专题04 细胞的能量供应和利用——【备考2023】高考生物必背知识点梳理（全国通用）

专题04 细胞的能量供应和利用

一、回归教材

1.名词解释

(1)(必修1 P76)细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。

(2)(必修1 P78)活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。

(3)(必修1 P81)酶：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。

(4)(必修1 P93)有氧呼吸：是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。

(5)(必修1P94)无氧呼吸：在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程，就是无氧呼吸。

(6)(必修1 P94)细胞呼吸：是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。

(7)(必修1 P102)光合作用：是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。

2.教材黑体字

(1)(必修1 P78)与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。

(2)(必修1 P84)酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。

(3)(必修1 P99)叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。

(4)(必修1 P103)光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。

(5)(必修1 P104)光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。

3.教材结论性语句

(1)(必修1 P84)过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。在0 ℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高。因此，酶制剂适宜在低温下保存。

(2)(必修1 P86)ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，真核细胞ATP的来源有光合作用及细胞呼吸，前者产自绿色植物，后者产自绿色植物、动物和人等。

(3)(必修1 P93)真核细胞有氧呼吸第一阶段在细胞质基质中进行，产物为丙酮酸、[H]、ATP；第二阶段在线粒体基质中进行，需耗水，产物为CO2、[H]、ATP；第三阶段在线粒体内膜上进行，需耗O2，能产生水，并产生大量ATP。

(4)(必修1 P101)吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上。

(5)(必修1 P101)叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。

(6)(必修1 P103)光反应可为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应可为光反应提供ADP、Pi和NADP＋。

(7)(必修1 P102)光合作用产物O2中的氧全来自水，有氧呼吸产物H2O中氧全来自O2。

(8)(必修1 P107)光合作用的过程分为光反应和暗反应两个阶段。光反应阶段发生在类囊体薄膜上，将光能转化为储存在ATP中的化学能；暗反应阶段发生在叶绿体基质中，将ATP中的化学能转化为储存在糖类等有机物中的化学能。

二、核心知识点

1．细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢，它是细胞生命活动的基础，其进行的主要场所是细胞质。

2．实验过程中的变化因素称为变量。其中人为控制的对实验对象进行处理的因素叫作自变量，因自变量改变而变化的变量叫作因变量。除自变量外，实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素，叫作无关变量。

3．除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致并将结果进行比较的实验叫作对照实验，它一般要设置对照组和实验组，如果实验中对照组未作任何处理，这样的对照组叫作空白对照。

4．分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。

5．酶在细胞代谢中的作用是降低活化能。酶既没有为反应提供能量，反应前后酶的性质也没有改变。无机催化剂也能降低活化能，但没有酶的显著。加热的作用不是降低活化能，是使反应分子得到能量，从常态转变为容易反应的活跃状态。

6．1926年，美国科学家萨姆纳利用丙酮作溶剂从刀豆种子中提取出了脲酶的结晶，然后又用多种方法证明脲酶是蛋白质。

7．20世纪80年代，美国科学家切赫和奥尔特曼发现少数RNA也具有生物催化功能。

8．酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，酶的化学本质是蛋白质或RNA，其基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸。

9．酶有如下的特性：高效性、专一性和酶的作用条件较温和。

10．无机催化剂催化的化学反应范围比较广。例如，酸既能催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉水解。

11．细胞中几乎所有的化学反应都是由酶催化的。酶催化特定化学反应的能力称为酶活性。

12．建议用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响。

13．过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。在0 ℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高。因此，酶制剂适宜在低温下保存。

14．果胶酶能分解果肉细胞壁中的果胶，提高果汁产量，使果汁变得清亮。

15．生物生命活动的能量最终来源是太阳能，主要能源物质是糖类，ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。

