高考生物大一轮精品复习讲义专题三 物质出入细胞的方式.docx
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高考生物大一轮精品复习讲义专题三物质出入细胞的方式
[考纲要求] 1.细胞与能量:
(1)细胞内的吸能反应和放能反应(a);
(2)ATP的化学组成和特点(a);(3)ATP在能量代谢中的作用(b)。
2.物质出入细胞的方式:
(1)扩散和渗透的过程(b);
(2)动、植物细胞吸水和失水的过程及原因(b);(3)被动转运和主动转运(b);(4)胞吞和胞吐(a);(5)活动:
观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原(b)。
3.酶:
(1)酶的发现过程(a);
(2)酶的本质、特性及其在细胞代谢中的作用(b);(3)影响酶作用的因素(c);(4)探究酶的专一性(c)。
细胞与能量
一、细胞内的吸能反应和放能反应
1.吸能反应指产物分子中的势能比反应物分子中的势能高。
如人体细胞中葡萄糖合成糖元就是一种吸能反应。
2.放能反应指产物分子中的势能比反应物分子中的势能低。
所有细胞中最重要的放能反应是糖的氧化,也称为细胞呼吸。
太阳能
→
二、ATP的化学组成和特点
1.组成元素:
C、O、H、N、P。
2.简称:
腺苷三磷酸。
3.结构
结构简式:
A—P~P~P
4.ATP的结构特点
每分子ATP含两个高能磷酸键,ATP水解指远离A的那个“~”断裂,释放大量能量。
三、ATP在能量代谢中的作用
1.存在特点:
ATP在细胞内含量很少,转化十分迅速。
2.转化过程(ATP-ADP循环):
在ATP-ADP循环中,物质是可逆的,能量是不可逆的。
3.转化意义:
细胞内ATP处于动态平衡中,对构成生物体内部稳定的供能环境有重要意义。
4.ATP的作用
是新陈代谢所需能量的直接来源(能量通货),用于各项生命活动。
物质出入细胞的方式
1.扩散和渗透的过程
渗透作用
扩散作用
区别
概念
水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散
分子或离子从高浓度处向低浓度处运动的现象
条件
具有一层半透膜,半透膜两侧的物质存在浓度差
两处物质相对含量不等即可
结果
半透膜两侧的溶剂分子达到动态平衡
两处物质相对含量相等
联系
渗透作用是扩散作用的一种特殊方式
2.动植物细胞吸水和失水的过程及原因
(1)红细胞吸水与失水的过程和原因
①红细胞失水和吸水的原因:
红细胞的细胞膜相当于一层半透膜,具有大分子不能通过,有些小分子物质(如水)可以通过的特点。
所以红细胞具有发生渗透作用的条件:
具有半透膜,又有浓度差。
②当外界溶液浓度大于红细胞内液体(细胞溶胶)的浓度时,红细胞就失水;红细胞发生收缩现象。
③当外界溶液浓度小于红细胞内液体(细胞溶胶)的浓度时,红细胞就吸水。
吸水到一定程度,由于细胞膜的伸缩性有一定限度,所以红细胞会发生破裂现象。
(2)植物细胞发生质壁分离及质壁分离复原的原因
①植物细胞的质壁分离是指植物细胞因渗透作用而失水,这时细胞膜(质膜)及其以内的部分收缩而发生质壁分离。
上图表示植物细胞发生质壁分离时的状态:
