生物一轮复习第9讲.docx

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生物一轮复习第9讲

第9讲　ATP及其主要来源——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

　ATP的结构和功能

1．ATP的结构

（1）ATP的元素组成：

C、H、O、N、P。

（2）ATP的化学组成：

一分子腺嘌呤，一分子核糖和三分子磷酸基团。

（3）ATP的结构简式：

A－P～P～P。

（4）ATP中的能量：

主要储存在高能磷酸键中。

ATP、DNA、RNA、核苷酸结构中“A”的含义

（1）ATP结构中的A为________，由腺嘌呤和核糖组成。

（2）DNA结构中的A为________________，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。

（3）RNA结构中的A为________________，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成。

（4）核苷酸结构中的A为________。

答案：

（1）腺苷　

（2）腺嘌呤脱氧核苷酸　（3）腺嘌呤核糖核苷酸　（4）腺嘌呤

2．ATP和ADP的相互转化

（1）转化原因：

ATP的化学性质不稳定，远离腺苷的高能磷酸键容易断裂。

（2）转化关系及过程比较

项目

ATP的合成

ATP的水解

反应式

ADP＋Pi＋能量

ATP

ADP＋Pi＋能量

所需酶

ATP合成酶

ATP水解酶

能量来源

光合作用、细胞呼吸

高能磷酸键

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

生物体的需能部位

　在坐标系中画出ATP产生速率与O2供给量之间的曲线。

提示：

3．ATP的作用

（必修1P90“思考与讨论”改编）如果把糖类和脂肪比作大额支票，ATP则相当于现金，这种比喻________（填“有”或“无”）道理，原因是_______________________________

________________________________________________________________________。

答案：

有　糖类和脂肪分子中能量很多而且很稳定，不能被细胞直接利用；这些稳定的化学能只有转化成ATP分子中活跃的化学能，才能被细胞直接利用　

考向1　ATP的结构和功能

1．（2018·山西康杰中学模拟）ATP是细胞内的能量“通货”，下列有关叙述中不正确的是（　　）

A．ATP水解供能，实际上是指ATP分子中远离腺苷的高能磷酸键的水解

B．细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性

C．ATP分子是由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成

D．ATP是主动运输、肌肉收缩、大脑思考的直接能源物质

解析：

选C。

ATP中远离A的高能磷酸键更易断裂，也很容易重新合成，ATP水解供能，实际上是指ATP分子中远离腺苷的高能磷酸键的水解，A正确；ATP是直接能源物质，细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性，B正确；ATP分子由1个腺苷和3个磷酸基团组成，C错误；ATP是细胞内的直接能源物质，可直接为主动运输、肌肉收缩、大脑思考提供能量，D正确。

2．（2018·河北石家庄二中联考）下列关于ATP、mRNA和腺嘌呤核糖核苷酸的叙述，正确的是（　　）

A．三者的元素组成不同，但都含有C、H、O、N、P

B．三者既能同时参与转录过程，又能同时参与翻译过程

C．ATP含有两个高能磷酸键，腺嘌呤核糖核苷酸含有一个高能磷酸键，mRNA无高能磷酸键

D．腺嘌呤核糖核苷酸是mRNA的单体之一，ATP去掉远离腺苷的两个磷酸基团后的剩余部分就是腺嘌呤核糖核苷酸

解析：

选D。

ATP、mRNA和腺嘌呤核糖核苷酸都是含有C、H、O、N、P，A错误；腺嘌呤核糖核苷酸不参与翻译过程，B错误；ATP中有两个高能磷酸键，腺嘌呤核糖核苷酸和mRNA无高能磷酸键，C错误；腺嘌呤核糖核苷酸是mRNA的单体之一，ATP去掉远离腺苷的两个磷酸基团后的剩余部分就是腺嘌呤核糖核苷酸，D正确。

考向2　ATP和ADP的转化过程及应用

3．（2018·天星教育大联考）如图是生物界中能量“通货”——ATP的循环示意图。

下列相关叙述正确的是（　　）

A．图中的M指的是腺苷，N指的是核糖

B．食物为ATP“充电”指的是呼吸作用分解有机物

C．图中不同来源的ATP均可用于胞吞和胞吐

D．ATP的“充电”需要酶的催化，而“放能”不需要

解析：

选B。

题图中M指的是腺嘌呤，A项错误；食物中稳定的化学能转化成ATP中活跃的化学能，需通过呼吸作用来完成，B项正确；如果ATP来自光反应，则这部分ATP只能用于暗反应，不能用于胞吞和胞吐，C项错误；ATP的合成和分解均需要酶的催化，D项错误。

