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第五章 细胞的能量供应和利用
第3节 细胞呼吸的原理和应用
(第二课时)
目标
01
02
03
利用结构与功能观分析线粒体结构与细胞呼吸的关系。(生命观念）
根据实验目的，设计探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，实施方案，观察实验结果，得出正确结论。（科学探究）
运用细胞呼吸原理，对生活和生产中的应用实例作出科学解释。（社会责任）
学习目标
细胞呼吸
有氧呼吸:产生大量二氧化碳和水
无氧呼吸:产生酒精和少量二氧化碳
绝大多数生物细胞呼吸的的主要形式都是有氧呼吸
酵母菌单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
温顾知新：酵母菌的呼吸方式
问题1: 什么是有氧呼吸？有氧呼吸主要在哪里进行呢？
一、有氧呼吸
合作探究一：请自主阅读课本P92-93页，小组合作完成以下问题。
PART ONE
有氧呼吸 场所 反应物 产物 释能 反应式
第一阶段
第二阶段
第三阶段
总反应式 1.有氧呼吸的主要场所？主要场所适于进行有氧呼吸的特点有哪些？
2.有氧呼吸各阶段特征。
3.有机物中能量的去路有哪些？绝大部分能量去路呢？
4.总结有氧呼吸的概念。
5.同有机物在生物体外燃烧相比，有氧呼吸具有哪些不同的特点？
一、有氧呼吸
1.主要场所：
线粒体
外膜
内膜
DNA/RNA
核糖体
嵴
基质
分布有氧呼吸的酶
2.线粒体适应于有氧呼吸的主要特点：
（1）线粒体内膜向内折叠形成嵴,大大增加了线粒体的内膜表面积
（2）线粒体内膜和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
一、有氧呼吸
3.过程：
线粒体
细胞质基质
葡萄糖
2丙酮酸
酶
少量
能量
CO2
酶
酶
O2
大量能量
少量
能量
H2O
H2O
2丙酮酸
少量[H]
大量[H]
[H]指的是由氧化型辅酶Ⅰ（NAD+）转化成的还原型辅酶Ⅰ（NADH）
一、有氧呼吸
3.过程：
第一阶段
第二阶段
第三阶段
C6H12O6
酶
2丙酮酸 + 4[H] + 能量（少）
葡萄糖的初步分解
场所
细胞质基质
6CO2 + 20[H] + 能量（少）
2丙酮酸 + 6H2O
酶
丙酮酸彻底分解的
场所
线粒体基质
酶
12H2O + 大量能量
24[H]+6O2
[H]的氧化
场所
线粒体内膜
一、有氧呼吸
4.各阶段特征比较：
一、有氧呼吸
4.各阶段特征比较：
有氧呼吸 场所 反应物 产物 释能
第一阶段
第二阶段
第三阶段
细胞质基质
主要是葡萄糖
丙酮酸、[H]
少量
丙酮酸
CO2、[H]
少量
[H]、O2
H2O
大量
线粒体基质
线粒体内膜
4.有氧呼吸总反应式：
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
一、有氧呼吸
4.有氧呼吸总反应式：
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
物质
变化
有机物
（葡萄糖）
无机物
（CO2+H2O）
能量
变化
有机物中
稳定的化学能
ATP中
活跃的化学能
+
散失的
热能
一、有氧呼吸
4.有氧呼吸总反应式：
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
问题2: 化学式前后的水分子能否抵消？如若不能，请说明理由？
不能，
①反应物的水是在线粒体基质中参与反应的，而产物中的水在线粒体内膜中产生；
②反应物中水在有氧呼吸第二阶段被消耗，而产物水在有氧呼吸第三阶段产生。
问题3: 通过以上学习请你为有氧呼吸下个定义？
一、有氧呼吸
5.有氧呼吸定义：
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，同时生成大量ATP的过程。
问题4: 为什么线粒体不能直接氧化分解葡萄糖？
①线粒体膜上没有葡萄糖载体；
②线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。
一、有氧呼吸
有氧呼吸的能量利用特点
