专题三　生物的新陈代谢式

考情动态分析

生物的新陈代谢是教材的主干知识，在单科考试和综合考试中都是必考内容之一，约占15%～30%。近几年的高考每年都有围绕着这个重点的考题。

纵观近几年高考试题，除了大多数基础性的单项选择题以外，其余题目有两个特点：一是生物的新陈代谢主要发生在细胞内，许多考查某些生理作用的题目，都与细胞的结构图联系在一起；二是绝大多数的简答题目，往往是创设新情境、提供新材料、提出新问题，通过分析图表、图解作答。关于新情境、新材料和新问题有三个来源：第一，从虚构的情境中产生；第二，从学生未接触过的材料中引申出来，通常选自中专或大学教材；第三，对学生已知的情境赋予新意后提出。这类题目往往能够体现“高起点，低落点”的特点，充分考查分析问题、解决问题、综合及获取新知识的能力，是高考命题的趋势。植物的水分代谢、矿质营养、光合作用和呼吸作用、三大营养物质在细胞内的相互转变是命题的重点所在，特别是光合作用和呼吸作用，两者物质和能量变化相反，可以创设出许多新情境，是考查各种能力的载体。

新陈代谢发生在细胞内，细胞的结构和功能是代谢的物质基础，因此，该部分知识可以和第一、二章的内容相联系，如叶绿体内进行光合作用，线粒体内进行呼吸作用，细胞膜的结构（载体）与物质进出细胞的关系等，还可以与选修教材中的生物膜系统相联系，可命制综合性较强的题目，以考查综合能力。

细胞生活在内环境之中，所以选修教材安排了有关内环境稳态的内容。该部分内容在高考命题中也是以中档题为主，由于该部分知识不属于教材的主干知识，所以在综合科目高考题中不是每年都出现。

考点核心整合

1.理解新陈代谢与酶和ATP的关系

新陈代谢是细胞内一系列有序的化学反应的过程，是生物体自我更新的过程。酶和ATP是新陈代谢过程中必不可少的两种物质。新陈代谢的一系列化学反应都是在酶的催化作用和ATP的供能条件下完成的。细胞是新陈代谢的场所，所以大多数酶发挥作用的场所在细胞内，也有的酶在细胞外发挥作用，例如进行细胞外消化的各种消化酶。近几年的高考命题主要围绕着酶的特性、影响酶的活性的条件展开命题，复习时应注意这方面的问题。

2.生物体生命活动的直接能源、主要能源和最终能源

生物体生命活动的直接能源是ATP， ATP水解时释放的能量直接用于各项生命活动，如肌肉收缩、腺体分泌、合成代谢、神经传导和生物电等。生物体内的糖类、脂类和蛋白质等有机物中都含有大量的能量，但生命活动的主要能源物质是糖类，糖类在体内氧化分解释放的能量，一部分合成了ATP用于各项生命活动，另一部分以热能的形式散失掉了。糖类等有机物中含有的能量最终来自绿色植物光合作用所固定的太阳能，所以，生物体生命活动的最终能源是太阳光能。

 

链接·提示

　　ATP与ADP之间的相互转变是真正意义上的可逆反应吗？

提示：（1）从反应条件分析：ATP水解是一种水解反应，催化该反应的酶是水解酶；ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶属于合成酶。

（2）从能量分析来看：ATP水解所释放的能量来自于高能磷酸键能，而合成ATP所需的能量来自光合作用吸收的光能和呼吸作用分解有机物释放的化学能。

　　（3）从ATP的合成与分解场所分析：ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体，而ATP的分解场所较多。

综上，在生物体内的反应可概括为“物质是可逆的，能量是不可逆的”或解释为“物质是循环的，能量是不循环的”。

3.植物的光合作用和呼吸作用的过程

光合作用是生物界中最基本的物质代谢和能量代谢，这是高考的重点和热点，复习时要切实理解其实质——完成物质和能量的转化。光合作用的光反应阶段完成两大变化：水分解产生氧气和［H］，合成ATP。暗反应阶段完成CO₂的固定和还原。呼吸作用是分解有机物、释放能量的过程。光合作用必须在光下才能发生，而呼吸作用是每时每刻都在进行，一般来说，植物在白天和晚上的呼吸作用强度基本一致，呼吸作用的强弱主要受温度的影响。复习时抓住物质和能量的变化规律。注意联系实际，特别是分析植物的光合作用和呼吸作用的关系，分析生产中的实际问题。明确影响光合作用和呼吸作用的因素，充分利用光合作用、呼吸作用的反应式，从原料、产物和条件（如光照、温度、CO₂、O₂等）等方面进行分析。

