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編輯點(diǎn)評(píng)：2021高考生物細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出、酶和ATP電子版

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學(xué)習(xí)目標(biāo)

1、理解細(xì)胞的吸水和失水的原理及條件，解決相關(guān)的生物學(xué)問題。

2、理解物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例，分析跨膜運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。

3、探究植物細(xì)胞的吸水與失水，發(fā)展實(shí)驗(yàn)與探究能力（難點(diǎn)）。

4、（重點(diǎn)）了解對生物膜結(jié)構(gòu)的探索過程，理解實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)步所起的作用。

5、（重點(diǎn)）理解物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式。

6、簡述ATP的化學(xué)組成和特點(diǎn)及在能量代謝中的作用。

要點(diǎn)梳理

要點(diǎn)一、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例

1、細(xì)胞吸水、失水的原理及實(shí)例

（1）細(xì)胞吸水、失水的原理——滲透作用(水分子通過半透膜的擴(kuò)散現(xiàn)象叫滲透作用)

發(fā)生滲透作用必須具備兩個(gè)條件：①半透膜；②半透膜兩側(cè)溶液具有濃度差。

（2）動(dòng)物細(xì)胞的吸水與失水（以紅細(xì)胞為例）

（3）植物細(xì)胞的吸水與失水

2、植物細(xì)胞的吸水與失水的實(shí)驗(yàn)探究

(1)探究實(shí)驗(yàn)的一般過程

提出問題→做出假設(shè)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)→分析結(jié)果，得出結(jié)論→表達(dá)和交流→進(jìn)一步探究

(2)實(shí)驗(yàn)原理

①成熟的植物細(xì)胞的原生質(zhì)相當(dāng)于一層半透膜

②細(xì)胞液具有一定的濃度，與外界溶液形成濃度差。

(3)實(shí)驗(yàn)過程

(4)質(zhì)壁分離的原因分析

原因：

內(nèi)因：原生質(zhì)層有半透性→細(xì)胞滲透失水→細(xì)胞壁伸縮性小，原生質(zhì)層伸縮性大

外因：外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度

（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

3、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例

(1)實(shí)例：

①細(xì)胞對無機(jī)鹽吸收的實(shí)例：不同植物對不同離子的吸收表現(xiàn)出較大差異。

②人體甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞中碘的含量明顯高于血液中碘的含量。

③不同微生物對不同礦物質(zhì)的吸收表現(xiàn)出很大差異。

(2)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)：

①物質(zhì)跨膜運(yùn)輸并不都是順濃度梯度的；

②細(xì)胞對物質(zhì)的輸入和輸出具有選擇性；

③細(xì)胞膜和其他生物膜都是選擇透過性膜。

要點(diǎn)二、生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型

1、對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程

年代	科學(xué)家	科學(xué)實(shí)驗(yàn)	結(jié)論
19世紀(jì)末	歐文頓	用500多種物質(zhì)對植物細(xì)胞進(jìn)行的通透性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜	膜是由脂質(zhì)組成的
1925年	兩位荷蘭科學(xué)家	從細(xì)胞膜中提取的脂質(zhì)鋪成的單層分子面積是細(xì)胞膜的2倍	細(xì)胞膜中脂質(zhì)為連續(xù)兩層
1959年	羅伯特森	在電鏡下看到細(xì)胞膜由蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成	生物膜為三層靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)
1970年	弗雷和埃迪登	分別用綠色和紅色熒光染料標(biāo)記兩種細(xì)胞的蛋白質(zhì)，并將兩細(xì)胞融合，發(fā)現(xiàn)熒光均勻	細(xì)胞膜具有流動(dòng)性
1972年	桑格和尼克森	在新的觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù)基礎(chǔ)上	提出流動(dòng)鑲嵌模型

2、細(xì)胞膜的成分和功能

細(xì)胞膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，還有少量糖類。

（1）脂質(zhì)：構(gòu)成細(xì)胞膜的主要成分是磷脂，磷脂雙分子層構(gòu)成摸得基本支架。另外，脂質(zhì)、脂溶性物質(zhì)更易通過膜。

