第8讲 ATP和细胞呼吸-【大鹏生物】2025年高考生物一轮复习讲义

第8讲　ATP和细胞呼吸 一、ATP的结构与功能 知识回顾 1．ATP的结构 (1)图中各部分名称： A代表腺嘌呤，P代表磷酸基团，①代表腺苷，②代表AMP，即腺嘌呤核糖核苷酸，③代表ADP，④代表ATP，⑤代表高能磷酸键。 (2)特点 ①1分子ATP中含有3个磷酸基团，2个高能磷酸键，高能磷酸键水解时释放的能量多达30.54 kJ/mol，所以说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物②ATP分子中远离A的高能磷酸键容易断裂和重新形成。 2．ATP与ADP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) 储存在高能磷酸键中的能量 能量去路 储存在高能磷酸键中 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 3．ATP的功能与动物细胞、植物细胞的代谢 (1)植物细胞可以通过光合作用和细胞呼吸形成ATP，而动物细胞只能通过细胞呼吸形成ATP。 (2)ATP水解释放的能量可用于主动运输、发光发电、肌肉收缩、物质合成、大脑思考等。 考向预测 考向一　ATP的结构和特点分析 1．ATP是细胞内流通着的能量“通货”。下列关于ATP的说法，正确的是(　　) ①参与ATP形成的元素包括C、H、O、N、P ②线粒体是蓝藻细胞产生ATP的主要场所 ③ATP分子由1个腺苷和2个磷酸基团组成 ④洋葱根尖细胞产生ATP的结构是叶绿体和线粒体 ⑤任何活细胞都能合成ATP ⑥所有活细胞都会消耗ATP A．①③⑤⑥ B．①②④ C．①⑤⑥ D．①④⑤⑥ 2．下列有关细胞内ATP的叙述中，正确的是(　　) A．在寒冷的环境中，人体细胞产生ATP的速率会下降 B．ATP中的“A”在DNA分子中通过氢键与“T”相连 C．细胞中ATP中的能量可来自光能和化学能，也可转化为光能和化学能 D．每个ATP分子中只含有一个高能磷酸键 考向二　ATP与ADP的相互转化和ATP的利用 3．ATP合酶是合成ATP所需的催化剂，分子结构由凸出于膜外的亲水性头部和嵌入膜内的疏水性尾部组成。当H＋顺浓度梯度穿过ATP合酶，使ADP与Pi形成ATP。下列关于ATP合酶的分析，错误的是(　　) A．可推测原核生物的细胞内没有ATP合酶 B．线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜上有ATP合酶 C．ATP合酶既具有催化作用，也具有运输作用 D．ATP合酶催化ADP和Pi形成ATP需要温和的条件 4．如图是ATP的结构及合成与水解反应，下列相关叙述正确的是(　　) A．图2反应向右进行时，图1中b、c化学键连续断裂释放出能量和磷酸基团 B．人体细胞中图2反应向左进行时，所需的能量来源于细胞呼吸 C．ATP与ADP相互转化迅速，细胞中储存大量ATP以满足对能量的需求 D．ATP脱去两个磷酸基团后形成的腺嘌呤脱氧核苷酸可参与DNA的合成 二、细胞呼吸的方式和过程 知识回顾 1．有氧呼吸 (1)概念：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。 (2)过程： (3)有氧呼吸总反应式(标出氧元素的来源与去向) (4)能量转换：葡萄糖中稳定的化学能转化为ATP中活跃的化学能和热能。 2．无氧呼吸 (1)场所：全过程都是在细胞质基质中进行的。 (2)过程 第一阶段 葡萄糖→丙酮酸＋[H]＋少量能量 第二阶段 酒精发酵 [H]＋丙酮酸→酒精＋CO2 乳酸发酵 [H]＋丙酮酸→乳酸 重点剖析 1．有氧呼吸和无氧呼吸的比较 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 条件 需氧 无氧 场所 细胞质基质(第一阶段)、线粒体 (第二、三阶段) 细胞质基质 分解程度 葡萄糖被彻底分解 葡萄糖分解不彻底 产物 CO2、H2O 乳酸或酒精和CO2 能量释放 大量 少量 相 同 点 反应条件 需酶和适宜温度 本质 氧化分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动所需 过程 第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同 意义 为生物体的各项生命活动提供能量 2.