第2讲 ATP和细胞呼吸
明确 目标 1.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质; 2.通过探究酵母菌细胞呼吸的方式,说出细胞呼吸的类型; 3.说明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; 4.分析影响细胞呼吸的因素及应用。
建构 知识 体系
第一课时 ATP与细胞呼吸的原理
主题研习(一) ATP的结构与功能
(一)ATP的结构及其与ADP的转化
1.ATP的组成结构
2.ATP的供能原理
3.ATP和ADP的转化图
4.ATP的合成和水解的区别
项目 ATP的合成 ATP的水解
反应式 ADP+Pi+能量ATP ATPADP+Pi+能量
所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶
反应 场所 生物体的需能部位
能量 来源 (光合作用)、 (细胞呼吸) 储存在特殊化学键中的化学能
能量 去路 储存在ATP中形成末端的特殊化学键 可直接转化成其他形式的能量用于生命活动
(二)ATP的利用
1.ATP为主动运输供能
(1)相关图示
(2)图示分析
ATP水解释放的 使蛋白质等分子磷酸化,这些分子被磷酸化后, 发生变化, 也被改变,因而可以参与相应化学反应。
2.细胞内的吸能反应和放能反应
自我诊断
1.概念理解(判断正误)
(1)ATP由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成。 ( )
(2)ATP必须在有氧条件下合成。 ( )
(3)线粒体、叶绿体和高尔基体都是合成ATP的场所。 ( )
(4)ATP是生命活动的直接能源物质,但它在细胞中的含量很少,ATP与ADP时刻不停地进行相互转化。 ( )
(5)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。 ( )
2.事理分析
(1)(人教版必修1 P87正文挖掘思考)植物、动物、细菌和真菌的细胞内,都是以ATP作为能量“货币”的,从生物进化的角度分析,这说明
。 (2)(人教版必修1 P89楷体字内容拓展分析)萤火虫尾部发光的原理是
。
(3)(苏教版必修1 P79正文最后一段拓展)除ATP外,糖类、蛋白质和脂肪都可以作为能源物质,ATP是直接能源物质。可以把 比作现金,细胞中的能量转换都是“现金交易”。而 物质可以比作活期存款, 比作定期存款, 作为最重要的结构物质可以比作不动产,细胞中这几种能源物质的利用顺序是 。
题点(一) ATP的结构与功能
1.(2024·全国甲卷)ATP可为代谢提供能量,也参与RNA的合成,ATP结构如图所示,图中表示高能磷酸键(特殊化学键)。下列叙述错误的是 ( )
A.ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量
B.用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA
C.β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键(特殊化学键)不能在细胞核中断裂
D.光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键(特殊化学键)
2.ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质,除了ATP,动物细胞中还含有dATP(脱氧腺苷三磷酸),每个dATP由磷酸基团、脱氧核糖和腺嘌呤组成。下列叙述错误的是 ( )
A.与皮肤表皮细胞相比,心肌细胞含有更多的ATP
B.与ATP相比,dATP五碳糖2号碳上的羟基被单独的氢原子所取代
C.ATP水解释放的磷酸基团可使蛋白质磷酸化,改变蛋白质的活性
D.若1 mol ATP水解成ADP释放的能量为30.54 kJ,则1 mol ATP彻底水解释放的能量小于91.62 kJ
[归纳拓展]
(1)ATP与核苷酸的关系
(2)关于ATP的3个易错点
①ATP≠ 能量,ATP是直接能源物质,但不是唯一的,生物体内还存在CTP、GTP、UTP等直接能源物质。
②ATP与ADP的相互转化,从物质方面来看是可逆的,从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。
③细胞中的ATP与ADP的转化总是处于动态平衡中,由于ADP、Pi 可重复利用,只要提供能量,生物体就可不断合成ATP,满足生命活动的需要。
题点(二) ATP与ADP的转化和ATP的利用
3.(2024·安徽高考)细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应,磷酸果糖激酶1(PFK1)是其中的一个关键酶。细胞中ATP减少时,ADP和AMP会增多。当ATP/AMP浓度比变化时,两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性,进而调节细胞呼吸速率,以保证细胞中能量的供求平衡。下列叙述正确的是 ( )
A.在细胞质基质中,PFK1催化葡萄糖直接分解为丙酮酸等
B.PFK1与ATP结合后,酶的空间结构发生改变而变性失活
C.ATP/AMP浓度比变化对PFK1活性的调节属于正反馈调节
D.运动时肌细胞中AMP与PFK1结合增多,细胞呼吸速率加快
4.(2025·辽阳模拟)蛋白激酶和蛋白磷酸酶是信号通路的“开关分子”,即蛋白激酶能催化蛋白质的磷酸化过程,蛋白磷酸酶能催化蛋白质的去磷酸化过程,其机理如下图。下列相关叙述正确的是 ( )
A.蛋白质的磷酸化属于放能反应,反应过程伴有ATP水解
B.蛋白磷酸酶的作用机理是降低蛋白质去磷酸化的活化能
C.蛋白质发生磷酸化会导致细胞中ADP大量积累
D.载体蛋白磷酸化导致其构象发生不可逆的改变
[归纳拓展] 磷酸化和去磷酸化
①在相应的位置上,加上磷酸基团称为磷酸化,将磷酸基团去除称为去磷酸化。腺苷二磷酸加上磷酸基团发生在叶绿体内,称光合磷酸化;腺苷二磷酸加上磷酸基团发生在线粒体内,称氧化磷酸化。
②磷酸化和去磷酸化,一般指的是蛋白质分子的磷酸化和蛋白质分子的去磷酸化。蛋白质分子的磷酸化过程,往往伴随着ATP水解,提供磷酸基团,在蛋白激酶的作用下完成。蛋白质分子的去磷酸化,在蛋白磷酸酶的作用下完成。
主题研习(二) 细胞呼吸的方式和过程
1.呼吸作用的实质:细胞内的有机物 ,并释放能量。
2.有氧呼吸
(1)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 ,释放能量,生成 的过程。
(2)过程
①总反应式
。
②能量转化:1 mol葡萄糖彻底氧化分解释放出2 870 kJ的能量,其中977.28 kJ左右的能量储存在 中,其余能量则以 形式散失。
3.无氧呼吸的类型和过程
(1)场所:全过程是在 中进行的。
(2)过程
(3)化学反应式
①产物为酒精和CO2
C6H12O6 。
②产物为乳酸
C6H12O6 。
(4)能量转化
①只在 释放少量能量,生成少量ATP。
②葡萄糖分子中的大部分能量存留在 中。
自我诊断
1.概念理解(判断正误)
(1)供氧不足时,酵母菌在细胞质基质中将丙酮酸转化为酒精。 ( )
(2)酵母菌有氧呼吸在线粒体中进行,无氧呼吸在细胞质基质中进行。 ( )
(3)葡萄糖的有氧呼吸过程中,水的生成发生在线粒体外膜。 ( )
(4)癌细胞进行无氧呼吸时丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATP。 ( )
(5)有氧呼吸时,生成物H2O中的氢只来自线粒体中丙酮酸的分解。 ( )
2.事理分析
(1)(人教版必修1 P93“思考·讨论”问题分析)与燃烧迅速释放能量相比,有氧呼吸是逐级释放能量的,这对于生物体来说,意义是 。
(2)(苏教版必修1 P97“积极思维”拓展分析)微生物的无氧呼吸可分为乙醇发酵和乳酸发酵,发生两类无氧呼吸的主要原因是
。 无氧呼吸两阶段释放能量的特点是
。
(3)(人教版必修1 P94正文分析)所有生物的生存都离不开细胞呼吸释放的能量,细胞呼吸还被称为生物体代谢的枢纽,原因是 。
重难点(一) 有氧呼吸中的电子传递链
|情|境|探|究|
高等动植物细胞进行有氧呼吸第三阶段时,NADH中的电子经UQ、蛋白复合体(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)传递至O2和H+并生成H2O。电子传递过程中释放的能量用于建立膜两侧H+浓度差,使能量转换成H+电化学势能。H+经ATP合酶运回时释放能量用于ATP合成并缓慢产热;另一些H+经UCP渗漏时H+电化学势能将以热能形式释放。以上途径称为细胞色素途径,其过程如下图。
图中的AOX是一种在植物细胞中广泛存在的氧化酶。在AOX参与下,电子可以不通过蛋白复合体Ⅲ和Ⅳ,而是直接传递给O2和H+并生成H2O,大量能量以热能的形式释放,此途径称为AOX途径。
(1)上图所示的生物膜是 膜;图中H+经ATP合酶的跨膜运输方式是 。
(2)有些植物在开花期能够在短期内迅速产生并积累大量热能,使花温度显著高于环境温度(即“开花生热现象”),UCP的表达量也显著升高。开花生热可以促使植物生殖发育顺利完成。有氧呼吸的第一、二阶段也会释放热量,但不会引起开花生热。原因是经过这两个阶段,能量大部分储存在 中。
(3)在耗氧量不变的情况下,若上图所示的膜结构上AOX和UCP含量提高,则经ATP合酶催化形成的ATP的量 (填“减少”“增加”或“不变”),原因是 。
(4)已知二硝基酚(DNP)不影响线粒体的电子传递,但能使H+不经过ATP合酶进入线粒体基质。为研究短时低温对线粒体电子传递的影响,
实验小组将水稻幼苗置于不同条件下处理,分组情况及实验结果如图所示:
产生等量ATP时,与25 ℃相比,4 ℃条件下有氧呼吸消耗葡萄糖的量 (填“较少”“较多”或“相等”)。根据实验结果推测:短时低温(4 ℃) (填“影响”或“不影响”)线粒体的电子传递。低温条件下ATP合成减少,原因可能是