4．下列生理过程伴随着形状改变，其中不一定需要ATP供能的是（　　）

A．在胰岛素分泌过程中细胞膜的形状发生改变

B．在篮球比赛等运动过程中骨骼肌发生收缩

C．载体蛋白协助运输葡萄糖过程中形状发生改变

D．植物细胞在KNO3溶液中发生质壁分离后自动复原

解析：

选C。

胰岛素分泌到细胞外的过程属于胞吐，需要ATP供能，A项不符合题意；在篮球比赛等运动过程中，骨骼肌的收缩需要消耗ATP，B项不符合题意；载体蛋白运输葡萄糖时可能不需要ATP，如葡萄糖进入哺乳动物成熟红细胞；但也可能需要ATP，如葡萄糖通过主动运输进入小肠上皮细胞，C项符合题意；植物细胞在KNO3溶液中，会通过主动运输吸收K＋，细胞液浓度增大后，会吸水而自动复原，主动运输需要消耗ATP供能，D项不符合题意。

（1）ATP与光合作用的关系

（2）ATP与细胞呼吸的关系

（3）细胞内产生与消耗ATP的生理过程

转化场所

常见的生理过程

细胞膜

消耗ATP：

主动运输、胞吞、胞吐

细胞质基质

产生ATP：

细胞呼吸第一阶段

叶绿体

产生ATP：

光反应；

消耗ATP：

暗反应和自身DNA复制、转录、翻译等

线粒体

产生ATP：

有氧呼吸第二、三阶段；

消耗ATP：

自身DNA复制、转录、翻译等

核糖体

消耗ATP：

蛋白质的合成

细胞核

消耗ATP：

DNA复制、转录等

创新角度　ATP与其他高能化合物

5．（2018·皖江名校联考）生物体内的高能磷酸化合物有多种，它们的用途有一定差异，如表所示。

下列相关叙述，最为准确的是（　　）

高能磷酸化合物

ATP

GTP

UTP

CTP

主要用途

能量

“通货”

蛋白质

合成

糖原

合成

脂肪和磷脂的合成

A.无光情况下，叶肉细胞内合成ATP的场所有线粒体和叶绿体

B．在糖原、脂肪和磷脂的合成过程中，消耗的能量均不能来自ATP

C．UTP分子中所有高能磷酸键断裂后，可得到尿嘧啶脱氧核苷酸

D．葡萄糖和果糖反应生成蔗糖的过程中，可由ATP直接供能

解析：

选D。

叶绿体内能产生ATP，但必须要有光照，无光情况下，叶肉细胞内合成ATP的场所有线粒体和细胞质基质，A错误；ATP是细胞内的能量“通货”，蛋白质、糖原、脂肪和磷脂合成过程中可由ATP直接供能，B错误；UTP分子中所有高能磷酸键断裂后，得到的是尿嘧啶核糖核苷酸，C错误；蔗糖的合成过程中可由ATP直接供能，D正确。

　细胞的呼吸方式

1．探究酵母菌细胞的呼吸方式

（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B、D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

1、2两试管的变化

甲组

变混浊快

无变化

乙组

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，在无氧条件下产生酒精，还产生少量CO2。

2．细胞的有氧呼吸

（1）过程图解

（2）写出有氧呼吸的总反应式，并标出各种元素的来源和去路：

。

3．无氧呼吸

（1）场所：

细胞质基质。

（2）条件：

无氧和多种酶。

（3）过程

第一阶段

葡萄糖

丙酮酸、[H]和少量能量

第二阶段

乙醇发酵

丙酮酸

酒精＋CO2

植物、酵母菌等

乳酸发酵

丙酮酸

乳酸

高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、乳酸菌等

（4）反应式

①产物为酒精：

C6H12O6

2C2H5OH＋2CO2＋少量能量。

②产物为乳酸：

C6H12O6

2C3H6O3＋少量能量。

有氧呼吸与无氧呼吸的比较

类型

项目　　

有氧呼吸

无氧呼吸

是否消耗氧气

消耗

不消耗

反应场所

细胞质基质、

线粒体基质、

线粒体内膜

细胞质基质

产物

CO2和水

酒精和CO2或乳酸

能量产生

大量

少量

相同点

①都是氧化分解有机物释放能量并生成ATP的过程；

②第一阶段完全相同

（必修1P96基础题T2改编）将酵母菌研磨成匀浆，离心后得上清液（细胞质基质）和沉淀物（含线粒体），把等量的上清液、沉淀物和未曾离心的匀浆分别放入甲、乙、丙三个试管中，各加入等量葡萄糖溶液，然后隔绝空气。

