第三单元课时2细胞的能量“通货”——ATPATP的主要来源——细胞呼吸

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1、课时2细胞的能量“通货”ATPATP的主要来源细胞呼吸见自学听讲P52学科素养课程标准学习指导1.生命观念:结构与功能观,ATP生理作用与其结构特点相适应;线粒体的结构特点与其作为有氧呼吸的主要场所相适应。物质与能量观,ATP是生命活动的直接供能物质,是生命系统中物质和能量的直观体现;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。2.科学思维:归纳与概括,基于实验结果,归纳出细胞呼吸、有氧呼吸和无氧呼吸的概念。模型与建模,结合ATP与ADP相互转化模型,认识ATP在细胞中作为能量“通货”的原因;建构有氧呼吸和无氧呼吸的过程模型,解释二者间的关系。3.科学探究:实验设计、方

2、案实施以及对结果的交流与讨论,探究酵母菌的呼吸方式。4.社会责任:运用细胞呼吸原理,对其在生产和生活中的应用实例做出科学解释。1.简述ATP的化学组成和特点,写出ATP的结构简式。2.解释ATP在能量代谢中的作用,认识ATP在细胞中作为能量“通货”的原因。3.说出线粒体的结构,认同线粒体是有氧呼吸的主要场所。4.概述细胞进行有氧呼吸和无氧呼吸的过程。5.说明细胞呼吸原理在实践中的应用。1.结合ATP的结构简式及其相关信息,理解ATP的结构,分析其与核糖核苷酸的联系。2.依据ATP与ADP相互转化示意图分析ATP与ADP相互转化的过程。3.结合实例,理解ATP的利用。4.分析探究酵母菌细胞呼吸方

3、式的实验装置图,明确二者的区别。5.比较有氧呼吸与无氧呼吸,掌握两种细胞呼吸方式的区别与联系。6.分析影响细胞呼吸的因素,探究对不同生物细胞呼吸的调控与应用。细胞的能量“通货”ATP1.ATP的名称:三磷酸腺苷。2.组成元素:C、H、O、N、P。3.ATP分子的结构简式:A-PPP。其中A代表腺苷(即腺嘌呤核苷),P代表磷酸基团,“”代表高能磷酸键,“-”代表普通磷酸键。4.结构特点(1)ATP分子中具有2个高能磷酸键。远离腺苷的那个高能磷酸键极易水解和形成。(2)ATP水解时释放的能量高达30.54 kJ/mol。5.ATP和ADP的相互转化及ATP的利用(1)ATP和ADP的相互转化(2)

4、ATP中的能量来源和去向ATP的主要来源细胞呼吸1.细胞呼吸概念和类型(1)概念: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)类型:有氧呼吸和无氧呼吸。2.有氧呼吸(1)概念: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)总反应式:C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量(3)过程3.无氧呼吸(1)概念:细胞在无氧的条件下,通过多种酶的催化作用,使葡萄糖等有机物氧化分解不彻底,产生酒精和二氧化碳或转化成乳酸,同时释放少量能量的过程。(2)总反应式

5、酒精发酵的反应式:C6H12O62C2H5OH+2CO2+少量能量乳酸发酵的反应式:C6H12O62C3H6O3+少量能量(3)场所:细胞质基质。(4)过程第一阶段:1分子葡萄糖形成2分子丙酮酸和少量H,产生少量能量。第二阶段:丙酮酸在不同酶的催化作用下,分解成酒精和CO2或转化成乳酸。注意:第二阶段是不产生能量的。4.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,以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以避免肌细胞产生大量乳酸。及时松土有利于根系生长,其作用在于促进根细胞进行有氧呼吸。稻田定期排水有利于根系进行有氧呼吸,防止幼根因缺氧变黑腐烂。

6、(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。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。1.有关ATP的认识误区(1)ATP不等同于能量,它是一种高能化合物,其所含高能磷酸键水解时能够释放出高达30.54 kJ/mol的能量。(2)ATP在细胞中的含量很少,只是ATP与ADP的转化迅速而及时,因而ATP与ADP的含量都保持动态平衡。(3)ATP与ADP的相互转化是不可逆的:ATP与ADP的相互转化过程可以概括为“物质是可逆的,能量是不可逆的,酶是不相同的,场所是不完全相同的”。(4)ATP转化为ADP的过程又称为“ATP的水解反应”,这一过程需ATP水解酶的催化,

7、同时也需要消耗水。2.探究细胞呼吸方式的实验(1)配制酵母菌培养液时,必须将葡萄糖溶液煮沸并冷却到常温,然后再加入酵母菌,煮沸的目的是灭菌,冷却的目的是防止高温杀死酵母菌。(2)氧气控制持续通入经浓NaOH溶液处理的空气,保证O2的充足供应,NaOH溶液能吸收空气中的CO2,排除CO2对实验结果的干扰。将接种有酵母菌的培养液封口放置一段时间后,再连接澄清的石灰水。封口放置的目的是让酵母菌消耗掉装置内的O2,确保后来只进行无氧呼吸。(3)在2530 的环境中进行实验,此时的酵母菌中酶活性最高,生命活动最旺盛,细胞呼吸强烈。3.对有氧呼吸过程的分析判断(1)场所:真核细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质