思考.讨论
问题5: 1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870 kJ能量，可以使977.28kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。请你计算一下，有氧呼吸的能量转化效率大约是多少，这些能量大约能使多少ADP转化为ATP？
1mol的葡萄糖
2870KJ
少部分储存于ATP中
大部分以热能形式散失
释放能量
977.28KJ
1892.72KJ
问题6: 与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义？
一、有氧呼吸
有氧呼吸的能量利用特点
思考.讨论
问题6: 与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义？
区别：
有氧呼吸过程温和
有机物中的能量经过一系列化学反应逐步释放
有氧呼吸释放的部分能量储存在ATP中
意义：可使有机物中的能量逐步转移到ATP中，保证能量得到最充分的利用；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定
一、有氧呼吸
易错提示
①反应式中的能量不能写成ATP，因为葡萄糖中的能量只有一部分储存在ATP中。
②反应式前后的H2O不能消去。反应过程中，在第二阶段消耗了水，而第三阶段生成了水。
③反应式中间不能用等号，要用箭头。
④反应条件“酶”不能省去。
⑤不要认为细胞呼吸的底物只有葡萄糖，教材只是以葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解为例来介绍有氧呼吸过程。
　实战训练　
（1）哪个阶段产生CO2？
（2）哪个阶段有氧气参与反应？
（3）哪个阶段产生能量最多？
（7）能产生ATP的场所是？
1.在有氧呼吸过程中
细胞质基质、线粒体
（5）哪个阶段产生水？
（4）哪个阶段有水参与？
（6）哪个阶段产生[H]最多
第二阶段
第三阶段
第三阶段
第二阶段
第三阶段
第二阶段
　实战训练　
2.概念结论速判:酵母菌在生活和生产中应用广泛,下列是关于酵母菌细胞
呼吸的说法,请判断正误。
(1)可以根据酵母菌有无产生CO2判断其呼吸类型。( )
提示:酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2。
(2)酵母菌有氧呼吸的全过程都发生在线粒体。( )
提示:有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质。
(3)氧气可以作为反应物参与酵母菌有氧呼吸的第二、三阶段。( )
提示:有氧呼吸第三阶段,氧气与[H]结合生成水,同时释放大量能量。
(4)酵母菌有氧呼吸第三阶段既消耗水又产生水。( )
提示:有氧呼吸第二阶段消耗水,第三阶段产生水。
×
×
×
×
A.②处发生葡萄糖的分解
B.①中的O2穿过内膜耗能
C.②处丙酮酸分解为CO2和H2O
D.③处[H]与O2结合生成水
　实战训练　
3.如图为线粒体的结构示意图。在相应区域中会发生的生物过程是( )
　实战训练　
4.线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所。研究发现，经常运动的人肌细胞中线粒体数量通常比缺乏锻炼的人多。下列与线粒体有关的说法，正确的是( )
A.葡萄糖在线粒体中分解释放大量能量
B.线粒体内膜上的酶可以参与丙酮酸的分解
C.肌细胞有氧呼吸形成水的[H]来源于细胞质基质和线粒体基质
D.进行有氧运动时，细胞内葡萄糖氧化分解释放的能量大部分储存在
ATP中
A.所有叶肉细胞都能进行2→3过程
B.3→6过程发生在图乙的②处
C.大量能量的生成发生在图乙的③处
D.4和8表示的物质都为水,其来源相同
　实战训练　
5.如图甲是某绿色植物叶肉细胞在晴朗的白天有氧呼吸各阶段反应图解
(1~8表示物质或能量),图乙是线粒体简图,下列叙述不正确的是 ( )
葡萄糖→丙酮酸→H2O
葡萄糖→丙酮酸→CO2
C. 葡萄糖→O2→H2O
D. 葡萄糖→丙酮酸→O2
　实战训练　
6. 用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O的转移途径是（　 ）