。
|认|知|生|成|
1.有氧呼吸第三阶段电子传递过程分析
(1)[H](NADH)在酶的催化下释放电子和H+,电子被镶嵌在线粒体内膜上的一系列蛋白质捕获和传递,最终与O2和H+结合,生成了H2O。
(2)线粒体内膜上的这些特殊蛋白质则利用电子给予的能量将线粒体基质中的H+泵入内膜和外膜的间隙,构建了跨膜的H+浓度梯度。
(3)H+沿着线粒体内膜上ATP合酶内部的通道流回线粒体基质,推动了ATP的合成(在一定范围内,线粒体内膜两侧的H+浓度差越大,ATP合成的越多)。
2.有氧呼吸的三个注意点
(1)葡萄糖不能进入线粒体,需要在细胞质基质中分解为丙酮酸和[H]后,丙酮酸才能进入线粒体中进一步分解。
(2)有氧呼吸消耗O2的量不一定等于产生CO2的量,如果是以脂肪为反应物进行有氧呼吸,消耗O2的量要大于产生CO2的量,其原因是与葡萄糖相比,脂肪含H量高,因此有氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量。
(3)真核细胞中哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫无线粒体,只能进行无氧呼吸。但线粒体不是进行有氧呼吸必需的结构,如蓝细菌(原核生物)无线粒体,也能进行有氧呼吸。
重难点(二) 细胞呼吸中各物质间量的关系、细胞呼吸方式的判断
[典例] (2025·长沙模拟)细胞呼吸的呼吸熵为细胞呼吸产生的CO2量与细胞呼吸消耗的O2量的比值。现有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合液,培养条件适宜。据此做出的相关分析,错误的是 ( )
A.若测得酵母菌的呼吸熵为1,则混合液中的酵母菌只进行有氧呼吸
B.若测得酵母菌的呼吸熵大于1,则混合液中的酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
C.根据放出的气体是否能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄,无法确定酵母菌的呼吸方式
D.若测得CO2产生量为15 mol,酒精的产生量为6 mol,可推测有2/3的葡萄糖用于有氧呼吸
听课随笔:
|认|知|生|成|
1.有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸各物质间的比例关系(以葡萄糖为呼吸底物)
(1)有氧呼吸中葡萄糖∶O2∶CO2=1∶6∶6。
(2)产生酒精的无氧呼吸中葡萄糖∶CO2∶酒精=1∶2∶2。
(3)消耗等量的葡萄糖时,产生酒精的无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2摩尔数之比为1∶3。
(4)同时进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸,且两种呼吸方式消耗等量的葡萄糖时,有氧呼吸消耗的O2摩尔数与有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸产生CO2摩尔数之和的比为3∶4。
2.细胞呼吸方式的判断(以真核生物分解葡萄糖为例)
题点(一) 细胞呼吸的原理和过程
1.(2025·哈尔滨模拟)线粒体是真核细胞有氧呼吸的主要场所,其内部发生的三羧酸循环、脂肪酸的β氧化和还原氢与O2的结合反应与细胞能量供应密切相关。下列有关叙述正确的是 ( )
A.线粒体内的蛋白质大部分由线粒体自身基因编码
B.三羧酸循环产生的还原氢首先与NAD+结合生成NADH
C.线粒体将H+运至细胞质为第三阶段的进行奠定了物质基础
D.线粒体内膜上合成ATP与H+跨膜运输有关
2.(2025年1月·八省联考内蒙古卷)某酵母菌以葡萄糖为底物的3种呼吸途径中,部分物质变化如图,下列叙述正确的是 ( )
A.途径二葡萄糖中的能量最终都转移到了乙醇和少量ATP中
B.途径二和途径三的存在,降低了酵母菌对环境的适应力
C.酵母菌仅通过途径三不能获得满足生长必需的能量
D.生物界中,途径一仅发生在具有线粒体的细胞中
[易错提醒]
正确理解两种无氧呼吸的特点
①两种无氧呼吸均只在第一阶段释放少量能量,生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中。
②人体内产生的CO2只能是有氧呼吸的产物,因为人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸,无CO2生成。
③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,根本原因在于控制酶合成的基因不同。
题点(二) 细胞呼吸类型的判断
3.(2025·东营模拟)某研究小组用传感器精确测量了某绿色植物非绿色器官的O2吸收量(x)和CO2释放量(y)。下列关于x、y的关系与细胞呼吸方式的推论,正确的是 ( )
A.当x=y>0时,细胞一定存在有氧呼吸,且一定不存在无氧呼吸
B.当y>x>0时,有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸共同存在
C.当x>y>0时,有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸共同存在
D.当x=0,y>0时,一定不存在有氧呼吸,且无氧呼吸有乳酸产生
题点(三) 细胞呼吸与细胞代谢的关系
4.(2025·重庆模拟)下图为生命体内部分物质与能量代谢关系示意图。下列叙述错误的是 ( )
A.三羧酸循环是代谢网络的中心,可产生大量的[H]和CO2并消耗O2
B.生物通过代谢中间物,将物质的分解代谢与合成代谢相互联系
C.乙酰CoA 在代谢途径中具有重要地位
D.物质氧化时释放的能量部分储存于 ATP中,部分以热能的形式散失
[科学备考] 教材边角知识不可忽视
第4题以图示的形式诠释了人教版教材必修1 P94正文楷体字部分细胞呼吸是生物体代谢的枢纽的含义;该题改编自2022年江苏高考第15题。说明了教材边角知识常会作为命题素材,复习时要多加关注。
教材内容再现如下:
细胞呼吸除了能为生物体提供能量,还是生物体代谢的枢纽。例如,在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、糖类和脂质的代谢,都可以通过细胞呼吸过程联系起来。
第一课时 ATP与细胞呼吸的原理
主题研习(一)
基础全面落实
(一)1.腺苷 特殊化学键 2.负电荷 特殊化学键 末端磷酸基团 4.细胞质基质、线粒体、叶绿体 光能 化学能
(二)1.(1)酶活性 末端磷酸基团 能量转移 (2)磷酸基团 空间结构 活性 2.吸能 放能
[自我诊断]
1．(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√
2．(1)生物界具有统一性，也说明种类繁多的生物有着共同的起源
(2)萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶，在ATP提供能量的前提下，荧光素酶可催化荧光素与氧气发生化学反应，形成氧化荧光素并发出荧光
(3)ATP 糖类 脂肪 蛋白质 糖类、脂肪、蛋白质
考向精细研究
1．选C ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量，A正确；ATP脱去β和γ位磷酸基团后成为RNA的基本组成单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸，所以用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA，B正确；在细胞核中进行的某些生理活动，如DNA的复制、转录等都需要消耗ATP中β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键(特殊化学键)断裂所释放的能量，C错误；光合作用的光反应可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键(特殊化学键)，D正确。
2．选A 与皮肤表皮细胞相比，心肌细胞对能量需求更多，因而消耗的ATP更多，其中ATP和ADP相互转化的速度更快，但两者ATP含量基本相同，A错误；ATP的五碳糖为核糖，dATP的五碳糖为脱氧核糖，与ATP相比，dATP五碳糖2号碳上的羟基被单独的氢原子所取代，B正确；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，C正确；ATP的结构简式为A—P～P～P，含有2个特殊化学键，一个普通的磷酸键，1 mol ATP彻底水解会断裂两个特殊化学键，一个普通的磷酸键，若1 mol ATP水解成ADP释放的能量为30.54 kJ，则1 mol ATP彻底水解释放的能量小于3×30.54＝91.62 kJ，D正确。
3．选D 在细胞呼吸第一阶段，葡萄糖最终分解为丙酮酸，由题意可知，细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应，而磷酸果糖激酶1(PFK1)是其中的一个关键酶，因此PFK1不能催化葡萄糖直接分解为丙酮酸，A错误；由题意可知，PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变但还具有活性，B错误；由题意可知，当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，最终保证细胞中能量的供求平衡，说明其调节属于负反馈调节，C错误；运动时肌细胞消耗ATP增多，细胞中ATP减少，ADP和AMP会增多，从而AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快，细胞中ATP含量增多，从而维持能量供应，D正确。
