第一部分《分子与细胞》
专题二 新陈代谢、微生物与发酵工程
一、考点核心整合
1、酶
酶是活细胞产生的具有生物催化能力的一类有机物。理解时应把握：①所有的活细胞均能产生；②酶只有催化作用；③其化学本质绝大多数是蛋白质，少数是RNA。酶具有高效性、专一性等特性及需要适宜的条。
ATP和ADP可相互转化，ATP水解时释放的能量可用于各项生命活动；ADP合成ATP时所需能量，对于人和动物而言自于呼吸作用，对于绿色植物而言，则自于呼吸作用和光合作用。
高中教材中常出现的酶及其作用：
⑴各种水解酶；如淀粉酶、蛋白酶、DNA酶等；
⑵过氧化氢酶：广泛存在于动植物细胞及一些微生物中，主要作用是分解过氧化氢；
⑶解旋酶：在DNA复制过程中，使DNA分子解旋形成DNA单链的酶（破坏氢键）；
⑷限制性核酸内切酶：能识别双链DNA中特定的碱基序列，并能在特定的切点将之切割，露出特定的黏性末端。常在基因工程中处理目的基因和运载体。
⑸DNA连结酶：能将限制性内切酶处理后的目的基因和运载体的黏性末端连结起的酶，使相邻的核苷酸之间形成磷酸二酯键；
⑹逆转录酶：能以RNA为模板，合成DNA；
⑺溶菌酶：广泛存在动植物、微生物及其分泌物中，能溶解细菌细胞壁上的多糖。在医药上它是一种消炎酶，可使细菌失活，还可激活白细胞的吞噬功能，增强机体的抵抗力；
⑻纤维素酶：纤维素酶是一种复合酶，一般认为它至少包括三种组分，即C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶。其中C1酶和CX酶能使纤维素分解成纤维二糖，葡萄糖苷酶能将纤维二糖分解成葡萄糖。
⑼果胶酶：果胶酶是分解果胶的一类酶的总称。
⑽DNA聚合酶：能将游离的脱氧核苷酸连结成脱氧核苷酸链。
2、ATP
ATP全称为三磷酸腺苷，其结构可表示为A―P～P～P。其中A表示腺苷，P表示磷酸基，～表示高能磷酸键。
ATP可与ADP发生相互转化： （注意相互转化过程中的能量与去向）
其中①表示腺苷（由一分子腺嘌呤和一分子核糖构成），②表示腺嘌呤脱氧核苷酸，③表示腺嘌呤核糖核苷酸，④表示腺嘌呤。
★ 典型题型――类型
【例1】右图为某酶在不同温度下反应曲线和时间的关系，从图中不能获得的信息是（ ）
A、酶反应的最适温度
B、酶因热而失活
C、酶反应生成物量与时间的关系
D、酶反应速度和酶量的关系
解析：本题考查学生对影响酶活性的因素的理解和读图的能力。解答本题时要看清坐标曲线图，横坐标、纵坐标分别表示时间和生成物的量，曲线表示在不同的温度下，生成我物的量随时间的变化规律，没有表示出酶量的变化，因此不能得到结论D。答案为D。
【例2】下表是探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用实验设计及结果。
试管编号①②③④⑤⑥
2mL3%淀粉溶液+++―――
2mL3%蔗糖溶液―――+++
1mL2%的新鲜淀粉酶溶液++++++
反应温度（℃）406080406080
2mL斐林试剂++++++
砖红色深浅?+ ++ + ++―――
注：“+”表示有；“―”表示无。?此行“+”的多少代表颜色的深浅。
根据实验结果，以下结论正确的是（ ）
A、蔗糖被水解成非还原糖 B、淀粉在淀粉酶的作用下水解成还原糖
C、淀粉酶活性在60℃比40℃低 D、淀粉酶对蔗糖的水解具有专一性
解析：对实验过程的研究时需注意：研究某一问题时只允许存在一个变量。因此，在判断问题时，需注意变量的确定。若①②③为一组，其变量为温度，可研究温度对酶活性的影响；若②⑤为一组，其变量为酶的种类，可研究酶的专一性。答案为B。
★ 典型题型――简答题类型
题型1――有关影响酶特性因素的综合题型
【例3】如图所示实验装置用于研究温度对凝乳酶催化乳汁凝固的影响。先将酶和乳汁分别加入两支试管，然后将两支试管放入同一水浴环境持续15min，再将酶和乳汁倒入同一试管中混合，保温凝乳所需要的时间。通过多次实验，记录在不同温度下凝乳所需要的时间，结果如下表所示：
⑴比较并解释装置B和D的结果。
。
⑵解释以下两种处理对实验结果的影响。
