2023届高考生物二轮复习细胞的物质基础和结构基础学案

专题一　细胞的物质基础和结构基础

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长句突破

1．等质量的脂肪比糖类含能量多，为什么不是生物体的主要能源物质？(至少答出两点)

提示：脂肪不溶于水；脂肪氧化分解慢，且消耗大量氧气；糖类在有氧和无氧时都能进行氧化分解。

2．吃熟鸡蛋更容易消化的原因是什么？

提示：高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。

3．线粒体内膜的蛋白质种类和数量比外膜高，请从“结构与功能观”角度分析原因。

提示：线粒体内膜的功能较外膜复杂，功能越复杂的生物膜，蛋白质的种类和数量越多。

4．细胞膜和其他生物膜都具有流动性和选择透过性，其结构基础分别是什么？

提示：流动性的结构基础是组成膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的；选择透过性的结构基础主要是膜上转运蛋白的种类和数量，或转运蛋白空间结构的变化。

5．在小鼠细胞和人细胞融合实验中，若降低温度，细胞完全融合所需要的时间明显延长，请分析原因。

提示：温度会影响分子的运动，进而影响细胞膜的流动性。

6．若真核细胞内的核仁被破坏，蛋白质合成将不能正常进行，请分析原因。

提示：真核细胞中核仁与核糖体的形成有关，核仁被破坏，不能形成核糖体，导致蛋白质的合成不能正常进行。

7．将新鲜的大蒜鳞茎蒜瓣放在蔗糖与食醋配制成的糖醋汁中，开始时蒜瓣出现萎缩，糖醋汁液面上升。两天后，糖醋汁液面下降，蒜瓣出现膨胀。品尝蒜瓣有酸甜的味道，说明糖醋腌制的大蒜细胞内既有蔗糖分子又有乙酸分子。请你应用所学的知识来分析产生这一现象的原因。

提示：糖醋汁液面上升的原因是大蒜细胞在糖醋汁中失水，发生质壁分离而出现萎缩，外界溶液体积增大；两天后，糖醋汁液面下降的原因是大蒜细胞因失水过多而死亡，细胞膜失去选择透过性，糖醋汁自由进入大蒜细胞，从而使蒜瓣膨胀，具有酸甜味道并且液面下降。

第一讲　细胞的物质基础

核心考点一　组成细胞的元素及无机化合物

1．组成细胞的元素的特定界定

(1)最基本元素：C。

(2)生命的核心元素：C。

(3)基本元素：C、H、O、N。

(4)大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。

(5)微量元素：Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu等。

2．几种常见元素参与组成化合物

(1)铁元素参与血红蛋白、碘元素参与合成甲状腺激素、镁元素参与合成叶绿素。

(2)核糖体、中心体没有磷脂，但核糖体含有磷元素。

3．细胞中的水

(1)水的存在形式、功能及运输方式

(2)水与细胞代谢

(3)水盐平衡调节

(4)关注生物学实验中的“四类水”

4．细胞中的无机盐

(1)无机盐的存在形式及功能

(2)无机盐与人体稳态调节

考题解密

1．(2022·全国甲卷)钙在骨骼生长和肌肉收缩等过程中发挥重要作用。晒太阳有助于青少年骨骼生长，预防老年人骨质疏松。下列叙述错误的是( B )

A．细胞中有以无机离子形式存在的钙

B．人体内Ca2＋可自由通过细胞膜的磷脂双分子层

C．适当补充维生素D可以促进肠道对钙的吸收

D．人体血液中钙离子浓度过低易出现抽搐现象

【解析】　细胞中有以无机离子形式存在的钙，也有以化合物形式存在的钙(如CaCO3)，A正确；Ca2＋不能自由通过细胞膜的磷脂双分子层，需要载体协助，B错误；维生素D能有效地促进人体肠道对钙和磷的吸收，故适当补充维生素D可以促进肠道对钙的吸收，C正确；哺乳动物的血液中必须含有一定量的Ca2＋，Ca2＋的含量太低，会出现抽搐等症状，D正确。

变式突破

变式一　辨析元素的作用及组成的物质的作用

1．下列有关组成生物体的元素和化合物的叙述，正确的是( C )