8、和线粒体;无线粒体的真核细胞(或生物)只能进行无氧呼吸,如哺乳动物成熟红细胞、蛔虫等;原核细胞无线粒体,有氧呼吸在细胞质和细胞膜上进行。(2)反应物:葡萄糖分子不能进入线粒体被分解,必须在细胞质基质中分解为丙酮酸后才能进入线粒体继续氧化分解。(3)能量:细胞呼吸释放的能量大部分以热能形式散失,小部分转移到ATP中。有氧呼吸的三个阶段都能产生ATP,但生成ATP最多的是第三阶段;无氧呼吸只在第一阶段释放能量产生ATP,其余能量储存在酒精或乳酸中。(4)产物:有H2O生成的一定是有氧呼吸,有CO2生成的一定不是生成乳酸的无氧呼吸。一般情况,人和高等动物无氧呼吸的产物是乳酸,高等植物无氧呼吸产生酒精

9、和CO2,但马铃薯的块茎、甜菜的块根、玉米胚等无氧呼吸的产物是乳酸。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,根本原因在于基因的差异。(5)脂肪进行有氧呼吸时消耗O2的量产生CO2的量:脂肪与葡萄糖相比,含H量高,因此有氧呼吸时消耗O2的量大于产生CO2的量。4.细胞呼吸速率的测定方法(1)如果实验材料是种子,为防止微生物呼吸对实验结果的干扰,应将装置进行灭菌处理,所测种子进行消毒处理。(2)若选用绿色植物作实验材料,测定细胞呼吸速率,需对整个装置进行遮光处理,否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。(3)为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置对照实验,将所测的生物材

10、料灭活(如将种子煮熟),其他条件均不变。5.影响细胞呼吸的因素及应用(1)O2浓度为零时,细胞呼吸强度并不为零,因为此时细胞可进行无氧呼吸。(2)影响细胞呼吸的因素并不是单一的,若需要增强相关植物或器官的细胞呼吸强度,可采取供水、升温、增氧等措施;若需降低细胞呼吸强度,可以采取干燥、低温、低氧等措施。(3)储藏蔬菜、水果都应选择低温、低氧条件,低温以不破坏植物组织为标准,一般为零上低温;储存粮食(种子)时应保持干燥,而储存蔬菜、水果时应保持一定的湿度。肉类食品的保鲜要抑制微生物的呼吸,经济有效的方法是冷冻。见自学听讲P54ATP的结构和功能1.ATP与RNA的关系ATP去掉两个磷酸基团后的剩余

11、部分是腺嘌呤核糖核苷酸,是组成RNA的基本单位之一,如下图:2.人体内有三大供能系统,它们是:ATP-磷酸肌酸供能系统、无氧呼吸供能系统和有氧呼吸供能系统。ATP在肌肉中的含量低,当肌肉进行剧烈运动时,供能时间仅能维持约13 s,之后的能量供应就要依靠ATP的再生。这时,细胞内的高能化合物磷酸肌酸的高能磷酸键水解将能量转移至ADP,生成ATP。磷酸肌酸在体内的含量也很少,只能维持几秒的能量供应。人在剧烈运动时,首先是ATP-磷酸肌酸供能系统供能,通过这个系统供能大约能维持68 s。这之后的供能则主要依靠葡萄糖和糖原的无氧酵解所释放的能量合成ATP,无氧酵解约能维持23 min的时间。如100

12、m短跑主要依靠ATP-磷酸肌酸供能;长时间低强度的运动主要靠有氧呼吸提供能量;介于二者之间的较短时间的中强度运动,如400 m跑,则主要由无氧呼吸提供能量。运动项目总需氧量(L)实际摄入氧量(L)血液乳酸增加量马拉松600589略有增加400 m162显著增加100 m80未见增加3.ATP是一种有机物,其分子式为C10H16O13N5P3。ATP能够进行跨膜运输,ATP片剂可以口服,ATP注射液可以肌肉注射或静脉滴注。4.生物体内的能源物质(1)能源物质糖类、脂肪、蛋白质。(2)主要能源物质糖类。(3)主要储能物质脂肪。(4)直接能源物质ATP(不是唯一)。(5)根本能源或最终能源光能。(6

13、)植物细胞内的储能物质淀粉、脂肪。(7)动物细胞内的储能物质糖原、脂肪。1.ATP是生物界共用的主要直接能源物质,但不是唯一直接能源物质,如蛋白质合成中还可利用UTP。2.几种不同物质中的“A”代表的含义ATP中的A为腺苷,由腺嘌呤和核糖组成;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;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;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。例1(2018年北京一模)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

14、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解析ATP的结构决定了其在细胞内的含量很少,A项正确;植物叶肉细胞吸收Mg2+的方式是主动运输,需要消耗来自细胞呼吸产生的ATP,光合作用产生的ATP只能用于暗反应,B项错误;ATP水解失去两个磷酸基团后成为腺嘌呤核糖核苷酸,逆转录过程是以RNA为模板合成DNA,需要的原料是脱氧核苷酸,C项错误;葡萄糖水解为丙酮酸发生在细胞质基质中,D项错误。答案A例2ATP是细胞中重要的高能磷酸化合物。下列有关叙述错误的是()。A.ATP中的A由腺嘌呤和

