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必修一 分子与细胞
专题二 物质进出、酶与ATP
(重点讲解+考向专练+易错易混+真题感悟)
知识点一 细胞内物质的输入和输出
一、动植物细胞的吸水和失水
1．渗透作用
(1)概念：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。
(2)渗透作用产生的条件
(3)渗透作用现象分析
A、B 分别表示渗透作用装置，据图回答下列问题：
①A 图中渗透达到平衡，半透膜两侧有(填“有”或“没有”)水分子的进出。
②A 图中Δh 不变时，S1、S2溶液浓度的大小关系为：S1>S2(填“>”“<”或“＝”；S1、S2中溶质不能通过半透
膜)。
③在B 图所示的U 形玻璃管内，左右管内分别装入质量分数相等的葡萄糖、麦芽糖溶液。初始时两管中液面相平，
假设溶质分子不能透过半透膜。
a．一段时间后，两管中液面的变化为：左管液面升高，右管液面降低。(均填“升高”“降低”或“不变”)
b．液面高度稳定后再同时向两管内加入等量的麦芽糖酶，两管中液面的变化分别为：左管液面下降，右管液面上
升，最后稳定在一定高度。
2.不同渗透装置中水分子运动情况及液面变化
（1）溶质不能通过半透膜的情况
①若S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的，表现为S1溶液液面上升。
②若S1溶液浓度小于S2溶液浓度，则情况相反，表现为S1溶液液面下降。
③在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差Δh，则S1溶液浓度仍大于S2溶液浓度。
（2）溶质能通过半透膜的情况
①若S1溶液浓度大于S2溶液浓度，则最初单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的，随着溶质的扩散，最
终S1和S2溶液浓度相等，表现为S1溶液液面先上升后下降，最终S1和S2溶液液面持平。
②若S1溶液浓度小于S2溶液浓度，则情况相反。
3．动物细胞的吸水和失水
(1)条件及现象
过程
条件
现象
吸水
外界溶液的浓度＜细胞质的浓度
失水
外界溶液的浓度＞细胞质的浓度
平衡
外界溶液的浓度＝细胞质的浓度
(2)动物细胞的细胞膜相当于半透膜。
4．植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构
(2)植物细胞内的液体环境主要是指液泡里面的细胞液。
二、观察植物细胞的质壁分离和复原
1．实验原理
1
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2．实验步骤
3．现象与结论
(1)现象
(2)结论：植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞是通过渗透作用吸水和失水的。
4．质壁分离和复原实验分析
(1)质壁分离发生的条件
①从细胞角度分析
a．死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离及复原现象。
b．具有中央大液泡的成熟的植物活细胞可发生质壁分离及复原现象，且细胞液最好带有一定的颜色，便于观察，
以活的紫色洋葱鳞片叶外表皮最佳。
c．细菌细胞也能发生质壁分离，但现象不明显。
②从溶液角度分析
a．在一定浓度(溶质不能透过膜)的溶液中只会发生质壁分离现象。
b．在一定浓度(溶质可透过膜)的溶液(如KNO3、乙二醇、甘油等)中可发生质壁分离后自动复原现象；盐酸、酒精、
醋酸等溶液会杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。
c．本实验选用质量浓度为0.3 g/mL 的蔗糖溶液。若质量浓度过高，质壁分离速度虽快，但会使细胞在短时间内
因失水过多而死亡，质壁分离后不能复原。
(2)质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间的是浓度降低的外界溶液。
(3)本实验无对立的对照组，为什么还叫对照实验？
提示 本实验中，实验组和对照组在同一装片中先后进行，属于自身对照。
5．质壁分离和复原实验的拓展应用
(1)判断成熟植物细胞的死活
(2)测定细胞液浓度范围
2
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(3)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
(4)比较未知浓度溶液的浓度大小