细胞呼吸反应式中各物质量的比例关系 (1)反应式 ①有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O → 6CO2＋12H2O＋能量。 ②无氧呼吸：C6H12O6 → 2C2H5OH＋2CO2＋少量能量； C6H12O6 → 2C3H6O3＋少量能量。 (2)相关物质间量的比例关系 ①有氧呼吸：C6H12O6∶O2∶CO2＝1∶6∶6。 ②无氧呼吸：C6H12O6∶CO2∶C2H5OH＝1∶2∶2或C6H12O6∶C3H6O3＝1∶2。 ③有氧呼吸和无氧呼吸消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质的量之比为有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和＝3∶4。 ④产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量之比为无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。 考向预测 考向一　细胞呼吸过程的综合分析 5．线粒体中的[H]与氧气结合的过程需要细胞色素c的参与。细胞接受凋亡信号后，线粒体中的细胞色素c可转移到细胞质基质中，并与Apaf-1蛋白结合引起细胞凋亡。下列说法错误的是(　　) A．有氧呼吸过程产生[H]的场所为细胞质基质和线粒体基质 B．细胞色素c参与有氧呼吸第三阶段的反应 C．细胞色素c功能丧失的细胞将无法合成ATP D．若细胞中Apaf-1蛋白功能丧失，细胞色素c将不会引起该细胞凋亡 6．如图是某动物体的细胞呼吸过程。下列有关叙述不正确的是(　　) A．4、6分别是水和氧气 B．3产生于线粒体基质 C．产生的8主要用于合成ATP D．植物细胞也能进行该过程 7．细胞呼吸过程中，线粒体内膜上的质子泵能将NADH(即[H])分解产生的H＋转运到膜间隙，使膜间隙中H＋浓度增大，大部分H＋通过结构①回流至线粒体基质，同时驱动ATP的合成，主要过程如下图所示。下列有关叙述不正确的是(　　) A．乳酸菌不可能发生上述过程 B．该过程发生于有氧呼吸第二阶段 C．图中①是具有ATP合成酶活性的通道蛋白 D．H＋由膜间隙向线粒体基质的跨膜运输属于协助扩散 考向二　细胞呼吸类型的判断 8．下表是某种植物种子在甲、乙、丙三种不同的条件下萌发，测得的气体量(相对值)的变化结果(假设细胞呼吸的底物都是葡萄糖)。下列说法正确的是(　　) 项目 CO2释放量 O2吸收量 甲 12 0 乙 8 6 丙 10 10 A.在甲条件下进行的是产生CO2和乳酸的无氧呼吸 B．在乙条件下有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多 C．在丙条件下有氧呼吸强度达到了最大值 D．在乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体 9．“有氧运动”是指人体吸入的氧气与需求的相等，达到生理上的平衡状态。如图所示为人体运动强度与血液中乳酸含量和氧气消耗速率的关系。结合所学知识，分析下列说法正确的是(　　) A．a运动强度下只有有氧呼吸，b运动强度下有氧呼吸和无氧呼吸同时存在，c运动强度下只有无氧呼吸 B．运动强度大于或等于b后，肌肉细胞CO2的产生量将大于O2的消耗量 C．无氧呼吸使有机物中的能量大部分以热能形式散失，其余储存在ATP中 D．若运动强度长时间超过c，会因为乳酸积累而使肌肉酸胀乏力 三、影响细胞呼吸的因素及其应用 知识回顾 1．内部因素 (1)遗传特性：不同种类的植物呼吸速率不同。 实例：旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。 (2)生长发育时期：同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同。 实例：幼苗期呼吸速率高，成熟期呼吸速率低。 (3)器官类型：同一植物的不同器官呼吸速率不同。 实例：生殖器官大于营养器官。 2．外界因素 (1)温度 ①解读：细胞呼吸是一系列酶促反应，温度通过影响酶的活性进而影响细胞呼吸速率。 a．O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。 b．O2浓度低时，无氧呼吸占优势。 c．随着O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强。 d．当O2浓度达到一定值后，随着O2浓度增大，有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的影响)。 ②应用：储存水果、蔬菜时应选取零上低温(填“高温”“零上低温”或“零下低温”)。 a．选用透气的消毒纱布包扎伤口，抑制破伤风杆菌等厌氧细菌的无氧呼吸。 b．作物栽培中及时松土，保证根的正常细胞呼吸。 c．提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。 d．稻田定期排水，抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡。 (3)CO2浓度 ①解读：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。 ②应用：在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。 (4)含水量 ①解读：一定范围内，细胞中自由水含量越多，代谢越旺盛，细胞呼吸越强。 ②应用：粮食储存前要进行晒干处理，目的是降低粮食中的自由水含量，降低细胞呼吸强度，减少储存时有机物的消耗。 重点突破 结合O2浓度影响细胞呼吸的曲线分析： (1)O2浓度在2.5%～10%之间时，进行有氧呼吸和无氧呼吸； O2浓度在10%以上时，进行有氧呼吸。 (2)O2浓度为C时，AB＝BC，此时有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖不是(填“是”或“不是”)一样多，理由是根据有氧呼吸和无氧呼吸的方程式可以看出：当有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等时，二者消耗的葡萄糖之比是1∶3。 (3)在保存蔬菜、水果时，应选择R点对应的O2浓度，理由是此时总CO2释放量最少，有机物的损耗最少。 (4)低氧环境下，有机物消耗少的原因在低氧条件下，无氧呼吸受到抑制强度较弱，有氧呼吸因氧气不足强度也比较小，故总的CO2释放量少，呼吸强度弱。 考向预测 考向一　细胞呼吸的影响因素分析 10．如图是外界条件对植物细胞呼吸速率的影响曲线图，以下分析错误的是(　　) A．从甲图可知细胞呼吸最旺盛时的温度是B点对应的温度 B．乙图中曲线Ⅰ表示有氧呼吸，曲线Ⅱ表示无氧呼吸 C．乙图中曲线Ⅰ表示的生理过程所利用的有机物主要是葡萄糖 D．乙图中曲线Ⅱ最终趋于平衡，可能是受到温度或呼吸酶数量的限制 11．为了探究植物呼吸强度的变化规律，研究者在遮光状态下，测得了相同的新鲜菠菜叶在不同温度和O2含量条件下的CO2释放量，结果如下表(表中数据为相对值)。下列有关分析错误的是(　　) O2含量 CO2释放量 温度(℃) 0.1% 1.0% 3.0% 10.0% 20.0% 40.0% 3 6.2 3.6 1.2 4.4 5.4 5.3 10 31.2 53.7 5.9 21.5 33.3 32.9 20 46.4 35.2 6.4 38.9 65.5 56.2 30 59.8 41.4 8.8 56.6 100.0 101.6 A. 根据变化规律，表中10 ℃、O2含量为1.0%条件下的数据很可能是错的 B．温度为3 ℃、O2含量为3.0%是储藏菠菜叶的最佳环境条件组合 C．O2含量从20.0%上升至40.0%时，O2含量限制了呼吸强度的继续升高 D．