第3单元 3 第9讲 ATP、细胞呼吸方式和过程（Word教参）-【金版新学案】2026年高考生物高三总复习大一轮复习讲义（人教版 不定项）

该高中生物学讲义聚焦ATP结构与功能、细胞呼吸过程两大高考核心考点，按“结构解析-动态转化-功能应用”“呼吸类型-过程图解-物质关系”逻辑组织知识，通过考点梳理（图解呈现ATP供能原理、细胞呼吸阶段）、方法指导（对比ATP与ADP转化不可逆性、总结呼吸底物比例关系）、真题训练（2024安徽卷等典型题解析）等环节，帮助学生构建知识网络，突破难点。 资料突出生命观念与科学思维融合，如情境分析中通过32P标记实验分析ATP动态平衡，体现结构与功能观；题后总结对比有氧与无氧呼吸[H]来源去路，培养分析推理能力。设置正误判断、分层真题演练，配合即时解析，保障复习效率，助力学生掌握解题方法，为教师精准把控复习节奏提供支撑。

第9讲　ATP、细胞呼吸方式和过程 课标 要求 1.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。　2.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。 考情 分析 1.ATP的结构和利用(2024·全国甲卷T2；2024·安徽卷T4；2021·北京卷T1；2021·海南卷T4；2021·湖南卷T5) 2.细胞呼吸的过程(2024·安徽卷T3；2024·湖北卷T9；2023·重庆卷T10；2023·广东卷T7；2023·天津卷T9；2023·全国乙卷T3；2022·山东卷T16) 考点一　ATP的结构与功能 1.ATP的结构 (1)ATP的组成结构 (2)ATP的供能原理 2.ATP和ADP的相互转化 提醒　①ATP与ADP的相互转化不是一个可逆反应。分析原因：从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量的来源等方面来看是不可逆的。②人体内ATP的含量很少，在剧烈运动时，人体内ATP的总含量并没有太大变化，原因是ATP与ADP时刻不停地发生相互转化，并且处于动态平衡之中。 3.ATP的利用 (1)ATP为主动运输供能 (2)ATP是细胞内流通的能量“货币” ①吸能反应：一般与ATP的水解反应相联系，由ATP水解提供能量。如蛋白质的合成。 ②放能反应：一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。如细胞内有机物的氧化分解反应。 1.正误判断 (1)(必修1 P86正文)ATP是驱动细胞生命活动的唯一的直接能源物质。(×) (2)(必修1 P87 正文)人在剧烈运动时，骨骼肌中ATP的合成远多于ATP的水解；饥饿时，ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。(×) 学生用书⬇第62页 (3)(2021·北京卷)ATP必须在有氧条件下合成。(×) (4)(2022·浙江1月选考)ATP在水解酶的作用下不断合成和水解。(×) 2.情境分析 (1)写出图中标出的“A”的含义： ①腺苷；②腺嘌呤；③腺嘌呤脱氧核苷酸；④腺嘌呤核糖核苷酸。 (2)科学家发现，一种化学结构与ATP相似的物质GTP(鸟苷三磷酸)也能为细胞的生命活动提供能量。请从化学结构的角度解释GTP也可以供能的原因是什么？ 提示：GTP含有两个特殊的化学键，远离鸟苷的特殊的化学键容易水解断裂，释放能量。 (3)在某细胞培养液中加入用32P标记的磷酸分子，短时间后分离出细胞中的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记，分析该现象得到的结论是什么？ 提示：①ATP中远离腺苷的磷酸基团容易脱离；②该过程中ATP既有合成又有水解；③部分带有32P标记的ATP是重新合成的。 ATP与核苷酸的关系 ATP的结构及利用 1.(2025·湖南开福区模拟)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分子中的特殊的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.生物体内并非所有生命活动都由ATP直接供能 B.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 答案：A 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，如GTP等，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分子中的特殊的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的化学键中，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。 2.