图中的1代表细胞壁,由于细胞壁具有全透性,所以1和2之间充满外界高浓度的溶液。
图中的2代表细胞膜,5代表液泡膜,3代表细胞质,2、5和3合称为原生质层,相当于植物细胞的半透膜,所以植物细胞具备了渗透吸水的条件;液泡内的液体叫细胞液,所以当半透膜(原生质层)两侧存在浓度差,即细胞液与外界溶液之间有浓度差,就会发生植物细胞的渗透作用。
②植物细胞发生质壁分离的原因
外因:
外界溶液浓度高于细胞液的浓度,液泡内的水就会流向细胞外。
内因:
原生质层的伸缩性要比细胞壁大,当植物细胞处于高浓度溶液中时,由于细胞失水导致原生质层的收缩,则会发生质壁分离。
③植物细胞发生质壁分离复原的原因
外因:
因为原生质层两侧具有浓度差;
内因:
因为原生质层的伸缩性较大,当植物细胞处于低于细胞液浓度的溶液中时,外界溶液中的水分子透过原生质层进入液泡,导致液泡变大,整个原生质层体积增大,最后与细胞壁重新贴在一起。
3.被动转运和主动转运
物质出入细胞的方式
被动转运
主动转运
扩散
易化扩散
运输方向
高浓度→低浓度
低浓度→高浓度
是否需要载体
不需要
需要
需要
是否消耗能量
不消耗
不消耗
消耗
图例
举例
O2、CO2、H2O、甘油等
红细胞吸收葡萄糖
根吸收K+、Na+等
4.胞吞和胞吐
运输方向
图解
实例
备注
胞吞
细胞外→细胞内
白细胞吞噬细菌等
①结构基础:
细胞膜的流动性;
②需消耗能量,不需载体蛋白的协助;
③属于非跨膜运输
胞吐
细胞内→细胞外
分泌蛋白(蛋白质类激素、消化酶等)、化学递质的分泌、释放等
5.活动:
观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原
(1)实验原理:
成熟的植物细胞有一大液泡。
当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时,细胞液中的水分就透过原生质层进入到外界溶液中,由于原生质层比细胞壁的伸缩性大,当细胞不断失水时,液泡逐渐缩小,原生质层就会与细胞壁逐渐分离开,即发生了质壁分离。
当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时,外界溶液中的水分就透过原生质层进入到细胞液中,液泡逐渐变大,整个原生质层就会慢慢地恢复成原来的状态,即发生了质壁分离复原。
(2)材料用具:
紫色洋葱,刀片,镊子,滴管,载玻片,盖玻片,吸水纸,显微镜;质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液,清水。
(3)方法步骤
①制作洋葱表皮的临时装片。
②观察洋葱表皮细胞的质壁分离与质壁分离复原现象。
a.观察洋葱表皮细胞:
洋葱表皮细胞中有一个呈紫色的大液泡,因为液泡中有色素,所以便于观察。
b.观察洋葱表皮细胞的质壁分离:
观察到原生质层与细胞壁分离,液泡体积变小,颜色变深。
c.观察洋葱表皮细胞的质壁分离复原:
观察到原生质层与细胞壁重新贴在一起,液泡体积变大,颜色变浅。
(4)讨论:
①用什么方法可以鉴别植物细胞是否为活细胞?
由于活细胞的原生质层具有选择透性,相当于一层半透膜,所以可以用是否会发生质壁分离及复原来鉴别。
②如果用尿素、甘油或KNO3替代蔗糖溶液,会发生什么现象?
