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细胞呼吸的原理和应用
第15讲
一轮复习
第1课时（共3课时）
有氧呼吸是指细胞在______的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物_______氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成__________的过程。
氧
彻底
大量ATP
一、有氧呼吸
1.定义
热能(大部分)
合成ATP
知识点28：有氧呼吸 和 无氧呼吸
糖类等有机物中稳定的化学能
热能 + ATP中活跃化学能
2.过程
第一阶段
物质变化
葡萄糖
丙酮酸 + NADH
酶
+ NAD+
ADP + Pi + 能量
酶
ATP
能量变化
稳定
化学能
ATP和NADH
中活跃化学能
热能
+
葡萄糖
丙酮酸
H2O
NADH
H2O
O2
CO2
能量
能量
能量
NADH
第一阶段
第二阶段
第三阶段
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
葡萄糖
丙酮酸
H2O
NADH
H2O
O2
CO2
能量
能量
能量
NADH
第一阶段
第二阶段
第三阶段
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
第二阶段
物质变化
CO2
酶
+ NADH
能量变化
稳定
化学能
ATP和NADH
中活跃化学能
热能
+
丙酮酸 + H2O + NAD+
ADP + Pi + 能量
酶
ATP
葡萄糖
丙酮酸
H2O
NADH
H2O
O2
CO2
能量
能量
能量
NADH
第一阶段
第二阶段
第三阶段
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
第三阶段
物质变化
酶
NADH + O2
能量变化
NADH中
活跃化学能
热能
+
H2O + NAD+
ADP + Pi + 能量
酶
ATP
ATP中
活跃化学能
葡萄糖
丙酮酸
H2O
NADH
H2O
O2
CO2
能量
能量
能量
NADH
第一阶段
第二阶段
第三阶段
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
3.氧原子的去向
葡萄糖
丙酮酸
H2O
NADH
H2O
O2
CO2
能量
能量
能量
NADH
第一阶段
第二阶段
第三阶段
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
4.有氧呼吸的能量利用特点
①过程温和(常温、常压、一定的pH等)
②能量逐步释放
③释放的能量有一部分储存在ATP中。
④能量转化效率高
（34%）
葡萄糖
丙酮酸
H2O
NADH
H2O
O2
CO2
能量
能量
能量
NADH
第一阶段
第二阶段
第三阶段
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
④能量转化效率高
（34%）
热能(大部分)
合成ATP
2870kJ/mol
977.28 kJ/mol
能量转化效率
= 2870÷977.28×100%=34%
产生ATP数=977.28÷30.54=32
2个ATP
2个ATP
28个ATP
葡萄糖
乙酰辅酶A
丙酮酸
H+
ATP
CO2
NADH
NAD+
H+
+
e-
CO2
H+
H+
H+
ATP
ADP
+Pi
NADH
丙酮酸
H2O
O2
CO2
CO2
三羧酸循环
膜间隙
ATP
e-
e-
ATP合酶
电子传递
第三阶段必须在膜上进行
细菌有氧呼吸的第一和第二阶段在细胞质基质中，第三阶段在细胞膜上进行。
5.有氧呼吸的主要场所是线粒体
