第3单元 第2讲 第一课时 ATP与细胞呼吸的原理（学生讲义）-【新高考方案】2026年高考生物Ⅰ一轮总复习

第2讲　ATP和细胞呼吸 明确 目标 1.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质; 2.通过探究酵母菌细胞呼吸的方式,说出细胞呼吸的类型; 3.说明生物通过细胞呼吸将储存在有机物中的能量转化为生命活动可以利用的能量; 4.分析影响细胞呼吸的因素及应用。 建构 知识 体系 第一课时　ATP与细胞呼吸的原理 主题研习(一)　ATP的结构与功能 (一)ATP的结构及其与ADP的转化 1.ATP的组成结构 2.ATP的供能原理 3.ATP和ADP的转化图 4.ATP的合成和水解的区别 项目 ATP的合成 ATP的水解 反应式 ADP+Pi+能量ATP ATPADP+Pi+能量 所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶 反应 场所     生物体的需能部位 能量 来源 　　　(光合作用)、　　　(细胞呼吸)  储存在特殊化学键中的化学能 能量 去路 储存在ATP中形成末端的特殊化学键 可直接转化成其他形式的能量用于生命活动 (二)ATP的利用 1.ATP为主动运输供能 (1)相关图示 (2)图示分析 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,因而可以参与相应化学反应。  2.细胞内的吸能反应和放能反应 自我诊断 1.概念理解(判断正误) (1)ATP由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成。 (　　) (2)ATP必须在有氧条件下合成。 (　　) (3)线粒体、叶绿体和高尔基体都是合成ATP的场所。 (　　) (4)ATP是生命活动的直接能源物质,但它在细胞中的含量很少,ATP与ADP时刻不停地进行相互转化。 (　　) (5)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。 (　　) 2.事理分析 (1)(人教版必修1 P87正文挖掘思考)植物、动物、细菌和真菌的细胞内,都是以ATP作为能量“货币”的,从生物进化的角度分析,这说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)(人教版必修1 P89楷体字内容拓展分析)萤火虫尾部发光的原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)(苏教版必修1 P79正文最后一段拓展)除ATP外,糖类、蛋白质和脂肪都可以作为能源物质,ATP是直接能源物质。可以把　　　比作现金,细胞中的能量转换都是“现金交易”。而　　　物质可以比作活期存款,　　　比作定期存款,　　　作为最重要的结构物质可以比作不动产,细胞中这几种能源物质的利用顺序是　　　　　。  题点(一)　ATP的结构与功能 1.(2024·全国甲卷)ATP可为代谢提供能量,也参与RNA的合成,ATP结构如图所示,图中表示高能磷酸键(特殊化学键)。下列叙述错误的是 (　　) A.ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量 B.用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA C.β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键(特殊化学键)不能在细胞核中断裂 D.光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键(特殊化学键) 2.ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质,除了ATP,动物细胞中还含有dATP(脱氧腺苷三磷酸),每个dATP由磷酸基团、脱氧核糖和腺嘌呤组成。下列叙述错误的是 (　　) A.与皮肤表皮细胞相比,心肌细胞含有更多的ATP B.与ATP相比,dATP五碳糖2号碳上的羟基被单独的氢原子所取代 C.ATP水解释放的磷酸基团可使蛋白质磷酸化,改变蛋白质的活性 D.若1 mol ATP水解成ADP释放的能量为30.54 kJ,则1 mol ATP彻底水解释放的能量小于91.62 kJ 　　[归纳拓展] (1)ATP与核苷酸的关系 (2)关于ATP的3个易错点 ①ATP≠ 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。 ②ATP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。 题点(二)　ATP与ADP的转化和ATP的利用 3.(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 4.(2025·辽阳模拟)蛋白激酶和蛋白磷酸酶是信号通路的“开关分子”,即蛋白激酶能催化蛋白质的磷酸化过程,蛋白磷酸酶能催化蛋白质的去磷酸化过程,其机理如下图。下列相关叙述正确的是 (　　) A.蛋白质的磷酸化属于放能反应,反应过程伴有ATP水解 B.蛋白磷酸酶的作用机理是降低蛋白质去磷酸化的活化能 C.蛋白质发生磷酸化会导致细胞中ADP大量积累 D.载体蛋白磷酸化导致其构象发生不可逆的改变 　　[归纳拓展]　磷酸化和去磷酸化 ①在相应的位置上,加上磷酸基团称为磷酸化,将磷酸基团去除称为去磷酸化。