由于以上三种物质均能以被动转运(尿素、甘油)或主动转运(KNO3)的方式进入细胞,所以会发生质壁分离自动复原。
酶
一、酶的发现过程
法国巴斯德提出:
酒精产量与活酵母菌的繁殖量成正比,酒精发酵是酵母菌代谢活动的结果。
德国李比希:
酒精发酵与酵母菌的活动无关,只需要酵母菌中某种物质的参与。
德国毕希纳:
促进酒精发酵的是酵母菌中的某种物质——酶。
美国萨姆纳尔:
得到脲酶结晶,证实酶的本质是蛋白质。
20世纪80年代初,科学家发现极少数酶是RNA,称为核酶。
二、酶的本质、特性及其在细胞代谢中的作用
1.概念:
酶通常是指由活细胞产生的、具有催化活性的一类特殊的蛋白质,又称为生物催化剂。
少数核酸也具有生物催化作用,它们被称为“核酶”。
2.酶具有催化作用
酶+底物
酶—底物复合物
酶+产物
酶与底物结合后,形成酶—底物复合物,然后这个复合物会发生一定的形状变化,使底物变成产物,并从复合物上脱落,同时酶分子又恢复原状。
酶催化生物化学反应的原理是降低化学反应所需要的活化能,化学反应前后,酶的理化性质是不变的。
3.酶的特性
(1)高效性:
酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍,保证了细胞内化学反应的顺利进行及能量供应的稳定。
(2)专一性:
一种酶只能催化一种底物或少数几种相似底物的反应。
4.影响酶作用的因素
影响酶作用的因素有:
pH、温度和各种化合物(有机溶剂、重金属离子)等,其变化规律有以下特点:
温度和pH偏高或偏低,酶活性都会明显降低。
在最适宜的温度和pH条件下,酶的活性最高。
过酸、过碱或温度过高,酶的空间结构遭到破坏,能使蛋白质变性失活,低温使酶活性降低,但酶的空间结构保持稳定,在适宜的温度条件下酶的活性可以恢复。
5.活动:
探究酶的专一性
(1)思路:
同一种酶催化不同化学反应(或不同酶催化同一化学反应)
试管
1
2
3
4
5
6
1%淀粉溶液
3mL
-
3mL
-
3mL
-
2%蔗糖溶液
-
3mL
-
3mL
-
3mL
新鲜唾液
-
-
1mL
1mL
-
-
蔗糖酶溶液
-
-
-
-
1mL
1mL
本尼迪特试剂
2mL
2mL
2mL
2mL
2mL
2mL
实验结果
(2)讨论
1号、2号试管在本实验中的作用是:
对照,说明淀粉、蔗糖与本尼迪特试剂不能发生特异性颜色反应;
3、4、5、6号试管需要37℃恒温水浴中保温的原因:
唾液淀粉酶的最适温度是37℃。
(3)变量分析及处理原则
①自变量:
不同底物或酶液(单一变量);因变量:
底物是否被分解或有无产物形成;
②无关变量:
试剂的量、反应温度、pH等(平衡无关变量)。
(4)结果及结论:
3号试管出现红黄色沉淀,4号试管无此现象,说明唾液淀粉酶只能水解淀粉,不能水解蔗糖;同理6号试管出现红黄色沉淀、5号试管无此现象,说明蔗糖酶只能水解蔗糖,不能水解淀粉。
说明酶具有专一性。
1.(2015·浙江10月学考)用质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液浸润紫色洋葱鳞片叶外表皮,在显微镜下观察到如图所示的结果。
下列叙述错误的是( )
A.①表示细胞壁
B.②的体积比实验初期大
C.③处充满着蔗糖溶液
D.④的颜色比实验初期深
2.(2016·浙江10月学考)下列关于“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”活动的叙述,正确的是( )
A.制作洋葱表皮细胞装片需经解离、压片等操作才能将细胞分散
B.从低倍镜换成高倍镜时,需转动光圈才能换上高倍物镜
C.质壁分离过程中,水分子从胞内单向运动到胞外导致液泡变小
D.质壁分离复原过程中,细胞吸水速度逐步减慢
3.(2015·浙江10月学考)温度对甲、乙两种酶活性的影响如图所示。
下列叙述正确的是( )
A.甲酶保持活性的温度范围大于乙酶
B.甲酶的活性始终高于乙酶
C.乙酶在55℃后完全失去活性
D.乙酶的最适宜温度高于甲酶
4.(2016·浙江4月学考)为研究酶的特性,进行了下列实验,基本过程和结果如下表所示。
步骤
基本过程
试管A
试管B
1
加入淀粉溶液
3mL
-
2
加入蔗糖溶液
-
3mL
3
加入新鲜唾液
1mL
1mL
4
37℃保温15min,加本尼迪特试剂
2mL
2mL
5
沸水浴2~3min,观察
红黄色沉淀
