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专题5　细胞呼吸
五年高考
1.(2023北京,2,2分)运动强度越低,骨骼肌的耗氧量越少。如图显示在不同强度体育运动时,骨骼肌消耗的糖类和脂类的相对量。
对这一结果正确的理解是(A)
A.低强度运动时,主要利用脂肪酸供能
B.中等强度运动时,主要供能物质是血糖
C.高强度运动时,糖类中的能量全部转变为ATP
D.肌糖原在有氧条件下才能氧化分解提供能量
2.(2022北京,3,2分)在北京冬奥会的感召下,一队初学者进行了3个月高山滑雪集训,成绩显著提高,而体重和滑雪时单位时间的摄氧量均无明显变化。检测集训前后受训者完成滑雪动作后血浆中乳酸浓度,结果如图。与集训前相比,滑雪过程中受训者在单位时间内(B)
A.消耗的ATP不变
B.无氧呼吸增强
C.所消耗的ATP中来自有氧呼吸的增多
D.骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP增多
3.(2022北京,14,2分)有氧呼吸会产生少量超氧化物,超氧化物积累会氧化生物分子引发细胞损伤。将生理指标接近的青年志愿者按吸烟与否分为两组,在相同条件下进行体力消耗测试,受试者血浆中蛋白质被超氧化物氧化生成的产物量如图。基于此结果,下列说法正确的是(D)
A.超氧化物主要在血浆中产生
B.烟草中的尼古丁导致超氧化物含量增加
C.与不吸烟者比,蛋白质能为吸烟者提供更多能量
D.本实验为“吸烟有害健康”提供了证据
全真全练
考点1　细胞呼吸的方式
1.(2023全国乙,3,6分)植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。在无氧条件下,某种植物幼苗的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率随时间的变化趋势如图所示。下列相关叙述错误的是(C)
A.在时间a之前,植物根细胞无CO2释放,只进行无氧呼吸产生乳酸
B.a~b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程
C.每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP比产生乳酸时的多
D.植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP
2.(2023山东,4,2分)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(B)
A.正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质
B.检测到水淹的玉米根有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
3.(2023浙江1月选考,16,2分)为探究酵母菌的细胞呼吸方式,可利用酵母菌、葡萄糖溶液等材料进行实验。下列关于该实验的叙述,正确的是(C)
A.酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是本实验的自变量
B.酵母菌可利用的氧气量是本实验的无关变量
C.可选用酒精和CO2生成量作为因变量的检测指标
D.不同方式的细胞呼吸消耗等量葡萄糖所释放的能量相等
4.(2023重庆,10,3分)哺乳动物可利用食物中的NAM或NA合成NAD+,进而转化为NADH([H])。研究者以小鼠为模型,探究了哺乳动物与肠道菌群之间NAD+代谢的关系,如图所示。下列叙述错误的是(D)
A.静脉注射标记的NA,肠腔内会出现标记的NAM
B.静脉注射标记的NAM,细胞质基质会出现标记的NADH
C.食物中缺乏NAM时,组织细胞仍可用NAM合成NAD+
D.肠道中的厌氧菌合成ATP所需的能量主要来自NADH
5.(2022浙江1月选考,6,2分)线粒体结构模式如图所示,下列叙述错误的是(C)
A.结构1和2中的蛋白质种类不同
B.结构3增大了线粒体内膜的表面积
C.厌氧呼吸生成乳酸的过程发生在结构4中
D.电子传递链阻断剂会影响结构2中水的形成
6.(2022全国甲,4,6分)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叙述,错误的是(C)
A.有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATP
B.线粒体内膜上的酶可以参与[H]和氧反应形成水的过程
C.线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要O2的直接参与
D.线粒体中的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成
7.(2022江苏,8,2分)下列关于细胞代谢的叙述正确的是(B)
A.光照下,叶肉细胞中的ATP均源于光能的直接转化
