2020版《赢在微点》高考生物人教版一轮复习讲义：第三单元第02讲ATP与细胞呼吸


第02讲　ATP与细胞呼吸
最新考纲
高频考点
核心素养
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
1.ATP的结构及功能
2．有氧呼吸和无氧呼吸的场所和过程
3．细胞呼吸在生产中的应用
科学思维——分类与比较：比较有氧呼吸和无氧呼吸场所、过程的不同
生命观念——物质与能量观：ATP为生命活动直接提供能量；细胞呼吸是有机物氧化分解、释放能量的过程
科学探究——实验设计与实验结果分析：探究有氧和无氧条件下酵母菌的呼吸方式

考点一　ATP的结构及功能

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30.54kJ/mol，所以说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。
2．ATP和ADP的相互转化
(1)转化基础
ATP的化学性质不稳定，远离腺苷的高能磷酸键容易断裂和重建。
(2)ATP和ADP的相互转化过程比较


3．ATP的作用


(必修1 P90“思考与讨论”变式)如果把糖类和脂肪比作大额支票，ATP则相当于现金。这种比喻的道理是什么？
答案　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。
　诊断辨析
(1)ATP去掉两个磷酸基团后剩余的物质，可参与细胞内某些酶的合成。(√)
提示　ATP去掉两个磷酸基团后剩余物质是一个腺嘌呤核糖核苷酸，可参与某些RNA酶的合成。
(2)ATP是生命活动的直接能源物质，但它在细胞中的含量很少，ATP与ADP时刻不停地进行相互转化。(√)
(3)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应，而细胞内放能反应释放的所有能量都可以用于合成ATP。(×)
提示　例如C6H12O6彻底分解产生的能量，只有约40%用于合成ATP。
(4)ATP是所有生物体共同的唯一直接能源物质。(×)
提示　ATP是主要的直接能源物质，除它之外还有CTP、GTP等。
　热图解读
下列几种常见化合物的化学组成中，请写出“○”中所对应的含义。

提示　①一磷酸腺苷AMP，也表示腺嘌呤核糖核苷酸，②腺嘌呤，③DNA分子上的腺嘌呤脱氧核苷酸，④RNA分子上的腺嘌呤核糖核苷酸，⑤腺苷，⑥腺苷，⑦DNA分子上的腺嘌呤脱氧核苷酸，⑧转运RNA中的腺嘌呤。

考向一 ATP的结构及合成
1．(2019·上海青浦模拟)图甲为ATP的结构，图乙为ATP与ADP相互转化的关系式，下列说法正确的是(　　)

A．图甲中的五碳糖为脱氧核糖
B．图甲中A代表腺苷，b、c为高能磷酸键
C．图乙中反应向右进行时，图甲中c键断裂并释放能量
D．图乙中反应向左进行时，能量只能来自呼吸作用
解析　图甲为ATP，其中的A代表腺嘌呤，其中的五碳糖为核糖，b、c为高能磷酸键，A、B两项错误；图乙中反应向右进行时，表示ATP水解成ADP和Pi，远离A的高能磷酸键即图甲中的c键断裂并释放能量，C项正确；图乙中ADP转化为ATP的能量可来自光合作用吸收的光能或呼吸作用释放的有机物中的化学能，D项错误。
答案　C
2.如图为细胞内ATP与ADP相互转化的示意图，下列相关叙述不正确的是(　　)

A．过程①所需能量来自有机物分解时释放或叶绿体利用光能时转换
B．能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应间循环流通
C．活细胞中ATP与ADP相互转化速率会受到温度和pH的影响
D．吸能反应一般与①过程相联系，放能反应一般与②过程相联系
解析　吸能反应伴随着ATP的分解，即②过程，而放能反应伴随着ATP的合成，即①过程，D项错误。
答案　D
考向二 ATP的功能
3.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，后者能量可用于除暗反应之外的各项生命活动
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
解析　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。
答案　D

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。
考点二　细胞呼吸过程

1．探究酵母菌细胞呼吸的方式
(1)酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌为兼性厌氧型微生物，其细胞呼吸方式为有氧呼吸和产生酒精(填“酒精”或“乳酸”)的无氧呼吸。
(2)产物的检测
①装置图

注　a．图甲中空气先通过第一个锥形瓶溶液的目的是清除CO2。
b．图乙中B瓶先密封放置一段时间后，再连通盛澄清石灰水的锥形瓶的目的是耗尽氧气。
②产物检测与实验现象
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)
变浑浊/快
无变化
乙组(无氧)
变浑浊/慢
出现灰绿色
③若用溴麝香草酚蓝水溶液代替石灰水，则颜色变化是由蓝变绿再变黄。
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