无红黄色沉淀
据此分析,下列叙述错误的是( )
A.实验的自变量是底物
B.检测指标是颜色的变化
C.酶的作用具有高效性
D.37℃是该酶作用的适宜温度
5.(2016·浙江10月学考)某同学进行有关酶的实验:
组1 1%淀粉溶液+新鲜唾液+本尼迪特试剂→红黄色沉淀
组2 2%蔗糖溶液+新鲜唾液+本尼迪特试剂→无红黄色沉淀
组3 2%蔗糖溶液+蔗糖酶溶液+本尼迪特试剂→
下列叙述错误的是( )
A.自变量是底物和酶
B.组3的结果是红黄色沉淀
C.指示剂可用碘-碘化钾溶液替代
D.实验结果证明酶具有专一性
一、选择题
1.下列有关酶的叙述,正确的是( )
A.组成酶的基本单位都是氨基酸
B.低温、高温、过酸、过碱都会使酶失活
C.酶只能在生物体内发挥作用
D.酶具有高效性是因为其降低化学反应活化能的作用更显著
2.下列关于细胞的能量“通货”——ATP的叙述,正确的是( )
A.ATP中的“T”代表胸腺嘧啶核苷酸
B.ATP中远离“A”的高能磷酸键易水解
C.ATP的结构简式可表示为A—P—P—P
D.细胞中ATP的含量少,化学性质十分稳定
3.下列有关酶和ATP的说法,正确的是( )
A.效应B细胞形成过程中酶的种类和数量会不断发生变化
B.ATP分子中的两个高能磷酸键所含的能量相同,稳定性也相同
C.骨骼肌细胞吸收周围组织液中氧气的过程不消耗ATP,但需要酶
D.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用时,一般用碘—碘化钾溶液检测实验结果
4.在进行植物细胞融合实验时,要除去细胞壁,应选择( )
A.淀粉酶B.蛋白酶
C.纤维素酶D.麦芽糖酶
5.下列关于ATP的叙述中正确的是( )
A.ATP中存在3个高能磷酸键
B.腺苷三磷酸可简写为A~P-P~P
C.ATP是直接能源物质
D.ATP具有调节代谢的作用
6.如图所示,能正确表示显微镜下观察到的紫色洋葱表皮细胞质壁分离现象的是( )
7.下列有关酶的叙述,不正确的是( )
A.酶通过提供反应所需的活化能来提高反应速度
B.酶活性最高时的温度并不适合该酶的长期保存
C.酶在一定pH范围内才起作用且受pH变化的影响
D.一种酶只能催化一种或一类底物的化学反应
8.人体肝细胞内CO2分压和K+浓度高于细胞外,而O2分压和Na+浓度低于细胞外,上述四种物质中通过主动转运进入该细胞的是( )
A.CO2B.O2
C.K+D.Na+
9.活细胞内合成酶的原料是( )
A.脂肪酸B.核苷酸
C.氨基酸D.氨基酸或核苷酸
10.如图表示某一酶促反应的过程,图中代表酶的是( )
A.甲B.乙
C.丙D.丁
11.新陈代谢的进行不仅需要酶,而且需要能量。
下列关于ATP的描述正确的是( )
A.ATP分子中含有三个高能磷酸键
B.动物体内主要的贮能物质是ATP
C.ATP是生命活动的直接能源物质
D.线粒体是合成ATP的唯一场所
12.人体红细胞通过易化扩散方式吸收葡萄糖,此吸收过程需要( )
A.糖元B.ATP
C.载体蛋白D.逆浓度梯度
二、非选择题
13.如图是物质出入细胞的三种方式的模式图(黑点代表物质分子),请据图回答:
(1)与甲相比,丙方式的不同之处是_________________________________________________。
(2)与丙相比,乙方式的不同之处是__________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)小肠绒毛的上皮细胞吸收葡萄糖的方式是[ ]________。
14.如图表示的是在最适温度下,反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。
(1)酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。
其本质绝大多数是________,少数是________。
(2)图中表示了在最适温度下,随着反应物浓度的上升,反应速率加快。
在________点达到最大值,此时,限制酶促反应速率加快的原因是_________________________________________。
(3)若此反应是唾液淀粉酶水解淀粉的反应,最适温度是37℃,倘若温度降低至30℃,最大反应速率比图中B点________;若在B点适当增加1℃,反应速率会增加吗?