15、核糖组成B.ATP中含有3个高能磷酸键C.ATP水解所释放的能量可用于肌肉收缩D.ATP在细胞中易于再生,是细胞中普遍使用的能量载体解析ATP分子中的A由腺嘌呤和核糖组成,A项正确; 1个ATP分子中含有2个高能磷酸键,B项错误;ATP在细胞中水解产生的能量可用于各项生命活动,C项正确;ATP在细胞中易水解,也易合成,适于作为直接能源物质,D项正确。答案BATP与ADP的相互转化1.ATP 的形成途径2.ATP与ADP之间的相互转化(1)细胞中ATP的含量很少,但ATP与ADP相互转化的速度很快。细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性。(2)ATP与ADP之间的相互转化不是可

16、逆反应。项目ATP合成ATP水解反应式ADP+Pi+能量ATPATPADP+Pi+能量场所叶绿体、细胞质基质、线粒体细胞内需要能量的部位条件ATP合成酶ATP水解酶能量来源合成ATP的能量主要来自光能(光合作用)和化学能 (细胞呼吸)ATP水解释放的能量是储存在远离A的高能磷酸键中的能量能量去路储存在ATP中用于各项生命活动从条件上看:ATP分解是一种水解反应,所需的酶是水解酶;ATP合成是一种合成反应,所需的酶为合成酶,酶具有专一性,故反应条件不同,不能说该反应可逆。从能量上看:ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键中的化学能,而合成ATP的能量主要有化学能和太阳能,故能量来源不同。从场所上

17、看:ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体、叶绿体,ATP分解的场所是细胞的各个部位,故场所不同。综上所述,上述反应从物质方面看可逆,从酶、场所、能量上看不可逆。故ATP与ADP之间的相互转化不是可逆反应。3.ATP与光合作用及细胞呼吸的关系(1)与光合作用的关系 (2)与细胞呼吸的关系例3下图为ATP与ADP相互转化的关系式,以下说法正确的是()。ATPADP+Pi+能量A.ATP与ADP中的“A”表示不同的物质B.ATP与ADP的相互转化是可逆反应C.ATP中的“A”可以参与RNA的构成D.酶1和酶2的种类不同,本质也不同解析ATP和ADP中的“A”都是“腺苷”,A项错误;ATP和ADP的相

18、互转化,只有物质可逆,而酶不同、场所不同、能量的来源有差异,不属于可逆反应,B项错误;ATP中的“A”是“腺苷”,由“腺嘌呤和核糖”组成,“腺苷”再与1分子磷酸结合可以生成AMP,即构成RNA的原料之一“腺嘌呤核糖核苷酸”,C项正确;酶1为ATP水解酶,酶2为ATP合成酶,二者种类不同,但二者的化学本质均为蛋白质,D项错误。答案C例4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个腺嘌呤构成解析细胞中ATP和ADP

19、的相互转化一直不停地在发生并且处于动态平衡之中,保证了机体对能量的需求,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;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有氧呼吸与无氧呼吸比较有氧呼吸与无氧呼吸图解(1)有氧呼吸第一、二阶段产生的H用于第三阶段与O2结合生成水;无氧呼吸第一阶段产生的H用于第二阶段将丙酮酸还原为C2H5OH和CO2或还原为乳酸。(2)有氧呼吸中H2O既是反应物,又是生成物,且生成的H2O

20、中的氧全部来自O2。(3)不同生物无氧呼吸的产物不同,是由于催化无氧呼吸第二阶段的酶不同。(4)有氧呼吸中氧元素的来源与去路1.一些原核生物无线粒体,但细胞中含有与有氧呼吸有关的酶,也可以进行有氧呼吸。只进行无氧呼吸的真核生物,其细胞内无线粒体。人体成熟红细胞无线粒体,进行无氧呼吸。2.有氧呼吸的三个阶段均有ATP产生,无氧呼吸只在第一阶段产生ATP。3.是否产生CO2不是判断细胞呼吸类型的充要条件,因为有氧呼吸和酒精发酵过程中都会产生CO2。4.呼吸作用产生的能量大部分以热能形式散失,对于动物而言可用于维持体温。辨清细胞呼吸相关曲线(以葡萄糖为呼吸底物)多数考生对细胞呼吸相关曲线的分析存在盲

21、点,容易出错,因此掌握细胞呼吸曲线的识别技巧非常必要,现总结如下:1.R点:只进行无氧呼吸;P点之前:有氧呼吸与无氧呼吸共存,CO2释放总量=有氧呼吸释放量+无氧呼吸释放量;P点及其以后:只进行有氧呼吸;Q点:释放的CO2量最少,细胞总体呼吸最弱,为种子、蔬菜、水果贮存的最佳点。B点:有氧呼吸吸收的O2量(或释放的CO2量)等于无氧呼吸释放的CO2量。2.两种呼吸方式同时存在的区段是RP;RQ区段CO2生成量急剧减少的原因是随着O2浓度的增加,无氧呼吸受到抑制;区域ORP的面积表示无氧呼吸产生的CO2量。例5下表描述的是真核细胞中有氧呼吸和无氧呼吸的位置及主要产物,相关叙述正确的是()。项目