走出误区　呼吸作用反应式中“能量”的含义
细胞呼吸反应式为C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量，或C6H12O62乳酸＋能量或C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量，上述反应式中的“能量”不可用“ATP”取代，因为这些能量实为“热能＋ATP中的化学能”，而且相对于ATP中储存的能量而言“热能”应更多。
　诊断辨析
(1)有氧呼吸时，生成物H2O中的氢只来自线粒体中丙酮酸的分解。(×)
(2)人体在剧烈运动时所需的能量由乳酸分解提供。(×)
(3)呼吸作用分解葡萄糖所释放的能量，在有氧呼吸中有两个去向，在无氧呼吸中有三个去向。(×)
提示　无氧呼吸中乳酸或酒精中含有的能量，是葡萄糖分解过程中没有释放出来的能量。
(4)人体剧烈运动时，呼出大量CO2，比吸入的O2量多，原因是无氧呼吸产生了CO2。(×)
(5)无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累。(×)
(6)探究酵母菌呼吸方式的实验没有设置对照实验，是因为无需对照组也能得出正确结果。(×)
提示　本实验为对比实验，其特点是设置两个(或多个)实验组，通过各组之间结果的比较分析，最后推出所要探究的问题答案。

【真题考情】　(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
教材命题
本题以教材P93～P95细胞呼吸为考点，重点考查呼吸作用类型、呼吸过程中物质与能量的变化等，考查范围不仅局限于细胞内，还涉及生态系统中的能量流动，体现了对“物质与能量观”这一基本的生命观念的考查
微解导思　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。
答案　C
考向一 酵母菌呼吸的实验探究
1．(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
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。
答案　C
考向二 有氧呼吸和无氧呼吸过程分
2.(2019·衡水中学一调)下图表示酵母菌呼吸过程中葡萄糖分解的两个途径，有关叙述正确的是(　　)

A．酶2发挥作用的部位是细胞质基质和线粒体
B．消耗等量的葡萄糖释放的能量中，能量2最多
C．消耗等量的葡萄糖经酶3途径产生的CO2较多
D．酒精是酵母菌的代谢产物，可经主动运输方式运出细胞
解析　酶1催化葡萄糖形成丙酮酸，发挥作用的场所是细胞质基质，酶2催化有氧呼吸的第二阶段和第三阶段，发挥作用的场所是线粒体，A项错误；消耗等量的葡萄糖，有氧呼吸释放出的能量2最多，B项正确；酶3催化的是产生酒精的无氧呼吸，消耗等量的葡萄糖，产酒精的无氧呼吸产生的二氧化碳比有氧呼吸少，C项错误；酒精是脂溶性物质，通过自由扩散运出细胞，D项错误。
答案　B
3．图甲是细胞呼吸示意图，图乙是某细胞器结构示意图。下列说法正确的是(　　)

A．①②④阶段均产生少量能量
B．水参与第④阶段的反应，该反应发生在图乙中的b处
C．人体细胞分解等量的葡萄糖，③阶段释放CO2的量是④阶段的1/3
D．①⑤分别发生在乙图中的a、c处
解析　①阶段为有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段，②③阶段为无氧呼吸的第二阶段，④阶段为有氧呼吸的第二阶段，②③阶段无能量的释放，①④阶段有少量能量的释放；水参与有氧呼吸第二阶段，即图甲中④阶段，该过程发生的场所为线粒体基质，即b处；人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸；①阶段发生的场所为细胞质基质，⑤过程发生的场所为线粒体内膜。
答案　B
4．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。下列相关叙述错误的是(　　)

A．氧浓度为a时，有氧呼吸最弱
B．氧浓度为b时，有氧呼吸消耗葡萄糖的量是无氧呼吸的1/5
C．氧浓度为c时，适于贮藏该植物器官
D．氧浓度为d时，有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等
解析　由题图可以看出，当氧浓度为a时，只有CO2释放量，说明此时只进行无氧呼吸，A项正确；氧浓度为b时，CO2释放量＝8，O2吸收量＝3，所以无氧呼吸释放CO2的量＝8－3＝5，消耗葡萄糖的量＝2.5，有氧呼吸释放CO2的量＝3，消耗葡萄糖的量＝0.5，B项正确；氧浓度为c时，呼吸作用最弱，适于贮藏该植物器官，C项正确；当氧浓度为d时，CO2释放量＝O2吸收量，说明只进行有氧呼吸，D项错误。
答案　D


“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：

“最简反应式调平法”在实际比例计算中的应用：
例：当＝6∶1时，计算无氧呼吸与有氧呼吸所消耗的C6H12O6的比例。
首先把呼吸反应式最简化得到：

即得到此时两种呼吸所消耗的C6H12O6比例为15∶1(也可采用反应式2两侧都乘以方法计算)。
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。
考点三　影响细胞呼吸的因素

1.探究温度对细胞呼吸的影响

(1)模型解读：温度通过影响与细胞呼吸有关酶的活性来影响呼吸速率。
①最适温度时，细胞呼吸最强。
②超过最适温度时，呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受到抑制。
③低于最适温度呼吸酶活性下降，细胞呼吸受到抑制。
(2)应用：①低温下贮存蔬菜水果。
②温室栽培中增大昼夜温差(降低夜间温度)，以减少夜间呼吸消耗有机物。
2．探究氧气对细胞呼吸的影响

(1)模型解读：O2是有氧呼吸所必需的，对厌氧型生物而言，O2对其无氧呼吸有抑制作用。
①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。
②0