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
拓展：有氧呼吸第三阶段
①蛋白质Ⅰ- Ⅳ将第一、二阶段产生的[H](NADH和FADH2)中的高能电子进行传递，最终传递给O2，生成水。
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
拓展：有氧呼吸第三阶段
②高能电子在传递过程中，将H+从线粒体基质逆浓度泵到线粒体的内外膜之间。从而在内膜的内外形成H+浓度差。
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
拓展：有氧呼吸第三阶段
③线粒体内膜对H+高度不通透，因此，内膜外的H+不能扩散进入线粒体基质中，只能通过蛋白质Ⅴ流入线粒体基质，蛋白质Ⅴ是ATP合酶，利用H+内流的能量，利用ADP和Pi合成ATP。
一些植物的花器官在开花期能够在短期内迅速产生并累积大量热能，使花器官温度显著高于环境温度，有利于花序气味挥发，吸引昆虫传粉。研究表明，该现象通过有氧呼吸的主呼吸链及交替氧化酶(AOX)参与的交替呼吸途径实现(如下图)，其中交替呼吸途径不发生H+跨膜运输，故不能形成驱动ATP合成的H+势差。下列叙述错误的是（　　）
A.图中AOX分布于线粒体内膜上，可催化水的生成
B.H+以协助扩散方式通过ATP合酶进入线粒体基质
C.有氧呼吸的主呼
呼吸链中建立膜两侧的H+浓度差不需要消耗能量
D.交替呼吸途径使有机物氧化分解释放的能量更多的以热能形式散失
C
2.在需氧呼吸第三阶段，线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子，电子经线粒体内膜最终传递给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合酶返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(图1)。为研究短时低温对该阶段的影响，将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理，分组情况及结果如下(图2)。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法正确的是（　　）
A.DNP与4℃都会导致线粒体内膜上的电子传递受阻
B.与25℃时相比，4℃时需氧呼吸放能减少
C.与25℃时相比，4℃时需氧呼吸消耗葡萄糖的量多
D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度积累，生成的ATP减少
C
葡萄糖
乙酰辅酶A
丙酮酸
H+
ATP
CO2
NADH
NAD+
H+
+
e-
CO2
H+
H+
H+
ATP
ADP
+Pi
NADH
丙酮酸
H2O
O2
CO2
CO2
三羧酸循环
膜间隙
ATP
e-
e-
①线粒体膜上没有运输葡萄糖的载体，葡萄糖不能进入线粒体；
6.葡萄糖不能在线粒体中氧化分解
②线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。
葡萄糖
丙酮酸
乙酰辅酶A
三羧酸循环
H2O
电子传递
O2
CO2
CO2
NADH
NADH
NADH
ATP
ATP
ATP
多糖
单糖
氨基酸
甘油
脂肪酸
氨基
蛋白质
7.三大有机物氧化分解过程
CO2
脂肪
核酸
多糖
脂肪
氨基酸
蛋白质
核苷酸
葡萄糖
脂肪酸+甘油
丙酮酸
乙酰CoA
草酰乙酸
CoA
CO2
[H]
呼吸链
O2
ATP
ADP + Pi
三羧酸循环
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只有一部分储存于ATP中
A
二、无氧呼吸
在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过_________分解，释放
