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1、第第2、3节细胞的能量节细胞的能量“通货通货”ATPATP的主要来源的主要来源细胞呼吸细胞呼吸要点探究要点探究栏目导航课课前前导导学学实验实验平台平台走近高考走近高考基础梳理一、细胞的能量一、细胞的能量“通货通货”ATP1.ATP的结构的结构2.生成ATP的途径3.ATP与ADP的相互转化:ATPADP+Pi+能量4.ATP的功能:ATP是细胞生命活动的直接能源物质。【思维激活1】新陈代谢旺盛的细胞中,ATP的含量相对高吗?为什么?提示:细胞内ATP的含量极少,且相对稳定,新陈代谢旺盛的细胞中仅是ATP与ADP的相互转化迅速,但ATP含量不会升高。二、细胞呼吸的方式二、细胞呼吸的方式【思维激活
2、2】所有活的生物都时刻进行细胞呼吸吗?请举例说明。提示:只要是活细胞都要进行细胞呼吸,没有细胞结构的病毒不进行细胞呼吸。知识导图要点探究探究点 一直接能源物质直接能源物质ATP问题引领:细胞中ATP的含量极少,而细胞代谢消耗的ATP量很大,细胞怎样解决这个矛盾?1.结构及各组成部分的含义2.ATP的再生和利用的再生和利用3.ATP产生速率与产生速率与O2供给量之间的关系供给量之间的关系(1)A点表示在无氧条件下,细胞可进行无氧呼吸分解有机物,产生少量ATP。(2)AB段表示随O2供应量增多,有氧呼吸明显加强,通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多,ATP的产生速率随之增加。(3)BC段表示O2供
3、应量超过一定范围后,ATP的产生速率不再加快,此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。(1)ATP在细胞内的含量极少且相对稳定,其根源在于ATP与ADP之间高效、迅速的转化。(2)从反应条件、反应场所、能量来源等方面分析,“ATPADP+Pi+能量”不是可逆反应。【例1】(2012泗县质检)下列有关ATP的叙述,不正确的是()A.人体内成熟的红细胞中没有线粒体,不能产生ATPB.ATP中的能量可以来源于光能、化学能,也可以转化为光能和化学能C.在有氧与缺氧的条件下,细胞质基质都能形成ATPD.ATP中的“A”与构成DNA、RNA中的碱基“A”表示不同物质思维导引思维导引:解析:人体内成熟的红细
4、胞通过无氧呼吸产生ATP,该生理过程发生的场所为细胞质基质,A项错误;光合作用过程中,光能可转化为ATP中的能量,呼吸作用过程中有机物中的化学能可转化为ATP中的能量,ATP中的能量也可以转化为光能和化学能,如萤火虫发光、吸能反应形成的化学键中的能量等,B项正确;有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段都产生ATP,场所是细胞质基质,C项正确;ATP中的“A”表示腺苷,而碱基“A”表示腺嘌呤,D项正确。答案:A。探究点 二细胞呼吸的过程分析细胞呼吸的过程分析问题引领:(1)有氧呼吸过程中,H来源于哪些物质,产生于哪几个阶段?(2)哺乳动物红细胞中携带着大量氧气,该细胞进行有氧呼吸吗?1.有氧呼吸图解熟记有
5、氧呼吸的场所及过程,理解有氧呼吸中原子的转移途径:2.无氧呼吸的过程无氧呼吸的过程不同生物无氧呼吸的产物不同,根本原因是遗传物质不同,直接原因是生物体内所含的酶不同。熟记几种生物的无氧呼吸类型。3.有氧呼吸与无氧呼吸的比较有氧呼吸与无氧呼吸的比较有氧呼吸无氧呼吸不同点场所细胞质基质、线粒体细胞质基质条件需O2不需O2产物CO2、H2O酒精和CO2或乳酸能量大量(彻底分解)少量(不彻底分解)相同点联系第一阶段相同实质分解有机物,释放能量合成ATP意义为生物体的各项生命活动提供能量(1)有H2O生成一定是有氧呼吸,有CO2生成一定不是乳酸发酵。(2)原核生物无线粒体,仍可进行有氧呼吸,如蓝藻、硝化