(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
三、物质出入细胞的方式及影响因素
1．物质出入细胞方式的比较
物质出入细胞
的方式
被动运输
主动运输
胞吞
胞吐
自由
扩散
协助
扩散
图例
运输方向
高浓度→低浓度
低浓度→高浓
度
胞外→胞内
胞内→胞外
是否需要转运
蛋白
否
是
是
否
是否消耗能量
否
否
是
是
举例
O2、CO2、甘
油、乙醇、苯的
跨膜运输
人的红细胞吸
收葡萄糖
小肠上皮细胞吸
收葡萄糖、氨基
酸、无机盐等
巨噬细
胞吞噬
抗原
胰岛
素、消
化酶、
抗体的
分泌
2.影响物质运输速率的因素及曲线分析
(1)物质浓度
3
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①图甲中物质的运输速率只与物质浓度有关，图甲表示的运输方式为自由扩散。
②图乙中物质的运输速率不仅与物质浓度相关，还受膜上转运蛋白数量等的影响，图乙可以表示协助扩散或主动
运输。
(2)O2浓度
①图丙的运输速率与O2浓度的大小无关，可以表示自由扩散或协助扩散的运输方式。也可以表示哺乳动物成熟的
红细胞主动运输的曲线。
②图丁的运输速率与O2浓度的大小相关，可以表示主动运输的方式。其中a 点时，物质运输所需的能量由无氧呼吸
提供；b 点之后运输速率不再改变的主要原因是膜上载体蛋白数量有限。
(3)温度
渗透作用的原理及应用
1.下图装置中，甲、乙、丙中分别放置了相等物质的量浓度的蔗糖溶液、麦芽糖溶液和乳糖溶液(溶液体积关系：
V 甲＝V 丙<V 乙)，a、b 表示用半透膜(水分子和单糖可以自由通过，但二糖不能通过)将它们分隔开，对装置进行相
关处理。下列说法正确的是( )
A．若向甲、丙中分别加入等体积相同物质的量浓度的蔗糖酶和乳糖酶，稳定后液面高度：乙>甲>丙
B．若向乙中加入一定量麦芽糖酶溶液，稳定后液面高度：乙<甲＝丙
C．若向丙中加入一定量的半乳糖后，稳定后液面高度：甲＝乙＝丙，并且甲、乙、丙中半乳糖含量相同
D．本实验中半乳糖等单糖分子从浓度高的一侧向浓度低的一侧通过半透膜的扩散称为渗透作用
【答案】 B
【解析】 向甲、丙中分别加入等体积相同物质的量浓度的蔗糖酶和乳糖酶，甲中的蔗糖水解成两分子单糖，丙
中的乳糖分解为两分子单糖，都可通过半透膜进入乙中，引起乙液面升高，稳定后液面高度乙＞甲＝丙，A 错误；
向乙中加入一定量麦芽糖酶溶液后，乙中的麦芽糖水解为两分子的葡萄糖，会通过半透膜分别进入甲和丙，稳定
后液面高度乙＜甲＝丙，B 正确；向丙中加入一定量的半乳糖后，由于半乳糖可以通过半透膜，因此稳定后液面高
度甲＝乙＝丙，但因为乙体积最大，所以乙中半乳糖含量最多，C 错误；渗透作用是指水分子或其他溶剂分子通过
半透膜的扩散，本实验中水分子是溶剂分子，故本实验中半乳糖等单糖分子从浓度高的一侧向浓度低的一侧通过
半透膜的扩散，不能称为渗透作用，D 错误。
动植物细胞吸水与失水
2.在无任何相反压力时，渗透吸水会使细胞膨胀甚至破裂，不同的细胞用不同的机制解决这种危机。下图表示高
等动物、高等植物与原生生物细胞以三种不同的机制避免渗透膨胀，据此推断下列说法正确的是( )
4
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A．动物细胞避免渗透膨胀需要转运蛋白的协助
B．植物细胞吸水达到渗透平衡时，细胞内外溶液浓度相等
C．若将原生生物置于高于其细胞质浓度的溶液中，其收缩泡的伸缩频率会增加
D．三种细胞发生渗透吸水的原理均为细胞膜相当于半透膜
【答案】 A
【解析】 动物细胞避免渗透膨胀需要转运蛋白将离子转运到细胞外，以减小细胞内液的渗透压，防止细胞渗透
吸水涨破，A 正确；植物细胞在低浓度溶液中会发生吸水，但是由于细胞壁的支撑作用，吸水到一定程度后达到平
衡，但此时细胞外溶液浓度仍可能小于细胞液浓度，B 错误；原生动物生活在低渗溶液中，会通过收缩泡将多余的
水排到细胞外，若将原生动物置于高于其细胞质浓度的溶液中，其收缩泡的伸缩频率会降低，C 错误；动物细胞和
原生动物发生渗透吸水的原理均为细胞膜相当于半透膜，而植物细胞发生渗透吸水的原理是原生质层相当于半透
膜，D 错误。
实验原理和基本步骤
3.小液流法是测定植物组织细胞的细胞液浓度的一种实验方法。当把植物组织细胞放在溶液中时，两者便会发生
水分交换。如果植物组织细胞的细胞液浓度高于溶液的浓度，细胞吸水，使溶液浓度增大，比重也增大；若植物
组织细胞的细胞液浓度低于溶液的浓度时，细胞则失水，使溶液的浓度变小，比重也变小；如果植物组织细胞的
细胞液浓度与溶液的浓度相等时，溶液的浓度不变，其比重也不变。若把浸过组织细胞的溶液慢慢滴回同一浓度