_______能量的过程。
少量
不完全
1.定义
2.两类无氧呼吸
C6H12O6
2C3H6O3(乳酸) + 少量能量
酶
C6H12O6
2C2H5OH(酒精) + 2CO2 + 少量能量
酶
热能(大部分)
合成ATP
热能(大部分)
合成ATP
糖类等有机物中稳定的化学能
+
热能
ATP中活跃化学能
+
不彻底氧化产物(酒精和乳酸等)中的稳定化学能
某兴趣小组在室温下进行了酵母菌无氧呼吸的探究实验(如右图)。下列分析错误的是( )
A.滴管中冒出气泡是反应产生CO2的结果
B.试管中加水的主要目的是制造无氧环境
C.若试管中的水换成冷水，气泡释放速率下降
D.被分解的葡萄糖中的能量一部分转移至ATP，其余的存留在酒精中
D
2.两类无氧呼吸
C6H12O6
2C3H6O3+ 少量能量
酶
C6H12O6
2C2H5OH+ 2CO2 + 少量能量
酶
马铃薯的块茎
甜菜的块根
玉米的胚
胡萝卜的叶子
某些植物的器官
动物细胞
乳酸菌
植物细胞
酵母菌
某些深海动物
无氧呼吸
光合作用
有氧呼吸
进化顺序
NADH
ADP + Pi
ATP
葡萄糖
丙酮酸
第一阶段
乙醛
乙醇
第二阶段
第二阶段
CO2
NAD+
NADH
葡萄糖
丙酮酸
第一阶段
乳酸
第二阶段
NAD+
ADP + Pi
ATP
3.无氧呼吸分两个阶段进行
C6H12O6
2C3H6O3 +
酶
少量
能量
C6H12O6
2C2H5OH + 2CO2 +
酶
少量
能量
不同细胞组分和条件细胞呼吸产物分析
试管 酵母菌细胞 酵母菌细胞质基质 酵母菌线粒体
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
葡萄糖 + - + - + - + - + - + -
丙酮酸 - + - + - + - + - + - +
氧气 - - + + - - + + - - + +
产物
CO2
+
乙醇
CO2
+
乙醛
CO2
+
H2O
CO2
+
H2O
CO2
+
乙醇
CO2
+
乙醛
CO2
+
乙醇
CO2
+
乙醛
无
无
无
CO2
+
H2O
1.用差速离心手段得到酵母菌的细胞质基质和线粒体，进行如下实验。
①产生CO2和H2O的试管：__________________。
②产生酒精的试管：__________________。
③根据试管_________的实验结果可判断出酵母菌进行无氧呼吸的场所。
4、7
2、3、8
2、5、8
1.用差速离心手段得到酵母菌的细胞质基质和线粒体，进行如下实验。
④有氧呼吸产生的[H],经过一系列的化学反应，与氧气结合形成水。2,4-二硝基苯酚(DNP)对该氧化过程没有影响，但使该过程所释放的能量都以热能形式耗散，表明DNP使分布在______________的酶无法合成ATP。若将DNP加入试管7中，葡萄糖的氧化分解_______(能/不能)继续。
线粒体内膜
能
2.对酵母菌进行处理，获得细胞质基质和线粒体。用超声波使线粒体破碎，线粒体内膜可自然卷成小的膜泡，原来内膜的内侧面位于膜泡的外表面。下列四支试管在适宜温度下不会产生CO2的是（ ）
A.葡萄糖+细胞质基质
B.丙酮酸+细胞质基质
C.葡萄糖+小膜泡
D.丙酮酸+线粒体基质
C
3.按下表设计进行实验。分组后，在相同且适宜条件下培养8～10 h，并对实验结果进行分析。下列叙述正确的是( )
实验材料 取样 处理 分组 培养液 供氧情况
适宜浓度酵母菌液 50mL 破碎细胞 (细胞器完整) 甲 25mL 75mL 无氧
乙 25mL 75mL 通氧
50mL 未处理 丙 25mL 75mL 无氧
丁 25mL 75mL 通氧
A.甲组不产生CO2，而乙组产生
B.甲组的酒精产量与丙组相同
C.丁组能量转换率与丙组相同
D.丁组的O2消耗量大于乙组
D
