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1、第2讲 ATP和细胞呼吸的原理、过程 考点一 ATP的结构、功能和利用太阳能：根本能源葡萄糖/糖类：细胞/生物生命活动所需要的主要能源物质脂肪：细胞内良好的储能物质【储能物质：植物脂肪、淀粉；动物脂肪、糖原】ATP：细胞的直接能源物质1.ATP是一种高能磷酸化合物（1）中文名称：腺苷三磷酸（小分子物质，可溶于水）（英文缩写；ATP）结构简式：APPP ATP中的A指腺苷，腺苷=腺嘌呤+核糖，P代表磷酸集团，代表一种特殊的化学键。（AP之间为普通磷酸键）注意：RNA单位中碱基A指腺嘌呤 （不同情况下A含义不同，具体情况具体分析）（2）ATP的供能原理：注意：ATP能量，是与能量有关的一种物质，不
2、能将两者等同起来ADP（腺苷二磷酸）一般不继续水解，若继续水解产物为AMP（腺苷一磷酸，即RNA的单位腺嘌呤核糖核苷酸）注意：PPi焦磷酸，含2个磷酸集团。PCR原料dNTP（dATP（脱氧腺苷三磷酸）、dGTP、dCTP、dTTP）含有能量。GTP等也可作为直接能源（3）高能磷酸化合物是指水解时释放的能量在20.92kJmol以上的磷酸化合物。1molATP水解时释放的能量高达30.54kJmol，所以ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。【ATP不是细胞内唯一的高能磷酸化合物】（4）磷酸肌酸CP和ATP都是高能磷酸化合物。在人体或者动物肌肉细胞中会发生如图所示的反应，当磷酸肌酸含量高、ATP
3、含量低时，反应向右进行，当ATP含量高、磷酸肌酸含量低时，反应向左进行。通常肌肉细胞中磷酸肌酸的含量约为ATP含量的34倍。磷酸肌酸ADPATP肌酸 （物质可逆，能量不可逆）（5）研究显示：一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为48kg，在紧张活动的情况下，ATP的消耗可达0.5kg/min。而人体中ATP的总量只有大约2-10mg，剧烈运动时只能维持3s。ATP的含量少，但是ATP与ADP转化十分迅速。【ATP总量总是处于动态平衡，从物质的角度减少物质占用和浪费，是长期进化逐渐形成的一种适应机制。】（6）纯净的ATP是白色粉末状，能够溶于水，ATP片剂可以口服，而ATP注射液可以肌肉注射或
4、静脉滴注。用于进行性肌萎缩、脑出血后遗症、心功能不全等的辅助治疗。2ATP和ADP的相互转化(1)转化基础：ATP的化学性质不稳定，远离腺苷(A)的特殊化学键容易断裂和形成。（就是这种能量很活跃，能被直接利用）特点：快速，高效，时刻进行，处于动态平衡。【其能量供应机制说明生物界具有统一性（除病毒外），也说明种类繁多的生物有着共同的起源】意义：保证生命活动对能量的正常供应。(2)ATP和ADP的相互转化过程比较（细胞呼吸是ATP的主要来源）反应式：注意：ATP水解时需要消耗水，ATP合成时会生成水，但在书写反应式时省略了水酶不同，场所不同，不能称该反应动态平衡，物质是可逆的，能量是不可逆的在一些
5、能进行化能合成作用的细菌，可将外界环境中NH3,S2-,Fe2+等氧化释放能量供应ATP利用3.ATP的利用（1）细胞中绝大多数【不是全部】需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量。ATP可转化为其他形式的能量，直接供生命活动利用如：电能用于大脑思考、神经传导、生物发电（电鳐）化学能用于细胞内各种吸能反应机械能肌肉收缩、精子尾部的摆动光能生物发光渗透能主动运输热能用于动物体温提升和维持注意;ATP的利用实质是ATP中的化学能转化为各种形式能量的过程（2）ATP为主动运输供能ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反
