分类一分子与细胞

分类一分子与细胞(见学生用书P1)分子与细胞模块中,细胞代谢是本模块常考查的重点和难点之一,本专题知识的综合性较强,与生产、生活的联系密切。从考查题型看,近年高考的考查点主要集中在以下几个方面:①以文字表述的形式考查光合作用、细胞呼吸等的根本原理、过程的根底题(如2021全国Ⅰ卷第30题、2021全国Ⅰ卷第29题、2021浙江卷第30题等);②以流程图的形式考查光合作用或细胞呼吸的中等难度题(如2021山东卷第21题);③以图表的形式考查光合作用和细胞呼吸的综合题(如2021天津卷第13题、2021江苏卷第27题等)。总体来说,本专题内容侧重于考查学生的理解能力、获取信息的能力和学科内知识综合应用的能力。高考对本专题知识点的考查常结合坐标曲线考查光合作用、细胞呼吸的影响因素及其在生产实践中的应用,对总光合速率、净光合速率与呼吸速率的考查也较多。强化对相关原理的分析及相关曲线模型的归纳整合与加强针对性训练是备考的关键。坐标曲线中,多以时间、位置、温度等易测量的因素为横坐标,以事物的某种性质为纵坐标,用曲线表示事物的变化及性质间的相互关系,常用来分析生命现象,从而揭示生物体结构、代谢、生命活动及生物环境相互作用的关系等方面的本质特性。坐标曲线图的类型很多,有单一曲线型、多重曲线型等。坐标曲线图无论多么复杂,关键是数和形。数就是曲线中的点——起点、转折点和终点;形就是曲线的变化趋势,乃至将来的动态。解题思维模板如下:具体分析:(1)快速确认曲线图中“总光合速率〞与“净光合速率〞。假设光照强度为“0〞时,CO2吸收量(或光合速率)从“0〞开始,那么描述指标为“总光合速率〞,假设此时CO2吸收量从负值开始,那么描述指标应为“净光合速率〞。(2)读曲线图时必须“全线〞关注,不可就某些“片段〞盲目下结论。解答光合作用相关曲线的根本步骤如下:明标明确横坐标和纵坐标所表示的含义找点找出曲线中的起点、终点、顶点、交点和转折点等关键点:如光照强度对光合作用强度影响的曲线中,在光照强度为0时,曲线在纵坐标上对应的点表示细胞呼吸所释放的CO2量或消耗的O2量;曲线在横坐标上的交点为光补偿点,即表示光合作用强度与细胞呼吸强度相等时的光照强度析线找出曲线上升、下降或波动等变化趋势,并找出变化的原因:如夏天一天中的光合作用曲线,往往会呈现“M〞形变化,其“午休〞效应出现的原因是缺水导致气孔关闭,使CO2供应缺乏找因在受多种因素影响时,找出曲线的限制因素,方法是对纵坐标或横坐标画垂线,或者只看某一条曲线的变化,从而将多因素转变为单一因素,进而确定限制因素【例1】(2021全国Ⅲ卷)参照表中内容,围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。反响部位(1)

叶绿体的类囊体膜线粒体反响物葡萄糖/丙酮酸等反响名称(2)

光合作用的光反响有氧呼吸的局部过程合成ATP的能量来源化学能(3)

化学能终产物(除ATP外)乙醇、CO2(4)

(5)

【答题技巧】此题考查有氧呼吸、无氧呼吸以及光合作用的场所、反响物、产物和能量转化的知识,考查的内容较根底。解答此题的关键是对细胞呼吸、光合作用等根本原理和过程的理解和记忆。解答此题时需要注意的是:乙醇和CO2是无氧呼吸的产物;光反响仅完成了光能→活泼化学能的转化;光反响的产物之一复原性辅酶Ⅱ(NADPH)的正确写法。【解析】(1)(2)由反响产物乙醇、CO2可知,该反响为无氧呼吸,反响场所为细胞质基质。(3)光合作用的光反响中,光能转化成的活泼化学能储存在ATP中。(4)光合作用的光反响的产物为O2和NADPH。(5)在线粒体内进行的有氧呼吸的第二阶段的产物为CO2,第三阶段的产物为H2O。【答案】(1)细胞质基质(2)无氧呼吸(3)光能(4)O2、NADPH(5)H2O、CO2【例2】(2021山东卷)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如以下列图所示,其中甲、乙表示物质,模块3中的反响过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反响功能的模块是,模块3中的甲可与CO2结合,甲为。(2)假设正常运转过程中气泵突然停转,那么短时间内乙的含量将(填“增加〞或“减少〞)。假设气泵停转时间较长,模块2中的能量转换效率也会发生改变,原因是。