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1、,专题突破,知识纵横,1.关于酶的正确与错误说法,一、酶与ATP,2.对酶的特性的理解,(1)高效性:酶的催化效率很高,是无机催化剂的1071013倍。中间产物学说认为:酶在催化某一底物时,先与底物结合生成一种极不稳定的中间产物(酶底物复合物),这种中间产物极为活跃,很容易发生化学反应,并释放出酶。其催化过程可表示为:,酶能加快反应速率的根本原因是酶能显著降低反应的活化能,缩短反应达到平衡点的时间,但不改变反应的平衡点。,(2)专一性:酶对底物具有严格的选择性,一种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。,很多学者认为:酶与底物结合时,底物的结构和酶的活动中心的结构十分吻合,就好像一把钥匙开一把
2、锁一样(“锁钥”模型),因而体现出酶的专一性。可用图解表示如下:,(注:该模型能解释酶的专一性,实际情况是由于酶与底物的结构互补,诱导契合,通过分子的相互识别产生的,如下图),(3)酶的作用条件较温和:酶所催化的化学反,应一般是在比较温和的条件下进行的。高温、过酸或过碱、重金属盐等会使酶的空间结构遭到破坏,酶会永久失活。相比而言,无机催化剂则不易受影响,如同样加热到100,过氧化氢酶早已失去活性,而Fe3+仍可起催化作用。但要注意的是,低温仅是抑制酶的活性,随温度的升高(最适温度以下)酶的活性逐渐增强。,温度、酸碱度等通过影响酶的活性来影响酶的催化效率。底物浓度、酶的浓度可影响酶的催化效率,却
3、不影响酶的活性。,3.ATP结构,ATP的组成及结构,要注意将ATP的结构简式中的“A”和DNA、RNA的结构简式中的不同部位的“A”进行区分,如下图中圆圈部分所代表的分别是:腺苷、腺嘌呤、腺嘌呤脱氧核苷酸、腺嘌呤核糖核苷酸。,4.ATP的合成与ATP的水解不是可逆反应,ATP并非新陈代谢所需能量的唯一直接来源。ATP是生物体细胞内流通的“能量货币”,新陈代谢所需要的能量主要是由细胞内ATP提供的,但其他核苷酸的三磷酸酯也可以直接参与生命活动的供能,如GTP参与蛋白质的合成、UTP参与糖原的合成等。,例1下图示生物体内常见的一种生理作用过程,下列叙述不正确的是(),A.反应完成后,a的性质未发
4、生改变,B.a成分是蛋白质或RNA,C.反应体系中b浓度不变,a浓度升高可使反应,速率加快,D.温度过高对a的影响比温度过低对a的影响小,【解析】根据图示可知a为酶分子,b为底物分子。酶在反应前后不变,继续催化下一个反应;酶的化学本质为蛋白质或RNA;底物浓度不变时,提高反应体系中酶的浓度可使酶与底,物分子接触的机会增加,从而使反应速率加快;温度过高时可使酶失活,且不可逆转,而低温仅是抑制酶的活性,温度升高时酶活性还可以恢复。所以答案为D。,【答案】D,ATP的第三个高能磷酸键很容易断裂和再形成黑暗条件下,只有线粒体可以产生ATP呼吸作用把有机物中绝大部分能量转移到ATP中人体内成熟的红细胞中
5、氧气含量增多,则产生ATP增多ATP的合成总是伴随有机物的氧化分解,A.B.,例2ATP是细胞的能量“通货”,有关说法错误的是(),C.D.,【解析】一个ATP分子只有两个高能磷酸键,远离A的那个容易断裂和再形成;有氧呼吸的第一个阶段在细胞质基质中进行,也可以产生ATP,另外原核生物没有线粒体,也可以产生ATP;呼吸作用只能把少部分能量转移到ATP中,更多的能量以热能形式散失了;人体成熟的红细胞中不含有线粒体,只进行无氧呼吸,呼吸速率和氧气含量无关;光反应中ATP合成利用光能,不伴随有机物的分解。,【答案】A,二、光合作用,1.内部因素对光合速率的影响,(1)不同部位,由于叶绿素具有接受和转换
6、能量的作用,所,以,植株中凡是绿色的、具有叶绿素的部位都能进行光合作用。在一定范围内,叶绿素含量越多,光合速率越大。以一片叶子为例,最幼嫩的叶片光合速率低,随着叶子成长,光合速率不断加大,达到高峰,随后叶子衰老,光合速率就下降。,(2)不同生育期,一株作物不同生育期的光合速率不尽相同,一般都以营养生长期为最强,到生长末期就下降。以水稻为例,分蘖盛期的光合速率较快,在稻穗接近成熟时下降。但从群体来看,群体的光合量不仅决定于单位叶面积的光合速率,而且很大程度上受总叶面积及群体结构的影响。,2.单一因子对光合作用的影响,例3(2011全国新课标理综)在光照等适宜条件下,将培养在CO2浓度为1%环境中
