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1、第9讲 ATP与细胞呼吸,1.解释ATP是驱动生命活动的直接能源物质。 2.说明生物通过细胞呼吸将储存在有机物中的能量转化为生命活动可以利用的能量。 3.活动:探究酵母菌的呼吸方式。,-3-,必备知识梳理,关键能力突破,ATP的结构和作用 1.ATP的结构 (1)ATP的元素组成: C、H、O、N、P 。 (2)ATP的化学组成:一分子 腺嘌呤 ,一分子 核糖 和三分子 磷酸基团 。 (3)ATP的结构简式: APPP 。 (4)ATP中的能量:主要储存在 高能磷酸键 中。,-4-,必备知识梳理,关键能力突破,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(A
2、) 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,-5-,必备知识梳理,关键能力突破,-6-,必备知识梳理,关键能力突破,3.ATP产生量与O2供给量之间的关系模型分析,-7-,必备知识梳理,关键能力突破,4.ATP的作用,教材拾遗(必修1第90页“思考与讨论”改编)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 有 (填“有”或“无”)道理,原因是 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 。,-8-,必备知识梳理,关键能力突破,凝练核心素养 1.生命观念通过分析ATP的
3、结构特点与其在细胞生命活动中的作用,建立起结构与功能相适应的观念;厘清ATP是生命活动的直接能源物质,建立起物质与能量观;说明ATP作为能量通货是生物界新陈代谢的特点之一,体现了生物界的统一性,建立起进化与适应观。 2.科学思维运用归纳与概括的方法,结合ATP的结构特点,了解吸能反应和放能反应与ATP的水解和合成之间的关系;运用模型与建模的方法,结合ATP与ADP的相互转化模型,认识ATP在细胞中作为能量“通货”的原因。,-9-,必备知识梳理,关键能力突破,(生命观念)ATP、DNA、RNA、核苷酸结构中“A”的含义。 (1)ATP结构中的A为 ,由腺嘌呤和核糖组成。 (2)DNA结构中的A为
4、 ,由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。 (3)RNA结构中的A为 ,由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成。 (4)核苷酸结构中的A为 。,答案 (1)腺苷 (2)腺嘌呤脱氧核苷酸 (3)腺嘌呤核糖核苷酸 (4)腺嘌呤,-10-,必备知识梳理,关键能力突破,考向1 ATP的结构和功能 1.(2018山西长治二中、沂州一中、临汾一中等五校一联)ATP是细胞内的能量“通货”,下列有关叙述不正确的是 ( ) A.ATP水解供能,实际上是指ATP分子中远离腺苷的高能磷酸键的水解 B.细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性 C.ATP分子是由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组
5、成 D.ATP是主动运输、肌肉收缩、大脑思考的直接能源物质,答案,解析,-11-,必备知识梳理,关键能力突破,规避ATP认识的4个误区 (1)ATP与ADP相互转化不可逆:ATP与ADP的相互转化,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,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。 (4)误认为ATP转化为ADP
6、不消耗水:ATP转化为ADP又称为“ATP的水解反应”,这一过程需ATP水解酶的催化,同时也需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。,-12-,必备知识梳理,关键能力突破,考向2 ATP与ADP的相互转化 2.(2018湖南永州一模)如图是生物界中能量“通货”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”指的是细胞呼吸分解有机物 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,答案,解析,-13-,必备知识梳理,关键能力突破,多角度理解ATP的合成与水解,-14-,必备
