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(共40张PPT)
第11讲　第一课时　细胞呼吸的原理和过程
素养目标
考点一 有氧呼吸的过程
夯实基础 精研教材
1.细胞呼吸的实质:细胞内的有机物　　　　　,并　　　　　的过程。
2.有氧呼吸
(1)概念: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
　　　　氧化分解,产生　　　　　　　　　,释放能量,生成
　　　　　的过程。
氧化分解
释放能量
彻底
二氧化碳和水
大量ATP
不能进入线粒体
(2)过程图解(以葡萄糖为底物)
细胞质基质
少量能量　
线粒体基质
线粒体内膜
大量能量
(3)写出有氧呼吸总反应式(标出氧元素的来源与去向)
　 。
(4)能量的释放、转移与散失
①释放:葡萄糖氧化分解释放的能量大部分以　　　　形式散失,少部分储存在　　　　中。
②特点:在温和的条件下进行,能量　　　　释放,彻底氧化分解。
热能
ATP
逐步
教材深挖
1.(必修1 P92图5-8)线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所,其在结构上与功能相适应的特点是____________________________________________
　　　　　　　　　 　　　　　　。
2.(必修1 P93相关信息)细胞呼吸中的[H]是　 　　　　　　,是由
　　　　　 　　　　转化生成的。在有氧呼吸中,这一过程发生在
　　　　　 　阶段。
3.(必修1 P93思考·讨论)葡萄糖氧化分解释放的能量大约有1/3的能量转移到ATP中,大部分以热能的形式散失。对于恒温动物来说,该热能可用于　　　　　　　　。
①线粒体具有内、外两层膜,内膜向内折叠形成嵴,扩大了内膜的表面积;②线粒体的内膜和基质中含有许多与有氧呼吸有关的酶
还原型辅酶Ⅰ(NADH)
氧化型辅酶Ⅰ(NAD+)
第一和第二
体温的维持
易错排查
1.原核细胞无线粒体,不能进行有氧呼吸。(　　)
2.葡萄糖进入线粒体氧化分解。(　　)
3.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。(　　)
4.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。(2022·全国甲卷)(　　)
5.葡萄糖的有氧呼吸过程中,水的生成发生在线粒体外膜。(　　)
×
×
×
×
×
思维探究 考教衔接
1.线粒体与有氧呼吸
科学家在研究线粒体组成成分时,首先将线粒体放在低渗溶液中获得涨破的外膜,经离心后将外膜与线粒体内膜包裹的基质分开,再用超声波破坏线粒体内膜,破裂的内膜自动闭合成小泡,然后用尿素处理这些小泡,实验结果如图1所示。请分析回答下列问题。
图1
图2　ATP合成酶分子结构
(1)研究人员发现,在适宜成分溶液中,线粒体含F0-F1颗粒内膜小泡能完成有氧呼吸第三阶段的反应,即实现　　　　的氧化,生成　　　　,并能合成大量ATP。
(2)线粒体内膜上的F0-F1颗粒是ATP合成酶(见图2),其结构由突出于膜外的亲水头部和嵌入膜内的疏水尾部组成,其功能是在跨膜H+浓度梯度推动下合成ATP。为了研究ATP合成酶的结构与合成ATP的关系,用尿素破坏内膜小泡将F1颗粒与小泡分开,检测处理前后ATP的合成。若处理前,在
　　　　　　　　　条件下,含　　　　颗粒内膜小泡能合成ATP;处理后含　　颗粒内膜小泡不能合成ATP,说明F1颗粒的功能是催化ATP的合成。
[H]
水
有跨膜H+浓度梯度
F0-F1　
F0
2.有氧呼吸的过程
为验证酵母菌细胞中线粒体对葡萄糖和丙酮酸的利用情况,现以从酵母菌细胞中分离得到的具有活性的线粒体为实验材料进行如下实验(除下表所示不同外,其他条件相同且适宜)。
组别 步骤一 步骤二 步骤三
1 加入线粒体 加入葡萄糖 加入溴麝香草酚蓝溶液,一段时间后观察溶液颜色的变化情况
