专题3.2 ATP与细胞呼吸(讲)(解析版)

第2节ATP 与细胞呼吸1.ATP 在能量代谢中的作用(Ⅱ)2.细胞呼吸(Ⅱ)。

3.实验：探究酵母菌的呼吸方式。

知识点一ATP 的结构与功能1．ATP 的结构(1)图中各部分名称：A 腺嘌呤，①腺苷，②一磷酸腺苷，③ADP ，④ATP ，⑤普通化学键，⑥高能磷酸键。

(2)ATP 与RNA 的关系：ATP 去掉两个磷酸基团后的剩余部分是组成RNA 的基本单位之一。

(3)结构特点①ATP 分子中远离A 的那个高能磷酸键容易水解断裂，释放出能量，ATP 就转化为ADP ，ADP 也可以接受能量而重新形成ATP 。

②高能磷酸键水解时释放的能量多达30.54kJ/mol ，所以说ATP 是细胞内的一种高能磷酸化合物。

2．ATP 与ADP 的相互转化项目ATP 的合成ATP 的水解反应式ADP ＋Pi ＋能量――→酶ATP ＋H 2OATP ＋H 2O――→酶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)储存在高能磷酸键中的能量能量去路储存于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位3.ATP 的功能与动、植物细胞代谢(1)植物细胞可以通过光合作用和细胞呼吸形成ATP，而动物细胞只能通过细胞呼吸形成ATP。

(2)ATP水解释放的能量可用于主动运输、发光发电、肌肉收缩、物质合成、大脑思考等。

知识点二细胞呼吸的概念、方式和过程1．概念细胞呼吸：是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。

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(3)有氧呼吸总反应式。

(4)放能：1mol葡萄糖释放的能量中有1161kJ左右的能量转移至ATP中，其余能量则以热能形式散失。

(5)与有机物在生物体外燃烧相比，有氧呼吸是在温和的条件下进行的；有机物中的能量是逐步释放的；一部分能量储存在ATP中。

3．无氧呼吸(1)场所：全过程是在细胞质基质中进行的。

(2)过程第一阶段葡萄糖→丙酮酸＋[H]＋少量能量第二阶段酒精发酵丙酮酸→酒精＋CO2实例：植物、酵母菌等乳酸发酵丙酮酸→乳酸实例：高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、乳酸菌等(3)放能：1mol葡萄糖释放196.65kJ(生成乳酸)或225.94kJ(生成酒精)的能量，其中均有61.08kJ左右转移至ATP中。

【对比分析】有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解4.细胞呼吸中[H]和ATP的来源与去向项目来源去向[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几乎各项生命活动(除光合作用的暗反应)5.细胞呼吸过程中有关物质参与的阶段及场所总结(1)水：生成于有氧呼吸第三阶段，场所为线粒体内膜；以反应物参与有氧呼吸第二阶段，场所为线粒体基质。

无氧呼吸中不存在水的生成与消耗。

(2)二氧化碳：在有氧呼吸的第二阶段、线粒体基质中产生，或者在无氧呼吸的第二阶段、细胞质基质中产生。

动植物体内均可产生二氧化碳。

(3)酒精或乳酸：在无氧呼吸的第二个阶段、细胞质基质中产生。

(4)葡萄糖：只以反应物的形式参与有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段，场所为细胞质基质。

(5)丙酮酸：作为中间产物，在有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段产生，场所为细胞质基质；以反应物形式参与有氧呼吸第二阶段和无氧呼吸第二阶段，前者场所为线粒体基质，后者场所为细胞质基质。

(6)氧气：只以反应物的形式参与有氧呼吸的第三阶段，场所为线粒体内膜。

6．细胞呼吸中能量的释放与去向知识点三影响细胞呼吸的外界因素及其应用1．温度(1)原理：细胞呼吸是一系列酶促反应，温度通过影响酶的活性进而影响细胞呼吸速率。

(2)曲线模型(如下图)(3)(零上低温)2．O 2浓度(1)原理：O 2是有氧呼吸所必需的，且O 2对无氧呼吸过程有抑制作用。

(2)曲线模型(如下图)①O 2浓度低时，无氧呼吸占优势。

②随着O 2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强。

③当O 2浓度达到一定值后，随着O 2浓度增大，有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的影响)。

(3)应用①选用透气消毒纱布包扎伤口，抑制破伤风杆菌等厌氧细菌的无氧呼吸。

②作物栽培中的中耕松土，保证根的正常细胞呼吸。

③提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。

④稻田定期排水，抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡。

3．CO2浓度(1)原理：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制(填“促进”或“抑制”)细胞呼吸的进行。

(2)曲线模型(如图)(3)应用：在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。

4．含水量(1)原理：水作为有氧呼吸的原料和环境因素影响细胞呼吸的速率。

(2)特点：在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢(如图)。

(3)知识点四探究酵母菌细胞呼吸的方式1．实验原理2．实验步骤(1)配制酵母菌培养液(酵母菌＋葡萄糖溶液)。

(2)检测CO2的产生，装置如图所示。

(3)检测酒精的产生：自A、B中各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化。

3．实验现象条件澄清石灰水的变化/出现变化的时间重铬酸钾—浓硫酸溶液甲组(有氧)变混浊/快无变化乙组(无氧)变混浊/慢出现灰绿色4.实验结论(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。