（2）蛋白質(zhì)：膜的功能主要由蛋白質(zhì)承擔(dān)，功能復(fù)雜的細(xì)胞膜，其蛋白質(zhì)的含量越高，種類越多。

（3）糖類：有的與蛋白質(zhì)結(jié)合成糖被，有的與脂質(zhì)結(jié)合成糖脂。

3、生物膜的結(jié)構(gòu)特性與功能特性

（1）生物膜的結(jié)構(gòu)特性：鑲嵌性、流動(dòng)性、不對稱性。

（2）生物膜的功能特性：選擇透過性。

要點(diǎn)三、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞?/p>

1、被動(dòng)運(yùn)輸

分子從高濃度向低濃度運(yùn)動(dòng)的一種現(xiàn)象叫擴(kuò)散

(1)自由擴(kuò)散：物質(zhì)通過簡單的擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞，例如：H2O、O2、CO2、甘油、脂肪酸等脂溶性小分子

（2）協(xié)助擴(kuò)散（易化擴(kuò)散）：物質(zhì)從濃度高的一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)到濃度低的一側(cè)，需要載體蛋白協(xié)助的擴(kuò)散

2、主動(dòng)運(yùn)輸（主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)）

物質(zhì)從低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)，需要載體蛋白的協(xié)助，同時(shí)要消耗能量。是物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的最重要方式，體現(xiàn)主動(dòng)選擇性

3、胞吞和胞吐

依賴于生物膜的流動(dòng)性，需要消耗能量

4、幾種跨膜方式的比較：

要點(diǎn)四、能量與細(xì)胞代謝

1、ATP的結(jié)構(gòu)

（1）ATP的結(jié)構(gòu)簡式A-P~P~P

①代表意義：A代表腺苷，T表示3，P代表磷酸基團(tuán)，~代表高能磷酸鍵，-代表普通化學(xué)鍵

②能量儲(chǔ)存：ATP 分子中的大量能量儲(chǔ)存在高能磷酸鍵中

（2）ATP的分子組成

要點(diǎn)詮釋：腺苷是腺嘌呤和核糖結(jié)合而成的，故一磷酸腺苷就是腺嘌呤核糖核苷酸，為RNA的組成單位之一。

2、ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化

（1）過程：

（2）ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化是一個(gè)不可逆的過程

3、ATP的主要生成途徑

（1）植物細(xì)胞形成ATP的途徑；光合作用、呼吸作用

（2）動(dòng)細(xì)胞形成ATP的途徑；呼吸作用

4、ATP的生理作用

（1）保證了細(xì)胞內(nèi)有一個(gè)相對穩(wěn)定的能量供應(yīng)庫

（2）生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)（能量通貨）

典型例題

類型一：細(xì)胞的失水和吸水

例1、取生理狀態(tài)相同的某種植物新鮮葉片若干，去除主脈后剪成大小相同的小塊，隨機(jī)分成三等份，之后分別放入三種濃度的蔗糖溶液（甲、乙、丙）中，一定時(shí)間后測得甲的濃度變小，乙的濃度不變，丙的濃度變大。假設(shè)蔗糖分子不進(jìn)出細(xì)胞，則關(guān)于這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果，下列說法正確的是（）

A．實(shí)驗(yàn)前，丙的濃度>乙的濃度>甲的濃度

B．乙的濃度不變是因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)蔗糖濃度與乙的濃度相等

C．實(shí)驗(yàn)中，細(xì)胞與蔗糖溶液間的水分移動(dòng)屬于協(xié)助擴(kuò)散

D．甲、丙的濃度變化是由水分在細(xì)胞與蔗糖溶液間移動(dòng)引起的

【答案】D

【解析】根據(jù)題干信息可推斷一定時(shí)間后甲的濃度變小是兇為葉片失水，“乙濃度不變”說明乙的濃度與葉片細(xì)胞的細(xì)胞液濃度相等，“丙濃度變大”是因?yàn)榧?xì)胞吸水，由此推斷，實(shí)驗(yàn)前，丙的濃度＜乙的濃度＜甲的濃度，A、B錯(cuò)誤，D正確；實(shí)驗(yàn)中，細(xì)胞與蔗糖溶液間的水分移動(dòng)屬于自由擴(kuò)散，C錯(cuò)誤。

