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专题(三)　细胞代谢的保障
明考点·析考情
考点 1.物质进出细胞的方式。2.酶在代谢中的作用。3.ATP在能量代谢中的作用。
考情 该部分内容的命题以选择题为主。常以特定细胞或细胞器中多种物质协同转运的文字或图例为情境，考查学生利用教材知识准确辨析这些物质跨膜运输的方式；ATP常融合其他知识一块考查；酶常通过曲线分析、实验结果的分析等形式考查。
命题点1　物质出入细胞的方式
1．理清细胞的吸水和失水
2．物质进出细胞方式的判断
3．影响物质跨膜运输的因素及相关曲线
(1)物质浓度(在一定的浓度范围内)
(2)氧浓度
(3)温度：①温度影响生物膜的流动性，进而影响所有跨膜方式的运输速率。②温度影响酶活性，影响呼吸速率，进而影响能量供应，主动运输和胞吞、胞吐均受影响。
4．巧用两种抑制剂探究物质跨膜运输的方式
1．(2020·江苏，5)如图①～⑤表示物质进、出小肠上皮细胞的几种方式，下列叙述正确的是(　　)
A．葡萄糖进、出小肠上皮细胞方式不同
B．Na＋主要以方式③运出小肠上皮细胞
C．多肽以方式⑤进入细胞，以方式②离开细胞
D．口服维生素D通过方式⑤被吸收
2．(2021·江苏，3)细胞可运用不同的方式跨膜转运物质，下列相关叙述错误的是(　　)
A．物质自由扩散进出细胞的速度既与浓度梯度有关，也与分子大小有关
B．小肠上皮细胞摄入和运出葡萄糖与细胞质中各种溶质分子的浓度有关
C．神经细胞膜上运入K＋的载体蛋白和运出K＋的通道蛋白都具有特异性
D．肾小管上皮细胞通过主动运输方式重吸收氨基酸
思维延伸——判断与填充
(1)协助扩散转运溶质分子的速率比自由扩散快(经典高考题)(　　)
(2)植物组织培养过程中，培养基中常添加蔗糖，植物细胞利用蔗糖的方式如图所示。使用ATP合成抑制剂，会使蔗糖运输速率下降(2023·浙江6月选考，13)(　　)
(3)如图为植物细胞膜中H＋－ATP酶将细胞质中的H＋转运到膜外的示意图，则H＋转运过程中H＋－ATP酶不发生形变(2021·浙江1月选考，12)(　　)
(4)人体成熟红细胞能够运输O2和CO2，其部分结构和功能如图，①～⑤表示相关过程，成熟红细胞通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP，为③提供能量(2021·河北，4)(　　)
(5)(2021·全国甲，29节选)植物的根细胞可以通过不同方式吸收外界溶液中的K＋。细胞外的K＋能够通过离子通道进入植物的根细胞。离子通道是由________复合物构成的，其运输的特点是________________________________________(答出1点即可)。 细胞外的K＋可以通过载体蛋白逆浓度梯度进入植物的根细胞。在有呼吸抑制剂的条件下，根细胞对K＋的吸收速率降低，原因是____________________________________________________________________。
题组一　物质出入细胞方式判断
1．(2023·徐州高三调研)载体蛋白和通道蛋白对物质的转运机制不同。下列叙述错误的是(　　)
A．突触前膜释放神经递质都需要载体蛋白参与
B．载体蛋白需要与被转运物结合，实现对物质的跨膜运输
C．通道蛋白一般只参与被动运输，载体蛋白既可参与被动运输，也可参与主动运输
D．如果有与被转运物结构相似的物质存在，载体蛋白可能出现竞争性抑制现象
2．人体小肠上皮细胞对3种单糖吸收的方式如图所示，其中半乳糖与载体的亲和力大于葡萄糖，二者进入细胞均借助Na＋的浓度梯度势能，细胞膜上的钠钾泵负责Na＋和K＋的主动运输。下列叙述正确的是(　　)
