第3单元 第2课时 ATP和细胞呼吸的原理（课件）-【创新方案】2026年高考生物一轮复习（多选版）

ATP和细胞呼吸的原理 第2课时 2.2.2　解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质 2.2.4　说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量 课标要求 目录 再认再现——教材基础落实 课时跟踪检测 互动课堂——核心深化学习 再认再现——教材基础落实 一、ATP 1.识图作答——掌握ATP的结构 (1)写出图中各部分名称：A代表_______，P代表磷酸基团，①代表腺苷，②代表AMP，即_________________，③代表_____，④代表ATP，⑤代表______________。 腺嘌呤 腺嘌呤核糖核苷酸 ADP 特殊的化学键 (2)ATP的特点 Ⅰ.特殊化学键：含有2个特殊的化学键，因此ATP是一种________化合物。 Ⅱ.化学性质：ATP的化学性质_______，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的_________。 高能磷酸 不稳定 转移势能 2.判断正误——辨清教材微点 (1)(2024·全国甲卷)ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量。 ( ) (2)1个ATP分子中含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团。 ( ) (3)DNA与ATP中所含元素的种类相同。 ( ) (4)腺嘌呤可以存在于DNA、RNA、ATP和某些酶分子中。 ( ) (5)AMP(腺苷一磷酸)可为人体细胞RNA的自我复制提供原料。 ( ) (6)一分子AMP中只有一个特殊的化学键。 ( ) √ × √ × × √ 3.识图作答——理清ATP与ADP的相互转化 ATP和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。下图为ATP和ADP相互转化模型图，其中a、b表示物质。 (1)ATP的结构简式为__________；图中a表示____。 (2)在植物叶肉细胞中，酶1可分布在___________________________中。ATP和ADP在细胞中可迅速转化，这与酶1和酶2具有_____性有关，酶1和酶2催化不同的反应，这体现了酶具有_____性。 (3)对于绿色植物，能量1可以来自__________________________；对于动物、真菌和大多数细菌，能量1来自____________________。 (4)能量1的利用与细胞内的_____反应相联系，能量2的释放与细胞内_____反应相联系，因此ATP被形象地比喻成细胞内流通的能量“货币”。(均填“吸能”或“放能”) A-P~P~P Pi 细胞质基质、叶绿体和线粒体 高效 专一 光能和细胞呼吸释放的能量 细胞呼吸释放的能量 放能 吸能 4.识图作答——辨析ATP的利用 (1)ATP的功能：驱动细胞生命活动的_____________。 (2)ATP的供能机制 下图是ATP为主动运输供能过程的示意图(以Ca2+释放为例)。 直接能源物质 酶活性 末端磷酸基团 能量 ①填写上图。 ②由图可知，ATP水解释放的_________使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，_________发生变化，_____也被改变，因而可以参与特定的化学反应。 磷酸基团 空间结构 活性 二、细胞呼吸的原理 1.识图作答——掌握有氧呼吸和无氧呼吸 热能 ATP [H] C3H6O3 C2H5OH CO2 O2 (1)填写上图。 (2)据图写出有氧呼吸和无氧呼吸的反应式(以葡萄糖为呼吸底物)： ①有氧呼吸：________________________________________。 ②无氧呼吸 产物为酒精和CO2：C6H12O6 酶 _________________________。 产物为乳酸：C6H12O6 酶 __________________。 