A. ①、②和③分别是细胞质基质、
线粒体内膜和线粒体基质
B. ①和②中所含酶的种类相同
C. ②和③都能产生大量ATP
D. 甲、乙分别代表丙酮酸和[H]
　实战训练　
7. 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（　　　）
情境材料一
人在剧烈运动后，肌肉会发酸；苹果储藏久了会有酒味。
请分析出现上述现象的原因？
一、无氧呼吸
PART ONE
无氧呼吸 场所 反应物 产物 释能 反应式
第一阶段
第二阶段
总反应式 合作探究二：请自主阅读课本P94-95页，小组合作完成以下问题。
1.无氧呼吸的场所、反应物、产物和总反应式分别是什么？
2.有机物中能量的去路有哪些？绝大部分能量去路呢？
3.总结无氧呼吸的概念。
4.细胞呼吸对生物有什么意义？
细胞质基质
线粒体
C6H12O6(葡萄糖)
散失
ATP
酶
[H]
能量
丙酮酸
酶
C2H5OH(酒精)
CO2
C3H6O3
（乳酸）
酶
细胞质基质
一、无氧呼吸
1.过程：
一、无氧呼吸
1.过程：
C6H12O6
2丙酮酸 + 4 [H]+
2C2H5OH（酒精）+2CO2
酶
酶
2C3H6O3（乳酸）
酶
第一阶段：
第二阶段：
少能
2ATP
热能
与有氧呼吸第一阶段完全相同
细胞质基质
细胞质基质
不释放能量
2.各阶段特征比较：
无氧呼吸 场所 反应物 产物 释能
第一阶段
第二阶段
细胞质基质
细胞质基质
C6H12O6
2C3H4O3
[H]
2C3H4O3
[H]
少量能量
无能量
2C3H6O3
2C2H5OH和CO2
问题7: 通过以上的学习，请总结出无氧呼吸的两类总反应式。
一、无氧呼吸
3.总反应式：
C6H12O6 2C2H5OH+ 2CO2+ 能量（少量）
酶
⑴ 酒精发酵
实例：酵母菌、大多数高等植物
实例：①人和动物细胞②乳酸菌、③某些植物的特殊器官马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚
⑵ 乳酸发酵
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 能量（少量）
酶
问题8: 同样是分解葡萄糖，为何无氧呼吸只能释放少量能量？
形象记忆：马吃甜玉米
一、无氧呼吸
问题8: 同样是分解葡萄糖，为何无氧呼吸只能释放少量能量？
葡萄糖中的能量
储存在酒精/乳酸中（大部分）
无氧呼吸
释放出来的能量
（小部分）
热能散失（大部分）
合成ATP（少部分）
问题9: 通过以上学习请你为有氧呼吸下个定义？
一、无氧呼吸
4.概念：
指细胞在__________参与的情况下，葡萄糖等有机物经过__________分解，释放________能量,生成________ATP的过程。
没有氧气
不完全
少量
少量
问题10: 为什么无氧呼吸第二阶段不产生ATP，但要进行第二阶段反应呢？
　 由于细胞中NAD＋的含量不多，随着NADH的积累，NAD＋逐渐被消耗。当NAD＋的含量很低时，细胞呼吸第一阶段的过程就会停止，ATP的合成也会停止。因此为了保障通过细胞呼吸第一阶段的持续以获得ATP, NADH就要转化成NAD＋来实现循环利用，来自NADH中的氢就会被乙醛或丙酮酸接收。另外，丙酮酸是不能运出细胞的，如果持续积累，也会抑制细胞呼吸第一阶段的进行。
一、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
氧气参与
分解程度
产物
能量
ATP 生成阶段
相同点 线粒体（主）和细胞质基质
细胞质基质
需要
不需要
CO2＋H2O
乳酸或酒精＋CO2
热能（主）＋储存在ATP中的化学能
乳酸/酒精中的化学能（主）
＋热能＋储存在ATP中的化学能
彻底氧化分解
不彻底氧化分解
第一、第二、第三阶段
第一阶段
第一阶段完全相同，
反应实质相同，都能氧化分解有机物，释放能量
易错提示
1.有氧呼吸的场所并非只是线粒体：真核细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体；原核细胞无线粒体，有氧呼吸在细胞质中和细胞膜上进行。