2 加入线粒体 加入丙酮酸 请预期两组实验的实验结果,并简述判断理由(实验结果中要写出具体的颜色变化)。
　。
第1组溶液为蓝色,第2组溶液颜色由蓝变绿再变黄,第1组中由于葡萄糖不能进入线粒体被利用,所以无CO2生成,第2组丙酮酸可进入线粒体被利用,生成CO2
3.有氧呼吸过程应用
(根据2022·广东卷情境设计)种子质量是农业生产的前提和保障。生产实践中常用TTC法检测种子活力,TTC(无色)进入活细胞后可被还原成TTF(红色)。大豆充分吸胀后,取种胚浸于0.5%的TTC溶液中,30 ℃保温一段时间后部分种胚出现红色。
(1)TTF可在种子细胞的　　 　　　　　中生成。
(2)TTF生成量与保温时间　　　　(填“相关”或“不相关”)。
(3)可以用　　　　　　　判断种子活力高低。
细胞质基质、线粒体基质
相关
胚的红色深浅
考法练透 素养提升
考法一　有氧呼吸的过程
1.(2023·广东卷)在游泳过程中,参与呼吸作用并在线粒体内膜上作为反应物的是(　　)
A.还原型辅酶Ⅰ
B.丙酮酸
C.氧化型辅酶Ⅰ
D.二氧化碳
A
解析 参与有氧呼吸第三阶段的[H]是NADH,是还原型辅酶Ⅰ。
2.(2024·重庆卷)肿瘤所处环境中的细胞毒性T细胞存在题图所示代谢过程。其中,PC酶和PDH酶控制着丙酮酸产生不同的代谢产物,进入有氧呼吸三羧酸循环。增加PC酶的活性会增加琥珀酸的释放,琥珀酸与受体结合可增强细胞毒性T细胞的杀伤能力,若环境中存在乳酸,PC酶的活性会被抑制。
下列叙述正确的是(　　)
A.图中三羧酸循环的代谢反应直接需要氧
B.图中草酰乙酸和乙酰辅酶A均产生于线粒体内膜
C.肿瘤细胞无氧呼吸会增强细胞毒性T细胞的杀伤能力
D.葡萄糖有氧呼吸的所有代谢反应中至少有5步会生成[H]
D
解析 由题图可知,图中三羧酸循环的代谢反应无直接需氧环节,A项错误;草酰乙酸和乙酰辅酶A均产生于线粒体基质,B项错误;由题意可知,若环境中存在乳酸,PC酶的活性会被抑制,而增加PC酶的活性会增加琥珀酸的释放,琥珀酸与受体结合可增强细胞毒性T细胞的杀伤能力,肿瘤细胞进行无氧呼吸会增加细胞中的乳酸含量,从而抑制PC酶活性,减弱细胞毒性T细胞的杀伤能力,C项错误;葡萄糖有氧呼吸的所有代谢反应中至少有5步会生成[H],分别是有氧呼吸第一阶段及图中的4步,D项正确。
考法二　细胞呼吸与细胞代谢的关系
3.(2022·江苏卷)下图为生命体内部分物质与能量代谢关系示意图。下列叙述错误的有(　　)
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
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都储存于ATP中
D
解析 物质氧化时释放的能量一部分储存于ATP中,大部分以热能的形式散失,D项错误。
考点二 无氧呼吸的过程及与有氧呼吸的比较
夯实基础 精研教材
1.无氧呼吸
(1)概念:无氧呼吸是指细胞在　　　　　参与的情况下,葡萄糖等有机物经过　　　　分解,释放　　　　能量的过程。
没有氧气
不完全
少量
(2)过程:
乳酸
酒精和CO2
2.无氧呼吸过程中能量的去路
(1)大部分储存在　　　　或　　　　中;
(2)释放的能量中大部分以　　　　　形式散失,少部分储存在ATP中。
酒精
乳酸
热能
3.有氧呼吸与无氧呼吸的比较
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
区 别 场所 　　　 　　　 细胞质基质
条件 氧气,多种酶 无氧气,多种酶
物质变化 葡萄糖等有机物彻底氧化分解,生成CO2和H2O 葡萄糖等有机物分解不彻底,生成　 　或酒精和CO2
能量变化 释放大量能量,产生大量ATP 释放　　　　能量,产生少量ATP
特点 受O2和温度等因素的影响 有氧气存在时,无氧呼吸受抑制
联系 二者第一阶段反应完全相同,并且都在细胞质基质中进行;本质都是氧化分解有机物、释放能量,产生ATP 细胞质基质和线粒体
乳酸
少量
教材深挖
