高考生物一轮复习专题3.2ATP与细胞呼吸精讲（含解析）

这是一份高考生物一轮复习专题3.2ATP与细胞呼吸精讲（含解析），共12页。试卷主要包含了ATP在能量代谢中的作用，细胞呼吸，实验，65 kJ或225等内容，欢迎下载使用。
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30.54 kJ/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ATP＋H2O
ATP＋H2OADP＋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： 1 mol葡萄糖释放的能量中有1 161 kJ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：1 mol葡萄糖释放196.65 kJ(生成乳酸)或225.94 kJ(生成酒精)的能量，其中均有61.08 kJ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)应用
2．O2浓度
(1)原理：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。
(2)曲线模型(如下图)

①O2浓度低时，无氧呼吸占优势。
②随着O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强。
③当O2浓度达到一定值后，随着O2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)应用
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2 mL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0.5 mL 溶有0.1 g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
【答案】B
【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ATP
C．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
【答案】D
【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30.54 kJ/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ATP
D．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。
【方法技巧】“三看法”判断细胞呼吸的类型
1．一看反应物和产物
(1)消耗O2或产物中有H2O，一定进行了有氧呼吸。
(2)产物中有酒精或乳酸，一定进行了无氧呼吸。
2．二看物质的量的关系
(1)无CO2产生⇒只进行无氧呼吸，产生乳酸。
(2)不消耗O2，但产生CO2⇒只进行产生酒精的无氧呼吸。
(3)O2消耗量等于CO2释放量⇒只进行以葡萄糖为底物的有氧呼吸。
(4)CO2释放量大于O2吸收量⇒既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸，其关系如下：

3．三看反应场所
(1)真核
细胞
(2)原核细胞：原核细胞没有线粒体，故原核细胞的细胞呼吸在细胞质和细胞膜上进行，其呼吸方式应根据产物来判断。
【变式3】(2018·全国卷Ⅲ)下列关于生物体中细胞呼吸的叙述，错误的是(　　)
A．植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸
B．食物链上传递的能量有一部分通过细胞呼吸散失
C．有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是葡萄糖和乳酸
D．植物光合作用和呼吸作用过程中都可以合成ATP
【答案】C
【解析】植物的呼吸和光照无关，只和氧气的含量有关，A项正确；食物链上的营养级同化的能量有三个去向：呼吸散失、传递给下一个营养级(除了最高营养级)和被分解者分解利用，B项正确；有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是CO2和H2O、CO2和酒精，某些组织或器官是乳酸，C项错误；植物光合作用的光反应阶段和呼吸作用过程中都可以合成ATP，D项正确。
考点四 影响细胞呼吸的因素
【典例4】（2019全国卷III·4）若将n粒玉米种子置于黑暗中使其萌发，得到n株黄化苗。那么，与萌发前的这n粒干种子相比，这些黄化苗的有机物总量和呼吸强度表现为
A．有机物总量减少，呼吸强度增强
B．有机物总量增加，呼吸强度增强
C．有机物总量减少，呼吸强度减弱
D．有机物总量增加，呼吸强度减弱
【答案】A
【解析】根据题意分析，种子萌发时，吸水膨胀，种皮变软，呼吸作用逐渐增强，将储藏在子叶或胚乳中的营养物质逐步分解，转化为可以被细胞吸收利用的物质，所以种子萌发过程中，呼吸作用强度增加，而有机物因呼吸作用消耗而总量不断减少。综上所述，BCD不符合题意，A符合题意。故选A。
【变式4】（2019·江苏省丹阳高级中学模拟）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．50 h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
【答案】B
【解析】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；50 h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。
考点五 酵母菌呼吸的实验探究
【典例5】 (2018·天津高考)为探究酵母菌的呼吸方式，在连通CO2和O2传感器的100 mL锥形瓶中，加入40 mL活化酵母菌和60 mL葡萄糖培养液，密封后在最适温度下培养。培养液中的O2和CO2相对含量变化见下图。有关分析错误的是(　　)

A．t1→t2，酵母菌的有氧呼吸速率不断下降
B．t3时，培养液中葡萄糖的消耗速率比t1时快
C．若降低10 ℃培养，O2相对含量达到稳定所需时间会缩短
D．实验后的培养液滤液加入适量酸性重铬酸钾溶液后变成灰绿色
【答案】C
【解析】据图分析t1～t2时段，氧气的含量迅速下降，因此有氧呼吸速率不断下降，A项正确；酵母菌在进行有氧呼吸时可大量增殖，t1时刻氧气消耗量大，产生能量多，酵母菌增殖产生的后代数目多，t3时刻氧气含量少，酵母菌主要进行无氧呼吸，而在消耗葡萄糖量相等的情况下，有氧呼吸会比无氧呼吸产生更多的CO2，据图分析，t3时刻酵母菌产生CO2的速率与t1时刻几乎一致，则说明t3时刻葡萄糖消耗的速率比t1时刻快，B项正确；题中信息说明酵母菌在最适温度条件下进行培养，降低温度则酶的活性下降，氧气相对含量达到稳定所需时间延长，C项错误；实验中由于氧气含量的下降，酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，酸性重铬酸钾与酒精发生化学反应变成灰绿色，D项正确。
【变式5】（2019·成都实验外国语学校模拟）如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置。下列说法正确的是(　　)

A.两个装置均需要在黑暗条件下进行
B.在装置乙的Ⅲ中可检测到有酒精生成
C.装置乙中的Ⅱ应先封口放置一段时间，再与Ⅲ连接
D.装置甲中NaOH溶液的作用是吸收Ⅰ中的CO2
【答案】C
【解析】黑暗或光照对酵母菌的细胞呼吸没有影响，A错误；装置乙中的酵母菌通过无氧呼吸产生的CO2可通过导管进入Ⅲ中，但酵母菌通过无氧呼吸产生的酒精不能进入Ⅲ中，B错误；装置乙中的Ⅱ应先封口放置一段时间，再连通盛有澄清石灰水的Ⅲ，这样做是为了先让酵母菌将Ⅱ中的O2消耗完，确保其在实验过程中只进行无氧呼吸，C正确；装置甲中NaOH溶液的作用是使进入Ⅰ的空气先经过NaOH溶液的处理，排除空气中的CO2对实验结果的干扰，D错误。