(2021·湖南卷，改编)某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化，参与细胞信号传递，如图所示。下列叙述错误的是(　　) A.这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现了蛋白质结构与功能相适应的观点 B.这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，不影响细胞信号传递 C.作为能量“货币”的ATP能参与细胞信号传递 D.蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响 答案：B 解析：通过蛋白质磷酸化和去磷酸化改变蛋白质的空间结构，进而实现细胞信号的传递，体现了蛋白质结构与功能相适应的观点，A正确；如果这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，将会使该位点无法磷酸化，进而影响细胞信号的传递，B错误；根据题干信息，进行细胞信息传递的蛋白质需要磷酸化才能起作用，而ATP为其提供了磷酸基团和能量，从而参与细胞信号传递，C正确；温度会影响蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，进而影响蛋白质磷酸化和去磷酸化反应，D正确。 题后总结 细胞内ATP产生与消耗的生理过程及场所 学生用书⬇第63页 考点二　细胞呼吸的过程 1.呼吸作用的实质及类型 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，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。 (2)有氧呼吸过程 ①总反应式：C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量。 ②能量转化：在细胞内，1 mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2 870 kJ的能量，可使977.28 kJ左右的能量储存在ATP中，其余能量则以热能形式散失。 3.无氧呼吸 (1)场所：全过程是在细胞质基质中进行的。 (2)过程 (3)反应式 ①产物为酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量。 ②产物为乳酸：C6H12O62C3H6O3＋少量能量。 (4)能量 ①只在第一阶段释放出少量能量，生成少量ATP。 ②葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中。 4.有氧呼吸和无氧呼吸各物质间的关系(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)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。 1.正误判断 (1)(必修1 P92 正文拓展)原核细胞无线粒体，不能进行有氧呼吸。(×) (2)(必修1 P93 图5-9)葡萄糖在线粒体基质中氧化分解产生NADH，并与氧气结合生成水。(×) (3)(必修1 P94“相关信息”)人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肝脏中再次转化为葡萄糖。(√) (4)(2022·江苏卷)供氧不足时，酵母菌在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇。(√) (5)(2023·浙江6月选考)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。(×) (6)(2021·湖北卷)葡萄糖的有氧呼吸过程中，水的生成发生在线粒体外膜。(×) (7)(2020·山东卷)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。(×) 学生用书⬇第64页 2.情境分析 有氧呼吸的第三阶段：NADH在酶的催化作用下释放电子和H＋，电子被镶嵌在膜上的特殊蛋白质捕获和传递。据图分析： (1)NADH释放的电子最终与　　　　　　　　结合，生成了　　　　。 提示：O2、H2O (2)电子传递过程中，将H＋由　　　　侧泵到　　　　　　　　　侧，构建了跨膜的H＋浓度梯度。 提示：线粒体基质　内膜和外膜的间隙(膜间隙) (3)合成ATP时，能量的来源是什么？ 提示：H＋浓度梯度的分子势能。 细胞呼吸的过程 1.(2024·安徽卷)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 答案：D 解析：细胞呼吸第一阶段葡萄糖最终分解为丙酮酸，需要一系列酶促反应即需要多种酶参与，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，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，说明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，ATP/AMP浓度比变化，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。 