A．果糖的转运速率会随着果糖浓度的升高持续增大
B．葡萄糖和半乳糖转运时直接消耗了大量ATP
C．半乳糖出现后，葡萄糖的转运量减少
D．抑制小肠上皮细胞的钠钾泵后，葡萄糖转运速率不变
题组二　跨膜运输实例辨析
3．(2023·全国甲，4)探究植物细胞的吸水和失水实验是高中学生常做的实验。某同学用紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料进行实验，探究蔗糖溶液、清水处理外表皮后，外表皮细胞原生质体和液泡的体积及细胞液浓度的变化。图中所提到的原生质体是指植物细胞不包括细胞壁的部分。下列示意图中能够正确表示实验结果的是(　　)
4．某实验小组用一定浓度的KNO3溶液处理白色洋葱鳞片叶内表皮细胞，绘图如图所示。设原生质体初始状态时的体积为1.0。下列相关叙述错误的是(　　)
A．若在KNO3溶液中加入适量红墨水，则质壁分离及复原的现象会更明显
B．b→a段对应的细胞，细胞液渗透压小于细胞质基质渗透压
C．原生质体的相对体积的变化趋势是1.0→0.5→1.0→1.5
D．c点时该细胞原生质体体积最大，故吸水能力最强
专题(三)　细胞代谢的保障
建网络　抓主干
①蛋白质　②RNA　③高效性　④专一性　⑤活化能　⑥胞吞、胞吐　⑦C、H、O、N、P　⑧A—P～P～P　⑨细胞呼吸　⑩光合作用　 直接能源物质
命题点1　真题研究
1．A　[葡萄糖进入小肠上皮细胞通过方式①，由低浓度到高浓度，属于主动运输，葡萄糖运出小肠上皮细胞通过方式③，由高浓度到低浓度，不消耗能量，需要载体蛋白，属于协助扩散，A正确；Na＋运出小肠上皮细胞通过方式②，由低浓度到高浓度，属于主动运输，B错误；方式⑤是胞吞，方式②为主动运输，多肽的相对分子质量较大，通过胞吞和胞吐的方式进、出细胞，C错误；维生素D属于脂质中的固醇类物质，进入细胞的方式是自由扩散(方式④)，D错误。]
2．B　[小肠上皮细胞摄入和运出葡萄糖与细胞质中葡萄糖分子的浓度有关，与细胞质中其他溶质分子的浓度无关，B错误；膜转运蛋白包括载体蛋白和通道蛋白，二者都具有特异性，载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过，C正确。]
思维延伸
(1)√　(2)√
(3)×　H＋转运过程中H＋－ATP酶会发生形变，协助物质运输。
(4)√　(5)蛋白质　一种离子通道只允许一种离子通过　根细胞对K＋的吸收属于主动运输，消耗能量，而呼吸抑制剂抑制细胞呼吸产生能量
题组集训
1．A　[突触前膜通过胞吐的方式释放神经递质，不需要载体蛋白参与，A错误。]
2．C　[分析题图可知，果糖的转运方式为协助扩散，由于受到载体蛋白数量的限制，果糖的转运速率不会随着果糖浓度的升高持续增大，A错误；葡萄糖和半乳糖转运时直接消耗了Na＋顺浓度梯度运输产生的电子势能，而非ATP，B错误；分析题干信息可知，半乳糖与载体的亲和力大于葡萄糖，说明半乳糖出现后，葡萄糖的转运量减少，C正确；抑制小肠上皮细胞的钠钾泵后，细胞内外Na＋浓度梯度受到影响，从而影响Na＋的顺浓度梯度跨膜运输，故葡萄糖转运速率降低，D错误。]
3．C　[用30%蔗糖溶液处理之后，细胞失水，原生质体和液泡的体积都会减小，细胞液浓度升高，用清水处理之后，细胞吸水，原生质体和液泡的体积会增大，细胞液浓度降低，A、B错误；随着所用蔗糖溶液浓度的升高，当蔗糖溶液浓度大于细胞液浓度之后，细胞就会开始失水，原生质体和液泡的体积减小，细胞液浓度升高，C正确，D错误。]
4．D　[c点时该细胞原生质体体积最大，故吸水能力最弱，D错误。]命题点2　酶和ATP在代谢中的作用
1．明辨ATP的结构及拓展
2．能量转换过程和ATP的产生与消耗
转化场所 产生或消耗ATP的生理过程