肿瘤细胞缺乏广泛的毛细血管网络提供氧气，所以它们通常处于有限的氧气供应状态。
癌细胞以无氧呼吸为主
癌细胞依赖无氧呼吸获取大部分 ATP的供应。
它们比正常细胞摄取更多的葡萄糖。
肿瘤细胞中线粒体数量更少，有氧呼吸产生的 ATP 不足,需要从无氧呼吸中得到补偿。
提供氧少
线粒体少
相关酶多
肿瘤细胞过度表达无氧呼吸相关的酶，原癌基因和肿瘤抑制基因的蛋白质产物参与肿瘤细胞无氧呼吸酶产量的增加。
哺乳动物成熟红细胞只能进行无氧呼吸
哺乳动物红细胞在成熟过程中逐渐排出细胞器和细胞核
哺乳动物红细胞的细胞基质中没有进行有氧呼吸细胞第二和三步的相关酶
红细胞运输氧气
但不消耗氧气
剧烈肌肉运动(如100m疾跑),
使氧气不能足够快速地供应
肌肉利用贮存的葡萄糖(糖原) 通过无氧呼吸产生ATP和乳酸
乳酸循环
运动强度
相对值
氧气消耗速率
血液中乳酸量
剧烈肌肉运动(如100m疾跑),
使氧气不能足够快速地供应
肌肉利用贮存的葡萄糖(糖原) 通过无氧呼吸产生ATP和乳酸
血液中的乳酸累积到很高浓度
恢复呼吸过程中为乳酸转化为葡萄糖供应ATP需要大量氧气。
休息时, 肝脏将乳酸转化成葡萄糖(糖原)，使先前剧烈运动过程中消耗的糖类得以补充。
乳酸
丙酮酸
糖原
ATP
乳酸
丙酮酸
葡萄糖(糖原)
ATP
血乳酸
血糖
乳酸循环
休息
运动
下图所示为不同距离的跑步过程中,有氧呼吸和无氧呼吸供能的百分比。
下列说法正确的是（ ）
A.跑步距离越长,无氧呼吸供能所占比例越大
B.1500m跑时,有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖的量相当
D
C.100m跑时,所需ATP主要由有氧呼吸产生
D.马拉松跑时,肌肉细胞呼吸释放的C02量与吸收的02量之比为1:1
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
不 同 点 场所
条件
分解 产物
能量
ATP 产生
相同点
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
氧气、多种酶
无氧气、多种酶
葡萄糖彻底分解为CO2和H2O
葡萄糖不彻底分解，
形成乳酸或酒精和CO2
释放大量能量
释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中
三个阶段均产生ATP
仅在第一阶段产生ATP
第一阶段反应完全相同，实质相同(分解有机物，释放能量)
比较：有氧呼吸和无氧呼吸
丙酮酸站在糖代谢的“十字路口”
丙酮酸
葡糖糖
CO2 + H2O
乙醇 + CO2
乳酸
ADP+Pi
ATP
ADP+Pi
ATP
1.如图为某同学所构建的在睛朗白天植物叶肉细胞的有氧呼吸过程 图，下列相关叙述中正确的是 ( )
A.催化2→3过程的酶存在于线粒体内膜上，催化5→7过程的酶存在于线粒体基质中
B.产生的8主要用于合成ATP，供给细胞生命活动的需要
C.4和7为同一种物质，在活细胞中含量最高
D.图中的7是H2O，其中的氢最终都来自于图中的1
C
丙酮酸
呼吸链受损
代谢物X
NAD+
NADH
代谢物X
H2O2+丙酮酸
酶A
O2
④
H2O2+ O2
酶B
⑤
参与代谢
③
②
NADH
NAD+
NADH
ADP
ATP
葡萄糖
细胞外
细胞内
2.人线粒体呼吸链受损可导致代谢物X的积累，由此引发多种疾病。动物
实验发现，给呼吸链受损小鼠注射适量的酶A和酶B溶液，可发生如题21图所示的代谢反应，从而降低线粒体呼吸链受损导致的危害。据图回答以下问题：
1)呼吸链受损会导致______(填“有氧”或“无氧”)呼吸异常，代谢物X是______
有氧
乳酸
丙酮酸
呼吸链受损
代谢物X
NAD+
NADH
代谢物X
H2O2+丙酮酸
酶A
O2
④
H2O2+ O2
酶B
⑤
参与代谢
③
②
NADH
NAD+
NADH