22、有氧呼吸 无氧呼吸 时间 第一阶段 第二阶段 第三阶段 第一阶段 第二阶段 位置 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜 细胞质基质 细胞质基质 主要 产物 丙酮酸CO2 H2O 丙酮酸C3H6O3或C2H5OH+CO2 A.有氧呼吸各阶段在细胞的不同位置进行与细胞中酶的种类及分布有关B.人体在剧烈运动过程中产生的CO2部分来自无氧呼吸C.产生C3H6O3的无氧呼吸生成的ATP比产生C2H5OH的无氧呼吸多D.细胞进行无氧呼吸产生C3H6O3还是C2H5OH的根本原因是细胞中酶的种类有差异解析有氧呼吸各个阶段的反应都需要酶的催化,A项正确;人体在剧烈运动过程中产生的CO2只能来自有氧呼吸,人体细胞

23、无氧呼吸只产生乳酸,B项错误;无氧呼吸只在第一阶段生成ATP,产生丙酮酸的无氧呼吸与产生C2H5OH的无氧呼吸第一阶段相同,所以这两种无氧呼吸产生的ATP一样多,C项错误;细胞进行无氧呼吸产生C3H6O3还是C2H5OH的直接原因是细胞中酶的种类有差异,根本原因是遗传物质的碱基排列顺序不同,D项错误。答案A例6有一瓶混有酵母菌的葡萄糖培养液,当通入不同浓度的O2时,其产生的酒精和CO2的量如下图所示。据图中信息推断错误的是()。A.氧浓度为a时酵母菌没有有氧呼吸,只进行无氧呼吸B.当氧浓度为b和d时,酵母菌细胞呼吸的过程会不同C.当氧浓度为c时,2/5的葡萄糖用于酵母菌酒精发酵D.在a、b、c

24、、d不同氧浓度下,细胞都会产生H和ATP解析氧浓度为a时产生的酒精量等于产生的二氧化碳量,说明酵母菌只进行无氧呼吸;当氧浓度为b时,同时有两种呼吸方式;而氧浓度为d时,酵母菌细胞只进行有氧呼吸;当氧浓度为c时,有氧呼吸与无氧呼吸产生的二氧化碳之比为96,计算得出有氧呼吸消耗了1.5份葡萄糖,而无氧呼吸消耗了3份葡萄糖,即2/3的葡萄糖用于酵母菌酒精发酵;两种呼吸过程中都可以产生H和ATP。答案C影响细胞呼吸的因素及应用1.内部因素基因酶2.影响细胞呼吸的外界因素及应用外界因素分析图解应用温度最适温度时,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

25、性下降,细胞呼吸受抑制在低温下储存蔬菜、水果在大棚种植时,夜间适当降温(降低细胞呼吸速率,减少有机物的消耗),提高产量O2浓度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、磷酸、ADP等因素的影响)利用适当降低O2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选用透气的消毒纱布等包扎伤口,可抑制厌氧病菌的繁殖CO2浓度从化学平衡的角度分析:CO2浓度增加,呼吸速率下降蔬菜和水果的保鲜中,适当增加CO2浓度具有良好的保鲜效果矿质元素

26、有些矿质元素是酶的激活剂,影响与细胞呼吸有关的酶的活性合理施肥1.储存蔬菜和水果的条件并不是温度越低越好,也不是无氧环境最好。蔬菜、水果在储藏时应选择零上低温、低氧和中等湿度的环境,粮食储藏应选择零上低温、低氧和干燥的环境。2.影响细胞呼吸的因素并不是单一的。若需要增强相关植物或器官的细胞呼吸强度,可采取供水、升温、高氧等措施;若需降低细胞呼吸强度,可以采取干燥、低温、低氧等措施。3.水稻等植物长期水淹后烂根的原因是无氧呼吸的产物(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。4.测定植物绿色器官的呼吸作用速率必须在黑暗条件下进行。例7(2018年合肥模拟)科

27、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。下列叙述正确的是()。A.20 h内,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 条件下的有氧呼吸速率比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O2,是由于此温度条件下酶的活性较高,有氧呼吸已将O2消耗殆尽,以后只进行无氧呼吸,故密闭罐中CO2浓度会增加,B项正

28、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。答案B例8将等量且足量的苹果果肉分别放在O2浓度不同的密闭容器中,1 h后,测定O2的吸收量和CO2的释放量,结果如下表所示。下列分析正确的是()。O2浓度01%2%3%5%7%10%15%20%25%O2吸收量(mol)00.10.20.30.40.50.60.70.80.8CO2释放量(mol)10.80.60.50.40.50.60.70.80.8A.苹果果肉细胞在O2浓度为5%25%时只进行有氧呼吸B.O2浓度越高,苹果果肉细胞有氧呼吸越旺盛,产生ATP越多C.O2浓度为3%时,有氧呼吸消耗的葡萄糖量是无氧

