和pH为5.5的条件下保存
8.(2025·佛山模拟)植物细胞内10%~25%的葡萄糖经过一系列反应,产生NADPH、CO2和多种中间产物,该过程称为磷酸戊糖途径。该途径的中间产物可进一步生成氨基酸和核苷酸等。下列说法错误的是( )
A.磷酸戊糖途径产生的NADPH与有氧呼吸产生的还原型辅酶不同
B.与有氧呼吸相比,葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量少
C.正常生理条件下,利用14C标记的葡萄糖可追踪磷酸戊糖途径中各产物的生成
D.受伤组织修复过程中所需要的原料可由该途径的中间产物转化生成
9.(2025·邵阳模拟)科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质,在适宜条件下进行周期性的光暗交替实验,结果如图所示。下列叙述错误的是( )
A.光照开始后短时间内,叶绿体内C3的含量会下降
B.阴影部分的面积可用来表示一个光周期的光照时间内NADPH和ATP的积累量
C.光照开始后两曲线逐渐重合时,光反应速率等于暗反应速率
D.光照总时间及实验时间相同的条件下,光暗交替和连续光照制造的有机物相等
10.(2025·安徽联考)叶绿体随着光照强度的变化,在细胞中的分布和位置也会发生相应改变,称为叶绿体定位。野生型(WT)拟南芥叶片呈深绿色,对叶片的一部分(整体遮光,中部留出一条窄缝)强光照射1 h后,被照射的窄缝处变成浅绿色(提示叶绿体发生了迁移),而突变体chup1-2叶片(CHUP1基因突变)经强光照射后叶色不变,实验过程和原理如图所示。已知CHUP1基因编码的CHUP1蛋白能与叶绿体移动有关的肌动蛋白(构成细胞骨架中微丝蛋白的重要成分)相结合。下列相关叙述错误的是( )
A.强光照射后,野生型细胞中的叶绿体发生了位置和分布的变化,以减少强光的伤害
B.若破坏细胞微丝蛋白后叶绿体定位异常,推测微丝蛋白可能与叶绿体的运动有关
C.在弱光照射下,CHUP1蛋白缺失的叶肉细胞中叶绿体的定位和分布是正常的
D.CHUP1蛋白缺失型拟南芥比野生型拟南芥在弱光下暗反应生成C5的速率低
二、非选择题
11.(2025·济南模拟)光系统复合物由蛋白质和光合色素组成,共同完成光能的转化作用,D1蛋白是其中的关键蛋白。当光照强度超过光系统复合物利用限度时会导致光合强度下降,即发生光抑制现象。如图为某高等植物叶绿体中光合作用过程及光抑制发生机理图,回答下列问题:
(1)光系统复合物位于___________________上,它受损的结果首先影响光合作用的_______________阶段。据图推测,psbA基因的遗传_______________(填“遵循”或“不遵循”)孟德尔的遗传定律。
(2)一般情况下植物正常进行光合作用时,若气孔增大,其他条件均未发生变化,C5的生成速率将_______________,原因是_____________________________________________。
(3)当光抑制现象初始发生时,NADP+浓度会暂时_______________。从生物工程角度分析,写出一个缓解光抑制现象的思路:_______________________。
12.(科学探究)(2025·福州模拟)研究人员以黄瓜为材料,在固定红蓝光强度的基础上,添加3种不同强度的远红光,各处理红光∶远红光的比值分别为10(L-FR)、1.2(M-FR)和0.8(H-FR),比较不同处理对黄瓜幼苗生长及光合的影响,其结果如表。回答下列问题:
处理 株高/ cm 叶绿素 相对含 量 胞间CO2 浓度/ (μmolCO2· mol-1) 净光合 速率 (μmolCO2· m-2·s-1) 气孔导度/ (μmolCO2· m-2·s-1) Rubisco酶 活性/(U/L)
L-FR 23.95 17.4 312 1.71 0.016 57
M-FR 72 16.1 312 1.71 0.018 105
H-FR 82.97 12.7 425 1.24 0.023 58
(1)植物具有感受红光与远红光的光感受器,这种光感受器被称为_______________。植物冠层红光/远红光比值的变化会改变该受体的结构,并且通过调节___________________来影响植物形态发生。表中结果说明随着远红光强度的增加,各处理间的株高随之显著_______________,这对植物光合作用的意义是有利于_________________________。
