1、学案2细胞代谢【2013考纲解读】 （1）物质出入细胞的方式 （2）酶在代谢中的作用 （3）ATP在能量代谢中的作用 （4）光合作用的基本过程 （5）影响光合作用速率的环境因素 （6）细胞呼吸（7）探究影响酶活性的条件 （8）绿叶中色素的提取和分离 【知识网络构建】 【重点知识整合】一、物质出入细胞的方式（主要物质跨膜运输方式）1渗透吸水的原理（1）渗透作用：渗透作用是指水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。（2）发生渗透作用的条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧具有浓度差，即一个完整的渗透系统， 由两个溶液体系（A和B），以及在两者中间的半透膜组成。（3）原理：当溶液AB时，水分就通过半
2、透膜由B流向A；当溶液AB时，水分就通过半透膜 由A流向B；当溶液AB时，则处于动态平衡状态。2注意区别几组易混淆的概念（1）渗透与扩散：扩散是指物质从相对含量多的地方到相对含量少的地方的自由运动。习惯上，多指非溶剂物质的运动。渗透作用必须通过半透膜，扩散作用可以不通过半透膜。如肺泡中的O2通过毛细血管壁细胞进入毛细血管是扩散，而水通过细胞膜既可认为是扩散作用，也可以认为是渗透作用。渗透是扩散的一种特殊方式。（2）半透膜与选择透过性膜：前者是指某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜（如动物的膀胱膜、玻璃纸）。能否通过半透膜往往取决于分子体积的大小。后者是指细胞膜等生物膜，由于膜上有
3、载体等结构，且不同膜上载体的种类和数量不同，因此对物质吸收与否和吸收多少具有选择性。当细胞死亡时，细胞膜等生物膜的选择透过性变为全透性。比较如下：半透膜选择透过性膜概念小分子、离子能透过，大分子不能透过水自由通过，被选择的离子和其它小分子可以通过，大分子和颗粒不能通过特点半透性（取决于微孔直径的大小）选择透过性（主要取决于载体蛋白种类）状态活或死活材料合成材料或生物材料生物膜（磷脂和蛋白质构成的膜）物质运动方向不由膜决定，取决于物质密度水和亲脂小分子：不由膜决定，取决于物质密度离子和其它小分子：膜上载体（蛋白质）决定功能渗透作用渗透作用和其它更多的生命活动功能共同点水自由通过，大分子和颗粒都不
4、能通过（3）原生质、原生质体和原生质层 原生质是指细胞内全部的生命物质，除细胞壁以外，细胞膜，细胞质，细胞核都属于原生质。原生质体是指真核细胞中除去细胞壁以外，由细胞膜，细胞质，细胞核三部分构成的这一整体。也就是植物细胞除去细胞壁后剩下的部分，就是植物的原生质体。原生质层是指具有大液泡的植物细胞的细胞膜，液泡膜及两层膜之间的细胞质（不包括细胞核）共同构成的结构。3、质壁分离与复原的实验成功的关键和注意事项（1）、实验成功的关键、活的成熟的植物细胞，以紫色（细胞液中有紫色的花青素，颜色越深越好）的洋葱鳞片叶外表皮为最佳。、质壁分离试剂应是浓度恰当且对细胞无毒害作用的大分子（不能透过选择性透过性膜
5、，否则会发生质壁分离的自动复原）溶液。（2）、注意事项（本实验用的是自身前后对照）、撕取的细胞必须保持完整，否则实验不会成功。、第一次用高倍观察的目的是：鉴别撕取的细胞是否完整；观察正常状态（原生质层与细胞壁之间的初始状态、液泡的大小、液泡颜色的深浅）下的植物细胞以与质壁分离状态时对照。、第二次用高倍镜观察的目的是：观察质壁分离现象，并与正常细胞进行比较（原生质层与细胞壁之间的状态，原生质层先各个角落与细胞壁分离，后缩成一团而与细胞壁完全分离；液泡的大小；液泡的颜色）。、第三次用高倍镜观察的目的是：观察质壁分离复原现象，并与质壁分离进行比较；液泡的大小；液泡的颜色。、在观察质壁分离时，要在显微
