1、第第8 8讲讲 ATPATP与细胞呼吸与细胞呼吸 第第3 3单元单元 2022 第1课时 ATP 细胞呼吸的类型及过程 内 容 索 引 01 02 03 素养导读素养导读 必备知识必备知识 固本夯基固本夯基 核心考点核心考点 能力提升能力提升 素养导读素养导读 必备知识必备知识 固本夯基固本夯基 一、ATP在能量代谢中的作用 1.ATP的结构和功能 (1)分子结构 C、H、O、N、P 腺苷三磷酸 APPP 腺苷 磷酸基团 一种特殊的化学键 (2)特点:1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ,所以说ATP是一 种 。 (3)主要功能:ATP是驱动细胞生命活动的 。 名师点睛(1)A
2、TP的一个特殊的化学键水解,形成ADP(腺苷二磷酸);两个特 殊的化学键水解,形成AMP(腺苷一磷酸),即为构成RNA的基本单位之一。 (2)ATP是与能量有关的一种物质,不可等同于能量。 高能磷酸化合物 直接能源物质 2.ATP和ADP的相互转化 (1)转化基础 ATP分子中两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因,使得ATP 分子中特殊的化学键不稳定, 有一种离开ATP而与其他 分子结合的趋势。当ATP在酶的作用下水解时,末端的磷酸基团脱离下来, 可以形成 。在有关酶的作用下,ADP可以接受能量,同时与 Pi结合,重新形成ATP。 末端磷酸基团 ADP和Pi (2)ATP和ADP的相互
3、转化过程比较 细胞质基质 线粒体 叶绿体 细胞质基质 线粒体 光能 放能 暗反应 名师点睛事实上,细胞中ATP含量很少,只是ATP与ADP转化非常迅速及时。 对细胞的正常生活来说,ATP与ADP的这种转化,是时刻不停并且处于动态 平衡之中的。 3.ATP的利用 (1)举例 主动运输 吸能 (2)ATP为主动运输供能的机制 磷酸化作用 磷酸化是指在蛋白质或其他类型的分子上,加入磷酸基团的过程。ATP水 解释放的磷酸基团可使蛋白质等分子 ,这些分子被磷酸化后, 发生变化,活性也被改变,可以参与各种化学反应。 磷酸化 空间结构 供能的机制(以参与Ca2+主动运输的载体蛋白为例) a.载体蛋白酶活性的
4、 :膜内侧的Ca2+与载体蛋白相应位点结合,激 活其酶活性。 b.载体蛋白的 :在载体蛋白酶的作用下,ATP分子末端的磷酸基 团脱离,挟能量与载体蛋白结合。 c.载体蛋白的 :载体蛋白的Ca2+结合位点转向膜外侧, 将Ca2+释放到膜外。 激活 磷酸化 空间结构改变 二、细胞呼吸的类型及过程 1.有氧呼吸 (1)过程图解 细胞质基质 葡萄糖丙酮酸+H 线粒体基质 丙酮酸+H2OCO2+H 少量能量 线粒体内膜 H+O2H2O 大量能量 (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(以葡萄糖为 底物)。 提示 2.无氧呼吸 细胞质基质 乳酸 酒精和CO2 2C2H5OH+2CO2 3
5、.细胞呼吸的意义 (1)能为生物体提供 。生物体内的糖类、脂质、蛋白质等有机物 都富含能量,但这些能量不能直接供各种生命活动所利用,需要通过呼吸作 用分解有机物、释放能量,转化到能量“货币” 中,由ATP直接推 动各种生命活动的进行。 (2)是生物体代谢的 。 的代谢,都可以通 过细胞呼吸过程联系起来。 能量 ATP 枢纽 蛋白质、糖类和脂质 概念检测 1.基于对ATP的结构和功能的理解,判断下列表述是否正确。 (1)ATP分子脱去2个磷酸基团,称为腺嘌呤核糖核苷酸,它是RNA分子的基 本单位之一。( ) (2)淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成。( ) (3)人成熟红细胞无细胞核和众多的细