6、细菌等。(3)无氧呼吸只释放少量能量,其余的能量储存在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:无氧呼吸的产物酒精对细胞有毒害作用。【例2】(2011年海南高考)细胞内糖分解代谢过程如下图,下列叙述错误的是()A.植物细胞能进行过程和或过程和B.真核细胞的细胞质基质中能进行过程和C.动物细胞内,过程比过程释放的能量多D.乳酸菌细胞内,过程产生H,过程消耗H思维导引思维导引:1.根据图中的物质判断该图示各标号表示的是哪种生理过程?2.说出有氧呼吸和无氧呼吸的具体过程和场所。3.产生乙醇和乳酸的常见生物有哪些?解析:本题考查呼吸作用的原理。据图可知,为细胞呼吸的第一阶段,
7、为有氧呼吸第二、三阶段,、为无氧呼吸的第二阶段。大多数植物组织无氧呼吸的产物为酒精和CO2(、),少数植物组织(如玉米胚等)无氧呼吸产物为乳酸(、),故A项正确。真核细胞有氧呼吸的场所为细胞质基质()和线粒体(),故B错误。有氧呼吸过程中大部分能量在第三阶段释放,故过程比过程释放的能量多,C正确。乳酸菌无氧呼吸的第二阶段是用H还原丙酮酸,生成乳酸。答案:B。规律方法据CO2释放量和O2消耗量判断细胞呼吸状况气体变化特点判断方法无CO2释放 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，容器内气体体积可增大CO
8、2释放量等于O2的消耗量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CO2释放量大于O2的消耗量V(CO2)/V(O2)=4/3有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等V(CO2)/V(O2)4/3无氧呼吸消耗葡萄糖速率大于有氧呼吸V(CO2)/V(O2)4/3有氧呼吸消耗葡萄糖速率大于无氧呼吸【迁移应用】(2012南充高中月考)有一瓶混有酵母菌的葡萄糖培养液,当通入不同浓度的氧气时,其产生的C2H5OH和CO2的量如下表所示。通过对表中数据分析可得出的结论是(D)氧浓度(%)abcd产生CO2的量9 mol12.5 mol15 mol30 mol产
9、生酒精的量9 mol6.5 mol6 mol0 molA.a浓度时酵母菌有氧呼吸速率等于无氧呼吸速率B.b浓度时酵母菌有氧呼吸速率大于无氧呼吸速率C.c浓度时有50%的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵D.d浓度时酵母菌只进行有氧呼吸,未进行无氧呼吸解析:如果无C2H5OH产生,则说明酵母菌只进行有氧呼吸,如氧浓度为d时。如果产生的CO2的量和C2H5OH的量相等,则说明酵母菌只进行无氧呼吸,如在氧浓度为a时。如果产生的CO2的量大于C2H5OH的量,说明酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,如氧浓度为b和c时。氧浓度为b时,通过无氧呼吸产生的CO2为6.5 mol,剩余的6 mol是有氧呼吸产生的。氧浓
10、度为c时,无氧呼吸消耗葡萄糖为3 mol,有氧呼吸消耗葡萄糖为1.5 mol。探究点 三影响细胞呼吸的主要因素及实践应用影响细胞呼吸的主要因素及实践应用问题引领:(1)贮存蔬菜和水果时,温度越低越好吗?(2)为什么中耕松土可以促进作物生长?1.内部因素内部因素遗传因素遗传因素(决定酶的种类和数量决定酶的种类和数量)(1)不同种类的植物细胞呼吸速率不同,如阴生植物小于阳生植物。(2)同一植物在不同的生长发育时期细胞呼吸速率不同,如幼苗期、开花期细胞呼吸速率较高,成熟期细胞呼吸速率较低。(3)同一植物的不同器官细胞呼吸速率不同,如生殖器官大于营养器官。2.环境因素环境因素(1)呼吸速率与温度的关系