A．麦芽糖和蔗糖属于植物特有的二糖，均为非还原性糖

B．在细胞的不同生命活动中转运氨基酸的载体都是蛋白质

C．胆固醇能参与人体血液中脂质的运输，又参与构成细胞膜

D．在噬菌体中由A、G、T、C 4种碱基参与构成的核苷酸最多有7种

【解析】　麦芽糖和蔗糖属于植物特有的二糖，蔗糖是非还原性糖，麦芽糖是还原糖，A项错误；在蛋白质的合成过程中转运氨基酸的载体是转运RNA，B项错误；胆固醇是构成动物细胞膜的重要成分，参与人体血液中脂质的运输，C项正确；噬菌体是病毒，只含有一种核酸，由A、G、T、C 4种碱基参与构成的核苷酸只有4种，D项错误。

变式二　无机盐及元素的应用

2．(2022·长沙模拟)钙是植物的必需元素，以Ca2＋的形式被吸收，植物缺钙会造成顶芽和根系的顶端不发育。如图是植物细胞Ca2＋跨膜运输系统示意图，据图分析不合理的是( C )

A．细胞质基质中Ca2＋浓度较细胞外低

B．Ca2＋跨膜运输与膜蛋白有关

C．Ca2＋跨膜运输的量只与浓度有关

D．液泡可能有富集Ca2＋的作用

【解析】　由图可知，Ca2＋跨膜运输的方式有主动运输和协助扩散两种，通过钙离子通道的运输方式是协助扩散，通过钙离子泵的运输方式是主动运输。胞外环境中Ca2＋浓度大于细胞质基质中的，液泡或内质网中Ca2＋浓度也大于细胞质基质中的，A项正确；不管是主动运输还是协助扩散，都是需要载体蛋白协助的，它们是生物膜上的蛋白质，且主动运输还需要消耗能量，其中钙离子通道的开闭程度也影响扩散速率，B项正确、C项错误；由图可知，从外界环境吸收的Ca2＋可以通过主动运输进入液泡中，因此可以把液泡看作一个“钙库”，暂时储存多余的Ca2＋，保持细胞质基质中Ca2＋浓度的稳定，D项正确。

2．(不定项)(2022·烟台模拟)人依靠视杆细胞感受弱光刺激。黑暗环境中，视杆细胞膜上的Na＋、K＋通道开放，Na＋内流，K＋外流。受到光照后，细胞内的cGMP(一种具有细胞内信息传递的第二信使)浓度降低，Na＋通道关闭，K＋通道仍然开放，这种电位变化传到视杆细胞突触部，影响此处递质的释放，最终将光信息传导出去。下列说法正确的是( AB )

A．视杆细胞外高Na＋、细胞内高K＋有利于动作电位和静息电位的形成

B．黑暗中视杆细胞内的cGMP浓度较高可能是使Na＋通道开放的原因

C．光照使视杆细胞的膜电位转变为内正外负形成动作电位

D．神经元处于兴奋状态时才能合成和释放神经递质

【解析】　黑暗环境中，Na＋内流，K＋外流，受到光照后，Na＋通道关闭，K＋通道仍然开放，可以推测，视杆细胞外高Na＋、细胞内高K＋有利于动作电位和静息电位的形成，A正确；受到光照后，细胞内的cGMP浓度降低，Na＋通道关闭，K＋通道仍然开放，推测黑暗环境中，Na＋通道开放是因为视杆细胞内的cGMP浓度较高，B正确；受到光照后，电位无明显变化，视杆细胞不能形成动作电位，C错误；神经递质在神经元中合成，神经元处于静息状态时可以合成神经递质，合成后包裹在突触小泡中，当处于兴奋状态时，可以释放神经递质，D错误。

变式三　水在生命活动中的作用

3．(2022·山东大联考)水分子中氢原子以共用电子对与氧原子结合。由于氧具有比氢更强的吸引电子对的能力，使氧的一端稍带负电荷，氢的一端稍带正电荷。水分子的空间结构及电子的不对称分布，使得水分子成为一个极性分子。水分子间也可相互吸引，形成氢键，氢键易于形成和断裂。下列说法错误的是( B )

A．带有正电荷或负电荷的分子(或离子)都易与水结合，因此，水是良好的溶剂

B．氢键的存在使水具有较低的比热容(1 kg的物质温度上升1 ℃所需的能量)，因此，水能维持生命系统的稳定性

C．自由水与结合水的比例处于动态变化中，与细胞的新陈代谢程度有关，有利于生物体适应不同的环境

D．结合水与细胞中的蛋白质、多糖相结合，失去流动性和溶解性，无法参与生物化学反应

【解析】　水分子是极性分子，易与带正电荷或负电荷的分子或离子结合，因此水是良好的溶剂，A项正确；水分子具有极性，一个水分子的氧端靠近另一水分子的氢端时，它们之间的静电吸引作用形成一种弱的引力，这种弱的引力称为氢键；氢键的存在，使水有较高的比热容，使水的温度不易发生改变，有利于维持生命系统的稳定，B项错误；细胞内自由水和结合水的比例处于动态变化中，与细胞的代谢强度有关，有利于生物体适应不同的环境，C项正确；细胞内结合水与蛋白质、多糖等结合，失去流动性和溶解性，成为细胞结构的重要组成成分，无法参与生物化学反应，D项正确。

