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1、第第2、3節(jié)細胞的能量節(jié)細胞的能量“通貨通貨”ATPATP的主要來源的主要來源細胞呼吸細胞呼吸欄目導航基礎梳理一、細胞的能量一、細胞的能量“通貨通貨”ATP1.ATP的結構的結構2.生成ATP的途徑3.ATP與ADP的相互轉化:ATPADP+Pi+能量4.ATP的功能:ATP是細胞生命活動的直接能源物質?！舅季S激活1】 新陳代謝旺盛的細胞中,ATP的含量相對高嗎?為什么?提示:細胞內ATP的含量極少,且相對穩(wěn)定,新陳代謝旺盛的細胞中僅是ATP與ADP的相互轉化迅速,但ATP含量不會升高。二、細胞呼吸的方式二、細胞呼吸的方式【思維激活2】 所有活的生物都時刻進行細胞呼吸嗎?請舉例說明。提示:只要

2、是活細胞都要進行細胞呼吸,沒有細胞結構的病毒不進行細胞呼吸。知識導圖要 點 探 究探究點 一直接能源物質直接能源物質ATP問題引領:細胞中ATP的含量極少,而細胞代謝消耗的ATP量很大,細胞怎樣解決這個矛盾?1.結構及各組成部分的含義2.ATP的再生和利用的再生和利用3.ATP產生速率與產生速率與O2供給量之間的關系供給量之間的關系(1)A點表示在無氧條件下,細胞可進行無氧呼吸分解有機物,產生少量ATP。(2)AB段表示隨O2供應量增多,有氧呼吸明顯加強,通過有氧呼吸分解有機物釋放的能量增多,ATP的產生速率隨之增加。(3)BC段表示O2供應量超過一定范圍后,ATP的產生速率不再加快,此時的限

3、制因素可能是酶、ADP、磷酸等。(1)ATP在細胞內的含量極少且相對穩(wěn)定,其根源在于ATP與ADP之間高效、迅速的轉化。(2)從反應條件、反應場所、能量來源等方面分析,“ATPADP+Pi+能量”不是可逆反應?！纠?】 (2012泗縣質檢)下列有關ATP的敘述,不正確的是()A.人體內成熟的紅細胞中沒有線粒體,不能產生ATPB.ATP中的能量可以來源于光能、化學能,也可以轉化為光能和化學能C.在有氧與缺氧的條件下,細胞質基質都能形成ATPD.ATP中的“A”與構成DNA、RNA中的堿基“A”表示不同物質思維導引思維導引:解析:人體內成熟的紅細胞通過無氧呼吸產生ATP,該生理過程發(fā)生的場所為細胞

4、質基質,A項錯誤;光合作用過程中,光能可轉化為ATP中的能量,呼吸作用過程中有機物中的化學能可轉化為ATP中的能量,ATP中的能量也可以轉化為光能和化學能,如螢火蟲發(fā)光、吸能反應形成的化學鍵中的能量等,B項正確;有氧呼吸和無氧呼吸的第一階段都產生ATP,場所是細胞質基質,C項正確;ATP中的“A”表示腺苷,而堿基“A”表示腺嘌呤,D項正確。答案:A。探究點 二細胞呼吸的過程分析細胞呼吸的過程分析問題引領:(1)有氧呼吸過程中,H來源于哪些物質,產生于哪幾個階段?(2)哺乳動物紅細胞中攜帶著大量氧氣,該細胞進行有氧呼吸嗎?1.有氧呼吸圖解熟記有氧呼吸的場所及過程,理解有氧呼吸中原子的轉移途徑:2

5、.無氧呼吸的過程無氧呼吸的過程不同生物無氧呼吸的產物不同,根本原因是遺傳物質不同,直接原因是生物體內所含的酶不同。熟記幾種生物的無氧呼吸類型。3.有氧呼吸與無氧呼吸的比較有氧呼吸與無氧呼吸的比較有氧呼吸無氧呼吸不同點場所細胞質基質、線粒體細胞質基質條件需O2不需O2產物CO2、H2O酒精和CO2或乳酸能量大量(徹底分解)少量(不徹底分解)相同點聯(lián)系第一階段相同實質分解有機物,釋放能量合成ATP意義為生物體的各項生命活動提供能量 (1)有H2O生成一定是有氧呼吸,有CO2生成一定不是乳酸發(fā)酵。(2)原核生物無線粒體,仍可進行有氧呼吸,如藍藻、硝化細菌等。(3)無氧呼吸只釋放少量能量,其余的能量儲