ADP
ATP
葡萄糖
细胞外
细胞内
2.人线粒体呼吸链受损可导致代谢物X的积累，由此引发多种疾病。动物
实验发现，给呼吸链受损小鼠注射适量的酶A和酶B溶液，可发生如题21图所示的代谢反应，从而降低线粒体呼吸链受损导致的危害。据图回答以下问题：
2)过程⑤中酶B的名称为___________，
使用它的原因是_________________．
过氧化氢酶
催化过氧化氢的分解，避免过氧化氢对细胞的毒害
丙酮酸
呼吸链受损
代谢物X
NAD+
NADH
代谢物X
H2O2+丙酮酸
酶A
O2
④
H2O2+ O2
酶B
⑤
参与代谢
③
②
NADH
NAD+
NADH
ADP
ATP
葡萄糖
细胞外
细胞内
2.人线粒体呼吸链受损可导致代谢物X的积累，由此引发多种疾病。动物
实验发现，给呼吸链受损小鼠注射适量的酶A和酶B溶液，可发生如题21图所示的代谢反应，从而降低线粒体呼吸链受损导致的危害。据图回答以下问题：
3)过程④将代谢物X消耗，对内环境稳态的作用和意义是__________
避免代谢产物的积累，维持细胞内的 PH；是机体进行正常生命活动的条件
葡萄糖氧化的另一途径 —— 磷酸戊糖途径
葡萄糖
葡萄糖-6-磷酸
2NADP+ + H2O
核糖-5-磷酸 + CO2 + 2NADPH + 2H+
合成RNA
脱氧核糖
合成DNA
用于物质合成(脂肪酸)中的还原剂
及清除氧自由基
NADPH清除氧自由基
超氧自由基
2H2O2
2H2O + O2
过氧化氢酶
还原型谷胱甘肽(2GSH)
氧化型谷胱甘肽(GS-SG)
NADP+
NADPH
谷胱甘肽还原酶
磷酸戊糖途径
磷酸戊糖途径产生的NADPH可以使还原型谷胱甘肽再生，从而保持机体的抗氧化能力。
1.植物细胞内10%~25%的葡萄糖经过一系列反应，产生NADPH、CO2和多种中间产物，该过程称为磷酸戊糖途径。该途径的中间产物可进一步生成氨基酸和核苷酸等。下列说法错误的是（ ）
A. 磷酸戊糖途径产生的NADPH与有氧呼吸产生的还原型辅酶不同
B. 与有氧呼吸相比，葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量少
C. 正常生理条件下，利用14C标记的葡萄糖可追踪磷酸戊糖途径中各产物的生成
D. 受伤组织修复过程中所需要的原料可由该途径的中间产物转化生成
C
2.研究表明，癌细胞和正常分化细胞在有氧条件下产生的 ATP 总量没有明显差异，但癌细胞从内环境中摄取并用于细胞呼吸的葡萄糖是正常细胞的若干倍。下图是癌细胞在有氧条件下葡萄糖的部分代谢过程，下列分析中错误的是( )
葡萄糖
A
葡萄糖
……
……
丙酮酸
CO2+H2O
乳酸
五碳糖
……
细胞膜
①
②
④
③
A. 图中 A 代表细胞膜上的载体蛋白
B. 葡萄糖进入癌细胞后，可通过形成五碳糖进而参与合成 DNA
C. 在有氧条件下，癌细胞呼吸作用的方式为有氧呼吸
D. 若研制药物抑制癌症患者细胞中的异常代谢途径，图中的①④不宜选为作用位点
C
A.图中A为葡萄糖载体蛋白，通过消耗能量的方式将葡萄糖运入肝癌细胞内
B.②过程形成的五碳糖可能为脱氧核糖，可作为基本单位直接参与癌细胞DNA复制
C.由图可知，肝癌细胞在有氧条件下可以同时进行有氧呼吸与无氧呼吸产生能量
D.细胞癌变的根本原因是基因突变，若要通过药物抑制患者体内癌细胞的异常代谢，宜选择②③过程作为药物的作用位点
3.研究表明，癌细胞和正常分化细胞在有氧条件下产生的ATP总量并没有明显差异，但癌细胞从内环境中摄取并用于细胞呼吸的葡萄糖是正常细胞的若干倍。下图是肝癌细胞在有氧条件下葡萄糖的部分代谢过程，据图分析，以下叙述错误的是（ ）
葡萄糖
A
葡萄糖
……
……
丙酮酸
CO2+H2O
乳酸
五碳糖
……
细胞膜
①
②
④
③
B

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