7、知识梳理,关键能力突破,细胞呼吸的类型及过程 1.细胞的有氧呼吸 (1)过程图解,-15-,必备知识梳理,关键能力突破,(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 2.无氧呼吸,-16-,必备知识梳理,关键能力突破,3.有氧呼吸和无氧呼吸的比较,-17-,必备知识梳理,关键能力突破,-18-,必备知识梳理,关键能力突破,凝练核心素养 1.生物观念分析线粒体的结构特点与其作为有氧呼吸的主要场所相适应的特点,建立起结构与功能相适应的观念;说明生物通过细胞呼吸将储存在有机物中的能量转化为生命活动可以利用的能量,建立起物质与能量观。 2.科学思维运用模型与建模的方法,建构有氧呼吸和无氧呼
8、吸的过程模型,理解二者的关系。 3.社会责任运用细胞呼吸原理,对生活和生产中的应用实例作出科学解释。,-19-,必备知识梳理,关键能力突破,(科学思维)(2012全国卷)将玉米种子置于25 、黑暗、水分适宜的条件下萌发,每天定时取相同数量的萌发种子,一半直接烘干称重,另一半切取胚乳烘干称重,计算每粒的平均干重,结果如图所示。若只考虑种子萌发所需的营养物质来源于胚乳,据图回答下列问题。,-20-,必备知识梳理,关键能力突破,(1)萌发过程中胚乳组织中的淀粉被水解成 ,再通过 作用为种子萌发提供能量。 (2)萌发过程中在 小时之间种子的呼吸速率最大,在该时间段内每粒种子呼吸消耗的平均干重为 mg。
9、 (3)萌发过程中胚乳的部分营养物质转化成幼苗的组成物质,其最大转化速率为 mg粒-1d-1。 (4)若保持实验条件不变,120小时后萌发种子的干重变化趋势是 ,原因是 。,答案 (1)葡萄糖 呼吸(或生物氧化) (2)7296 26.5 (3)22 (4)下降 幼苗呼吸作用消耗有机物,且不能进行光合作用,-21-,必备知识梳理,关键能力突破,解析 (1)玉米种子萌发过程中,淀粉先被水解为葡萄糖,再通过细胞呼吸作用为种子萌发提供能量。(2)由图可知,在7296小时之间种子的干重下降最快,说明该时间段内种子的呼吸速率最大,每粒种子呼吸消耗的平均干重为204.2-177.7=26.5(mg)。(3
10、)萌发过程中胚乳中的营养物质一部分用于细胞呼吸,一部分转化成幼苗的组成物质。由题图可知,在96120小时内,转化速率最大。在96120小时内,每粒种子中胚乳的干重减少27 mg(118.1-91.1),其中呼吸消耗5 mg(177.7-172.7),则转化成其他物质22 mg,即转化速率为22 mg粒-1d-1。(4)如果继续保持黑暗条件,玉米幼苗不能进行光合作用,细胞呼吸继续消耗有机物,干重继续下降。,-22-,必备知识梳理,关键能力突破,考向1 考查细胞呼吸过程分析 1.(2018北京师大附中期中)所有细胞都能进行细胞呼吸。下列关于细胞呼吸的叙述,正确的是( ) A.有氧呼吸和无氧呼吸都只
11、能氧化分解葡萄糖 B.人剧烈运动时骨骼肌能同时产生乳酸和CO2 C.糖类分解释放的能量大部分都储存到ATP中 D.细胞呼吸的产物CO2都在线粒体基质中产生,答案,解析,-23-,必备知识梳理,关键能力突破,关于细胞呼吸的场所与过程的易错警示 (1)线粒体是进行有氧呼吸的主要场所,但部分原核生物无线粒体,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,如蛔虫、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,无CO2。 (5)脂肪进行有氧呼
12、吸时消耗O2的量产生CO2的量。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。,-24-,必备知识梳理,关键能力突破,考向2 考查细胞呼吸类型的判断与计算 2.(2018湖南衡阳期末)下表是某种植物种子在甲、乙、丙三种不同的条件下萌发,测得的气体量的变化结果。下列说法正确的是( ) A.在甲条件下进行的是产生CO2和乳酸的无氧呼吸 B.在乙条件下消耗的葡萄糖中有氧呼吸比无氧呼吸多 C.在丙条件下有氧呼吸强度达到了最大值 D.在乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体,答案,解析,-25-,必备知识梳理,关键能力突破,1.判断细胞呼吸方式的三大依据,-26-,必备知识
13、梳理,关键能力突破,2.有氧呼吸和无氧呼吸(产生酒精)的有关计算 (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=13 (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=31,-27-,必备知识梳理,关键能力突破,影响细胞呼吸的环境因素及应用 1.影响细胞呼吸的外部因素分析,-28-,必备知识梳理,关键能力突破,-29-,必备知识梳理,关键能力突破,2.细胞呼吸原理的应用 (1)对有氧呼吸原理的应用 包扎伤口应选用透气的敷料,抑制破伤风杆菌的无氧呼吸。 提倡慢跑等有氧运动,使细胞进行 有氧呼吸 ,避免肌细胞产生大量 乳酸 。 稻田定期排水有利于根系