1.(必修1 P94相关信息)1 mol葡萄糖有氧呼吸能释放2 870 kJ的能量,而
1 mol葡萄糖分解生成乳酸以后,只释放196.65 kJ的能量,其中只有61.08 kJ的能量储存在ATP中。据此分析在进行无氧呼吸过程中,葡萄糖中能量的主要去向和葡萄糖氧化分解释放的能量的主要去向是
　。
无氧呼吸过程中,葡萄糖中的能量主要储存在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
2.(必修1 P96思维训练)根据相关资料,回答与线粒体起源学说的证据有关的问题。
(1)线粒体DNA与细菌DNA均为环状DNA。线粒体和细菌内均含有细胞器——　　　　　,线粒体内可以进行　　　　　　 　　　过程。
(2)线粒体DNA和细菌DNA的编码区都不含内含子,真核细胞核基因中具有内含子。
(3)线粒体内膜与细菌细胞膜结构、功能相似,细菌有氧呼吸第三阶段发生在　　　　　　上。
(4)线粒体能像细菌一样进行二分裂增殖。
(5)线粒体的半自主性。线粒体内的蛋白质,有少数几种由线粒体DNA指导合成,绝大多数由　　　　　指导合成。
核糖体
DNA复制、转录、翻译
细胞膜
核DNA
易错排查
1.人体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。(　　)
2.细胞内葡萄糖分解成丙酮酸和[H]的反应,只发生在有氧气存在时。(　)
3.人体在剧烈运动时所需的能量由乳酸分解提供。(　　)
4.无氧呼吸不需要O2的参与,该过程最终有[H]的积累。(　　)
5.无氧呼吸只在第一阶段释放出少量的能量,生成少量ATP。(　　)
6.人和动物细胞呼吸产生CO2的场所是线粒体,酵母菌细胞呼吸产生CO2的场所是线粒体和细胞质基质。(　　)
√
×
×
×
√
√
思维探究 考教衔接
1.无氧呼吸的两种类型
(根据2023·全国乙卷情境设计)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。
(1)在时间a之前,植物根细胞进行无氧呼吸的产物是　　　　。
(2)a~b时间段内植物根细胞释放CO2的原因是　 　　　 　　　　　,在此阶段根细胞　　 　(填“有”“没有”或“不确定有”)乳酸生成,理由是
　 。
(3)每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP与产生乳酸时生成的ATP相比　　　　(填“多”“少”或“一样多”)。
乳酸
根细胞无氧呼吸产生酒精和CO2
不确定有
根细胞无氧呼吸产生乳酸时,不产生CO2,是否有乳酸的产生都符合图中曲线
一样多
2.细胞呼吸类型的判断
(根据2020·全国Ⅰ卷情境设计)种子贮藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖。
(1)下列关于种子呼吸作用的叙述,正确的是　　　　　。
①若产生的CO2与乙醇的分子数相等,则细胞只进行无氧呼吸　②若细胞只进行有氧呼吸,则吸收的O2与释放的CO2相等　③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　④若细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,则吸收的O2比释放的CO2多
①②③
(2)若考虑其他呼吸底物,完善细胞呼吸方式的判断的概念图(以真核生物为例)。
有氧呼吸
有氧呼吸
无氧呼吸
产生乳酸
脂质类
考法练透 素养提升
考法一　细胞呼吸的类型和过程
1.(2024·山东泰安模拟)NADH是细胞呼吸过程中重要的辅酶。下列有关人体细胞呼吸过程中NADH的叙述,错误的是(　　)
A.有氧呼吸过程中,NADH可来源于葡萄糖和水,参与水的形成
B.无氧呼吸过程中,NADH只在细胞质基质产生,参与酒精的形成
C.无氧呼吸过程中,NADH只来源于葡萄糖,参与乳酸的形成
D.有氧呼吸过程中,NADH在细胞质基质和线粒体基质中产生,参与水的形成
B