【點(diǎn)評(píng)】本題主要考查滲透作用的知識(shí)。

【舉一反三】：

【變式一】

將人的紅細(xì)胞放入4℃蒸餾水中，一段時(shí)間后紅細(xì)胞破裂，主要原因是（）

A．紅細(xì)胞具有水溶性　　　　　B．紅細(xì)胞的液泡體積增大

C．蒸餾水大量進(jìn)入紅細(xì)胞　　　D．低溫時(shí)紅細(xì)胞膜流動(dòng)性增大

【答案】C

【解析】紅細(xì)胞無細(xì)胞核，無細(xì)胞器，放在蒸餾水中，由于外界濃度低于細(xì)胞內(nèi)濃度，導(dǎo)致吸水漲破。

【總結(jié)升華】本題考查細(xì)胞的失水和吸水，外界溶液濃度<細(xì)胞質(zhì)濃度時(shí)，細(xì)胞吸水，最終破裂。

類型二：生物膜的特性

例2、下列有關(guān)生物膜結(jié)構(gòu)和功能的描述，不正確的是（）

A．植物原生質(zhì)體的融合依賴于細(xì)胞膜的流動(dòng)性

B．合成固醇類激素的分泌細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)一般不發(fā)達(dá)

C．分泌蛋白的修飾加工由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體共同完成

D．生物膜之間可通過具膜小泡的轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)膜成分的更新

【答案】 B

【解析】植物原生質(zhì)體的融合依賴于細(xì)胞膜的一定的流動(dòng)性；分泌蛋白的修飾加工由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體共同完成；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖類的合成有關(guān)，因此合成固醇類激素的細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)也發(fā)達(dá)。

【總結(jié)升華】本題考查細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能。重在使學(xué)生把前面學(xué)的細(xì)胞器的知識(shí)相聯(lián)系起來，本題綜合性較強(qiáng)。

【舉一反三】：

【變式一】

研究發(fā)現(xiàn)，膽固醇、小分子脂肪酸、維生素D等物質(zhì)較容易優(yōu)先通過細(xì)胞膜，這是因?yàn)椋?）

A．細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性

B．細(xì)胞膜是選擇透過性膜

C．細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)是以磷脂雙分子層為基本支架

D．細(xì)胞膜上鑲嵌有各種蛋白質(zhì)分子

【答案】C

類型三：物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞?/p>

例3、將三組生理狀態(tài)相同的某植物幼根分別培養(yǎng)在含有相同培養(yǎng)液的密閉培養(yǎng)瓶中，一段時(shí)間后，測定根吸收某一礦質(zhì)元素離子的量。培養(yǎng)條件及實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表：

培養(yǎng)瓶中氣體	溫度（℃）	離子相對吸收量（%）
空氣	17	100
氮?dú)?br/>	17	10
空氣	3	28

下列分析正確的是（）

A．有氧條件有利于該植物幼根對該離子的吸收

B．該植物幼根對該離子的吸收與溫度的變化無關(guān)

C．氮?dú)猸h(huán)境中該植物幼根細(xì)胞吸收該離子不消耗ATP

D．與空氣相比，氮?dú)猸h(huán)境有利于該植物幼根對該離子的吸收

【答案】A

【解析】由培養(yǎng)條件為空氣和氮?dú)馇覝囟葹?7℃的兩組實(shí)驗(yàn)可知，有氧條件有利于幼根對該礦質(zhì)元素離子的吸收，氮?dú)猸h(huán)境不利于吸收，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；由培養(yǎng)條件為17℃和3℃且培養(yǎng)瓶中氣體都為空氣的兩組實(shí)驗(yàn)可知，幼根對該礦質(zhì)元素離子的吸收與溫度有關(guān)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；氮?dú)猸h(huán)境中幼根細(xì)胞需消耗無氧呼吸產(chǎn)生的ATP來吸收該礦質(zhì)元素離子，C項(xiàng)錯(cuò)誤。