14、 有氧呼吸 ,防止幼根因缺氧变黑、腐烂。 利用淀粉、醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌可以生产食醋或味精。 (2)对无氧呼吸原理的应用 利用粮食通过 酵母菌 发酵可以生产各种酒。 破伤风芽孢杆菌可通过 无氧呼吸 进行大量繁殖,较深的伤口需及时清理、注射破伤风抗毒血清等。,-30-,必备知识梳理,关键能力突破,凝练核心素养 1.科学思维通过分析ATP的合成、利用过程及对细胞呼吸方式的判断,培养对问题进行推理,并做出合理判断的能力。 2.社会责任关注细胞呼吸原理在生产、生活中的应用,认识到细胞呼吸原理在实践中应用的广泛性。,-31-,必备知识梳理,关键能力突破,(生命观念、科学思维)以下甲、乙两图都表示某生
15、物种子的CO2释放量和O2吸收量的变化,请回答下列问题。,-32-,必备知识梳理,关键能力突破,(1)甲、乙两图中只进行无氧呼吸、只进行有氧呼吸及两种呼吸作用共存的对应点或段分别是什么?你的判断依据是什么? (2)两图中哪一点(或段)适合水果、蔬菜贮藏?请说出判断依据。 (3)人在剧烈运动和静息状态下CO2产生量与O2吸收量大小关系是否相同?CO2产生场所有无变化?为什么?,-33-,必备知识梳理,关键能力突破,答案 (1)只进行无氧呼吸:甲中a、乙中A点; 只进行有氧呼吸:甲中d、乙在C点之后(含C点); 两种呼吸共存:甲中b、c及乙中AC段(不含A、C点)。 判断依据为甲中a及乙中A点时无
16、O2消耗,应只进行无氧呼吸;甲中d及乙中C点后,O2吸收量与CO2释放量相等,应只进行有氧呼吸;甲中b、c及乙中AC段(不含A、C点)CO2释放量大于O2吸收量,故除有氧呼吸外,还应存在无氧呼吸。 (2)甲图中c、乙图中B点最适合水果、蔬菜贮存。因为此时CO2释放量最少,细胞呼吸消耗有机物最少。 (3)相同。无变化。因为人在无氧呼吸时不产生CO2,只有有氧呼吸时在线粒体基质中产生CO2。,-34-,必备知识梳理,关键能力突破,考向1 考查影响细胞呼吸的因素 1.(2018河北辛集月考)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,结果如图所示。下列叙述正确的是( ) A.20 h内,
17、果肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体 B.50 h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,解析,-35-,必备知识梳理,关键能力突破,影响细胞呼吸的内部因素分析,-36-,必备知识梳理,关键能力突破,考向2 考查细胞呼吸原理在生产上的应用 2.(2018广东深圳中学月考)蚕豆种子萌发过程中CO2释放速率和O2吸收速率的变化趋势如图所示。下列说法错误的是( ) A.种子在破土前干重一直在减小 B.48 h后细胞呼吸底物
18、不只是糖类 C.二氧化碳的产生场所为线粒体基质和细胞质基质 D.1224 h期间,细胞呼吸的主要方式为有氧呼吸,答案,解析,-37-,必备知识梳理,关键能力突破,种子萌发时细胞吸水和呼吸速率变化曲线解读 (1)在种子吸水的第阶段,由于(吸胀)吸水,呼吸速率上升。 (2)在种子吸水的第阶段,细胞呼吸产生的CO2要比O2的消耗量大得多,说明此期间主要进行无氧呼吸。 (3)在胚根长出后,由于胚根突破种皮,增加了O2的吸收量,种子以有氧呼吸为主,同时胚根大量吸水(渗透吸水)。,-38-,必备知识梳理,关键能力突破,探究酵母菌的呼吸方式 1.实验原理,-39-,必备知识梳理,关键能力突破,2.实验步骤
19、(1)配制酵母菌培养液(酵母菌+葡萄糖溶液)。 (2)检测CO2的产生,装置如下图所示。 (3)检测酒精的产生:自B、D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。,-40-,必备知识梳理,关键能力突破,3.实验现象 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, 产生酒精,还产生少量CO2 。,-41-,必备知识梳理,关键能力突破,凝练核心素养 科学探究通过探究酵母菌的呼吸方式,掌握探究实验的实验设计、方案实施以及对
20、结果的交流与讨论。,-42-,必备知识梳理,关键能力突破,(科学探究)为了探究酵母菌的细胞呼吸类型(假设呼吸底物只有葡萄糖),按装置1所示装配实验材料和用具,若想得到科学的实验结论,还必须设计装置2。下列相关叙述错误的是( ) A.装置2中甲是等量的酵母菌培养液,乙是与NaOH溶液等量的蒸馏水 B.若装置1和2中红色液滴的移动方向相反,则酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸 C.若装置1中红色液滴左移,则细胞质基质和线粒体基质都能产生H和ATP D.降低实验温度,装置中红色液滴移动变慢是由于酵母菌内相关化学反应的活化能降低,答案,解析,-43-,必备知识梳理,关键能力突破,1.如图为“探究酵母菌的
