2014届高三人教版生物一轮复习教学案：3.10ATP、细胞呼吸

第 10 讲 细胞的能量 通货 ATPATP 的主要来源 细胞呼吸 考纲要求 1 ATP 在能量代谢中的作用 2 细胞呼吸 3 实验 探究酵母菌的呼吸 方式 一 细胞的能量 通货 ATP 1 写出 ATP 的结构简式和简式中 A P 所代表的含义 1 结构简式 A P P P 2 A 腺苷 P 磷酸基团 2 图中 是高能磷酸键 其中远离 A 的高能磷酸键易形成和断裂 3 图中 为高能磷酸键水解释放能量的过程 其作用是为各项生命活动提供能量 4 写出 ATP 与 ADP 相互转化的反应式 ATPADP Pi 能量 酶1 酶2 5 ATP 的来源 1 动物和人 呼吸作用 2 绿色植物 呼吸作用和光合作用 判一判 1 ATP ADP 叶绿体 线粒体 核糖体等物质和结构中一定含核糖 而酶中一定不含 核糖 提示 只要有 RNA 的地方就有核糖 有少数酶的化学本质为 RNA 2 根尖分生区产生 ATP 的细胞结构只有线粒体 提示 还有细胞质基质 3 叶绿体产生 ATP 必需有光 线粒体产生 ATP 必需有氧 4 有光条件下只有叶绿体能产生 ATP 有氧条件下只有线粒体能产生 ATP 二 细胞呼吸的方式 1 有氧呼吸 1 过程 2 反应式 C6H12O6 6H2O 6O26CO2 12H2O 能量 酶 2 无氧呼吸 1 场所 细胞质基质 2 条件 无氧和多种酶 3 生成物 酒精和二氧化碳或乳酸 4 反应式 产物为酒精 C6H12O62C2H5OH 2CO2 少量能量 酶 产物为乳酸 C6H12O62C3H6O3 少量能量 酶 判一判 1 无氧呼吸是不需氧的呼吸 因而其底物分解不属于氧化反应 提示 无氧呼吸也是呼吸作用 其本质也是氧化分解释放能量 2 水果贮藏在完全无氧的环境中 可将损失减小到最低程度 提示 低氧环境中消耗有机物最少 并不是完全无氧环境下 3 有氧呼吸的酶存在于细胞质基质 线粒体内膜 线粒体基质中 提示 有氧呼吸包括三个阶段 分别在细胞质基质和线粒体两个场所中进行 4 人体剧烈运动时 CO2 O2 1 即 CO2 既可在线粒体又可在细胞质基质中产生 提 示 人体无氧呼吸产生乳酸 无 CO2 产生 即 CO2 只能通过有氧呼吸在线粒体中产生 故 CO2 O2 1 5 无氧呼吸对生物体都有害 6 有水产生的细胞呼吸一定是有氧呼吸 考点一 ATP 的结构与作用 1 完善 ATP 的结构图示 1 由结构图示可知组成元素有 C H O N P 2 由结构图示可看出 ATP 的结构特点可概括为 一 二 三 即一个腺苷 两个高能磷 酸键 三个磷酸基团 2 ATP 的形成途径 3 ATP 与 ADP 的相互转化 易错警示 对 ATP 和 ADP 之间的相互转化是不可逆反应的分析 1 反应条件不同 ATP 分解是一种水解反应 催化该反应的酶属于水解酶 而 ATP 合成 是一种合成反应 催化该反应的酶属于合成酶 2 能量来源不同 ATP 水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能 供代谢消耗 这 个能量不能再反过来用于合成 ATP 而合成 ATP 的能量主要有化学能和太阳能 3 反应场所不同 ATP 合成的场所是细胞质基质 线粒体和叶绿体 而 ATP 分解的场所 较多 凡是生命活动需要能量的地方都有 ATP 的分解 1 某同学对细胞内的葡萄糖 脂肪 ATP 进行了如下总结 你认为不合理的是 A 葡萄糖是生命的燃料 B ATP 分子中含有的化学能比葡萄糖的多 C 脂肪的氧化分解能生成 ATP 脂肪的合成需消耗 ATP D ATP 在细胞内含量很少 但细胞内 ATP 和 ADP 之间的转化很迅速 答案 B 解析 葡萄糖是细胞呼吸最常利用的物质 有生命的燃料之称 1 mol 葡萄糖彻底氧化分 解释放的能量为 2 870 kJ ATP 中高能磷酸键水解时释放的能量多达 30 54 kJ mol 故 1 mol ATP 分子含有的化学能小于 30 54 3 91 62 kJ 脂肪作为主要储能物质 氧化分解释 放的能量 部分用于合成 ATP 部分以热能的形式散失掉 脂肪属于生物大分子 在合成 时需消耗 ATP 细胞内 ATP 和 