4．选B 通过图示可知，蛋白质磷酸化过程需要消耗ATP，与ATP的水解相联系，属于吸能反应，A错误；酶的作用机理是降低化学反应所需的活化能，因此图中蛋白磷酸酶的作用机理是降低蛋白质去磷酸化的活化能，B正确；细胞中ATP的含量较少但是相对稳定，是因为ATP与ADP相互转化处于动态平衡之中，因此蛋白质发生磷酸化不会导致细胞中ADP大量积累，C错误；由题图可知，在蛋白激酶与蛋白磷酸酶作用下，蛋白质发生磷酸化与去磷酸化的相互转变，具此推测载体蛋白磷酸化导致其构象发生的是可逆的改变，D错误。
主题研习(二)
基础全面落实
1．氧化分解 2.(1)二氧化碳和水 大量ATP (2)细胞质基质 C6H12O62C3H6O3＋4[H] 少量能量 线粒体基质 2C3H6O3＋6H2O酶,6CO2＋20[H] 少量能量 线粒体内膜 24[H]＋6O2酶,12H2O 大量能量 ①C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量 ②ATP 热能 3.(1)细胞质基质 (2)乳酸 酒精＋CO2 (3)①2C2H5OH＋2CO2＋少量能量 ②2C3H6O3＋少量能量 (4)①第一阶段 ②酒精或乳酸
[自我诊断]
1．(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
2．(1)使能量逐步转移到ATP中，保证有机物中的能量得到充分利用；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态
(2)不同生物能产生不同酶，其代谢过程不同 第一阶段释放少量能量，第二阶段无能量释放
(3)细胞呼吸的中间产物可以转化为甘油、氨基酸等非糖物质，非糖物质代谢产生的某些物质可以形成葡萄糖，糖类、脂质和蛋白质的代谢都可以通过细胞呼吸过程联系起来
重难深化拓展
[情境探究]
(1)线粒体内 协助扩散 (2)NADH(或[H]) (3)减少 NADH中的能量经AOX和UCP更多地被转换成了热能 (4)较多 不影响 低温使部分H＋不经过ATP合酶的协助而进入线粒体基质，降低了H＋浓度梯度，减少了H＋由ATP合酶协助的顺浓度梯度运输，从而使ATP的合成减少
[典例] 选D 若测得酵母菌的呼吸熵为1，说明酵母菌呼吸产生的CO2和消耗的O2的量相等，可说明酵母菌只进行有氧呼吸，不进行无氧呼吸，A正确；若测得酵母菌的呼吸熵大于1，说明酵母菌呼吸产生的CO2的量大于消耗的O2的量，则混合液中的酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，B正确；CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，由于酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均产生CO2，所以不能根据放出的气体是否能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄来确定酵母菌的呼吸方式，C正确；根据无氧呼吸的反应式可知，当无氧呼吸产生酒精的量是6 mol时，无氧呼吸产生CO2的量为6 mol，无氧呼吸消耗的葡萄糖的量是3 mol，细胞呼吸中CO2总产生量为15 mol，说明有氧呼吸产生CO2的量为9 mol，根据有氧呼吸反应式可知，有氧呼吸消耗葡萄糖为1.5 mol，可推测有1.5÷(1.5＋3)＝1/3的葡萄糖用于有氧呼吸，D错误。
考向精细研究
1．选D 线粒体内的蛋白质大部分由细胞核基因编码，少部分由线粒体自身基因编码，A错误；在三羧酸循环过程中，产生的还原氢为NADH，B错误；线粒体将H＋运至线粒体内膜与外膜的间隙为第三阶段的进行奠定了物质基础，C错误；当H＋顺浓度梯度穿过ATP合酶时，该酶催化ATP的合成，D正确。
2．选C 途径二为无氧呼吸，无氧呼吸中的能量大部分储存在乙醇中，少部分能量转移到ATP中，还有一部分以热能散失，A错误；途径二和途径三的存在，使酵母菌在无氧环境中也能生存，提高了酵母菌对环境的适应力，B错误；途径三为无氧条件，产生的ATP较少，因此酵母菌仅通过途径三不能获得满足生长必需的能量，C正确；途径一也可发生在不含线粒体的细胞中，如蓝细菌等，D错误。
3．选B 当x＝y>0时，细胞一定存在有氧呼吸，一定不存在产生酒精的无氧呼吸，但可能存在产生乳酸的无氧呼吸，A错误；当y>x>0时，细胞一定存在有氧呼吸，也一定存在产生酒精的无氧呼吸，且y与x的差值表示无氧呼吸产生CO2的量，B正确；当x>y>0时，可能是有氧呼吸的底物中有脂肪，但不能判断是否存在无氧呼吸，C错误；当x＝0，y>0时，说明一定不存在有氧呼吸，且无氧呼吸有酒精产生，不能判断无氧呼吸是否有乳酸产生，D错误。
4．选A 三羧酸循环是代谢网络的中心，可产生大量的[H]和CO2，但不消耗O2，消耗O2的是呼吸链，A错误；代谢中间物(如丙酮酸、乙酰CoA等)将物质的分解代谢与合成代谢相互联系，B正确；由题图可知，丙酮酸、乙酰CoA在代谢途径中将蛋白质、糖类、脂质、核酸的代谢相互联系在一起，具有重要地位，C正确；物质氧化分解时释放的能量一部分储存于ATP中，绝大部分能量以热能的形式散失，D正确。(共81张PPT)
ATP和细胞呼吸
第2讲
明确目标
1.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质；
2.通过探究酵母菌细胞呼吸的方式，说出细胞呼吸的类型；
3.说明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；
4.分析影响细胞呼吸的因素及应用。
建构知识体系
ATP与细胞呼吸的原理
第一课时
目录
主题研习（一）
主题研习（二）
ATP的结构与功能
课时跟踪检测
细胞呼吸的方式和过程
主题研习（一）ATP的结构与功能
(一) ATP的结构及其与ADP的转化
1．ATP的组成结构
基础全面落实
2．ATP的供能原理3．ATP和ADP的转化图
4．ATP的合成和水解的区别
项目 ATP的合成 ATP的水解
反应式
所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶
反应场所 ___________________________ 生物体的需能部位
能量来源 ______(光合作用)、_______ (细胞呼吸) 储存在特殊化学键中的化学能
能量去路 储存在ATP中形成末端的特殊化学键 可直接转化成其他形式的能量用于生命活动
细胞质基质、线粒体、叶绿体
光能
化学能
(二)ATP的利用
1．ATP为主动运输供能
(1)相关图示
(2)图示分析
ATP水解释放的__________使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，__________发生变化，_____也被改变，因而可以参与相应化学反应。
磷酸基团
空间结构
活性
2．细胞内的吸能反应和放能反应
1．概念理解(判断正误)
(1)ATP由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成。 ( )
(2)ATP必须在有氧条件下合成。 ( )
(3)线粒体、叶绿体和高尔基体都是合成ATP的场所。 ( )
(4)ATP是生命活动的直接能源物质，但它在细胞中的含量很少，ATP与ADP时刻不停地进行相互转化。 ( )
(5)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。 ( )
×
×
×
√
√
自我诊断
2．事理分析
(1)(人教版必修1 P87正文挖掘思考)植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都是以ATP作为能量“货币”的，从生物进化的角度分析，这说明_____________________________________________________。
(2)(人教版必修1 P89楷体字内容拓展分析)萤火虫尾部发光的原理是________________________________________________________
___________________________________________________________________________________。
生物界具有统一性，也说明种类繁多的生物有着共同的起源
萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶，在ATP提供能量的前提下，荧光素酶可催化荧光素与氧气发生化学反应，形成氧化荧光素并发出荧光
(3)(苏教版必修1 P79正文最后一段拓展)除ATP外，糖类、蛋白质和脂肪都可以作为能源物质，ATP是直接能源物质。可以把______比作现金，细胞中的能量转换都是“现金交易”。而______物质可以比作活期存款， ______比作定期存款，_______作为最重要的结构物质可以比作不动产，细胞中这几种能源物质的利用顺序是____________
_________。
ATP
脂肪
蛋白质
糖类、脂肪、
蛋白质
糖类
考向精细研究
题点(一) ATP的结构与功能
1．(2024·全国甲卷)ATP可为代谢提供能量，也参与RNA的合成，ATP结构如图所示，图中表示高能磷酸键(特殊化学键)。下列叙述错误的是( )
A．ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量
C．β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键(特殊化学键)不能在细胞核中断裂
D．光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键(特殊化学键)
√
