2022届高考生物一轮复习第3单元细胞的代谢第8讲第1课时ATP细胞呼吸的类型及过程学案新人教版

第8讲　ATP与细胞呼吸

素养导读

第1课时　ATP　细胞呼吸的类型及过程

必备知识固本夯基　

一、ATP在能量代谢中的作用

1.ATP的结构和功能

(1)分子结构

(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)ATP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。

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。 

(2)ATP和ADP的相互转化过程比较

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

(2)ATP为主动运输供能的机制

①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。 

②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　　　　: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。 

二、细胞呼吸的类型及过程

1.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(以葡萄糖为底物)。

2.无氧呼吸

3.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。 

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。(　　)

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。(　　)

教材拓展

(人教版必修1P89“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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

核心考点能力提升　

考点一　ATP在能量代谢中的作用

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。

(1)1分子dATP的彻底水解产物是什么?

(2)dATP能够为DNA生物合成提供能量的原因可能是什么?

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1P88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。

(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?

考向突破

考向1　ATP的结构和功能

1.(2021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,①~③代表化学键,④和⑤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.①②中储存有大量的化学能,①水解时可为吸能反应提供能量

B.④代表的化学基团是—H,⑤是一种含氮的碱基

C.该化合物可以在人体内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

2.(2020山东滨州三模)物质甲、乙通过反应①②相互转化的反应如图所示,α、β、γ所示位置的磷酸基团分别记为Pα、Pβ、Pγ。下列说法正确的是(　　)

A.反应①常与放能反应相联系,反应②常与吸能反应相联系

B.反应②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Pα的甲作为RNA合成的原料,可使RNA分子被标记

易混辨析ATP、DNA、RNA、核苷酸等化合物中“A”的含义与组成

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均可用于胞吞和胞吐

D.ATP的“充电”需要酶的催化,而“放能”不需要

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(　　)

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

考点二　细胞呼吸的类型及过程

合作探究

探究细胞呼吸类型及其过程的分析

(教材链接:人教版必修1P96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A~F试管中,加入不同的物质,进行了如下实验(见下表)。

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,需要对哪几组的实验结果进行分析?

(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。

整合提升有氧呼吸和无氧呼吸的比较

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

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

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(　　)

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

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)

①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=1∶3。

②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=3∶1。

第8讲　ATP与细胞呼吸

第1课时　ATP　细胞呼吸的

类型及过程

必备知识·固本夯基

一、1.(1)C、H、O、N、P　腺苷三磷酸　A—P~P~P　腺苷　磷酸基团　一种特殊的化学键　(2)高能磷酸化合物　(3)直接能源物质

2.(1)末端磷酸基团　ADP和Pi　(2)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

3.(1)主动运输　吸能　(2)磷酸化　空间结构　激活　磷酸化　空间结构改变

二、1.(1)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)

2.细胞质基质　乳酸　酒精和CO2　2C2H5OH+2CO2

3.(1)能量　ATP　(2)枢纽　蛋白质、糖类和脂质

【概念检测】

1.(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×

2.(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×

【教材拓展】

提示生物界具有统一性,也反映种类繁多的生物有着共同的起源

核心考点·能力提升

考点一

【合作探究】

探究1

(1)提示1分子脱氧核糖、3分子磷酸和1分子腺嘌呤。

(2)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合,为DNA生物合成提供能量。

探究2

(1)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)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】

1.AC　图中①②为特殊的化学键,储存有大量的化学能,①容易断裂,为吸能反应提供能量,A项正确;④代表的化学基团是—OH,⑤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.D　反应①为ATP的水解,一般与吸能反应相联系,反应②为ATP的合成,一般与放能反应相联系,A项错误;反应②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,α位的磷酸基团参与构成核糖核苷酸,用32P标记Pα的甲作为RNA合成的原料,可使RNA分子被标记,D项正确。

3.B　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。

4.ABC　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

【合作探究】

探究

(1)提示C、E　B、F　

(2)提示B、D、F。

(3)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。

【考向突破】

1.C　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,则无法引起细胞凋亡,D项正确。

2.B　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],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。

3.D　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9mol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。