6、镜下找到鳞片叶外表皮的边缘的细胞，因为这里的细胞最先接触蔗糖溶液，因而也会先出现质壁分离。同理，观察质壁复原时，也应如此。、制作装片时不要产生气泡。、实验中使用的蔗糖浓度过大或细胞停留在质壁分离状态下时间过长都会造成细胞失水过渡而死亡，从而再发生质壁复原的现象。、如果以使用小分子溶液，如质量浓度为0.1g/mL的硝酸钾溶液作质壁分离实验，也会出现质壁分离现象。但随着细胞对K+和NO-的能吸收，细胞液的浓度会变大，细胞又通过渗透作用吸水，从而会自动复原。、该实验的生物学意义：一是证明成熟的植物细胞通过渗透作用吸水或失水，即成熟的植物细胞是一个渗透系统；二是鉴别植物细胞的死活；三是可以按一定的浓度
7、梯度配制外界溶液，分别处理植物细胞，以粗略测定细胞液的浓度；四是可以看到平时不能看到的细胞膜。、动物细胞虽没有质壁分离和复原现象（但有细胞壁的细菌和真菌可以），但动物细胞同样可以通过渗透作用吸水和失水，同时细胞的形态和功能会发生改变。所以临床上应给病人或动物输与其血浆等渗的溶液来维持细胞的正常形态和功能。在需要时也可以用蒸馏水来胀破某些动物细胞（如在用红细胞制备细胞膜时、在用鸡血细胞制取DNA时）来提取某些物质。4.有关物质出入细胞的方式曲线解读（1）物质浓度与被动运输之间的关系： （2）影响主动运输的因素：首先是载体蛋白的种类数量，它决定所运输的物质种类和数量。其次，由于主动运输需要消耗能量
8、，所以凡是能够影响能量供应的因素也都影响主动运输速率，如温度、氧气浓度等。第三，主动运输速率与物质浓度有关。它们的关系可用图232表示。 分析：曲线说明运输速率与物质浓度呈正相关，不受其他因素的限制，应为自由扩散。因为氧气浓度的高低影响细胞呼吸，影响细胞能量的供应，而主动运输需要消耗能量。曲线说明运输速率与氧气浓度无关，说明这种方式不是主动运输，而是一种被动运输方式(可能是自由扩散，也可能是协助扩散)。相反，曲线在一定浓度范围内随物质浓度升高而速率加快，当达到一定程度后，由于受到载体数量的限制，不再增加而维持稳定，说明这种运输需要载体，不是自由扩散，可能是协助扩散，也可能是主动运输。曲线说明运
9、输速率与氧气浓度有关，根据上面的分析，这个过程是需要能量的，只能是主动运输，所以综合来看，应当是主动运输。二 、酶的本质、特性以及酶促反应的因素1. 核酸与蛋白质的关系 绝大多数的酶是蛋白质，极少数的酶是RNA。2有关酶的实验探究思路分析 重点 (1)探究某种酶的本质酶是蛋白质设计思路：对照组：标准蛋白质溶液双缩脲试剂出现紫色反应；实验组：待测酶溶液双缩脲试剂是否出现紫色。通过对照，实验组若出现紫色，则证明待测酶溶液是蛋白质，否则不是蛋白质。可以看出实验中自变量是待测酶溶液和标准蛋白质溶液，因变量是否出现紫色反应。同理，也可用吡罗红来鉴定某些酶是RNA的实验。 (2)酶的催化作用设计思路：对照
10、组：反应物清水反应物不被分解；实验组：反应物等量的相应酶溶液反应物被分解。实验中的自变量是相应的酶溶液的有无，因变量是底物是否被分解。 (2)验证酶的专一性。 设计思路一：酶相同，底物不同实验组：反应物相应酶溶液反应物被分解；对照组：不同反应物等量同种酶溶液反应物不被分解。设计方案示例： 如右图通过对照，实验组若出现砖红色沉淀，则证明酶具有专一性，否则不具有专一性。可以看出实验 中自变量是底物不同，因变量是否出现砖红色沉淀。设计思路二：换酶不换反应物。实验组：反应物相应酶溶液反应物被分解；对照组：相同反应物等量另一种酶溶液反应物不被分解。通过对照，实验组若出现砖红色沉淀，则证明酶具有专一性，否