29、呼吸的2倍D.苹果果肉细胞在O2浓度为3%和7%时,消耗的葡萄糖量相等解析苹果果肉细胞在O2浓度为5%25%时,CO2的释放量和O2的吸收量相等,只进行有氧呼吸,故A项正确;一定范围内,O2浓度越高,苹果果肉细胞有氧呼吸越旺盛,产生的ATP越多,但是O2浓度超过20%,有氧呼吸速率不再增加,故B项错误;O2浓度为3%时,有氧呼吸消耗葡萄糖的量为0.05 mol,无氧呼吸消耗葡萄糖的量为0.1 mol,可见,无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗葡萄糖的2倍,故C项错误;苹果果肉细胞在O2浓度为3%时,消耗葡萄糖的量为0.05 mol+0.1 mol=0.15 mol,而O2浓度为7%时,消耗葡萄糖

30、的量为1/12 mol,两者不相等,故D项错误。答案A探究酵母菌细胞呼吸的方式1.实验原理2.实验流程提出问题:酵母菌利用葡萄糖发酵产生酒精的条件是有氧还是无氧?在有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的产物分别是什么?做出假设:针对上述问题,根据已有的知识和生活经验(如酵母菌可用于酿酒、发面等)做出合理的假设设计并进行实验实验现象实验结论:葡萄糖3.注意事项(1)通入A瓶的空气中不能含有CO2,以保证第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊是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O2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

31、。(3)甲、乙两组为对比实验。设置的是有氧、无氧条件,不能用对照实验的观点来分析甲、乙两组实验。例9(2018年南昌月考)实验人员将生长旺盛的酵母菌接种在仅含葡萄糖溶液的试管中,并将其保温在30 的透明恒温箱中。在110 min,有色液滴基本不移动;1160 min内液滴向右移动;61 min后,液滴又保持不动。对此现象分析正确的是()。A.110 min内,酵母菌的代谢水平很低,基本处于休眠状态B.110 min内已经产生了酒精C.1160 min内,酵母菌既进行无氧呼吸,又进行有氧呼吸D.61 min后,酵母菌只进行无氧呼吸解析110 min内,酵母菌利用容器中的氧气进行有氧呼吸,由于O2

32、的消耗量和CO2的生成量相等,故容器内压强不变,有色液滴基本不动,这一时间段不产生酒精,A、B项错误;1160 min内,由于O2的消耗,容器内出现缺氧环境,酵母菌既进行无氧呼吸,又进行有氧呼吸,消耗的O2量小于CO2的生成量,故容器内压强增大,有色液滴向右移动,C项正确;61 min后,由于无氧呼吸生成大量酒精,酵母菌大量死亡,液滴不动,D项错误。答案C例10下图是某同学为了研究酵母菌的无氧呼吸所制作的一个实验装置。开始时锥形瓶中装有质量分数为2%的葡萄糖溶液,并在其中加入适量的酵母菌。实验过程中,刻度玻璃管中的有色液滴会向右移动。表中是该同学在不同的温度条件下进行实验时所记录的液滴右移的距

33、离(单位:cm)。下列有关叙述错误的是()。 时间/min温度123454 000.10.20.310 0.21.01.93.14.020 0.41.32.23.34.535 0.71.42.84.45.055 00.10.20.30.4A.实验开始前应对葡萄糖溶液做煮沸处理,以除去氧气和灭菌B.表中数据可以表示酵母菌无氧呼吸所产生的CO2的量C.在一定范围内,随着温度升高,酵母菌的无氧呼吸强度越来越大D.35 最有利于酵母菌的无氧呼吸,随着实验的进行,液滴右移的速率越来越大解析酵母菌的无氧呼吸需要在无氧的环境中进行,所以需要在实验开始前对葡萄糖溶液做煮沸处理,以除去葡萄糖溶液中残留的氧气和杂

34、菌,A项正确;为了测得酵母菌的无氧呼吸强度,最好的方法就是通过检测CO2的排放量来推测,所以表中记录的数据可以表示酵母菌细胞呼吸时产生的CO2的量,B项正确;根据表格数据可知,在一定范围内,随着温度的升高,CO2生成量逐渐增加,即无氧呼吸强度逐渐增强,超过一定温度,酶活性降低,无氧呼吸速率减慢,C项正确;从表中可知35 时CO2释放量多,所以有利于酵母菌的发酵,但由于随着反应的进行葡萄糖会逐渐被消耗而减少,所以CO2的释放速率会逐渐减小,D项错误。答案D1.(2018年全国高考)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

35、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解析黑暗环境中,若氧气充足,则植物进行有氧呼吸,无氧时,植物进行无氧呼吸,A项正确;食物链上的营养级同化的能量有四个去向:呼吸散失、传递给下一个营养级(除了最高营养级)、被分解者分解利用和未利用的,B项正确;有氧呼吸的产物是CO2和H2O、无氧呼吸的产物是CO2和酒精或乳酸,葡萄糖是细胞呼吸的底物,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 2.(2018年全国高考)有些作物的种子入库前需要经过风干处理,与风干前相比,下列说法错误的是()

36、。A.风干种子中有机物的消耗减慢B.风干种子上微生物不易生长繁殖C.风干种子中细胞呼吸作用的强度高D.风干种子中结合水与自由水的比值大解析风干的种子中自由水含量极少,细胞呼吸作用强度非常弱,因此有机物消耗减慢,A项正确,C项错误;风干的种子含水量少,不利于微生物细胞的代谢活动,微生物难以生长繁殖,B项正确;风干的种子中自由水含量极少,导致结合水与自由水的比值较大,D项正确。答案C3.(2016年全国高考)有关DNA分子的研究中,常用32P来标记DNA分子。用、和表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(APPP或dAPPP)。回答下列问题:(1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸

37、基团转移到DNA末端上,同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上,那么带有32P的磷酸基团应在ATP的(填“”“”或“”)位上。(2)若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料,将32P标记到新合成的DNA分子上,则带有32P的磷酸基团应在dATP的(填“”“”或“”)位上。解析(1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上,同时产生ADP。ATP水解时,远离腺苷的高能磷酸键断裂,产生ADP和Pi,释放的能量用于生物体的生命活动。据此并结合题意可知:若要用该酶把32P标记到DNA末端上,那么带有32P的磷酸基团应在ATP的位上。(2)dAPPP(d表示脱氧)脱去P

38、和P这两个磷酸基团后,余下的结构为腺嘌呤脱氧核苷酸,它是DNA的基本组成单位之一。因此,若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料,将32P标记到新合成的DNA分子上,则带有32P的磷酸基团应在dATP的位上。答案(1)(2)见高效训练P231.(2019年昌吉月考)下列有关ATP的叙述,正确的是()。A.所有的生物均具有独立合成和利用ATP的能力B.绿色植物叶肉细胞产生ATP的场所只有细胞质基质和线粒体C.细胞内ATP和ADP相互转化的能量供应机制是细胞生物的共性D.放能反应一般与ATP的水解反应相联系解析病毒没有细胞结构,不能合成ATP,A项错误;绿色植物叶肉细胞产生ATP的场所有细

39、胞质基质、线粒体和叶绿体,B项错误;细胞内绝大多数生命活动所需能量来自ATP,ATP和ADP相互转化的能量供应机制是细胞生物的共性,C项正确;放能反应一般与ATP的合成反应相联系,吸能反应一般与ATP的水解反应相联系,D项错误。答案C2.ATP是细胞的能量“通货”,细胞内还有与ATP结构类似的GTP、CTP和UTP等高能磷酸化合物,但ATP用途较为广泛。下列有关叙述中错误的是()。A.ATP分子能在细胞膜上某些蛋白质的催化下水解B.CTP中高能磷酸键全部水解后的产物能作为合成DNA分子的原料C.GTP的合成常伴随放能反应,而吸能反应不一定伴随GTP的水解D.UTP是三磷酸尿苷的英文名称缩写,其

40、分子中含有2个高能磷酸键解析细胞膜上某些载体运输物质时需要消耗能量,ATP分子能在细胞膜上某些蛋白质的催化下水解,A项正确; CTP中高能磷酸键全部水解后的产物能作为合成RNA分子的原料,B项错误; GTP的合成常伴随放能反应,而吸能反应不一定伴随GTP的水解,可能是利用水解ATP释放的能量,C项正确; UTP是三磷酸尿苷的英文名称缩写,其分子中含有3个磷酸基团,但只含有2个高能磷酸键,D项正确。答案B3.(2018年莱芜期中)腺苷酸激酶是存在于线粒体的内外膜间隙中的一类酶,它能将ATP分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上而形成ADP。以下有关推测合理的是()。A.腺苷酸激酶极

41、有可能是一种ATP合成酶B.腺苷酸激酶可能主要参与有氧呼吸的第三阶段C.腺苷酸激酶的数量影响葡萄糖分子进入线粒体的速率D.腺苷酸激酶发挥作用时伴随着高能磷酸键的断裂与形成解析腺苷酸激酶可能是一种ATP水解酶,A项错误;腺苷酸激酶存在于线粒体的内外膜间隙中,而有氧呼吸的第三阶段发生在线粒体内膜上,B项错误;葡萄糖分子不能进入线粒体,C项错误;ATP分子末端的磷酸基团转移意味着高能磷酸键的断裂,而由AMP形成ADP意味着高能磷酸键的形成, D项正确。答案D4.若酵母菌呼吸消耗的O2与释放CO2的量如图所示,则图中四种状态下,下列选项中关于有氧呼吸消耗葡萄糖与无氧呼吸消耗葡萄糖的量的比值,表示正确的

42、是()。A.甲,1/5 B.乙,1/3C.丙,2/3D.丁,2/3解析酵母菌进行有氧呼吸消耗的O2和释放CO2量相同,无氧呼吸消耗1分子葡萄糖会释放2分子的CO2。由图分析可知,甲有1/6分子的葡萄糖进行有氧呼吸,5/2分子的葡萄糖进行无氧呼吸,故A项错误;乙中有1/3分子的葡萄糖进行有氧呼吸,2分子的葡萄糖进行无氧呼吸,故B项错误;丙中有2/3分子葡萄糖进行有氧呼吸,1分子葡萄糖进行无氧呼吸,故C项正确;丁中全部进行有氧呼吸,故D项错误。答案C5.将刚采摘的新鲜蓝莓均分为两份,放在1 的冷库内贮藏,其中一份用高浓度的CO2处理48 h,另一份则不做处理。从采摘后算起每10 d取样一次,测定其