B.供氧不足时,酵母菌在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇
C.蓝细菌没有线粒体,只能通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP
D.供氧充足时,真核生物在线粒体外膜上氧化[H]产生大量ATP
8.(2022山东,4,2分)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(C)
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
考点2　细胞呼吸的影响因素及应用
9.(2023湖南,5,2分)食品保存有干制、腌制、低温保存和高温处理等多种方法。下列叙述错误的是(C)
A.干制降低食品的含水量,使微生物不易生长和繁殖,食品保存时间延长
B.腌制通过添加食盐、糖等制造高渗环境,从而抑制微生物的生长和繁殖
C.低温保存可抑制微生物的生命活动,温度越低对食品保存越有利
D.高温处理可杀死食品中绝大部分微生物,并可破坏食品中的酶类
10.(2021湖北,10,2分)采摘后的梨常温下易软化。果肉中的酚氧化酶与底物接触发生氧化反应,逐渐褐变。密封条件下4 ℃冷藏能延长梨的贮藏期。下列叙述错误的是(C)
A.常温下鲜梨含水量大,环境温度较高,呼吸代谢旺盛,不耐贮藏
B.密封条件下,梨呼吸作用导致O2减少,CO2增多,利于保鲜
C.冷藏时,梨细胞的自由水增多,导致各种代谢活动减缓
D.低温抑制了梨的酚氧化酶活性,果肉褐变减缓
11.(2021湖南,12,2分)下列有关细胞呼吸原理应用的叙述,错误的是(B)
A.南方稻区早稻浸种后催芽过程中,常用40 ℃左右温水淋种并时常翻种,可以为种子的呼吸作用提供水分、适宜的温度和氧气
B.农作物种子入库贮藏时,在无氧和低温条件下呼吸速率降低,贮藏寿命显著延长
C.油料作物种子播种时宜浅播,原因是萌发时呼吸作用需要大量氧气
D.柑橘在塑料袋中密封保存,可以减少水分散失、降低呼吸速率,起到保鲜作用
三年模拟
综合基础练
选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1.(2024海淀期末,3)图1和图2分别为电镜下观察到的正常细胞和癌细胞的线粒体结构,据此分析癌细胞不具有的是(B)
　
A.线粒体缺少凸起的嵴
B.线粒体基质中产生大量丙酮酸
C.无氧呼吸强,产生大量乳酸
D.葡萄糖的消耗量大
2.(2024朝阳二模,2)肺炎克雷伯菌(Kpn)存在于某些人群的肠道中,可通过细胞呼吸不断产生大量乙醇,引起内源性酒精性肝病。下列叙述正确的是(D)
A.Kpn在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇并产生大量ATP
B.Kpn无氧呼吸使有机物中稳定的化学能全部转化为活跃的化学能
C.乳酸菌、酵母菌、Kpn都可以引起内源性酒精性肝病
D.高糖饮食可能会加重内源性酒精性肝病患者的病情
3.(2024朝阳一模,15)酵母菌作为模式生物被广泛地用于科学研究。下列中学生物学实验中,酵母菌作为实验材料使用正确的是(C)
A.利用酵母菌进行无氧发酵制作酸奶或泡菜
B.固体培养基培养酵母菌研究种群数量变化
C.利用酵母菌探究细胞呼吸是否都需要氧气
D.观察酵母菌细胞内叶绿体和细胞质的流动
4.(2023顺义一模,3)将石榴果实置于密闭包装、23 ℃条件下贮藏,每隔20 h测定包装中的O2和CO2含量,结果如图,相关分析正确的是(C)
A.0~60 h石榴细胞呼吸速率逐渐升高
B.将温度降低至4 ℃,两条曲线的交点将左移
C.70 h后呼吸速率突然上升可能与微生物有关
D.实验测得的CO2含量即为细胞呼吸的释放量
5.(2023西城一模,2)为探究骨骼肌增龄性退变降低中老年人活动能力的原因,将中年期大鼠随机分为安静对照组(C组)和运动训练组(H组),给予相应处理后检测骨骼肌细胞线粒体数目和ATP浓度,结果如表所示。下列叙述错误的是(A)
时间 线粒体个数 ATP含量(nmol·μL-1)
C组 H组 C组 H组
第0周 48.17 44.83 0.72 0.65
第8周 44.17 61.00 0.87 1.30
第16周 36.00 60.33 0.68 1.52
A.大鼠骨骼肌细胞中的ATP主要产生于线粒体基质
B.增龄过程中活动能力下降可能与线粒体数目减少有关
C.运动训练有助于改善骨骼肌的能量供应
D.运动训练可提高大鼠的有氧运动能力
综合拔高练
一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1.(2024丰台一模,2)无氧运动产生的乳酸会导致肌肉酸胀乏力,乳酸在肌肉和肝脏中的部分代谢过程如图。下列叙述错误的是(A)
A.无氧运动时丙酮酸分解为乳酸可以为肌细胞迅速供能
B.肌细胞无氧呼吸产生的乳酸能在肝脏中再次转化为葡萄糖
C.肌细胞中肌糖原不能分解产生葡萄糖可能是缺乏相关的酶
D.乳酸在肝脏中的代谢过程可防止乳酸堆积引起酸中毒