11、则不具有专一性。可以看出实验中自变量是酶不同，因变量是否出现砖红色沉淀。同理，也可用碘液来鉴定底物淀粉是否水解完全。此实验过程中要注意：选择好检测反应物的试剂。如反应物选择淀粉和蔗糖，酶溶液为淀粉酶，验证酶的专一性，检测反应物是否被分解的试剂宜选用斐林试剂，不能选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被水解。要保证蔗糖的纯度和新鲜程度是做好实验的关键。 检测试剂的选择结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶具有专一性。(3)验证酶的高效性。 设计思路：对照组：反应物无机催化剂底物分解速度；实验组：反应物等量酶溶液底物分解速度。实验中自变量是无机催化剂和酶，因变量是底物分解速度。(4)探究酶
12、作用的最适温度或最适pH。实验的自变量(即单一变量)为温度或pH，因变量是反应物分解的速度或存在量。适宜的温度：设计思路：反应物 t1酶溶液，反应物 t2酶溶液，反应物 t3 酶溶液， ，反应物 tn 酶溶液反应物分解的速度或存在的量在实验步骤中要注意：a.在酶溶液和反应物混合之前，需要把两者先分别放在各自所需温度下保温一段时间。b.若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测反应物被分解的试剂宜选用碘液，不应该选用斐林试剂，因斐林试剂需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。适宜的pH：设计思路：反应物 pH1酶溶液，反应物 pH 2酶溶液，反应物 pH 3 酶溶液，反应物 pH n 酶溶液反应物分
13、解的速度或存在的量设计与酶有关的实验时，实验设计的一般步骤为：取材分组编号不同处理平衡无关变量现象观察结果分析得出结论。操作步骤： 若干组等量酶液（酶1，酶2，酶3） 各自在所控制PH（pH1，p2，p3）下处理各自与等量底物混合反应一段时间后检测底物的分解底物 酶液 在所控制温度下处理一段时间（保温）达到所控温度，底物与酶液混合在各自所需温度下保温一段时间检测底物的分解3影响酶促反应的因素（1）温度和pH：、甲乙两图表示：在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围酶催化作用逐渐减弱。过酸、过碱、高温都会使酶分子的结构破坏，活性不可再恢复；而低温只是抑制酶的
14、活性，酶分子结构未被破坏在一定温度范围内，温度升高可恢复其活性。温度或pH是通过影响酶的活性来影响酶促反应速率的。 、丙图表示：影响酶活性的因素有温度和pH。反映溶液酸碱度的变化对酶作用的最适温度的影响。反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度；反应溶液温度的变化也不改变酶作用的最适pH。（2）底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响a甲图表示：在其他条件适宜，酶量一定的条件下，酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性的限制，酶促反应速率不再增加。图甲中OP段的限制因素是底物浓度，而P点之后的主要限制因素是酶浓度。 b乙图表示：在底物充足，其他条件适宜的条件下，酶促反
15、应速率与酶浓度成正比。c底物浓度和酶浓度不改变酶分子的活性。4有关酶的疑难问题点拨(1)酶并非都是蛋白质，某些RNA也具有催化作用，因此酶的基成单位是氨基酸和核糖核苷酸。(2)酶促反应速率不等同于酶活性。温度和pH通过影响酶活性，进而影响酶促反应速率。底物浓度和酶浓度也能影响酶促反应速率，但并未改变酶活性。(3)在探究酶的最适温度(最适pH)时，底物和酶应达到相同温度(pH)后才混合，以使反应一开始便达到预设温度(pH)。【知识拓展】影响酶作用的因素分析酶的催化活性的强弱以单位时间(每分)内底物的减少量或产物的生成量来表示。研究某一因素对酶促反应速率的影响时，应在保持其他因素不变的情况下，单独