43、单位时间内 CO2 释放量和 O2吸收量(假设呼吸底物均为葡萄糖),计算二者的比值得到如图所示曲线。下列叙述不正确的是()。A.前10天产生的CO2均来自线粒体B.第20 d对照组蓝莓产生的酒精量高于CO2处理组C.第40 d对照组蓝莓有氧呼吸比无氧呼吸消耗的葡萄糖少D.蓝莓适宜贮藏在零上低温、低氧、干燥的环境条件中解析前10天,CO2/O2=1,表明细胞进行有氧呼吸,产生的CO2均来自线粒体,A项正确。由图可知,第20 d对照组CO2/O2大于1,表明蓝莓进行了无氧呼吸,有酒精产生;而CO2处理组CO2/O2为1,表明蓝莓没有进行无氧呼吸,没有酒精产生,B项正确。第40 d时,对照组蓝莓CO

44、2释放量和O2吸收量的比值约等于2,此时无氧呼吸消耗的葡萄糖大约为有氧呼吸的3倍,C项正确。蓝莓适宜贮藏在零上低温、低氧、一定湿度的环境条件中,D项错误。答案D6.下图表示某植物非绿色器官在不同O2浓度下O2的吸收量和CO2的释放量的变化情况,根据所提供的信息,判断以下叙述正确的是()。A.N点时,该器官O2的吸收量和CO2的释放量相等,说明其只进行有氧呼吸B.M点是储藏该器官的最适氧气浓度,此时无氧呼吸的强度最低C.该器官呼吸作用过程中有非糖物质氧化分解D.L点时,该器官产生CO2的场所是细胞中的线粒体基质解析N点后O2的吸收量大于CO2的释放量,说明消耗的有机物不仅有糖类,因此N点时,O2

45、的吸收量和CO2的释放量虽然相等,但此时不仅进行有氧呼吸,还进行无氧呼吸,A项错误;由图可知,M点时细胞中总CO2释放量最低,该条件下适合储藏该器官,但此时无氧呼吸强度不是最低的,B项错误;呼吸作用的实质是氧化分解有机物,释放能量,N点后,O2的吸收量大于CO2的释放量,说明该器官呼吸作用过程中不只是氧化分解糖类物质,C项正确;L点时,氧气浓度为0,只进行无氧呼吸,场所是细胞质基质,D项错误。答案C7.一些植物的果实成熟到一定程度时,呼吸速率先是降低,然后突然升高,最后又下降,这个呼吸高峰被称为呼吸骤变,如下图。回答下列问题:(1)出现呼吸骤变后,果实便完全成熟,然后开始衰老,不再适宜贮藏,据

46、此推测,图中最耐贮藏的果实是;据图推测,梨采摘后释放的CO2总量在不断(填“增加”“减少”或“不变”)。(2)若测得采摘的果实CO2释放量大于O2吸收量,此时果实细胞中产生的CO2释放到空气中至少要穿过层生物膜。(3)温水浸泡能使柿子脱去涩味,说明能刺激呼吸骤变的早临;等延迟呼吸骤变出现的措施,有利于水果保鲜和贮藏。解析本题考查细胞呼吸、影响细胞呼吸的因素及调控与应用,考查学生的理解能力、获取信息能力和综合运用能力。(1)据图可知苹果在采摘后呼吸高峰出现最晚,最耐贮藏。采摘的果实呼吸速率一直是大于零,故释放的CO2总量一直在增加。(2)植物细胞进行有氧呼吸时,CO2释放量等于O2吸收量,进行无

47、氧呼吸时,一般产生酒精和CO2,若果实细胞在呼吸时CO2释放量大于O2吸收量,说明有无氧呼吸存在,此时果实细胞中产生CO2的场所是细胞质基质和线粒体,细胞质基质中产生的CO2释放到空气中至少要穿过一层生物膜即细胞膜。(3)温水浸泡能提高温度,使呼吸高峰提前出现,因而能脱去柿子涩味;延长摘后果实贮藏时间,须推迟呼吸高峰的出现,可采取适当降低温度、降低氧气浓度的措施,降低呼吸作用。答案(1)苹果增加(2)一(3)提高温度降低氧气浓度、适当降低温度8.(2019年邢台月考)下图表示葡萄糖在细胞内氧化分解的某一途径,表示过程,X、Y表示物质。下列判断错误的是()。A.X是丙酮酸B.过程必须有CO2参与

48、C.过程必须有O2参与D.Y是H2O解析葡萄糖分解产生的X表示丙酮酸,A项正确;CO2在过程中产生,不是过程的反应物,B项错误;过程表示有氧呼吸的第三阶段,必须有O2参与,C项正确;Y表示有氧呼吸第三阶段的产物,为H2O,D项正确。答案B9.(2018年长春调研)下图表示玉米种子在暗处萌发初期淀粉和葡萄糖含量的变化情况,在此环境中约经过20天左右幼苗死亡,并被细菌感染而腐烂。下列分析正确的是()。A.图中表示葡萄糖变化情况的曲线是乙B.种子萌发过程中有机物总量的变化趋势为越来越少C.在此环境下种子萌发过程中会发生光合作用和细胞呼吸D.幼苗被细菌感染后,便没有CO2释放解析玉米种子在暗处萌发初期