①将装置A中混合物加温至40℃。
。
②将装置F中混合物冷却至40℃。
。
⑶为了使实验结果更为准确，请指出调控实验过程中溶液PH的原则。
。
⑷为什么酶和乳汁混合之前要在同一水浴环境中保温15min后实验结果才更为准确呢？ 。
⑸若将酶和乳汁放入同一试管中混合并保温，对实验结果有何影响？
。
3、渗透装置的构成与水分的流动
⑴典型的渗透装置的构成必须具备两个条：一是半透膜，二是半透膜两侧的浓度差。
⑵渗透作用的原理：当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞将通过渗透作用失水；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞将通过渗透作用吸水。
⑶只有具有大液泡的成熟植物活细胞才能发生质壁分离。
⑷质壁分离与复原实验的意义：
①可判断细胞的死活：只有活细胞才有质壁分离与复原现象。
②测定细胞液的浓度：
③反映细胞壁和原生质层的伸缩性大小。
★ 典型题型――类型
【例4】浸泡在一定浓度NO3溶液中的洋葱表皮细胞，发生了质壁分离后又出现质壁分离复原，与质壁分离复原相关的细胞器有（ ）
A、液泡 B、线粒体、液泡 C、线粒体 D、细胞膜、液泡膜
★ 典型题型――简答题类型
题型2――有关植物水盐方面（无土栽培）的综合题型
【例5】将培养在完全营养液中的某观赏花卉幼苗分成两组，分别置于0℃和16℃条下进行培养，然后测定其根吸收水分和矿质元素的理，结果如图所示，请据图回答下列问题：
⑴上述结果表明，16℃时根吸收水分增加主要是 增强引起的。
⑵当向营养液中通入充足的空气时，根吸收镁和铵的量增加，说明根吸收矿质元素与
密切相关，其主要吸收方式是 。
⑶根据上述现象可以得出的结论是：根吸收矿质元素与吸收水分是 。
⑷利用植物组织培养的方法可快速、大量繁殖此植物。在培养过程中，取该植物的花芽并将其分别培养在含有不同比例的吲哚乙酸和细胞分裂素的培养基中，花芽的生长状况如下表所示：
A组花芽B组花芽C组花芽D组花芽E组花芽
吲哚乙酸03ppm3ppm0.03ppm0
细胞分裂素00.2ppm0.002ppm1.0ppm0.2ppm
花芽
生长状况组织切块形成
愈伤组织愈伤组织
分化出根愈伤组织
分化出嫩枝稍生长
在此过程中能够实现脱分化的花芽是 组。从实验结果可以看出，能诱导新的花芽形成的条是 。上述实验结果说明，在植物组织培养过程中，诱导芽和根形成的关键是 。在生产实践中，欲快速、大量获得此植物的花芽，可选用 组的培养基进行扩大生产。
4、植物的光合作用
⑴光合作用是生物界中最基本的物质代谢和能量代谢
光合作用必须在光下才能发生，而呼吸作用是每时每刻都在进行。
⑵影响光合作用的因素及其在生产应用上的分析
因素对光合作用的影响在生产上的应用
光光照强度：
1、适当提高光照强度
2、延长光合作用时间
3、增加光合作用面积――合理密植
温度温度直接影响暗反应酶的活性，从而影响光合速率，温度过高影响植物叶片气孔开放，影响二氧化碳的供应，进而影响暗反应，从而影响光合速率1、适时播种
2、温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降低温度
3、植物“午休”现象的原因之一
CO2
浓度在一定范围内，植物的光合速率是随CO2浓度增加而增加，但达到一定程度时再增加CO2浓度，光合速率不再增加温室栽培时，适当提高室内二氧化碳的浓度，提高农作物的光合作用效率
矿质
元素N是各种酶以及NADP+和ATP的重要组成成分，P也是NADP+和ATP的重要组成成分，g是叶绿素的重要组成成分，对光合产物的运输和转化起促进作用合理施肥
水水分是光合作用原料，缺水光合速率下降合理灌溉
⑶叶绿体与线粒体之间的物质转化关系：
叶绿体是进行光合作用的场所，它能吸收CO2，释放O2；
线粒体是进行有氧呼吸的主要场所，它能吸收O2，释放CO2。
在植物细胞内存在着这样一种原则（优先原则）：即线粒体所释放出的CO2优先被叶绿体吸收利用。
CO2的吸收量：指叶绿体进行光合作用时，除从线粒体中获得的CO2外，还从外界环境中吸收的CO2量。