6、应。注意：ATP不是唯一的直接能源物质。在人体或者动物肌肉细胞中会发生磷酸肌酸ADPATP肌酸不是所有细胞生命活动都消耗能量，如有机物分解释放能量，形成ATP。不是所有生命活动所需能量都由ATP提供，如植物对水分的吸收和运输动力来自叶片蒸腾拉力，自由扩散、协助扩散、渗透作用等不需ATP。（3）ATP是细胞内流通的能量“货币”吸能反应：一般与ATP的水解反应相联系，由ATP水解提供能量。如蛋白质的合成等生命活动。放能反应：一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。如细胞内葡萄糖等有机物的氧化分解反应。萤火虫发光的机理：荧光素接受ATP提供的能量后就被激活，在荧光素酶的催化下，荧光素与氧
7、气发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光。4ATP产生量与O2供给量的关系分析考点二 细胞呼吸的方式和过程1、呼吸作用（发生在细胞内，也叫细胞呼吸）是ATP的主要来源细胞呼吸：有机物（底物）在细胞（场所）内经过一系列的氧化分解（反应类型）生成二氧化碳或其他产物，释放出能量（分段放能）生成ATP的过程。（氧化分解需要酶，不一定需要氧气，如无氧呼吸）能量转化：稳定的化学能转化为活跃的化学能和热能意义：为生物体的生命活动提供能量，生物体代谢的枢纽。【如细胞呼吸过程中产生的中间产物可转化为甘油、氨基酸等非糖物质，非糖物质代谢形成的某些产物与细胞呼吸中间产物相同，这些物质可以进一步形成葡萄糖。蛋白质、
8、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来】拓展：呼吸作用=细胞呼吸呼吸呼吸运动“呼吸”是通过呼吸运动吸入O2和排出CO2的过程，一般不涉及化学反应。“呼吸”是“呼吸作用”的前提和基础，没有呼吸过程吸入的氧气，就不能进行呼吸作用；而“呼吸作用”是“呼吸”的继续。“呼吸运动”是指胸廓有节律地扩大和缩小，从而完成吸气和呼气的活动。2、有氧呼吸过程（1）绝大多数生物细胞呼吸的主要方式（必需有氧参与）（2）主要场所：线粒体（内膜折叠形成嵴，增大膜面积，外膜保证线粒体内膜相对稳定，基质含少量DNA、RNA，核糖体。）（肌细胞中线粒体变形为肌质体，线粒体可定向移动到代谢旺盛部位）思维拓展：运用证据和
9、逻辑评价论点线粒体起源（3）有氧呼吸概念：是指细胞在氧的参与下，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。区别：有氧呼吸与燃烧的共同点：同属于氧化分解，产生二氧化碳等释放能量有氧呼吸特点：温和条件，能量逐步释放，释放能量去向ATP中、热能体外燃烧特点：猛烈，能量迅速释放，释放能量去向热能（4）底物最常利用：葡萄糖 【脂肪、蛋白质等也可以作为有氧呼吸的底物】总反应式：C6H12O66O26H2O6CO212H2O能量注意：能量不可直接写ATP，能量大部分转化为热能，少部分转化为ATP（32）反应式两边的水不能抵消 全过程十分复杂，概括为
10、三阶段，有相应酶催化（5）过程第一阶段：葡萄糖初步分解。场所：细胞质基质（糖酵解过程是葡萄糖开始分解生成丙酮酸的过程，全过程共有10步酶催化反应）C6H12O62C3H4O34H少量能量 （大部分：热能+少部分ATP中）第二阶段：丙酮酸（或葡萄糖）彻底分解。场所：线粒体基质2C3H4O36H2O6CO220H少量能量 （大部分：热能+少部分ATP中）第三阶段：H的氧化。场所：线粒体内膜24H6O212H2O+大量能量 （大部分：热能+少部分ATP中）O2的作用：与H结合生成水，生成大量ATP注意：细胞呼吸产生的H是还原型辅酶(NADH)的简化表示方式，光反应产生的是还原型辅酶(NADPH)的简
11、化表示方式。两者均不是蛋白质。NAD+(氧化型)辅酶 三个阶段所需要的酶不同，部位不同（由酶的分布造成） 原核细胞有氧呼吸第一阶段在细胞质内，第二、三阶段在细胞膜上（O2在细胞膜上被利用） 无氧条件下第二、三阶段都不能正常进行（5）能量去路：1mol葡萄糖彻底氧化分解释放出2870kJ的能量，其中977.28kJ左右的能量储存在ATP中【977.28除30.54约等于32mol。用于各项生命活动，也有部分转化为热能维持体温。】，其余能量1892.72则以热能形式散失（可维持体温）。能量转化效率（利用率）977.28除2870约等于34%3、无氧呼吸的类型和过程（1）场所：全过程是在细胞质基质中