6、存在不徹底的氧化產物酒精或乳酸中。(4)水稻等植物長期水淹后爛根的原因:無氧呼吸的產物酒精對細胞有毒害作用。【例2】 (2011年海南高考)細胞內糖分解代謝過程如下圖,下列敘述錯誤的是()A.植物細胞能進行過程和或過程和B.真核細胞的細胞質基質中能進行過程和C.動物細胞內,過程比過程釋放的能量多D.乳酸菌細胞內,過程產生H,過程消耗H思維導引思維導引:1.根據(jù)圖中的物質判斷該圖示各標號表示的是哪種生理過程?2.說出有氧呼吸和無氧呼吸的具體過程和場所。3.產生乙醇和乳酸的常見生物有哪些?解析:本題考查呼吸作用的原理。據(jù)圖可知,為細胞呼吸的第一階段,為有氧呼吸第二、三階段,、為無氧呼吸的第二階段。

7、大多數(shù)植物組織無氧呼吸的產物為酒精和CO2(、),少數(shù)植物組織(如玉米胚等)無氧呼吸產物為乳酸(、),故A項正確。真核細胞有氧呼吸的場所為細胞質基質()和線粒體(),故B錯誤。有氧呼吸過程中大部分能量在第三階段釋放,故過程比過程釋放的能量多,C正確。乳酸菌無氧呼吸的第二階段是用H還原丙酮酸,生成乳酸。答案:B。規(guī)律方法據(jù)CO2釋放量和O2消耗量判斷細胞呼吸狀況氣體變化特點判斷方法無CO2釋放 細胞只進行產生乳酸的無氧呼吸,此種情況下,容器內氣體體積不發(fā)生變化不消耗O2,但產生CO2細胞只進行產生酒精的無氧呼吸。此種情況下，容器內氣體體積可增大CO2釋放量等于O2的消耗量細胞只進行有氧呼吸。此種

8、情況下,容器內氣體體積不變化,但若將CO2吸收,可引起氣體體積減小CO2釋放量大于O2的消耗量V(CO2)/V(O2)=4/3有氧呼吸和無氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等V(CO2)/V(O2)4/3無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無氧呼吸【遷移應用】 (2012南充高中月考)有一瓶混有酵母菌的葡萄糖培養(yǎng)液,當通入不同濃度的氧氣時,其產生的C2H5OH和CO2的量如下表所示。通過對表中數(shù)據(jù)分析可得出的結論是(D)氧濃度(%)abcd產生CO2的量9 mol12.5 mol15 mol30 mol產生酒精的量9 mol6.5 mol6 mol0

9、 molA.a濃度時酵母菌有氧呼吸速率等于無氧呼吸速率B.b濃度時酵母菌有氧呼吸速率大于無氧呼吸速率C.c濃度時有50%的葡萄糖用于酵母菌的酒精發(fā)酵D.d濃度時酵母菌只進行有氧呼吸,未進行無氧呼吸解析:如果無C2H5OH產生,則說明酵母菌只進行有氧呼吸,如氧濃度為d時。如果產生的CO2的量和C2H5OH的量相等,則說明酵母菌只進行無氧呼吸,如在氧濃度為a時。如果產生的CO2的量大于C2H5OH的量,說明酵母菌同時進行有氧呼吸和無氧呼吸,如氧濃度為b和c時。氧濃度為b時,通過無氧呼吸產生的CO2為6.5 mol,剩余的6 mol是有氧呼吸產生的。氧濃度為c時,無氧呼吸消耗葡萄糖為3 mol,有氧

10、呼吸消耗葡萄糖為1.5 mol。探究點 三影響細胞呼吸的主要因素及實踐應用影響細胞呼吸的主要因素及實踐應用問題引領:(1)貯存蔬菜和水果時,溫度越低越好嗎?(2)為什么中耕松土可以促進作物生長?1.內部因素內部因素遺傳因素遺傳因素(決定酶的種類和數(shù)量決定酶的種類和數(shù)量)(1)不同種類的植物細胞呼吸速率不同,如陰生植物小于陽生植物。(2)同一植物在不同的生長發(fā)育時期細胞呼吸速率不同,如幼苗期、開花期細胞呼吸速率較高,成熟期細胞呼吸速率較低。(3)同一植物的不同器官細胞呼吸速率不同,如生殖器官大于營養(yǎng)器官。2.環(huán)境因素環(huán)境因素(1)呼吸速率與溫度的關系(如圖)最適溫度時,細胞呼吸最強,超過最適溫度

11、呼吸酶活性降低,甚至變性失活,細胞呼吸受抑制;低于最適溫度酶活性下降,細胞呼吸受抑制。生產上常利用這一原理在低溫下貯存蔬菜、水果,在大棚蔬菜的栽培過程中,夜間適當降低溫度,降低細胞呼吸,減少有機物的消耗,提高產量。(2)呼吸速率與O2濃度的關系(如圖)O2濃度低時,無氧呼吸占優(yōu)勢;隨O2濃度增大,無氧呼吸逐漸被抑制,有氧呼吸不斷加強;但當O2濃度達到一定值后,隨O2濃度增大,有氧呼吸不再加強(受呼吸酶數(shù)量等因素的限制)。生產上常利用適當降低氧氣濃度等能夠抑制細胞呼吸、減少有機物消耗的原理來延長蔬菜、水果的保鮮時間,中耕松土增加根的有氧呼吸;在醫(yī)療上選用透氣的消毒紗布或松軟的“創(chuàng)可貼”包扎傷口,