(2)从表中数据分析,H-FR处理组的胞间二氧化碳浓度高,其原因是________________________________。
(3)感受红光与远红光的光感受器在黑暗条件下以无活性的构型存在,光下吸收红光,转变为有活性的构型。该光感受器不但在植物光形态建成中扮演着重要的角色,还参与调控植物抗逆信号通路,可提高植物的抗病性。
①为验证上述结论,请利用相应的光感受器突变体植株、致病菌株A等完善下列分组处理。
组别 处理 检测结果
A 野生型+黑暗 处理3:_______________ 过一段时间后,检测叶片上菌株A的数目
B 处理1:_______________
C 野生型+光照
D 处理2:_______________
②请将预测结果以柱形图形式呈现。
专题微练(二) 细胞的功能绝大多数基于化学反应
1.D 解析 ATP中远离A的特殊化学键容易断裂,ADP与ATP相比,ADP更稳定,A项正确;根据题意,“分子马达”具有催化ATP水解的作用,B项正确;由于ATP中的磷酸基团都带负电荷而相互排斥,导致特殊的化学键不稳定,使得ATP末端的磷酸基团有较高的转移势能,C项正确;“分子马达”的合成依赖ATP水解提供能量,而不是伴随ATP的合成,D项错误。
2.D 解析 Fe3+催化H2O2的分解实验中,催化剂是Fe3+,A项不符合题意;O2通过自由扩散进入细胞是直接穿过磷脂双分子层,不需要酶的作用,B项不符合题意;PCR过程中DNA双链在温度超过90 ℃时解旋,不需要解旋酶,C项不符合题意;植物体细胞杂交前,需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,D项符合题意。
3.B 解析 由题意可知,电子传递链位于线粒体内膜上,因此电子传递链的阻断会抑制有氧呼吸第三阶段的进行,从而使有氧呼吸无法完成,A项正确;嘌呤核苷酸是合成ATP的原料,嘌呤核苷酸合成受阻会抑制ATP的合成,B项错误;电子传递链由多种蛋白质复合体组成,而蛋白质是由基因编码的,基因突变会导致蛋白质结构改变,从而影响到电子传递链,C项正确;由题意可知,该F细胞内,电子传递链的阻断会导致该细胞主要通过无氧呼吸供能,会消耗更多有机物,D项正确。
4.D 解析 碎片化的线粒体无法为有氧呼吸提供场所,不能正常进行有氧呼吸,A项正确;有氧呼吸第二、三阶段发生在线粒体,线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱,B项正确;与△sqr相比,WT正常线粒体数量更多,有氧条件下,WT能获取更多的能量,生长速度比△sqr快,C项正确;无氧呼吸发生在细胞质基质,与线粒体无关,所以无氧条件下WT产生ATP的量与△sqr相同,D项错误。
5.D 解析 题图中a表示的物质是光反应为暗反应提供的物质(NADPH和ATP),在叶绿体类囊体薄膜上合成,A项错误;磷酸丙糖是三碳化合物,B项错误;磷酸丙糖合成淀粉的过程是在叶绿体基质中进行的,C项错误;若磷酸转运器活性受抑制,则不能将磷酸丙糖运出叶绿体和将Pi运入叶绿体,造成叶绿体中光合作用产物积累和缺少Pi,导致光合作用速率降低,D项正确。
6.B 解析 希尔反应中加入蔗糖溶液是为了维持渗透压,A项错误;水在光照下被分解,溶液中的DCIP被还原,由蓝色变成无色,颜色变化的快慢代表了H+释放的速度,同样氧气的释放速度也代表光反应的速率,它们均可反映出叶绿体活力,B项正确;希尔反应模拟了光合作用中光反应阶段的部分变化,该阶段在叶绿体的类囊体薄膜中进行,溶液中的DCIP被还原,因此氧化剂DCIP在希尔反应中的作用,相当于NADP+在光反应中的作用,C项错误;希尔反应的悬浮液中只有水,没有CO2,不能合成糖类,说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应,但不能说明有机物的最终合成和水的光解无关,D项错误。
7.A 解析 由题图可知,PPO在温度为35 ℃和40 ℃时OD值不同,故35 ℃和40 ℃时降低的活化能也不同,A项错误;由题意可知,35 ℃时酶活性最高,故应在30~40 ℃范围内设置温度梯度实验,更精确地测定PPO的最适温度,B项正确;0 ℃时PPO的活性较弱且不会破坏其构象,可以将丝瓜果肉PPO粗提液在0 ℃和pH为5.5的条件下保存,D项正确。