2C2H5OH+2CO2+少量能量 2C3H6O3+少量能量 C6H12O6+6O2+6H2O 酶 6CO2+12H2O+能量 (3)据图填写下表，对比有氧呼吸和无氧呼吸的异同 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 是否需氧 ______ 不需氧 场所 ___________(第一阶段)、_______(第二、三阶段) ___________ 分解程度 葡萄糖被彻底分解 葡萄糖分解不彻底 产物 ____________ 乳酸或___________ 能量释放 大量能量 少量能量 需氧 细胞质基质 线粒体 细胞质基质 CO2、H2O 酒精和CO2 续表 相 同 点 反应条件 需酶和适宜温度等 本质 氧化分解_______，释放能量，生成_____ 过程 第一阶段从葡萄糖到_______完全相同 意义 ①为生物体的各项生命活动提供_____；②_________________。 有机物 ATP 丙酮酸 能量 生物体代谢的枢纽 2.判断正误——辨清教材微点 (1)(2024·江西卷)水直接参与了有氧呼吸过程中丙酮酸的生成。 ( ) (2)(2024·安徽卷)[H]与氧结合生成水并形成ATP的过程发生在线粒体基质和内膜上。 ( ) (3)(2024·湖北卷)有氧呼吸的终产物在机体内可转变为HC。 ( ) (4)供氧充足时，真核生物在线粒体外膜上氧化[H]产生大量ATP。 ( ) (5)线粒体内膜含有丰富的酶，是有氧呼吸生成CO2的场所。 ( ) √ × × × × (6)在游泳过程中，参与呼吸作用并在线粒体内膜上作为反应物的是氧化型辅酶Ⅰ。 ( ) (7)供氧不足时，酵母菌在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇。 ( ) (8)癌细胞通过无氧呼吸在线粒体中产生大量乳酸。 ( ) (9)蓝细菌没有线粒体，只能通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP。 ( ) √ × × × 3.连线串知——了解细胞呼吸原理的应用 融通大概念——建构知识体系 互动课堂——核心深化学习 [系统知能] 1.图解ATP与核苷酸分子结构间的联系 核心点(一)　ATP的合成、利用与能量代谢的综合分析 2.建模分析ATP与O2之间的关系 3.归纳细胞内产生与消耗ATP的生理过程 转化场所 常见的生理过程 细胞膜 消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐 细胞质基质 产生ATP：细胞呼吸第一阶段； 消耗ATP：各种耗能代谢过程 叶绿体 产生ATP：光反应；消耗ATP：暗反应 线粒体 产生ATP：有氧呼吸第二、三阶段； 消耗ATP：自身DNA复制、转录、翻译等 核糖体 消耗ATP：蛋白质的合成 细胞核 消耗ATP：DNA复制、转录等 [典例]　图1是细胞中某种小分子化合物的结构模式图，其中①~③代表化学键，④和⑤代表化学基团；图2表示哺乳动物成熟红细胞内ATP产生量与O2供给量的关系。下列叙述正确的是 (　 ) A.图1中②处的化学键比①处的更稳定 B.图1中的⑤处为碱基，且该碱基是RNA所特有的 C.据图2可知，哺乳动物的成熟红细胞不能进行细胞呼吸 D.哺乳动物的成熟红细胞吸收葡萄糖需要消耗ATP √ [解析]图1中①处的化学键比②处的更易断裂，因此图1中②处的化学键比①处的更稳定，A正确；若图1所示的物质是ATP，则图1中的⑤处是碱基A(腺嘌呤)，腺嘌呤是DNA和RNA共有的碱基，B错误；哺乳动物的成熟红细胞可以进行无氧呼吸，C错误；哺乳动物的成熟红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，不需要消耗ATP，D错误。 [题点全练] 题点1　ATP的结构与功能 1.(2025·万州模拟)如图是ATP分子的结构式，下列相关叙述正确的是 (　 ) A.ATP水解的过程常伴随放能反应的发生 B.③脱离ATP后，挟能量可使载体蛋白等分子磷酸化 C.所有生物体都存在ATP与ADP相互转化的能量供应机制 D.①②③脱离后，ATP剩下的部分成为RNA分子的基本单位之一 √ 解析：ATP水解的过程中，远离A的特殊化学键会断裂，并释放大量能量，供生命活动需要，故常伴随吸能反应的发生，A错误；在主动运输过程中，需要ATP水解提供能量，③(磷酸基团)脱离ATP后，挟能量可使载体蛋白等分子磷酸化，并引起载体蛋白空间结构的改变，B正确；病毒不存在ATP与ADP相互转化的能量供应机制，C错误；②③脱离后，ATP剩下的部分(腺嘌呤核糖核苷酸)为RNA分子的基本单位之一，D错误。 2.除了ATP以外，生物体内还存在其他可以供能的核苷三磷酸。例如UTP用于多糖合成，CTP用于磷脂合成，GTP用于蛋白质合成等。UTP、CTP或GTP分子中的特殊化学键不是直接由物质氧化获能产生的，物质氧化时释放的能量都必须先合成ATP，然后ATP将磷酸基团转移给相应的核苷二磷酸，生成核苷三磷酸：ATP+UDP→ADP+UTP。下列叙述正确的是 (　 ) A.