1、細胞的能量供應(yīng)與利用素養(yǎng)提升4生命觀念：物質(zhì)與能量觀2021新亮劍高考總復(fù)習(xí)第三單元生命在本質(zhì)上是物質(zhì)的,這是辯證唯物主義自然觀的基礎(chǔ)。從元素層面看,沒有特殊的生命元素,組成生命體的元素在自然界中都有,它們都來自無機自然界。但是,組成生命體的物質(zhì)又有特殊性,生命體有選擇地從外界吸收有用的物質(zhì),且生物大分子(如蛋白質(zhì)、核酸、多糖)是生命體獨有的。因此,生命體在物質(zhì)上跟無機自然界既有聯(lián)系,又有其獨特性。例如,DNA、蛋白質(zhì)和多糖等都是生物體內(nèi)才有的有機物,這些有機物的分工很明確,DNA是“指揮者”,蛋白質(zhì)是“執(zhí)行者”,這個過程需要糖類氧化分解提供能量。生命的物質(zhì)性,還體現(xiàn)在物質(zhì)的運動變化是一切生命

2、活動的基礎(chǔ)。生命體內(nèi)部的物質(zhì)并不是隨機堆放在細胞中就能完成生命活動的,而是有序地組織起來形成一定結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)是物質(zhì)的有序組織形式,這就是物質(zhì)觀和結(jié)構(gòu)觀的聯(lián)系。生命的能量觀需要建立在以下重要概念的基礎(chǔ)上。(1)生命過程需要能量驅(qū)動,生命系統(tǒng)都是耗能結(jié)構(gòu),需要引入能量來維持有序性。(2)生命系統(tǒng)的各個層次都有能量的流動和轉(zhuǎn)換。(3) 能量以物質(zhì)為載體。細胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)有放能反應(yīng)和吸能反應(yīng),二者總是伴隨著ATP的合成和分解。(4) 光能是幾乎所有生命系統(tǒng)中能量來源的最終源頭,但是對大多數(shù)生命體來說,光能并不能直接被利用,而要通過反應(yīng)轉(zhuǎn)化為化學(xué)能才能被利用的(即使在綠色植物體內(nèi),也有許多細胞不能進行光合

3、作用)。(5) 生命系統(tǒng)的能量流動同樣遵循能量守恒定律。生命系統(tǒng)是開放系統(tǒng),時刻進行著物質(zhì)和能量的輸入、輸出。生物之間相互依存、相互競爭,乃至捕食與 食,主要也是為了獲得生存、繁殖所需要的物質(zhì)和能量。換言之,生物之間的關(guān)系大抵都是圍繞獲取生存所需要的物質(zhì)和能量來建立的。生命體是物質(zhì)的特殊存在形式,它的存在和發(fā)展都需要能量來驅(qū)動,而能量的傳遞和利用又需要以物質(zhì)為載體。光合作用是生物界最基本的能量代謝和物質(zhì)代謝,其他的生命活動大都是在此基礎(chǔ)上進行的。以高等動物為例,其細胞呼吸消耗的糖類等有機物直接或間接來自綠色植物的光合作用。有機物蘊含能量,而化學(xué)能儲存在有機物中。光合作用和細胞呼吸過程中都有物質(zhì)

4、和能量的變化。光合作用過程中,光能轉(zhuǎn)化成糖類等有機物中的化學(xué)能,水和二氧化碳轉(zhuǎn)化成有機物;細胞呼吸時把糖類分解成水和二氧化碳,釋放出的能量部分儲存于ATP中;ATP可以直接用于多種消耗能量的生命活動。D.人體肝臟細胞可以發(fā)生甲乙、過程答案解析內(nèi)化應(yīng)用目 錄案例示范例生物體細胞合成ATP的生理過程有呼吸作用和光合作用。圖一表示ATP(甲)的分解過程,圖二表示化合物在生物體內(nèi)轉(zhuǎn)移的過程。下列分析不正確的是(B)。A. 圖一甲的能量主要存在于2個高能磷酸鍵中,丙是RNA的基本組成單位之一B. 圖二能產(chǎn)生甲的過程有,產(chǎn)生的甲都能為主動運輸提供能量C.發(fā)生在生物膜上的過程有,產(chǎn)生氣體的過程是內(nèi)化應(yīng)用目