8.C 解析 根据题意,磷酸戊糖途径产生的是NADPH,而有氧呼吸产生的还原型辅酶是NADH,A项正确;有氧呼吸是葡萄糖彻底氧化分解释放能量的过程,而磷酸戊糖途径产生了多种中间产物,中间产物还可进一步生成其他有机物,所以葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量比有氧呼吸少,B项正确;正常生理条件下,只有10%~25%的葡萄糖参加了磷酸戊糖途径,其余的葡萄糖会参与其他代谢反应,例如有氧呼吸,所以用14C标记葡萄糖,除了追踪到磷酸戊糖途径的含碳产物,还会追踪到参与其他代谢反应的产物,C项错误;受伤组织修复即是植物组织的再生过程,细胞需要增殖,所以需要核苷酸和氨基酸等原料,而磷酸戊糖途径的中间产物可生成氨基酸和核苷酸等,D项正确。
9.D 解析 光反应产生ATP与NADPH,可使C3的还原快速进行,光照开始后短时间内,CO2吸收速率很低,C3的合成较慢,因此叶绿体内C3的含量会下降,A项正确;由于O2的释放速率代表光反应,能产生NADPH和ATP,暗反应固定CO2,消耗NADPH和ATP,所以阴影部分应该表示光反应产生量与暗反应消耗量的差值,即一个光周期的光照时间内NADPH和ATP的积累量,B项正确;由于该实验中只存在离体的叶绿体,所以测出O2的释放速率为真正光合作用的速率,由于O2的释放速率代表光反应,能产生ATP与NADPH,暗反应固定CO2产生C3,C3的还原消耗ATP与NADPH,光照开始后两曲线逐渐重合时,光反应速率等于暗反应速率,C项正确;光暗交替时暗反应能更充分地利用光反应产生的NADPH和ATP,故光照总时间及实验时间相同的条件下,光暗交替制造的有机物大于连续光照制造的有机物,D项错误。
10.C 解析 题图中显示,在弱光照射下,CHUP1蛋白缺失的叶肉细胞中叶绿体的定位和分布是不正常的,即叶绿体不会聚集到光照部位,C项错误;弱光条件下,CHUP1蛋白缺失型拟南芥的叶绿体不会聚集到照光部位,因而光反应比野生型拟南芥弱,产生的ATP和NADPH少,C3还原速率下降,因此,在弱光下暗反应生成C5的速率低,D项正确。
11.答案 (1)叶绿体类囊体薄膜 光反应 不遵循
(2)加快 气孔增大,为暗反应提供较多的CO2,暗反应速率加快,C3和C5的生成速率均将加快
(3)增加 通过基因工程手段导入能分解超氧阴离子自由基的酶的基因;通过蛋白质工程改造D1蛋白增强其稳定性,减少被超氧阴离子自由基破坏
解析 (1)光系统复合物是由光合色素和蛋白质组成的复合物,主要完成光合作用的光反应,位于叶绿体的类囊体薄膜上,它受损的结果首先影响光合作用的光反应阶段。psbA基因位于叶绿体中,而叶绿体中的基因属于细胞质基因,细胞质基因的遗传不遵循孟德尔遗传定律。(2)CO2是暗反应的原料,可参与CO2的固定过程,消耗C5生成C3,气孔导度增大使进入细胞的CO2增多,CO2固定加快,消耗C5量多,生成的C3增多。该过程中C5的生成速率也将加快。(3)当光照强度超过光系统复合物利用限度时会导致光合强度下降,即发生光抑制现象,当光抑制现象初始发生时,首先抑制影响到光反应,NADP+浓度会暂时增加。若要缓解光抑制现象,可以通过基因工程手段导入能分解超氧阴离子自由基的酶的基因;通过蛋白质工程改造D1蛋白增强其稳定性,减少被超氧阴离子自由基破坏。
12.答案 (1)光敏色素 相关基因的表达 增加 捕获更多的光能 (2)光合作用受到抑制,消耗的二氧化碳减少,且气孔导度增加,进入的二氧化碳增多 (3)①突变体+黑暗 突变体+光照 接种等量的菌株A
②
解析 (1)植物具有感受红光与远红光的光感受器,这种光感受器被称为光敏色素。植物冠层红光/远红光比值的变化会改变该受体的结构,并且通过相关基因的表达来调节植物的内源激素水平,以调节植物形态发生。题表中结果说明随着远红光强度的增加,各处理间的株高随之显著增加,这有利于捕获更多的光能。(2)分析题表中数据可知,H-FR处理组的胞间二氧化碳浓度高,其原因是光合作用受到抑制,消耗的二氧化碳减少,且气孔导度增加,进入的二氧化碳增多。(3)①由题意分析,该实验的自变量为野生型植株和突变体植株,光照和黑暗。根据对照原则,分组中还需要突变体+黑暗和突变体+光照组,需检测这些植株的抗病能力,故需接种等量的致病菌株A;②光敏色素在黑暗条件下以无活性的构型存在,光下吸收红光,转变为有活性的构型,故只有野生型+光照组具有抗病能力,故结果见答案图。