生物体内并非所有的生命活动都由ATP直接供能 B.除ATP外，有氧呼吸也能产生其他核苷三磷酸 C.作为高能磷酸化合物，ATP中的能量主要储存在磷酸基团中 D.各种物质的吸收均依靠ATP供能 √ 解析：除了ATP以外，生物体内还存在其他可以供能的核苷三磷酸，因此生物体内并非所有生命活动都由ATP直接供能，A正确；UTP、CTP或GTP分子中的特殊化学键不是直接由物质氧化获能产生的，物质氧化时释放的能量都必须先合成ATP，然后ATP将磷酸基团转移给相应的核苷二磷酸，生成核苷三磷酸，因此除ATP外，有氧呼吸不能产生其他核苷三磷酸，B错误；作为高能磷酸化合物，ATP中的能量主要储存在特殊化学键中，不是在磷酸基团中，C错误；除了ATP以外，生物体内还存在其他可以供能的核苷三磷酸，因此各种物质的吸收并非都依靠ATP供能，且有些物质的吸收是被动运输，不消耗能量，D错误。 [微点拨] 细胞内供能的高能磷酸化合物 (1)碱基不同：ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内四种高能磷酸化合物，都能为生命活动直接提供能量。脱去两个磷酸基团，可以作为RNA合成的原料。 (2)五碳糖不同：dATP、dGTP、dCTP和dTTP也能为生命活动直接提供能量。脱去两个磷酸基团，可以作为DNA复制的原料。 题点2　ATP与ADP的转化和ATP的利用 3.(2025·温州一模)下图表示肌肉收缩过程的示意图。下列叙述正确的是 (　 ) A.ATP比腺嘌呤核糖核苷酸多3个磷酸基团 B.图中蛋白质的磷酸化过程需要ATP合成酶 C.图中肌肉做功过程属于放能反应 D.肌细胞中合成ATP所需的能量来自化学能和光能 √ 解析：ATP有3个磷酸基团，腺嘌呤核糖核苷酸有1个磷酸基团，因此ATP比腺嘌呤核糖核苷酸多2个磷酸基团，A错误；图中蛋白质的磷酸化过程中ATP水解生成ADP和磷酸，所以需要ATP水解酶，B错误；在肌肉收缩过程中，ATP先使肌肉中的能量增加，这是吸能反应，然后肌肉做功，失去能量，这是放能反应，C正确；肌细胞中合成ATP所需的能量主要来自呼吸作用，利用的是化学能，绿色植物可以通过光合作用利用光能合成ATP，D错误。 4.[多选]某些非活性蛋白质和活性蛋白质的构象转换是通过磷酸基团的共价修饰实现的。ATP的结构简式如图1所示，蛋白质磷酸化和去磷酸化的过程如图2所示。下列分析正确的是 (　 ) A.α、β和γ三个位置上的磷酸基团中，γ位的具有较高的转移势能 B.细胞内并非所有的生命活动消耗的能量都是由ATP直接提供的 C.图2所示生成蛋白质⁃nPi和生成蛋白质的两个反应属于可逆反应 D.图2中蛋白激酶催化蛋白质生成蛋白质⁃nPi的过程属于吸能反应 √ √ √ 解析：在ATP分子中，两个相邻的磷酸基团都带有负电荷而相互排斥，使远离腺苷的磷酸基团具有较高的转移势能，A正确；细胞中ATP、GTP、CTP、UTP都能为细胞的生命活动直接提供能量，B正确；图2所示生成蛋白质⁃nPi和生成蛋白质的两个反应，需要不同的酶催化，不属于可逆反应，C错误；图2中蛋白激酶催化蛋白质生成蛋白质⁃nPi的过程属于吸能反应，D正确。 [微点拨] 关于ATP的3个易错点 (1)ATP≠能量，ATP是直接能源物质，但不是唯一的，生物体内还存在CTP、GTP、UTP等直接能源物质。 (2)ATP与ADP的相互转化，从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。 (3)细胞中的ATP与ADP的转化总是处于动态平衡中，由于ADP、Pi 可重复利用，只要提供能量，生物体就可不断合成ATP，满足生命活动的需要。 [系统知能] 1.归纳细胞呼吸中各物质间量的比例关系 (1)反应式 核心点(二)　细胞呼吸类型与过程 有氧 呼吸 C6H12O6+6H2O+6O2 酶 6CO2+12H2O+能量 无氧 呼吸 C6H12O6 酶 2C2H5OH+2CO2+少量能量； C6H12O6 酶 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(产生酒精)消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质的量：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：无氧呼吸∶有氧呼吸=3∶1。 2.细胞呼吸中[H]、ATP的来源和去路 物质 来源 去路 [H] 有氧呼吸：C6H12O6和H2O； 无氧呼吸：C6H12O6 有氧呼吸：与O2结合生成水； 无氧呼吸：还原丙酮酸 ATP 有氧呼吸：三个阶段都产生； 无氧呼吸：只在第一阶段产生 用于各项生命活动 (除光合作用暗反应) [题点全练] 题点1　细胞呼吸的原理 1.