解析：ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量，A正确；
ATP脱去β和γ位磷酸基团后成为RNA的基本组成单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸，所以用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA，B正确；
在细胞核中进行的某些生理活动，如DNA的复制、转录等都需要消耗ATP中β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键(特殊化学键)断裂所释放的能量，C错误；
光合作用的光反应可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键(特殊化学键)，D正确。
2．ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，除了ATP，动物细胞中还含有dATP(脱氧腺苷三磷酸)，每个dATP由磷酸基团、脱氧核糖和腺嘌呤组成。下列叙述错误的是( )
A．与皮肤表皮细胞相比，心肌细胞含有更多的ATP
B．与ATP相比，dATP五碳糖2号碳上的羟基被单独的氢原子所取代
C．ATP水解释放的磷酸基团可使蛋白质磷酸化，改变蛋白质的活性
D．若1 mol ATP水解成ADP释放的能量为30.54 kJ，则1 mol ATP彻底水解释放的能量小于91.62 kJ
√
解析：与皮肤表皮细胞相比，心肌细胞对能量需求更多，因而消耗的ATP更多，其中ATP和ADP相互转化的速度更快，但两者ATP含量基本相同，A错误；
ATP的五碳糖为核糖，dATP的五碳糖为脱氧核糖，与ATP相比，dATP五碳糖2号碳上的羟基被单独的氢原子所取代，B正确；
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，C正确；
ATP的结构简式为A—P～P～P，含有2个特殊化学键，一个普通的磷酸键，1 mol ATP彻底水解会断裂两个特殊化学键，一个普通的磷酸键，若1 mol ATP水解成ADP释放的能量为30.54 kJ，则1 mol ATP彻底水解释放的能量小于3×30.54＝91.62 kJ，D正确。
[归纳拓展]
(1)ATP与核苷酸的关系
(2)关于ATP的3个易错点
①ATP≠能量，ATP是直接能源物质，但不是唯一的，生物体内还存在CTP、GTP、UTP等直接能源物质。
②ATP与ADP的相互转化，从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。
③细胞中的ATP与ADP的转化总是处于动态平衡中，由于ADP、Pi 可重复利用，只要提供能量，生物体就可不断合成ATP，满足生命活动的需要。
题点(二) ATP与ADP的转化和ATP的利用
3．(2024·安徽高考)细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应，磷酸果糖激酶1(PFK1)是其中的一个关键酶。细胞中ATP减少时，ADP和AMP会增多。当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡。下列叙述正确的是( )
A．在细胞质基质中，PFK1催化葡萄糖直接分解为丙酮酸等
B．PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变而变性失活
C．ATP/AMP浓度比变化对PFK1活性的调节属于正反馈调节
D．运动时肌细胞中AMP与PFK1结合增多,细胞呼吸速率加快
√
解析：在细胞呼吸第一阶段，葡萄糖最终分解为丙酮酸，由题意可知，细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应，而磷酸果糖激酶1(PFK1)是其中的一个关键酶，因此PFK1不能催化葡萄糖直接分解为丙酮酸，A错误；
由题意可知，PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变但还具有活性，B错误；
由题意可知，当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，最终保证细胞中能量的供求平衡，说明其调节属于负反馈调节，C错误；
运动时肌细胞消耗ATP增多，细胞中ATP减少，ADP和AMP会增多，从而AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快，细胞中ATP含量增多，从而维持能量供应，D正确。
4．(2025·辽阳模拟)蛋白激酶和蛋白磷酸酶是信号通路的“开关分子”，即蛋白激酶能催化蛋白质的磷酸化过程，蛋白磷酸酶能催化蛋白质的去磷酸化过程，其机理如下图。下列相关叙述正确的是( )
A．蛋白质的磷酸化属于放能反应，反应过程伴有ATP水解
B．蛋白磷酸酶的作用机理是降低蛋白质去磷酸化的活化能
C．蛋白质发生磷酸化会导致细胞中ADP大量积累
D．载体蛋白磷酸化导致其构象发生不可逆的改变
√
解析：通过图示可知，蛋白质磷酸化过程需要消耗ATP，与ATP的水解相联系，属于吸能反应，A错误；
酶的作用机理是降低化学反应所需的活化能，因此图中蛋白磷酸酶的作用机理是降低蛋白质去磷酸化的活化能，B正确；
细胞中ATP的含量较少但是相对稳定，是因为ATP与ADP相互转化处于动态平衡之中，因此蛋白质发生磷酸化不会导致细胞中ADP大量积累，C错误；
由题图可知，在蛋白激酶与蛋白磷酸酶作用下，蛋白质发生磷酸化与去磷酸化的相互转变，具此推测载体蛋白磷酸化导致其构象发生的是可逆的改变，D错误。
[归纳拓展] 磷酸化和去磷酸化
①在相应的位置上，加上磷酸基团称为磷酸化，将磷酸基团去除称为去磷酸化。腺苷二磷酸加上磷酸基团发生在叶绿体内，称光合磷酸化；腺苷二磷酸加上磷酸基团发生在线粒体内，称氧化磷酸化。
②磷酸化和去磷酸化，一般指的是蛋白质分子的磷酸化和蛋白质分子的去磷酸化。蛋白质分子的磷酸化过程，往往伴随着ATP水解，提供磷酸基团，在蛋白激酶的作用下完成。蛋白质分子的去磷酸化，在蛋白磷酸酶的作用下完成。
主题研习（二）细胞呼吸的方式和过程
基础全面落实
1．呼吸作用的实质
细胞内的有机物___________，并释放能量。
2．有氧呼吸
(1)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_____________，释放能量，生成___________的过程。
氧化分解
二氧化碳和水
大量ATP
(2)过程
①总反应式
______________________________________________。
②能量转化：1 mol葡萄糖彻底氧化分解释放出2 870 kJ的能量，
其中977.28 kJ左右的能量储存在______中，其余能量则以______形式散失。
ATP
热能
3．无氧呼吸的类型和过程
(1)场所：全过程是在____________中进行的。
(2)过程
细胞质基质
(3)化学反应式
①产物为酒精和CO2
2C2H5OH＋2CO2＋少量能量
②产物为乳酸
2C3H6O3＋少量能量
(4)能量转化
①只在___________释放少量能量，生成少量ATP。
②葡萄糖分子中的大部分能量存留在______________中。
第一阶段
酒精或乳酸
1．概念理解(判断正误)
(1)供氧不足时，酵母菌在细胞质基质中将丙酮酸转化为酒精。 ( )
(2)酵母菌有氧呼吸在线粒体中进行，无氧呼吸在细胞质基质中进行。( )
(3)葡萄糖的有氧呼吸过程中，水的生成发生在线粒体外膜。 ( )
(4)癌细胞进行无氧呼吸时丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATP。( )
(5)有氧呼吸时，生成物H2O中的氢只来自线粒体中丙酮酸的分解。 ( )
√
×
×
×
×
自我诊断
2．事理分析
(1)(人教版必修1 P93“思考·讨论”问题分析)与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说,意义是__________________________________________________________
________________________________________________________。
(2)(苏教版必修1 P97“积极思维”拓展分析)微生物的无氧呼吸可分为乙醇发酵和乳酸发酵，发生两类无氧呼吸的主要原因________________________________________。无氧呼吸两阶段释放能量的特点是____________________________________________。
使能量逐步转移到ATP中，保证有机物中的能量得到充分利用；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态
不同生物能产生不同酶，其代谢过程不同
第一阶段释放少量能量，第二阶段无能量释放
(3)(人教版必修1 P94正文分析)所有生物的生存都离不开细胞呼吸释放的能量，细胞呼吸还被称为生物体代谢的枢纽，原因是___________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________。
细胞呼吸的中间产物可以转化为甘油、氨基酸等非糖物质，非糖物质代谢产生的某些物质可以形成葡萄糖，糖类、脂质和蛋白质的代谢都可以通过细胞呼吸过程联系起来
重难深化拓展
重难点(一) 有氧呼吸中的电子传递链
|情|境|探|究|
高等动植物细胞进行有氧呼吸第三阶段时，NADH中的电子经UQ、蛋白复合体(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)传递至O2和H＋并生成H2O。电子传递过程中释放的能量用于建立膜两侧H＋浓度差，使能量转换成H＋电化学势能。H＋经ATP合酶运回时释放能量用于ATP合成并缓慢产热；另一些H＋经UCP渗漏时H＋电化学势能将以热能形式释放。以上途径称为细胞色素途径,