6、胞器,所以不能合成ATP。( ) (4)“能量”就是指ATP,ATP就是“能量”。( ) (5)真核细胞内发生ATP与ADP的相互转化,原核细胞内不发生。( ) (6)人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。( ) (7)无氧条件下,光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一途径。( ) (8)细胞内的吸能反应一般与ATP的合成相联系,放能反应一般与ATP的水 解相联系。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 2.基于对细胞呼吸类型及过程的理解,判断下列表述是否正确。 (1)有氧呼吸时,生成物水中的氢只来自线粒体中丙酮酸的分解。( ) (2)有氧呼
7、吸第二、三阶段都能产生大量ATP。( ) (3)有氧呼吸产生的H在线粒体基质中与氧结合生成水。( ) (4)有氧呼吸产生的能量全部储存在ATP中。( ) (5)细胞内葡萄糖分解成丙酮酸和H的反应,只发生在细胞有氧时。( ) (6)人体在剧烈运动时所需的能量由乳酸分解提供。( ) (7)无氧呼吸的终产物是丙酮酸。( ) (8)无氧呼吸不需要氧的参与,该过程最终有H的积累。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 教材拓展 (人教版必修1 P89“拓展应用”)在植物、动物、细菌和真菌的细胞内,都是 以ATP作为能量“货币”的,这说 明 。 生物界具有统一性,也反
8、映种类繁多的生物有着共同的起源 核心考点核心考点 能力提升能力提升 考点一考点一 ATP在能量代谢中的作用在能量代谢中的作用 合作探究合作探究 探究1ATP生理作用与其结构特点相适应 dATP(腺嘌呤脱氧核苷三磷酸,d表示脱氧)是DNA生物合成的原料之一,由 于没有其他供能物质加入,可以看作dATP为这一过程供能。参照dATP分 子的构成分析下列问题。 提示 1分子脱氧核糖、3分子磷酸和1分子腺嘌呤。 (2)dATP能够为DNA生物合成提供能量的原因可能是什么? 提示 dATP含有的特殊的化学键不稳定,末端磷酸基团具有较高的转移势 能,当dATP水解时,脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结
9、合,为 DNA生物合成提供能量。 (1)1分子dATP的彻底水解产物是什么? 探究2ATP与ADP间的相互转化及ATP为主动运输供能的机制 (教材链接:人教版必修1 P88图5-7、P89楷体字)下图为ATP为主动运输供 能的机制示意图,请据图回答下列问题。 (1)ATP所含能量可能来自哪些生理过程?列举三项利用ATP释放的能量的 生理过程。 提示 合成ATP的能量来自呼吸作用或光合作用;ATP水解释放的能量,来 自ATP的化学能,并用于生命活动。例略。 (2)萤火虫腹部的发光器由部分组织细胞构成,离体的发光器会逐渐失去发 光能力。将发光器研磨液分为两组,分别滴加等体积的ATP溶液和葡萄糖 溶
10、液后,ATP组立即重新出现荧光,葡萄糖组重新出现荧光的时间滞后。该 实验结果说明了什么问题? 提示 ATP是萤火虫发光器发光的直接能源物质,葡萄糖不是萤火虫发光 器发光的直接能源物质,但是葡萄糖中的化学能可以先转化为ATP中的化 学能,再转化为发光的光能。 考向突破考向突破 考向1 ATP的结构和功能 1.(2020广东深圳调研改编)(多选)如图是细胞中某种小分子化合物的结构 模式图,代表化学键,和代表化学基团,已知该化合物可直接为肌 肉收缩供能。下列有关说法正确的是( ) A.中储存有大量的化学能,水解时可为吸能反应提供能量 B.代表的化学基团是H,是一种含氮的碱基 C.该化合物可以在人体内
11、成熟的红细胞中提取到 D.细胞中需要能量的生命活动都是由该物质直接 提供能量的 答案 AC 解析 图中为特殊的化学键,储存有大量的化学能,容易断裂,为吸能 反应提供能量,A项正确;代表的化学基团是OH,是含氮碱基腺嘌 呤,B项错误;人体成熟红细胞中没有线粒体,但可在细胞质基质中通过无氧 呼吸产生ATP,C项正确;细胞中绝大多数需要能量的生命活动是由ATP直 接提供能量的,除ATP外直接能源物质还有GTP等高能化合物,D项错误。 2.(2020山东滨州三模)物质甲、乙通过反应相互转化的反应如图所 示,、所示位置的磷酸基团分别记为P、P、P。下列说法正确的是 ( ) A.反应常与放能反应相联系,反