16．ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。ATP分子的结构可以简写成A—P～P～P，其中A代表腺苷，由一分子的腺嘌呤和一分子核糖组成，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键，A—P可代表腺嘌呤核糖核苷酸。(注：ATP初步水解得ADP(A－P～P)和磷酸；继续水解得AMP(A－P)和磷酸；彻底水解得核糖、腺嘌呤和磷酸。水解的程度与酶的种类相关)

17．对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，产生ATP的生理过程是呼吸作用，场所是细胞质基质和线粒体；对于绿色植物来说，产生ATP的生理作用是呼吸作用和光合作用，场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体。

18．ATP在细胞中含量少，转化迅速，含量处于动态平衡。

19．细胞内的化学反应有些是需要吸收能量的，有些是释放能量的。吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量；放能反应一般与ATP合成相联系，释放的能量储存在ATP中。

20．呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸。

21．CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。

22．检测酒精的产生：橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇发生化学反应，变成灰绿色。

23．对比实验：设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验。

24．有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖，其化学反应式可以简写成：C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量。

25.

26.概括地说，有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。

27．在细胞内，1 mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2 870 kJ的能量，可使977.28 kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。

28．无氧呼吸的全过程，可以概括地分为两个阶段，这两个阶段需要不同酶的催化，但都是在细胞质基质中进行的。第一个阶段与有氧呼吸的第一个阶段完全相同。第二个阶段是，丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。

29．无论是分解成酒精和二氧化碳或者是转化成乳酸，无氧呼吸都只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量则存留在酒精或乳酸中。

30．无氧呼吸的化学反应式可以概括为以下两种：

C6H12O62C3H6O3（乳酸）＋少量能量

C6H12O62C2H5OH（酒精）＋2CO2＋少量能量P（94）

31．破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，这种病菌只能进行无氧呼吸。

32．“绿叶中色素的提取和分离”实验

（1）提取色素的原理是绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，分离色素的原理是色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越高， 随层析液在滤纸上扩散的速度越快。

（2）色素提取和分离实验中几种药品的作用：无水乙醇：提取色素；SiO2：使研磨更充分；CaCO3：防止色素被破坏。

33．叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。这些色素吸收的光都可用于光合作用。

34．光合作用的化学反应式：

CO2＋H2O（CH2O）＋O2。

35．叶绿体增大膜面积的方式： 类囊体垛叠形成基粒。光合色素分布于类囊体薄膜上。

36．色素的功能：吸收、传递、转化光能。

37．光反应的场所是类囊体薄膜，包括水的光解和ATP的合成。暗反应的场所是叶绿体基质，包括CO2的固定和C3的还原。

38．将光反应和暗反应联系起来的物质是ATP和NADPH，光反应的产物是ATP、NADPH、O2。

39．突然停止光照，相关物质的量变化情况为：NADPH、ATP下降、C3增加、C5下降。

40．突然停止CO2，相关物质的量变化情况为：NADPH、ATP增加、C3下降、C5增加。

41．总光合作用可用O2的产生量或CO2的消耗量（固定量）或光合作用制造的有机物量表示。净光合作用可用CO2的吸收量或O2的释放量或光合作用积累的有机物量表示。

易错易混考点

1.酶活性实验探究中的4个易错易混点

(1)若底物选择淀粉和蔗糖，用淀粉酶来验证酶的专一性时，检测底物是否被分解的试剂“宜”选用斐林试剂，“不宜”选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。

(2)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂“宜”选用碘液，“不宜”选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。

(3)在探究酶的适宜温度的实验中，“不宜”选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶作实验材料，因为过氧化氢(H2O2)在常温常压时就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。

(4)在探究pH对酶活性影响时，“宜”保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让酶与底物接触，“不宜”在未达到预设pH前，让底物与酶接触。

2.有关细胞呼吸过程的9个易错点

(1)有氧呼吸的场所并非只是线粒体：真核细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体；原核细胞无线粒体，有氧呼吸在细胞质中和细胞膜上进行。