下列叙述正确的是（　　）

A．甲试管中最终产物为CO2和H2O

B．乙试管中不发生反应

C．丙试管内有大量的ATP产生

D．丙试管中无CO2产生

答案：

考向1　呼吸方式的探究

1．（2018·安徽皖智教育联盟联考）甲、乙两个生物兴趣小组分别利用图Ⅰ、图Ⅱ装置对酵母菌细胞呼吸方式进行了实验。

下列相关叙述中错误的是（　　）

A．图Ⅰ所示的实验可以验证酵母菌通过无氧呼吸释放的能量大部分变成了热能

B．图Ⅱ所示的实验可以探究酵母菌是否进行有氧呼吸

C．应设置一组对照实验与Ⅱ形成对照，以排除外界环境因素的干扰

D．如果将Ⅱ中的NaOH溶液换成清水，则可探究酵母菌吸收O2和释放CO2的体积差

解析：

选A。

图Ⅰ所示的实验可以验证酵母菌通过无氧呼吸释放的能量有部分转化为热能，A错误；图Ⅱ所示的实验可以根据着色液是否左移探究酵母菌是否进行有氧呼吸，B正确；应设置一组酵母菌死亡其他条件与Ⅱ相同的对照实验，以排除外界环境因素的干扰，C正确；如果将Ⅱ中的NaOH溶液换成清水，酵母菌吸收O2和释放CO2的体积差可以导致着色液移动，D正确。

2．（2018·长沙模拟）下图装置可用于测定动物的呼吸速率。

下列关于该装置的叙述错误的是（　　）

A．试管内加入的试剂是NaOH溶液

B．温水的作用是使瓶内温度相对稳定

C．实验中细玻璃管内的红墨水向右移动

D．该装置直接测定动物呼吸释放的CO2量

答案：

实验法判断生物呼吸类型（以发芽种子为例）

实验结果预测和结论：

实验现象

结论

装置一液滴

装置二液滴

不动

只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡

不动

右移

只进行产生酒精的无氧呼吸

左移

右移

进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸

左移

不动

只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸

考向2　有氧呼吸和无氧呼吸过程分析

3．（2018·吉林长春模拟）如图表示萌发的小麦种子中可能发生的相关生理过程，a～e表示物质，①～④表示过程。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．催化反应②和④的酶都存在于细胞质基质中

B．图中物质c为[H]，它只在有氧呼吸过程中产生

C．图中①②过程主要发生在小麦种子萌发的早期，其中e为ATP

D．①④③过程为有氧呼吸的三个阶段，其中物质a、d分别是丙酮酸和O2

解析：

选D。

题图为细胞呼吸的全过程，①②过程为无氧呼吸，①④③过程为有氧呼吸，a、b、c、d、e分别表示丙酮酸、CO2、[H]、O2、酒精；催化反应②和④的酶分别存在于细胞质基质和线粒体中；无氧呼吸的第一阶段也产生[H]。

4．（2018·临沂模拟）下图表示生物体内进行的能量释放、转移和利用过程。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．a过程的完成一定伴随H2O和CO2的生成

B．在人体剧烈运动过程中，肌肉细胞产生的甲中不含有乳酸

C．人体细胞中完成c过程的场所主要是线粒体

D．在寒冷时，人体内过程a会加快

解析：

选D。

a过程可表示有氧呼吸与无氧呼吸过程，无氧呼吸过程不产生H2O，无氧呼吸中的乳酸途径也不产生CO2；在人体剧烈运动过程中，肌肉细胞进行无氧呼吸产生乳酸；c过程表示ATP水解释放能量，用于各项生命活动，而线粒体是细胞的“动力车间”，是主要的产能场所，不是主要的耗能场所；寒冷时，人体会加快新陈代谢，增加产热，因此过程a要加快。

考向3　细胞呼吸类型的判断及相关计算

5．（2018·湖南岳阳模拟）下表是某种植物种子在甲、乙、丙三种不同的条件下萌发，测得的气体量的变化结果。

下列说法正确的是（　　）

CO2释放量

O2吸收量

甲

乙

丙

A.在甲条件下进行的是产生CO2和乳酸的无氧呼吸

B．在乙条件下消耗的葡萄糖中有氧呼吸比无氧呼吸多

C．在丙条件下有氧呼吸强度达到了最大值

D．在乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体

解析：

选D。

甲条件下只释放CO2，不吸收氧气，进行的是产生CO2和酒精的无氧呼吸，不产生乳酸，A错误；乙条件下消耗氧气的量为6，则有氧呼吸消耗葡萄糖的量为1，无氧呼吸产生二氧化碳的量为8－6＝2，无氧呼吸消耗葡萄糖的量为1，消耗的葡萄糖中有氧呼吸和无氧呼吸相等，B错误；丙条件下只进行有氧呼吸，但不能判断有氧呼吸强度达到了最大值，C错误；乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体，D正确。