(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量(填“高于〞、“低于〞或“等于〞)植物,原因是。(4)干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低,在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。【答题技巧】此题主要考查了光合作用过程中光反响和暗反响之间的区别与联系,以及影响光合作用速率的因素,需要学生识记相关内容,联系图中3个模块中能量和物质的变化,结合题干进行分析。需要注意的是:分析题图,模块1将光能转化为电能,模块2将电能转化为活泼的化学能,模块3将活泼的化学能转化为糖类(稳定的化学能)。结合光合作用的过程可知,模块1和模块2相当于光反响阶段,模块3相当于暗反响阶段。在模块3中,CO2和甲反响生成乙的过程相当于暗反响中CO2的固定,因此甲为C5,乙为C3。【解析】(1)叶绿体中光反响阶段是将光能转化成ATP中活泼的化学能,题图中模块1将光能转化为电能,模块2将电能转化为活泼的化学能,两个模块加起来相当于叶绿体中光反响的功能。在模块3中,CO2和甲反响生成乙的过程相当于暗反响中CO2的固定,因此甲为五碳化合物(或C5),乙为C3。(2)据分析可知,乙为C3,气泵突然停转,大气中的CO2无法进入模块3,相当于暗反响中CO2浓度降低,短时间内CO2浓度降低,C3的合成减少,而C3仍在正常复原,因此C3的含量会减少。假设气泵停转时间较长,模块3中CO2的量严重缺乏,导致暗反响的产物ADP、Pi和NADP+缺乏,无法正常供应光反响的需要,那么模块2中的能量转换效率也会发生改变。(3)糖类的积累量=产生量-消耗量,在植物中光合作用产生糖类,呼吸作用消耗糖类,而在人工光合作用系统中没有呼吸作用消耗糖类,因此在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量要高于植物。(4)在干旱条件下,植物为了保住水分会将叶片气孔开放程度降低,导致CO2的吸收量减少,因此光合作用速率降低。【答案】(1)模块1和模块2五碳化合物(或C5)(2)减少模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+缺乏(3)高于人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)(4)叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少【例3】(2021北京卷)光合作用是地球上最重要的化学反响,发生在高等植物、藻类和光合细菌中。(1)地球上生命活动所需的能量主要来源于光反响吸收的。在碳(暗)反响中,RuBP羧化酶(R酶)催化CO2与RuBP(C5)结合,生成2分子C3。影响该反响的外部因素,除光照条件外还包括(写出两个);内部因素包括(写出两个)。(2)R酶由8个大亚基蛋白(L)和8个小亚基蛋白(S)组成。高等植物细胞中L由叶绿体基因编码并在叶绿体中合成,S由细胞核基因编码并在中由核糖体合成后进入叶绿体,在叶绿体的中与L组装成有功能的酶。(3)研究发现,原核生物蓝藻(蓝细菌)R酶的活性高于高等植物。有人设想通过基因工程技术将蓝藻R酶的S、L基因转入高等植物,以提高后者的光合作用效率。研究人员将蓝藻S、L基因转入某高等植物(甲)的叶绿体DNA中,同时去除甲的L基因。转基因植株能够存活并生长。检测结果说明,转基因植株中的R酶活性高于未转基因的正常植株。①由上述实验能否得出“转基因植株中有活性的R酶是由蓝藻的S、L组装而成〞的推测?请说明理由。。②基于上述实验,以下表达中能够表达生物统一性的选项包括。a.蓝藻与甲都以DNA作为遗传物质b.蓝藻与甲都以R酶催化CO2的固定c.蓝藻R酶大亚基蛋白可在甲的叶绿体中合成d.在蓝藻与甲的叶肉细胞中R酶组装的位置不同【答题技巧】此题主要考查影响光合作用的因素、生物统一性及基因工程相关知识,目的是考查学生对根底知识的理解与掌握,提高学生通过分析题干灵活运用所学知识解决问题的能力。