12、进行的。（2）无氧呼吸概念：指在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量的能量的过程。【无氧呼吸过程中，葡萄糖中的能量主要转移到乳酸或酒精中没有释放出来；而氧化分解释放的能量主要以热能形式散失了。】（3）产物为酒精：C6H12O62C2H5OH2CO2少量能量 产物为乳酸： C6H12O62C3H6O3少量能量第一阶段C6H12O62C3H4O34H少量能量第二阶段酒精发酵2C3H4O34H 2 C2H5OH2CO2实例：植物、酵母菌等乳酸发酵2C3H4O34H 2C3H6O3实例：高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、乳酸菌等只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。
13、葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中。注意：人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肝细胞中再次转化为葡萄糖。 (4)能量去向：1mol葡萄糖释放196.65 kJ(生成乳酸)或225.94 kJ(生成酒精)的能量（大部分能量没有释放出来而存在于乳酸或酒精中），其中均有61.08 kJ的能量转移至ATP中（约2molATP）。乳酸发酵的能量利用率为61.08除196.65约等于31%，其余以热能散失约69%。酒精发酵的能量利用率为61.08除225.94约等于27.5%。其余以热能散失约72.5%。有氧呼吸能量利用率更高，以有氧呼吸为主，保留无氧呼吸应付暂时缺氧的不利环境。3细胞呼吸原理的应用
14、有氧呼吸(1)提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。(2)稻田定期排水：抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡。作物栽培中的中耕松土，保证根的正常细胞呼吸。(4)生产醋酸、味精（谷氨酸钠）等，利用醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌有氧呼吸。(5)发面：馒头、面包，酵母菌有氧呼吸，松软可口无氧呼吸(1)选用透气消毒纱布包扎伤口，伤口过深或被锈钉扎伤需要及时治疗。抑制破伤风芽孢杆菌等厌氧细菌的无氧呼吸和繁殖。(2)制作酸菜、酸奶、泡菜等，利用乳酸菌无氧呼吸产生乳酸(3)酒精发酵：早期通气使酵母菌进行有氧呼吸大量增殖，后期密闭使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。4、拓展（1）析细胞呼吸中H(NADH)和ATP
15、的来源和去路物质来源去路H有氧呼吸：C6H12O6和H2O；无氧呼吸：C6H12O6有氧呼吸：与O2结合生成水；无氧呼吸：还原丙酮酸ATP有氧呼吸：三个阶段都产生无氧呼吸：只在第一阶段产生用于各项生命活动判断细胞呼吸方式的三大依据（2）归纳总结细胞呼吸反应式中各物质间量的比例关系有氧呼吸：C6H12O6O2CO2166。无氧呼吸：C6H12O6CO2C2H5OH122或C6H12O6C3H6O312。消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质的量：有氧呼吸需要的O2有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和34。产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量：无氧呼吸有氧呼吸31。第3讲细胞呼吸的影响因素及应用2023/10/8考点