12、应常与吸能反应相联系 B.反应可以发生在线粒体内膜、叶绿体内膜上 C.通过PCR反应扩增DNA时,物质甲可为反应提供能量 D.用32P标记P的甲作为RNA合成的原料,可使RNA分子被标记 答案 D 解析 反应为ATP的水解,一般与吸能反应相联系,反应为ATP的合成, 一般与放能反应相联系,A项错误;反应为ATP的合成,ATP在有氧呼吸的 第三阶段可以在线粒体内膜上合成,而在叶绿体内膜上不合成,B项错 误;PCR扩增目的基因时,不需要ATP来供能,C项错误;RNA的基本单位为核 糖核苷酸,位的磷酸基团参与构成核糖核苷酸,用32P标记P的甲作为RNA 合成的原料,可使RNA分子被标记,D项正确。
13、易混辨析ATP、DNA、RNA、核苷酸等化合物中“A”的含义与组成 化合物 结 构 “A”的名称 “A”的分子组成 ATP 腺苷 腺嘌呤和核糖 DNA 腺 嘌 呤 脱 氧核苷酸 1分子腺嘌呤、1分子脱氧核糖和1 分子磷酸 RNA 腺 嘌 呤 核 糖核苷酸 1分子腺嘌呤、1分子核糖和1分子 磷酸 核苷酸 腺嘌呤 考向2 ATP与ADP的相互转化及ATP的利用 3.(2020天津实验中学一模)如图是生物界中能量“货币”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食物中的有机物产能 C.图中不同来源的ATP均可用于
14、胞吞和胞吐 D.ATP的“充电”需要酶的催化,而“放能”不需要 答案 B 解析 图中的M指的是腺嘌呤,N指的是核糖,A项错误;食物为ATP“充电”指 的是通过呼吸作用分解有机物产生能量并储存在ATP中,B项正确;光合作 用光反应产生的ATP用于暗反应,不能用于胞吞和胞吐,C项错误;ATP的“充 电”需要酶的催化,而“放能”同样需要酶的催化,D项错误。 题后反思多角度理解ATP的合成与水解 4.(2020山东淄博二模)(多选)下图示意ATP为主动运输供能的过程。参与 Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2+与 其相应位点结合时,其酶活性就被激活。相关叙述正确的是(
15、 ) A.载体蛋白的基本组成元素为C、H、O、N B.载体蛋白运输Ca2+的过程与磷酸基团密切相关 C.载体蛋白运输Ca2+时其空间结构发生了改变 D.加入蛋白质变性剂会提高Ca2+跨膜运输的速率 答案 ABC 解析 载体蛋白是一种蛋白质,其基本组成元素是C、H、O、N,A项正 确;ATP水解释放的磷酸基团使载体蛋白磷酸化,所以载体蛋白运输Ca2+的 过程与磷酸基团密切相关,B项正确;ATP水解释放的磷酸基团使载体蛋白 磷酸化,从而使其空间结构发生变化,C项正确;加入蛋白质变性剂会降低 Ca2+跨膜运输的速率,D项错误。 考点二考点二 细胞呼吸的类型及过程细胞呼吸的类型及过程 合作探究合作探究
16、 探究细胞呼吸类型及其过程的分析 (教材链接:人教版必修1 P96概念检测)为探究酵母菌的细胞呼吸,将酵母菌 破碎并进行差速离心处理,得到细胞质基质和线粒体,与酵母菌分别装入 AF试管中,加入不同的物质,进行了如下实验(见下表)。 加入的 物质 试管编号 细胞质基质 线粒体 酵母菌 A B C D E F 葡萄糖 - + - + + + 丙酮酸 + - + - - - 氧气 + - + - + - 注:“+”表示加入了适量的相关物质,“-”表示未加入相关物质。 (1)会产生CO2和H2O的试管有 ,会产生酒精的试管有 (均 填试管编号)。 (2)若要探究酵母菌进行无氧呼吸的场所,需要对哪几组的
17、实验结果进行分 析? C、E B、F 提示 B、D、F。 (3)在细胞有氧呼吸过程中,2,4-二硝基苯酚(DNP)能抑制ATP合成过程,但 对水的生成没有影响。据此预测DNP发挥作用的部位。 提示 在细胞有氧呼吸过程中,H与O2结合生成水,并释放大量能量的过 程发生在线粒体内膜上,故DNP使分布在线粒体内膜上的酶无法合成ATP。 整合提升有氧呼吸和无氧呼吸的比较 考向突破考向突破 考向1 细胞呼吸的过程 1.(2020山东一模)线粒体中的H与氧气结合的过程需要细胞色素c的参与。 细胞接受凋亡信号后,线粒体中的细胞色素c可转移到细胞质基质中,并与 Apaf-1蛋白结合引起细胞凋亡。下列说法错误的