而未浸过组织细胞的溶液中，比重小的液流便往上浮，比重大的则往下沉；如果小液流停止不动，则说明溶液的
浓度未发生改变。某校生物兴趣小组利用“小液流法”估测黑藻叶片细胞的细胞液浓度。甲与乙两组试管相同且
依次编号为1～6 号，对应的试管编号中加入相同浓度的蔗糖溶液。实验步骤和结果如图和表(注：甲烯蓝可使蔗
糖溶液变蓝，忽略甲烯蓝对蔗糖浓度的影响)。下列相关叙述不正确的是( )
乙组试管编号
1
2
3
4
5
6
加入的蔗糖溶液浓度/mol·L－1
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
蓝色小滴升降情况
↓
↓
↓
↑
↑
↑
A.该实验的自变量是蔗糖溶液浓度，因变量是蓝色小滴升降情况
B．黑藻叶片细胞的细胞液浓度介于0.15～0.20 mol·L－1蔗糖溶液之间
C．乙组的1～3 号试管中，滴入试管3 内的蓝色小滴下降速率最慢
D．显微观察发现，甲组试管4 中的黑藻叶片细胞内叶绿体分布最密集
【答案】 D
物质跨膜运输方式的判断
4.研究表明，主动运输根据能量的来源不同分为三种类型，如图中a、b、c 所示，■、▲、●代表跨膜的离子或
小分子。下列叙述正确的是( )
A．a 类型中Y 离子转运所需的能量来自于X 离子的转运过程
B．肌细胞吸收氨基酸分子是通过c 类型进行的
C．蓝细菌、水绵、叶肉细胞、萤火虫发光器细胞内均可发生c 类型
D．温度、酸碱度、氧气浓度均会影响a、b、c 三种类型的运输速率
【答案】 A
5
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【解析】 蓝细菌、水绵、叶肉细胞细胞内有光合色素均可利用光能，能发生c 类型，而萤火虫发光器细胞没有
光合色素，不能利用光能，故不能发生c 过程，C 错误；温度、酸碱度均会影响a、b、c 三种类型的运输速率，而
氧气浓度只影响b 过程，D 错误。
5.如图甲、乙分别是洋葱根尖在不同O2浓度及不同底物浓度情况下(其他条件适宜)，从含硝酸钾的全营养液中吸
收NO 的速率曲线图。下列相关描述不正确的是( )
A．a 点时影响离子吸收速率的主要因素是能量
B．b 点时离子吸收速率不再增大是因为载体蛋白的数量有限
C．c 点时影响离子吸收速率的主要因素是物质浓度
D．d 点时离子吸收速率不再增大是因为物质浓度太高，细胞发生质壁分离
【答案】 D
【解析】 洋葱根尖吸收NO 的方式是主动运输，吸收速率受能量、载体蛋白和物质浓度的影响。d 点时离子吸收
速率不再随物质的浓度的增大而增大，可能是因为载体蛋白数量有限或能量不足，D 错误。
1.与物质出入细胞方式相关的5 个易错点
(1)物质跨膜运输(自由扩散、协助扩散、主动运输)体现了生物膜的选择透过性；大分子物质和颗粒性物质的胞吞、
胞吐体现了生物膜的流动性。
(2)主动运输消耗的能量并非都来自ATP：主动运输需要消耗能量，其能量主要来自ATP，此外还可能来自离子跨
膜运输的电化学势能。
(3)Na＋、K＋等无机盐离子一般以主动运输方式进出细胞，但也可通过协助扩散(或离子通道)进出细胞，如神经元
受到刺激时Na＋顺浓度梯度进入细胞。
(4)需要载体蛋白协助的运输方式除主动运输外，不要漏掉协助扩散。
(5)与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外，不要漏掉载体蛋白的合成场所——核糖体。
2.名词解释
(1)(必修1 P52)生物膜系统：细胞器膜和细胞膜、核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统。
(2)(必修1 P62)渗透作用：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散，称为渗透作用。
(3)(必修1 P63)原生质层：细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。
(4)(必修1 P65)被动运输：物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运
输方式称为被动运输。
(5)(必修1 P66)自由扩散：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散，也叫简单扩散。
(6)(必修1 P66)转运蛋白：镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助物质顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为
转运蛋白。