11、(如图)最适温度时,细胞呼吸最强,超过最适温度呼吸酶活性降低,甚至变性失活,细胞呼吸受抑制;低于最适温度酶活性下降,细胞呼吸受抑制。生产上常利用这一原理在低温下贮存蔬菜、水果,在大棚蔬菜的栽培过程中,夜间适当降低温度,降低细胞呼吸,减少有机物的消耗,提高产量。(2)呼吸速率与O2浓度的关系(如图)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;但当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限制)。生产上常利用适当降低氧气浓度等能够抑制细胞呼吸、减少有机物消耗的原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间,中耕松土增加根的有氧呼吸;在医疗上
12、选用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”包扎伤口,可抑制厌氧病原菌(如破伤风杆菌)的繁殖。(3)呼吸速率与含水量的关系在一定范围内,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。在作物种子储藏时,将种子风干,以减弱细胞呼吸,减少有机物的消耗。【例3】(2011广雅中学测试)以下甲、乙两图都表示某植物的非绿色器官CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述不正确的是()A.甲图中氧浓度为a时的情况对应的是乙图中的A点B.甲图中氧浓度为b时的情况对应的是乙图中的D点C.甲图的a、b、c、d四种浓度中c是最适合贮藏的D.甲图中氧浓度为d时没有酒精产生思维导引思维导引:解析:甲图中氧浓度为a时,
13、细胞只释放CO2不吸收O2,说明细胞只进行无氧呼吸,对应乙图中的A点,A正确;甲图中氧浓度为b时,CO2的释放量远远大于O2的吸收量,说明细胞既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸,且无氧呼吸强度大,应在乙图中的AC段之间,B错误;贮藏植物器官应选择CO2产生量最少即细胞呼吸最弱时(甲图中的c),C正确;氧浓度为d时,CO2释放量与O2的吸收量相等,细胞只进行有氧呼吸,因此没有酒精产生,D正确。答案:B。实验实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式探究酵母菌细胞呼吸的方式实验基础1.实验原理实验原理(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
14、生酒精和CO2。(2)鉴定试剂试剂鉴定对象实验现象澄清石灰水CO2变浑浊(据变浑浊程度可确定CO2多少)溴麝香草酚蓝水溶液CO2蓝绿黄(据变色的时间快慢确定CO2的多少)重铬酸钾溶液酒精橙色灰绿色(酸性条件)2.实验过程实验过程(1)配制酵母菌培养液(酵母菌+葡萄糖溶液)(2)设计对比实验空气先通过NaOH溶液的目的是清除CO2。B瓶应先封口放置一段时间,再连通盛澄清石灰水的锥形瓶,这样做的目的是耗尽氧气。(3)检测产物检测CO2的产生,装置如图所示。检测酒精的产生:从A、B中各取2 mL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中
15、的颜色变化。(4)实验现象两装置中石灰水都变浑浊,但有氧实验组中浑浊程度高且速度快。2号试管中溶液由橙色变成灰绿色,1号试管不变色。(5)实验结论酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生二氧化碳;在无氧条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和二氧化碳。方法透析1.该实验是对比实验。此类实验一般设置两个或两个以上的实验组,通过对结果的比较分析,来探究各种因素与实验对象的关系。对比实验不设对照组,均为实验组,是对照实验的一种特殊形式,即相当于“相互对照实验”。2.细胞呼吸类型装置图分析装置甲中NaOH溶液的作用是吸收掉呼吸所产生的CO2,红色液滴移动的距离代表酵母
