第10讲 生物一轮复习细胞的能量通货ATP.docx

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第10讲生物一轮复习细胞的能量通货ATP

第10讲细胞的能量“通货”——ATP

ATP的主要来源——细胞呼吸

主干知识整合

一、ATP有关知识

1．ATP的结构、功能和利用

（1）结构：

ATP的结构简式是，一个ATP分子中含有一个腺苷，两个，三个。

（2）功能：

是一种高能磷酸化合物，直接给细胞的生命活动。

（3）利用：

ATP可用于、生物发电和发光、、大脑思考及各种吸能反应。

2．ATP与ADP的相互转化

（1）ATP水解：

在有关酶的催化作用下，ATP分子中的高能磷酸键很容易水解，并释放出大量的能量。

（2）ATP形成：

在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与结合，重新形成ATP。

（3）ATP形成的能量来源

①对于动物、人、真菌和大多数

细菌来说，均来自，

对于绿色植物来说，则来自于

。

②细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的。

【特别提醒】

①ATP分子去掉两个磷酸基后的剩余部分是腺嘌呤核糖核苷酸，是组成RNA的基本单位之一。

②真核生物合成ATP的场所是线粒体、叶绿体和细胞质基质。

二、探究酵母菌细胞呼吸方式

1．酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于。

2．检测CO2的产生可使用澄清石灰水或，CO2可使后者发生的颜色变化是。

3．检测酒精的产生可使用橙色的，其在酸性条件下，与酒精发生化学反应，变成。

三、细胞呼吸的方式

1．有氧呼吸

（1）反应式

2．无氧呼吸

（1）反应式

①分解成酒精的反应式为：

。

②转化成乳酸的反应式为：

。

（2）过程：

第一阶段与完全相同。

第二阶段的产物是。

其全过程都在中进行。

【特别提醒】

①有氧呼吸过程中，反应物中的葡萄糖、水、O2分别在第一、第二、第三阶段被利用，产物中的CO2和H2O分别在第二、第三阶段形成。

②原核生物无线粒体，但有些生物仍能进行有氧呼吸，如硝化细菌。

高频考点突破

考点一：

ATP结构、形成途径及与ADP的相互转化

1．ATP（三磷酸腺苷）结构及特点

（1）结构：

ATP是由一个核糖、一个腺嘌呤和三个磷酸基团组成。

其中腺苷一磷酸与RNA中腺嘌呤核苷酸组成相同。

2．ATP的形成途径

对于不同的生物种类来说，形成ATP的途径是不完全相同的。

植物和动物产生能量1的主要途径来源于糖类、脂肪等有机物的氧化分解（即呼吸作用）。

对于动物和人来说，主要通过呼吸作用提供能量形成ATP；除此之外，对于高等的人和动物来说，形成ATP的能量还可以来源于磷酸肌酸的分解。

对于绿色植物来说，除了通过呼吸作用以外，还可以通过光合作用提供能量形成ATP。

①、当体内ATP过多时，就使肌酸转化为磷酸肌酸（ATP+肌酸→磷酸肌酸+ADP）.

②、体内当消耗使ATP过分减少时，磷酸肌酸就分解释放出能量使ADP形成ATP.

一般地说，动物体内若发现ADP含量偏高时（说明ATP消耗多），则磷酸肌酸含量会减少（因放能形成ATP）.

3．ATP与ADP的相互转化

ATP分子中，远离A的那个高能磷酸键容易水解和重新生成，这对于细胞中能量的捕获、贮存和释放非常重要。

ATP在细胞内的含量是很少的，但是，ATP与ADP在细胞内的转化是十分迅速的。

细胞内ATP的含量处于动态平衡中，以保证生物体新陈代谢的顺利进行。

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）

储存在远离A的那个高能磷酸键中的能量

能量去路

储存于形成的高能磷酸键中

用于各项生命活动

反应场所

细胞质基质、线粒体、叶绿体

生物体的需能部分

从表上可看出，ATP和ADP的相互转化过程中，反应类型、反应所需酶以及能量的来源、去路和反应场所都不完全相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。