(7)(必修1 P66)协助扩散：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散，也叫易化扩散。
(8)(必修1 P69)主动运输：物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应
所释放的能量，这种方式叫作主动运输。
〖2023 年高考真题〗
1．（2023·山东·高考真题）溶酶体膜上的H+载体蛋白和Cl-/H+转运蛋白都能运输H+，溶酶体内H+浓度由H+载体蛋
白维持，Cl-/H+转运蛋白在H+浓度梯度驱动下，运出H+的同时把Cl-逆浓度梯度运入溶酶体。Cl-/H+转运蛋白缺失突
变体的细胞中，因Cl-转运受阻导致溶酶体内的吞噬物积累，严重时可导致溶酶体破裂。下列说法错误的是（
）
A．H+进入溶酶体的方式属于主动运输
B．H+载体蛋白失活可引起溶酶体内的吞噬物积累
C．该突变体的细胞中损伤和衰老的细胞器无法得到及时清除
D．溶酶体破裂后，释放到细胞质基质中的水解酶活性增强
【答案】D
易 混 易 错 辨 析
高 考 真 题 感 悟
6
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【详解】A、Cl-/H+转运蛋白在H+浓度梯度驱动下，运出H+的同时把Cl-逆浓度梯度运入溶酶体，说明H+浓度为溶
酶体内较高，因此H+进入溶酶体为逆浓度运输，方式属于主动运输，A 正确；B、溶酶体内H+浓度由H+载体蛋白
维持，若载体蛋白失活，溶酶体内pH 改变导致溶酶体酶活性降低，进而导致溶酶体内的吞噬物积累，B 正确；
C、Cl-/H+转运蛋白缺失突变体的细胞中，因Cl-转运受阻导致溶酶体内的吞噬物积累，该突变体的细胞中损伤和衰
老的细胞器无法得到及时清除，C 正确；D、细胞质基质中的pH 与溶酶体内不同，溶酶体破裂后，释放到细胞质
基质中的水解酶可能失活，D 错误。故选D。
2．（2023·湖北·统考高考真题）心肌细胞上广泛存在Na+-K+泵和Na+-Ca2+交换体（转入Na+的同时排出Ca2+），两
者的工作模式如图所示。已知细胞质中钙离子浓度升高可引起心肌收缩。某种药物可以特异性阻断细胞膜上的
Na+-K+泵。关于该药物对心肌细胞的作用，下列叙述正确的是（ ）
A．心肌收缩力下降
B．细胞内液的钾离子浓度升高
C．动作电位期间钠离子的内流量减少
D．细胞膜上Na+-Ca2+交换体的活动加强
【答案】C
【详解】ACD、细胞膜上的钠钙交换体（即细胞内钙流出细胞外的同时使钠离子进入细胞内）活动减弱，使细胞
外钠离子进入细胞内减少，钙离子外流减少，细胞内钙离子浓度增加，心肌收缩力加强，AD 错误，C 正确；B、
由于该种药物可以特异性阻断细胞膜上的Na+-K+泵，导致K+内流、Na+外流减少，故细胞内钠离子浓度增高，钾离
子浓度降低，B 错误。故选C。
3．（2023·全国·统考高考真题）物质输入和输出细胞都需要经过细胞膜。下列有关人体内物质跨膜运输的叙述，
正确的是（ ）
A．乙醇是有机物，不能通过自由扩散方式跨膜进入细胞
B．血浆中的K+进入红细胞时需要载体蛋白并消耗ATP
C．抗体在浆细胞内合成时消耗能量，其分泌过程不耗能
D．葡萄糖可通过主动运输但不能通过协助扩散进入细胞
【答案】B
【详解】A、乙醇是有机物，与细胞膜中磷脂相似相溶，可以通过扩散方式进入细胞，A 错误；B、血浆中K+量低，
红细胞内K+含量高，逆浓度梯度为主动运输，需要消耗ATP 并需要载体蛋白，B 正确；C、抗体为分泌蛋白，分
泌过程为胞吐，需要消耗能量，C 错误；D、葡萄糖进入小肠上皮细胞等为主动运输，进入哺乳动物成熟的红细胞
为协助扩散，D 错误。故选B。
4．（2023·浙江·统考高考真题）缬氨霉素是一种脂溶性抗生素，可结合在微生物的细胞膜上，将K＋运输到细胞外
（如图所示），降低细胞内外的K＋浓度差，使微生物无法维持细胞内离子的正常浓度而死亡。下列叙述正确的是
7
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（ ）
A．缬氨霉素顺浓度梯度运输K＋到膜外
B．缬氨霉素为运输K＋提供ATP
C．缬氨霉素运输K＋与质膜的结构无关
D．缬氨霉素可致噬菌体失去侵染能力
【答案】A
【详解】A、结合题意“将K＋运输到细胞外，降低细胞内外的K＋浓差”和题图中缬氨可霉素运输K＋的过程不消
耗能量，可推测K＋的运输方式为协助扩散，顺浓度梯度运输，A 正确；B、结合A 选项分析可知，K＋的运输方式
为协助扩散，不需要消耗ATP，B 错误；C、缬氨霉素是一种脂溶性抗生素，能结合在细胞膜上，能在磷脂双子层
间移动，该过程与质膜具有一定的流动性这一结构特点有关，C 错误；D、噬菌体为DNA 病毒，病毒没有细胞结