【點(diǎn)評(píng)】本題考查物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式。

【舉一反三】:

【變式一】

新生兒小腸上皮細(xì)胞通過消耗ATP，可以直接吸收母乳中免疫球蛋白和半乳糖。這兩種物質(zhì)分別被吸收到血液中的方式是（）

A．主動(dòng)運(yùn)輸、主動(dòng)運(yùn)輸 B．內(nèi)吞、主動(dòng)運(yùn)輸

C．主動(dòng)運(yùn)輸、內(nèi)吞 D．被動(dòng)運(yùn)輸、主動(dòng)運(yùn)輸

【答案】B

【解析】水分子、脂質(zhì)分子、不帶電荷的小分子、帶電荷的小分子和離子都可以通過跨膜運(yùn)輸方式進(jìn)入細(xì)胞，只有大分子或顆粒性物質(zhì)不能跨膜運(yùn)輸，只能通過胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞。母乳中免疫球蛋白是大分子，必須經(jīng)過內(nèi)吞作用才能吸收，半乳糖是單糖，其運(yùn)輸方式也是主動(dòng)運(yùn)輸，需要消耗能量。

【變式二】

紅細(xì)胞吸收無機(jī)鹽和葡萄糖的共同點(diǎn)是（）

A．都可以從低濃度一邊到高濃度一邊

B．都需要供給ATP

C．都需要載體協(xié)助

D．既需要載體協(xié)助又需要消耗能量

【答案】C

類型四：ATP的結(jié)構(gòu)與特性

例4、高等植物體內(nèi)產(chǎn)生ATP的生理過程有（）

A．呼吸作用、滲透作用　　　B．呼吸作用、蒸騰作用

C．光合作用、主動(dòng)運(yùn)輸　　　 D．光合作用、呼吸作用

【答案】D

【解析】在高等植物體內(nèi)，光合作用的光反應(yīng)階段和呼吸作用均可以產(chǎn)生ATP。

【總結(jié)升華】本題考查ATP的形成途徑。

【舉一反三】:

【變式一】

下列關(guān)于人體細(xì)胞的 ATP 的敘述中，正確的是（）

A. ATP 雖在人體細(xì)胞中普遍存在，但含量不多

B. ATP 在人體細(xì)胞中普遍存在，含量很高

C. 它含有三個(gè)高能磷酸鍵

D. 當(dāng)它過分減少時(shí)，可由 ADP 在不依賴其他物質(zhì)的條件下直接形成

【答案】A

【解析】ATP 化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，雖然在人體細(xì)胞中普遍存在，但很容易轉(zhuǎn)化成 ADP。 ADP 在形成 ATP 時(shí)，必須與游離的磷酸基結(jié)合。

【變式二】

上圖反應(yīng)式中，下列說法正確的是（）

A．物質(zhì)和能量都是可逆的，酶相同

B．物質(zhì)和能量都是不可逆的，酶不相同

C．物質(zhì)是可逆的，能量是不可逆的，酶不相同

D．能量是不可逆的，物質(zhì)是不可逆的，酶相同

【答案】C

【解析】考查ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化過程中涉及的問題。（1）從反應(yīng)條件上看，ATP的水解是一種水解反應(yīng)，催化該反應(yīng)的酶屬水解酶。而ATP合成是一種合成反應(yīng)，催化該反應(yīng)的酶屬合成酶。酶具有專一性，故酶不相同。 (2）從能量上看，ATP水解釋放的能量是儲(chǔ)存在高能磷酸鍵內(nèi)的化學(xué)能，而合成ATP的能量主要有化學(xué)能和太陽能，因此，能量來源不同，不可逆。 (3）從物質(zhì)上看，物質(zhì)是可逆的。