方法微点拨 长句表达题能够很好地考查学生的逻辑推理能力和语言表达能力,同时长句表达也是大多数学生的薄弱点,很容易失分。这类试题可按照以下模型分析并解答:(共37张PPT)
专题微练(二) 细胞的功能绝大多数基于化学反应
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一、选择题
1.(2025·唐山模拟)细胞中有一类蛋白质叫“分子马达”，它们的构象会随着ATP与ADP的交替结合而改变，促使ATP转化成ADP。下列分析错误的是( )
A.ADP分子比ATP分子更稳定
B.“分子马达”能催化ATP的水解
C.ATP末端的磷酸基团有较高的转移势能
D.“分子马达”的合成伴随着ATP的合成
ATP中远离A的特殊化学键容易断裂，ADP与ATP相比，ADP更稳定，A项正确；根据题意，“分子马达”具有催化ATP水解的作用，B项正确；由于ATP中的磷酸基团都带负电荷而相互排斥，导致特殊的化学键不稳定，使得ATP末端的磷酸基团有较高的转移势能，C项正确；“分子马达”的合成依赖ATP水解提供能量，而不是伴随ATP的合成，D项错误。
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2.(2025·河北卷，T2)下列过程涉及酶催化作用的是( )
A.Fe3+催化H2O2的分解
B.O2通过自由扩散进入细胞
C.PCR过程中DNA双链的解旋
D.植物体细胞杂交前细胞壁的去除
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Fe3+催化H2O2的分解实验中，催化剂是Fe3+，A项不符合题意；O2通过自由扩散进入细胞是直接穿过磷脂双分子层，不需要酶的作用，B项不符合题意；PCR过程中DNA双链在温度超过90 ℃时解旋，不需要解旋酶，C项不符合题意；植物体细胞杂交前，需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，D项符合题意。
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3.(2025·河南模拟)在线粒体内膜上，多个含有辅助因子的蛋白质复合体按一定顺序排列形成一个传递电子/氢的反应链，称为电子传递链或呼吸链。研究发现，在一种肺癌细胞(F细胞)中，线粒体电子传递链发生阻断，导致嘌呤核苷酸的合成受到抑制。下列相关分析错误的是( )
A.电子传递链的阻断使有氧呼吸无法完成
B.嘌呤核苷酸合成受阻会促进ATP的合成
C.基因突变可能会引起电子传递链的阻断
D.F细胞会消耗更多有机物，用于无氧呼吸
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由题意可知，电子传递链位于线粒体内膜上，因此电子传递链的阻断会抑制有氧呼吸第三阶段的进行，从而使有氧呼吸无法完成，A项正确；嘌呤核苷酸是合成ATP的原料，嘌呤核苷酸合成受阻会抑制ATP的合成，B项错误；电子传递链由多种蛋白质复合体组成，而蛋白质是由基因编码的，基因突变会导致蛋白质结构改变，从而影响到电子传递链，C项正确；由题意可知，该F细胞内，电子传递链的阻断会导致该细胞主要通过无氧呼吸供能，会消耗更多有机 物，D项正确。
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4.(2024·广东卷，T5)研究发现，敲除某种兼性厌氧酵母(WT)sqr基因后获得的突变株△sqr中，线粒体出现碎片化现象，且数量减少。下列分析错误的是( )
A.碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸
B.线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱
C.有氧条件下，WT比△sqr的生长速度快
D.无氧条件下，WT比△sqr产生更多的ATP
