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(共40张PPT)
第13讲　细胞呼吸的
方式和过程
[课标要求]
1.说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。
2.活动:探究酵母菌的呼吸方式。
考点一
活动:探究酵母菌的呼吸方式
1.实验原理
实验基础·梳理
变浑浊
蓝→绿→黄
灰绿色
2.实验设计思路——对比实验
3.实验过程
(1)配制酵母菌培养液:酵母菌+质量分数为5%的 溶液,分别装入A、B两锥形瓶中。
(2)检测CO2的产生,装置如图所示。
葡萄糖
①甲组中空气先通过NaOH溶液的目的是 。
②乙组中B瓶先密封放置一段时间后,再连通盛有澄清的石灰水的锥形瓶的目的是 。
③CO2检测:观察两组装置中澄清的石灰水的变化。
除去空气中的CO2
耗尽瓶中原有的氧气
(3)检测酒精的产生。
重铬酸钾
提醒　葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化,因此,应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
条件 澄清的石灰水的变
化/出现变化的快慢 重铬酸钾的
浓硫酸溶液
甲组
(有氧) 变浑浊程度 /快 无变化
乙组
(无氧) 变浑浊程度 /慢 出现 色
4.检测及实验现象
高
低
灰绿
5.实验结论
(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
(2)在有氧条件下产生CO2多而快,在无氧条件下 。
产生酒精,还产生少量的CO2
能力1　围绕探究酵母菌细胞呼吸的方式,考查科学探究能力
1.(2021·广东卷,9)秸秆的纤维素经酶水解后可作为生产生物燃料乙醇的原料。生物兴趣小组利用自制的纤维素水解液(含5%葡萄糖)培养酵母菌并探究其细胞呼吸如图。下列叙述正确的是(　　)
A.培养开始时向甲瓶中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成
B.乙瓶的溶液由蓝色变成红色,表明酵母菌已产生了CO2
C.用甲基绿溶液染色后可观察到酵母菌中线粒体的分布
D.实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量
D
关键能力·提升
【解析】 检测无氧呼吸的产物——乙醇应从甲瓶中取出发酵液,滴加到试管中,再往试管中滴加酸性重铬酸钾溶液,而不是在甲瓶中直接加入酸性重铬酸钾溶液;溴麝香草酚蓝溶液遇到CO2时的颜色变化为由蓝变绿再变黄;健那绿染液是专一染线粒体的活细胞染料;甲瓶添加的纤维素水解液是定量的,增加酵母菌的数量只能提高乙醇的生成速率,不能提高乙醇最大产量。
考点二
细胞呼吸的方式及过程
1.细胞呼吸
(1)概念:是指有机物在细胞内经过一系列的 ,生成二氧化碳或其他产物,释放能量并生成 的过程。
(2)类型: 。
(3)实质:细胞内的有机物氧化分解,并释放能量。
氧化分解
ATP
有氧呼吸和无氧呼吸
基础知识·整合
2.有氧呼吸
(1)概念:是指细胞在 的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生 ,释放能量,生成 的过程。
二氧化碳和水
大量ATP
氧
(2)有氧呼吸过程。
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
(3)写出有氧呼吸总反应式(标出氧元素的来源与去向):
。
(4)能量变化:1 mol葡萄糖彻底氧化分解释放的能量,只有少量能量(977.28 kJ左右)转移至ATP中,大部分能量则以热能形式散失。
提醒　有氧呼吸消耗O2的量不一定等于产生CO2的量,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,其原因是与葡萄糖相比,脂肪含H量高,因此有氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量。
3.无氧呼吸
(1)概念:是指在没有 参与的情况下,葡萄糖等有机物经过 分解,释放 能量的过程。
(2)场所:全过程是在 中进行的。
(3)过程。
氧气
不完全
酒精+CO2
少量
细胞质基质
2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量
2C3H6O3(乳酸)+少量能量
(5)能量转化。