构，故缬氨霉素不会影响噬菌体的侵染能力，D 错误。故选A。
5．（2023·全国·统考高考真题）探究植物细胞的吸水和失水实验是高中学生常做的实验。某同学用紫色洋葱鳞片
叶外表皮为材料进行实验，探究蔗糖溶液，清水处理外表皮后，外表皮细胞原生质体和液泡的体积及细胞液浓度
的变化。图中所提到的原生质体是指植物细胞不包括细胞壁的部分。下列示意图中能够正确表示实验结果的是（
）
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【详解】AB、用30%蔗糖处理之后，细胞失水，原生质体和液泡的体积都会减小，细胞液浓度上升；用清水处理
之后，细胞吸水，原生质体和液泡体积会扩大，细胞液浓度下降，AB 错误。CD、随着所用蔗糖浓度上升，当蔗
糖浓度超过细胞液浓度之后，细胞就会开始失水，原生质体和液泡的体积下降，细胞液浓度上升，故C 正确，D
8
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错误。故选C。
6．（2023·湖南·统考高考真题·多选）盐碱化是农业生产的主要障碍之一。植物可通过质膜H+泵把Na+排出细胞，
也可通过液泡膜H+泵和液泡膜NHX 载体把Na+转入液泡内，以维持细胞质基质Na+稳态。下图是NaCl 处理模拟盐
胁迫，钒酸钠（质膜H+泵的专一抑制剂）和甘氨酸甜菜碱（GB）影响玉米Na+的转运和相关载体活性的结果。下
列叙述正确的是（ ）
A．溶质的跨膜转运都会引起细胞膜两侧渗透压的变化
B．GB 可能通过调控质膜H+泵活性增强Na+外排，从而减少细胞内Na+的积累
C．GB 引起盐胁迫下液泡中Na+浓度的显著变化，与液泡膜H+泵活性有关
D．盐胁迫下细胞质基质Na+排出细胞或转入液泡都能增强植物的耐盐性
【答案】BD
【详解】A、溶质的跨膜转运不一定都会引起细胞膜两侧的渗透压变化，如正常细胞为维持渗透压一直在进行的跨
膜转运，再如单细胞生物在跨膜转运时，细胞外侧渗透压几乎很难改变，A 错误；B、对比分析上两个题图可知，
NaCl 胁迫时，加GB 使Na+外排显著增加，钒酸钠处理抑制了质膜H+泵后，NaCl 胁迫时，加GB 使Na+外排略微增
加，说明GB 可能通过调控质膜H+泵活性来增强Na+外排，从而减少细胞内Na+的积累，B 正确；C、对比分析下
两个题图可知，NaCl 胁迫时，加GB 使液泡膜NHX 载体活性明显增强，而液泡膜H+泵活性几乎无变化，所以GB
引起盐胁迫时液泡中Na+浓度的显著变化，与液泡膜NHX 载体活性有关，而与液泡膜H+泵活性无关，C 错误；
D、由题意可知，植物通过质膜H+泵把Na+排出细胞，也可通过液泡膜NHX 载体和液泡膜H+泵把Na+转入液泡内，
以维持细胞质基质Na+稳态，增强植物的耐盐性，D 正确。故选BD。
知识点二 ATP 和酶
一、ATP 是一种高能磷酸化合物
1．中文名称：腺苷三磷酸。
2．结构简式：A—P～P～P，其中A 代表腺苷，P 代表磷酸基团，～代表特殊的化学键。
3．特点
(1)ATP 不稳定的原因：ATP 中两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得特殊的化学键不稳定，末
端磷酸基团有较高的转移势能。
(2)ATP 的水解过程就是释放能量的过程，1 mol ATP 水解释放的能量高达30.54 kJ，所以说ATP 是一种高能磷酸
化合物。
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4．功能：ATP 是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
5．ATP 的供能机理：ATP 在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发
生变化。
6.生物体内的能源物质总结
(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。
(2)主要能源物质：糖类。
(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
(4)主要储能物质：脂肪。
(5)直接能源物质：ATP。
(6)最终能量来源：太阳能。
二、ATP 与ADP 之间的相互转化及ATP 的利用
1．ATP 与ADP 之间的相互转化
项目
ATP 的合成
ATP 的水解
反应式
ADP＋Pi＋能量――→ATP
ATP――→ADP＋Pi＋能量
所需酶
ATP 合成酶
ATP 水解酶
能量来源
光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸)
储存在特殊化学键中的能量