(2024·广东高考)研究发现，敲除某种兼性厌氧酵母(WT)sqr基因后获得的突变株△sqr中，线粒体出现碎片化现象，且数量减少。下列分析错误的是 (　 ) A.碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸 B.线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱 C.有氧条件下，WT比△sqr的生长速度快 D.无氧条件下，WT比△sqr产生更多的ATP √ 解析：有氧呼吸的主要场所在线粒体，碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸，A正确；有氧呼吸第二、三阶段发生在线粒体，线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱，B正确；与△sqr相比，WT正常线粒体数量更多，有氧条件下，WT能获得更多的能量，生长速度比△sqr快，C正确；无氧呼吸的场所在细胞质基质，与线粒体无关，所以无氧条件下WT产生ATP的量与△sqr相同，D错误。 [微点拨] (1)无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中。 (2)人体内产生的CO2只能是有氧呼吸的产物，因为人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2。 2.(2024·江苏高考)图中①~③表示一种细胞器的部分结构。下列相关叙述错误的是 (　 ) A.该细胞器既产生ATP也消耗ATP B.①②分布的蛋白质有所不同 C.有氧呼吸第一阶段发生在③ D.②③分别是消耗O2、产生CO2的场所 √ 解析：线粒体是有氧呼吸的主要场所，可以分解有机物产生ATP，同时在线粒体内部可以合成蛋白质、DNA等，需要消耗ATP，A正确。线粒体外膜(①)和内膜(②)功能不同，所以分布的蛋白质有所不同，B正确。有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质，③是线粒体基质，C错误。②是线粒体内膜，消耗O2，与[H]反应生成水；③是线粒体基质，在该场所丙酮酸和水反应生成CO2，D正确。 3.[多选]细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽，如细胞呼吸过程中产生的中间产物，可转化为甘油、氨基酸等非糖物质，而非糖物质又可以通过一系列反应转化为葡萄糖。下列有关说法错误的是 (　 ) A.细胞中的葡萄糖等所有有机物都可作为细胞呼吸的底物 B.细胞呼吸过程中释放的能量都可直接用于各项生命活动 C.人体细胞利用葡萄糖进行细胞呼吸时，O2的消耗量等于CO2的释放量 D.在人体细胞中，细胞呼吸的中间产物可能转化为赖氨酸等21种氨基酸 √ √ √ 解析：细胞中不是所有有机物都可作为细胞呼吸的底物，如核糖和脱氧核糖等不可作为细胞呼吸的底物，A错误。细胞呼吸释放的能量大部分都以热能的形式散失，少部分能量储存在ATP中，直接用于各项生命活动，B错误。人体细胞利用葡萄糖进行有氧呼吸时，消耗的O2与释放的CO2量相同；进行无氧呼吸时，不消耗O2，也不产生CO2，故人体细胞利用葡萄糖进行细胞呼吸时，O2的消耗量等于CO2的释放量，C正确。氨基酸包括必需氨基酸和非必需氨基酸，其中赖氨酸等必需氨基酸，必须从外界环境中获取，不能由细胞呼吸的中间产物转化而来，D错误。 题点2　细胞呼吸的类型 4.(2025年1月·八省联考内蒙古卷)某酵母菌以葡萄糖为底物的3种呼吸途径中，部分物质变化如图，下列叙述正确的是 (　 ) A.途径二葡萄糖中的能量最终都转移到了乙醇和少量ATP中 B.途径二和途径三的存在，降低了酵母菌对环境的适应力 C.酵母菌仅通过途径三不能获得满足生长必需的能量 D.生物界中，途径一仅发生在具有线粒体的细胞中 √ 解析：途径二为无氧呼吸，无氧呼吸中的能量大部分储存在乙醇中，少部分能量转移到ATP中，还有一部分以热能散失，A错误；途径二和途径三的存在，使酵母菌在无氧环境中也能生存，提高了酵母菌对环境的适应力，B错误；途径三为无氧条件，产生的ATP较少，因此酵母菌仅通过途径三不能获得满足生长必需的能量，C正确；途径一也可发生在不含线粒体的细胞中，如蓝细菌等，D错误。 [微技法] 细胞呼吸类型的判断 依据 类型 反应物 和产物 消耗O2 一定存在有氧呼吸 产生水 一定存在有氧呼吸 产酒精或乳酸 一定存在无氧呼吸 无CO2产生 产乳酸的无氧呼吸 物质的 量关系 CO2=O2 有氧呼吸或有氧呼吸+产乳酸的无氧呼吸 CO2>O2 有氧呼吸和产酒精的无氧呼吸 CO2<O2 存在脂质氧化分解 场所 只在细胞质基质 无氧呼吸 有线粒体参与 有氧呼吸或有氧呼吸+无氧呼吸 续表 5.(2024·安徽高考)细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应，磷酸果糖激酶1(PFK1)是其中的一个关键酶。细胞中ATP减少时，ADP和AMP会增多。当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡。下列叙述正确的是 (　 ) A.在细胞质基质中，PFK1催化葡萄糖直接分解为丙酮酸等 B.PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变而变性失活 C.ATP/AMP浓度比变化对PFK1活性的调节属于正反馈调节 D.运动时肌细胞中AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快 √ 解析：在细胞呼吸第一阶段，葡萄糖最终分解为丙酮酸，由题意可知，细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应，而磷酸果糖激酶1(PFK1)是其中的一个关键酶，因此PFK1不能催化葡萄糖直接分解为丙酮酸，A错误；由题意可知，PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变但还具有活性，B错误；由题意可知，当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，最终保证细胞中能量的供求平衡，说明其调节属于负反馈调节，C错误；运动时肌细胞消耗ATP增多，细胞中ATP减少，ADP和AMP会增多，从而使AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快，细胞中ATP含量增多，从而维持能量供应，D正确。 6.(2024·重庆高考)肿瘤所处环 境中的细胞毒性T细胞存在题图所 示代谢过程。其中，PC酶和PDH酶 控制着丙酮酸产生不同的代谢产物， 进入有氧呼吸三羧酸循环。增加PC 酶的活性会增加琥珀酸的释放，琥珀酸与受体结合可增强细胞毒性T细胞的杀伤能力，若环境中存在乳酸，PC酶的活性会被抑制。下列叙述正确的是 (　 ) A.图中三羧酸循环的代谢反应直接需要氧 B.图中草酰乙酸和乙酰辅酶A均产生于线粒体内膜 C.肿瘤细胞无氧呼吸会增强细胞毒性T细胞的杀伤能力 D.葡萄糖有氧呼吸的所有代谢反应中至少有5步会生成[H] √ 解析：由图可知，图中三羧酸循环的代谢反应无直接需氧环节，A错误；草酰乙酸和乙酰辅酶A均产生于线粒体基质，B错误；由题意可知，若环境中存在乳酸，PC酶的活性会被抑制，而增加PC酶的活性会增加琥珀酸的释放，琥珀酸与受体结合可增强细胞毒性T细胞的杀伤能力，肿瘤细胞无氧呼吸会增加环境中乳酸含量，从而抑制PC酶活性，减弱细胞毒性T细胞的杀伤能力，C错误；葡萄糖有氧呼吸的所有代谢反应中至少有5步会生成[H]，分别是有氧呼吸第一阶段及图中的4步，D正确。 糖酵解(有氧呼吸第一阶段)和丙酮酸氧化过程(有氧呼吸第二阶段，也称三羧酸循环阶段)中生成的[H]是在线粒体内膜上继续氧化的。[H]在酶的催化下释放电子和H+，电子被镶嵌在线粒体内膜上的一系列特殊蛋白质捕获和传递，最终与O2、H+结合，生成了H2O，而线粒体内膜上的这些特殊蛋白质则利用电子给予的能量将线粒体基质中的H+泵入内膜和外膜的间隙，构建了跨膜的H+浓度梯度。最终，H+沿着线粒体内膜上ATP合成酶内部的通道流回线粒体基质，推动ATP的合成，如图所示。 破译新情境——有氧呼吸中的电子传递链 (1)图示过程为有氧呼吸的第几阶段? 提示：图示过程发生在线粒体内膜上，为有氧呼吸的第三阶段。 (2)据图分析，ATP合成酶具有哪些功能? 提示：ATP合成酶具有运输H+和催化ATP合成的功能。 (3)在线粒体内膜上发生的能量转换过程是什么? 提示：电能→H+势能→ATP中活跃的化学能。 |问|题|串|知| (4)请据图分析，ATP生成的过程是什么? 提示：线粒体内膜上特殊蛋白质利用电子给予的能量将线粒体基质中的H+泵出，构建线粒体内膜两侧的H+浓度梯度，H+通过线粒体内膜上的ATP合成酶顺浓度梯度进入线粒体基质，推动ATP合成。 (5)鱼藤酮能阻断图中电子传递的过程。农业生产上常用鱼藤酮防治菜粉蝶幼虫，原因是什么? 提示：鱼藤酮阻断有氧呼吸中的电子传递，抑制了ATP的生成，使菜粉蝶幼虫缺乏能量而死亡。 课时跟踪检测 (单击进入电子文档) $$