细胞膜 消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐
细胞质基质 产生ATP：细胞呼吸第一阶段
叶绿体 产生ATP：光反应 消耗ATP：暗反应和自身DNA复制等
线粒体 产生ATP：有氧呼吸第二、三阶段 消耗ATP：自身DNA复制等
核糖体 消耗ATP：蛋白质的合成
细胞核 消耗ATP：DNA复制、转录等
3.肌细胞中ATP产生速率与O2供给量关系的曲线解读
特别提醒　(1)当横坐标表示细胞呼吸强度时，ATP产生速率的变化曲线应该从原点开始。
(2)哺乳动物成熟的红细胞中，ATP的产生速率几乎与O2供给量无关。
4．读懂酶的3类曲线
(1)酶的作用原理
酶能降低化学反应的活化能(如图所示)。
①表示无酶催化时反应进行需要的活化能是ac段。
②表示有酶催化时反应进行所需要的活化能是bc段。
③酶降低的活化能是ab段。
(2)酶的作用特性
①图1中加酶的曲线和加无机催化剂的曲线比较，说明酶具有高效性，而与不加催化剂的曲线比较只能说明酶具有催化作用。
②图2中两曲线比较说明酶具有专一性。
(3)酶促反应速率的影响因素
①温度和pH
图甲和图乙显示：高温、过酸、过碱都会使酶失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性。从图丙和图丁可以看出：反应溶液pH(温度)的变化不影响酶作用的最适温度(pH)。
②底物浓度和酶浓度
图甲中OP段的限制因素是底物浓度，而P点之后的限制因素有酶浓度和酶活性；图乙对反应底物的要求是底物足量。
5．酶的特性及相关探究实验
6．蛋白酶对蛋白质的水解实验
检验蛋白酶对蛋白质的水解时应选用蛋白块，通过观察其消失情况得出结论，因为蛋白酶本身也是蛋白质，所以不能选用双缩脲试剂鉴定。
1．(2022·江苏，8)下列关于细胞代谢的叙述正确的是(　　)
A．光照下，叶肉细胞中的ATP均源于光能的直接转化
B．供氧不足时，酵母菌在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇
C．蓝细菌没有线粒体，只能通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP
D．供氧充足时，真核生物在线粒体外膜上氧化[H]产生大量ATP
2．(江苏经典高考题)过氧化物酶能分解H2O2，氧化焦性没食子酸呈橙红色。为探究白菜梗中是否存在过氧化物酶，设计实验如表。下列相关叙述正确的是(　　)
管号 2%H2O2/mL 缓冲液/mL 过氧化物酶溶液/mL 白菜梗提取液/mL 煮沸冷却后的白菜梗提取液/mL 1%焦性没食子酸/mL
1 2 2 － － － 2
2 2 － 2 － － 2
3 2 － － 2 － 2
4 2 － － － 2 2
A.1号管为对照组，其余不都是实验组
B．2号管为对照组，其余都为实验组
C．若3号管显橙红色，无须对照就能证明白菜梗中存在过氧化物酶
D．若4号管不显橙红色，可证明白菜梗中无过氧化物酶
思维延伸——判断与填充
(1)磷酸化酶a能为肝糖原水解提供活化能(2023·浙江1月选考，11)(　　)
(2)蛇毒中的磷脂酶因水解红细胞膜蛋白而导致溶血(江苏经典高考题)(　　)
(3)洗衣时，加少许白醋能增强加酶洗衣粉中酶的活性(江苏经典高考题)(　　)
(4)加热也能使碱性蛋白酶失活，如图所示，则加热导致碱性蛋白酶构象改变是不可逆的(2022·湖南，3)(　　)
(5)ATP是细胞内绝大多数生命活动的直接能源物质，ATP的化学性质十分稳定(江苏经典高考题)(　　)
(6)ATP脱去2个磷酸基团后是RNA的基本组成单位之一(江苏经典高考题)(　　)
