第11講細胞代謝的綜合分析1．運用“變量”思維解析與酶有關的實驗設計。2．細胞呼吸過程的深入探究。3．細胞代謝中的原因分析。4．二氧化碳固定、光呼吸、光系統及電子傳遞鏈。5.C3植物、C4植物和CAM植物。考點要求考題統計考情分析細胞呼吸過程的深入探究2022,山東，選擇2021，福建，非選本專題知識難度較低、基礎性強。考查學生對細胞整體性的認識,或結合一些情景信息或表格信息設置題目，考查學生的應變能力、獲取信息和綜合分析能力。二氧化碳固定、光呼吸、光系統及電子傳遞鏈。2021，重慶，選擇2021，山東，選擇考點一運用“變量”思維解析與酶有關的實驗設計1.變量類型2.實驗設計遵循的三大基本原則3.對照實驗的類型及實驗組、對照組的確認4.實驗設計策略1.下列有關實驗設計的敘述,正確的是()A.實驗材料的數量、溫度和時間都可能是實驗的變量B.各種實驗都必須單獨設置對照組,確保單一變量C.數據測量時只要認真準確記錄,無需多次測量求平均值D.探究實驗中,實驗結果總是與提出的假設一致2.如表是某研究性學習小組利用豬肝研磨液設計的“探究pH對過氧化氫酶的影響”的實驗思路,下列有關該實驗思路的敘述,錯誤的是()A.將操作步驟1、4互換,可使實驗思路更科學合理B.應增設丙組對照,其處理是2mL體積分數為3%的H2O2溶液+1mLH2O+2滴質量分數為20%的豬肝研磨液C.步驟5的操作方法可改為“記錄試管內停止產生氣泡所需的時間”D.將實驗自變量替換成“溫度”可用來探究溫度對過氧化氫酶的影響考點二細胞呼吸過程的深入探究1.丙酮酸氧化分解產生CO2的整個過程是一個由多種有機酸參與的“環狀”途徑。2.根據各種有機酸的結構特點,推測該過程的哪些環節有CO2生成。丙酮酸變成C2化合物的時候產生1分子CO2,C6化合物轉化為C5化合物產生1分子CO2,C5化合物轉化為C4化合物產生1分子CO21.心肌細胞中葡萄糖氧化分解產生的NADH不能穿過線粒體膜,NADH與草酰乙酸反應生成NAD+和蘋果酸,蘋果酸可以穿過線粒體膜,并與線粒體基質中的NAD+反應重新產生NADH。下列說法錯誤的是()A.葡萄糖氧化分解過程有能量釋放B.線粒體基質中NADH都來自葡萄糖的氧化分解C.丙酮酸可以進入線粒體基質D.NADH可在線粒體內膜上被消耗3.[H]在線粒體內膜上繼續氧化并釋放大量能量糖酵解和丙酮酸氧化分解生成CO2的過程都只能產生少量ATP,有氧呼吸中大量ATP是伴隨O2對[H]的氧化生成的,這是一個怎樣的過程呢?20世紀60年代,米切爾(PeterMitchell,1920—1992)在研究細菌的跨膜質子運輸過程中獲得靈感,提出[H]氧化過程中釋放的能量會用于將線粒體基質中的H+泵到線粒體內膜和外膜的間隙中,H+再沿著一種特殊的酶流回線粒體基質,推動該酶催化ATP的合成。之后,科學家檢測到線粒體內膜外側的膜電位明顯高于內側。當將提取自線粒體內膜的蛋白質A嵌到人工脂質體上,人為控制脂質體膜內、外兩側形成H+濃度梯度時,脂質體所在溶液中的ADP和Pi轉化成了ATP。(1)[H]氧化過程中釋放的電子和H+的最終受體是。