49、,淀粉会不断水解为葡萄糖,导致淀粉的含量下降,葡萄糖的含量上升,因此图中表示葡萄糖变化情况的曲线是甲,A项错误;种子萌发过程中因细胞呼吸不断消耗有机物,所以有机物的总量越来越少,B项正确;在暗处,种子萌发过程中不会发生光合作用,C项错误;有的细菌的细胞呼吸释放CO2,D项错误。答案B10.下图1表示小肠细胞吸收葡萄糖的情况。为进一步探究细胞吸收葡萄糖的方式与细胞内液和细胞外液葡萄糖浓度差的关系,有人设计了如图2实验(记作甲):锥形瓶内盛有130 mg/dL的葡萄糖溶液以及小肠上皮组织切片。溶液内含细胞生活必需的物质(浓度忽略不计)。实验初,毛细玻璃管内的红色液滴向左缓缓移动,5 min 后速率

50、逐渐加快,此时,锥形瓶内葡萄糖溶液的浓度为 a mg/dL。(1)图1显示:曲线BC段小肠细胞吸收葡萄糖的方式属于。分析CD段变化的原因可能是载体失活而不是载体饱和,理由是:当载体饱和时,而使细胞内葡萄糖浓度不断升高,这与事实矛盾。(2)图2锥形瓶红色液滴的移动直接显示瓶内含量的变化。(3)为验证5 min时造成红色液滴移动速率加快的直接因素,需要设计一个对比实验(记作乙):乙实验装置的不同之处是5 min时用呼吸抑制剂处理小肠上皮组织。假定呼吸被彻底阻断,预期结果:实验开始5 min时,液滴移动的情况是:实验甲突然加快,实验乙。葡萄糖溶液浓度变化情况是:实验甲,实验乙。(4)若用相等质量的成

51、熟红细胞替代小肠上皮细胞,红色液滴的移动情况是。解析(1)分析图1,BC段细胞外液的浓度小于细胞内液,因此此段葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式为主动运输。根据题中信息分析,CD段若为载体失活,细胞内的葡萄糖不会再增加,但若为载体饱和,葡萄糖则会最大限度地进入细胞内。(2)图2锥形瓶内小烧杯内有KOH溶液,其作用是吸收瓶中的CO2,因此瓶内的气压变化是由O2的含量引起的。(3)根据题中信息,乙装置由于呼吸抑制剂抑制了细胞呼吸,红色液滴不移动,葡萄糖浓度不变。甲装置进行细胞呼吸消耗O2,引起葡萄糖浓度下降。(4)由于葡萄糖进入成熟红细胞的方式是协助扩散,因此与细胞呼吸消耗O2无关,液滴不移动。答案(1

52、)主动运输细胞仍然在吸收葡萄糖(2)氧气(3)停止(不)移动 下降 不变 (4)不移动11.(2019年安徽二联)某研究小组为探究葡萄糖载体抑制剂与呼吸抑制剂对肌肉细胞与哺乳动物成熟的红细胞(只进行无氧呼吸)呼吸作用的影响,设计如下表实验:试管1试管2试管3试管4试管5试管6步骤一加入等量肌肉细胞悬浮液加入等量红细胞悬浮液步骤二2 mL葡萄糖载体抑制剂2 mL呼吸抑制剂2 mL生理盐水2 mL葡萄糖载体抑制剂2 mL呼吸抑制剂2 mL生理盐水(续表)试管1试管2试管3试管4试管5试管6步骤三一段时间后,将等量5%的葡萄糖溶液分别加入6支试管,并振荡步骤四一段时间后,将试管中细胞全部取出并测量葡

53、萄糖的浓度根据所学知识,回答下列问题:(1)上述6支试管中为对照组的是。(2)步骤三与步骤四中都出现了“一段时间”,请问这两个“一段时间”的作用(填“相同”或“不相同”),原因是。(3)有同学看完该实验步骤后认为可以将步骤二与步骤三颠倒,请问这样做对实验结果(填“有”或“没有”)影响,原因是。(4)一段时间后测定,试管1、2、3葡萄糖含量分别为5%、4.9%、2.5%,试管4、5、6葡萄糖含量分别为5%、3.5%、3.5%,综合6支试管的实验结果可知,肌肉细胞与红细胞运输葡萄糖的方式分别为。解析步骤三中的“一段时间”是指完成步骤二后,需要等待一段时间,设置这个时间是为了让添加进两种细胞中的葡萄

54、糖载体抑制剂与呼吸抑制剂有充分的作用时间;步骤四中的“一段时间”指的是紧接步骤三加入葡萄糖后,让细胞有足够的时间摄取葡萄糖。如果将步骤二与步骤三颠倒,则在加入抑制剂之前,细胞就已经开始利用葡萄糖,会使实验结果不准确。由试管1、2、3的葡萄糖浓度分析,呼吸抑制剂抑制肌细胞吸收葡萄糖,则该过程需要能量,葡萄糖载体抑制剂也影响葡萄糖的吸收,说明肌肉细胞运输葡萄糖的方式为协助扩散与主动运输。答案(1)试管3与试管6(2)不相同步骤三中的“一段时间”是为了让抑制剂发挥作用,而步骤四中的“一段时间”是为了让细胞有足够的时间摄取葡萄糖(3)有若颠倒则在加入抑制剂之前,细胞就已经开始利用葡萄糖,会使实验结果不准确(4)主动运输(主动运输与协助扩散)协助扩散