在20 ℃条件下，O2含量从0.1%升高到3.0%的过程中，细胞无氧呼吸逐渐减弱 考向二　细胞呼吸原理在农业生产中的应用 12．下列有关细胞呼吸原理在生活、生产中的应用的叙述，正确的是(　　) A．降低温度和氧浓度并保持干燥，有利于果蔬的储藏保鲜 B．给含有酵母菌的发酵液连续通气，可提高产酒量 C．大棚栽培蔬菜，遇到阴雨天气时，可适当降低温度 D．给稻田定期排水、晒田的主要目的是抑制水稻的生长 13．中耕松土是农作物栽培的传统耕作措施，下列相关说法错误的是(　　) A．松土可以促进根对矿质元素的吸收，促进光合作用 B．松土可以促进硝化细菌的代谢活动，合成更多的有机物 C．松土使土壤中无机物含量减少，有机物含量增加 D．松土能加速土壤中残枝败叶、动植物遗体的分解，生成更多的二氧化碳 考向三　种子萌发过程中细胞呼吸的变化分析 14．将黄豆干种子浸水30小时，期间黄豆胚细胞发生了一系列生理变化，下列对此描述正确的是(　　) A．自由水与结合水的含量均大量增加，代谢加快 B．CO2释放量与O2的吸收量之比显著增大，说明此阶段无氧呼吸较强 C．酶的种类没有变化，但酶的活性均显著增高 D．若在显微镜下观察胚细胞，会发现大部分细胞中存在染色体 15．干种子萌发过程中，CO2释放量(QCO2)和O2吸收量(QO2)的变化趋势如图所示(假设呼吸底物都是葡萄糖)。回答下列问题： (1)干种子吸水后，自由水比例大幅增加，会导致细胞中新陈代谢速率明显加快，原因是 _____________________________________________(至少答出两点)。 (2)在种子萌发过程中的12～30h之间，细胞呼吸的产物是_________和CO2。若种子萌发过程中缺氧，将导致种子萌发速度变慢甚至死亡，原因是？ (3)与种子萌发时相比，胚芽出土后幼苗的正常生长还需要的环境条件包括_______________________________。 四、探究酵母菌细胞呼吸的方式 知识回顾 1．实验原理 2．实验步骤 (1)配制酵母菌培养液(酵母菌＋葡萄糖溶液)。 (2)检测CO2产生的多少，装置如图所示。 (3)检测酒精的产生：从A、B中各取2 mL酵母菌培养液的滤液，分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化。 (3)检测酒精的产生：从A、B中各取2 mL酵母菌培养液的滤液，分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化。 3．实验现象及实验结论 条件 澄清石灰水的变化/出现变化的快慢 重铬酸钾—浓硫酸溶液 甲组(有氧) 变混浊程度高/快 无变化 乙组(无氧) 变混浊程度低/慢 出现灰绿色 (1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。 (2)在有氧条件下产生CO2多而快，在无氧条件下进行细胞呼吸产生酒精和CO2。 实验要点 1．实验注意事项 (1)实验装置：甲组探究酵母菌的有氧呼吸，乙组探究酵母菌的无氧呼吸。甲、乙两组为对比实验，设置的是有氧、无氧条件。 (2)变量控制 ①通入A瓶的空气中不能含有CO2，以保证第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。 ②B瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将B瓶中的氧气消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保通入澄清石灰水中的CO2是由酵母菌无氧呼吸产生的。 2．液滴移动法探究细胞呼吸的方式 (1)探究装置：欲确认某生物的细胞呼吸方式，应设置两套实验装置，如图所示(以发芽种子为例)： (2)结果结论 实验结果 结论 装置一 装置二 不动 不动 只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已经死亡 不动 右移 只进行产生酒精的无氧呼吸 左移 右移 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸 左移 不动 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸 左移 左移 种子进行有氧呼吸时，底物中除糖类外还含有脂质 2．