7、的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中,其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。回答问题:,(1)图中物质A是(C3化合物、C5化合,物)。,(2)在CO2浓度为1%的环境中,物质B的浓度比A的低,原因是;将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后,物质B浓度升高的原因是。,(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中,暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定,时,物质A的浓度将比B的(低、高)。,(4)CO2浓度为0.003%时,该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的(高、低),其原因是。,【解析】(1)当CO2浓度降低时,C3化合物
8、含量下降,符合A曲线。(2)C3化合物来源于CO2和,C5化合物反应的产物,并且每消耗一分子C5产生二分子C3化合物,所以物质B的浓度比A的低。当CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后,C5化合物的合成速率暂时不变,但消耗速率却减慢,导致C5化合物短时间内积累。(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中,暗反应中C3和C5化合物浓度达到新的平衡时,根据暗反应的特点,物质A(C3化合物)的浓度将比B,(C5化合物)的高,因为C3化合物的去向不仅仅生成C5化合物,还有一部分生成(CH2O)。(4)CO2浓度为0.003%时,由于CO2浓度低时,固定CO2较少,暗反应强度低,所需AT
9、P和H少。,【答案】(1)C3化合物(2)暗反应速率在该环境中已达到稳定,即C3化合物和C5化合物的含量稳定。根据暗反应的特点,此时C3化合物的分子数是C5化合物的2倍当CO2浓度突然降,低时,C5化合物的合成速率不变,消耗速率却减慢,导致C5化合物积累(3)高(4)低CO2浓度低时,暗反应的强度低,所需ATP和H少,3.多种因子对光合作用的影响,(续表),例4植物的光合作用受多种内、外因素的影响。甲图是某种植物在乙图m点对应的温度和CO2浓度下所测得的光合作用强度曲线,乙图是该植物在甲图中b点对应的光照强度下所测得的光合作用强度曲线,请据图回答问题:,(1)由甲、乙两图可以看出,影响光合作用
10、的环境因素包括。,(2)甲图中的a点表示。,(3)乙图中,当温度为30 时,制约植物光合作用强度进一步增强的是光合作用的阶段。,(4)如何在乙图所示实验数据的基础上设计实验,以确定该植物在0.03%CO2浓度的条件下光合作用的最适温度?(只要求写出设计思路),。,【答案】(1)光照强度、CO2浓度、温度(2)光合作用强度等于呼吸作用强度(3)暗反应(或CO2的固定)(4)从30 开始,每隔一定温,度设置一个实验组,CO2浓度、光照强度等其他实验条件与原实验保持一致,比较各组植物光合作用强度的大小。光合作用强度最大的一组所对应的温度即为光合作用的最适温度(其他合理设计也可),三、影响植物呼吸速率
11、的因素及相关曲线,1.内部因素,(1)不同种类的植物呼吸速率不同,如阴生植物小于阳生植物。,(2)同一植物在不同的生长发育期,呼吸速率不同,如开花期呼吸速率升高,成熟期下降。,(3)同一植物的不同器官呼吸速率不同,如生殖器官大于营养器官。,2.环境因素,(1)温度:呼吸作用在最适温度(2535)时最强,超过最适温度则减弱。温度主要是通过影响呼吸酶的活性而影响呼吸作用强度。一般而言,在一定的温度范围内,呼吸速率随着温,度的升高而增强。如右图曲线AB段所示。,根据温度对呼吸强度的影响原理,在生产实践中储藏蔬菜和水果时应该适当降低温度,以减少呼吸消耗。温度降低的幅度以不破坏植物组织为标准,否则细胞受