但物质是可循环利用的。

*关于能源物质的问题：

①生物体内细胞的主要供能物质：

糖类②生物体的重要储能物质：

脂肪

③生物体新陈代谢的直接供能物质：

ATP④生物体所需能量的最终来源：

光能

4.ATP产生速率与O2供给量之间的关系

①A点表示在无氧条件下，细胞可通过进行无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。

②AB段表示随O2供应量增多，有氧呼吸明显加强，通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多，ATP的产生速率随之增加。

③BC段表示O2供应量超过一定范围后，ATP的产生速率不再加快，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。

【对位训练】

1．ATP是细胞中的能量通货，下列关于ATP的叙述中不正确的是（）

A．人在饥饿时，ATP可水解为一个腺苷和三个磷酸

B．ATP的元素组成有C、H、O、N、P

C．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．在有氧与缺氧的条件下，细胞质基质都能形成ATP

2．（2012·山东淄博一模）能产生水和合成ATP的结构是（）

A．核糖体　　　　　B．线粒体内膜　　　　　C．叶绿体内膜　　D．类囊体膜

考点二：

有氧呼吸和无氧呼吸的过程分析及比较

一、有氧呼吸

⑴、概念：

有氧呼吸是指细胞在氧气的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，同时释放出大量的能量的过程。

是高等动、植物细胞呼吸的主要方式。

⑵条件：

有氧气，多种酶参与。

⑶场所：

细胞质基质和线粒体；主要在线粒体。

⑷有氧呼吸的过程：

有氧呼吸的全过程可分为三个阶段：

①第一阶段：

葡萄糖脱氢　《一分子葡萄糖分解为两分子的丙酮酸（C3H4O3），同时产生少量的氢和少量的能量，并转化产生2分子ATP。

这个过程是在细胞质基质中进行的。

》

②第二阶段：

丙酮酸与水反应，产生CO2（丙酮酸经过一系列的反应，分解成二氧化碳和氢，同时释放出少量的能量，这些能量能产生2分子ATP。

这个阶段在线粒体基质中进行的。

）

③第三阶段：

氢与氧气结合生成水（前两个阶段产生的氢，经过一系列反应，与氧结合成水，同时释放大量的能量，这些能量能产生34分子ATP。

这个过程是在线粒体内膜上进行的。

）

综上所述，每氧化1mol葡萄糖，生成6mol二氧化碳和12mol的水，同时生成38molATP。

每氧化1mol葡萄糖释放出的总能量为2870kJ，其中，只有1161kJ转移到ATP中，其余以热能散失。

能量利用率为1161／2870=40.5%

注：

（1）葡萄糖只能在细胞质基质中被利用，不能进入线粒体中利用。

丙酮酸经主动运输进入线粒体中被继续利用。

（2）原核生物无线粒体，但有的原核生物存在有氧呼吸酶系统，其有氧呼吸酶存在细胞质和细胞膜内侧。

二、无氧呼吸

1、概念：

无氧呼吸是指在无氧条件下，通过酶的作用，细胞把糖类等有机物分解成不彻底的氧化产物，同时释放少量能量的过程。

如果用于微生物，习惯上称为发酵。

条件：

缺氧情况下；酶催化

2、无氧呼吸场所：

全在细胞质基质

C6H12O6酶2C3H6O3（乳酸）+能量

种类如：

马铃薯块茎、甜菜根、骨骼肌、乳酸菌

C6H12O6酶2CO2+2C2H5OH（酒精）+能量

如：

特别是水淹植物（如水稻、莲藕）、酵母菌、苹果、梨、香蕉等。

过程：

（1）C6H12O6酶2C3H4O3　+　4[H]　+　能量　（可转化2ATP）　＜若无[H]，在无氧气参与下则生成乙醛＞

3．无氧呼吸释放的能量：

在无氧呼吸中，葡萄糖氧化分解时所释放出的能量，比有氧呼吸释放出的要少得多。

如1mol葡萄糖在分解成乳酸以后，共放出196.65kJ的能量，其中有61.08kJ的能量储存在ATP中，其余的能量都以热能形式散失。

能量利用率约为31.42%左右。

分解为酒精时放能为225.94KJ，贮于ATP中的能量也是61.08KJ，形成2ATP。

1．有氧呼吸和无氧呼吸过程图解

2．有氧呼吸和无氧呼吸比较

类型

有氧呼吸

无氧呼吸

必需条件

氧和酶

不需氧，但必须有酶催化

场所

细胞质基质（①阶段）线粒体（②和③阶段）

细胞质基质（①和②两阶段）

产物

CO2和H2O

C2H5OH和CO2或乳酸

能量释放

产生大量能量

产生少量能量

特点

有机物彻底分解，能量完全释放

有机物不彻底分解，能量没完全释放

联系

①第一阶段完全相同

②实质相同：