5、錄案例示范解析甲是ATP,是一種高能磷酸化合物,能量主要存在于2個高能磷酸鍵中,丙是腺嘌呤核糖核苷酸,是RNA的基本組成單位之一,A項正確;圖二能產(chǎn)生甲的過程有,過程是暗反應(yīng)消耗ATP,過程產(chǎn)生的ATP只用于暗反應(yīng),產(chǎn)生的ATP都能為主動運輸提供能量,B項錯誤;過程發(fā)生在葉綠體的類囊體薄膜上,過程發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上,過程產(chǎn)生O2,過程產(chǎn)生CO2,C項正確;人體肝臟細胞可以發(fā)生甲乙合成ATP,過程合成糖原,過程無氧呼吸產(chǎn)生乳酸,過程有氧呼吸,過程糖原分解成葡萄糖,D項正確。案例示范內(nèi)化應(yīng)用目 錄1. 下列關(guān)于生物體內(nèi)能量代謝的敘述,錯誤的是(C)。A.ATP水解一般與吸能反應(yīng)相聯(lián)系,而ATP合成

6、一般與放能反應(yīng)相聯(lián)系B.細胞內(nèi)能量消耗和利用的過程都伴隨著復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)C. 若呼吸作用產(chǎn)生的ATP可為C3的還原過程供能,則沒有光反應(yīng),暗反應(yīng)也能進行D. 硝化細菌能夠利用化學(xué)反應(yīng)釋放的能量合成有機物解析ATP水解常伴隨吸能反應(yīng),ATP合成常伴隨放能反應(yīng),A項正確;細胞內(nèi)能量消耗和利用的過程都伴隨著復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),B項正確;暗反應(yīng)需要光反應(yīng)為其提供ATP和H,故沒有光反應(yīng)就沒有暗反應(yīng),C項錯誤;硝化細菌能夠利用化學(xué)反應(yīng)釋放的能量合成有機物,D項正確。答案解析案例示范內(nèi)化應(yīng)用答案解析目 錄2. 下圖所示為甘蔗一葉肉細胞內(nèi)的系列反應(yīng)過程,下列有關(guān)說法正確的是( B)。A. 過程和過程都是放能反應(yīng)

7、,合成ATP的能量形式相同B. 過程產(chǎn)生H,過程消耗H,過程既產(chǎn)生也消耗H C.過程只發(fā)生在葉綠體基質(zhì),過程只發(fā)生在線粒體中D.若過程的速率大于過程的速率,則甘蔗的干重就會增加案例示范內(nèi)化應(yīng)用目 錄解析過程用于合成ATP的是光能,過程用于合成ATP的是化學(xué)能,能量形式不同,A項錯誤。過程產(chǎn)生H,用于過程三碳化合物的還原,故消耗H;過程是細胞呼吸,有氧呼吸的第一、第二階段產(chǎn)生H,用于第三階段與氧氣發(fā)生反應(yīng),因此既產(chǎn)生也消耗H,B項正確。過程是暗反應(yīng),只發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中;過程是細胞呼吸,發(fā)生在細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體中,C項錯誤。甘蔗干重增加與否是由植物體的光合作用與細胞呼吸共同決定的,光下才能進行光

