必修1 第3单元 第2讲 第1课时 ATP的结构与功能和细胞呼吸的原理(Word教参)-【新高考方案】2027年高考生物一轮总复习（鲁、辽、湘、冀、苏、吉、黑、赣、内蒙古）

该高中生物学高考复习讲义聚焦ATP的结构与功能、细胞呼吸的原理及类型等核心考点，按物质与能量观整合知识体系，通过基础盘查（微点判断、教材挖掘）、研考向（真题解析）、析重难（重难点突破）等环节，帮助学生系统梳理考点，突破难点。 讲义突出生命观念与科学思维培养，如对比ATP合成与水解的区别、用呼吸熵分析细胞呼吸方式，设置分层练习（基础巩固、真题演练），助力学生高效构建知识网络，为教师把控复习节奏提供精准指导，提升学生应考能力。

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的结构与功能和细胞呼吸的原理 主题研习(一)　ATP的结构与功能 厚基础 (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 所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶 反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位 能量来源 光能(光合作用)、化学能(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水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化,这些分子被磷酸化后,空间结构发生变化,活性也被改变,因而可以参与特定的化学反应。 2.细胞内的吸能反应和放能反应 　　[深化拓展]　不同化合物中“A”的辨析 化合物 结构简式 “A”含义 共同点 ATP 腺苷(由腺嘌呤 和核糖组成) 所有“A”的共同点是都含有腺嘌呤 DNA 腺嘌呤脱氧核苷酸 RNA 腺嘌呤核糖核苷酸 核苷酸 腺嘌呤 基础盘查 1.微点判断——落实基本生命观念 (1)(2025·重庆卷)核糖是ATP的组成成分,补充核糖有助于合成ATP。 (√) (2)(2022·浙江卷)腺苷三磷酸分子由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成。 (×) (3)(2021·北京卷)ATP必须在有氧条件下合成。 (×) (4)线粒体、叶绿体和高尔基体都是合成ATP的场所。 (×) (5)唾液淀粉酶水解淀粉的过程需ATP水解提供能量。 (×) 2.发掘教材——提升科学思维能力 (1)(人教版必修1 P86正文拓展分析)在某细胞培养液中加入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:①ATP中远离A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32P标记的ATP是重新合成的。 (2)(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:生物界具有统一性,也说明种类繁多的生物有着共同的起源。 (3)(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萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶,在ATP提供能量的前提下,荧光素酶可催化荧光素与氧气发生化学反应,形成氧化荧光素并发出荧光。 (4)(人教版必修1 P89正文拓展分析)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:含有两个特殊的化学键,远离鸟苷的特殊化学键容易水解断裂,释放能量。 研考向 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) 解析:选C　ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量,A正确;ATP脱去β和γ位磷酸基团后成为RNA的基本组成单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸,所以用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA,B正确;在细胞核中进行的某些生理活动,如DNA的复制、转录等都需要消耗ATP中β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键(特殊化学键)断裂所释放的能量,C错误;光合作用的光反应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),D正确。 2.(2026·沧州模拟)除了ATP,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,如ATP+UDPADP+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.除了ATP,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.各种物质的吸收均直接依靠ATP供能 解析:选A　除了ATP,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的生命活动都由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,因此除了ATP,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,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直接依靠ATP供能,且有些物质的吸收是被动运输,不消耗能量,D错误。 [归纳拓展] 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.