________。
(4)唾液淀粉酶从100℃降低到37℃,其催化活性怎么变?
______________。
15.大多数物质进入细胞都要穿过细胞膜,不同物质穿过细胞膜的方式不同,下图表示在一定范围内细胞膜外物质进入细胞内的3种不同情况。
据图回答下列问题:
(1)据图指出A、B、C所示物质的运输方式:
A是________,B是________,C是________。
(2)上述三种运输方式中,哪一种加入呼吸酶抑制剂后曲线会发生变化?
________。
为什么?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)乙醇、CO2和氨基酸进入细胞的方式分别是________、________、________。
答案精析
经典例析
1.B [图中①表示细胞壁,A正确;图示细胞发生了质壁分离,细胞失水,导致②的体积比实验初期小,④的颜色比实验初期深,B错误,D正确;③处表示细胞壁和细胞膜之间的部分,充满着蔗糖溶液,C正确。
]
2.D [该实验需要细胞保持活性,解离、压片会使细胞死亡;转动转换器换上高倍物镜;质壁分离时,水分子双向扩散,失水大于吸水,导致液泡减小;细胞吸水速度取决于细胞内外浓度差,质壁分离复原过程中细胞内外浓度差逐渐减小,细胞吸水速度逐渐减慢。
]
3.D [乙酶的最适温度是55℃左右,而甲酶的最适温度是35℃左右;甲酶保持活性的温度范围小于乙酶;在40~50℃之间,甲酶的活性低于乙酶;乙酶在55℃时活性较高。
]
4.C [试管A、B唯一的不同操作是加入的底物不同,故自变量是底物,A项正确;实验根据溶液是否产生红黄色沉淀作为检测指标,来判断唾液是否将底物水解产生还原糖,B项正确;酶的作用具有高效性,但据本实验无法得出这一结论,C项错误;唾液中的酶发挥作用的适宜温度是37℃,实验设置在此温度下进行,有利于发挥酶的活性,使反应更加顺利地进行,D项正确。
]
5.C [蔗糖在蔗糖酶的作用下水解为葡糖糖和果糖,故组3的结果为红黄色沉淀;通过3组实验比较说明酶具有专一性;碘-碘化钾溶液只能用来检测淀粉,故选C。
]
专题训练
1.D [酶大部分是蛋白质,少数是RNA,所以组成酶的基本单位应是氨基酸或核糖核苷酸,故A错误;低温只是抑制酶的活性,不会使酶失活,故B错误;酶在生物体内和体外都能发挥作用,故C错误;酶具有高效性是因为酶能显著降低化学反应所需要的活化能,故D正确。
]
2.B [ATP中的“T”代表三个,A项错误;ATP中远离“A”的高能磷酸键易水解,也易形成,B项正确;ATP的结构简式可表示为A—P~P~P,C项错误;细胞中ATP的含量少,化学性质不稳定,细胞中的ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生,D项错误。
]
3.A [效应B细胞形成过程是细胞分化的过程,酶的种类和数量会不断发生变化,A正确;ATP中的两个高能磷酸键的稳定性不同,其中远离腺苷的高能磷酸键容易水解,稳定性较弱,B错误;骨骼肌吸收氧气是扩散,不消耗ATP,也不需要酶,C错误;由于蔗糖及其水解产物都不与碘-碘化钾溶液反应呈现一定的颜色,因此探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用时,不能用碘—碘化钾溶液检测实验结果,D错误。
]
4.C [植物细胞的细胞壁主要是由纤维素和果胶组成的,而纤维素酶可以分解纤维素,除去细胞壁,而不损伤其他结构。
]