(7)腺苷三磷酸分子在水解酶的作用下不断地合成和水解，从而成为细胞中吸能反应和放能反应的纽带(2022·浙江1月选考，3)(　　)
(8)研究人员将32P标记的磷酸注入活的离体肝细胞，1～2 min后迅速分离得到细胞内的ATP。结果发现ATP的末端磷酸基团被32P标记，并测得ATP与注入的32P标记磷酸的放射性强度几乎一致。则32P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率不相等(2021·海南，14)(　　)
(9)将A、B两种物质混合，T1时加入酶C，如图为最适温度下A、B浓度的变化曲线。则T2后B增加缓慢是酶活性降低导致的(经典高考题)(　　)
(10)(江苏经典高考题)将一个土豆(含有过氧化氢酶)切成大小和厚薄相同的若干片，放入盛有一定体积和浓度的过氧化氢溶液的针筒中。土豆片为4片时，测得产生的气体量随时间的变化如图中的实线所示，若土豆片为8片时，实验结果的曲线最可能是下列______图中的虚线。如果要获得更多的气体，在不改变溶液体积的条件下，可采取的方法是__________________，其结果可用____图中的虚线表示。为保证上述实验的科学性，需要控制其他的外界环境因素，如________________。
题组一　ATP的结构与功能
1．dATP是脱氧腺苷三磷酸的英文名称缩写，其结构式可简写成dA—P～P～P(该结构式中的dA表示脱氧腺苷)。下列关于dATP和ATP的叙述正确的是(　　)
A．dATP与ATP分子结构的主要区别是含氮碱基不同
B．dATP彻底水解后可形成3种有机物
C．ATP经过水解之后可以得到某种核酸的基本单位之一
D．一般来说动物细胞内生成ATP的场所主要在细胞质基质
2．(多选)(2023·南京高三模拟)味觉细胞感受甜味分子信息的过程如图所示。味传导蛋白由α、β和γ三个亚基构成，当α亚基与鸟苷二磷酸(GDP)结合时，该蛋白无活性，与鸟苷三磷酸(GTP)结合时被激活，裂解为Gα－GTP和GβGγ两部分，Gα－GTP能够使腺苷酸环化酶(AC)磷酸化而被激活。激活态的蛋白激酶A(PKA)可作用于K＋通道蛋白，最终引起神经递质的释放。下列叙述正确的是(　　)
A．Gα－GTP改变了AC的空间结构，使其能催化cAMP合成
B．激活态PKA能降低K＋通道蛋白磷酸化过程的活化能
C．K＋通道蛋白的磷酸化会导致味觉细胞膜内的电位降低
D．该过程体现了细胞膜信息交流和控制物质进出的功能
题组二　酶的本质、作用、特性和影响因素
3．(2023·泰州高三期末)豚鼠胰腺腺泡细胞可合成并分泌胰蛋白酶等多种消化酶，下列相关叙述正确的是(　　)
A．胰蛋白酶能为化学反应提供能量
B．胰腺腺泡细胞中有较多的胰岛素mRNA
C．直接研磨胰腺容易提取到胰岛素
D．核糖体和内质网参与胰蛋白酶的合成
4．除了温度和pH对酶活性有影响外，一些抑制剂也会降低酶的催化效果。图甲为酶作用机理及两种抑制剂影响酶活性的机理示意图，图乙为相同酶溶液在无抑制剂、添加不同抑制剂的条件下，酶促反应速率随底物浓度变化的曲线。下列叙述不正确的是(　　)
A．图甲中非竞争性抑制剂降低酶活性的机理与高温、低温对酶活性抑制的机理不同
B．根据图甲可推知，竞争性抑制剂与底物具有类似结构，从而与底物竞争酶的活性位点
C．图乙中底物浓度相对值大于15时，限制曲线A酶促反应速率的主要因素是酶浓度
D．图乙中曲线B和曲线C分别是在酶溶液中添加了非竞争性抑制剂和竞争性抑制剂的结果
命题点2　真题研究
1．B　[光照下，叶肉细胞可以进行光合作用和有氧呼吸，光合作用中产生的ATP来源于光能的直接转化，有氧呼吸中产生的ATP来源于有机物的氧化分解，A错误；供氧不足时，酵母菌在细胞质基质中进行无氧呼吸，将丙酮酸转化为乙醇和二氧化碳，B正确；蓝细菌属于原核生物，没有线粒体，但可以进行有氧呼吸，C错误；供氧充足时，真核生物在线粒体内膜上氧化[H]产生大量ATP，D错误。]
