烤鸡翅的腌制方法-北林教务系统

第2节 ATP与细胞呼吸

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 kJmol，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
反应式
所需酶
能量来源
吸)
能量去路
反应场所
储存于高能磷酸键中
细胞质基质、线粒体、叶绿体
用于各项生命活动
生物体的需能部位
ATP的合成
酶
ADP＋Pi＋能量――→ATP＋H
2
O
ATP合成酶
光能(光合作用)、化学能(细胞呼
储存在高能磷酸键中的能量
ATP的水解
酶
ATP＋H
2
O――→ADP＋Pi＋能量
ATP水解酶
的功能与动、植物细胞代谢
1

(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

(2)过程
第一阶段
第二
实例：高等动物、马铃薯块茎、甜
阶段
乳酸发酵 丙酮酸→乳酸
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
葡萄糖→丙酮酸＋[H]＋少量能量
实例：植物、酵母菌等 酒精发酵 丙酮酸→酒精＋CO
2


4.细胞呼吸中[H]和ATP的来源与去向
项目
[H]
无氧呼吸：C
6
H
12
O
6

有氧呼吸：三个阶段都产生；
ATP
无氧呼吸：只在第一阶段产生
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。
作用的暗反应)
无氧呼吸：还原丙酮酸
用于几乎各项生命活动(除光合
来源
有氧呼吸：C
6
H
12
O
6
和H
2
O；
去向
有氧呼吸：与O
2
结合生成水；
3

(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)


水果、蔬菜零上低温

( 3)应用

白天：适当升温
种植大棚作物

夜间：适当降温

低温储存




粮食


< br>




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。
4

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．CO
2
浓度
(1)原理：CO
2
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CO
2
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)。



粮食：干燥储藏，降低呼吸消耗有机物
(3)应用


水果、蔬菜：一定的湿度



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)。
5

(2)检测CO
2
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
甲组(有氧)
乙组(无氧)
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CO
2
多而快，在无氧条件下进行细胞呼吸产生酒精和CO
2
。
【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CO
2
，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CO
2
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CO
2
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

澄清石灰水的变化出现变化的时间
变混浊快
变混浊慢
重铬酸钾—浓硫酸溶液
无变化
出现灰绿色

6

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；A TP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Mg的量无关
B．若不断提高温度，根细胞吸收H
2
PO
4
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NO
3
的吸收
-
-
2+
7

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Mg、H
2
PO
4
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 Mg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H
2
PO
4
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 kJmol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，AT P分解少时其合成也少，故ATP
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( )
ADP＋Pi总处
-
2+
2+--

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
8

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O
2
或产物中有H
2
O，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CO
2
产生⇒只进行无氧呼吸，产生乳酸。
(2)不消耗O
2
，但产生CO
2
⇒只进行产生酒精的无氧呼吸。
(3)O
2
消耗量等于CO
2
释放量⇒只进行以葡萄糖为底物的有氧 呼吸。
(4)CO
2
释放量大于O
2
吸收量⇒既进行有氧呼吸，又 进行无氧呼吸，其关系如下：


4
V
CO
大于
⇒无氧呼吸消耗葡萄糖的量大于有氧呼吸
3
V
O

4
小于

3
⇒有氧呼吸消耗葡萄糖的量大于无氧呼吸
2
2
4
等于
⇒有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的量相等
3


9

3．三看反应场所
(1)真核
只在细胞质基质中进行―→只进行无氧


细胞

呼吸


有线粒体参与―→一定进行了有氧呼吸


(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CO
2
和H
2
O、CO
2
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< br>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
10

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O
2
，密闭罐中CO
2
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O
2
，是由于此温度条件下酶的活性较高，有 氧呼吸已将O
2
消耗殆尽，
以后仅进行无氧呼吸，故密闭罐中CO
2
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CO
2
和O
2
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O
2
和CO
2
相对含量变化见下图。有关分析错误的是( )

A．
t
1
→
t
2
，酵母菌的有氧呼吸速率不断下降
B．
t
3
时，培养液中葡萄糖的消耗速率比
t
1
时 快
11

C．若降低10 ℃培养，O
2
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
t
1
～
t
2
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，
t
1
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，
t
3
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CO
2
，据图分析，
t
3
时刻酵母菌产生CO
2
的速率与
t
1
时刻几乎一致，则说明
t
3
时刻葡萄糖消耗 的速率比
t
1
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CO
2

【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
C O
2
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O
2
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CO
2
对实验结果的干扰，D错 误。


12

13