(2)線粒體內膜在生成ATP的過程中起的作用是

。

(3)資料中的蛋白質A對應米切爾假說中的。

2.在酵母菌線粒體內,呼吸鏈由一系列按特定順序排列的結合蛋白質組成。鏈中每個成員,從前面的成員接受氫或電子,又傳遞給下一個成員,最后傳遞給氧。在電子傳遞的過程中,逐步釋放自由能,同時將其中部分能量,通過氧化磷酸化作用貯存在ATP分子中,具體過程如圖。下列說法錯誤的是()A.H+通過Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的運輸會導致線粒體基質的pH升高B.F1是載體蛋白,在線粒體內膜上只起運輸作用C.在硝化細菌中,也有與酵母菌類似的電子傳遞系統D.在分解脂肪時,通過該電子傳遞鏈消耗的氧將增加考點三細胞代謝中的原因分析1.高考題舉例例1.(2021·全國甲，29)細胞外的K＋可以通過載體蛋白逆濃度梯度進入植物的根細胞。在有呼吸抑制劑的條件下，根細胞對K＋的吸收速率降低，原因是_____________________________。例2.(2021·全國甲，30)某研究人員使用放射性同位素32P標記的脫氧腺苷三磷酸(dATP，dA－Pα～Pβ～Pγ，)等材料制備了DNA片段甲(單鏈)。該研究人員在制備32P標記的DNA片段甲時，所用dATP的α位磷酸基團中的磷必須是32P，原因是___________________________________________2.方法突破此類題目屬于非選擇題中的“科學思維”的特征設問，此類題目在語言表達題型中所占比例很高，其設問方式一般有以下幾種：“……合理的解釋是________”“……判斷的依據是________”“……其原因是______________”“……其機理是________”等。這些試題旨在考查考生在新情境條件下對知識體系的掌握程度，也是對《高考評價體系》中的關鍵能力和學科素養進行考查，是真正素質考查的體現。（1）原因類試題的類型①解釋已知條件與結果之間的邏輯關系，該類試題一般已知某一特定外界條件的改變，然后要求考生回答某一生理過程發生什么樣的改變，最后要求考生回答該生理過程發生改變的原因。例，(2019·全國Ⅰ，29)與干旱處理前相比，干旱處理后該植物的光合速率會__________，出現這種變化的主要原因是__________________________________________。②沒有對應的外界條件，要求考生直接解釋某一生理現象出現的原因。例，(2020·全國Ⅰ，30)農田施肥的同時，往往需要適當澆水，此時澆水的原因是_____________________________(答出1點即可)。第一類原因類試題所占比重更大，分值也更大，難度也更高，考生往往不知道如何組織文字，很難把要點答全，也會因為答案不準確、不規范而失分。（2）解題策略①解釋已知條件與結果之間邏輯關系——因果橋法分析高考題中長句描述題的標準答案就會發現，其實答案用詞的出處一般有兩個：一是命題者在描述題干時的信息，二就是教材中的重要概念、原理等。(2017·全國Ⅰ，30)植物的CO2補償點是指由于CO2的限制，光合速率與呼吸速率相等時環境中的CO2濃度，已知甲種植物的CO2補償點大于乙種植物的，回答下列問題：(1)將正常生長的甲、乙兩種植物放置在同一密閉小室中，適宜條件下照光培養，培養后發現兩種植物的光合速率都降低，原因是________________________________。(2)若將甲種植物密閉在無O2、但其他條件適宜的小室中，照光培養一段時間后，發現植物的有氧呼吸增加，原因是_________________________。(2018·全國Ⅰ，30)甲、乙兩種植物凈光合速率隨光照強度的變化趨勢如圖所示。回答下列問題：甲、乙兩種植物單獨種植時，如果種植密度過大，那么凈光合速率下降幅度較大的植物是___，判斷的依據是___________________________________。②從分子和分母兩方面分析比例變化(2019·全國Ⅰ，37)已知一種有機物X(僅含有C、H兩種元素)不易降解，會造成環境污染。某小組用三種培養基篩選土壤中能高效降解X的細菌(目標菌)。Ⅰ號培養基：在牛肉膏蛋白胨培養基中加入X(5g/L)。Ⅱ號培養基：氯化鈉(5g/L)，硝酸銨(3g/L)，其他無機鹽(適量)，X(15g/L)。Ⅲ號培養基：氯化鈉(5g/L)，硝酸銨(3g/L)，其他無機鹽(適量)，X(45g/L)。回答下列問題：若將土壤懸浮液接種在Ⅱ號液體培養基中，培養一段時間后，不能降解X的細菌比例會______，其原因是______________________________________________。③從來源和去路兩方面分析物質含量變化(2020·山東，24)植食性線蟲主要危害植物根系，研究表明，長期施用有機肥后土壤中植食性線蟲的數量減少，依據圖中信息分析，主要原因是_________________________________________。④要從正面回答而不要從反面回答(2017·全國Ⅰ，37)為了篩選可分解尿素的細菌，在配制培養基時，應選擇_____(填“尿素”“NH4NO3”或“尿素＋NH4NO3”)作為氮源，不選擇其他兩組的原因是________________________________________。⑤既要解釋前者又要解釋后者(2019·全國Ⅰ，38)目前在PCR反應中使用Taq酶而不使用大腸桿菌DNA聚合酶的主要原因是________________________________________。(2018·全國Ⅱ，30)為了研究某種樹木樹冠上下層葉片光合作用的特性，某同學選取來自樹冠不同層的A、B兩種葉片，分別測定其凈光合速率，結果如圖所示。據圖回答問題：從圖可知，A葉片是樹冠_____(填“上層”或“下層”)的葉片，判斷依據是____________________________________________________。(2018·全國Ⅲ，29)植物的葉面積與產量關系密切。葉面積系數(單位土地面積上的葉面積總和)與植物群體光合速率、呼吸速率及干物質積累速率之間的關系如圖所示。由圖可知：當葉面積系數小于a時，隨葉面積系數增加，群體光合速率和干物質積累速率均_____。當葉面積系數超過b時，群體干物質積累速率降低，其原因是_________________________________。考點四二氧化碳固定、光呼吸、光系統及電子傳遞鏈光系統及電子傳遞鏈光系統是由蛋白質和葉綠素等光合色素組成的復合物,具有吸收、傳遞和轉化光能的作用,包括光系統Ⅰ(PSⅠ)和光系統Ⅱ(PSⅡ)。注:圖中虛線表示該生理過程中電子(e-)的傳遞過程。(1)光系統Ⅱ進行水的光解,產生O2和H+和自由電子(e-),光系統Ⅰ主要介導NADPH的產生。(2)電子(e-)經過電子傳遞鏈:質體醌→細胞色素b6f復合體→質體藍素→光系統Ⅰ→鐵氧還蛋白→NADPH。(3)電子傳遞過程是高電勢到低電勢(光系統Ⅱ和Ⅰ中的電子傳遞由于光能的作用,從而逆電勢傳遞,這是一個吸能的過程),因此,電子傳遞過程中釋放能量,質體醌利用這部分能量將質子(H+)逆濃度從類囊體的基質側泵入囊腔側,從而建立了質子濃度(電化學)梯度。當然,光系統Ⅱ在類囊體的囊腔側進行的水的光解產生質子(H+)以及在類囊體的基質側H+和NADP+形成NADPH的過程,為建立質子濃度(電化學)梯度也有所貢獻。(4)類囊體膜對質子是高度不通透的,因此,類囊體內的高濃度質子只能通過ATP合成酶順濃度梯度流出,而ATP合成酶利用質子順濃度流出的能量來合成ATP。1.(1)PSⅠ和PSⅡ鑲嵌在葉綠體的___________________上,含有的光合色素主要包括__________________________兩大類,這些色素的主要功能有_________________________。(2)圖示過程中,PSⅡ和PSⅠ以串聯的方式協同完成電子由________(物質)釋放、最終傳遞給_____________(物質)生成NADPH的過程。(3)光照的驅動既促使水分解產生H+,又伴隨著電子的傳遞通過PQ將葉綠體基質中的H+__________________________________,同時還在形成NADPH的過程中_____________葉綠體基質中部分H+,造成膜內外的H+產生了濃度差。請結合圖示信息分析,跨膜的H+濃度差在光合作用中的作用是_________________________________________________。