4、有氧呼吸
⑴有氧呼吸过程三阶段的比较
阶段
比较项目第一阶段第二阶段第三阶段
场所细胞质基质线粒体线粒体
反应物C6H12O6（葡萄糖）C3H6O3 （丙酮酸）+ H2O[H]+ O2
生成物C3H4O3+[H]CO2+ [H]H2O
形成ATP数量少量（2个）少量（2个）大量（34个）
与氧的关系无关无关必需氧
⑵有氧呼吸与无氧呼吸的区别与联系
有氧呼吸无氧呼吸
不
同
点场所细胞质基质和线粒体始终在细胞质基质
条需分子氧、酶不需分子氧、需酶
产物CO2+H2O酒精和CO2或乳酸
能量大量（合成38个ATP）少量（合成2个ATP）
相
同
点联系从葡萄糖分解为丙酮酸阶段相同，以后阶段不同
实质分解有机物，释放能量，合成ATP
意义为生物体的各项生命活动提供能量
⑶光合作用与有氧呼吸的联系与区别
项目光合作用呼吸作用（有氧呼吸）
区别场所叶绿体细胞质基质和线粒体
代谢类型合成代谢分解代谢
条光、色素、酶氧气、酶
物质变化把无机物转变成有机物分解有机物产生二氧化碳和水
能量变化把光能转变成化学能储存的有机物中将有机物中的化学能释放出，一部分转移到ATP中，一部分以热能形式散失
实质把二氧化碳和水转变成有机物，同时把光能转变成化学能，储存在有机物中分解有机物，释放能量产生ATP
联系光合作用为呼吸作用提供了物质基础――有机物和氧气；
呼吸作用产生的二氧化碳被光合作用所利用。
⑷探究酵母菌细胞呼吸方式：
方法一：实验处理及分析
装置甲：有氧条――有CO2产生（澄清石灰水变混浊）
装置乙：无氧条――有CO2（澄清石灰水变混浊）和C2H5OH（重铬酸钾检验）产生
方法二：利用如图Ⅱ所示装置（橡皮塞上的弯管为带有红色液滴的刻度玻璃管），探究酵母菌的细胞呼吸类型。
序号装置中红色液滴的移动现象结论
装置甲装置乙
1向左移动不移动只进行有氧呼吸
2不移动向右移动 只进行无氧呼吸
3向左移动向右移动既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸
5、代谢类型的异同点
代谢类型相同点不同点
自养型和
异养型都能把外界物质合成为自身物质，并储存能量能否直接利用无机物合成有机物
需氧型和
厌氧型都能不断分解自身的有机物，释放能量，供生命活动需要有机物分解过程中是否有氧的参与
★ 典型题型――选择题类型
【例6】关于真核细胞呼吸正确的说法是（ ）
A、无氧呼吸是不需氧的呼吸，因而其底物分解不属于氧化反应
B、有氧呼吸的酶存在于细胞质基质、线粒体内膜、线粒体基质
C、无氧呼吸的酶存在于细胞质基质和线粒体
D、水果贮藏在完全无氧的环境中，可将损失减小到最低程度
解析：无氧呼吸是不需氧的呼吸，但其底物分解仍属于氧化反应；水果贮藏在完全无氧的环境中，无氧呼吸太强会导致水果烂掉，增加损失；无氧呼吸只在细胞质基质中进行，故酶只存在于细胞质基质中，而不存在于线粒体中；有氧呼吸分为三个阶段，第一阶段在细胞质基质中进行，第二阶段在线粒体基质进行，第三阶段在线粒体内膜进行。答案为B。
【例7】下图为某植株在夏季晴天一昼夜内CO2吸收量的变化情况，以下判断正确的是（ ）
①该植物进行光合作用的时间区段是bg
②植物在a和h时刻只进行呼吸作用，不进行光合作用
③影响bc段光合速率的外界因素只有光照强度
④ce段与fg段光合速率下降的原因完全相同
⑤若c、f时刻的光合速率相等，则植物呼吸速率为c时刻大于f时刻
⑥该植物处于生长时期
A、①③ B、②④ C、①⑤ D、②⑥
解析：此图横坐标表示时间，纵坐标表示CO2的吸收量（即用CO2表示植物光合作用的积累量）a点以前和h点以后由于无光照植物不能进行光合作用。a点和h点之间由于有光照植物能进行光合作用。而b点和g点则表示此时的光合作用强度与呼吸强度相等。ce段由于温度过高导致植物气孔关闭，CO2的吸收量减少，植物的光合作用速率下降；而fg段是由于光照强度下降导致光合速率下降。答案为D。
【例8】右图是小麦幼苗细胞内的某些物质变化示意图，下列对图示的解释正确的是（ ）
A、d代表有氧呼吸生成大量ATP的阶段