腺苷二磷酸加上磷酸基团发生在叶绿体内,称光合磷酸化;腺苷二磷酸加上磷酸基团发生在线粒体内,称氧化磷酸化。 ②磷酸化和去磷酸化,一般指的是蛋白质分子的磷酸化和蛋白质分子的去磷酸化。蛋白质分子的磷酸化过程,往往伴随着ATP水解,提供磷酸基团,在蛋白激酶的作用下完成。蛋白质分子的去磷酸化,在蛋白磷酸酶的作用下完成。 主题研习(二)　细胞呼吸的方式和过程 1.呼吸作用的实质:细胞内的有机物　　　　　,并释放能量。  2.有氧呼吸 (1)概念:是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　　　　　,释放能量,生成　　　　的过程。  (2)过程 ①总反应式 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  ②能量转化:1 mol葡萄糖彻底氧化分解释放出2 870 kJ的能量,其中977.28 kJ左右的能量储存在　　　中,其余能量则以　　　形式散失。  3.无氧呼吸的类型和过程 (1)场所:全过程是在　　　　　　中进行的。  (2)过程 (3)化学反应式 ①产物为酒精和CO2 C6H12O6　　　　　　　　　　　　　。  ②产物为乳酸 C6H12O6　　　　　　　　　　　　　。  (4)能量转化 ①只在　　　　释放少量能量,生成少量ATP。  ②葡萄糖分子中的大部分能量存留在　　　中。  　　自我诊断 1.概念理解(判断正误) (1)供氧不足时,酵母菌在细胞质基质中将丙酮酸转化为酒精。 (　　) (2)酵母菌有氧呼吸在线粒体中进行,无氧呼吸在细胞质基质中进行。 (　　) (3)葡萄糖的有氧呼吸过程中,水的生成发生在线粒体外膜。 (　　) (4)癌细胞进行无氧呼吸时丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATP。 (　　) (5)有氧呼吸时,生成物H2O中的氢只来自线粒体中丙酮酸的分解。 (　　) 2.事理分析 (1)(人教版必修1 P93“思考·讨论”问题分析)与燃烧迅速释放能量相比,有氧呼吸是逐级释放能量的,这对于生物体来说,意义是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)(苏教版必修1 P97“积极思维”拓展分析)微生物的无氧呼吸可分为乙醇发酵和乳酸发酵,发生两类无氧呼吸的主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 无氧呼吸两阶段释放能量的特点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)(人教版必修1 P94正文分析)所有生物的生存都离不开细胞呼吸释放的能量,细胞呼吸还被称为生物体代谢的枢纽,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  重难点(一)　有氧呼吸中的电子传递链 |情|境|探|究| 　　高等动植物细胞进行有氧呼吸第三阶段时,NADH中的电子经UQ、蛋白复合体(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)传递至O2和H+并生成H2O。电子传递过程中释放的能量用于建立膜两侧H+浓度差,使能量转换成H+电化学势能。H+经ATP合酶运回时释放能量用于ATP合成并缓慢产热;另一些H+经UCP渗漏时H+电化学势能将以热能形式释放。以上途径称为细胞色素途径,其过程如下图。 　　图中的AOX是一种在植物细胞中广泛存在的氧化酶。在AOX参与下,电子可以不通过蛋白复合体Ⅲ和Ⅳ,而是直接传递给O2和H+并生成H2O,大量能量以热能的形式释放,此途径称为AOX途径。 (1)上图所示的生物膜是　　　　　膜;图中H+经ATP合酶的跨膜运输方式是　　　　。  (2)有些植物在开花期能够在短期内迅速产生并积累大量热能,使花温度显著高于环境温度(即“开花生热现象”),UCP的表达量也显著升高。开花生热可以促使植物生殖发育顺利完成。有氧呼吸的第一、二阶段也会释放热量,但不会引起开花生热。原因是经过这两个阶段,能量大部分储存在　　　　　中。  (3)在耗氧量不变的情况下,若上图所示的膜结构上AOX和UCP含量提高,则经ATP合酶催化形成的ATP的量　　(填“减少”“增加”或“不变”),原因是　　　　　　　　　　　　　　。  (4)已知二硝基酚(DNP)不影响线粒体的电子传递,但能使H+不经过ATP合酶进入线粒体基质。为研究短时低温对线粒体电子传递的影响, 实验小组将水稻幼苗置于不同条件下处理,分组情况及实验结果如图所示: 产生等量ATP时,与25 ℃相比,4 ℃条件下有氧呼吸消耗葡萄糖的量　　　(填“较少”“较多”或“相等”)。根据实验结果推测:短时低温(4 ℃) 　　　　(填“影响”或“不影响”)线粒体的电子传递。低温条件下ATP合成减少,原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  |认|知|生|成| 1.有氧呼吸第三阶段电子传递过程分析 (1)[H](NADH)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蛋白质捕获和传递,最终与O2和H+结合,生成了H2O。 (2)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。 (3)H+沿着线粒体内膜上ATP合酶内部的通道流回线粒体基质,推动了ATP的合成(在一定范围内,线粒体内膜两侧的H+浓度差越大,ATP合成的越多)。 