(4)除草劑二溴百里香醌(DBMIB)與PQ競爭可阻止電子傳遞到細胞色素b6f,若用該除草劑處理無內外膜的葉綠體,會導致ATP含量顯著下降,其原因可能是_______________________________________。2.(2021重慶高考)如圖為類囊體膜蛋白排列和光反應產物形成的示意圖。據圖分析,下列敘述錯誤的是()A.水光解產生的O2若被有氧呼吸利用,最少要穿過4層膜B.NADP+與電子(e-)和質子(H+)結合形成NADPHC.產生的ATP可用于暗反應及其他消耗能量的反應D.電子(e-)的有序傳遞是完成光能轉換的重要環節2.二氧化碳固定途徑的多樣性和適應性不同的植物,暗反應的過程不一樣,而且葉片的解剖結構也不相同。這是植物對環境適應的結果。以下3種類型是因CO2的固定這一過程的不同而劃分的。(1)C3途徑:C3途徑是碳同化的基本途徑,也稱為卡爾文循環,可合成糖類、淀粉等多種有機物。C4途徑和CAM途徑都只起固定CO2的作用,最終還是通過C3途徑合成光合產物等。通過C3途徑固定CO2的植物稱為C3植物,C3植物屬于高光呼吸植物類型,光合速率較低,其種類多,分布廣,多生長于暖濕條件下,如大多數樹木、糧食類植物、煙草等。(2)C4植物:通過C4途徑固定CO2的植物稱為C4植物,它們主要是那些生活在干旱熱帶地區的植物。在這種環境中,植物若長時間開放氣孔吸收CO2,會導致水分通過蒸騰作用過快散失。所以,植物只能短時間開放氣孔,CO2的攝入量必然少。植物必須利用這少量的CO2進行光合作用,合成自身生長所需的物質。C4植物的兩次固定在空間上分開:在葉肉細胞內固定CO2,在維管束鞘細胞中同化CO2。(3)CAM途徑(景天科酸代謝):CAM途徑指生長在熱帶或亞熱帶干旱及半干旱地區的一些肉質植物所具有的一種光合固定CO2的附加途徑。具有這種途徑的植物稱為CAM植物。該途徑的特點是:CAM植物氣孔只有晚上開放,將CO2生成蘋果酸等進行固定,白天氣孔關閉,蘋果酸等則由液泡轉入葉綠體中再釋放CO2,再通過卡爾文循環轉變成糖。這是植物對干旱環境的適應。CAM植物兩次固定在時間上分開:在晚上固定CO2,在白天同化CO2。(1)C4植物光反應發生在葉肉細胞的________________上,而CO2固定發生在________________細胞中。