其过程如下图。
图中的AOX是一种在植物细胞中广泛存在的氧化酶。在AOX参与下，电子可以不通过蛋白复合体Ⅲ和Ⅳ，而是直接传递给O2和H＋并生成H2O，大量能量以热能的形式释放，此途径称为AOX途径。
(1)上图所示的生物膜是 膜；图中H＋经ATP合酶的跨膜运输方式是 。
(2)有些植物在开花期能够在短期内迅速产生并积累大量热能，使花温度显著高于环境温度(即“开花生热现象”),UCP的表达量也显著升高。开花生热可以促使植物生殖发育顺利完成。有氧呼吸的第一、二阶段也会释放热量，但不会引起开花生热。原因是经过这两个阶段，能量大部分储存在 中。
(3)在耗氧量不变的情况下，若上图所示的膜结构上AOX和UCP含量提高，则经ATP合酶催化形成的ATP的量 (填“减少”“增加”或“不变”),原因是 。
线粒体内
协助扩散
NADH(或[H])
减少
NADH中的能量经AOX和UCP更多地被转换成了热能
(4)已知二硝基酚(DNP)不影响线粒体的电子传递，但能使H＋不经过ATP合酶进入线粒体基质。为研究短时低温对线粒体电子传递的影响，实验小组将水稻幼苗置于不同条件下处理，分组情况及实验结果如图所示：
产生等量ATP时，与25 ℃相比，4 ℃条件下有氧呼吸消耗葡萄糖的量 (填“较少”“较多”或“相等”)。根据实验结果推测：短时低温(4 ℃) (填“影响”或“不影响”)线粒体的电子传递。低温条件下ATP合成减少,原因可能是____________________________
_____________________________________________________________
____________________________________________。
较多
不影响
低温使部分H＋不经过ATP合酶的协助而进入线粒体基质,降低了H＋浓度梯度,减少了H＋由ATP合酶协助的顺浓度梯度运输，从而使ATP的合成减少
1．有氧呼吸第三阶段电子传递过程分析
(1)[H](NADH)在酶的催化下释放电子和H＋，电子被镶嵌在线粒体内膜上的一系列蛋白质捕获和传递，最终与O2和H＋结合，生成了H2O。
(2)线粒体内膜上的这些特殊蛋白质则利用电子给予的能量将线粒体基质中的H＋泵入内膜和外膜的间隙，构建了跨膜的H＋浓度梯度。
(3)H＋沿着线粒体内膜上ATP合酶内部的通道流回线粒体基质，推动了ATP的合成(在一定范围内，线粒体内膜两侧的H＋浓度差越大，ATP合成的越多)。
|认|知|生|成|
2．有氧呼吸的三个注意点
(1)葡萄糖不能进入线粒体，需要在细胞质基质中分解为丙酮酸和[H]后，丙酮酸才能进入线粒体中进一步分解。
(2)有氧呼吸消耗O2的量不一定等于产生CO2的量，如果是以脂肪为反应物进行有氧呼吸，消耗O2的量要大于产生CO2的量，其原因是与葡萄糖相比，脂肪含H量高，因此有氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量。
(3)真核细胞中哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫无线粒体，只能进行无氧呼吸。但线粒体不是进行有氧呼吸必需的结构，如蓝细菌(原核生物)无线粒体，也能进行有氧呼吸。
重难点(二) 细胞呼吸中各物质间量的关系、细胞呼吸方式的判断
[典例] (2025·长沙模拟)细胞呼吸的呼吸熵为细胞呼吸产生的CO2量与细胞呼吸消耗的O2量的比值。现有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合液，培养条件适宜。据此做出的相关分析，错误的是 ( )
A．若测得酵母菌的呼吸熵为1，则混合液中的酵母菌只进行有氧呼吸
B．若测得酵母菌的呼吸熵大于1，则混合液中的酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
C．根据放出的气体是否能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，无法确定酵母菌的呼吸方式
D．若测得CO2产生量为15 mol，酒精的产生量为6 mol，可推测有2/3的葡萄糖用于有氧呼吸
√
[解析] 若测得酵母菌的呼吸熵为1，说明酵母菌呼吸产生的CO2和消耗的O2的量相等，可说明酵母菌只进行有氧呼吸，不进行无氧呼吸，A正确；
若测得酵母菌的呼吸熵大于1，说明酵母菌呼吸产生的CO2的量大于消耗的O2的量，则混合液中的酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，B正确；
CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，由于酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均产生CO2，所以不能根据放出的气体是否能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄来确定酵母菌的呼吸方式，C正确；
根据无氧呼吸的反应式可知，当无氧呼吸产生酒精的量是6 mol时，无氧呼吸产生CO2的量为6 mol，无氧呼吸消耗的葡萄糖的量是3 mol，细胞呼吸中CO2总产生量为15 mol，说明有氧呼吸产生CO2的量为9 mol，根据有氧呼吸反应式可知，有氧呼吸消耗葡萄糖为1.5 mol，可推测有1.5÷(1.5＋3)＝1/3的葡萄糖用于有氧呼吸，D错误。
1．有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸各物质间的比例关系
(以葡萄糖为呼吸底物)
(1)有氧呼吸中葡萄糖∶O2∶CO2＝1∶6∶6。
(2)产生酒精的无氧呼吸中葡萄糖∶CO2∶酒精＝1∶2∶2。
(3)消耗等量的葡萄糖时，产生酒精的无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2摩尔数之比为1∶3。
(4)同时进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸，且两种呼吸方式消耗等量的葡萄糖时，有氧呼吸消耗的O2摩尔数与有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸产生CO2摩尔数之和的比为3∶4。
|认|知|生|成|
2．细胞呼吸方式的判断(以真核生物分解葡萄糖为例)
考向精细研究
题点(一) 细胞呼吸的原理和过程
1．(2025·哈尔滨模拟)线粒体是真核细胞有氧呼吸的主要场所，其内部发生的三羧酸循环、脂肪酸的β氧化和还原氢与O2的结合反应与细胞能量供应密切相关。下列有关叙述正确的是( )
A．线粒体内的蛋白质大部分由线粒体自身基因编码
B．三羧酸循环产生的还原氢首先与NAD＋结合生成NADH
C．线粒体将H＋运至细胞质为第三阶段的进行奠定了物质基础
D．线粒体内膜上合成ATP与H＋跨膜运输有关
解析：线粒体内的蛋白质大部分由细胞核基因编码，少部分由线粒体自身基因编码，A错误；
在三羧酸循环过程中，产生的还原氢为NADH，B错误；
线粒体将H＋运至线粒体内膜与外膜的间隙为第三阶段的进行奠定了物质基础，C错误；
当H＋顺浓度梯度穿过ATP合酶时，该酶催化ATP的合成，D正确。
√
2．(2025年1月·八省联考内蒙古卷)某酵母菌以葡萄糖为底物的3种呼吸途径中，部分物质变化如图，下列叙述正确的是( )
A．途径二葡萄糖中的能量最终都转移到了乙醇和少量ATP中
B．途径二和途径三的存在，降低了酵母菌对环境的适应力
C．酵母菌仅通过途径三不能获得满足生长必需的能量
D．生物界中，途径一仅发生在具有线粒体的细胞中
√
解析：途径二为无氧呼吸，无氧呼吸中的能量大部分储存在乙醇中，少部分能量转移到ATP中，还有一部分以热能散失，A错误；途径二和途径三的存在，使酵母菌在无氧环境中也能生存，提高了酵母菌对环境的适应力，B错误；途径三为无氧条件，产生的ATP较少，因此酵母菌仅通过途径三不能获得满足生长必需的能量，C正确；途径一也可发生在不含线粒体的细胞中，如蓝细菌等，D错误。
[易错提醒] 正确理解两种无氧呼吸的特点
①两种无氧呼吸均只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中。
②人体内产生的CO2只能是有氧呼吸的产物，因为人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2生成。
③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，根本原因在于控制酶合成的基因不同。
题点(二) 细胞呼吸类型的判断
3．(2025·东营模拟)某研究小组用传感器精确测量了某绿色植物非绿色器官的O2吸收量(x)和CO2释放量(y)。下列关于x、y的关系与细胞呼吸方式的推论，正确的是( )
A．当x＝y>0时，细胞一定存在有氧呼吸，且一定不存在无氧呼吸
B．当y>x>0时，有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸共同存在
C．当x>y>0时，有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸共同存在
D．当x＝0，y>0时，一定不存在有氧呼吸，且无氧呼吸有乳酸产生
√
解析：当x＝y>0时，细胞一定存在有氧呼吸，一定不存在产生酒精的无氧呼吸，但可能存在产生乳酸的无氧呼吸，A错误；
当y>x>0时，细胞一定存在有氧呼吸，也一定存在产生酒精的无氧呼吸，且y与x的差值表示无氧呼吸产生CO2的量，B正确；
当x>y>0时，可能是有氧呼吸的底物中有脂肪，但不能判断是否存在无氧呼吸，C错误；
当x＝0，y>0时，说明一定不存在有氧呼吸，且无氧呼吸有酒精产生，不能判断无氧呼吸是否有乳酸产生，D错误。