核心考点二　细胞中有机物的结构及功能

1．“蛋白质”的归纳

2．“核酸”的归纳

3．“糖”的归纳

4．“脂”的归纳

5．“三看法”推断细胞内的有机物

考题解密

2．(2022·浙江6月)生物体中的有机物具有重要作用。下列叙述正确的是( B )

A．油脂对植物细胞起保护作用

B．鸟类的羽毛主要由角蛋白组成

C．糖原是马铃薯重要的贮能物质

D．纤维素是细胞膜的重要组成成分

【解析】　油脂是植物细胞良好的储能物质，植物蜡对植物细胞起保护作用，A错误；鸟类的羽毛主要成分是蛋白质，主要由角蛋白组成，B正确；糖原是动物细胞特有的多糖，淀粉是马铃薯重要的贮能物质，C错误；纤维素是构成植物细胞壁的主要成分，细胞膜的组成成分主要是磷脂和蛋白质，D错误。

3．(2022·湖南高考1)胶原蛋白是细胞外基质的主要成分之一，其非必需氨基酸含量比蛋清蛋白高。下列叙述正确的是( C )

A．胶原蛋白的氮元素主要存在于氨基中

B．皮肤表面涂抹的胶原蛋白可被直接吸收

C．胶原蛋白的形成与内质网和高尔基体有关

D．胶原蛋白比蛋清蛋白的营养价值高

【解析】　蛋白质的氮元素主要存在于肽键中，A错误；胶原蛋白为生物大分子物质，涂抹于皮肤表面不能被直接吸收，B错误；内质网是蛋白质的合成、加工场所和运输通道，高尔基体主要是对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装，胶原蛋白的形成与核糖体、内质网、高尔基体有关，C正确；由题胶原蛋白非必需氨基酸含量比蛋清蛋白高，而人体需要从食物中获取必需氨基酸，非必需氨基酸自身可以合成，因此并不能说明胶原蛋白比蛋清蛋白的营养价值高，D错误。

变式突破

变式一　识记糖类和脂质的种类和功能

4．(2022·潍坊模拟)研究发现，当癌细胞自己无法制造脂质时，就会从自身环境中吞噬脂质，以确保这些必需物质的稳定供应，导致人们通过抑制脂质的合成来靶向杀死癌细胞的方法失败。下列有关说法错误的是( A )

A．等量的脂肪彻底氧化分解比糖类释放的能量多，所以脂肪是生物体内主要的能源物质

B．胆固醇是构成癌细胞细胞膜的重要成分，而且还可参与血液中脂质的运输

C．内质网是细胞内蛋白质合成和加工的场所，同时也是脂质的合成“车间”

D．同时阻断癌细胞中脂质的合成与摄取可能有利于癌症的治疗

【解析】　糖类才是生物体利用的主要能源物质，脂肪是良好的储能物质，A错误；胆固醇是构成动物细胞膜的重要成分，在人体内还可参与血液中脂质的运输，B正确；内质网是细胞内蛋白质合成和加工，以及脂质合成的“车间”，C正确；根据题干信息，“当癌细胞自己无法制造脂质时，就会从自身环境中吞噬脂质，以确保这些必需物质的稳定供应，导致人们通过抑制脂质的合成来靶向杀死癌细胞的方法失败”，说明同时阻断癌细胞中脂质的合成与摄取可能有利于癌症的治疗，D正确。

4．(不定项)棉花纤维由纤维细胞形成。蔗糖经膜蛋白SUT转运进入纤维细胞后逐渐积累，在纤维细胞的加厚期被大量水解后参与纤维素的合成。研究人员用普通棉花品系培育了SUT表达水平高的品系F，检测两品系植株开花后纤维细胞中的蔗糖含量，结果如图所示。下列说法正确的是( BC )

