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(共18张PPT)
情境突破课3　对细胞呼吸过程的深入探究
情境一 丙酮酸和H2O在线粒体中彻底分解
命题情境阅读
在真核细胞中,丙酮酸是在线粒体基质中氧化分解的。研究发现,1分子丙酮酸(化学式C3H4O3)首先脱去1分子CO2和部分[H],生成1分子C2化合物。该化合物再经过多种形式的转化,最终产生2分子CO2。后来又发现,向鸽子胸肌悬浮液中加入柠檬酸(C6化合物)、α-酮戊二酸(C5化合物)、琥珀酸(C4化合物)和草酰乙酸(C4化合物)等有机酸,都能大大提高丙酮酸的氧化分解速率,而且线粒体中存在柠檬酸→α-酮戊二酸→琥珀酸→草酰乙酸的反应途径。如果向悬浮液中加入一种能与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶的物质,阻断琥珀酸向草酰乙酸的转化,则琥珀酸堆积,丙酮酸的氧化分解停止。令科学家意外的是,在这一情况下向悬浮液中加入草酰乙酸,也会使琥珀酸的堆积量增加。
命题角度设计
(1)上述物质转化过程称为“柠檬酸循环”(又称“三羧酸循环”)。根据上述实验结果,推测丙酮酸氧化分解产生CO2的整个过程是一个由多种有机酸参与的“环状”途径还是“直链状”途径 请选择合适的示意图,并在图中完善柠檬酸循环的示意图(在恰当的位置填写物质简称)。
图a
图b
(2)根据各种有机酸的结构特点,推测该过程的哪些环节有CO2生成。
　　　　 　　　　　　　　　　　。
丙酮酸变成C2化合物的时候产生1分子CO2,C6化合物转化为C5化合物产生1分子CO2,C5化合物转化为C4化合物产生1分子CO2
情境突破训练
1.(2022·山东卷)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
解析 有氧呼吸产生的还原型辅酶是NADH,A项正确;葡萄糖经磷酸戊糖途径氧化分解不彻底,因此产生的能量少,B项正确;磷酸戊糖途径产生的中间代谢产物可能有不含C的物质(如水等),故不能利用14C标记的葡萄糖追踪磷酸戊糖途径中各产物的生成,C项错误;氨基酸和核苷酸等物质是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,D项正确。
2.细胞呼吸的全过程包括:糖酵解、柠檬酸循环、电子传递和氧化磷酸化,其中柠檬酸循环过程中有CO2生成。下图是与细胞呼吸及其相关的代谢过程示意图。下列表述错误的是(　　)
A.细胞呼吸除了为生物体提供能量,
也是生物体代谢的枢纽
B.柠檬酸循环和电子传递链的场所都在线粒体
C.电子传递链中的[H]全部来自单糖
D.有氧呼吸释放的能量大多以热能的形式散失
C
解析 由图可知,细胞呼吸产生的中间产物与蛋白质代谢和脂肪的代谢相联系,故细胞呼吸除了为生物体提供能量,也是生物体代谢的枢纽,A项正确;柠檬酸循环过程有CO2和[H]产生,故为有氧呼吸第二阶段,场所为线粒体基质,电子传递链的过程发生在有氧呼吸第三阶段,场所是线粒体内膜,B项正确;有氧呼吸产生的[H]来自单糖(或单糖和丙酮酸)和水,C项错误;有氧呼吸释放的能量大多以热能的形式散失,少量用于合成ATP,D项正确。
情境二 [H]在线粒体内膜上继续氧化并释放大量能量
命题情境阅读
糖酵解和丙酮酸氧化分解生成CO2的过程都只能产生少量ATP,有氧呼吸中大量ATP是伴随O2对[H]的氧化生成的,这是一个怎样的过程呢 20世纪60年代,米切尔(PeterMitchell,1920—1992)在研究细菌的跨膜质子运输过程中获得灵感,提出[H]氧化过程中释放的能量会将线粒体基质中的H+泵到线粒体内膜和外膜的间隙中,H+再沿着一种特殊的酶流回线粒体基质,推动该酶催化ATP的合成。之后,科学家检测到线粒体内膜外侧的膜电位明显高于内侧。当将提取自线粒体内膜的蛋白质A嵌到人工脂质体上,人为控制脂质体膜内、外两侧形成H+浓度梯度时,脂质体所在溶液中的ADP和Pi转化成了ATP。
命题角度设计
(1)[H]氧化过程中释放的电子和H+的最终受体是　　　　　　　。
(2)线粒体内膜在生成ATP的过程中起的作用是
　　　　　 　　。
(3)资料中的蛋白质A对应米切尔假说中的　　　　　　　。
O2
线粒体内膜上通过呼吸链进行电子传递使[H]脱下H+进入到内膜外的腔中,造成内膜内、外的质子浓度差。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中,构建了跨内膜的H+浓度梯度(质子浓度差)
ATP合成酶
(4)2,4-二硝基酚(DNP)是一种解偶联药剂,它能够使膜对质子的通透性增大,消除线粒体内膜两侧的H+浓度差,但不抑制NADH的分解过程。有人使用少量的DNP类药物来实现减肥目的,其可能的作用机理是
　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　。
同时,在使用DNP治疗肥胖时,患者在治疗期间体温会显著升高并大量出汗。结合有氧呼吸的相关知识分析,患者治疗时体温升高的原因是DNP作用于组织细胞时,___________________________________________________
　　　　　　 　　　　　　　。
DNP能阻断ATP的合成,使糖类与脂肪分解出的热量浪费掉,从而消耗更多的糖类与脂肪
DNP对[H]与氧结合形成水的过程和能量的释放过程没有影响,但能抑制线粒体内膜上的酶催化形成ATP的过程,能量最终以热能形式散失
情境突破训练
3.(2022·山东卷改编)在有氧呼吸第三阶段,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。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,分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不
经过ATP合酶。下列相关说法错误的是(　　)
A.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻
B.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸产热多
C.与25 ℃时相比,4 ℃时有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+浓度降低,生成的ATP减少
A
解析 与25 ℃时相比,4 ℃时耗氧量增加,有氧呼吸第三阶段增强,故线粒体内膜上的电子传递过程未受阻,A项错误;与25 ℃时相比,短时间4 ℃处理,耗氧量较多,ATP生成量较少,说明4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多,释放的能量较多的用于产热, B、C两项正确;DNP可使H+不经ATP合酶返回线粒体基质中,会使线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,ATP合成减少, D项正确。
4.(2024·黑龙江哈尔滨模拟)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+运至细胞质为有氧呼吸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
答案 D　
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项错误;在三羧酸循环过程中,NAD+与H+结合生成NADH,B项错误;线粒体将H+运至线粒体内膜与外膜的间隙为有氧呼吸第三阶段的进行奠定了物质基础,C项错误;当H+顺浓度梯度穿过ATP合酶时,该酶催化ATP的合成,D项正确。

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