光能在叶绿体中的转换过程，包括三个步骤：光能转换成电能（需要色素，主要是叶绿素a）；电能转化为活跃的化学能（合成ATP的过程）；活跃的化学能转化为稳定的化学能（合成有机物的过程）。前两步发生在光反应过程，第三步发生在暗反应过程。

4.光合作用的有关计算

（1）根据光合作用反应式进行有关物质的计算

（2）根据光合作用反应式进行能量计算

（3）光合作用与呼吸作用的综合计算

在光下光合作用与呼吸作用同时进行：

光合作用实际产氧量＝实测的氧气释放量＋呼吸作用耗氧量

光合作用实际二氧化碳消耗量＝实测的二氧化碳消耗量＋呼吸作用二氧化碳释放量

光合作用葡萄糖净产量＝光合作用实际葡萄糖生产量-呼吸作用葡萄糖消耗量

5.如何理解绿色植物光合作用的“午休”现象

影响光合作用的外界条件都在时时刻刻变化着，所以光合作用速率在一天中也有变化。光合作用进程一般与太阳辐射进程相联系，从早晨开始光合作用逐渐加强，中午达到高峰，以后逐渐降低，到日落则停止，成为单峰曲线。但当夏天光照强烈时，光合作用便形成两个高峰，一个在上午，一个在下午，中午前后光合作用速率下降，呈现“午休”现象，出现这一现象的原因有三点：①由于气温过高，蒸腾作用旺盛，水分在中午供应不上，气孔关闭；②由于气孔关闭导致二氧化碳供应不足；③光合作用的产物来不及运走，积累在叶肉细胞的细胞质中，阻碍细胞内二氧化碳的运输。

6.扩散、渗透与吸胀作用的区别

在一般情况下，分子运动的总趋势是从浓度高的地方向浓度低的地方运动。就生物体来讲，扩散作用是指在扩散物质运动方向之间没有膜作为屏障的分子运动。

渗透作用是水分子或其他的溶剂分子通过半透膜的扩散，是扩散作用的一种特例。简单地说，通过半透膜的扩散作用叫渗透。不过气体（如O₂、CO₂等）通过半透膜的现象通常称为扩散作用。低浓度溶液(包括清水)中的水通过半透膜进入较高浓度溶液中的现象，就叫渗透作用。植物细胞通过渗透作用吸收水分的方式叫渗透吸水。一般来讲，产生渗透作用必须有两个条件：①有半透膜；②膜两侧的溶液具有浓度差。

吸胀作用不同于渗透作用。靠亲水物质（如淀粉、纤维素、蛋白质等）吸水膨胀的现象叫做吸胀作用。没有形成液泡的细胞可进行吸胀吸水。

7.水分的吸收、运输与利用

植物细胞吸水还是失水取决于膜两侧的溶液浓度差，或者说取决于根细胞液与土壤溶液的浓度差。通常情况下，土壤溶液的浓度比根毛区表皮细胞液浓度低，土壤溶液中的水分通过两条途径进入根的导管，在蒸腾作用产生的“拉力”下，依次进入茎、叶导管，主要通过蒸腾作用散失到大气中，只有1%～5%被植物体各部分利用。

8.矿质元素的吸收、运输和利用

矿质元素离子是通过主动运输进入细胞的，矿质元素的吸收与根细胞的呼吸作用、细胞膜上的载体有关，载体的不同决定了植物对矿质元素的选择吸收。根对矿质元素离子的吸收和对水分的吸收是两个相对独立的过程。矿质元素进入植物体后随水分运输到植物体各个组织、器官后，在植物体内有两种利用情况：重复利用（如N、P、K、Mg等离子）和不重复利用（如Ca、Fe等离子）。如果某植物体内缺乏了前者，衰老部位的矿质元素可以转移到幼嫩部位，而衰老部位的组织细胞因缺乏这种矿质元素而首先受到伤害；如果植物体内（或土壤中）缺乏不能被再度利用的矿质元素，植物原有组织中的这些元素不能转移，所以首先受到伤害的是幼嫩部位。