12、可抑制厭氧病原菌(如破傷風桿菌)的繁殖。(3)呼吸速率與含水量的關系在一定范圍內,細胞呼吸速率隨含水量的增加而加快,隨含水量的減少而減慢。在作物種子儲藏時,將種子風干,以減弱細胞呼吸,減少有機物的消耗。【例3】 (2011廣雅中學測試)以下甲、乙兩圖都表示某植物的非綠色器官CO2釋放量和O2吸收量的變化。下列相關敘述不正確的是()A.甲圖中氧濃度為a時的情況對應的是乙圖中的A點B.甲圖中氧濃度為b時的情況對應的是乙圖中的D點C.甲圖的a、b、c、d四種濃度中c是最適合貯藏的D.甲圖中氧濃度為d時沒有酒精產生思維導引思維導引:解析:甲圖中氧濃度為a時,細胞只釋放CO2不吸收O2,說明細胞只進行無

13、氧呼吸,對應乙圖中的A點,A正確;甲圖中氧濃度為b時,CO2的釋放量遠遠大于O2的吸收量,說明細胞既進行有氧呼吸又進行無氧呼吸,且無氧呼吸強度大,應在乙圖中的AC段之間,B錯誤;貯藏植物器官應選擇CO2產生量最少即細胞呼吸最弱時(甲圖中的c),C正確;氧濃度為d時,CO2釋放量與O2的吸收量相等,細胞只進行有氧呼吸,因此沒有酒精產生,D正確。答案:B。實驗實驗:探究酵母菌細胞呼吸的方式探究酵母菌細胞呼吸的方式實驗基礎1.實驗原理實驗原理(1)酵母菌在有氧和無氧的條件下都能生存,屬于兼性厭氧菌。酵母菌進行有氧呼吸能產生大量的CO2,在進行無氧呼吸時能產生酒精和CO2。(2)鑒定試劑試劑鑒定對象實

14、驗現(xiàn)象澄清石灰水CO2變渾濁(據(jù)變渾濁程度可確定CO2多少)溴麝香草酚藍水溶液CO2藍綠黃(據(jù)變色的時間快慢確定CO2的多少)重鉻酸鉀溶液酒精橙色灰綠色(酸性條件)2.實驗過程實驗過程(1)配制酵母菌培養(yǎng)液(酵母菌+葡萄糖溶液)(2)設計對比實驗空氣先通過NaOH溶液的目的是清除CO2。B瓶應先封口放置一段時間,再連通盛澄清石灰水的錐形瓶,這樣做的目的是耗盡氧氣。(3)檢測產物檢測CO2的產生,裝置如圖所示。檢測酒精的產生:從A、B中各取2 mL濾液分別注入編號為1、2的兩支試管中分別滴加0.5 mL溶有0.1 g重鉻酸鉀的濃硫酸溶液振蕩并觀察溶液中的顏色變化。(4)實驗現(xiàn)象兩裝置中石灰水都變

15、渾濁,但有氧實驗組中渾濁程度高且速度快。2號試管中溶液由橙色變成灰綠色,1號試管不變色。(5)實驗結論酵母菌在有氧和無氧條件下都能進行細胞呼吸。在有氧條件下,酵母菌通過細胞呼吸產生二氧化碳;在無氧條件下,酵母菌通過細胞呼吸產生酒精和二氧化碳。方法透析1.該實驗是對比實驗。此類實驗一般設置兩個或兩個以上的實驗組,通過對結果的比較分析,來探究各種因素與實驗對象的關系。對比實驗不設對照組,均為實驗組,是對照實驗的一種特殊形式,即相當于“相互對照實驗”。2.細胞呼吸類型裝置圖分析裝置甲中NaOH溶液的作用是吸收掉呼吸所產生的CO2,紅色液滴移動的距離代表酵母菌細胞呼吸吸收的O2量。裝置乙中紅色液滴移動