A．纤维素的基本组成单位是葡萄糖和果糖

B．曲线甲表示品系F纤维细胞中的蔗糖含量

C．15～18天曲线乙下降的主要原因是蔗糖被水解后参与纤维素的合成

D．提高SUT的表达水平会使纤维细胞加厚期延后

【解析】　纤维素的基本组成单位是葡萄糖，A错误；品系F的纤维细胞SUT表达水平高，蔗糖经SUT转运进入纤维细胞后逐渐积累，在纤维细胞的加厚期被大量水解后参与纤维素的合成，曲线甲纤维细胞中的蔗糖含量最先升高，之后降低，说明曲线甲表示品系F纤维细胞中的蔗糖含量，B正确；曲线乙表示普通棉花品系纤维细胞中的蔗糖含量，推测15～18天为纤维细胞的加厚期，此时期蔗糖被大量水解，所以15～18天曲线乙下降，C正确；由题图可知，品系F纤维细胞的加厚期在9～12天，普通棉花品系纤维细胞的加厚期在15～18天，提高SUT的表达水平会使纤维细胞加厚期提前，D错误。

变式二　检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质

5．某校生物兴趣小组进行了生物组织中还原糖检测的实验(如图)，下列叙述正确的是( A )

A．在实验材料选择方面，用苹果比用植物叶片的效果要好

B．在制备生物组织样液时，加入石英砂的主要目的是促进还原糖的溶解

C．用于该实验检测的斐林试剂也可用于检测蛋白质，只是添加试剂的顺序不同

D．由于斐林试剂不稳定，在使用斐林试剂时要先加0.1 g/mL的NaOH溶液，后加入0.05 g/mL的CuSO4溶液

【解析】　苹果果肉的颜色比植物叶片浅，所以在实验材料选择方面，用苹果比用植物叶片的效果要好，A正确；在制备生物组织样液时，加入石英砂的主要目的是使研磨充分，B错误；斐林试剂和双缩脲试剂中CuSO4溶液的浓度不同，C错误；在使用斐林试剂时应将等量NaOH和CuSO4溶液混匀后加入组织样液，D错误。

5．(不定项)(2022·辽宁实验中学模拟)下列关于有机物鉴定实验的叙述中，正确的是( BD )

A．向新榨的苹果匀浆中加入新配制的斐林试剂加热煮沸，出现由无色到砖红色的变化

B．向新榨的2  mL豆浆中依次加入1  mL双缩脲试剂A液(0.1  g/mL NaOH)、4滴双缩脲试剂B液(0.01  g/mL CuSO4)，会出现紫色

C．如果换成煮开后冷却的豆浆重复B选项的操作，则不会出现紫色

D．用苏丹Ⅲ染色处理的花生子叶徒手切片的装片，用高倍显微镜观察，可以看到橘黄色的脂肪颗粒，有大有小，大多在细胞内，细胞外极少或没有

【解析】　向新榨的苹果匀浆中加入新配制的斐林试剂水浴加热，出现由蓝色到砖红色的变化，A错误；向新榨的2 mL豆浆中依次加入1 mL双缩脲试剂A液(0.1 g/mL NaOH)、4滴双缩脲试剂B液(0.01 g/mL CuSO4)，会出现紫色，B正确；如果换成煮开后冷却的豆浆重复B选项的操作，会出现紫色，因为高温会破坏蛋白质的空间结构，而不会破坏肽键，C错误；用苏丹Ⅲ染色处理的花生子叶徒手切片的装片，用高倍显微镜观察，可以看到橘黄色的脂肪颗粒，有大有小，大多在细胞内，细胞外极少或没有，D正确。

变式三　结合新情境考查蛋白质的结构和功能

6．(2022·临沂模拟)研究发现，细菌中的天然蛋白质分子伴侣GroEL具双层笼状结构，可作为携带疏水药物的纳米机器，肿瘤微环境中的高浓度ATP可以激发GroEL改变构象，蛋白构象的变化导致其内部由疏水微环境变成亲水性环境，进而主动释放携带的药物来杀伤肿瘤细胞，实现药物的精准可控释放。下列叙述不合理的是( A )

A．分子伴侣GroEL的合成需要多种细胞器共同参与

B．高浓度ATP的形成可能是由于不利因素引起细胞内ATP释放

C．高浓度ATP激发GroEL蛋白构象改变时，肽键不发生断裂

D．肿瘤细胞无限增殖是由于多个基因发生突变引起的

【解析】　分子伴侣GroEL源自细菌，细菌属于原核生物，其细胞中只有核糖体一种细胞器，A错误；动物细胞中，ATP的合成场所是细胞质基质和线粒体，高浓度ATP的形成可能是由于不利因素引起细胞内ATP释放，B正确；蛋白构象的改变可能是蛋白质的空间结构发生改变，肽键不一定断裂，C正确；细胞中的原癌基因和抑癌基因对细胞增殖具有调控作用，癌细胞的增殖失去控制，是由于多个基因发生突变引起的，D正确。