解答题(1)的关键是分清影响光合作用的外因(温度、CO2浓度)和内因(色素含量及种类、酶的含量及活性);解答题(2)的关键是读懂S由核基因编码并在细胞质中由核糖体合成后进入叶绿体,在叶绿体的基质中与L组装成有功能的酶;解答题(3)的关键是理解生物统一性的含义。【解析】(1)地球上生命活动所需的能量主要来源于光反响吸收的光能。在碳(暗)反响中,RuBP羧化酶(R酶)催化CO2与RuBP(C5)结合,生成2分子C3。影响该反响的外部因素,除光照条件外还包括温度、CO2浓度等;内部因素包括色素含量及种类、酶的含量及活性等。(2)R酶由8个大亚基蛋白(L)和8个小亚基蛋白(S)组成。高等植物细胞中L由叶绿体基因编码并在叶绿体中合成,S由细胞核基因编码并在细胞质中由核糖体合成后进入叶绿体,在叶绿体的基质中与L组装成有功能的酶。(3)①由上述实验不能得出“转基因植株中有活性的R酶是由蓝藻的S、L组装而成〞的推测,因为转基因植株仍包含甲植株的S基因,无法排除转基因植株R酶中的S是甲的S基因表达产物的可能性。②蓝藻与甲都以DNA作为遗传物质,能表达生物统一性,a正确;蓝藻与甲都以R酶催化CO2的固定,能表达生物统一性,b正确;蓝藻R酶大亚基蛋白可在甲的叶绿体中合成,能表达生物统一性,c正确;在蓝藻与植株甲的叶肉细胞中R酶组装的位置不同,这是基因选择性表达的结果,不能表达生物统一性,d错误。故a、b、c选项表达了生物统一性。【答案】(1)光能温度、CO2浓度R酶活性、R酶含量、C5含量、pH(其中两个)(2)细胞质基质(3)①不能。转入蓝藻S、L基因的同时没有去除甲的S基因,无法排除转基因植株R酶中的S是甲的S基因的表达产物的可能性②a、b、c【例4】(2021全国Ⅰ卷)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,到达增加产量等目的。答复以下问题。(1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施,该栽培措施对作物的作用有(答出2点即可)。(2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是(答出1点即可)。(3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能到达的株高和光饱和点(光合速率到达最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是,选择这两种作物的理由是。作物ABCD株高/cm1706559165光饱和点/μmol·m-2·s-112001180560623【答题技巧】此题结合具体实例考查光合作用和呼吸作用的相关内容,掌握光合作用和呼吸作用的原理、影响因素及其在生产中的应用是解题的关键。解题的注意点是:中耕松土是指对土壤进行浅层翻倒、疏松表层土壤。中耕的作用有:疏松表土、增加土壤通气性、提高地温、促进好氧微生物的活动和养分有效化、去除杂草、促使根系伸展、调节土壤水分状况。矿质元素只有溶解在水中,以离子形式存在,才能被植物的根系选择吸收。【解析】(1)中耕松土过程中去除了杂草,减少了杂草和农作物之间的竞争;疏松土壤可以增加土壤的含氧量,有利于根细胞的有氧呼吸,促进矿质元素的吸收,从而到达增产的目的。(2)农田施肥时,肥料中的矿质元素只有溶解在水中,以离子形式存在,才能被作物根系吸收。(3)分析表中数据可知,作物A、D的株高较高,作物B、C的株高较矮,作物A、B的光饱和点较高,适宜在较强光照下生长,作物C、D的光饱和点较低,适宜在弱光下生长,综合上述特点,应选取作物A和C进行间作,作物A可利用上层光照进行光合作用,作物C能利用下层的弱光进行光合作用,从而提高光能利用率。【答案】(1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收(3)A和C作物A光饱和点高且长得高,可利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用1.(2021菏泽一模)肿瘤细胞的无限增殖和抗药性的产生与核DNA有关。某种新型的抗肿瘤药物可通过作用于核DNA抑制肿瘤细胞的恶性增殖,逆转肿瘤细胞的耐药性。该药物分子进入细胞核的过程如以下列图。请答复以下问题。(1)肿瘤细胞核内储存着,是细胞的控制中心。核膜将细胞质和细胞核分隔开来,承担着物质交换和交流的功能。