16、改变研究的因素。影响酶促反应的因素常有：酶的浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。其变化规律有以下特点： (1)激活剂对酶促反应速度的影响：能激活酶的物质称为酶的激活剂。激活剂种类很多，有无机阳离子，如钠离子、钾离子、铜离子、钙离子等；无机阴离子，如氯离子、溴离子、碘离子、硫酸盐离子、磷酸盐离子等；有机化合物，如维生素C、半胱氨酸、还原性谷胱甘肽等。许多酶只有当某一种适当的激活剂存在时，才表现出催化活性或强化其催化活性，这称为对酶的激活作用。而有些酶被合成后呈现无活性状态，它必须经过适当的激活剂激活后才具活性。这种酶称为酶原。(2)抑制剂对酶促反应速度的影响：能减弱、抑制甚至破坏酶活性
17、的物质称为酶的抑制剂。它可降低酶促反应速度。酶的抑制剂有重金属离子、一氧化碳、硫化氢、氢氰酸、氟化物、碘化乙酸、生物碱、染料、对氯汞苯甲酸、二异丙基氟磷酸、乙二胺四乙酸、表面活性剂等。二 ATP的合成利用与能量代谢1ATP的形成及与光合作用、细胞呼吸的关系(重难点) (1)ATP的形成途径： (2)植物产生ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体，而动物产生ATP的场所是细胞质基质 和线粒体。(3)光合作用的光反应产生的ATP用于暗反应中C3的还原，而细胞呼吸产生的ATP用于除C3还原之外的各项生命活动。2生物界中能量代谢过程(1)光能是生物体进行各项生命活动的根本能量来源，而ATP是生命活动
18、的直接能量来源。植物 的光合作用是生物界中最基本的物质代谢和能量代谢。(2)生物不能直接利用有机物中化学能，只有有机物氧化分解并将能量转移到ATP中，才能被利用。(3)光能进入生物群落后，以化学能的形式储存于有机物中，以有机物为载体通过食物链而流动。能量在生物群落中具有单向流动、不可重复利用以及逐级递减的特点。(4)能量一经利用，即从生物界中消失，不能重复利用。2有关ATP的疑难问题点拨 (1)ATP与ADP的转化并不是完全可逆的。 ATP与ADP的相互转化，从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的，即从整体上来看二者的转化并不可逆，但可以实现不同形式的能量之间的转化，
19、保证生命活动所需能量的持续供应。 (2)误认为ATP等同于能量。 ATP是一种高能磷酸化合物，其分子式可以简写为APPP，高能磷酸键水解时能够释放出高达30.54 kJ/mol的能量，所以ATP是与能量有关的一种物质，不可将两者等同起来。 (3)ATP转化为ADP也需要消耗水。 ATP转化为ADP又称“ATP的水解反应”，这一过程需ATP酶的催化，同时也需要消耗水。凡是大分子有机物(如蛋白质、脂肪、淀粉等)的水解都需要消耗水。【归纳】考点1 酶在代谢中的作用 1酶的化学本质及作用来源酶是活细胞产生的具催化能力的有机物化学本质绝大多数是蛋白质少数是RNA合成原料氨基酸核糖核苷酸合成场所核糖体细胞
20、核(真核生物)存在场所主要存在于细胞内(如呼吸酶、光合酶)，也可存在于细胞外(如消化酶)生理作用生物催化作用作用机理降低化学反应的活化能2.有关酶的本质和生理特性等实验的设计思路实验名称对照组实验组衡量标准验证某种酶的本质是蛋白质已知蛋白液双缩脲试剂待测酶液双缩脲试剂是否出现紫色验证酶具有催化作用底物适量蒸馏水底物等量的相应酶溶液底物是否分解验证酶具有专一性底物相应酶液同一底物另一酶液或另一底物相同酶液底物是否分解验证酶具有高效性底物无机催化剂底物等量的相应酶溶液底物是否分解探究酶的适宜温度温度梯度下的同一温度分别处理的底物和酶液混合底物的分解速率或底物的剩余量探究酶的最适pHpH梯度下的同一