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碎片化的线粒体无法为有氧呼吸提供场所，不能正常进行有氧呼吸，A项正确；有氧呼吸第二、三阶段发生在线粒体，线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱，B项正确；与△sqr相比，WT正常线粒体数量更多，有氧条件下，WT能获取更多的能量，生长速度比△sqr快，C项正确；无氧呼吸发生在细胞质基质，与线粒体无关，所以无氧条件下WT产生ATP的量与△sqr相同，D项错误。
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5.(2025·淮安模拟)磷酸丙糖不仅是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。如图为某植物光合作用产物的合成与运输示意图。下列相关说法正确的是( )
A.a表示的物质是ATP，它可以在叶绿体
基质中合成
B.磷酸丙糖应该是一种五碳化合物
C.磷酸丙糖是暗反应产物，在细胞质基质
中合成淀粉
D.若图中表示的磷酸转运器活性受抑制，会导致光合速率下降
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题图中a表示的物质是光反应为暗反应提供的物质(NADPH和ATP)，在叶绿体类囊体薄膜上合成，A项错误；磷酸丙糖是三碳化合物， B项错误；磷酸丙糖合成淀粉的过程是在叶绿体基质中进行的，C项错误；若磷酸转运器活性受抑制，则不能将磷酸丙糖运出叶绿体和将Pi运入叶绿体，造成叶绿体中光合作用产物积累和缺少Pi，导致光合作用速率降低，D项正确。
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6.(2025·大连模拟)研究者欲用希尔反应来测定拟南芥叶绿体的活力。希尔反应的基本过程是将离体叶绿体加到含有DCIP(氧化型)、蔗糖和磷酸缓冲液(pH=7.3)的溶液中并照光。水在光照下被分解，溶液中的DCIP被还原，由蓝色变成无色。下列叙述正确的是( )
A.希尔反应中加蔗糖的目的是为该反应提供能量
B.DCIP的颜色变化的快慢或单位时间内的氧气释放量均可反映出叶绿体活力
C.DCIP(氧化型)在希尔反应中的作用相当于NADPH在光反应中的作用
D.希尔反应可以说明有机物的最终合成与水的光解无关
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希尔反应中加入蔗糖溶液是为了维持渗透压，A项错误；水在光照下被分解，溶液中的DCIP被还原，由蓝色变成无色，颜色变化的快慢代表了H+释放的速度，同样氧气的释放速度也代表光反应的速率，它们均可反映出叶绿体活力，B项正确；希尔反应模拟了光合作用中光反应阶段的部分变化，该阶段在叶绿体的类囊体薄膜中进行，溶液中的DCIP被还原，因此氧化剂DCIP在希尔反应中的作用，相当于NADP+在光反应中的作用，C项错误；希尔反应的悬浮液中只有水，没有CO2，不能合成糖类，说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，但不能说明有机物的最终合成和水的光解无关，D项错误。
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7.丝瓜果肉中邻苯二酚等酚类物质在多酚氧化酶(PPO)的催化下形成褐色物质，褐色物质在410 nm可见光下有较高的吸光值(OD值)，且褐色物质越多，OD值越高。已知底物分子在温度升高时所具有的能量提高，PPO的最适pH为5.5。科学家用丝瓜果肉的PPO粗提液、邻苯二酚、必需的仪器等探究温度对PPO活性的影响，结果如图。下列说法错误的是( )
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A.PPO在35 ℃和40 ℃时降低的活化能相同
B.测定PPO的最适温度需要在30~40 ℃范围内设置温度梯度
C.实验中应先将PPO提取液和邻苯二酚溶液分别在相应的温度下保温适当时间，然后再混合
D.丝瓜果肉PPO粗提液可以在0 ℃和pH为5.5的条件下保存