12、损,对病原微生物的抵抗力减弱,也易腐烂。,(2)O2浓度:如右图所示,在O2浓度为零时,只进行无氧呼吸;O2浓度为2a%以下时,既有有氧呼吸也有无氧呼吸;O2浓度为2a%以上时,只进行有氧呼吸。O2是植物正常呼吸的重要因子,O2不足直接影响呼吸速率,也影响到细胞呼吸的类型。,(3)CO2浓度:增加 CO2的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应。这可以从化学平衡的角度得,到解释。,3.在农业生产中的应用,(1)种子的储藏:种子的储藏必须降低含水量,使种子呈风干状态,使呼吸作用降至最低,以减少有机物消耗,确保储藏安全。,(2)果实和蔬菜的储藏:果实和蔬菜的储藏原理与粮食基本相同,主要是采用控制温度和气,
13、体成分的办法。,(3)作物栽培:农业生产中的许多栽培措施如中耕松土等都是为了保证作物的呼吸作用正常进行。早稻浸种催芽时用温水淋种并经常翻种,目的是控制温度和通气;早稻育秧,在寒潮过后适时排水,目的是使根系得到充足的氧气;黏土的掺沙、低洼地的开沟排水等都是为了改善土壤的通气条件。,例5下图中的实验装置用于测量大麦种子的呼吸速率,装置中的种子事先用水浸泡过并在稀释的消毒剂中清洗过(不影响种子生命力)。实验开始时,用夹子夹紧橡皮管并使图中U形管内两侧有色液体均处于“0”标志位。在25 条件下两套装置都静置4 h,所,得实验结果如下图甲、乙(图甲表示装置A测得的数据,图乙表示装置B测得的数据,种子代谢
14、释放热量对实验的影响忽略不计)。,(1)装置中加入NaOH溶液的目的是。,(2)装置A中有色液体的高度变化量表示。,(3)用消毒剂对装置A中大麦种子进行清洗的目的是;装置B中有色液体的变化可能是造成的。设置B装置的目的是。,(4)计算大麦种子25 条件下4 h内的细胞呼吸速率(用单位时间内、单位质量的大麦种子,吸收O2的速率表示,单位为mm3g-1h-1)。,(5)在实验过程的1 h内,假设大麦种子消耗的氧的总量为x(mg),可用于分解mg葡萄糖(用含x的代数式表示),试分析:能否用此代数式表示大麦种子细胞呼吸消耗的全部葡萄糖质量?。说明理由:。,(6)如果CO2的释放量大于O2的吸收量,最可
15、能的原因是;如果种子吸收O2的体积大于释放CO2的体积,最可能的原因为。,【解析】(1)题中NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸产生的CO2,使呼吸作用利用的O2量可以显示出来。(2)种子在进行呼吸作用时,会,吸收O2释放CO2,CO2被NaOH溶液吸收,所以装置A中有色液体的高度变化量表示大麦种子细胞呼吸消耗O2的体积。(3)由于种子本身会带有霉菌、细菌等微生物,这些微生物在有水和温度适宜的条件下也会进行呼吸作用,影响实验结果,所以实验前用消毒剂对装置A中大麦种子进行清洗灭菌,防止细菌细胞呼吸产生或吸收的气体影响实验结果。装置B中有,色液体的变化可能是由于外界大气压强降低造成的。设置B装置的目的
16、是平衡物理因素引起气体热膨胀对实验结果的干扰。(4)计算第4小题的时候,一定要注意给出的种子是10 g,而题目单位为mm3g-1h-1,所以所得结果应再除以10。即:根据甲得出气体变化量为50 mm3,根据乙知道物理因素导致气体膨胀使气体增加20 mm3,所以实际气体减少量为:50 mm3+,20 mm3=70 mm3,除以4小时,再除以10,即得答案为1.75 mm3g-1h-1。(5)根据呼吸作用总反应方程式:C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量,C6H12O66O2=葡萄糖的消耗量x,所以:葡萄糖的消耗量=15x/16。由于这个过程不能排除种子的无氧呼吸,无氧呼吸不
17、消耗O2,所以15 x/16 mg的葡萄糖只代表有氧呼吸消耗的葡萄糖。(6)如果种子只进行有氧呼吸,根据前面提到的呼吸作用总反应方程式知道,吸收的O2和放出的CO2物质的量是相等的,反过来说,如果放出的CO2大于O2的物质的量,说明有无氧呼吸存在,即无氧呼吸只放出CO2,而不吸收O2。和糖类相比,由于脂类物质分子中氢元素的比例较高,而氧元素的比例较低,所以在作为有氧呼吸底物时,脂类物质消耗的O2更多,而相对于糖类释放的CO2较少,即O2与,CO2的比值大于1。,【答案】(1)吸收细胞呼吸产生的CO2(2)大麦种子细胞呼吸消耗O2的体积(3)消毒,防止微生物呼吸产生或吸收的气体影响实验结果由于外