16、菌细胞呼吸吸收的O2量。装置乙中红色液滴移动的距离代表酵母菌细胞呼吸吸收的O2量与产生的CO2量的差值。其实验结果与结论总结如下:现象结论甲装置乙装置液滴左移液滴不动只进行有氧呼吸液滴不动液滴右移只进行无氧呼吸液滴左移液滴右移既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸命题设计(2011江北高中月考)如图所示的是检测气压变化的密闭装置。反应瓶和中心小杯中放置有关实验材料和试剂,关闭活栓后,U形管右管液面高度变化反映瓶中气体体积变化。实验开始时将右管液面高度调至参考点,实验中定时记录右管液面高度相对于参考点的变化(忽略其他原因引起的容积变化)。课题小组同学利用该装置探究某种异养型微生物的细胞呼吸方式。(1)取
17、甲、乙两套该密闭装置设计实验,请补充下表有关内容:装置反应瓶中加入的材料小杯内加入的材料测定项目甲一定浓度的葡萄糖溶液、微生物悬浮液各1 mL细胞呼吸O2的消耗量乙等量蒸馏水(2)将甲、乙装置均置于28 恒温条件下进行实验(实验过程中微生物保持活性),60 min后读数。请补充下表有关内容:预期实验的结果微生物的细胞呼吸方式甲乙上升不变不变下降上升下降只进行产生乳酸的无氧呼吸解析:(1)根据甲中所放的材料和试剂可以判断,反应瓶中细胞呼吸释放的CO2被NaOH(KOH)溶液吸收,同时可能消耗O2,所以液面高度变化的含义是细胞呼吸时氧气消耗量。根据乙中液面高度变化的含义,可以判断反应瓶中所加材料应
18、与甲相同,中心小杯内放的是清水,这样就可以检测释放的CO2和吸收O2的差值。(2)若只产生CO2,不消耗O2,则只进行无氧呼吸;若产生CO2的物质的量比吸收O2的物质的量多,则两种呼吸同时存在;若产生CO2的物质的量与吸收O2的物质的量相等,则只进行有氧呼吸。答案:(1)适量(一定浓度)的NaOH(KOH)溶液(一定浓度的)葡萄糖溶液、微生物悬浮液各1 mL细胞呼吸时CO2释放量和O2消耗量的差值(2)只进行有氧呼吸(或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸)只进行产生酒精和CO2的无氧呼吸同时进行有氧呼吸和产生酒精和CO2的无氧呼吸不变不变1.(2011年海南高考)关于细胞呼吸的叙述,正确的是(B
19、)A.种子风干脱水后呼吸强度增强B.土壤淹水可导致根系发生无氧呼吸C.破伤风杆菌在有氧条件下能大量繁殖D.小麦种子萌发过程中有氧呼吸逐渐减弱解析:本题考查细胞呼吸的相关知识。种子风干过程中自由水含量降低,细胞代谢减弱,呼吸强度降低,A项错。土壤淹水使根系处于无氧环境,进行无氧呼吸,B项正确。破伤风杆菌为厌氧菌,在无氧条件下大量繁殖,如皮肤破损较深处易感染破伤风杆菌,C项错误。小麦种子萌发过程中,种子先吸水使自由水含量升高,有氧呼吸不断增强,D项错误。2.(2011年山东高考)某兴趣小组在室温下进行了酵母菌无氧呼吸的探究实验(如图)。下列分析错误的是(D)A.滴管中冒出气泡是反应产生CO2的结果
20、B.试管中加水的主要目的是制造无氧环境C.若试管中的水换成冷水,气泡释放速率下降D.被分解的葡萄糖中的能量一部分转移至ATP,其余的存留在酒精中解析:本题考查的是有关无氧呼吸的知识,D项被分解的葡萄糖中的能量除一部分存留在酒精中外,释放的能量一部分转移至ATP中,还有一部分以热能形式散失了,故D项错误。3.(2009年天津高考)按下表设计进行实验。分组后,在相同的适宜条件下培养810小时,并对实验结果进行分析。实验材料取样处理分组培养液供氧情况适宜浓度酵母菌液50 mL破碎细胞（细胞器完整)甲25 mL75 mL无氧乙25 mL75 mL通氧50 mL未处理丙25 mL75 mL无氧丁25 mL75 mL通氧下列叙述正确的是(D)A.甲组不产生CO2而乙组产生B.甲组的酒精产量与丙组相同C.丁组能量转换率与丙组相同D.丁组的氧气消耗量大于乙组解析:据题可知,对酵母菌的处理是破碎细胞保持细胞器完整,它与未处理细胞的差别是细胞质基质中酶的浓度不同。破碎细胞的细胞质基质中酶的浓度较低,反应速率较慢,导致有氧呼吸第一阶段或整个无氧呼吸反应速率较慢,所以甲组产生的酒精少于丙组,丁组的氧气消耗量大于乙组。