B、b的变化是在叶绿体的基粒上完成
C、c的过程包括光反应和暗反应两个阶段
D、a的代谢过程还应有C3化合物的产生，无H2O的产生
解析：该图表示的是光合作用和呼吸作用过程中物质的转化关系，其中a表示光合作用的暗反应，b表示呼吸作用，c表示光合作用的光反应阶段，d表示有氧呼吸的第三阶段。答案为A。
★ 典型题型――简答题类型
题型3――有关光合作用的综合题型
【例9】如图所示，是植物生理作用与环境因素之间的关系，请据图分析回答：
⑴甲图中B点表示 。处于A点时植物进行的生理活动是 。
⑵光照强度为a时，不同温度情况下的吸收量不同，其原因是
。
⑶乙图中曲线CD段说明 。Ⅰ曲线所代表的植物对CO2利用的特点是 ，Ⅱ曲线所代表的植物体内固定CO2的物质是 。
⑷要提高农作物的产量，除注意提供上述环境因素外，还必须保证
的供应。
【例10】请回答下列有关小麦细胞代谢的相关问题：
⑴图甲曲线中，当光照强度为a点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有 。当光照强度为600 lx时，光合作用过程中二氧化碳的同化总量为 umol/(m2.s)，当光照强度 （大于、小于、等于）200lx时，细胞会表现出乙图细胞的生理状态。大棚种植蔬菜时，白天应控制光强为甲图中的 （a、b、c、d）点最为理想。
⑵图丙表示某小麦的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时，CO2释放量和O2吸收量的关系图，在图丙a、b、c、d四种浓度中,最适合该器官储藏的氧浓度是 ；若细胞呼吸的底物是葡萄糖，则在氧浓度为b时，无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸消耗葡萄糖的量的 倍。
⑶若将小麦放在特定的实验装置内研究温度对其光合作用与呼吸作用的影响（其余的实验条都是理想的），实验以植物对CO2的吸收量与释放量为指标。实验结果如下表所示。
温度（℃）5101520253035
光照下吸收CO2（mg/h）1.001.752.503.203.753.503.00
黑暗中释放CO2（mg/h）0.500.751.001.502.253.003.50
则昼夜不停地给予光照，该小麦生长的最适宜温度是 ℃；每天交替进行12 h光照、12 h黑暗，温度均保持在30℃的条下，该植物能否生长? ，为什么?
。
题型4――有关呼吸作用的综合题型
【例11】如图表示大气中O2浓度对植物组织产生的影响，其中A曲线代表CO2释放量，B曲线代表O2的消耗量，请据图回答：
⑴ 点产生的CO2较多，主要是通过 释放。
⑵ 点到N点CO2释放量减少的原因是
。
⑶贮藏水果时O2浓度应调节到图中 点，原因是
。
⑷ R点的生物学意义是 。
【例12】两个生物兴趣小组分别对酵母菌细胞呼吸方式进行了如下的探究实验。请据题分析作答：
⑴甲兴趣小组想探究的具体问题是：酵母菌是否在有氧、无氧条下均能产生CO2。现提供若干套（每套均有数个）实验装置如图Ⅰ（a～d）所示：
①请根据实验目的选择装置序号，并按照实验的组装要求排序（装置可重复使用）。有氧条下的装置序号： ；无氧条下的装置序号： 。
②装置中c瓶的作用是： ，b瓶中澄清的石灰水还可用 代替。
⑵乙兴趣小组利用图Ⅱ所示装置（橡皮塞上的弯管为带有红色液滴的刻度玻璃管），探究酵母菌的细胞呼吸类型。
①想得到实验结论还必须同时设置对照实验，请问对照实验装置（假设该装置编号为Ⅲ）如何设计？ 。
②请预测与结论相符合的现象，并填写下表：
序号装置中红色液滴的移动现象结论
装置Ⅱ装置Ⅲ
1① ② 不移动只进行有氧呼吸
2③ 不移动④ 只进行无氧呼吸
3⑤ ⑥ 既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸
③若酵母菌消耗的O2为3mol/L，而释放的CO2为9mol/L，则酵母菌无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的 倍。