9.阳生植物和阴生植物

特征	阳生植物	阴生植物
叶绿体结构	基粒较小，基粒片层数目少	基粒较大，基粒片层数目多
叶绿素	叶绿素含量较少，叶绿素a与叶绿素b比值较大	叶绿素含量相对较多，且叶绿素a与叶绿素b的比值相对较小，叶绿素b的含量相对较多
光饱和点	全光照的100%（高）	全光照的10%～50%
光补偿点	全光照的3%～5%（高）	全光照的1%以下（低）

10.与新陈代谢直接相关的四大系统

消化系统的主要功能是消化和吸收营养物质。其消化和吸收作用主要是在小肠内进行的。小肠在结构和功能上具有一系列与其消化和吸收功能相适应的特点，即消化管长，延长了食糜在消化道内的停留时间，有利于消化和吸收；小肠内壁上有环形皱襞、小肠绒毛，小肠绒毛上皮细胞面向肠腔的部分有微绒毛的存在，所有这些结构增大了小肠消化和吸收的表面积。另外，小肠壁内存在着消化腺，不断地向肠腔内分泌含多种消化酶的消化液，小肠绒毛内分布有丰富的毛细血管和毛细淋巴管，有利于营养物质的消化和吸收。

体内的细胞通过呼吸系统获得氧气和排出二氧化碳。具体过程是在肺部和组织细胞进行气体交换，前者使静脉血变为动脉血，而后者则相反。

完成排泄功能的主要器官是肾脏，而肾脏结构和功能的基本单位是肾单位，通过对肾单位结构功能的复习，可搞清楚血浆、原尿、尿液在组成成分上的异同及意义。

循环系统是以上系统完成生理功能必不可少的，血液循环起着运输养料和废物的作用。

11.弄清人和动物体内三大营养物质的代谢及其关系

对于三大营养物质的代谢，我们可以从两个方面进行理解、归纳。

一是来源：糖类、脂类和蛋白质是不溶于水的有机高分子物质，不能被动物直接吸收，动物只有在消化酶的作用下，将其水解成小分子、溶于水的物质才能被吸收，其消化过程为：

 

链接·提示

　　现在，减肥风暴已愈演愈烈，“苗条”已成为大众审美的重要标准，某女性自幼贪食，18岁时体重已达75 kg（160 cm），该女甚为苦恼，为减肥，她将食谱中全部的脂质都去掉，但对糖类的摄入量大增，该女性能达到减肥效果吗？

提示：脂肪是生物体不可缺少的重要化合物，它不仅是重要的储能物质，还有维持体温，减小内脏、器官的摩擦，减轻机械振荡的作用。在细胞内，脂肪和糖类可以相互转化，因此在减肥时，若不注意节食糖类，即使不摄入脂肪，也不会达到理想效果。

二是去向：进入人体内的营养物质，在细胞内产生一系列的变化，其中三大营养物质共有的途径是氧化分解释放出所含有的能量，供生命活动需要，不共有的途径是是否在体内储存起来，即糖类和脂类在体内可以储存，蛋白质在体内不能储存。

三大营养物质代谢的关系，实质上是介绍了糖类、脂类和蛋白质在体内相互转化的情况，科学实验证明了三大营养物质之间在体内可以进行相互转化，这一过程是通过呼吸作用过程中产生的中间产物（如丙酮酸）完成的。由于三大营养物质的中间产物基本相同，故这些中间产物构成了三大营养物质联系与转化的桥梁。对于人来讲，糖类和脂类之间可以进行相互转化，多余的蛋白质可以转化成糖类或脂肪，但糖类和脂肪只能转化为组成人体的非必需氨基酸（12种），8种必需氨基酸不能由糖类和脂肪转化而来，只能靠从食物中摄取。

在细胞内三大营养物质的代谢可以总结归纳如下：

 