能量去路
储存在特殊化学键中
用于各项生命活动
反应场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体
生物体的需能部位
2.ATP 与ADP 转化的特点
①ATP 与ADP 的这种相互转化是时刻不停地发生并且处在动态平衡之中的。
②ATP 与ADP 相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了生物界的统一性。
3．ATP 的利用
(1)ATP 的利用
(2)ATP 为主动运输供能的机理
①参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP 水解的酶。当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，其酶活性就
被激活了。
②在载体蛋白这种酶的作用下，ATP 分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，
这就是载体蛋白的磷酸化。
③载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外。
(3)ATP 是细胞内流通的能量“货币”
①吸能反应一般与ATP 水解的反应相联系，由ATP 水解提供能量。
②放能反应一般与ATP 的合成相联系，释放的能量储存在ATP 中。
③能量通过ATP 分子在吸能反应和放能反应之间流通。
三、酶在细胞代谢中的作用
1．细胞代谢
(1)概念：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)条件：需酶的催化。
(3)意义：细胞代谢是细胞生命活动的基础。
2．酶的作用原理
(1)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。
(2)原理：酶降低活化能的作用更显著。
(3)意义：使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。
3．酶的特性
(1)高效性
①含义解读：与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
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②作用实质：酶和无机催化剂一样，只能缩短到达化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的平衡点。因此，
酶不能改变最终生成物的量。
(2)专一性
①含义解读：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
②曲线解读：酶A 可催化底物水解，酶B 则与“无酶”相同，说明酶催化具有专一性。
③模型解读
(3)作用条件较温和
曲线解读：在最适宜的温度和pH 条件下，酶的活性最高；高温、过酸、过碱等条件会使酶的空间结构遭到破坏而
永久失活；低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定。
4.酶促反应速率的影响曲线分析
(1)酶促反应产物浓度与反应时间的关系曲线
(2)温度和pH 对酶促反应速率的影响
据图可知，不同pH 条件下，酶最适温度不变；不同温度条件下，酶最适pH 也不变，即反应溶液pH(温度)的变化
不影响酶作用的最适温度(pH)。
(3)底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响
①底物浓度对酶促反应速率的影响
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②酶浓度对酶促反应速率的影响
ATP 的结构和特点分析
1.在有关DNA 分子的研究中常用32P 来标记DNA 分子。用α、β 和γ 表示ATP 或dATP(d 表示脱氧)上三个磷酸基
团所处的位置(A—Pα～Pβ～Pγ或dA—Pα～Pβ～Pγ)。下列说法错误的是( )
A．细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP 直接提供能量的
B．一分子dATP 由三分子磷酸基团、一分子核糖和一分子腺嘌呤组成
C．用32P 标记dATP 的α 位磷酸基团，利用其合成DNA，可将32P 标记到新合成的DNA 分子上
D．用32P 标记细胞中染色体的DNA，一次有丝分裂后子细胞中所有染色体都有放射性
【答案】 B
【解析】 一分子dATP 由三分子磷酸基团、一分子脱氧核糖和一分子腺嘌呤组成，B 错误；dA—Pα～Pβ～Pγ脱去