分解有机物，释放能量

【特别提醒】

①不同生物无氧呼吸的产物不同，其原因在于催化反应的酶不同。

②原核生物无线粒体，有些原核生物仍可进行有氧呼吸。

③微生物的无氧呼吸也称为发酵，但动植物的无氧呼吸不能称为发酵。

④有氧呼吸三个阶段都产生ATP，无氧呼吸，只在第一阶段产生ATP。

⑤有氧呼吸和无氧呼吸的第一步相同，其共同产物都有C3H4O3、[H]和ATP。

【对位训练】

3．如图表示有氧呼吸过程，下列有关说法正确的是（）

A．①③④中数值最大的是①　　　　　　　B．②代表的物质名称是氧气

C．产生①③的场所是线粒体　　　　　　　D．原核生物中也能完成图示全过程

4．（2011·潍坊模拟）细胞呼吸为生物生命活动提供了能量，是所有生物体最重要的生理过程之一。

下面有关叙述正确的是（）

A．无氧呼吸的第一阶段与有氧呼吸的第一阶段不完全相同

B．无氧呼吸因为分解糖类的效率低，所以释放的能量少

C．线粒体中能产生CO2的场所是内膜

D．有氧呼吸第三阶段生成水的同时，伴随着大量能量的释放

考点三：

影响呼吸速率的因素及应用

1．内部因素——遗传因素（决定酶的种类和数量）

（1）不同种类的植物细胞呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。

（2）同一植物在不同的生长发育时期细胞呼吸速率不同，如幼苗期、开花期细胞呼吸速率较高，成熟期细胞呼吸速率较低。

（3）同一植物的不同器官细胞呼吸速率不同，如生殖器官大于营养器官

2．环境因素

（1）温度：

　①呼吸作用在最适温度（25℃～35℃）时最强，超过最适温度，呼吸酶的活性降低甚至变性失活，呼吸受抑制；低于最适温度，酶活性下降，呼吸受抑制。

②生产上常用这一原理在低温下贮存蔬菜、水果。

在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，降低呼吸作用，减少有机物的消耗，提高产量。

（2）O2的浓度

①在O2浓度为零时只进行无氧呼吸；浓度为10%以下，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；浓度为10%以上，只进行有氧呼吸。

②生产中常利用降低氧的浓度抑制呼吸作用，减少有机物消耗这一原理来延长蔬菜、水果保鲜时间。

（3）CO2浓度：

　从化学平衡的角度分析，CO2浓度增加，呼吸速率下降。

（4）水含量

①在一定范围内，细胞呼吸强度随含水量的增加而加强，随含水量的减少而减弱。

②在作物种子的储藏时，将种子风干，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗。

【对位训练】

5．如图是外界条件对细胞呼吸速率的影响曲线图，请根据图分析说明：

（）

（1）从甲图可知细胞呼吸最旺盛时的温度在________，AB段说明_____________________________。

（2）乙图表示酵母菌的呼吸情况，则曲线Ⅱ表示________呼吸类型。

如果在瓶中培养酵母菌时，测定出瓶中放出CO2的体积与吸收O2的体积比为5∶4，这是因为有________（比例）的酵母菌在进行曲线Ⅰ所示的呼吸类型（假设两种细胞呼吸的速率相等）。

（3）由甲、乙两图可知，贮存水果时应选择________（低温、适温、高温、无氧、低氧、高氧）的条件。

答案　

（1）B点对应的温度　随温度升高，细胞呼吸增强

（2）有氧　

　（3）低温、低氧

6、下图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下的CO2的的释放量与O2的吸收量的变化，请根据图解答题：

（1）O点时，该器官的呼吸作用类型是。

（2）在O2浓度为b%以下时（不包括O点），该器官的呼吸作用类型，因为　　　　。

写出反应式。

（3）该器官CO2的的释放与O2的吸收两条曲线在Q点重合，其呼吸作用类型为，因为

（4）由该曲线提示的原理，我们在进行果实和种子储藏时，储藏室内的氧气的浓度应调节到图中的哪一点所对应的浓度？

理由是：

。

考点四：

“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验分析

1．实验探究过程

2．实验中的关键步骤

（1）通入A瓶的空气中不能含有CO2，以保证使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。

（2）B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，确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水中。