1．判断细胞呼吸方式的三大依据

2．有氧呼吸和无氧呼吸（产生酒精）的有关计算

（1）消耗等量的葡萄糖时产生的CO2摩尔数：

无氧呼吸∶有氧呼吸＝1∶3。

（2）消耗等量的葡萄糖时需要的氧气和产生的CO2摩尔数：

有氧呼吸需要的氧气∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和＝3∶4。

（3）产生等量的CO2时消耗的葡萄糖摩尔数：

无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。

[变式1]（曲线分析类）某豆科植物种子萌发过程中CO2释放速率和O2吸收速率的变化趋势如图所示。

下列叙述错误的是（　　）

A．在12～24h期间，此时的呼吸方式主要是无氧呼吸

B．在12～24h期间，呼吸的产物是水和二氧化碳

C．第12h到胚根长出期间，有机物总量下降

D．胚根长出后，氧气的吸收量明显增多，说明有氧呼吸速率明显提高

解析：

选B。

由图可看出：

12～24h期间CO2释放速率远远大于O2吸收速率，所以此时细胞呼吸的方式主要为无氧呼吸，A正确；12～24h期间，细胞既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，因此呼吸作用的产物有水、CO2、酒精，B错误；12h到胚根长出期间，有机物不断消耗，C正确；胚根长出后，有氧呼吸明显增强，D正确。

[变式2]（柱形图类）如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，最适于储藏该植物器官，此时呼吸产物除CO2外还有酒精和乳酸

B．氧浓度为b时，无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸的5倍

C．氧浓度为c时，只进行有氧呼吸

D．氧浓度为d时，有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等

答案：

　影响细胞呼吸的因素及其应用

1．温度

（1）影响原理：

温度通过影响酶的活性影响细胞呼吸速率。

（2）曲线分析

①a为该酶的最适温度，细胞呼吸速率最快。

②温度低于a时，随温度降低，酶活性下降，细胞呼吸受抑制。

③温度高于a时，随温度升高，酶活性下降，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制。

（3）实际应用

①保鲜：

水果、蔬菜等放入冰箱的冷藏室中，可延长保鲜时间。

②促进生长：

温室中栽培蔬菜时，夜间适当降低温度，可降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高蔬菜的产量。

2．氧气

（1）影响原理：

氧气促进有氧呼吸，抑制无氧呼吸。

（2）曲线分析

①A点时，氧浓度为零，细胞只进行无氧呼吸。

②氧浓度为0～10%时，随氧浓度的升高，无氧呼吸速率减慢。

B点时，有氧呼吸释放的CO2量等于无氧呼吸释放的CO2量；C、D点：

横坐标相同，无氧呼吸停止。

③氧浓度在0～20%时，随氧浓度升高，有氧呼吸速率逐渐加快。

④随氧浓度的升高，细胞呼吸速率先减慢后加快，最后趋于稳定。

⑤氧浓度为5%左右时，细胞呼吸强度最弱。

（3）实际应用

①保鲜：

低氧（氧含量5%左右）有利于蔬菜保鲜。

②促进生长：

农作物中耕松土可以增加土壤中氧气的含量，促进根部有氧呼吸，促进生长。

③防止无氧呼吸：

陆生植物长时间水淹，土壤中氧含量降低，植物因无氧呼吸产生的酒精积累而烂根。

④控制呼吸方式：

制葡萄酒时，初期进行有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖，发酵时严格控制无氧环境，促进酵母菌的无氧呼吸。