18、是( ) A.有氧呼吸过程产生H的场所为细胞质基质和线粒体基质 B.细胞色素c参与有氧呼吸第三阶段的反应 C.细胞色素c功能丧失的细胞将无法合成ATP D.若细胞中Apaf-1蛋白功能丧失,细胞色素c将不会引起该细胞凋亡 答案 C 解析 有氧呼吸第一、二阶段均可产生H,场所分别为细胞质基质和线粒 体基质,A项正确;细胞色素c参与H与氧气的结合过程,该过程属于有氧呼 吸第三阶段,B项正确;细胞色素c功能丧失影响有氧呼吸第三阶段,但有氧 呼吸第一、二阶段也产生ATP,C项错误;由题意可知,细胞色素c可以与 Apaf-1蛋白结合引起细胞凋亡,若Apaf-1蛋白功能丧失,其不能与细胞色素c 结合,则无
19、法引起细胞凋亡,D项正确。 易错警示关于细胞呼吸的五个易错点 (1)线粒体是进行有氧呼吸的主要场所,一些原核生物无线粒体,也能进行 有氧呼吸。 (2)无线粒体的真核生物(或细胞)只能进行无氧呼吸,如哺乳动物成熟的红 细胞等。 (3)细胞呼吸释放的能量,大部分以热能的形式散失,少部分以化学能的形 式储存在ATP中。 (4)人体内产生的CO2只是有氧呼吸产生的,人体无氧呼吸的产物是乳酸。 (5)以脂肪为底物进行有氧呼吸时消耗O2的量与产生CO2的量不相等。脂 肪与葡萄糖相比,含H量高,因此有氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量。 2.(2020山东)癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼
20、吸产 生ATP,这种现象称为“瓦堡效应”。下列说法错误的是( ) A.“瓦堡效应”导致癌细胞需要大量吸收葡萄糖 B.癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATP C.癌细胞呼吸作用过程中丙酮酸主要在细胞质基质中被利用 D.消耗等量的葡萄糖,癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少 答案 B 解析 由于以葡萄糖为底物进行无氧呼吸时只能释放少量的能量,故“瓦堡 效应”导致癌细胞需要吸收大量的葡萄糖来为生命活动供能,A项正确;无 氧呼吸只在第一阶段产生少量ATP,B项错误;由题干信息和分析可知,癌细 胞主要进行无氧呼吸,故丙酮酸主要在细胞质基质中被利用,C项正确;无氧 呼吸只在第一阶段产生少量的H
21、,而有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都 能产生H,故消耗等量的葡萄糖,癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细 胞少,D项正确。 考向2 细胞呼吸类型的判断与计算 3.下表是探究某环境因素对酵母菌细胞呼吸方式影响的实验结果,下列叙 述错误的是( ) 氧浓度/% a b c d 产生CO2量/mol 9 12.5 15 30 产生酒精量/mol 9 6.5 6 0 A.氧浓度为a时,酵母菌在细胞质基质中进行无氧呼吸 B.氧浓度为b时,酵母菌在线粒体中产生了6 mol的CO2 C.氧浓度为c时,酵母菌在线粒体内膜上消耗了9 mol的O2 D.氧浓度为d时,酵母菌在线粒体内氧化分解了5 mol的葡萄糖 答案
22、 D 解析 由题表可知,氧浓度为a时,产生的酒精量与CO2量相等,说明酵母菌只 进行无氧呼吸,无氧呼吸在细胞质基质中进行,A项正确;氧浓度为b时,产生 的酒精量小于CO2的量,说明酵母菌进行有氧呼吸和无氧呼吸,此时在线粒 体中产生了12.5-6.5=6(mol)的CO2,B项正确;氧浓度为c时,酵母菌有氧呼吸 产生了15-6=9(mol)的CO2,在线粒体内膜上消耗了9 mol的O2,C项正确;氧 浓度为d时,产生的酒精量为0,说明酵母菌只进行有氧呼吸,葡萄糖的分解 发生在细胞质基质中,D项错误。 拓展点拨(1)判断细胞呼吸方式的三大依据(以葡萄糖为底物) (2)有氧呼吸和无氧呼吸(产生酒精)的各物质间的关系比(以葡萄糖为呼吸 底物) 消耗等量的葡萄糖时,产生的CO2的物质的量之比,无氧呼吸有氧呼吸 =13。 产生等量的CO2时,消耗的葡萄糖的物质的量之比,无氧呼吸有氧呼吸 =31。