【特别提醒】

该实验为对比实验，有氧和无氧条件下的实验都为实验组。

【对位训练】

6.右图是一种可测定呼吸速率的密闭系统装置。

（1）关闭活塞，在适宜温度下，30分钟后，读取有色液滴向

（左/右）移动的距离。

（2）为了使测得的有色液滴移动数值更准确，必须进行校正。

校正装置的容器和小瓶中应分别放入、

。

（3）生活中发现，受到机械损伤后的樱桃易烂。

有人推测易烂与机械损伤引起樱桃呼吸速率升高有关。

请结合测定呼吸速率实验装置，设计实验探究机械损伤能否引起樱桃呼吸速率升高。

①实验变量：

。

②实验假设：

机械损伤能引起樱桃呼吸速率升高（或机械损伤不能引起樱桃呼吸速率升高）。

③实验步骤：

第一步：

按装置图中所示进行操作，30分钟后，记录有色液滴移动距离为a。

第二步：

向容器内加入与实验组等量消毒的受到机械损伤后的樱桃，其它处理及装置与实验组完全相同，记录相同时间内有色液滴移动距离为b

第三步：

比较a、b数值的大小。

④预期结果及结论：

如果a＜b，则说明机械损伤能引起樱桃呼吸速率升高；如果a＝b，则说明机械损伤对樱桃呼吸速率没有影响；

如果a＞b，则说明机械损伤能引起樱桃呼吸速率降低。

答案：

⑴左⑵与实验组等量消毒的无活力（如加热后冷却）的樱桃与实验组等量的20%NaOH⑶①机械损伤

答题技能培养

细胞呼吸方式的判定方法

1．根据CO2释放量与O2消耗量判断细胞呼吸状况

①．在以C6H12O6　为呼吸底物时，在一个同时进行有氧呼吸和无氧呼吸的过程中，O2的吸收量与CO2的产生量的比为3：

4时，说明此过程中有氧呼吸作用与无氧呼吸强度相等；　若此比例小于3：

4时，说明此过程中无氧呼吸占优势；　若此比例大于3：

4时，说明此过程中有氧呼吸占优势。

不消耗O2，释放CO2只进行无氧呼吸

酒精量等于CO2量只进行无氧呼吸

②.CO2释放量等于O2的吸收量只进行有氧呼吸

CO2释放量大于O2的吸收量既有氧呼吸又无氧呼吸多余CO2来自无氧呼吸计

酒精量小于CO2量既有氧呼吸，又无氧呼吸，多余的CO2来自有氧呼吸算

③.有关呼吸作用的计算

等量的C6H12O6有氧呼吸和无氧呼吸生成的CO2之比为3：

1，生成的ATP之比为19：

1。

2．根据场所判断

试题中有时会画出相关细胞图解，可以作出如下判断：

（1）真核细胞：

若整个呼吸过程均在细胞质基质中进行，则为无氧呼吸；若部分过程在线粒体中进行，则为有氧呼吸。

（2）原核细胞：

原核细胞没有线粒体，故原核细胞的呼吸在细胞质和细胞膜上进行，其呼吸方式的判断应根据产物判断，若只有二氧化碳和水产生则为有氧呼吸，若还有乳酸或酒精产生，则还存在无氧呼吸。

【典例1】将等量且足量的苹果果肉分别放在O2浓度不同的密闭容器中，1h后，测定O2的吸收量和CO2的释放量，如下表：

O2浓度变化量　　

0

1%

2%

3%

5%

7%

10%

15%

20%

25%

O2的吸收量（mol）

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.8

CO2的释放量（mol）

1

0.8

0.6

0.5

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.8

下列有关叙述中，正确的是（）

A．苹果果肉细胞在O2浓度为0～3%和5%～25%时，分别进行无氧呼吸和有氧呼吸

B．储藏苹果时，应选择O2浓度为5%的适宜环境条件

C．O2浓度越高，苹果果肉细胞有氧呼吸越旺盛，产生ATP越多

D．苹果果肉细胞进行无氧呼吸时，产生乳酸和CO2

【解析】　苹果果肉细胞在O2浓度为零时只进行无氧呼吸，O2浓度越过5%时只进行有氧呼吸，超过20%时随O2浓度增加，细胞呼吸不再增强。

由表中知CO2释放时最小值为0.4，表明细胞呼吸最弱，有机物消耗最少，适于贮存，所以O2浓度应选5%。

【答案】　B

【典例2】（2012·浙江温州八校联考）下图表示某植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时，CO2释放量和O2吸收量的变化。