(2)细胞呼吸中有H2O生成一定是有氧呼吸，有CO2生成不一定是有氧呼吸，但对动物和人体而言，有CO2生成一定是有氧呼吸，因为动物及人体无氧呼吸产物为乳酸。

(3)线粒体是进行有氧呼吸的主要场所。无线粒体的真核细胞(或生物)只能进行无氧呼吸，如哺乳动物成熟红细胞、蛔虫等，一些原核生物无线粒体，但可进行有氧呼吸。

(4)葡萄糖分子不能直接进入线粒体被分解，必须在细胞质基质中被分解为丙酮酸后才能进入线粒体被分解。

(5)无氧呼吸只在第一阶段产生ATP和[H]，第二阶段不产生ATP，还要消耗第一阶段产生的[H]。

(6)无氧呼吸有机物氧化分解不彻底，还有大量能量储存在乳酸或者酒精中。

(7)脂肪进行有氧呼吸时消耗O2的量≠产生CO2的量。脂肪与葡萄糖相比，含H量高，含O量低，因此有氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量。

(8)有氧呼吸第二阶段消耗水，第三阶段产生水。

(9)有氧呼吸O2的消耗发生在第三阶段，但第二阶段的完成也依赖O2的存在。

3.与光合作用有关的5个易错点

(1)光合作用的场所不一定是叶绿体：原核生物不含叶绿体，但某些原核生物也可以进行光合作用，如蓝细菌；对于真核生物，光合作用的场所一定是叶绿体。

(2)绿色植物进行光合作用的全过程并非都发生在生物膜上：绿色植物进行光合作用的场所为叶绿体，其中光反应在类囊体薄膜上进行，暗反应则在叶绿体基质中进行。

(3)光合作用全过程并非都需要酶：光反应中光合色素吸收光能不需要酶，但光能转化为化学能需要酶参与。

(4)叶绿体中的色素并非都吸收蓝紫光和红光：叶绿体中的色素包括叶绿素和类胡萝卜素，其中叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，两类色素一般情况下吸收的都是可见光。

(5)光反应产生的ATP主要用于暗反应，进而实现光能转化为有机物中稳定的化学能，一般不用于叶绿体外进行的生命活动。

四、22年真题赏析

1．（2022·江苏·高考真题）下列关于细胞代谢的叙述正确的是（    ）

A．光照下，叶肉细胞中的ATP均源于光能的直接转化

B．供氧不足时，酵母菌在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇

C．蓝细菌没有线粒体，只能通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP

D．供氧充足时，真核生物在线粒体外膜上氧化[H]产生大量ATP

【答案】B

【解析】A、光照下，叶肉细胞可以进行光合作用和有氧呼吸，光合作用中产生的ATP来源于光能的直接转化，有氧呼吸中产生的ATP来源于有机物的氧化分解，A错误；

B、供氧不足时，酵母菌在细胞质基质中进行无氧呼吸，将丙酮酸转化为乙醇和二氧化碳 ，B正确；

C、蓝细菌属于原核生物，没有线粒体，但进行有氧呼吸，C错误；

D、供氧充足时，真核生物在线粒体内膜上氧化[H]产生大量ATP ，D错误。

2．（2022·河北·高考真题）关于呼吸作用的叙述，正确的是（　　）

A．酵母菌无氧呼吸不产生使溴麝香草酚蓝水溶液变黄的气体

B．种子萌发时需要有氧呼吸为新器官的发育提供原料和能量

C．有机物彻底分解、产生大量ATP的过程发生在线粒体基质中

D．通气培养的酵母菌液过滤后，滤液加入重铬酸钾浓硫酸溶液后变为灰绿色

【答案】B

【解析】A、能使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄的成分是二氧化碳，酵母菌无氧呼吸可产生二氧化碳，A错误；