ADP 之间的转化很迅速 保证了细胞持续的能量供应 2 下列有关 ATP 的叙述 不正确的是 A 人体成熟的红细胞在 O2 充足时也只能通过无氧呼吸产生 ATP B 在平静和剧烈运动状态 细胞内 ATP 的含量都能保持动态平衡 C ATP 是生命活动的直接能源物质 其中两个高能磷酸键都易断裂 易形成 D ATP 中的 A 与构成 RNA 中的碱基 A 表示的不是同一种物质 答案 C 解析 ATP 是生命活动的直接能源物质 ATP 中有两个高能磷酸键 但只有远离 A 的那个 高能磷酸键易断裂 易形成 1 ATP 与 DNA RNA 核苷酸的联系 ATP 与 DNA RNA 核苷酸的结构中都含有 A 但在不同物质中表示的含义不同 如图 1 ATP 中的 A 为腺苷 由腺嘌呤和核糖组成 2 DNA 分子 中的 A 为腺嘌呤脱氧核苷酸 由一分子腺嘌呤 一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成 3 RNA 分子中的 A 为腺嘌呤核糖核苷酸 由一分子腺嘌呤 一分子核糖和一分子磷酸组成 4 核苷酸中的 A 为腺嘌呤 可见 它们的共同点是都含有腺嘌呤 2 生物体内的能源物质分类 分类内容 主要能源物质糖类 提供 70 左右的能量 直接能源物质ATP 最终能源太阳能 储能物质脂肪 淀粉 植物 糖原 动物 主要储能物质脂肪 一般不供能的能源物质蛋白质 考点二 分析比较有氧呼吸与无氧呼吸的过程 1 完善细胞呼吸的过程图解 2 在有氧呼吸总反应式中标出氧元素的来源和去路 3 比较有氧呼吸和无氧呼吸 项目有氧呼吸无氧呼吸 场 所 细胞质基质和线粒体细胞质基质 条 件 需 O2 酶不需 O2 需酶 产 物 CO2 H2O酒精和 CO2 或乳酸 能 量 大量少量 不 同 点 特 点 有机物彻底分解 能量完全释放 有机物没有彻底分解 能量没有完全释 放 联 系 葡萄糖分解为丙酮酸阶段完全相同 实 质 分解有机物 释放能量 合成 ATP 相 同 点 意 义 为生物体的各项生命活动提供能量 易错警示 有关细胞呼吸的 4 个易错点 1 有 H2O 生成的一定是有氧呼吸 有 CO2 生成 的一定不是乳酸发酵 2 不同生物无氧呼吸的产物不同 其直接原因在于催化反应的酶不 同 根本原因在于控制酶合成的基因不同 3 无氧呼吸只释放少量能量 其余能量储存在 分解不彻底的氧化产物 酒精或乳酸中 4 水稻等植物长期水淹后烂根的原因是无氧呼 吸产生的酒精对细胞有毒害作用 玉米种子烂胚的原因是无氧呼吸产生的乳酸对细胞有毒 害作用 3 将含酵母菌的葡萄糖溶液均分为 4 份 分别置于甲 乙 丙 丁四种条件下培养 测 得 CO2 和 O2 体积变化的相对值如图 下列叙述正确的是 A 甲条件下 细胞呼吸的产物除 CO2 外 还有乳酸 B 乙条件下 有氧呼吸比无氧呼吸消耗的葡萄糖多 C 丙条件下 细胞呼吸产生的 ATP 最少 D 丁条件下 产物中的 CO2 全部来自线粒体 答案 D 解析 据 O2 与 CO2 的比例Error 4 有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合培养液 当通入不同浓度的氧气时 其产生的酒精和 CO2 的量如下表所示 氧浓度 abcd 产生 CO2 的量30 mol9 mol12 5 mol15 mol 产生酒精的量0 mol9 mol6 5 mol6 mol 下列叙述错误的是 A 氧浓度为 a 时只进行有氧呼吸 B b 值对应的氧浓度为零 C 氧浓度为 c 时 经有氧呼吸产生的 CO2 为 6 mol D 氧浓度为 d 时 有 1 3 的葡萄糖用于酒精发酵 答案 D 解析 根据表格信息 结合有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可判断 在氧浓度为 a 时酵母菌 只进行有氧呼吸 b 时只进行无氧呼吸 c d 时既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸 氧浓度 为 d 时有氧呼吸产生 CO2 的量为 15 6 9 mol 消耗葡萄糖 1 5 mol 无氧呼吸产生 CO2 的量为 6 mol 消耗葡萄糖 