2．A　[由表分析可知，1号管、2号管是对照组，3号管、4号管是实验组，A正确，B错误；实验设置必须遵循对照原则，3号与1、2号对照，3号管、2号管显橙红色，1号不变色，证明白菜梗中存在过氧化物酶，C错误；3号管和4号管的自变量是温度，若3号管显橙红色，4号管不显橙红色，说明高温使过氧化物酶变性失活，D错误。]
思维延伸
(1)×　磷酸化酶a不能为肝糖原水解提供活化能，酶的作用机理是降低化学反应所需活化能。
(2)×　蛇毒中的磷脂酶具有专一性，只能催化磷脂分子的水解，不能催化蛋白质水解。
(3)×　白醋呈酸性，使酶变性失活，所以洗衣时加少许白醋会导致加酶洗衣粉中酶的活性降低。
(4)×　由图示可知，加热导致碱性蛋白酶由天然状态变为部分解折叠，部分解折叠的碱性蛋白酶降温后可恢复到天然状态，因此适当加热导致碱性蛋白酶构象改变是可逆的。
(5)×　ATP的化学性质不稳定，远离腺苷的特殊的化学键很容易发生断裂和重新形成。
(6)√
(7)×　ATP在水解酶的作用下水解，在合成酶的作用下ADP和磷酸吸收能量合成ATP。
(8)√
(9)×　T2后B增加缓慢是反应物A减少导致的。
(10)c　增加过氧化氢浓度　a　温度(或气压等)
题组集训
1．C　[ATP与dATP分子结构的主要区别是五碳糖不同，前者含有核糖，后者含有脱氧核糖，A错误；dATP彻底水解后可形成脱氧核糖和腺嘌呤2种有机物(磷酸不是有机物)，B错误；ATP经过水解之后可以得到腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位之一，C正确；ATP的合成可发生在线粒体、叶绿体、细胞质基质，所以，动物细胞内生成ATP的场所主要在线粒体和细胞质基质，D错误。]
2．ABD　[由题图可知，Gα－GTP能够使AC磷酸化而被激活，改变了AC的空间结构，使其能催化ATP形成cAMP，A正确；K＋通道蛋白磷酸化后通道关闭，不能运输K＋通过细胞膜，激活态PKA(激活态的蛋白激酶A)可作用于 K＋ 通道蛋白，降低K＋通道蛋白磷酸化过程的活化能，最终引起神经递质的释放，B正确；K＋通道蛋白磷酸化后通道关闭，不能运输K＋通过细胞膜，膜内的负电位被抵消一部分，故K＋通道蛋白的磷酸化会导致味觉细胞膜内的电位上升，C错误；味传导蛋白与细胞膜上的受体结合，引起一系列的生理变化等，体现了细胞膜信息交流和控制物质进出的功能，D正确。]
3．D　[酶具有催化作用，作用机理是降低化学反应所需的活化能，不能为反应提供能量，A错误；胰岛素只在胰岛B细胞中表达，所以在胰腺腺泡细胞中不会出现胰岛素mRNA，B错误；胰腺中含有胰蛋白酶，而胰岛素的化学本质是蛋白质，直接提取，胰蛋白酶会水解胰岛素，导致提取失败，C错误。]
4．D　[非竞争性抑制剂与酶活性位点以外的其他位点结合，通过改变酶的空间结构使酶的活性受到抑制，高温会使酶的空间结构被破坏使酶的活性受到抑制，但低温只是抑制酶的活性，酶的空间结构没有被破坏，A正确；分析图甲可知，竞争性抑制剂和底物能够争夺酶的同一活性部位，说明竞争性抑制剂与底物可能具有类似结构，B正确；底物浓度相对值大于15时，曲线A中的酶促反应速率随着底物浓度的增加不再增加，表明此时底物浓度不再是限制酶促反应速率的因素，此后限制曲线A酶促反应速率的主要因素是酶浓度，C正确；曲线B表示加入竞争性抑制剂时酶促反应速率随底物浓度变化的曲线，曲线C表示加入非竞争性抑制剂时酶促反应速率随底物浓度变化的曲线，D错误。]

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