B、种子萌发时种子中的有机物经有氧呼吸氧化分解，可为新器官的发育提供原料和能量，B正确；

C、有机物彻底分解、产生大量ATP的过程是有氧呼吸第三阶段，场所是线粒体内膜，C错误；

D、酸性的重铬酸钾可用于检测酒精，两者反应呈灰绿色，而通气培养时酵母菌进行有氧呼吸，不产生酒精，故酵母菌液过滤后的滤液加入重铬酸钾浓硫酸溶液后不会变为灰绿色，D错误。

3．（2022·北京·高考真题）在北京冬奥会的感召下，一队初学者进行了3个月高山滑雪集训，成绩显著提高，而体重和滑雪时单位时间的摄氧量均无明显变化。检测集训前后受训者完成滑雪动作后血浆中乳酸浓度，结果如下图。与集训前相比，滑雪过程中受训者在单位时间内（　　）

A．消耗的ATP不变

B．无氧呼吸增强

C．所消耗的ATP中来自有氧呼吸的增多

D．骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP增多

【答案】B

【解析】A、滑雪过程中，受训者耗能增多，故消耗的ATP增多，A错误；

B、人体无氧呼吸的产物是乳酸，分体题图可知，与集训前相比，集训后受训者血浆中乳酸浓度增加，由此可知，与集训前相比，滑雪过程中受训者在单位时间内无氧呼吸增强，B正确；

C、分体题图可知，与集训前相比，集训后受训者血浆中乳酸浓度增加，由此可知，与集训前相比，滑雪过程中受训者在单位时间内无氧呼吸增强，故所消耗的ATP中来自无氧呼吸的增多，C错误；

D、消耗等量的葡萄糖，有氧呼吸产生的ATP多于无氧呼吸，而滑雪过程中受训者在单位时间内无氧呼吸增强，故骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP减少，D错误。

4．（2022·北京·高考真题）光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如下图。据图分析不能得出（　　）

A．低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高

B．在一定的范围内，CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高

C．CO2浓度为200μL·L-1时，温度对光合速率影响小

D．10℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高

【答案】D

【解析】A、分析题图可知，当CO2浓度一定时，光合速率会随着温度的升高而增大，达到最适温度时，光合速率达到最高值，后随着温度的继续升高而减小，A正确；

B、分析题图可知，当CO2浓度为200μL·L-1时，最适温度为25℃左右；当CO2浓度为370μL·L-1时，最适温度为30℃；当CO2浓度为1000μL·L-1时，最适温度接近40℃，可以表明在一定范围内，CO2浓度的升高会使光合作用最适温度升高，B正确；

C、分析题图可知，当CO2浓度为200μL·L-1时，光合速率随温度的升高而改变程度不大，光合速率在温度的升高下，持续在数值为10处波动，而CO2浓度为其他数值时，光合速率随着温度的升高变化程度较大，曲线有较大的变化趋势，所以表明CO2浓度为200μL·L-1时，温度对光合速率影响小，C正确；

D、分析题图可知，10℃条件下，CO2浓度为200μL·L-1至370μL·L-1时，光合速率有显著提高，而370μL·L-1至1000μL·L-1时，光合速率无明显的提高趋势，而且370μL·L-1时与1000μL·L-1时，两者光合速率数值接近同一数值，所以不能表明10℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高，D错误。

5．（2022·海南·高考真题）某小组为了探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图。下列有关叙述正确的是（    ）

A．本实验中，温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量

B．叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率

C．四组实验中，0.5％NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高

D．若在4℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短

【答案】B

【解析】A、本实验是探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，自变量为CO2浓度（NaHCO3溶液浓度），温度和光照为无关变量，A错误；

B、当光合作用产生的氧气大于细胞呼吸释放的氧气时，叶圆片上浮，叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率，B正确；

C、四组实验中，0.5％NaHCO3溶液中叶圆片上浮需要的时间最长，光合速率最小，C错误；

D、若在4℃条件下进行本实验，由于低温会使酶的活性降低，净光合速率可能降低，故各组叶圆片上浮所需时长可能均会延长，D错误。