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由题图可知，PPO在温度为35 ℃和40 ℃时OD值不同，故35 ℃和40 ℃时降低的活化能也不同，A项错误；由题意可知，35 ℃时酶活性最高，故应在30~40 ℃范围内设置温度梯度实验，更精确地测定PPO的最适温度，B项正确；0 ℃时PPO的活性较弱且不会破坏其构象，可以将丝瓜果肉PPO粗提液在0 ℃和pH为5.5的条件下保存，D项正确。
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8.(2025·佛山模拟)植物细胞内10%~25%的葡萄糖经过一系列反应，产生NADPH、CO2和多种中间产物，该过程称为磷酸戊糖途径。该途径的中间产物可进一步生成氨基酸和核苷酸等。下列说法错误的是
( )
A.磷酸戊糖途径产生的NADPH与有氧呼吸产生的还原型辅酶不同
B.与有氧呼吸相比，葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量少
C.正常生理条件下，利用14C标记的葡萄糖可追踪磷酸戊糖途径中各产物的生成
D.受伤组织修复过程中所需要的原料可由该途径的中间产物转化生成
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根据题意，磷酸戊糖途径产生的是NADPH，而有氧呼吸产生的还原型辅酶是NADH，A项正确；有氧呼吸是葡萄糖彻底氧化分解释放能量的过程，而磷酸戊糖途径产生了多种中间产物，中间产物还可进一步生成其他有机物，所以葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量比有氧呼吸少，B项正确；正常生理条件下，只有10%~25%的葡萄糖参加了磷酸戊糖途径，其余的葡萄糖会参与其他代谢反应，例如有氧呼吸，所以用14C标记葡萄糖，除了追踪到磷酸戊糖
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途径的含碳产物，还会追踪到参与其他代谢反应的产物，C项错误；受伤组织修复即是植物组织的再生过程，细胞需要增殖，所以需要核苷酸和氨基酸等原料，而磷酸戊糖途径的中间产物可生成氨基酸和核苷酸等，D项正确。
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9.(2025·邵阳模拟)科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质，在适宜条件下进行周期性的光暗交替实 验，结果如图所示。下列叙述
错误的是( )
A.光照开始后短时间内，叶绿体
内C3的含量会下降
B.阴影部分的面积可用来表示一
个光周期的光照时间内NADPH和ATP的积累量
C.光照开始后两曲线逐渐重合时，光反应速率等于暗反应速率
D.光照总时间及实验时间相同的条件下，光暗交替和连续光照制造的有机物相等
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光反应产生ATP与NADPH，可使C3的还原快速进行，光照开始后短时间内，CO2吸收速率很低，C3的合成较慢，因此叶绿体内C3的含量会下降，A项正确；由于O2的释放速率代表光反应，能产生NADPH和ATP，暗反应固定CO2，消耗NADPH和ATP，所以阴影部分应该表示光反应产生量与暗反应消耗量的差值，即一个光周期的光照时间内NADPH和ATP的积累量，B项正确；由于该实验中只存在离体的叶绿体，所以测出O2的释放速率为真正光合作用的
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速率，由于O2的释放速率代表光反应，能产生ATP与NADPH，暗反应固定CO2产生C3，C3的还原消耗ATP与NADPH，光照开始后两曲线逐渐重合时，光反应速率等于暗反应速率，C项正确；光暗交替时暗反应能更充分地利用光反应产生的NADPH和ATP，故光照总时间及实验时间相同的条件下，光暗交替制造的有机物大于连续光照制造的有机物，D项错误。