18、界大气压强降低对照(排除由物理因素引起的气体热膨胀对实验结果的干扰)(4)1.75 mm3g-1h-1(5)15x/16 mg不能因为这个代数式只表示有氧呼吸消耗的葡萄,糖的质量,而在实验过程中萌发的大麦种子还可能进行无氧呼吸(6)种子同时进行有氧呼吸和无氧呼吸种子呼吸作用氧化的有机物可能有脂类物质,四、从光合作用和呼吸作用分析物质循环和能量流动,1.从反应式上追踪元素的来龙去脉,(1)光合作用总反应式:,(2)有氧呼吸反应式:,2.从具体过程中寻找物质循环和能量流动,(1)物质循环,C:CO2(CH2O)丙酮酸CO2,O:H2OO2H2O,H:H2OH(CH2O)HH2O,(2)能量流动,光
19、能ATP(CH2O)ATP各项生命活动,3.光合作用与细胞呼吸过程中H、ATP来源与去路的比较,(续表),4.用图解的形式呈现真光合速率、表观(净)光合速率和呼吸速率三者之间的关系,通常情况下以下几种说法分别代表不同的光合量。,(1)表示表观光合量(净光合量),(2)表示真光合量(实际光合量),例6(2011安徽理综)保水剂是一类高分子聚合物,可提高土壤持水能力及水肥利用率。某生物兴趣小组为探究“保水剂和氮肥对小麦光合作用的影响”,进行了以下实验:,材料用具:相同土壤基质栽培的小麦幼苗若干,保水剂,氮肥等。,方法步骤:选取长势一致的小麦幼苗若干,平均分为A、B、C三组,分别施用适量的保水剂(6
20、0 kghm-2)、氮肥(225 kghm-2)、保水剂(60 kghm-2)+氮肥(225 kghm-2),置于相同的轻度干旱条件下培养,其它培养条件相同且适宜。,在小麦灌浆期选择晴朗无风的上午,于10:0011:00从每组选取相同数量的叶片,进行CO2吸收量及叶绿素含量的测定,结果(均值)如下表:,实验结论:适量的保水剂与氮肥配施有利于提,高小麦光合作用强度。,(1)请指出上述方法步骤中的缺陷并改正:步骤;步骤。,(2)如不考虑方法步骤中的缺陷,从影响光合作用的内在因素分析,保水剂与氮肥配施提高了CO2吸收量的原因可能是。,(3)实验测得的CO2吸收量(大于、等,于、小于)光合作用过程中C
21、O2实际消耗量,理由是。光合作用强度可通过测定CO2吸收量,也可以通过测定释放量计算。,【解析】(1)步骤缺乏空白对照组,不能确定三个组的CO2吸收量和叶绿素含量是否比未处理前的增加。步骤没有强调所选叶片是否叶龄相同,所以要强调相同部位。(2)影,响光合速率的内部因素有酶的活性、酶的数量等,所以保水剂与氮肥配施提高了CO2吸收量的原因可能是提高光合作用酶的数量和活性。(3)光合作用过程中CO2消耗量等于外界吸收量和呼吸生成量的和,但实验测得的CO2吸收量只是外界吸收量。测定O2释放量也可以测得光合作用强度。,【答案】(1)没有对照组,应另设一组不施保,水剂和氮肥作为对照组取材方法不科学,选取的
22、叶片还应取自植株的相同部位(2)提高了光合作用有关酶的含量和活性(3)小于实验测得的CO2吸收量是光合作用过程中CO2实际消耗量与呼吸作用CO2释放量之差O2,五、与细胞代谢相关的计算,1.类型,(1)根据反应式中原料与产物之间的关系进行简单的化学计算,(2)有关光合作用强度和呼吸作用强度的计算,(3)有关有氧呼吸和无氧呼吸的混合计算,2.方法与技巧,根据光合作用、呼吸作用等生命活动过程中物质数量变化关系求解。有关公式:,(1)同时进行光合作用和呼吸作用的植物的有关有机物的量:有机物积累量=光合作用产量-呼吸作用消耗量,当O2的吸收量和CO2的释放量均为0时,光合作用强度=呼吸作用强度,当光照
23、强度为0时,O2的消耗量=CO2的产生量=有氧呼吸强度,(2)同时进行有氧呼吸和无氧呼吸的生物的有关气体体积:,耗氧量=有氧呼吸CO2产生量,无氧呼吸CO2产生量=CO2总产生量-有氧呼吸CO2产生量(耗氧量),合速度与光照强度的关系。,(1)光合作用受到温度、CO2和光照强度的影,例7下图表示甲、乙两种植物的光,响。其中,光照强度直接影响光合作用的过程;CO2浓度直接影响光合作用的过程。,(2)当在klx光照强度条件下,甲植物的实际光合速度与乙植物最大的实际光合速度相同。,(3)甲植物在光照强度为8 klx时,5 h中单位叶,面积光合作用一共固定CO2mg,而植物从环境中实际吸收CO2的速度为mgdm-2h-1。,(4)乙植物在1天内(12 h白天,12 h黑夜),要使有机物积累量为正值,则白天平均光照强度必须大于klx。,【答案】(1)光反应暗反应(2)5(3)25,3(4)4,