(2)在有氧条件下产生CO2多而快，在无氧条件下进行细胞呼吸产生酒精和CO2。

【归纳总结】(1)实验装置甲组探究酵母菌的有氧呼吸，乙组探究酵母菌的无氧呼吸。

甲、乙两组为对比实验，设置的是有氧、无氧条件。

(2)无关变量控制①通入A瓶的空气中不能含有CO2，以保证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。

②B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，确保通入澄清石灰水中的CO2是由酵母菌无氧呼吸产生的。

考点一ATP的结构和特点分析【典例1】（2019天津卷·2）下列过程需ATP水解提供能量的是A．唾液淀粉酶水解淀粉B．生长素的极性运输C．光反应阶段中水在光下分解D．乳酸菌无氧呼吸的第二阶段【解析】唾液淀粉酶水解淀粉，形成麦芽糖，不消耗能量，A错误；生长素的极性运输是以主动运输的方式，在幼嫩组织中从形态学上端运到形态学下端，需要ATP提供能量，B正确；光反应阶段中水在光下分解，需要光能，不需要ATP功能，C错误；乳酸菌无氧呼吸的第二阶段是丙酮酸变成乳酸，不需要ATP 供能，D错误。

因此，本题答案选B。

【变式1】（2018浙江卷，10）ATP是细胞中的能量通货，下列叙述正确的是（）A．ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量B．ATP-ADP循环使得细胞储存了大量的ATPC．ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团D．ATP分子中的2个高能磷酸键不易断裂水解【答案】C【解析】ATP的形成途径是光合作用和细胞呼吸，因此ATP中的能量来自光能和细胞呼吸释放的能量，A错误；ATP-ADP循环，使得细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，B 错误；ATP水解远离腺苷的高能磷酸键断裂，形成ADP和Pi，同时释放能量，C正确；ATP分子中含有2个高能磷酸键，远离腺苷的高能磷酸键很容易水解，D错误。

考点二ATP的功能【典例2】（2019浙江4月选考·15）将豌豆根部组织浸在溶液中达到离子平衡后，测得有关数据如下表：下列叙述正确的是A．溶液通氧状况与根细胞吸收Mg2+的量无关B．若不断提高温度，根细胞吸收H2PO4-的量会不断增加C．若溶液缺氧，根细胞厌氧呼吸产生乳酸会抑制NO3-的吸收D．细胞呼吸电子传递链阶段产生的大量ATP可为吸收离子供能【解析】分析表格数据可知，豌豆根部组织细胞内的Mg2+、H2PO4-和NO3-的浓度均高于外部溶液，故三种离子进入细胞的方式均为主动转运，主动转运消耗ATP，并且需要借助载体蛋白。

溶液通氧状况会影响根细胞的需氧呼吸，影响ATP的合成，进而影响吸收的Mg2+的量，A选项错误；不断提高温度，根细胞中需氧呼吸的酶的活性可能会受到抑制，影响需氧呼吸合成ATP，进而影响根细胞吸收H2PO4-的量可能减少，B选项错误；若溶液缺氧，豌豆根细胞厌氧呼吸为酒精发酵，会产生乙醇和二氧化碳，C选项错误；细胞呼吸的电子传递链过程是[H]和氧气结合生成水，并产生大量ATP的过程，可为吸收离子功能，D选项正确。

【易错警示】1．ATP与ADP的相互转化，并非简单的可逆反应：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。

2．ATP是与能量有关的一种物质，不可等同于能量：ATP是一种高能磷酸化合物，高能磷酸键水解时能够释放出高达30.54kJ/mol的能量。

3．不可误认为细胞中含有大量ATP，也不可误认为饥饿时ATP分解速率大于ATP合成速率：事实上，细胞中ATP含量很少，只是ATP与ADP转化非常迅速及时。

无论是饱食还是饥饿，ATP与ADP含量都保持动态平衡——ATP消耗(分解)多时，其合成也多，反之，ATP分解少时其合成也少，故ATP ADP＋Pi 总处于动态平衡中。

【变式2】（2019·山西忻州一中模拟）下列有关ATP的叙述错误的是()A．ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求B．图中两次ATP的水解，后者能量可用于各项生命活动C．图中两次合成ATP，前者能量来源于光能且在人体细胞中不会发生D．ATP由3个磷酸基团和1个腺嘌呤构成【答案】D【解析】细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，保证了机体对能量的需求，A项正确；图中两次ATP的水解，前者能量储存在有机物中，后者能量可用于各项生命活动，B项正确；图中两次合成ATP，前者ATP的合成是通过光合作用，所需能量来源于光能，在人体细胞中不会发生，C项正确；一分子ATP由3个磷酸基团和1个腺苷(由腺嘌呤和核糖结合而成)构成，D项错误。

考点三有氧呼吸和无氧呼吸【典例3】（2019全国卷II·2）马铃薯块茎储藏不当会出现酸味，这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。

下列叙述正确的是A．马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖B．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来C．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATPD．马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生【答案】B【解析】马铃薯块茎无氧呼吸的产物是乳酸，无葡萄糖，A错误；马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，葡萄糖被分解成丙酮酸，丙酮酸在第二阶段转化成乳酸，B正确；马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸属于无氧呼吸的第一阶段，会生成少量ATP，C错误；马铃薯块茎储存时，氧气浓度增加会抑制其无氧呼吸，酸味会减少，D错误。