①只在 释放少量能量,生成少量ATP。
②葡萄糖分子中的大部分能量存留在 中。
第一阶段
酒精或乳酸
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修1 P93相关信息)细胞内生成的NAD+参与葡萄糖转化成丙酮酸的反应。(　　)
(2)(必修1 P93正文)小白鼠吸入18O2后,尿中的水可能含18O,呼出的CO2也可能含18O。(　　)
√
√
(3)(必修1 P93~94正文)丙酮酸在细胞质基质中转化成酒精和在线粒体基质中分解均可释放能量并用于ATP的合成。(　　)
×
【提示】 丙酮酸在细胞质基质中转化成酒精的过程是无氧呼吸第二阶段,不释放能量,也不产生ATP;丙酮酸在线粒体基质中被分解为CO2的过程是有氧呼吸第二阶段,释放能量并产生ATP。
(4)(必修1 P94正文)无氧呼吸不需要O2的参与,该过程最终有[H]的积累。
(　　)
×
【提示】 无氧呼吸虽没有O2的参与,但也没有[H]的积累,因为[H]在无氧呼吸第二阶段被消耗。
(5)(必修1 P94相关信息)人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸不能被再度利用。
(　　)
×
【提示】 人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸可转化成葡萄糖,可被机体再度利用。
(6)(必修1 P94正文)乳酸菌的细胞质中能产生[H]、ATP和CO2等物质。
(　　)
×
【提示】 乳酸菌是厌氧生物,其无氧呼吸的产物是乳酸,其细胞质中能产生[H]、ATP,但没有CO2的产生。
(7)(必修1 P94正文拓展)真核细胞中哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫体细胞等无线粒体,只能进行无氧呼吸。但线粒体不是进行有氧呼吸必需的结构,如蓝细菌(原核生物)无线粒体,但能进行有氧呼吸。(　　)
√
2.规范表达
(必修1 P92图5-8拓展)线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所,其在结构上有哪些特点与功能相适应 (答出两点)
【提示】 线粒体内膜向内折叠形成嵴,扩大了内膜的表面积,增加了酶的附着位点;线粒体的内膜上和基质中含有许多与有氧呼吸有关的酶。
1.细胞呼吸过程中[H]和ATP的来源和去路分析
重难知识·透析
2.有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸各物质间的关系比(以葡萄糖为呼吸反应物)
(1)有氧呼吸中葡萄糖∶O2∶CO2=1∶6∶6。
(2)产生酒精的无氧呼吸中葡萄糖∶CO2∶酒精=1∶2∶2。
(3)消耗等量的葡萄糖时,产生酒精的无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2物质的量之比为1∶3。
(4)消耗等量的葡萄糖时,有氧呼吸消耗的O2物质的量与有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸产生CO2物质的量之和的比为3∶4。
能力2　围绕细胞呼吸类型的比较,考查科学思维
2.(2025·山东卷,4)关于细胞以葡萄糖为原料进行有氧呼吸和无氧呼吸的过程,下列说法正确的是(　　)
A.有氧呼吸的前两个阶段均需要O2作为原料
B.有氧呼吸的第二阶段需要H2O作为原料
C.无氧呼吸的两个阶段均不产生NADH
D.经过无氧呼吸,葡萄糖分子中的大部分能量以热能的形式散失
B
关键能力·提升
【解析】 有氧呼吸的前两个阶段不需要O2的参与,第三阶段需要O2作为原料;有氧呼吸的第二阶段是丙酮酸和H2O反应,产生CO2、NADH,释放少量能量;无氧呼吸第一阶段产生NADH,第二阶段消耗NADH;经过无氧呼吸,葡萄糖分子中的大部分能量储存在乳酸或乙醇中,只释放出少量能量。
3.(2024·广东卷,5)研究发现,敲除某种兼性厌氧酵母(WT)sqr基因后获得的突变株△sqr中,线粒体出现碎片化现象,且数量减少。下列分析错误的是(　　)
A.碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸
B.线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱
C.有氧条件下,WT比△sqr的生长速度快
D.无氧条件下,WT比△sqr产生更多的ATP
D
