第2节 细胞的能量“通货”——ATP
ATP的主要来源——细胞呼吸
【高考新动向】
1、ATP在能量代谢中的作用
2、细胞呼吸
3、探究酵母菌的呼吸方式
【考纲全景透析】
一、细胞的能量“通货”——ATP
1、生物体中的能源物质细胞中的糖类、脂肪等有机物都储存着化学能，但直接给细胞生命活动提供能量的却是ATP。
2、ATP的结构：结构简式：A—P～P～P
一个ATP分子中含有一个腺苷，两个高能磷酸键，三个磷酸基团。
3、ATP的功能：直接给细胞的生命活动提供能量。
4、ATP的利用：ATP可用于主动运输、生物发电和发光、肌细胞收缩、大脑思考等。
5、ATP与ADP的相互转化
（1）相互转化关系式
（2）合成ATP的能量来源
①动、植物和微生物：细胞呼吸分解有机物所释放的能量。
②绿色植物：除细胞呼吸所释放的能量外，还包括光合作用吸收、固定的光能。
（3）能量去向：用于生物体的各项生命活动。
（4）ATP与ADP的相互转化是生物界的共性。
二、探究酵母菌细胞呼吸的方式
1、酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
2、检测CO2的产生可使澄清石灰水变浑浊，另外使用溴麝香草粉蓝水溶液检测，变化是由蓝变绿再变黄。
3、检测酒精的产生可使用橙色的重铬酸钾溶液，其在酸性条件下，与酒精发生化学反应，变成灰绿色。
三、细胞呼吸
1、细胞呼吸
（1）定义：是指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）反应式：
C6H12O6＋6H2O＋6O2 6CO2＋12H2O＋能量。
（2）过程：
第一阶段
第二阶段
第三阶段
场所
细胞质基质
线粒体
线粒体
反应物
葡萄糖[ ]
丙酮酸和水
[H]和氧气
生成物
丙酮酸、[H]、ATP
CO2、[H]、ATP
H2O、ATP
能量
少量
少量
大量
3、无氧呼吸
（1）反应式：
①转化成乳酸的反应式：C6H12O6 2C3H6O3＋能量。
②分解成酒精的反应式：C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2＋能量。
（2）过程：第一阶段：与有氧呼吸第一阶段相同。
第二阶段：在细胞质基质中完成，产物是酒精和CO2或乳酸。
4、点拨
（1）有氧呼吸三个阶段都产生ATP，无氧呼吸只在第一阶段产生ATP。
（2）不同生物无氧呼吸产物不同，其原因在于催化反应的酶不同。
（3）原核生物无线立体，但有些原核生物仍可进行有氧呼吸。
（4）微生物的无氧呼吸也成为发酵，但动植物的无氧呼吸不能称为发酵。
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【热点难点全析】
一、ATP与ADP的相互转化
1、ATP的结构式
从简式可看出，ATP的结构特点可用“一、二、三”来总结，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合成与水解的比较
ATP的合成
ATP的水解
反应式
ADP＋Pi＋能量 ATP
ATP ADP＋Pi＋能量
所需酶
ATP合成酶
ATP水解酶
能量来源
光能（光合作用）、化学能（细胞呼吸）
储存在高能磷酸键中的能量
能量去路
储存于形成的高能磷酸键
用于各项生命活动
反应场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体
生物体的需能部位
注：ATP与ADP之间的相互转化过程中，反应类型、反应所需酶以及能量的来源、去路和反应场所都不相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。但是物质时可循环利用的。
4、ATP的去向：
【例】下列关于ATP的叙述中，正确的是( )
A．ATP分子由1个腺嘌呤脱氧核苷酸和2个磷酸基团组成
B．线粒体内大量合成ATP的部位是基质
C．在剧烈运动时，肌细胞产生ATP的速率增加[高考资源网 ]
D．叶绿体内ATP的运输方向是基质→类囊体薄膜
【解】选C。ATP的组成中包括腺苷和3个磷酸，其中腺苷包括腺嘌呤和核糖，因此，可以说1个腺嘌呤核糖核苷酸和2个磷酸基团组成ATP分子；在剧烈运动时，由于消耗能量多，产生的能量多才能满足生命活动的需要；叶绿体中通过光反应产生的ATP，在暗反应中用于还原三碳化合物，因此ATP的运输方向是从类囊体薄膜到基质。
二、细胞呼吸的过程及影响因素
1、有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解及分析
分析：（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或乳酸
（2）有氧呼吸中H2O既是反应物，又是生成物，且生成的H2O中的氧全部来自O2。
（3）不同生物无氧呼吸的产物不同，是由于催化反应的酶不同。
（4）有氧呼吸中各元素的来源和去路
2、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[ ]
细胞质基质和线粒体
细胞质基质
条件
氧气和酶
酶
产物
二氧化碳和水
酒精和二氧化碳或乳酸
能量
大量能量
少量能量
相同点
实质
分解有机物，释放能量
联系
第一阶段的场所及转变过程相同
3、影响细胞呼吸的环境因素及应用
（1）呼吸速率与温度的关系（如图）：
①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；低于最适温度时，酶活性下降，细胞呼吸受抑制。
②应用：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温，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）：
①O2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影响）。
②应用：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，可抑制厌氧病原菌的繁殖。
（3）呼吸速率与含水量的关系（如图）：
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。（2）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。
（4）呼吸速率与CO2的关系（如图）
在蔬菜、水果保鲜中，增加CO2浓度（或充入N2）可抑制细胞呼吸，减少有机物消耗。
（5）总结：外部因素在影响呼吸作用时是综合起作用的，有时在其他因素满足的情况下，某一因素成为限制因素。如动物冬眠时呼吸速率低的限制因素是温度，而夏季作物受涝而死亡，其限制因素则是O2。
【例】第十二届国际果蔬食品博览会于2011年9月23日至26日在中国北方著名的果品和蔬菜生产加工基地——烟台举行，当地的苹果果形端正、皮薄甜脆、汁多爽口，享誉全国。为了尽量延长新鲜苹果的贮藏时间，贮藏条件最好是( )
A．低O2、适当的湿度、零上低温
B．低O2、适当的湿度、零下低温
C．无O2、保持干燥、零上低温
D．无CO2、保持干燥、零下低温
【解】选A。本题考查影响细胞呼吸的因素。要长时间贮藏水果，就要降低其细胞呼吸，减少有机物的消耗。在低温条件下，呼吸酶活性降低；低氧状态下，细胞有氧呼吸弱，无氧呼吸受到抑制，整个细胞呼吸强度处于最低状态，可以有效减少营养物质的消耗，但若温度低于零度，则会冻伤水果。湿度适中，减少水果中水分丢失，有利于保鲜。
三、酵母菌细胞呼吸方式的实验探究
1、实验探究过程
（1）提出问题：酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精是在有氧还是无氧条件下；酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物是什么。
（2）作出假设：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）作出合理的假设。
（3）设计并进行实验
①配制酵母菌培养液。
②检测CO2的产生，装置如图所示。
③检测酒精的产生：自A、B中各取2mL滤液分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液中的颜色变化。
（4）实验现象
甲、乙两装置中石灰水都变浑浊，但甲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大量的二氧化碳和水；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。
2、实验中的关键步骤
（1）将装置（甲）连通橡皮球，让空气间断而持续地依次通过3个锥形瓶，既保证O2的充分供应，又使进入A瓶的空气先经过NaOH的锥形瓶，洗除空气中的CO2，保证第三个锥形瓶的澄清石灰水变浑浊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瓶中的氧消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水。
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