2.(2024·河北一模)动物细胞进行有氧呼吸时，葡萄糖初步氧化分解产生物质X，X进入线粒体中转化为乙酰CoA，乙酰CoA参与三羧酸循环(TCA)产生CO2，过程如图所示。以下推测不成立的是(　　) A.物质X是丙酮酸 B.TCA过程无氧气参与 C.[H]都来自乙酰CoA D.[H]与O2结合会释放出大量能量 答案：C 解析：动物细胞进行有氧呼吸时，葡萄糖初步氧化分解产生的物质是丙酮酸和[H]，A正确；TCA属于有氧呼吸的第二阶段，该过程不需要氧气的参与，B正确；有氧呼吸产生的[H]来自葡萄糖、乙酰CoA和水，C错误；在有氧呼吸的第三阶段，[H]与O2结合生成水，同时释放出大量的能量，D正确。 题后总结 有氧呼吸与无氧呼吸中[H]和ATP的来源和去路 (1)有氧呼吸过程中 (2)无氧呼吸过程中：无氧呼吸中的[H]和ATP都是在第一阶段产生的，场所是细胞质基质。其中[H]在第二阶段被全部消耗。 细胞呼吸类型的判断 3.(2025·山东泰安高三期末)耐力运动是一种重要的体育锻炼方式。图甲表示在耐力运动过程中人体肌细胞出现的一些物质变化，图乙表示开始训练或停止训练时，人体肌纤维中线粒体数量出现的适应性变化。下列说法错误的是(　　) A.图甲中X可表示丙酮酸和NADH B.催化b的酶位于线粒体的基质和内膜上 C.持续训练的时间越长，线粒体数量增加的越多 D.停训1周后再进行训练，线粒体数量可以恢复 答案：C 4．(不定项)(2024·山东菏泽期末)马拉松运动员在从慢跑到极限冲刺的过程中，依次会经历有氧阶段、混 学生用书第65页 氧阶段和无氧阶段。如图所示为人体运动强度和血液中乳酸含量与氧气消耗速率的关系，下列相关叙述正确的是(　　) A．若a强度下的运动属于马拉松运动员的有氧阶段，此时体内也有无氧呼吸的发生 B．冲刺阶段的供能方式是以碳水化合物为底物，通过无氧呼吸和有氧呼吸供给的 C．只有大于c运动强度后，肌肉细胞O2的消耗量才会与CO2的产生量相等 D.若运动强度长时间超过c运动强度，大量乳酸可直接通过肾脏排出体外 答案：AB 解析：若a强度下的运动属于马拉松运动员的有氧阶段，血液中含有一定量的乳酸，说明此时体内也有无氧呼吸的发生，A正确；冲刺阶段的供能方式是以碳水化合物为底物，通过有氧呼吸和无氧呼吸供给的，B正确；有氧呼吸吸收O2的量与释放CO2的量相等，无氧呼吸既不吸收O2，也不释放CO2，因此不论运动强度如何，肌肉细胞CO2的产生量始终等于O2的消耗量，C错误；若运动强度长时间超过c运动强度，大量乳酸和碳酸氢钠反应生成乳酸钠，乳酸钠通过肾脏排出体外，D错误。 题后总结 细胞呼吸方式的判断(以真核生物为例) 1.(2023·广东卷)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(　　) A.还原型辅酶Ⅰ B.丙酮酸 C.氧化型辅酶Ⅰ D.二氧化碳 答案：A 解析：有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质，此过程中1分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，产生少量的[H]；有氧呼吸第二阶段发生在线粒体基质，该过程中丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H]；有氧呼吸第三阶段发生在线粒体内膜，该过程中[H](还原型辅酶Ⅰ)与氧气反应生成水，同时释放出大量的能量，A符合题意。 2.(2022·浙江1月选考)下列关于腺苷三磷酸分子的叙述，正确的是(　　) A.由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成 B.分子中与磷酸基团相连接的化学键称为特殊的化学键 C.在水解酶的作用下不断地合成和水解 D.是细胞中吸能反应和放能反应的纽带 答案：D 解析：1分子的ATP是由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基团组成，A错误；ATP分子的结构式可以简写成A－P～P～P，磷酸基团与磷酸基团相连接的化学键是特殊的化学键，B错误；ATP在水解酶的作用下水解，在合成酶的作用下ADP和磷酸吸收能量合成ATP，C错误；吸能反应一般与ATP的水解相联系，放能反应一般与ATP的合成相联系，故吸能反应和放能反应之间的纽带就是ATP，D正确。 3.(2023·山东卷)水淹时，玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，无氧呼吸产生的乳酸也使细胞质基质pH降低。pH降低至一定程度会引起细胞酸中毒。