Pβ和Pγ这两个磷酸基团后，余下的结构为腺嘌呤脱氧核苷酸，是DNA 的基本组成单位之一，若用32P 标记dATP 的
α 位磷酸基团，利用其合成DNA，可将32P 标记到新合成的DNA 分子上，C 正确；用32P 标记细胞中染色体的DNA，
依据DNA 分子的半保留复制可知，在有丝分裂前的间期DNA 完成复制后，每条染色体含有两个DNA 分子，且分别位
于组成该染色体的两条姐妹染色单体上，而且每个双链DNA 分子的两条链中只有一条链含有32P 标记，在有丝分裂
后期，着丝粒分裂，姐妹染色单体分开成为两条子染色体，分别移向细胞两极，进而分别进入两个子细胞中，因
此一次有丝分裂后子细胞中所有染色体都有放射性，D 正确。
ATP 与ADP 的相互转化和ATP 的利用
2.人体胃内的酸性环境主要通过细胞膜上的质子泵来维持，胃酸过多会导致患者出现烧心、反酸、胃部疼痛等症
状。质子泵催化1 分子的ATP 水解所释放的能量，可驱动1 个H＋从胃壁细胞进入胃腔和1 个K＋从胃腔进入胃壁细
胞，K＋又可经过通道蛋白顺浓度进入胃腔。下列相关叙述错误的是( )
A．该质子泵既能催化化学反应又能转运H＋
B．H＋、K＋等离子进出胃壁细胞都需要消耗ATP
C．利用药物抑制质子泵的活性可以改善胃反酸等症状
D．该质子泵的合成与加工依赖于核糖体、内质网、高尔基体等细胞器
【答案】 B
【解析】 该质子泵既可催化ATP 的水解，又可驱动H＋从胃壁细胞进入胃腔，A 正确；K＋经过通道蛋白顺浓度由
胃壁细胞进入胃腔，为协助扩散，不需要消耗ATP，B 错误；利用药物抑制质子泵的活性，可以减少H＋从胃壁细胞
进入胃腔，避免胃酸过多，改善胃反酸等症状，C 正确；该质子泵的化学本质为蛋白质，其合成与加工依赖于核糖
体、内质网、高尔基体等细胞器，D 正确。
酶的本质、作用与特性的综合分析
3.温度会影响酶促反应速率，其作用机理可用下图坐标曲线表示。其中a 表示底物分子具有的能量，b 表示温度对
酶空间结构的影响，c 表示酶促反应速率与温度的关系。下列说法正确的是( )
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A．随着温度的升高，底物分子具有的活化能增加
B．处于曲线c 中1、2 位点酶分子活性是相同的
C．酶促反应速率是底物分子的能量与酶空间结构共同作用的结果
D．酶适于低温保存，原因是底物分子的能量低
【答案】 C
【解析】 由图可知，随着温度的升高，底物分子具有的能量增加，A 错误；处于曲线c 中1、2 位点酶促反应速
率相等，但酶分子活性不一定相同，B 错误；由图可知，底物分子的能量与酶空间结构都会影响酶促反应速率，C
正确；酶适于低温保存，原因是低温只是抑制酶活性，不会使酶变性失活，D 错误。
酶促反应速率的影响因素
4.下图为最适温度下酶促反应曲线，Km表示反应速率为1/2Vmax时的底物浓度。竞争性抑制剂与底物结构相似，可
与底物竞争性结合酶的活性部位；非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合，从而使酶的活性部位功能
丧失。下列分析正确的是( )
A．适当升高温度，Vmax和Km均会增大
B．加入非竞争性抑制剂，Vmax降低
C．加入竞争性抑制剂，Km值降低
D．Km值越大，酶与底物亲和力越高
【答案】 B
【解析】 由题干可知，图中曲线表示在最适温度下催化速率随底物浓度的变化，温度高于或低于最适温度，反
应速率都会变慢，故适当升高温度，Vmax会减小，A 错误；非竞争性抑制剂与酶的非活性部位不可逆性结合，从而
使酶的活性部位功能丧失，反应物不能与活性部位结合，故加入非竞争性抑制剂，导致Vmax降低，B 正确；竞争性
抑制剂与底物结构相似，可与底物竞争酶的活性部位，从而降低底物与酶结合的机会，使反应速率降低，故加入
竞争性抑制剂，会导致Km值增大，C 错误；Km表示反应速率为1/2Vmax时的底物浓度，酶与底物亲和力越高，酶促
反应速率越大，则Km值越小；说明Km值越大，酶与底物亲和力越低，D 错误。
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.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。
〖2023 年高考真题〗
易 混 易 错 辨 析
高 考 真 题 感 悟
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1．（2023·浙江·统考高考真题）某同学研究某因素对酶活性的影响，实验处理及结果如下：己糖激酶溶液置于