解析 在有氧呼吸过程中,NADH在细胞质基质和线粒体基质中产生,可来源于葡萄糖和水,并在有氧呼吸第三阶段与氧气结合形成水,A、D两项正确;人体细胞进行无氧呼吸的产物是乳酸,不产生酒精,NADH只在无氧呼吸的第一阶段由葡萄糖生成丙酮酸的过程中形成,场所为细胞质基质,B项错误,C项正确。
2.(2023·山东卷)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.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
B
解析 由题干可知,水淹时液泡膜上的H+转运减缓,引起细胞质基质内H+积累,可推测正常细胞中H+在液泡中积累,液泡内pH低于细胞质基质,A项错误;玉米根细胞无氧呼吸和有氧呼吸都可产生CO2,因此不能根据CO2的产生判断是否有酒精生成,B项正确;无氧呼吸都只在第一阶段产生ATP,因此转换为丙酮酸产酒精途径不会增加ATP的释放,不能缓解能量供应不足,C项错误;无氧呼吸都只在第一阶段产生[H],产酒精途径与产乳酸途径消耗的[H]相同,D项错误。
考法二　判断细胞呼吸的类型
3.(2025·广东汕头模拟)某农作物种子的细胞呼吸利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖。该农作物干种子萌发过程中,细胞呼吸CO2释放量和O2吸收量的变化趋势如图所示,
下列相关叙述错误的是(　　)
A.种子萌发过程中,蛋白质、RNA的种类会增加
B.图例A、B分别表示CO2释放量和O2吸收量
C.0~10 h,该种子的细胞呼吸主要是无氧呼吸
D.30~40 h,该农作物种子有氧呼吸和无氧呼吸相等
D
解析 种子萌发过程中,蛋白质合成等生命活动增强,蛋白质、RNA的种类会增加,A项正确;萌发时间为0小时,只有A气体,说明此时种子进行无氧呼吸,A代表CO2释放量,B代表O2吸收量,B项正确;因该种子细胞呼吸所利用的物质是葡萄糖,有氧呼吸消耗的氧气和产生的二氧化碳相等,无氧呼吸不耗氧,但可产生二氧化碳,0~10 h,无氧呼吸产生的CO2比有氧呼吸多,无氧呼吸消耗的葡萄糖也比有氧呼吸多,说明该种子的细胞呼吸主要是无氧呼吸,C项正确;30~40 h,CO2释放量和O2吸收量相等,说明种子只进行有氧呼吸,D项错误。
聚焦表达 回扣落实
1.真核细胞有氧呼吸第一阶段在　　　　　　中进行,产物为　　　　 　　;第二阶段在　　　　　　　中进行,需要消耗　　　,产物为CO2、[H]、少量能量;第三阶段在　　　　　　上进行,需要消耗O2,能产生水,并产生大量能量。
2.请写出有氧呼吸的反应式:
　 　　　　　　　。
3.请写出无氧呼吸的反应式:
(1)产酒精的无氧呼吸:
　　　 　　　　　;
(2)产乳酸的无氧呼吸: 　 　　　　　　　。
细胞质基质
丙酮酸、[H]、少量能量
线粒体基质
水
线粒体内膜
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量
C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+少量能量
4.有氧呼吸过程中葡萄糖中能量的去向为
　　　　　　 　　。
5.(原因表达类)如果是以脂肪为底物进行有氧呼吸,消耗O2的量要大于产生CO2的量,其原因是
　　　　 　　　　。
6.(原因表达类)所有生物的生存都离不开细胞呼吸释放的能量,细胞呼吸还被称为细胞代谢的枢纽,理由是
　　　　　　　　。
大部分以热能的形式散失,少部分转化为ATP中的化学能
与葡萄糖相比,脂肪中H含量高,但O含量低,因此有氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量
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

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