细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径，延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是(　　) 学生用书⬇第66页 A.正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质 B.检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成 C.转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP增多以缓解能量供应不足 D.转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒 答案：B 解析：玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，说明细胞质基质内H＋转运至液泡需要消耗能量，为主动运输，逆浓度梯度，液泡中H＋浓度高，正常玉米根细胞液泡内pH低于细胞质基质，A错误；玉米根部短时间水淹，根部O2含量少，部分根细胞可以进行有氧呼吸产生CO2，检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成，B正确；无氧呼吸都只在第一阶段产生ATP，因此转换为丙酮酸产酒精途径，不会增加ATP的释放，C错误；丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]与丙酮酸产乳酸途径时消耗的[H]含量相同，D错误。 4.(2022·山东卷)植物细胞内10％～25％的葡萄糖经过一系列反应，产生NADPH、CO2和多种中间产物，该过程称为磷酸戊糖途径。该途径的中间产物可进一步生成氨基酸和核苷酸等。下列说法错误的是(　　) A.磷酸戊糖途径产生的NADPH与有氧呼吸产生的还原型辅酶不同 B.与有氧呼吸相比，葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量少 C.正常生理条件下，利用14C标记的葡萄糖可追踪磷酸戊糖途径中各产物的生成 D.受伤组织修复过程中所需要的原料可由该途径的中间产物转化生成 答案：C 解析：磷酸戊糖途径产生的NADPH与有氧呼吸产生的还原型辅酶Ⅰ(NADH)不同，A正确；葡萄糖经磷酸戊糖途径产生多种中间产物，其分解不彻底，与有氧呼吸(葡萄糖彻底氧化分解释放能量的过程)相比，产生的能量少，B正确；利用14C标记的葡萄糖可追踪磷酸戊糖途径中含有碳元素的产物，不含碳元素的产物无法追踪，C错误；磷酸戊糖途径产生的NADPH、CO2和多种中间产物可进一步生成氨基酸和核苷酸等，可供组织修复使用，D正确。 　　材料一　线粒体被称为细胞中的“发电厂”或“能量中心”，对细胞生存有重要作用。科学证据显示，多种心血管疾病、神经退行性疾病与线粒体功能障碍有关。线粒体拥有自己的DNA，在细胞内有自己的生命周期，通过DNA复制实现自我增殖。一直以来，人们认为在细胞生长和细胞分裂的活跃期，线粒体通过中间分裂产生两个子线粒体(如下图a)。分裂前后的线粒体生理状态并没有太大的差异，例如心肌细胞内线粒体较多进行中间分裂。 材料二　研究人员发现，在不同的环境中线粒体对其自身的生存方式有不同的考量。当线粒体出现损伤时会发生应激性生理生化反应，如膜电位和pH降低，Ca2＋和活性氧自由基(ROS)增加，此时线粒体会出现外周分裂(如图b)。线粒体通过外周分裂产生大小不一的子线粒体，其中较小的子线粒体不包含复制性DNA(mtDNA)，最终被自噬体吞噬，即线粒体自噬，而较大的子线粒体得以保全。 角度一　运用结构与功能观分析线粒体 (1)细胞呼吸中释放能量最多的反应阶段发生在　　　　　　　　　　　　　(填结构)，该结构适于完成此功能的特点是　　　　　　　　　　　　　。 (2)根据材料一，解释心肌细胞内线粒体较多进行中间分裂的主要意义是　　　　　　 　　　　　　　。 角度二　运用信息，解答问题 　(3)结合材料图分析，线粒体在逆境胁迫下，通过外周分裂达成“丢车保帅”的生物学意义是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)以往的研究认为，线粒体分裂频率过高是多种疾病的信号标志，通过药物抑制分裂是一种潜在的治疗方法。根据材料一和材料二，以往治疗方法合理吗？在治疗上给人们什么启示？ 　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)线粒体内膜　线粒体内膜的某些部位向内腔折叠形成嵴，增加了此阶段所需酶的附着面积　(2)中间分裂前后的线粒体生理状态并没有太大的差异，这样对保证心肌细胞的能量供应具有重要意义。这表明中间分裂是为较高能量需求或细胞增殖服务的　(3)消除ROS和Ca2＋对细胞的损伤　(4)不合理。需要区分线粒体分裂的种类；利用靶向药物有针对性地抑制相应细胞线粒体的分裂 学科网（北京）股份有限公司 $