6．(不定项)(2022·邵阳二中模拟)2021年诺贝尔生理学或医学奖获得者Ardem Patapoutian发现了触觉受体Piezo。它由三个相同的Piezo蛋白组成“螺旋桨状”三聚体，能直接响应细胞膜上的机械力刺激并介导阳离子进入细胞。下图为Piezo的结构模式图及可能的作用机理基本示意图。下列叙述错误的是( AC )

A．Piezo蛋白在触觉发生中属于感受器，能产生感觉

B．Piezo蛋白是一种跨膜蛋白，一定含有元素C、H、O、N

C．Piezo蛋白在核糖体上合成，不需要内质网和高尔基体的加工

D．机械力刺激导致Piezo蛋白构象改变、中央孔打开，离子内流

【解析】　由题意可知，Piezo能直接响应细胞膜上的机械力刺激，故Piezo是感受器，而Piezo蛋白是Piezo的组成部分，不能产生感觉，A错误；由题图信息分析可知，Piezo蛋白是一种跨膜蛋白，跨膜蛋白的化学本质是蛋白质，蛋白质的主要组成元素是C、H、O、N，有的还含有S、P，故Piezo蛋白一定含有元素C、H、O、N，B正确；由题图信息分析可知，Piezo蛋白是一种跨膜蛋白，故Piezo蛋白在核糖体上合成，同时还需要内质网和高尔基体的加工，C错误；由图分析可知，机械力刺激导致Piezo蛋白构象改变、中央孔打开，离子内流，D正确。

变式四　核酸的结构和功能

7．(2022·重庆适应性测试)核苷酸可通过脱水缩合形成多聚核苷酸链，与多肽一样，脱水后一个核苷酸的磷酸基团与下一个单体的糖相连。结果，在多核苷酸中形成了一个重复出现的糖—磷酸主链(如图)，据此判断，下列叙述正确的是( C )

A．该图所示化合物的组成元素只有C、H、O、N

B．在合成该图所示化合物时，需脱去5分子水，相对分子质量减少90

C．在该图所示化合物分子中，一个磷酸基团大多和两个五碳糖相连

D．图中连接磷酸基团与五碳糖的化学键是磷酸二酯键，即DNA解旋酶作用的位点

【解析】　核苷酸链的组成元素为C、H、O、N、P，A错误；合成该图所示化合物需脱去4分子水，相对分子质量减少了4×18＝72，B错误；在该图所示化合物分子中，一个磷酸基团大多和两个五碳糖相连，C正确；DNA解旋酶作用于碱基对间的氢键，而不是磷酸二酯键，D错误。

变式五　综合考查蛋白质和核酸的关系

8．蛋白质和核酸是细胞重要的大分子物质，下列关于真核细胞中蛋白质和核酸的叙述，正确的是( B )

A．二者主要在细胞核内合成，都能通过核孔出入细胞核

B．二者都是线粒体、叶绿体和染色体重要的组成成分

C．合成蛋白质需要核酸参与，合成核酸不需要蛋白质参与

D．蛋白质的N主要存在于－NH3中，核酸的N存在于碱基中

【解析】　蛋白质主要在细胞质中的核糖体上合成，核酸主要在细胞核内合成，有些蛋白质能通过核孔进入细胞核，mRNA等能通过核孔出细胞核，但细胞核中的DNA不能通过核孔出细胞核，A错误；线粒体和叶绿体都含有DNA、RNA、蛋白质等，染色体主要由DNA和蛋白质组成，B正确；合成蛋白质需要核酸参与，合成核酸需要蛋白质类的酶参与，C错误；蛋白质的N主要存在于肽键中，核酸的N存在于碱基中，D错误。

8．(不定项)(2022·河北沧县中学模拟)细胞内的核酸通常需要与蛋白质结合成为核酸—蛋白质复合物，才能行使特定的生理功能。下列有关叙述正确的是( ABC )

A．RNA与蛋白质结合有利于肽链的合成

B．DNA与蛋白质结合能调控基因的表达

C．真核细胞和原核细胞中均存在DNA与蛋白质形成的复合物

D．DNA的合成过程需要蛋白质，蛋白质的合成过程不需要DNA

【解析】　rRNA、mRNA与有关蛋白质结合有利于翻译过程，A正确；DNA与RNA聚合酶结合能调控基因的转录，B正确；真核细胞和原核细胞中，DNA复制和转录时，都有酶与DNA结合成DNA—蛋白质复合物，C正确；DNA的生物合成需要DNA聚合酶，蛋白质的生物合成需要DNA的指导，D错误。

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