(2)上图显示,药物分子依赖于细胞膜的等结构与功能特点进入细胞,有的在中被直接降解,有的那么在中被降解。未被降解的药物分子通过核孔进入细胞核,积累后发挥作用。因此,可以推测药物分子在细胞质中停留时间越长,被降解概率就越大,细胞核对药物的吸收效率也越低。(3)科研人员发现亲核蛋白可以运输至细胞核内,为研究其运输机理,设计了有关实验,操作与实验结果如以下列图所示。实验处理后,研究者检测了各组的,结果说明。(4)综合上述研究,请你设计一个提高该新型抗肿瘤药物作用效果的研发思路:。【解析】观察题图可知,有些药物分子可直接穿过细胞膜进入细胞质基质,在细胞质基质中局部会被分解;有些药物分子与细胞膜外表的受体结合,以胞吞方式进入细胞,局部与溶酶体结合后被降解,未被降解的药物分子通过核孔进入细胞核中,作用于核DNA,发挥效应。分析亲核蛋白运输机理实验图可知,对亲核蛋白头部和尾局部别进行同位素标记,并对亲核蛋白进行有限的水解,然后利用显微注射技术将相关物质注入爪蟾卵母细胞的细胞质中,利用放射性自显影检测技术检测放射性,观察是否进入细胞核中,发现尾部以及含有尾部的亲核蛋白整体都可以进入细胞核,而单独的头部不能进入细胞核,因此可知亲核蛋白能否进入细胞核由尾部决定。【答案】(1)遗传信息信息(2)流动性和选择透过性细胞质基质溶酶体(3)放射性出现的位置亲核蛋白进入细胞核依赖于尾部(4)将抗肿瘤药物与亲核蛋白的尾部组合,促进药物分子快速进入细胞核2.(2021南通一模)为了研究温度对某种酶活性的影响,设置三个实验组,分别为A组(20℃)、B组(40℃)和C组(60℃),测定各组在不同反响时间内的产物浓度(其他条件相同),结果如图。答复以下问题。(1)三个温度条件下,该酶活性最高的是组。(2)在t1之前,如果将A组温度提高10℃,那么A组酶催化反响的速率会。(3)如果在t2时,向C组反响体系中增加2倍量的底物,其他条件保持不变,那么在t3时,C组产物总量,原因是。(4)生物体内酶的化学本质是,其特性有(答出2点即可)。【解析】(1)在60℃条件下,反响的最终产物浓度比在20℃和40℃条件下的小很多,说明酶在60℃条件下最终失活。与20℃条件下相比,40℃时酶促反响到达反响平衡的时间更短,说明40℃条件下酶活性较高。(2)在t1前,如果将A组温度提高10℃即变成30℃,由该酶活性随温度的变化规律可知,30℃条件下该酶的活性大于20℃条件下的,因此A组酶催化反响的速率会加快。(3)t2时C组的产物浓度已不再增加,但由A、B组t2时的产物浓度可知,t2时C组底物并未全部被分解,说明C组由于温度过高导致t2时酶已经变性失活。因此如果在t2时,向C组增加2倍量的底物,在其他条件不变的情况下,t3时产物的总量也不会再增加。(4)生物体内酶的化学本质绝大多数是蛋白质,极少数是RNA。酶具有高效性、专一性等特性,并且需要适宜的温度和pH等。【答案】(1)B(2)加快(3)不变60℃条件下,t2时酶已失活,即使增加底物,反响产物总量也不会增加(4)蛋白质或RNA高效性和专一性(其他合理答案亦可)3.(2021宜兴二模)科学家研究发现,细胞内脂肪的合成与有氧呼吸过程有关,机理如图1所示。(1)据图1可知,蛋白A位于(填细胞器)膜上,Ca2+进入该细胞器腔内的方式是。Ca2+在线粒体基质中参与调控有氧呼吸的阶段反响,进而影响脂肪的合成。(2)脂肪在脂肪细胞中以大小不一的脂滴存在,据此推测包裹脂肪的脂滴膜最可能由(填“单〞或“双〞)层磷脂分子构成。(3)棕色脂肪组织细胞内含有大量线粒体,其线粒体内膜含有UCP2蛋白,如图2所示。一般情况下,H+通过F0F1-ATP合成酶流至线粒体基质,驱动ADP形成ATP,当棕色脂肪细胞被激活时,H+还可通过UCP2蛋白漏至线粒体基质,此时线粒体内膜上ATP的合成速率将,有氧呼吸释放的能量中能所占比例明显增大,利于御寒。(4)蛋白S基因突变后,细胞中脂肪合成减少的原因可能是。【解析】(1)由图1可知,蛋白质A位于内质网膜上,Ca2+进入内质网需要载体蛋白A和ATP,因此是主动运输过程。由图1可知,Ca2+进入线粒体基质中发挥作用,线粒体基质是有氧呼吸第二阶段的场所。(2)磷脂分子具有疏水的尾部和亲水的头部,脂肪细胞内包裹脂肪的脂滴的膜磷脂分子的亲脂(疏水)一端与脂肪相靠近,因此是单层磷脂分子。