2.(2024海淀一模,3)新生无毛哺乳动物体内存在一种含有大量线粒体的褐色脂肪组织,褐色脂肪细胞的线粒体内膜含有蛋白质U。蛋白质U不影响组织细胞对氧气的利用,但能抑制呼吸过程中ADP转化为ATP。据此推测当蛋白质U发挥作用时(D)
A.葡萄糖不能氧化分解
B.只在细胞质基质中进行无氧呼吸
C.细胞中会积累大量的ATP
D.可大量产热,维持体温
3.(2024房山一模,3)手机成瘾者易出现注意力不集中、易冲动等问题。欲研究不同强度有氧运动对大学生手机成瘾者的影响,利用Stroop测试评估注意力集中情况,结果如图。对图中结果叙述错误的是(B)
A.葡萄糖是不同强度运动的重要能量来源
B.高强度的有氧运动使注意力更加集中
C.有氧运动时消耗的能量不是全部用于肌肉收缩
D.适当强度的有氧运动可缓解手机成瘾症状
二、非选择题
4.(2024朝阳二模,19)持续高强度运动一定时长后,机体表现出运动耐力下降的现象。研究者进行实验探究上述现象的机制。
(1)高强度运动初期时,氧气与[H]在　线粒体内膜　(场所)结合生成水,并释放大量能量,此过程称为氧化磷酸化。持续高强度运动消耗大量氧气,使肌细胞处于低氧环境。
(2)研究表明P酶通过提高氧化磷酸化强度进而提升运动耐力。AR蛋白可将乳酸转移至P酶特定氨基酸位点(乳酰化修饰)。研究者用小鼠进行持续高强度运动模拟实验,检测肌细胞中相关指标,结果如表:
检测指标 运动0 min 运动30 min
P酶相对活性(%) 100 35
P酶乳酰化水平(%) 9 70
①据表中数据推测持续高强度运动诱发　P酶乳酰化修饰使其活性降低　,减弱骨骼肌氧化磷酸化强度,使运动耐力下降。
②敲除小鼠AR基因,进行持续高强度运动模拟实验,发现P酶活性始终高于野生型。
研究者用小鼠肌细胞进行如图1中实验,推测:AR蛋白使P酶336位氨基酸发生乳酰化修饰,依据是　四组实验中只有第Ⅱ组P酶乳酰化,P酶活性最低,第Ⅳ组(氨基酸替换)实验结果与Ⅰ、Ⅲ组相近　。
(3)H蛋白是细胞中的氧含量感应蛋白,可感应氧气含量变化从而调控AR蛋白降解。研究者进行图2中实验并检测AR蛋白、H蛋白含量。
由结果可知,持续高强度运动导致AR蛋白含量升高的原因是持续高强度运动使肌细胞氧气浓度下降,　H蛋白感应(氧气浓度下降)并减弱对AR蛋白的降解作用　,AR蛋白含量升高。
(4)上述研究揭示了持续高强度运动后运动耐力降低与AR蛋白、P酶、氧化磷酸化的关系。有研究表明氧化磷酸化过程会有活性氧产生,超过一定水平后诱发细胞凋亡。有人认为AR蛋白表达量较低的人运动耐力强,适宜做长时间持续高强度运动。结合本研究评价该观点是否合理,并说明理由。
合理,持续高强度运动时,AR蛋白表达量低,抑制P酶活性能力较弱,可促进肌细胞氧化磷酸化反应,可以提高运动耐力。(或不合理,AR蛋白表达量低的人持续高强度运动时,活性氧积累,易诱发肌细胞凋亡,因此高强度运动时间过长有可能损伤肌肉细胞。)
5.(2024西城一模,19)BAT(褐色脂肪组织)细胞含有大量线粒体,具有分解脂肪和产热的功能,其数量及代谢异常与肥胖、衰老等现象相关。
(1)图1示有氧呼吸第三阶段,H+通过复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ运至线粒体膜间隙,并顺浓度梯度通过　线粒体内膜　(细胞结构)上的ATP合酶,生成大量ATP。
(2)图2为BAT细胞在寒冷刺激下增加产热的机制:产热复合体提高线粒体中Ca2+浓度→促进有氧呼吸第二阶段(三羧酸循环)→提高H+跨膜浓度梯度→　UCP1将H+运至线粒体基质,减小了膜两侧H+的跨膜浓度梯度　→　ATP合成比例减少　、产热增加。
(3)产热复合体包含E、M和UCP1三种蛋白质。为研究三者的互作情况,构建了三种质粒,分别表达UCP1-HA融合蛋白、E-FLAG融合蛋白、M-FLAG融合蛋白,并获得了转入不同质粒组合的细胞。先利用抗HA抗体偶联磁珠对各组总蛋白进行收集,将收集的蛋白电泳,再分别用抗FLAG抗体与抗HA抗体进行检测,结果如图3。分析图2产热复合体中的A、B分别为　M、E(顺序不能错)　蛋白。
(4)BAT细胞在凋亡过程中会释放肌苷,与相关细胞膜上受体结合发挥作用。用肌苷处理健康BAT和WAT(白色脂肪组织,主要储存脂肪)细胞,发现二者UCP1基因的表达量均显著提高。阐释BAT细胞凋亡时释放肌苷的意义。
BAT细胞凋亡时释放肌苷,可促进健康的BAT和WAT细胞UCP1基因表达而增加产热,从而维持机体的体温平衡。
(5)ENT1是肌苷转运蛋白,在BAT细胞中高表达。研究表明,抑制ENT1可以增加胞外肌苷水平,增强细胞产热能力。有人提出可通过抑制ENT1治疗肥胖,从稳态与平衡的角度评价该方案并说明理由。
有一定的合理性。抑制ENT1可提高胞外肌苷水平,促进BAT和WAT细胞有机物分解,增加产热,达到减重的效果。然而ENT1通过调节胞外肌苷水平,维持体温相对稳定,抑制ENT1可能破坏机体体温平衡的稳态。
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