8、合作用,每時每刻都要進行呼吸作用,若只是某一時段光合速率大于呼吸速率,不能確定甘蔗的干重是否增加,D 項錯誤。案例示范內(nèi)化應(yīng)用答案解析目 錄3. 下圖表示某自養(yǎng)型生物細胞光合作用、細胞呼吸過程中H的轉(zhuǎn)移過程,錯誤的是(C)。A. 圖中過程都能產(chǎn)生ATPB. 過程需要水的參與,能產(chǎn)生CO2C. 過程和過程離不開葉綠體和線粒體D. 過程合成有機物儲存能量,過程分解有機物釋放能量案例示范內(nèi)化應(yīng)用目 錄解析 圖中過程表示光合作用的光反應(yīng)階段,能產(chǎn)生ATP。過程表示有氧呼吸第一、第二階段,都能產(chǎn)生少量的ATP,過程表示有氧呼吸第三階段,能產(chǎn)生大量的ATP,故A項正確;過程表示有氧呼吸第一、第二階段,在有

9、氧呼吸第二階段中, 需要水的參與,B項正確;在真核細胞內(nèi),過程(光反應(yīng))和過程(有氧呼吸第三階段)分別在葉綠體和線粒體中進行,但原核細胞如藍藻細胞內(nèi)沒有葉綠體和線粒體, 也能進行過程和過程,C項錯誤;過程是光合作用的暗反應(yīng)合成有機物,儲存能量,過程是呼吸作用分解有機物,釋放能量,D項正確。案例示范內(nèi)化應(yīng)用目 錄4. 自然界中,由于遺傳物質(zhì)的變化,高等植物會產(chǎn)生葉綠體突變體。某植物種群中,甲是缺失了葉黃素的突變體。與正常植株相比,在相同的環(huán)境條件下甲的生長緩慢。請回答下列問題:(1) 甲的細胞中,含有光合色素的膜結(jié)構(gòu)稱作類囊體,在該結(jié)構(gòu)上合成的儲存有化學(xué)能的有機物是 ATP與NADPH (H或還

10、原氫) 。(2) 與正常植株相比,在相同的環(huán)境條件下甲的葉綠體吸收與利用紅光(填“紅光”或“藍紫光”)的能力不變,C3的相對含量會增多減小”)。(填“增多”“保持不變”或“答案解析案例示范內(nèi)化應(yīng)用目 錄解析(1)光合色素位于葉綠體的類囊體薄膜上,因此甲的細胞中,含有光合色素的膜結(jié)構(gòu)稱作類囊體。在該結(jié)構(gòu)上,光合色素吸收的光能儲存在光反應(yīng)合成的ATP與NADPH(H或還原氫)中。(2)甲是缺失了葉黃素的突變體,而葉黃素主要吸收藍紫光?？梢?與正常植株相比,在相同的環(huán)境條件下,甲的葉綠體吸收與利用藍紫光的能力減弱,但對紅光的吸收與利用能力不變。色素吸收光能減少,光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP相對減少

11、,導(dǎo)致C3的還原速率相對減慢,而CO2的固定速率不變,因此C3的相對含量會增多。案例示范內(nèi)化應(yīng)用目 錄(3) 顯著降低環(huán)境中CO2的濃度,甲的光合作用速率達到最大時所需要的最小光照強度會減小(填“增大”“不變”或“減小”),原因是CO2濃度的顯著降低可導(dǎo)致答案解析C3的合成速率減慢、ATP與NADPH的利用和合成速率減慢,從而導(dǎo)致光合作用速率達到最大時所需要的最小光照強度減小。(4) 用含18O的水澆灌突變體甲,一段時間后,在其周圍空氣中存在含18O的物質(zhì)有H218O、 18O2和 C18O2。目 錄案例示范內(nèi)化應(yīng)用解析(3)顯著降低環(huán)境CO2的濃度,直接導(dǎo)致CO2的固定速率下降、C3的合成速率減慢,進而引起C3還原速率下降、ATP與NADPH的利用速率減慢,造成ATP與NADPH的積累,抑制了光反應(yīng)的進行,使得ATP與NADPH的合成速率減慢,從而導(dǎo)致光合作用速率達到最大時所需要的最小光照強度(光飽和點)減小。(4)用含18O 的水澆灌突變體甲H2