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(二)　ATP和ADP的转化和ATP的利用 3.(2025·河北高考)ATP是一种能为生命活动供能的化合物,下列过程不消耗ATP的是 (　　) A.肌肉的收缩 B.光合作用的暗反应 C.Ca2+载体蛋白的磷酸化 D.水的光解 解析:选D　肌肉收缩消耗ATP,A不符合题意;光合作用暗反应中,需要消耗光反应产生的NADPH和ATP,B不符合题意;Ca2+载体蛋白的磷酸化过程需要消耗ATP,C不符合题意;光反应中,光合色素吸收的光能,将水分解为氧和H+等,该过程不消耗ATP,D符合题意。 4.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 解析:选B　通过图示可知,蛋白质磷酸化过程需要消耗ATP,与ATP的水解相联系,属于吸能反应,A错误;酶的作用机理是降低化学反应所需的活化能,因此图中蛋白磷酸酶的作用机理是降低蛋白质去磷酸化的活化能,B正确;细胞中ATP的含量较少但是相对稳定,是因为ATP与ADP相互转化处于动态平衡之中,因此蛋白质发生磷酸化不会导致细胞中ADP大量积累,C错误;由题图可知,在蛋白激酶与蛋白磷酸酶作用下,蛋白质发生磷酸化与去磷酸化的相互转变,具此推测载体蛋白磷酸化导致其构象发生的是可逆的改变,D错误。 [归纳拓展]　磷酸化和去磷酸化 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 厚基础 1.呼吸作用的实质 细胞内的有机物氧化分解,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,产生二氧化碳和水,释放能量,生成大量ATP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ATP中,其余能量则以热能形式散失。 3.无氧呼吸的类型和过程 (1)场所:全过程是在细胞质基质中进行的。 (2)过程 (3)化学反应式 ①产物为酒精和CO2 。 ②产物为乳酸 。 (4)能量转化 ①只在第一阶段释放少量能量,生成少量ATP。 ②葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中。 基础盘查 1.微点判断——落实基本生命观念 (1)(2025·江苏卷)人体细胞和酵母细胞呼吸作用都能产生[H]和ATP。 (√) (2)(2024·江西卷)水直接参与了有氧呼吸过程中丙酮酸的生成。 (×) (3)(2023·湖南卷)线粒体内膜含有丰富的酶,是有氧呼吸生成CO2的场所。 (×) (4)(2023·全国乙卷)每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP比产生乳酸时的多。 (×) (5)供氧充足时,真核生物在线粒体外膜上氧化[H]产生大量ATP。 (×) (6)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。 (×) 2.发掘教材——提升科学思维能力 (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,意义是使能量逐步转移到ATP中,保证有机物中的能量得到充分利用;能量缓慢有序地释放,有利于维持细胞的相对稳定状态。 (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不同生物能产生不同酶,其代谢过程不同。无氧呼吸两阶段释放能量的特点是第一阶段释放少量能量,第二阶段无能量释放。 (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,原因是细胞呼吸的中间产物可以转化为甘油、氨基酸等非糖物质,非糖物质代谢产生的某些物质可以形成葡萄糖,糖类、脂质和蛋白质的代谢都可以通过细胞呼吸过程联系起来。 析重难 重难点(一)　线粒体内膜上的电子传递与氧化磷酸化 |情|境|探|究| 　　在线粒体内膜上存在着呼吸链,呼吸链是由一组蛋白复合物组成,其中复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ都能利用电子传递所释放的能量将线粒体基质中的H+转移到膜间隙。据图回答下列问题: (1)在细胞呼吸中,NADH来源于细胞质基质、线粒体基质(细胞结构),NADH被氧化的过程中产生电子,电子的最终受体是氧气。 (2)图中H+进入线粒体内外膜间隙的方式是主动运输,能量来源是电能。 (3)据图分析,线粒体内膜两侧H+的浓度差是如何维持的?蛋白复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ对H+的运输;有氧呼吸第三阶段消耗H+。 (4)影响氧化磷酸化的因素 ①ATP/ADP表示体内能量状态,推测当ATP含量高时氧化磷酸化的速率会下降。 ②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较多(填“较少”“较多”或“相等”)。低温条件下ATP合成减少,原因可能是低温使部分H+不经过ATP合酶进入线粒体基质,降低了线粒体内膜两侧的H+浓度梯度,减少了H+由ATP合酶协助的顺浓度梯度运输,从而使ATP的合成减少。 |认|知|生|成|　有氧呼吸的三个阶段 (1)第一阶段——糖酵解。糖酵解发生在细胞质基质中,经过糖酵解,1分子葡萄糖分解为2分子丙酮酸,如下图所示。 (2)第二阶段——柠檬酸循环阶段(又称三羧酸循环) 这一阶段不需要O2直接参与,但要在有氧条件下才能进行。 (3)第三阶段——氧化磷酸化。在线粒体内膜上进行。NADH在酶的催化下释放电子和H+,电子在线粒体内膜上传递,最终与O2与H+结合,生成了H2O,而线粒体内膜上的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合酶内部的通道流回线粒体基质,推动ATP的合成。