21、pH分别处理的底物和酶液混合【特别提醒】若底物选择淀粉和蔗糖，酶溶液为淀粉酶，验证酶的专一性，检测底物是否被分解的试剂宜选用斐林试剂，不能选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被水解。 若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不应该选用斐林试剂，因斐林试剂需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。 探究酶的适宜温度的实验中不宜选择过氧化氢酶催化 H2O2分解，因为底物H2O2在加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。 3与酶有关的图表、曲线解读 (1)表示酶专一性的图解： 图中A表示酶，B表示被催化的反应物。酶和被催化的反应物分子都有特定的结构。 (2)表示酶的高效性的曲
22、线： 催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。酶只能缩短达到化学平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点。酶只能催化已存在的化学反应。注：酶与激素、蛋白质、维生素、脂质的关系： 酶、激素、维生素比较表：物质名称产 生 部 位化学本质作 用酶活细胞绝大多数蛋白质、极少数为RNA催 化激 素动物专门器官，植物一定部位蛋白质、脂质、多肽、氨基酸调 节维生素来自食物脂质等维持生命活动必需氨基酸只能来自食物苏亮携来一本假色(书)8种（谐音记忆）问：能产生激素的细胞一定能产生酶吗？是的能产生酶的细胞一定能产生激素吗？不一定有关酶活性实验是高考经常考查的内容因为酶与人类生活、社会生产、工业
23、生产、疾病发生等密切相关为高考命题提供了广阔的选材空间。分析实验时，可根据具体实验所验证或探究的问题，确定出突验的自变量和因变量，然后再分析影响该实验的无关变量及如何平衡无关变量的影响。难点三不同种类的酶具体应用1酶的分布酶既可以在细胞内发挥作用，比如线粒体内的呼吸氧化酶和叶绿体中的光合作用酶等；也可以分泌到细胞外起作用，如唾液淀粉酶、胃蛋白酶等各种消化酶。不仅如此，在体外适宜的条件下酶也具有催化作用，如可以把唾液淀粉酶加入到试管里，在适宜的条件下催化淀粉的水解反应。2酶的分类 3.酶的合成过程：(1)遵循中心法则，(2)蛋白质类酶的合成包括转录和翻译，原料是氨基酸；而RNA酶的合成过程只有转
24、录，原料是核糖核苷酸。 4酶的分泌过程：胞外酶合成之后要分泌到细胞外发挥催化作用，因此胞外酶的分泌过程也就是分泌蛋白的形成过程。它的合成、加工和分泌过程，有核糖体、内质网、高尔基体、线粒体等的参与。 5酶与激素的区别与联系难点四ATP在能量代谢中的转化和利用1能量代谢过程和利用2ATP与ADP转化发生变化的场所及相关生理过程转化场所 ATP ADP ADP ATP 主要生理功能 细胞膜 是 否 葡萄糖、氨基酸、无机盐离子等物质的主动运输 细胞质基质 是 是 细胞呼吸产生ATP，许多生化反应的进行消耗ATP 叶绿体 是 是 光反应产生ATP，暗反应消耗ATP 线粒体 是 是 细胞有氧呼吸第二、三阶段产生ATP，自身DNA复制等消耗ATP 核糖体 是 否 氨基酸合成蛋白质等消耗ATP 高尔 基体 是 否 植物细胞形成细胞壁，动物细胞形成分泌物等物质消耗ATP 内质网 是 否 有机物的合成、运输等消耗ATP 细胞核 是 否 DNA的复制、转录等消耗ATP 中心体 是 否 形成纺锤体，牵引染色体移动等消耗ATP 特别提示：光反应产生的ATP只用于暗反应。病毒的增殖过程消耗的ATP来自宿主细胞。