(3)由图2可知,UCP2不具有催化ADP和Pi形成ATP的功能,因此H+通过UCP2蛋白漏至线粒体基质时不能合成ATP,此时线粒体内膜上ATP的合成速率将降低;有氧呼吸释放的能量以热能形式散失的比例增大,有利于御寒。(4)由图1可知,Ca2+进入内质网,需要蛋白S的协助,蛋白S基因突变后,Ca2+吸收减少,丙酮酸生成柠檬酸受阻,柠檬酸减少,细胞中脂肪合成减少。【答案】(1)内质网主动运输第二(2)单(3)降低热(4)Ca2+吸收减少,丙酮酸生成柠檬酸受阻,柠檬酸减少4.(2021青岛二模)细胞周期包括分裂间期(分为G1期、S期和G2期)和分裂期(M期)。细胞周期的时间测定可在体外采用短暂3H-TdR(胸苷)脉冲标记,然后洗脱标记物,细胞继续沿细胞周期运转。以下列图是一种通用的测定细胞各时期时间的方法(tG1、tS、tG2、tM表示各时期的时间,Tc表示细胞周期时间)。据此及有关知识答复以下问题。(1)一开始处于S期的细胞均被放射性标记,而处于G2、M、G1期的细胞均未被标记,可推知S期进行。(2)从细胞周期轮盘表来看,经过相当于期的一段时间,被标记的细胞开始进入M期,该时间为3小时。(3)当M期细胞的50%被标记首次出现时,相当于经历的时间为,该时间为小时。(4)当标记的M期细胞减少到50%时,经历的时间为小时,该时间相当于。(5)当标记的细胞第二次出现在M期时,相当于经历的时间为,该时间为25小时。(6)计算出该细胞的一个细胞周期共耗时小时。(填实际数字)

【解析】细胞周期是指连续分裂的细胞,从一次分裂完成时开始,到下一次分裂完成时为止。细胞周期分为G1期(DNA复制前期),S期(DNA复制期),G2期(DNA复制后期)和M期(分裂期)。(1)根据题意可知,在体外采用短暂3H-TdR(胸苷)脉冲标记,然后洗脱标记物,其中3H-TdR(胸苷)只存在于胸腺嘧啶这种碱基中,而胸腺嘧啶是DNA分子特有的碱基,用于DNA复制。一开始处于S期的细胞均被放射性标记,而处于G2、M、G1期的细胞均未被标记,可推知S期进行DNA复制。(2)从细胞周期轮盘表来看,经过相当于G2期的一段时间,被标记的细胞开始进入M期,该时间为3小时。(3)S期和M期间隔G2期,因此当M期细胞的50%被标记首次出现时,相当于经历的时间为tG2+1/2tM。(4)当标记的M期细胞减少到50%时,即在S期最后一个完成复制的细胞到达M期的一半,经历的时间为小时,该时间相当于tS+tG2+1/2tM。(5)当标记的细胞第二次出现在M期时,相当于经历的时间为Tc+tG2,该时间为25小时。(6)由(5)小题可知,Tc+tG2=25小时,由(2)小题可知tG2=3小时,因此该细胞的一个细胞周期共耗时22小时。【答案】(1)DNA复制(2)G2(3)tG2+1/2tM(4)tS+tG2+1/2tM(5)Tc+tG2(6)225.(2021泰安一模)以下列图甲为由磷脂分子合成的人工膜的结构示意图,图乙为人的红细胞膜的结构示意图及葡萄糖和乳酸的跨膜运输情况,图丙中A为1mol/L的葡萄糖溶液,B为1mol/L的乳酸溶液,请据图答复以下问题。(1)在水中磷脂分子排成双层的原因是。(2)图乙中,葡萄糖和乳酸跨膜运输的共同点是都需要,如果将图乙中的细胞放在无氧环境中,图中的跨膜运输不会受到影响,原因是。(3)假设用图甲所示人工膜作为图丙中的半透膜,那么液面不再变化时,左侧液面右侧液面;假设在图甲所示人工膜上贯穿图乙的蛋白质①,再作为图丙的半透膜,那么液面不再变化时,左侧液面右侧液面;假设此时用图乙的蛋白质②替换蛋白质①,再进行实验,那么液面不再变化时,左侧液面右侧液面。(填“高于〞、“低于〞或“等于〞)(4)某些药物大分子不容易被细胞吸收,但如果用图甲所示人工膜包裹后再注射那么更容易进入细胞,此实例可说明细胞膜具有性。【解析】(1)磷脂分子具有亲水性的头部和疏水性的尾部,因此在水中成两层排列。(2)由图乙可知,葡萄糖的运输方式是协助扩散,乳酸的运输方式是主动运输,两者的共同点是都需要载体蛋白。人的红细胞只能进行无氧呼吸,所以无论在有氧环境还是无氧环境下其所需的能量都是由无氧呼吸提供的,故在无氧环境下葡萄糖、乳酸的运输均不会受影响。(3)假设用图甲所示人工膜作为图丙中的半透膜,由于1mol/L的葡萄糖溶液和1mol/L的乳酸溶液中,溶质分子数相等,水分子数也相等,葡萄糖和乳酸都不能穿过人工膜,因此两侧液面高度相等。假