考题名师诠释

【例1】 (2006天津高考理综，5)下列有关ATP的叙述，正确的是（　　）

A.线粒体是蓝藻细胞产生ATP的主要场所

B.光合作用产物中的化学能全部来自ATP

C.ATP分子由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成

D.细胞连续分裂时，伴随着ATP与ADP的相互转化

解析：蓝藻细胞中无线粒体，有氧呼吸是在细胞膜上进行的；光合作用产物中的全部化学能全部来自ATP、NADPH；ATP分子由1个腺苷和3个磷酸基团组成。

答案：D

点评：我们要把ATP的化学组成，产生场所、与ADP的相互转化关系搞清楚。

【例2】 (2006江苏高考，14) 下列关于人体内物质代谢以及与人体健康关系的叙述，正确的是（　　）

A.糖类可以通过氨基转换作用等过程转化为各种蛋白质

B.只要控制脂肪的摄入量，人就不会发胖

C.当血糖含量低于45 mg/dL时，脑组织得不到足够的能量供给，发生功能障碍

D.人体的必需氨基酸只能从食物中获得，而非必需氨基酸只能在体内合成

解析：三大物质中，糖类和脂肪在人体内可以相互转化，所以多吃糖亦可导致人体发胖；蛋白质可以转化成糖类或脂肪，而脂肪和糖类只能有条件地转化成人体的部分氨基酸（非必需氨基酸），人体的必需氨基酸只能从食物中获取，而非必需氨基酸可以来自食物，也可以来自糖类和脂肪的转化。血糖浓度过低，会导致人低血糖昏迷。

答案：C

【例3】如下图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的NaHCO₃溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片，密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。光照后叶片重新浮出液面的原因是（　　）

A.叶片吸水膨胀，密度减小

B.溶液内产生的CO₂大量附着在叶面上

C.叶片进行光合作用所产生的O₂附着在叶面上

D.NaHCO₃溶液因放出CO₂而密度增大

解析：叶片利用NaHCO₃溶液释放出来的CO₂作光合作用的原料，在有光照的情况下进行光合作用，消耗CO₂释放氧气而上浮。

答案：C

【例4】下列是两类不同植物叶片部分结构的示意图，在CO₂浓度较低时，下列叙述合理的是（　　）

 

A.乙是C₄植物，CO₂的移动途径是：CO₂→含四碳的有机酸→三碳化合物

B.甲是C₃植物，CO₂的移动途径是：CO₂→三碳化合物→葡萄糖

C.甲是C₄植物，CO₂的移动途径是：CO₂→含四碳的有机酸→三碳化合物

D.乙是C₃植物，CO₂的移动途径是：CO₂→三碳化合物→四碳化合物

解析：C₄植物的叶片结构中有明显的花环型结构，在外圈的叶肉细胞中CO₂→含四碳的有机酸。在内圈的维管束鞘细胞中，含四碳的有机酸→CO₂→三碳化合物。乙无花环型结构，CO₂→三碳化合物→葡萄糖。

答案：C

点评：花环型结构是C₄植物叶片结构的典型特征之一，我们要抓住问题的关键结合图形进行区分C₄植物、C₃植物的不同结构特点。

【例5】在a、b、c，3个密封的锥形瓶内分别盛有等量的、成分相同的酵母菌和葡萄糖溶液，现进行如下处理：a瓶通入空气；b瓶通入氮气；c瓶通入空气并90℃恒温，则呼吸作用由强到弱的顺序是（　　）

A.c＞b＞a

B.b＞a＞c

C.a＞b＞c

D.a＞c＞b

解析：酵母菌既能进行无氧呼吸也能进行有氧呼吸，在有氧条件下呼吸作用强度大，而在90℃恒温会杀死酵母菌。

答案：C

【例6】 (2006重庆高考理综，2)下列有关新陈代谢的叙述，正确的是（　　）

A.完成有氧呼吸所需要的酶由线粒体DNA指导合成

B.植物根系吸收矿质元素的速率与土壤溶液中矿质离子的浓度成正比

C.用¹5N标记的蛋白质饲喂小白鼠，一段时间后可在其肝糖元中发现¹5N

D.用¹4CO₂研究玉米的光合作用过程，最早在C₄化合物中检测到¹4C

解析：完成有氧呼吸所需要的酶少量由线粒体DNA指导合成，多数由细胞核DNA指导合成；植物根系吸收矿质元素的速率与土壤溶液中矿质离子的浓度不成正比，具有选择性；用¹5N标记的蛋白质饲喂小白鼠，一段时间后不会在其肝糖元中发现¹5N，因为肝糖原中无¹5N，只有出现于含氮物质如蛋白质、核酸中。

答案：D

点评：综合考查新陈代谢中控制合成有氧呼吸酶的DNA的存在部位，以及C₄植物光合作用中C的转移途径。

【例7】 (2006广东高考，33请根据以下图、表完成有关植物对矿质元素吸收和利用等问题：

不同形态氮素供应对水稻幼苗生长的影响

氮源	（NH4）2SO4      NaNO3
干重增加量(g) 土壤溶液原始Ph 土壤溶液最终pH	0.31     0.13 5.2      5.2 3.0      6.0