5.C [ATP中存在2个高能磷酸键,A错误;腺苷三磷酸可简写为A-P~P~P,B错误;ATP是直接能源物质,C正确;ATP是直接能源物质,无调节代谢的作用,D错误。
]
6.D [由于当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时,细胞液中的水分子就透过原生质层进入到外界溶液中,液泡逐渐缩小,颜色变深;由于细胞壁是全透性的,而细胞膜是选择透性膜,所以在原生质层和细胞壁之间是外界溶液,所以是无色的。
]
7.A [酶通过降低化学反应的活化能提高化学反应速度,A错误;酶活性最高时的温度是其作用温度,酶的保存要保持其低活性,一般在低温下保存,B正确;pH过高或过低,都可使酶失活,故酶在一定pH范围内才起作用且受pH变化的影响,C正确;一种酶只能催化一种或一类底物的化学反应,D正确。
]
8.C [人体肝细胞内CO2分压高于细胞外,运输出细胞是顺浓度梯度的,属于扩散,故A错误;人体肝细胞内的O2分压低于细胞外,进入细胞是顺浓度梯度的,属于扩散,故B错误;人体肝细胞内K+浓度高于细胞外,而肝细胞能吸收K+,即K+是逆浓度梯度运输进细胞的,属于主动转运,故C正确;人体肝细胞内Na+浓度低于细胞外,所以Na+是顺浓度梯度进入肝细胞的,不属于主动转运,故D错误。
]
9.D [绝大多数酶是蛋白质,极少数酶是RNA,所以活细胞内合成酶的原料是氨基酸或(核糖)核苷酸。
]
10.A [甲在化学反应前后不发生改变,代表酶,A正确;乙代表一种底物,B错误;丙代表一种底物,C错误;丁代表产物,D错误。
]
11.C [ATP中的高能磷酸键是2个,A错误;动物体内主要的贮能物质是油脂,B错误;ATP是生命活动的直接能源物质,细胞中的绝大多数需要能量的生命活动都是直接由ATP提供的,C正确;细胞溶胶、线粒体、叶绿体都可以合成ATP,D错误。
]
12.C [易化扩散是将物质从浓度高的一侧转运到浓度低的一侧,不需要消耗能量,但必须借助载体蛋白。
]
13.
(1)需载体(或转运)蛋白的协助
(2)逆浓度差转运,需消耗能量 (3)乙 主动转运
解析
(1)与甲相比,丙方式需要载体蛋白。
(2)与丙相比,乙方式需要消耗能量。
(3)小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖的方式是乙主动转运。
14.
(1)蛋白质 RNA
(2)B 酶的浓度或数量有限
(3)低 不会 (4)不变
解析
(2)从图中可知,最适温度下,随着反应物浓度的上升,反应速率加快,在B点达到最大值。
此时,限制酶促反应速率加快的原因是酶的浓度或数量有限,导致反应物浓度再升高也达不到加快反应速率的目的。
(3)当温度降低至30℃时,偏离了最适温度,酶活性降低,反应速率变慢,最大反应速率比图中B点低。
若在B点适当增加1℃,偏离了最适温度,反应速率不会增加。
(4)唾液淀粉酶本质是蛋白质,在100℃的高温下将变性失活,不再具有催化作用,因此不管温度如何改变,酶的活性都为零。
15.
(1)扩散 易化扩散 主动转运
(2)C(主动转运) 主动转运的进行需要细胞呼吸提供能量 (3)扩散 扩散
主动转运
解析 A图中,细胞外浓度与运输速率成正比,属于扩散;B图中,在一定浓度范围内,随着细胞外浓度的增加,物质运输速率加快,到达一定浓度时,由于载体蛋白的数量一定,物质运输速率不再增加,属于易化扩散;C图中物质运输方向可以是低浓度运输到高浓度,属于主动转运。
乙醇、CO2进入细胞通过扩散,氨基酸进入细胞通过主动转运。
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