下列相关叙述正确的是（）

A．氧浓度为a时细胞呼吸最弱

B．氧浓度为b时，无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的3倍

C．氧浓度为c时，有氧呼吸强度与无氧呼吸相等

D．氧浓度为d时，该器官只进行有氧呼吸

【解析】　据图可知，CO2的释放量在氧气浓度为c点时最少，因此c点时细胞呼吸最弱。

氧气浓度为b时，氧气的吸收量为3，CO2的释放量为8，计算可知无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍。

氧浓度为c时，有氧呼吸强度与无氧呼吸不相等，此时O2的吸收量为4，CO2的释放量为6，计算可知无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的1.5倍。

氧气浓度为d点，氧气的吸收量与二氧化碳的释放量相等，说明只进行有氧呼吸，无氧呼吸被完全抑制。

　　　【答案】　D

例3、为了探究种子萌发时的呼吸作用类型，请根据提供的实验材料和用具设计实验。

（1）实验目的：

探究种子萌发时的呼吸作用类型

（2）实验原理：

种子萌发时如果只进行有氧呼吸，则吸收的O2量和放出的CO2量应相等；如果只进行无氧呼吸，则不吸收O2只放出CO2；如果既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸，则O2的吸收量

（3）实验材料用具：

萌发的豌豆种子，带橡皮塞的锥形瓶两只，小试管4只，两根弯曲的带有红色液滴的刻度玻璃管，NaOH溶液，清水，凡士林。

（4）将实验材料和用具按右图组装好实验装置。

如需得到准确的实验结论，还需设计另一个实验，请在下面的方框内绘出实验装置，并注上文字说明。

在装置二的图中，添置的物质和装置一应保持关系。

（5）实验结果和结论

实验结果

装置一

装置二

结论

一

液滴左移

液滴不移

二

只进行无氧呼吸

三

易误警示

一、ATP和RNA的结构关系易于混淆

【典例1】在下列四种化合物的化学组成中，与圆圈中“A”所对应的名称相符合的是

A．①——腺嘌呤核糖核苷酸　　B．②——腺苷

C．③——腺嘌呤脱氧核苷酸　　D．④——腺嘌呤

【解析】　②为双链结构，含T，为DNA；③是单链结构，为RNA。

①②③④四种化合物的“A”依次为腺苷（腺嘌呤＋核糖）、腺嘌呤脱氧核苷酸、腺嘌呤核糖核苷酸和腺嘌呤。

【答案】　D

【纠错笔记】

ATP去掉二个磷酸基团后的剩余部分是组成RNA的基本单位之一的腺嘌呤核糖核苷酸。

二、探究细胞呼吸的实验考虑不全面

【典例2】如图是在微重力环境下测量花生种子萌发时试管中气体体积变化的实验装置。

每个试管中均放10g用消毒液清洗过（不影响种子生命力）的萌发种子。

实验开始时，U形管两侧液面相平。

夹紧橡胶管，在25℃下经30分钟后结束实验，液面高度变化如图所示。

请回答下列问题：

（1）干重相同的小麦和花生种子，萌发时有氧呼吸释放CO2的量与吸收O2的量的比值，花生种子________（填“大于”“等于”或“小于”）小麦种子。

（2）装置中滤纸的作用是_______________________。

（3）若发芽的种子有的已长出幼叶，则应将该实验置于黑暗中进行，理由是_______________________________。

（4）由于外界温度、压强的改变会导致气体体积的改变，所以还应再设置一对照装置。

该装置的试管中应放入________。

【答案】　

（1）小于

（2）增大CO2的吸收面积

（3）避免幼苗因光合作用而干扰呼吸作用的气体量变化

（4）10g被煮熟的发芽种子和等量的NaOH溶液