45℃水浴12min，酶活性丧失50%；己糖激酶溶液中加入过量底物后置于45℃水浴12min，酶活性仅丧失3%。该
同学研究的因素是（ ）
A．温度
B．底物
C．反应时间
D．酶量
【答案】B
【详解】A、由题干可知，两组实验的温度都为45℃，所以研究的因素不是温度，A 错误；B、由题干分析，己糖
激酶溶液置于45℃水浴12min，酶活性丧失50%；己糖激酶溶液中加入过量底物后置于45℃水浴12min，酶活性
仅丧失3%。这两组实验的不同条件在于是否加入底物。所以研究的因素是底物，B 正确；C、由题干可知，两组
实验的反应时间均为12min，所以研究的因素不是反应时间，C 错误；D、由题干可知，两组实验的酶量一致，所
以研究的因素不是酶量，D 错误。故选B。
2．（2023·浙江·统考高考真题）胰高血糖素可激活肝细胞中的磷酸化酶，促进肝糖原分解成葡萄糖，提高血糖水
平，机理如图所示。
下列叙述正确的是（ ）
A．胰高血糖素经主动运输进入肝细胞才能发挥作用
B．饥饿时，肝细胞中有更多磷酸化酶b 被活化
C．磷酸化酶a 能为肝糖原水解提供活化能
D．胰岛素可直接提高磷酸化酶a 的活性
【答案】B
【详解】A、胰高血糖素属于大分子信息分子，不会进入肝细胞，需要与膜上特异性受体结合才能发挥作用，A 错
误；B、饥饿时，胰高血糖素分泌增加，肝细胞中有更多磷酸化酶b 被活化成磷酸化酶a，加快糖原的分解，以维
持血糖浓度相对稳定，B 正确；C、磷酸化酶a 不能为肝糖原水解提供活化能，酶的作用机理是降低化学反应所需
活化能，C 错误；D、根据题图无法判断胰岛素和磷酸化酶a 的活性的关系，且胰岛素为大分子物质，不能直接进
入细胞内发挥作用，D 错误。故选B。
3．（2023·浙江·统考高考真题）为探究酶的催化效率，某同学采用如图所示装置进行实验，实验分组、处理及结
果如下表所示。
组别
甲中溶液（0.2mL）
乙中溶液（2mL）
不同时间测定的相对压强（kPa）
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0s
50s
100s
150s
200s
250s
I
肝脏提取液
H2O2溶液
0
9.0
9.6
9.8
10.0
10.0
II
FeCl3
H2O2溶液
0
0
0.1
0.3
0.5
0.9
III
蒸馏水
H2O2溶液
0
0
0
0
0.1
0.1
下列叙述错误的是（ ）
A．H2O2分解生成O2导致压强改变
B．从甲中溶液与乙中溶液混合时开始计时
C．250s 时I 组和Ⅲ组反应已结束而Ⅱ组仍在进行
D．实验结果说明酶的催化作用具有高效性
【答案】C
【详解】A、H2O2分解产物是H2O 和O2，其中O2属于气体，会导致压强改变，A 正确；B、据表分析可知，甲中
溶液酶或无机催化剂等，乙中是底物，应从甲中溶液与乙中溶液混合时开始计时，B 正确；C、三组中的H2O2溶
液均为2ml，则最终产生的相对压强应相同，据表可知，250s 之前（200s）I 组反应已结束，但II 组和III 组压强仍
未达到I 组的终止压强10.0，故250s 时Ⅱ组和Ⅲ组反应仍在进行，C 错误；D、酶的高效性是指与无机催化剂相比，
酶降低化学反应活化能的作用更显著，对比I、II 组可知，在相同时间内I 组（含过氧化氢酶）相对压强变化更快，
说明酶的催化作用具有高效性，D 正确。故选C。
4．（2023·全国·统考高考真题·节选）某种观赏植物的花色有红色和白色两种。花色主要是由花瓣中所含色素种类
决定的，红色色素是由白色底物经两步连续的酶促反应形成的，第1 步由酶1 催化，第2 步由酶2 催化，其中酶1
的合成由A 基因控制，酶2 的合成由B 基因控制。现有甲、乙两个不同的白花纯合子，某研究小组分别取甲、乙
的花瓣在缓冲液中研磨，得到了甲、乙花瓣的细胞研磨液，并用这些研磨液进行不同的实验。
实验一：探究白花性状是由A 或B 基因单独突变还是共同突变引起的
①取甲、乙的细胞研磨液在室温下静置后发现均无颜色变化。
②在室温下将两种细胞研磨液充分混合，混合液变成红色。
③将两种细胞研磨液先加热煮沸，冷却后再混合，混合液颜色无变化。
实验二：确定甲和乙植株的基因型
将甲的细胞研磨液煮沸，冷却后与乙的细胞研磨液混合，发现混合液变成了红色。
回答下列问题。
(1)酶在细胞代谢中发挥重要作用，与无机催化剂相比，酶所具有的特性是
（答出3 点即可）；煮沸会使细胞研磨液中的酶失去催化作用，其原因是高
温破坏了酶的 。
【答案】(1) 高效性、专一性、作用条件温和 空间结构
【详解】（1）与无机催化剂相比，酶所具有的特性是高效性、专一性、作用条件温和。
高温破坏了酶的空间结构，导致酶失活而失去催化作用。
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