2.有氧呼吸的三个注意点 (1)葡萄糖不能进入线粒体,需要在细胞质基质中分解为丙酮酸和[H]后,丙酮酸才能进入线粒体中进一步分解。 (2)有氧呼吸消耗O2的量不一定等于产生CO2的量,如果是以脂肪为反应物进行有氧呼吸,消耗O2的量要大于产生CO2的量,其原因是与葡萄糖相比,脂肪含H量高,因此有氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量。 (3)真核细胞中哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫无线粒体,只能进行无氧呼吸。但线粒体不是进行有氧呼吸必需的结构,如蓝细菌(原核生物)无线粒体,也能进行有氧呼吸。 重难点(二)　细胞呼吸中各物质间量的关系、细胞呼吸方式的判断 　　[典例]　(2025·长沙模拟)细胞呼吸的呼吸熵为细胞呼吸产生的CO2量与细胞呼吸消耗的O2量的比值。现有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合液,培养条件适宜。据此做出的相关分析,错误的是 (　　) A.若测得酵母菌的呼吸熵为1,则混合液中的酵母菌只进行有氧呼吸 B.若测得酵母菌的呼吸熵大于1,则混合液中的酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸 C.根据放出的气体是否能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄,无法确定酵母菌的呼吸方式 D.若测得CO2产生量为15 mol,酒精的产生量为6 mol,可推测有2/3的葡萄糖用于有氧呼吸 听课随笔: |认|知|生|成| 1.有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸各物质间的比例关系(以葡萄糖为呼吸底物) (1)有氧呼吸中葡萄糖∶O2∶CO2=1∶6∶6。 (2)产生酒精的无氧呼吸中葡萄糖∶CO2∶酒精=1∶2∶2。 (3)消耗等量的葡萄糖时,产生酒精的无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2摩尔数之比为1∶3。 (4)同时进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸,且两种呼吸方式消耗等量的葡萄糖时,有氧呼吸消耗的O2摩尔数与有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸产生CO2摩尔数之和的比为3∶4。 2.细胞呼吸方式的判断(以真核生物分解葡萄糖为例) 题点(一)　细胞呼吸的原理和过程 1.(2025·哈尔滨模拟)线粒体是真核细胞有氧呼吸的主要场所,其内部发生的三羧酸循环、脂肪酸的β氧化和还原氢与O2的结合反应与细胞能量供应密切相关。下列有关叙述正确的是 (　　) A.线粒体内的蛋白质大部分由线粒体自身基因编码 B.三羧酸循环产生的还原氢首先与NAD+结合生成NADH C.线粒体将H+运至细胞质为第三阶段的进行奠定了物质基础 D.线粒体内膜上合成ATP与H+跨膜运输有关 2.(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 　　[易错提醒] 正确理解两种无氧呼吸的特点 ①两种无氧呼吸均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生成。 ③不同生物无氧呼吸的产物不同,其直接原因在于催化反应的酶不同,根本原因在于控制酶合成的基因不同。　 题点(二)　细胞呼吸类型的判断 3.(2025·东营模拟)某研究小组用传感器精确测量了某绿色植物非绿色器官的O2吸收量(x)和CO2释放量(y)。下列关于x、y的关系与细胞呼吸方式的推论,正确的是 (　　) A.当x=y>0时,细胞一定存在有氧呼吸,且一定不存在无氧呼吸 B.当y>x>0时,有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸共同存在 C.当x>y>0时,有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸共同存在 D.当x=0,y>0时,一定不存在有氧呼吸,且无氧呼吸有乳酸产生 题点(三)　细胞呼吸与细胞代谢的关系 4.(2025·重庆模拟)下图为生命体内部分物质与能量代谢关系示意图。下列叙述错误的是 (　　) A.三羧酸循环是代谢网络的中心,可产生大量的[H]和CO2并消耗O2 B.生物通过代谢中间物,将物质的分解代谢与合成代谢相互联系 C.乙酰CoA 在代谢途径中具有重要地位 D.物质氧化时释放的能量部分储存于 ATP中,部分以热能的形式散失 　　[科学备考]　教材边角知识不可忽视 　　第4题以图示的形式诠释了人教版教材必修1 P94正文楷体字部分细胞呼吸是生物体代谢的枢纽的含义;该题改编自2022年江苏高考第15题。说明了教材边角知识常会作为命题素材,复习时要多加关注。 教材内容再现如下: 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。例如,在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;非糖物质代谢形成的某些产物与细胞呼吸中间产物相同,这些物质可以进一步形成葡萄糖。蛋白质、糖类和脂质的代谢,都可以通过细胞呼吸过程联系起来。 课下请完成课时跟踪检测(九) 学科网（北京）股份有限公司 $$