2.葡萄糖分子不能直接进入线粒体被分解，必须在细胞质基质中分解为丙酮酸才能进入线粒体被分解。
3.无氧呼吸只在第一阶段产生ATP，第二阶段不产生ATP，还要消耗第一阶段产生的[H]。
4.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。
5.无氧呼吸有机物氧化分解不彻底，还有大量能量储存在乳酸或者酒精中。
6.CO2不是判断有氧呼吸是否发生的标志
一、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
四、细胞呼吸的意义
（1）为生物体提供能量
细胞呼吸
能
量
热能
散失
能量
转移
ATP
ADP
Pi
能
量
细胞分裂
生长发育
主动运输
肌肉收缩
神经冲动的传导
C6H12O6
CO2＋H2O
（2）生物体代谢的枢纽
丙酮酸
葡萄糖
甘油
氨基酸
　实战训练　
8.概念结论速判,请判断正误。
(1)细胞呼吸可以把蛋白质、糖类和脂质的代谢联系起来(　　)
(2)无氧呼吸过程中没有氧气参与，所以有[H]的积累(　　)
(3)水稻根、苹果果实、马铃薯块茎等植物器官的细胞无氧呼吸的产物都是酒精和二氧化碳(　　)
(4)人体产生二氧化碳的细胞呼吸方式一定是有氧呼吸(　　)
(5)和有氧呼吸相比，无氧呼吸的两个阶段释放的能量较少(　　)
(1)用透气的消毒纱布包扎伤口，目的是保证伤口处细胞的有氧呼吸(　　)
(2)无氧和零下低温的环境有利于水果保鲜(　　)
(3)及时排涝，能防止水稻根细胞受酒精毒害(　　)
　实战训练　
9.下列有关细胞呼吸的叙述，正确的是( )
A.细胞内葡萄糖分解成丙酮酸和NADH的反应，只发生在有氧时
B.有氧呼吸第二、三阶段都能产生大量ATP
C.在线粒体内膜利用的[H]只来自于丙酮酸水解
D.剧烈运动时肌细胞产生的CO2全部来自线粒体.
E.无氧条件下，丙酮酸转变为酒精的过程中伴随有ATP的合成
F.蓝细菌的能量来源于其线粒体有氧呼吸过程
G.无氧呼吸能产生ATP，但没有NADH的生成过程
H.无氧呼吸产生的能量大多用于合成ATP
I.人体在剧烈运动时所需要的能量由乳酸分解提供
J.有氧和无氧时，酵母菌呼吸作用的产物不同
A.一个细胞内②③不能同时进行
B.酵母细胞中③④进行的场所不同
C.图中过程①②③④中均能产生ATP
和[H]
D.①②、①③的产物不同，原因是酶
的种类不同
　实战训练　
10.如图①～④表示细胞呼吸中的物质变化过程，下列叙述错误的是( )
　实战训练　
11.如图表示某同学测得不同O2浓度下，酵母菌在一段时间内分解葡萄糖时CO2释放量和O2吸收量。下列叙述错误的是（ ）
A.O2浓度为a时，葡萄糖的氧化分解不彻底
B.O2浓度为b时，无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸所消耗的葡萄糖的5倍
C.O2浓度为c时，有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等
D.O2浓度为d时，产生的CO2全部来自线粒体
　实战训练　
12.如图是探究酵母菌细胞呼吸方式类型的装置(NaOH溶液可以吸收装置中的CO2)，下列叙述正确的是( )
A.假设装置1中的液滴左移，装置2中的液滴右移，说明酵母菌只进行有氧呼吸
B.假设装置1中的液滴不移动，装置2中的液滴右移，说明酵母菌只进行有氧呼吸
C.假设装置1中的液滴左移，装置2中的液滴右移，说明酵母菌既进行有氧呼吸
又进行无氧呼吸
D.假设装置1、2中的液滴均不移动，说明酵母菌只进行有氧呼吸或只进行无氧
呼吸
　实战训练　
13．氧化型辅酶I（NAD+）不仅参与细胞呼吸过程，也可作为底物通过DNA修复酶参与DNA修复。研究发现提高小鼠体内eNAMPT（合成NAD+的关键酶）的含量可逆转小鼠身体机能的衰老。下列说法错误的是（ ）
A．核糖体上合成的DNA修复酶通过核孔进入细胞核
B．细胞内NAD+的数量减少可导致细胞的衰老
C．eNAMPT能够降低NAD+合成所需的活化能
D．衰老小鼠的体细胞中不能合成eNAMPT
　实战训练　
14．人体胃壁细胞膜上的质子泵可分泌H+使胃液呈强酸性。胃幽门螺旋杆菌（HP）适宜在胃液中生存，其产生的尿素酶可将尿素分解成CO2和NH3。医学上常用呼气实验检测是否感染HP，体检者口服带13C或14C标记的尿素，一段时间后检测呼出的CO2标记情况。下列有关叙述正确的是（ ）