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10.(2025·安徽联考)叶绿体随着光照强度的变化，在细胞中的分布和位置也会发生相应改变，称为叶绿体定位。野生型(WT)拟南芥叶片呈深绿色，对叶片的一部分(整体遮光，中部留出一条窄缝)强光照射1 h后，被照射的窄缝处变成浅绿色(提示叶绿体发生了迁移)，而突变体chup1-2叶片(CHUP1基因突变)经强光照射后叶色不变，实验过程和原理如图所示。已知CHUP1基因编码的CHUP1蛋白能与叶绿体移动有关的肌动蛋白(构成
细胞骨架中微丝蛋白的重要
成分)相结 合。下列相关叙
述错误的是( )
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A.强光照射后，野生型细胞中的叶绿体发生了位置和分布的变化，以减少强光的伤害
B.若破坏细胞微丝蛋白后叶绿体定位异常，推测微丝蛋白可能与叶绿体的运动有关
C.在弱光照射下，CHUP1蛋白缺失的叶肉细胞中叶绿体的定位和分布是正常的
D.CHUP1蛋白缺失型拟南芥比野生型拟南芥在弱光下暗反应生成C5的速率低
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题图中显示，在弱光照射下，CHUP1蛋白缺失的叶肉细胞中叶绿体的定位和分布是不正常的，即叶绿体不会聚集到光照部位，C项错误；弱光条件下，CHUP1蛋白缺失型拟南芥的叶绿体不会聚集到照光部位，因而光反应比野生型拟南芥弱，产生的ATP和NADPH少，C3还原速率下降，因此，在弱光下暗反应生成C5的速率低，D项正确。
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二、非选择题
11.(2025·济南模拟)光系统复合物由蛋白质和光合色素组成，共同完成光能的转化作用，D1蛋白是其中的关键蛋白。当光照强度超过光系统复合物利用限度时会导致光合强度
下降，即发生光抑制现象。如图为某高
等植物叶绿体中光合作用过程及光抑制
发生机理图，回答下列问题：
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(1)光系统复合物位于___________________上，它受损的结果首先影响光合作用的________阶段。据图推测，psbA基因的遗传________
(填“遵循”或“不遵循”)孟德尔的遗传定律。
(2)一般情况下植物正常进行光合作用时，若气孔增大，其他条件均未发生变化，C5的生成速率将_______，原因是____________________
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光反应
不遵循
加快
气孔增大，为暗反应
提供较多的CO2，暗反应速率加快，C3和C5的生成速率均将加快
(3)当光抑制现象初始发生时，NADP+浓度会暂时_______。从生物工程角度分析，写出一个缓解光抑制现象的思路：__________________
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增加
通过基因工程手段导入能分解超氧阴离子自由基的酶的基因；通过蛋白质工程改造D1蛋白增强其稳定性，减少被超氧阴离子自由基破坏
(1)光系统复合物是由光合色素和蛋白质组成的复合物，主要完成光合作用的光反应，位于叶绿体的类囊体薄膜上，它受损的结果首先影响光合作用的光反应阶段。psbA基因位于叶绿体中，而叶绿体中的基因属于细胞质基因，细胞质基因的遗传不遵循孟德尔遗传定律。(2)CO2是暗反应的原料，可参与CO2的固定过程，消耗C5生成C3，气孔导度增大使进入细胞的CO2增多，CO2固定加快，消耗C5量多，生成的C3增多。该过程中C5的生成速率也将加快。
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(3)当光照强度超过光系统复合物利用限度时会导致光合强度下 降，即发生光抑制现象，当光抑制现象初始发生时，首先抑制影响到光反应，NADP+浓度会暂时增加。若要缓解光抑制现象，可以通过基因工程手段导入能分解超氧阴离子自由基的酶的基 因；通过蛋白质工程改造D1蛋白增强其稳定性，减少被超氧阴离子自由基破坏。
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12.(科学探究)(2025·福州模拟)研究人员以黄瓜为材料，在固定红蓝光强度的基础上，添加3种不同强度的远红光，各处理红光∶远红光的比值分别为10(L-FR)、1.2(M-FR)和0.8(H-FR)，比较不同处理对黄瓜幼苗生长及光合的影响，其结果如表。回答下列问题：