这一阶段涉及电子传递和氧化磷酸化,需要O2的参与,是有氧呼吸过程中产生ATP的主要阶段。 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]　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 [解析]　若测得酵母菌的呼吸熵为1,说明酵母菌呼吸产生的CO2和消耗的O2的量相等,可说明酵母菌只进行有氧呼吸,不进行无氧呼吸,A正确;若测得酵母菌的呼吸熵大于1,说明酵母菌呼吸产生的CO2的量大于消耗的O2的量,则混合液中的酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,B正确;CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄,由于酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均产生CO2,所以不能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来确定酵母菌的呼吸方式,C正确;根据无氧呼吸的反应式可知,当无氧呼吸产生酒精的量是6 mol时,无氧呼吸产生CO2的量为6 mol,无氧呼吸消耗的葡萄糖的量是3 mol,细胞呼吸中CO2总产生量为15 mol,说明有氧呼吸产生CO2的量为9 mol,根据有氧呼吸反应式可知,有氧呼吸消耗葡萄糖为1.5 mol,可推测有1.5÷(1.5+3)=1/3的葡萄糖用于有氧呼吸,D错误。 [答案]　D |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) 研考向 题点(一)　细胞呼吸的原理和过程 1.(2026·阳泉模拟)下图为植物细胞呼吸的部分反应过程示意图,图中NADH可储存能量,①②③表示不同反应阶段。下列叙述错误的是 (　　) A.①发生在细胞质基质,②和③发生在线粒体 B.③中NADH通过一系列的化学反应参与了H2O的形成 C.无氧条件下,②③不能进行,①能正常进行 D.无氧条件下,①产生的NADH中的部分能量转移到ATP中 解析:选D　①为细胞呼吸第一阶段,发生在细胞质基质;②为有氧呼吸第二阶段,发生在线粒体基质;③为有氧呼吸第三阶段,发生在线粒体内膜,A正确。有氧呼吸第三阶段(③)中,NADH通过一系列的化学反应参与了H2O的形成,B正确。无氧条件下,①(细胞呼吸第一阶段)可正常进行,但②(有氧呼吸第二阶段)和③(有氧呼吸第三阶段)不能进行,C正确。无氧呼吸仅第一阶段(①)产生少量ATP,第二阶段不产生ATP。无氧条件下,①产生的NADH中的能量用于还原丙酮酸(如生成酒精),未转移到ATP中,D错误。 2.(2026·哈尔滨模拟)有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜上进行(如图甲),叠氮化物可抑制电子传递给氧;DNP 使 H+进入线粒体基质时不经过 ATP 合酶。将完整的离体线粒体放在缓冲液中进行实验,在不同的时间加入丙酮酸、ADP+Pi、叠氮化物或 DNP,测定消耗的 O2量和合成的 ATP 量,结果如图乙。①②表示生理过程。下列说法错误的是 (　　) A.还原剂 NADH 是一种电子供体 B.①②生理过程均发生在线粒体内膜上 C.由图可以推测出,物质 X 是DNP,加入该物质后细胞呼吸释放的总能量增多 D.DNP 能使耗氧速率增大,使细胞呼吸释放的能量中以热能散失的比例增加 解析:选B　还原剂NADH是一种电子供体,产生的电子(e-)通过电子传递链最终与O2结合生成H2O,A正确。添加丙酮酸后过程①消耗的O2量处于较低水平,且相对稳定,属于有氧呼吸第二阶段,发生于线粒体基质;过程②消耗的O2量增加,属于有氧呼吸第三阶段,发生于线粒体内膜,B错误。物质X是DNP,DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶,从而降低线粒体内膜两侧H+浓度差,加入该物质后,消耗的O2量增加,可知细胞呼吸释放的总能量增多,而合成的ATP量变化不大,即使线粒体中氧化释放的能量转移到ATP的比例减少,以热能散失的比例增加,C、D正确。 [归纳拓展] 细胞呼吸中[H]和ATP的来源与去向 (1)有氧呼吸过程中[H]、ATP的来源和去向 (2)无氧呼吸中的[H]和ATP都是第一阶段在细胞质基质中产生的。其中[H]在第二阶段被用于还原丙酮酸,全部消耗,没有积累。 　 题点(二)　细胞呼吸类型的判断 3.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 解析:选B　当x=y>0时,细胞一定存在有氧呼吸,一定不存在产生酒精的无氧呼吸,但可能存在产生乳酸的无氧呼吸,A错误;当y>x>0时,细胞一定存在有氧呼吸,也一定存在产生酒精的无氧呼吸,且y与x的差值表示无氧呼吸产生CO2的量,B正确;当x>y>0时,可能是有氧呼吸的底物中有脂肪,但不能判断是否存在无氧呼吸,C错误;当x=0,y>0时,说明一定不存在有氧呼吸,且无氧呼吸有酒精产生,不能判断无氧呼吸是否有乳酸产生,D错误。 题点(三)　细胞呼吸与细胞代谢的关系 4.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 解析:选A　三羧酸循环是代谢网络的中心,可产生大量的[H]和CO2,但不消耗O2,消耗O2的是氧化磷酸化,A错误;代谢中间物(如丙酮酸、乙酰CoA等)将物质的分解代谢与合成代谢相互联系,B正确;由题图可知,丙酮酸、乙酰CoA在代谢途径中将蛋白质、糖类、脂质、核酸的代谢相互联系在一起,具有重要地位,C正确;物质氧化分解时释放的能量一部分储存于ATP中,绝大部分能量以热能的形式散失,D正确。 　［备考启示］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；该题改编自江苏高考真题。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。 $