题点(三) 细胞呼吸与细胞代谢的关系
4．(2025·重庆模拟)下图为生命体内部分物质与能量代谢关系示意图。下列叙述错误的是( )
A．三羧酸循环是代谢网络的中心，可产生大量的[H]和CO2并消耗O2
B．生物通过代谢中间物，将物质的分解代谢与合成代谢相互联系
C．乙酰CoA 在代谢途径中具有重要地位
D．物质氧化时释放的能量部分储存于 ATP中，部分以热能的形式散失
解析：三羧酸循环是代谢网络的中心，可产生大量的[H]和CO2，但不消耗O2，消耗O2的是呼吸链，A错误；代谢中间物(如丙酮酸、乙酰CoA等)将物质的分解代谢与合成代谢相互联系，B正确；由题图可知，丙酮酸、乙酰CoA在代谢途径中将蛋白质、糖类、脂质、核酸的代谢相互联系在一起，具有重要地位，C正确；物质氧化分解时释放的能量一部分储存于ATP中，绝大部分能量以热能的形式散失，D正确。
√
[科学备考] 教材边角知识不可忽视
第4题以图示的形式诠释了人教版教材必修1 P94正文楷体字部分细胞呼吸是生物体代谢的枢纽的含义；该题改编自2022年江苏高考第15题。说明了教材边角知识常会作为命题素材，复习时要多加关注。
教材内容再现如下：
细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽。例如，在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、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。
课时跟踪检测
（本课时配有重难点加练题，以电子文档形式推送，供学优生选用）
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一、选择题
1．cAMP(环化腺苷一磷酸)是在腺苷酸环化酶的催化下，由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的一种细胞内信号分子。下列有关叙述正确的是( )
A．组成cAMP与DNA分子的五碳糖相同
B．cAMP与ATP中的字母A均表示腺苷
C．接收cAMP信号的受体为糖被(糖萼)
D．cAMP中含有一个特殊化学键
√
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解析：组成cAMP的五碳糖是核糖，DNA分子的五碳糖是脱氧核糖，A错误；
cAMP与ATP中的字母A均表示腺苷，B正确；
糖被在细胞表面，cAMP为细胞内信号分子，C错误；
cAMP是ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的产物，因此cAMP中不含有特殊化学键，D错误。
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2．(2025·衡阳模拟)马达蛋白能结合并催化ATP水解，利用其中特殊化学键的转移势能沿着细胞骨架定向行走，进而将其所携带的细胞器或大分子物质送到特定位置。下列叙述正确的是( )
A．马达蛋白同时具有ATP合酶与水解酶的活性
B．人体成熟的红细胞、蛙的红细胞中均能合成ATP
C．ATP依次水解三个磷酸基团均产生较高的转移势能
D．代谢旺盛的细胞中ATP的水解速率远大于合成速率
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解析：马达蛋白能催化ATP水解，具有ATP水解酶的活性，A错误；
一般来说，活细胞均能合成ATP，B正确；
ATP末端的两个磷酸基团具有较高的转移势能，C错误；
细胞代谢旺盛时，ATP的水解速率和ATP的合成速率都升高，两者处于动态平衡状态，D错误。
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3．(2025·西安模拟)如图表示细胞呼吸的过程，其中①～③代表有关生理过程发生的场所，甲、乙代表有关物质。下列相关叙述正确的是( )
A．甲、乙分别代表丙酮酸、[H]
B．①和②都具有双层生物膜
C．①和②都能产生大量 ATP
D．②和③所含酶的种类相同
√
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解析：图示表示细胞呼吸的过程，其中，甲是细胞呼吸第一阶段的产物，表示丙酮酸，乙在第一阶段和第二阶段均可产生，表示[H],A正确。
①表示细胞呼吸第一阶段的场所，即细胞质基质；②表示有氧呼吸第二阶段的场所，即线粒体基质，①和②都没有膜结构，B错误。
①表示细胞呼吸第一阶段的场所，②表示有氧呼吸第二阶段的场所，两个阶段都产生少量ATP，C错误。
②表示有氧呼吸第二阶段的场所，③表示有氧呼吸第三阶段的场所，两者所含酶的种类不同，D错误。
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4．若作物种子呼吸作用所利用的物质是葡萄糖，下列关于种子呼吸作用的叙述，错误的是( )
A．若产生的CO2与消耗的O2的分子数之比大于1，则细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
B．若产生的CO2与酒精的分子数之比为4∶1,则有氧呼吸与无氧呼吸消耗等量的葡萄糖分子
C．若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则无O2吸收也无CO2释放
D．若作物种子呼吸作用利用的物质还有脂肪，则释放CO2的分子数比吸收O2的分子数多
√
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解析：呼吸底物是葡萄糖时，若只进行有氧呼吸，则消耗的O2量＝生成的CO2量，故若产生的CO2与消耗的O2的分子数之比大于1，则细胞同时进行有氧呼吸与产生酒精和CO2的无氧呼吸，A正确；
若只进行无氧呼吸，当呼吸产物是酒精时，生成的酒精量＝生成的CO2量，若产生的CO2与酒精的分子数之比为4∶1，则有氧呼吸产生的CO2和无氧呼吸产生的CO2之比为3∶1，故有氧呼吸消耗的葡萄糖和无氧呼吸消耗的葡萄糖之比为1∶1，B正确；
若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则无O2吸收也无CO2释放，C正确；
若作物种子呼吸作用利用的物质还有脂肪，则释放CO2的分子数一般要比吸收O2的分子数少，D错误。
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5．(2025·衡水模拟)真核细胞的有氧呼吸分为三个阶段，第一阶段是糖酵解、第二阶段是柠檬酸循环，第三阶段是电子传递链，具体过程如图所示(部分中间产物未标出)，其中丙酮酸脱去CO2的反应属于柠檬酸循环。有氧呼吸产生的许多中间产物可以参与蛋白质或脂肪的代谢。下列相关叙述错误的是( )
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A．糖酵解的场所内含有能降低化学反应活化能的酶
B．单糖中蕴含的能量可部分转移至ATP和丙酮酸中
C．有氧呼吸过程产生的丙酮酸有些可能不用于柠檬酸循环
D．柠檬酸循环不消耗水，而电子传递链会消耗水
解析：糖酵解的场所是细胞质基质，该场所有反应所需的酶，而酶具有降低化学反应活化能的作用，A正确；单糖经糖酵解，一部分能量会以热能形式散失，还有一部分能量转移至ATP和丙酮酸等物质中，B正确；丙酮酸是有氧呼吸过程中产生的中间产物，而这些产物有些可参与蛋白质或脂肪的代谢，C正确；柠檬酸循环也就是有氧呼吸的第二阶段，该阶段消耗水，电子传递链会产生水，D错误。
√
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6.(2025年1月·八省联考云南卷)激活沉默信息调节因子1(Sirt1)可延缓细胞衰老。Sirt1激活程度与NAD+/NADH的比值呈正相关。下列说法正确的是 ( )
A.NADH转化为NAD+过程通常伴随O2产生
B.NADH转化成NAD+过程通常伴随磷酸产生
C.科学运动增加NADH相对含量,可以延缓衰老
D.适度寒冷增加NAD+相对含量,可以延缓衰老
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解析:有氧呼吸第一、二阶段均会生成NADH,并合成少量ATP,
NADH的消耗是在有氧呼吸的第三阶段完成的,该阶段NADH转化为NAD+过程通常伴随ATP的生成与O2消耗,ATP的合成需要消耗磷酸,因此该过程通常伴随磷酸消耗,A、B错误；根据题意可知Sirt1激活程度与NAD+/NADH的比值呈正相关,增加NADH相对含量时,NAD+/NADH的比值会减小,则Sirt1激活程度就会降低,减缓细胞衰老的作用就会较弱,C错误；适度寒冷增加NAD+相对含量,可以延缓衰老,D正确。
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7．(2025·菏泽一模)可立氏循环是指在激烈运动时，肌肉细胞有氧呼吸产生NADH的速度超过其再形成NAD＋的速度，这时肌肉中产生的丙酮酸由乳酸脱氢酶转变为乳酸，使NAD＋再生，保证葡萄糖到丙酮酸能够继续产生ATP。肌肉中的乳酸扩散到血液并随着血液进入肝细胞，在肝细胞内通过葡萄糖异生途径转变为葡萄糖。下列说法正确的是( )
A．机体进行可立氏循环时，肌细胞消耗的氧气量小于产生的二氧化碳量
B．有氧呼吸过程中，NADH在细胞质基质中产生，在线粒体基质和内膜处被消耗
C．肌细胞产生的乳酸需在肝细胞中重新合成葡萄糖,根本原因是相关基因的选择性表达
D．丙酮酸被还原为乳酸的过程中，产生NAD＋和少量ATP
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解析：人体激烈运动时，肌细胞中既存在有氧呼吸，也存在无氧呼吸，有氧呼吸产生二氧化碳的量与消耗氧气的量相等，无氧呼吸不消耗氧气，也不产生二氧化碳，因此总产生的二氧化碳与总消耗的氧气的量相等，A错误；