21、呼吸方式”的实验装置,有关叙述正确的是( ) A.该实验需设置有氧和无氧两种条件的对比实验,其中乙组作为对照组 B.若向b瓶和d瓶中加入酸性重铬酸钾溶液,则d瓶内的溶液会变黄 C.可根据溴麝香草酚蓝水溶液变黄的时间长短来检测CO2的产生速率 D.若c瓶和e瓶中溶液都变混浊,不能据此判断酵母菌的呼吸方式,答案,解析,-44-,必备知识梳理,关键能力突破,2.(2018江西抚州南城一中月考)如图中三个装置可用于研究萌发种子细胞呼吸的方式及其产物,下列有关分析不正确的是( ),A.甲装置可用于探究细胞呼吸是否产生热量 B.乙装置有色液滴向左移动,说明种子萌发只进行有氧呼吸 C.丙装置可用于探究萌发种
22、子的细胞呼吸是否产生CO2 D.三个装置中的种子都必须进行消毒处理,且都需要设置对照实验,答案,解析,-45-,必备知识梳理,关键能力突破,细胞呼吸速率的测定 (1)实验原理:组织细胞呼吸吸收O2,释放CO2,CO2被NaOH溶液吸收,使容器内气体压强减小,刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。装置乙为对照。 (2)实验装置,-46-,必备知识梳理,关键能力突破,(3)误差的校正 如果实验材料是绿色植物,整个装置应遮光处理,否则,植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。 如果实验材料是种子,为防止微生物细胞呼吸对实验结果的干扰,应对装置及所测种子进行消毒处理。 为减小气压、温
23、度等物理膨胀因素所引起的误差,应设置对照实验,将所测的生物材料灭活(如将种子煮熟),其他条件均不变。,-47-,1,2,3,4,1.下列关于叶肉细胞内ATP的描述,正确的是( ) A.ATP的结构决定了其在叶肉细胞中不能大量储存 B.光合作用产生的ATP可以为Mg2+进入叶肉细胞直接提供能量 C.ATP水解失掉两个磷酸基团后,可以作为逆转录的原料 D.葡萄糖分子在线粒体内彻底氧化分解,可以产生大量ATP,答案,解析,-48-,1,2,3,4,2.下列关于细胞呼吸的叙述错误的是( ) A.有氧呼吸和无氧呼吸共同的中间产物有丙酮酸 B.叶肉细胞中细胞呼吸产生的ATP不能用于光合作用的暗反应 C.无
24、氧呼吸释放少量能量,不彻底氧化产物中储存有能量未释放 D.人体长时间的剧烈运动中肌肉细胞产生CO2的量多于O2的消耗量,答案,解析,-49-,1,2,3,4,3.如图是酵母菌呼吸作用实验示意图,相关叙述正确的是 ( ) A.条件X下葡萄糖中能量的最终去向有两处:即ATP中的化学能、散失的热能 B.条件Y下,葡萄糖在线粒体中被分解,并产生CO2和水 C.试剂甲为溴麝香草酚蓝水溶液 D.物质a产生的场所为线粒体基质和细胞质基质,答案,解析,-50-,1,2,3,4,4.为探究Ca2+对淹水处理的辣椒幼苗根细胞呼吸的影响,研究人员进行了如下实验。 (一)材料用具:略。 (二)方法步骤:,-51-,1
25、,2,3,4,(三)实验结果:,-52-,1,2,3,4,(1)乙组步骤1的处理是 ;丙组步骤3的处理是 。 (2)已知,LDH催化丙酮酸转化为乳酸,ADH催化由丙酮酸转化来的乙醛还原为乙醇(即酒精)。据实验结果分析: 淹水导致辣椒幼苗根细胞无氧呼吸 (填“增强”或“减弱”),从而 (填“促进”或“抑制”)根的生长。 若分别制取三组辣椒幼苗根系提取液,并滴加溶有重铬酸钾的浓硫酸溶液,则三组中,丙组提取液颜色变为 色,且程度最 (填“深”或“浅”)。 淹水条件下,适当施用Ca2+可减少根细胞无氧呼吸产物 的积累,从而减轻其对根细胞的伤害。,答案 (1)清水浸辣椒种子 淹水条件下培养幼苗 (2)增
26、强 抑制 灰绿 深 乳酸和乙醛(只写乳酸也可),-53-,1,2,3,4,解析 (1)根据实验的对照原则和单一变量原则可判断,乙组步骤1的处理是清水浸辣椒种子;丙组步骤3的处理是淹水条件下培养幼苗。(2)淹水情况下氧气少,导致辣椒幼苗根细胞无氧呼吸增强,有害物质积累,从而抑制了辣椒幼苗根的生长。酒精遇溶有重铬酸钾的浓硫酸溶液会发生颜色反应。因LDH催化丙酮酸转化为乳酸,ADH催化由丙酮酸转化来的乙醛还原为乙醇(即酒精),分析图示中的曲线可知,丙组中ADH活性最高,生成的酒精也是最多的,故丙组提取液颜色变为灰绿色,且程度最深。分析题中三个坐标曲线图可得,当用CaCl2溶液浸辣椒种子、淹水条件下培养幼苗时,根系总长度较长,LDH活性较低,ADH活性较高,说明淹水条件下,适当施用Ca2+可减少根细胞无氧呼吸产物乳酸和乙醛的积累(乙醛的危害比乙醇更大),从而减轻其对根细胞的伤害。,