⑤包扎伤口应选用透气的敷料，抑制破伤风杆菌的无氧呼吸。

3．二氧化碳

（1）影响原理：

CO2是细胞呼吸的终产物，积累过多会抑制细胞呼吸。

（2）曲线分析

（3）实际应用

①保鲜：

地窖中CO2浓度高，有利于蔬菜水果的储存。

②抑菌：

薯片等食品充气保存，可抑制微生物的繁殖。

4．水含量

（1）影响原理

①各种生化反应需溶解在水中才能进行，自由水含量升高，新陈代谢加快。

②水是有氧呼吸的反应物之一，含水量会影响细胞呼吸的进行。

（2）实际应用

①抑制细胞呼吸：

晒干的种子自由水含量降低，细胞呼吸减慢，更有利于储存。

②促进细胞呼吸：

浸泡的种子自由水含量升高，细胞呼吸加快，有利于种子的萌发。

以下甲、乙两图都表示某生物种子的CO2释放量和O2吸收量的变化，请回答下列问题：

（1）甲、乙两图中只进行无氧呼吸、只进行有氧呼吸及两种呼吸作用共存的对应点或段分别是什么？

你的判断依据是什么？

（2）两图中哪一点（或段）适合水果、蔬菜贮藏？

请说出判断依据。

（3）人在剧烈运动和静息状态下CO2产生量与O2吸收量大小关系是否相同？

CO2产生场所有无变化？

为什么？

答案：

（1）只进行无氧呼吸：

甲中a、乙中A点；

只进行有氧呼吸：

甲中d、乙在C点之后（含C点）；

两种呼吸共存：

甲中b、c、乙中AC段（不含A、C点）。

判断依据为甲中a及乙中A点时无O2消耗，应只进行无氧呼吸；甲中d及乙中C点后，O2吸收量与CO2释放量相等，应只进行有氧呼吸；甲中b、c及乙中AC段（不含A、C点）CO2释放量大于O2吸收量，故除有氧呼吸外，还应存在无氧呼吸。

（2）甲图中c、乙图中B点最适合水果、蔬菜贮存。

因为此时CO2释放量最少，呼吸作用消耗有机物最少。

（3）相同。

无变化。

因为人在无氧呼吸时不产生CO2，只有有氧呼吸时在线粒体基质中产生CO2。

考向1　环境因素对细胞呼吸的影响

1．（温度的影响）（2018·宁德高三质检）科研人员探究温度对密闭罐中水蜜桃果肉细胞呼吸速率的影响，结果如图。

下列叙述正确的是（　　）

A．20h内，果肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体

B．50h后，30℃条件下果肉细胞没有消耗O2，密闭罐中CO2浓度会增加

C．50h后，30℃的有氧呼吸速率比2℃和15℃慢，是因为温度高使酶活性降低

D．实验结果说明温度越高，果肉细胞有氧呼吸速率越大

解析：

选B。

果肉细胞不能进行光合作用，其产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体，A项错误；50h后，30℃条件下果肉细胞没有消耗O2，是由于此温度条件下酶的活性较高，有氧呼吸已将O2消耗殆尽，以后仅进行无氧呼吸，故密闭罐中CO2浓度会增加，B项正确，C项错误；由于酶具有最适温度，若超过最适温度，有氧呼吸速率会降低，D项错误。

2．（O2的影响）（2018·大连模拟）如图表示某植物非绿色器官在不同O2浓度下，O2的吸收量和CO2的释放量的变化情况，根据所提供的信息，以下判断正确的是（　　）

A．N点时，该器官O2的吸收量和CO2的释放量相等，说明其只进行无氧呼吸

B．M点是贮藏该器官的最适O2浓度，此时无氧呼吸的强度最低

C．该器官呼吸作用过程中有非糖物质氧化分解

D．L点时，该器官产生CO2的场所是细胞中的线粒体基质

答案：

3．（水分的影响）（2018·文登统考）为研究淹水时KNO3对甜樱桃根呼吸的影响，设四组盆栽甜樱桃，其中一组淹入清水，其余三组分别淹入不同浓度的KNO3溶液，保持液面高出盆土表面，每天定时测定甜樱桃根有氧呼吸速率，结果如图。

下列说法正确的是（　　）

A．樱桃根细胞无氧呼吸生成CO2的场所是线粒体

B．图中A、B、C三点，在单位时间内与氧结合的还原氢最多的是点C

C．淹水时KNO3对甜樱桃根有氧呼吸速率降低有减缓作用

D．实验过程中可以改用CO2的产生量作为检测有氧呼吸速率的指标

解析：

选C。

樱桃根细胞无氧呼吸生成CO2的场所是细胞质基质，有氧呼吸的主要场所是线粒体，A错误；图中A、B、C三点，在单位时间内与氧结合的还原氢最多的是点A，B错误；图示可见KNO3浓度越高，有氧呼吸速率越强，说明淹水时KNO3对甜樱桃根有氧呼吸速率降低有减缓作用，C正确；植物有氧呼吸和无氧呼吸都可以产生CO2，所以实验过程中不可以改用CO2的产生量作为检测有氧呼吸速率的指标，D错误。

影响细胞呼吸的内部因素分析

因素

依据

遗传特性

不同种类的植物呼吸速率不同

生长发育时期不同

同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同

器官类型

同一植物的不同器官呼吸速率不同

考向2　细胞呼吸原理的应用

4．（2018·广东深圳模拟）松土是农作物栽培的传统耕作措施。