16、的距離代表酵母菌細胞呼吸吸收的O2量與產生的CO2量的差值。其實驗結果與結論總結如下:現(xiàn)象結論甲裝置乙裝置液滴左移液滴不動只進行有氧呼吸液滴不動液滴右移只進行無氧呼吸液滴左移液滴右移既進行有氧呼吸,又進行無氧呼吸命題設計(2011江北高中月考)如圖所示的是檢測氣壓變化的密閉裝置。反應瓶和中心小杯中放置有關實驗材料和試劑,關閉活栓后,U形管右管液面高度變化反映瓶中氣體體積變化。實驗開始時將右管液面高度調至參考點,實驗中定時記錄右管液面高度相對于參考點的變化(忽略其他原因引起的容積變化)。課題小組同學利用該裝置探究某種異養(yǎng)型微生物的細胞呼吸方式。(1)取甲、乙兩套該密閉裝置設計實驗,請補充下表有關

17、內容:裝置反應瓶中加入的材料小杯內加入的材料測定項目甲一定濃度的葡萄糖溶液、微生物懸浮液各1 mL細胞呼吸O2的消耗量乙等量蒸餾水(2)將甲、乙裝置均置于28 恒溫條件下進行實驗(實驗過程中微生物保持活性),60 min后讀數(shù)。請補充下表有關內容:預期實驗的結果微生物的細胞呼吸方式甲乙上升不變不變下降上升下降只進行產生乳酸的無氧呼吸解析:(1)根據(jù)甲中所放的材料和試劑可以判斷,反應瓶中細胞呼吸釋放的CO2被NaOH(KOH)溶液吸收,同時可能消耗O2,所以液面高度變化的含義是細胞呼吸時氧氣消耗量。根據(jù)乙中液面高度變化的含義,可以判斷反應瓶中所加材料應與甲相同,中心小杯內放的是清水,這樣就可以檢

18、測釋放的CO2和吸收O2的差值。(2)若只產生CO2,不消耗O2,則只進行無氧呼吸;若產生CO2的物質的量比吸收O2的物質的量多,則兩種呼吸同時存在;若產生CO2的物質的量與吸收O2的物質的量相等,則只進行有氧呼吸。答案:(1)適量(一定濃度)的NaOH(KOH)溶液(一定濃度的)葡萄糖溶液、微生物懸浮液各1 mL細胞呼吸時CO2釋放量和O2消耗量的差值(2)只進行有氧呼吸(或進行有氧呼吸和產生乳酸的無氧呼吸)只進行產生酒精和CO2的無氧呼吸同時進行有氧呼吸和產生酒精和CO2的無氧呼吸不變不變1.(2011年海南高考)關于細胞呼吸的敘述,正確的是(B)A.種子風干脫水后呼吸強度增強B.土壤淹水

19、可導致根系發(fā)生無氧呼吸C.破傷風桿菌在有氧條件下能大量繁殖D.小麥種子萌發(fā)過程中有氧呼吸逐漸減弱解析:本題考查細胞呼吸的相關知識。種子風干過程中自由水含量降低,細胞代謝減弱,呼吸強度降低,A項錯。土壤淹水使根系處于無氧環(huán)境,進行無氧呼吸,B項正確。破傷風桿菌為厭氧菌,在無氧條件下大量繁殖,如皮膚破損較深處易感染破傷風桿菌,C項錯誤。小麥種子萌發(fā)過程中,種子先吸水使自由水含量升高,有氧呼吸不斷增強,D項錯誤。2.(2011年山東高考)某興趣小組在室溫下進行了酵母菌無氧呼吸的探究實驗(如圖)。下列分析錯誤的是(D)A.滴管中冒出氣泡是反應產生CO2的結果B.試管中加水的主要目的是制造無氧環(huán)境C.若

20、試管中的水換成冷水,氣泡釋放速率下降D.被分解的葡萄糖中的能量一部分轉移至ATP,其余的存留在酒精中解析:本題考查的是有關無氧呼吸的知識,D項被分解的葡萄糖中的能量除一部分存留在酒精中外,釋放的能量一部分轉移至ATP中,還有一部分以熱能形式散失了,故D項錯誤。3.(2009年天津高考)按下表設計進行實驗。分組后,在相同的適宜條件下培養(yǎng)810小時,并對實驗結果進行分析。實驗材料取樣處理分組培養(yǎng)液供氧情況適宜濃度酵母菌液50 mL破碎細胞（細胞器完整)甲25 mL75 mL無氧乙25 mL75 mL通氧50 mL未處理丙25 mL75 mL無氧丁25 mL75 mL通氧下列敘述正確的是(D)A.甲組不產生CO2而乙組產生B.甲組的酒精產量與丙組相同C.丁組能量轉換率與丙組相同D.丁組的氧氣消耗量大于乙組解析:據(jù)題可知,對酵母菌的處理是破碎細胞保持細胞器完整,它與未處理細胞的差別是細胞質基質中酶的濃度不同。破碎細胞的細胞質基質中酶的濃度較低,反應速率較慢,導致有氧呼吸第一階段或整個無氧呼吸反應速率較慢,所以甲組產生的酒精少于丙組,丁組的氧氣消耗量大于乙組。