3 mol 故有 2 3 的葡萄糖用于酒精发酵 细胞呼吸类型的判断 在以 C6H12O6 为呼吸底物的情况下 CO2 释放量和 O2 消耗量是判断细胞呼吸类型的重要 依据 总结如下 1 无 CO2 释放时 细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸 此种情况下 容器内气体体积不发 生变化 如马铃薯块茎的无氧呼吸 2 不消耗 O2 但产生 CO2 细胞只进行产生酒精的无氧呼吸 此种情况下容器内气体体 积增大 如酵母菌的无氧呼吸 3 当 CO2 释放量等于 O2 消耗量时 细胞只进行有氧呼吸 此种情况下 容器内气体体 积不变化 但若将 CO2 吸收 可引起气体体积减小 4 当 CO2 释放量大于 O2 消耗量时 细胞同时进行产生酒精的无氧呼吸和有氧呼吸 如 酵母菌在不同 O2 浓度下的细胞呼吸 此种情况下 判断哪种呼吸方式占优势 可分析如 下 1 若 有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等 VCO2 VO2 4 3 2 若 无氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于有氧呼吸 无氧呼吸占优势 VCO2 VO2 4 3 3 若 有氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于无氧呼吸 有氧呼吸占优势 VCO2 VO2 4 3 考点三 聚焦细胞呼吸的环境因素及应用 1 温度 1 曲线模型 如右图 2 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 最适温度时 细胞呼吸最强 超过最适温度时 呼吸酶活性降低 甚至变性失活 细胞呼吸 受抑制 低于最适温度呼吸酶活性下降 细胞呼吸受抑制 3 应用 低温下贮存蔬菜水果 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 O2 浓度 1 曲线模型 如右图 2 模型解读 O2 浓度低时 无氧呼吸占优势 随 O2 浓度增大 无氧呼吸逐渐被抑制 有氧呼吸不断加 强 当 O2 浓度达到一定值后 随 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 贮藏水果 蔬菜 种子时 降低 O2 浓度 以减少有机物消耗 但不能无 O2 否 则产生酒精过多 导致腐烂 3 含水量 1 曲线模型 如右图 2 模型解读 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 当含水量过多时 呼吸速 率减慢 甚至死亡 3 应用 作物栽培中 合理灌溉 4 CO2 浓度 1 曲线模型 如右图 2 模型解读 CO2 是细胞呼吸的产物 对细胞呼吸具有抑制作 用 3 应用 在蔬菜 水果保鲜中 增加 CO2 浓度 或充入 N2 可抑 制细胞呼吸 减少有机物的消耗 易错警示 细胞呼吸原理在生产生活中的 6 点应用举例 1 创可贴 包扎伤口 为伤口创造疏松透气的环境 从而防止厌氧菌繁殖 2 工业发酵罐 酿酒 先通气让酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖 后密封让酵母菌进行无氧呼吸产生酒精 3 稻田需要定期排水 促进根细胞有氧呼吸 防止无氧呼吸产生的酒精毒害细胞 4 作物 栽培需中耕松土 防止土壤板结 促进根细胞有氧呼吸 保证能量供应 促进矿质元素的 吸收 5 粮食种子保存 零上低温 低氧 干燥 果蔬贮藏 零上低温 低氧 中等湿度 6 提倡慢跑 防止无氧呼吸产生乳酸使肌肉酸胀 5 如图表示光照 贮藏温度对番茄果实呼吸强度变化的影响 下列有关叙述中 不正确 的是 A 番茄果实细胞产生 CO2 的场所是线粒体和细胞质基质 B 光照对番茄果实呼吸的抑制作用 8 时比 15 时更强 C 低温 黑暗条件下更有利于贮存番茄果实 D 贮藏温度下降时果实呼吸减弱 可能与细胞内酶活性降低有关 答案 C 解析 番茄果实细胞有氧呼吸和无氧呼吸均可产生二氧化碳 有氧呼吸第二阶段在线粒体 中产生二氧化碳 