(1)植物根系吸收矿质元素的主要部位是________区。若要观察细胞有丝分裂，宜选择根的________区细胞为材料；若要观察细胞质壁分离，宜选择根的________区细胞为材料。

(2)图中真菌菌丝能吸收土壤中的矿质元素和水分供植物使用，而植物光合作用产生的碳水化合物又可供真菌利用，两者属于________关系。

(3)上表是不同形态氮素供应对水稻幼苗生长的影响。从表中可以得出结论：

①_________；②_________。

(4)氮素被植物体吸收后，可参与多种物质的合成，其中包括________(多项选择)。

A.核酸

B.NADP上标+

C.纤维素

D.酶

解析：植物的根尖包括根冠、分生区（许多细胞正在进行有丝分裂）、伸长区（细胞正在伸长）和成熟区（也叫根毛区，是水分和矿质元素离子吸收的主要部位）四部分。根毛区表皮细胞通过主动运输吸收矿质元素离子，主动运输需要载体和消耗能量。细胞膜上吸收某种离子的载体多，细胞吸收该种离子就多，反之则少。就（NH₄）₂SO₄来说，细胞膜上吸收NH上标＋₄的载体多，吸收SO 离子的载体少；根细胞吸收NO 的载体多于吸收Na^＋的载体，吸收NH 的载体多于NO 的载体。真菌与根细胞生活在一起，对两者都有利，这种关系叫互利共生。纤维素是糖类，组成元素只有C、H、O，不含氮元素，其余选项都含有氮元素。

答案：（1）根毛区　分生区　成熟区

（2）共生（互利共生）

（3）铵根离子载体多于硫酸根离子，硝酸根离子载体多于钠离子；铵根离子载体多于硝酸根离子

（4）ABD

点评：根尖四部分结构特点及功能要能熟练掌握，并结合成熟区在矿质元素离子的吸收、水分吸收方面的重要作用进行分析应用。

【例8】 (2006上海高考，36)_________请完成下列有关光合作用的问题：

在一定浓度的CO₂和适当的温度条件下，测定某双子叶植物叶片在不同光照条件下的光合作用速度，结果如下表。表中负值表示二氧化碳释放量，正值表示二氧化碳吸收量。

光照强度（千勒克司）	光合作用速度（CO2 mg/100 cm^2叶·小时）
1.0	-2.0
3.0	+2.0
5.0	+6.0
7.0	+10.0
8.0	+12.0
10.0	+12.0

(1)在下侧坐标系上绘出光照强度与该植物叶片光合作用速度的关系图。

 

(2)该植物叶片的呼吸速度是(CO₂ mg/100 cm²叶·小时)。

(3)在光照强度为________千勒克司时，该植物叶片光合成量和呼吸消耗量相等。

(4)在一天中，将该植物叶片置于10千勒克司光照下10小时，其余时间置于黑暗中，则每100 cm²叶片产生的葡萄糖中________ mg将转化为淀粉。(取小数点后一位)

(5)据图分析，在0～8千勒克司范围内，光合作用速度受________因素影响；超过8千勒克司时，光合作用速度受________因素影响。

解析：由表中数据绘出曲线可知，在2千勒克司时光合作用强度等于呼吸作用强度。植物叶片置于10千勒克司光照下10小时，CO₂吸收量为12×10=120(CO₂ mg /100 cm²叶·小时)，黑暗时间为14小时，CO₂释放量为-4×14=56(CO₂ mg /100 cm²叶·小时)，则一天内CO₂吸收量为64(CO₂ mg /100 cm²叶·小时)，转化为葡萄糖的量是43.6 mg。影响光合作用的因素有光照强度、温度和CO₂浓度，在8千勒克司后随光照强度增加光合作用强度不再增加，说明不再受光照强度影响而是温度和CO₂浓度等因素的影响。

 

答案：(1)见上图　(2)4　(3)2　(4)43.6　(5)光照强度　温度和CO₂浓度

点评：光合作用与呼吸作用的联系考查是一个重点也是一个难点，要结合曲线及数据让学生正确理解净光合作用和实际光合作用与呼吸作用的关系。