A．尿素酶在核糖体上合成后，经内质网、高尔基体加工后分泌到细胞外B．尿素酶能分解尿素不能分解蛋白质，体现了酶的高效性
C．呼气实验时，某感染HP的患者呼出的CO2都被13C或14C标记
D．质子泵抑制剂可减小胃液的酸度，抑制幽门螺旋杆菌的繁殖
　实战训练　
15．篮球是很多人喜欢的运动项目。在篮球比赛过程中，随着运动强度的增大，运动员的O2摄入量和乳酸含量明显增加。如细胞呼吸底物为葡萄糖，下列有关说法错误的是（　　）
A．骨骼肌细胞产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体
B．骨骼肌细胞在呼吸过程中释放的能量大部分以热能的形式散失
C．运动强度过高导致骨骼肌细胞CO2的产生量大于O2的消耗量
D．骨骼肌细胞在呼吸过程中产生的丙酮酸，可以转化为其他的非糖物质
　实战训练　
16．酵母菌是一种典型的异养兼性厌氧型微生物，在有氧和无氧条件下都能存活。如图为探究酵母菌呼吸作用类型的装置图，下列相关叙述不正确的是（　　）
A．装置1红色液滴的移动距离表示酵母菌有氧呼吸消耗的氧气量
B．装置2液滴右移时，加入酸性重铬酸钾溶液，酵母菌培养液的颜色不发生变化
C．若装置1液滴左移，装置2液滴右移，则酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
D．若装置1液滴左移，装置2液滴不动，则说明酵母菌只进行有氧呼吸
　实战训练　
17．酸马奶酒是一种以鲜马奶为原料，经乳酸菌和酵母菌共同自然发酵而成的一种传统乳饮料。下列叙述错误的是（ ）
A．乳酸菌和酵母菌都以DNA作为遗传物质
B．乳酸菌和酵母菌具有相似的细胞膜和细胞质
C．乳酸菌和酵母菌都具有细胞膜、核糖体和染色体
D．乳酸菌和酵母菌进行发酵时都不消耗O2
　实战训练　
18．中国是最早开始驯化栽培水稻的国家，水稻种子萌发过程中，储藏的淀粉、蛋白质、脂肪等物质在酶的催化下生成小分子有机物，为新器官的生长和呼吸作用提供原料。下列有关叙述正确的是（　　）
A．种子萌发过程中呼吸作用增强，有机物的质量和种类均减少
B．可用双缩脲试剂检验种子萌发过程中是否生成了氨基酸
C．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
D．淀粉水解成葡萄糖后在线粒体内被分解
　实战训练　
19．水淹时，玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H+转运减缓，引起细胞质基质内H+积累，无氧呼吸产生的乳酸也使细胞质基质pH降低。pH降低至一定程度会引起细胞酸中毒。细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径，延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是（ ）
A．正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质
B．水淹初期检测到玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成
C．转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP增多以缓解能量供应不足
D．转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒
　实战训练　
20．一种微生物一般只有一条无氧呼吸途径，研究者将乳酸脱氢酶基因导入普通酵母，并选取普通酵母和转基因酵母分别进行培养与相关检测，证明转基因酵母具有两条无氧呼吸途径，可同时产生乙醇和乳酸。下列说法正确的是（　　）
A．不同无氧呼吸途径，相同阶段的反应发生的场所相同、产物不同
B．普通酵母和转基因酵母都需要在无氧条件下培养才能达到实验目的C．普通酵母培养液和转基因酵母培养液都能使酸性重铬酸钾溶液变为橙色D．相同实验条件下，普通酵母组培养液的pH比转基因酵母组培养液的pH低

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