有氧呼吸过程中，NADH在细胞质基质和线粒体基质中产生，在线粒体内膜处被消耗，B错误；
肌肉中的乳酸扩散到血液并随着血液进入肝细胞，在肝细胞内通过葡萄糖异生途径转变为葡萄糖,根本原因是葡萄糖异生途径相关基因的选择性表达，C正确；
丙酮酸被还原为乳酸为无氧呼吸的第二阶段，该阶段生成NAD＋，不产生ATP，D错误。
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8．(2024·济南期末)底物A(一种蛋白质)在蛋白激酶作用下可发生磷酸化：ATP分子某一个磷酸基团脱离下来并与底物A相结合，其在细胞信号转导的过程中起重要作用。ADP -GLO可用于检测蛋白激酶活性，具体过程如下图所示。下列叙述正确的是( )
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A．底物A在蛋白激酶作用下发生磷酸化的过程属于放能反应
B．底物 A发生磷酸化后，其空间结构和活性不会改变
C．在步骤2之前需将所有剩余的ATP消耗掉，以避免干扰实验结果
D．在荧光素酶的催化作用下，荧光素接受 ATP提供的能量后即可发出荧光
解析：据题图判断，底物A在蛋白激酶作用下发生磷酸化的过程需要ATP的参与，属于吸能反应，A错误；底物A发生磷酸化后，其空间结构发生改变，B错误；步骤2会产生ATP，所以在步骤2之前需将所有剩余的ATP消耗掉，避免对实验的干扰，C正确；在荧光素酶的催化作用下，荧光素接受ATP提供的能量后与氧发生反应形成氧化荧光素后发出荧光，D错误。
√
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二、非选择题(除特别注明外，每空1分)
9．（8分）(2025·重庆模拟)图1表示葡萄糖的部分代谢过程。图2表示NADH脱去氢并释放电子，电子最终传递给O2，电子传递过程中释放的能量驱动H＋从线粒体基质移至内外膜间隙中，随后H＋经ATP合酶内部的通道流回线粒体基质并促使ATP合成，然后与接受了电子的O2结合生成水。请回答下列问题：
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(1)图1中a代表的物质是________，反应过程①②③④中，不能在人体细胞中进行的过程是______。
(2)若剧烈运动时人体肌细胞无氧呼吸和有氧呼吸消耗的葡萄糖之比为1∶5，则消耗的氧气与产生的二氧化碳之比为______。消耗同样多葡萄糖，①④过程比①②过程释放能量少的原因是______________________________
______________________________________（2分）。
丙酮酸
③
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①④过程氧化分解有机物不彻底，
还有大量的能量存在于乳酸中未释放出来
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(3)图2中的NADH来自有氧呼吸的第________阶段，膜上蛋白质的功能有____________(答出2点即可)。由图2可知，H＋以___________的方式由线粒体内外膜间隙运回线粒体基质，同时伴随ATP合成。
一、二
运输、催化
协助扩散
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解析：(1)图1中①代表细胞呼吸的第一阶段，葡萄糖氧化分解生成丙酮酸和NADH，并产生少量ATP，故a代表的物质为丙酮酸，不能在人体细胞中进行的过程是③，③为大部分植物细胞或一些微生物(如酵母菌)无氧呼吸产生酒精和二氧化碳的过程。(2)人体细胞无氧呼吸过程既无氧气参与，也无二氧化碳生成，因此只考虑人体肌细胞的有氧呼吸。有氧呼吸过程，消耗的氧气与产生的二氧化碳之比为1∶1，故即使人体肌细胞无氧呼吸和有氧呼吸消耗的葡萄糖之比为1∶5，但消耗的氧气与产生的二氧化碳之比仍为1∶1。①④过程为无氧呼吸产生乳酸的过程，葡萄糖不能进行彻底氧化分解，大部分能量仍储存在有机物乳酸中，因此比①②过程释放能量少。(3)有氧呼吸第一、二阶段均能产生NADH；图2中膜上的蛋白质如ATP合酶，既能起催化作用，催化ATP的生成，也起到了运输物质(运输H＋)的作用。由题干信息和图2可知，线粒体内外膜间隙的H＋浓度高于线粒体基质，运往线粒体基质的过程为顺浓度梯度，且H＋的转运需要ATP合酶内部的通道的参与，因此H＋的运输方式为协助扩散。
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10．（12分）奔跑时，骨骼肌细胞参与运动。当氧气供应不足时，骨骼肌细胞可通过无氧呼吸分解葡萄糖获得能量，无氧呼吸产生的乳酸运输至肝脏中经过糖异生作用重新生成葡萄糖。下图为上述代谢过程的示意图。
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(1)据图判断，骨骼肌细胞中1,6- 二磷酸果糖生成乳酸的场所是______________。图中三种酶在两个细胞中催化化学反应的机制是________________________。
(2)据图判断，肝细胞中的糖异生作用的意义是____________
________________________________________________________ (答出两点，2分)。骨骼肌细胞中不能进行糖异生，其根本原因是___________________________________________（3分）。
细胞质基质
降低化学反应的活化能
防止乳酸过
多而引起的酸中毒;储存一定量的葡萄糖,保证肝细胞的能量供应
骨骼肌细胞中酶3基因不能表达，不能产生酶3
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(3)研究发现，氰化物对于动物是剧毒物质，因为氰化物能抑制细胞线粒体内膜上的细胞色素氧化酶(COX)的活性，会导致有氧呼吸第_____阶段受到影响。但是某些植物线粒体内膜上的交替氧化酶(AOX)的活性不受氰化物影响，AOX参与的呼吸方式称为抗氰呼吸。氰化物对COX和AOX的活性影响不同，可能的原因是____________
_________________________________（3分）。抗氰呼吸使细胞在消耗等量呼吸底物的情况下产生更多的热量，由此可知，抗氰呼吸比正常有氧呼吸合成的ATP量_______(填“更多”或“更少”)。
三
COX和AOX
更少
结构不同，对氰化物的敏感性不同
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解析：(1)由图可知，1,6 -二磷酸果糖是生成乳酸的中间产物，完成的是无氧呼吸，场所是细胞质基质。图中三种酶在两个细胞中催化化学反应的机制是降低化学反应的活化能。(2)据图判断，肝细胞中的糖异生作用的意义是防止乳酸过多而引起的酸中毒；储存一定量的葡萄糖，保证肝细胞的能量供应。骨骼肌细胞中不能进行糖异生，其根本原因是骨骼肌细胞中酶3基因不能表达，不能产生酶3。(3)氰化物对COX和AOX的活性影响不同，可能的原因是COX和AOX结构不同，对氰化物的敏感性不同。细胞呼吸产生的能量一部分用于合成ATP，一部分以热能形式散失。抗氰呼吸使细胞在消耗等量呼吸底物的情况下产生更多的热量，由此可知，抗氰呼吸比正常有氧呼吸合成的ATP量更少。课时跟踪检测(九) ATP与细胞呼吸的原理
(本课时配有重难点加练题,以电子文档形式推送,供学优生选用)
一、选择题
1.cAMP(环化腺苷一磷酸)是在腺苷酸环化酶的催化下,由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的一种细胞内信号分子。下列有关叙述正确的是 ( )
A.组成cAMP与DNA分子的五碳糖相同
B.cAMP与ATP中的字母A均表示腺苷
C.接收cAMP信号的受体为糖被(糖萼)
D.cAMP中含有一个特殊化学键
2.(2025·衡阳模拟)马达蛋白能结合并催化ATP水解,利用其中特殊化学键的转移势能沿着细胞骨架定向行走,进而将其所携带的细胞器或大分子物质送到特定位置。下列叙述正确的是 ( )
A.马达蛋白同时具有ATP合酶与水解酶的活性
B.人体成熟的红细胞、蛙的红细胞中均能合成ATP
C.ATP依次水解三个磷酸基团均产生较高的转移势能
D.代谢旺盛的细胞中ATP的水解速率远大于合成速率
3.(2025·西安模拟)如图表示细胞呼吸的过程,其中①~③代表有关生理过程发生的场所,甲、乙代表有关物质。下列相关叙述正确的是 ( )
A.甲、乙分别代表丙酮酸、[H]
B.①和②都具有双层生物膜
C.①和②都能产生大量 ATP
D.②和③所含酶的种类相同
4.若作物种子呼吸作用所利用的物质是葡萄糖,下列关于种子呼吸作用的叙述,错误的是 ( )
A.若产生的CO2与消耗的O2的分子数之比大于1,则细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
B.若产生的CO2与酒精的分子数之比为4∶1,则有氧呼吸与无氧呼吸消耗等量的葡萄糖分子
C.若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸,则无O2吸收也无CO2释放
D.若作物种子呼吸作用利用的物质还有脂肪,则释放CO2的分子数比吸收O2的分子数多
5.(2025·衡水模拟)真核细胞的有氧呼吸分为三个阶段,第一阶段是糖酵解、第二阶段是柠檬酸循环,第三阶段是电子传递链,具体过程如图所示(部分中间产物未标出),其中丙酮酸脱去CO2的反应属于柠檬酸循环。有氧呼吸产生的许多中间产物可以参与蛋白质或脂肪的代谢。下列相关叙述错误的是 ( )
A.糖酵解的场所内含有能降低化学反应活化能的酶
B.单糖中蕴含的能量可部分转移至ATP和丙酮酸中