无氧呼吸在细胞质基质中产生二氧化碳 A 项正确 计算 8 时光照条 件下呼吸强度比黑暗条件下呼吸强度的减少量占黑暗条件下呼吸强度的百分比 与 15 光 照条件下呼吸强度比黑暗条件下呼吸强度的减少量占黑暗条件下呼吸强度的百分比 进行 比较可知 B 项正确 图示信息表明 光照条件下细胞呼吸比黑暗条件下细胞呼吸弱 所 以光照条件下更有利于果实的贮存 C 项错误 温度降低会使与呼吸作用有关的酶的活性 降低 细胞呼吸减弱 D 项正确 技法提炼 蔬菜 水果与种子储藏条件的区别 蔬菜和水果应放置在零上低温 湿度适中 低氧的条件下 而种子应储藏在零上低温 干 燥 低氧条件下 其目的都是降低呼吸作用 减少有机物的消耗 但由于水果和蔬菜本身 的特点需要一定的湿度才能保持新鲜度 故造成它们在储藏条件上的差异 实验八 探究酵母菌细胞呼吸的方式 1 实验原理 1 酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存 属于兼性厌氧菌 酵母菌进行有氧呼吸能产生 大量的 CO2 在进行无氧呼吸时能产生酒精和 CO2 2 CO2 可使澄清的石灰水变混浊 也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄 根据石灰 水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短 可以检测酵母菌培养液中 CO2 的 产生情况 3 橙色的重铬酸钾溶液 在酸性条件下可与乙醇发生化学反应 变成灰绿色 2 实验流程 思考 1 通入 A 瓶的空气中不能含有 CO2 的原因是什么 2 B 瓶应封口放置一段时间后再连通盛有澄清石灰水锥形瓶的原因是什么 提示 1 通入 A 瓶的空气中不能含有 CO2 以保证使第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊 完全是由酵母菌有氧呼吸产生的 CO2 所致 2 B 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 无氧呼吸产生的 6 不考虑大气压强 温度等变化的影响 从下面装置中挑选装置进行实验 探究某生物 的细胞呼吸方式 写出预期结果及结论 本题的实验目的是探究某生物的细胞呼吸方式 因此要设置两套细胞呼吸装置 两套细胞 呼吸装置中的单一变量是 NaOH 溶液与蒸馏水 其他所有项目应该一致 加蒸馏水的装置 内气压的变化是由 CO2 与 O2 共同决定的 因此选装置一和装置二 预期结果和结论分别是 1 若装置一着色液左移 装置二着色液不动 则表明该生物只进 行有氧呼吸 2 若装置一着色液不动 装置二着色液右移 则表明该生物只进行无氧呼吸 3 若装置一着色液左移 装置二着色液右移 则表明该生物同时进行有氧呼吸和无氧呼吸 1 有同学认为装置三也是必要的 你认为有必要吗 2 若实验时装置一和装置二中的着色液均左移 呼吸底物还只是葡萄糖吗 答案 1 没有必要 2 不只是葡萄糖 选用下面对照装置 可以根据红色液滴移动方向来探究细胞的呼吸类型 1 实验材料分析 1 装置一 二中试剂的作用 NaOH 溶液吸收 CO2 清水作为对照 2 在利用葡萄糖作为能源物质的条件下 有氧呼吸气体体积不变 无氧呼吸气体体积增加 2 实验结果分析 装置一装置二结果 红色液滴左移红色液滴不动只进行有氧呼吸 红色液滴不动红色液滴右移只进行无氧呼吸 红色液滴左移红色液滴右移既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸 序号错因分析正确答案序号错因分析正确答案 概念区分不清细胞质基质 对小麦种子无 氧呼吸的产物 分辨不清 酒精 没有根据图示作答过程 没有答到问题 的实质 在相关酶的作 用下尽可能的 将能量转移到 ATP 中 表述不到位 增大吸收 CO2 的面积 分不清 或 和 的含 义 有氧呼吸和无 氧呼吸 没有审清 因 物理因素引起 的气体体积变 化 将甲 乙两装 置中萌发的小 麦种子换成等 量的煮沸杀死 的小麦种子 教师备课资源 1 有氧呼吸三个阶段的比较 阶段 项目 第一阶段第二阶段第三阶段 场所细胞质基质线粒体基质线粒体内膜 反应物葡萄糖丙酮酸