【解析】 有氧呼吸的主要场所在线粒体,碎片化的线粒体导致其功能受抑制,无法正常进行有氧呼吸;有氧呼吸第二、第三阶段发生在线粒体,线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱;与△sqr相比,WT正常线粒体数量更多,有氧条件下,WT能获得更多的能量,生长速度比△sqr快;无氧呼吸的场所是细胞质基质,与线粒体无关,所以无氧条件下WT产生ATP的量与△sqr产生ATP的量应相同。
能力3　结合细胞呼吸的相关计算,考查综合运用能力
4.(2025·福建卷,13)细胞呼吸产生的乳酸等物质的释放会引起胞外环境的酸化。为探究氧浓度对细胞呼吸的影响,科研人员将两组肿瘤细胞在不同氧浓度下短暂培养,在箭头所示的时间点更换新的无机盐缓冲液(不含葡萄糖),并分别添加相应的成分,其中a为足量的葡萄糖,b和c为有氧呼吸某一阶段的抑制剂,检测细胞外的酸化速率,结果如图。下列叙述错误的是(　　)
A.试剂c只能是有氧呼吸第一阶段的抑制剂
B.低氧组细胞对足量葡萄糖引发的无氧呼吸更强烈
C.①时间段正常氧组细胞同时发生有氧呼吸和无氧呼吸
D.②时间段正常氧组细胞无氧呼吸消耗的葡萄糖多于低氧组
D
【解析】 加入试剂c后,两组细胞的细胞外酸化速率急剧降低,降至未加入葡萄糖时的水平,表明无氧呼吸被抑制,结合题干信息,可确定试剂c只能是有氧呼吸第一阶段的抑制剂;加入足量葡萄糖后低氧组细胞外酸化速率的增幅大于正常氧组,表明低氧组无氧呼吸更强烈;①时间段正常氧组中有氧气,能进行有氧呼吸,同时,由图可知,该组细胞外酸化速率升高,提示该组细胞也在进行无氧呼吸;在②时间段,正常氧组的细胞外酸化速率低于低氧组,说明正常氧组的无氧呼吸速率低于低氧组,在此时间段正常氧组无氧呼吸消耗的葡萄糖少于低氧组。
热点情境3
有氧呼吸中的电子传递链和氧化磷酸化
[情境链接]
有氧呼吸中的电子传递链和氧化磷酸化(有氧呼吸第三阶段)
(1)[H]在酶的催化下释放电子和H+,电子被镶嵌在线粒体内膜上的一系列特殊蛋白质捕获和传递,最终与O2和H+结合,生成了H2O。
(2)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,构建了跨膜的H+浓度梯度。
(3)H+沿着线粒体内膜上ATP合酶内部的通道流回线粒体基质,推动了ATP的合成(在一定范围内,线粒体内膜两侧的H+浓度差越大,ATP合成得越多)。
[迁移应用]
1.(2025·汕头模拟)电子传递链是指在线粒体内膜上由一系列电子传递体组成的将电子传递到分子氧的“轨道”,如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.图示过程是有氧呼吸的第三阶段
B.Cyt c所处的位置为细胞膜外
C.只有线粒体基质能产生NADH
D.H+借助F0和F1,以主动运输的方式进入膜内
A
【解析】 题图所示过程发生在线粒体内膜上,为有氧呼吸的第三阶段;Cyt c所处的位置为线粒体内膜的外侧;发生在细胞质基质中的细胞呼吸第一阶段也能产生NADH;H+借助F0和F1由膜外顺浓度梯度进入膜内,不消耗ATP且合成ATP,不属于主动运输。
2.有的植物存在“开花生热”现象,即花细胞通过交替氧化酶(AOX)参与的交替呼吸途径产生大量热量,使花的温度显著高于环境温度,促使花挥发出特定的气味,而该过程中产生的ATP很少。在有氧呼吸的主呼吸链中,电子传递产生的能量用于建立膜两侧的H+浓度差,H+浓度差推动ATP合酶产生ATP的同时释放部分热能。下列叙述错误的是(　　)
A.AOX和ATP合酶分布在线粒体内膜上
B.破坏AOX不利于植物适应低温环境
C.H+通过结构Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ转运的过程不需要消耗能量
D.ATP的合成量一定程度上取决于膜两侧的H+浓度差
C
【解析】 由题图可知,该生物膜上发生O2和H+结合生成水的反应,判断该生物膜为线粒体内膜,说明AOX和ATP合酶都分布在线粒体内膜上;由题意可知,交替氧化酶(AOX)参与的交替呼吸途径会产生大量热量,因此破坏AOX不利于植物适应低温环境;由题图可知,H+通过结构Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ进行逆浓度梯度转运,使膜两侧形成H+浓度差,该过程需要消耗能量;H+浓度差推动ATP合酶产生ATP,因此ATP的合成量一定程度上取决于膜两侧的H+浓度差。

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