C.有氧呼吸过程产生的丙酮酸有些可能不用于柠檬酸循环
D.柠檬酸循环不消耗水,而电子传递链会消耗水
6.(2025年1月·八省联考云南卷)激活沉默信息调节因子1(Sirt1)可延缓细胞衰老。Sirt1激活程度与NAD+/NADH的比值呈正相关。下列说法正确的是 ( )
A.NADH转化为NAD+过程通常伴随O2产生
B.NADH转化成NAD+过程通常伴随磷酸产生
C.科学运动增加NADH相对含量,可以延缓衰老
D.适度寒冷增加NAD+相对含量,可以延缓衰老
7.(2025·菏泽一模)可立氏循环是指在激烈运动时,肌肉细胞有氧呼吸产生NADH的速度超过其再形成NAD+的速度,这时肌肉中产生的丙酮酸由乳酸脱氢酶转变为乳酸,使NAD+再生,保证葡萄糖到丙酮酸能够继续产生ATP。肌肉中的乳酸扩散到血液并随着血液进入肝细胞,在肝细胞内通过葡萄糖异生途径转变为葡萄糖。下列说法正确的是 ( )
A.机体进行可立氏循环时,肌细胞消耗的氧气量小于产生的二氧化碳量
B.有氧呼吸过程中,NADH在细胞质基质中产生,在线粒体基质和内膜处被消耗
C.肌细胞产生的乳酸需在肝细胞中重新合成葡萄糖,根本原因是相关基因的选择性表达
D.丙酮酸被还原为乳酸的过程中,产生NAD+和少量ATP
8.(2024·济南期末)底物A(一种蛋白质)在蛋白激酶作用下可发生磷酸化:ATP分子某一个磷酸基团脱离下来并与底物A相结合,其在细胞信号转导的过程中起重要作用。ADP GLO可用于检测蛋白激酶活性,具体过程如下图所示。下列叙述正确的是 ( )
A.底物A在蛋白激酶作用下发生磷酸化的过程属于放能反应
B.底物 A发生磷酸化后,其空间结构和活性不会改变
C.在步骤2之前需将所有剩余的ATP消耗掉,以避免干扰实验结果
D.在荧光素酶的催化作用下,荧光素接受 ATP提供的能量后即可发出荧光
二、非选择题(除特别注明外,每空1分)
9.(8分)(2025·重庆模拟)图1表示葡萄糖的部分代谢过程。图2表示NADH脱去氢并释放电子,电子最终传递给O2,电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质移至内外膜间隙中,随后H+经ATP合酶内部的通道流回线粒体基质并促使ATP合成,然后与接受了电子的O2结合生成水。请回答下列问题:
(1)图1中a代表的物质是 ,反应过程①②③④中,不能在人体细胞中进行的过程是 。
(2)若剧烈运动时人体肌细胞无氧呼吸和有氧呼吸消耗的葡萄糖之比为1∶5,则消耗的氧气与产生的二氧化碳之比为 。消耗同样多葡萄糖,①④过程比①②过程释放能量少的原因是 (2分)。
(3)图2中的NADH来自有氧呼吸的第 阶段,膜上蛋白质的功能有 (答出2点即可)。由图2可知,H+以 的方式由线粒体内外膜间隙运回线粒体基质,同时伴随ATP合成。
10.(12分)奔跑时,骨骼肌细胞参与运动。当氧气供应不足时,骨骼肌细胞可通过无氧呼吸分解葡萄糖获得能量,无氧呼吸产生的乳酸运输至肝脏中经过糖异生作用重新生成葡萄糖。下图为上述代谢过程的示意图。
(1)据图判断,骨骼肌细胞中1,6 二磷酸果糖生成乳酸的场所是 。图中三种酶在两个细胞中催化化学反应的机制是 。
(2)据图判断,肝细胞中的糖异生作用的意义是 (答出两点,2分)。骨骼肌细胞中不能进行糖异生,其根本原因是
(3分)。
(3)研究发现,氰化物对于动物是剧毒物质,因为氰化物能抑制细胞线粒体内膜上的细胞色素氧化酶(COX)的活性,会导致有氧呼吸第 阶段受到影响。但是某些植物线粒体内膜上的交替氧化酶(AOX)的活性不受氰化物影响,AOX参与的呼吸方式称为抗氰呼吸。氰化物对COX和AOX的活性影响不同,可能的原因是 (3分)。抗氰呼吸使细胞在消耗等量呼吸底物的情况下产生更多的热量,由此可知,抗氰呼吸比正常有氧呼吸合成的ATP量 (填“更多”或“更少”)。
课时跟踪检测(九)
1．选B 组成cAMP的五碳糖是核糖，DNA分子的五碳糖是脱氧核糖，A错误；cAMP与ATP中的字母A均表示腺苷，B正确；糖被在细胞表面，cAMP为细胞内信号分子，C错误；cAMP是ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的产物，因此cAMP中不含有特殊化学键，D错误。
2．选B 马达蛋白能催化ATP水解，具有ATP水解酶的活性，A错误；一般来说，活细胞均能合成ATP，B正确；ATP末端的两个磷酸基团具有较高的转移势能，C错误；细胞代谢旺盛时，ATP的水解速率和ATP的合成速率都升高，两者处于动态平衡状态，D错误。
3．选A 图示表示细胞呼吸的过程，其中，甲是细胞呼吸第一阶段的产物，表示丙酮酸，乙在第一阶段和第二阶段均可产生，表示[H]，A正确。①表示细胞呼吸第一阶段的场所，即细胞质基质；②表示有氧呼吸第二阶段的场所，即线粒体基质，①和②都没有膜结构，B错误。①表示细胞呼吸第一阶段的场所，②表示有氧呼吸第二阶段的场所，两个阶段都产生少量ATP，C错误。②表示有氧呼吸第二阶段的场所，③表示有氧呼吸第三阶段的场所，两者所含酶的种类不同，D错误。
4．选D 呼吸底物是葡萄糖时，若只进行有氧呼吸，则消耗的O2量＝生成的CO2量，故若产生的CO2与消耗的O2的分子数之比大于1，则细胞同时进行有氧呼吸与产生酒精和CO2的无氧呼吸，A正确；若只进行无氧呼吸，当呼吸产物是酒精时，生成的酒精量＝生成的CO2量，若产生的CO2与酒精的分子数之比为4∶1，则有氧呼吸产生的CO2和无氧呼吸产生的CO2之比为3∶1，故有氧呼吸消耗的葡萄糖和无氧呼吸消耗的葡萄糖之比为1∶1，B正确；若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则无O2吸收也无CO2释放，C正确；若作物种子呼吸作用利用的物质还有脂肪，则释放CO2的分子数一般要比吸收O2的分子数少，D错误。
5．选D 糖酵解的场所是细胞质基质，该场所有反应所需的酶，而酶具有降低化学反应活化能的作用，A正确；单糖经糖酵解，一部分能量会以热能形式散失，还有一部分能量转移至ATP和丙酮酸等物质中，B正确；丙酮酸是有氧呼吸过程中产生的中间产物，而这些产物有些可参与蛋白质或脂肪的代谢，C正确；柠檬酸循环也就是有氧呼吸的第二阶段，该阶段消耗水，电子传递链会产生水，D错误。
6．选D 有氧呼吸第一、二阶段均会生成NADH，并合成少量ATP，NADH的消耗是在有氧呼吸的第三阶段完成的，该阶段NADH转化为NAD＋过程通常伴随ATP的生成与O2消耗，ATP的合成需要消耗磷酸，因此该过程通常伴随磷酸消耗，A、B错误；根据题意可知Sirt1激活程度与NAD＋/NADH的比值呈正相关，增加NADH相对含量时，NAD＋/NADH的比值会减小，则Sirt1激活程度就会降低，减缓细胞衰老的作用就会较弱，C错误；适度寒冷增加NAD＋相对含量，可以延缓衰老，D正确。
7．选C 人体激烈运动时，肌细胞中既存在有氧呼吸，也存在无氧呼吸，有氧呼吸产生二氧化碳的量与消耗氧气的量相等，无氧呼吸不消耗氧气，也不产生二氧化碳，因此总产生的二氧化碳与总消耗的氧气的量相等，A错误；有氧呼吸过程中，NADH在细胞质基质和线粒体基质中产生，在线粒体内膜处被消耗，B错误；肌肉中的乳酸扩散到血液并随着血液进入肝细胞，在肝细胞内通过葡萄糖异生途径转变为葡萄糖，根本原因是葡萄糖异生途径相关基因的选择性表达，C正确；丙酮酸被还原为乳酸为无氧呼吸的第二阶段，该阶段生成NAD＋，不产生ATP，D错误。
8．选C 据题图判断，底物A在蛋白激酶作用下发生磷酸化的过程需要ATP的参与，属于吸能反应，A错误；底物A发生磷酸化后，其空间结构发生改变，B错误；步骤2会产生ATP，所以在步骤2之前需将所有剩余的ATP消耗掉，避免对实验的干扰，C正确；在荧光素酶的催化作用下，荧光素接受ATP提供的能量后与氧发生反应形成氧化荧光素后发出荧光，D错误。
9．解析：(1)图1中①代表细胞呼吸的第一阶段，葡萄糖氧化分解生成丙酮酸和NADH，并产生少量ATP，故a代表的物质为丙酮酸，不能在人体细胞中进行的过程是③，③为大部分植物细胞或一些微生物(如酵母菌)无氧呼吸产生酒精和二氧化碳的过程。
(2)人体细胞无氧呼吸过程既无氧气参与，也无二氧化碳生成，因此只考虑人体肌细胞的有氧呼吸。有氧呼吸过程，消耗的氧气与产生的二氧化碳之比为1∶1，故即使人体肌细胞无氧呼吸和有氧呼吸消耗的葡萄糖之比为1∶5，但消耗的氧气与产生的二氧化碳之比仍为1∶1。①④过程为无氧呼吸产生乳酸的过程，葡萄糖不能进行彻底氧化分解，大部分能量仍储存在有机物乳酸中，因此比①②过程释放能量少。
(3)有氧呼吸第一、二阶段均能产生NADH；图2中膜上的蛋白质如ATP合酶，既能起催化作用，催化ATP的生成，也起到了运输物质(运输H＋)的作用。由题干信息和图2可知，线粒体内外膜间隙的H＋浓度高于线粒体基质，运往线粒体基质的过程为顺浓度梯度，且H＋的转运需要ATP合酶内部的通道的参与，因此H＋的运输方式为协助扩散。
答案：(1)丙酮酸 ③ (2)1∶1 ①④过程氧化分解有机物不彻底，还有大量的能量存在于乳酸中未释放出来 (3)一、二 运输、催化 协助扩散
10．解析：(1)由图可知，1,6二磷酸果糖是生成乳酸的中间产物，完成的是无氧呼吸，场所是细胞质基质。图中三种酶在两个细胞中催化化学反应的机制是降低化学反应的活化能。
(2)据图判断，肝细胞中的糖异生作用的意义是防止乳酸过多而引起的酸中毒；储存一定量的葡萄糖，保证肝细胞的能量供应。骨骼肌细胞中不能进行糖异生，其根本原因是骨骼肌细胞中酶3基因不能表达，不能产生酶3。
(3)氰化物对COX和AOX的活性影响不同，可能的原因是COX和AOX结构不同，对氰化物的敏感性不同。细胞呼吸产生的能量一部分用于合成ATP，一部分以热能形式散失。抗氰呼吸使细胞在消耗等量呼吸底物的情况下产生更多的热量，由此可知，抗氰呼吸比正常有氧呼吸合成的ATP量更少。
答案：(1)细胞质基质 降低化学反应的活化能 (2)防止乳酸过多而引起的酸中毒；储存一定量的葡萄糖，保证肝细胞的能量供应 骨骼肌细胞中酶3基因不能表达，不能产生酶3 (3)三 COX和AOX结构不同，对氰化物的敏感性不同 更少