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处理 株高/cm 叶绿素相对含量 胞间CO2浓度/ (μmolCO2· mol-1) 净光合速率 (μmolCO2· m-2·s-1) 气孔导度/ (μmolCO2· m-2·s-1) Rubisco酶
活性/(U/L)
L-FR 23.95 17.4 312 1.71 0.016 57
M-FR 72 16.1 312 1.71 0.018 105
H-FR 82.97 12.7 425 1.24 0.023 58
(1)植物具有感受红光与远红光的光感受器，这种光感受器被称为_________。植物冠层红光/远红光比值的变化会改变该受体的结构，并且通过调节___________________来影响植物形态发生。表中结果说明随着远红光强度的增加，各处理间的株高随之显著_________，这对植物光合作用的意义是有利于__________________。
(2)从表中数据分析，H-FR处理组的胞间二氧化碳浓度高，其原因是_____________________________________________________________________________。
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光敏色素
相关基因的表达
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捕获更多的光能
光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加，进入的二氧化碳增多
(3)感受红光与远红光的光感受器在黑暗条件下以无活性的构型存在，光下吸收红光，转变为有活性的构型。该光感受器不但在植物光形态建成中扮演着重要的角色，还参与调控植物抗逆信号通路，可提高植物的抗病性。
①为验证上述结论，请利用相应的光感受器突变体植株、致病菌株A等完善下列分组处理。
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组别 处理 检测结果
A 野生型+黑暗 处理3：_________________ 过一段时间后，检测叶片上菌株A的数目
B 处理1：_______________
C 野生型+光照
D 处理2：______________
突变体+黑暗
突变体+光照
接种等量的菌株A
②请将预测结果以柱形图形式呈现。
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答案
(1)植物具有感受红光与远红光的光感受器，这种光感受器被称为光敏色素。植物冠层红光/远红光比值的变化会改变该受体的结 构，并且通过相关基因的表达来调节植物的内源激素水平，以调节植物形态发生。题表中结果说明随着远红光强度的增加，各处理间的株高随之显著增加，这有利于捕获更多的光能。(2)分析题表中数据可知，H-FR处理组的胞间二氧化碳浓度高，其原因是光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加，进入
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的二氧化碳增多。(3)①由题意分析，该实验的自变量为野生型植株和突变体植株，光照和黑暗。根据对照原则，分组中还需要突变体+黑暗和突变体+光照组，需检测这些植株的抗病能力，故需接种等量的致病菌株A；②光敏色素在黑暗条件下以无活性的构型存在，光下吸收红光，转变为有活性的构型，故只有野生型+光照组具有抗病能力，故结果见答案图。
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长句表达题能够很好地考查学生的逻辑推理能力和语言表达能力，同时长句表达也是大多数学生的薄弱点，很容易失分。这类试题可按照以下模型分析并解答：
方法微点拨
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