液滴移动法探究细胞呼吸的方式 (3)误差校正：为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置三。装置三与装置二相比，不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。 考向预测 考向一　教材实验的综合考查 16．甲、乙两组同学拟用下面装置探究细胞在有氧和无氧条件下CO2的产生量，为此展开了如下讨论。你认为其中最不合理的观点是(　　) A．图中A用以除去充入的CO2，以所充气体中是否含氧作为自变量而不是是否充气 B．若图中B是酵母菌培养液，因其在不同条件下繁殖速度不同影响实验，可换成苹果小块 C．图中C若是溴麝香草酚蓝水溶液，可用变色所用的时间比较CO2的产生量 D．若在有氧、无氧条件下产生等量的CO2，说明在两种条件下底物的消耗量相等 考向一　教材实验的综合考查 17．某同学为了探究酵母菌的细胞呼吸方式，将少量的酵母菌混入适量的面粉揉成光滑面粉团后均等分装在2个洁净的塑料袋中，一组充满空气(甲组)，一组则排净空气(乙组)，扎紧袋口后放在相同且适宜的环境中观察20～30 min。下列叙述不正确的是(　　) A．一段时间后甲组的塑料袋内壁有水珠出现，面团变湿润 B．该实验中甲组为实验组，乙组为对照组 C．若放置的时间足够长，甲组也会产生酒精 D．该实验应选择大小合适，气密性良好的塑料袋 18．如图为某生物小组探究酵母菌呼吸方式的实验设计装置。下列叙述错误的是(　　) A．实验的自变量是有无氧气，因变量是甲、丁两试管中产生CO2的多少 B．乙、丙两试管中的液体应先煮沸，冷却后再加入酵母菌，以消除其他微生物对实验的影响 C．该实验装置的设计不够严谨，通入乙试管中的空气必须除去CO2 D．甲、丁两试管中的Ca(OH)2溶液可用酸性重铬酸钾溶液替代 19．如图装置可用于研究萌发的小麦种子的细胞呼吸方式及其产物(呼吸底物都为糖类)，下列有关分析错误的是(　　) A．装置甲可用于探究细胞呼吸是否产生热量 B．装置乙有色液滴不移动，说明种子萌发只进行有氧呼吸 C．装置丙可根据澄清石灰水是否变混浊探究酵母菌的细胞呼吸方式 D．3个装置中的种子都必须进行消毒处理，并设置对照实验 课堂演练 一、选择题 1．下列有关ATP的叙述中正确的是(　　) A．人从平原进入高原初期，细胞中ATP/ADP的值普遍升高 B．ATP是由腺嘌呤、脱氧核糖、磷酸等单体组成的高分子化合物 C．ATP水解释放的能量可用于细胞内各种吸能反应 D．人在饥饿时，细胞中ATP和ADP的含量难以达到动态平衡 2．ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内四种高能磷酸化合物，它们的结构只是碱基的不同，下列叙述错误的是(　　) A．ATP的合成常伴随着细胞内的放能反应 B．1分子GTP彻底水解可得到3种小分子物质 C．CTP中“C”是由胞嘧啶和脱氧核糖构成的 D．UTP断裂两个高能磷酸键后可作为基因转录的原料 3．在线粒体的内外膜间隙中存在着一类标志酶——腺苷酸激酶，它能将ATP分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上而形成ADP。以下有关分析中错误的是(　　) A．腺苷酸激酶催化1分子ATP分解伴随着2分子ADP的生成 B．腺苷酸激酶催化该反应一般与放能反应相联系 C．腺苷酸激酶与细胞内ATP与ADP的平衡维持有关 D．腺苷酸激酶发挥作用时伴随着高能磷酸键的断裂与形成 4．下图是真核细胞内细胞呼吸的过程图解，下列说法正确的是(　　) A．图中X表示O2，它可以通过植物的光合作用产生 B．物质Y可使溴麝香草酚蓝水溶液发生的颜色变化为由蓝色变成绿色 C．人体内不能完成④⑤过程 D．图中催化②、③过程的酶存在于线粒体内膜上 学科网（北京）股份有限公司 $$