(2)科學家用含14C標記的CO2來追蹤玉米光合作用中的碳原子的轉移途徑,這種碳原子的轉移途徑是________________。暗反應階段中C3的還原在________________細胞中完成。

(3)與水稻、小麥等C3植物相比,C4植物的CO2的補償點較___________。高溫、干旱時C4植物還能保持高效光合作用的原因是________________。(4)景天科植物吸收的CO2________________(填“能”或“不能”)合成葡萄糖,原因是________________________________。

(5)如果白天適當提高CO2濃度,景天科植物的光合作用速率變化是________________(填“增加”“降低”或“基本不變”)。

(2022全國高考甲卷)根據光合作用中CO2的固定方式不同,可將植物分為C3植物和C4植物等類型。C4植物的CO2補償點比C3植物的低。CO2補償點通常是指環境CO2濃度降低導致光合速率與呼吸速率相等時的環境CO2濃度。回答下列問題。(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反應階段的產物是相同的,光反應階段的產物是(答出3點即可)。

(2)正常條件下,植物葉片的光合產物不會全部運輸到其他部位,原因是(答出1點即可)。

(3)干旱會導致氣孔開度減小,研究發現在同等程度干旱條件下,C4植物比C3植物生長得好。從兩種植物CO2補償點的角度分析,可能的原因。

3.光呼吸光呼吸現象產生的分子機制是O2和CO2競爭Rubisco酶。在暗反應中,Rubisco酶能夠以CO2為底物實現CO2的固定;在光下,當O2濃度高、CO2濃度低時,O2會競爭Rubisco酶,光的驅動下將碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一個高耗能的反應,正常生長條件下光呼吸就可損耗掉光合產物的25%~30%。過程如圖所示:光呼吸對生物體有一定的危害。如果在較強光下,光呼吸加強,使得C5氧化分解加強,一部分碳以CO2的形式散失,從而減少了光合產物的形成和積