人教生物(2019版)必修1导学课件：5-3 第2课时 细胞呼吸及原理的应用

(共59张PPT)
第5章 细胞的能量供应和利用
第3节　细胞呼吸的原理和应用
第2课时　细胞呼吸及原理的应用
人教生物(2019版)必修1导学课件
必备知识自查
问题一:线粒体具有哪些结构与其功能相适应
1.线粒体的结构:
填写图中序号代表的结构:
①_____,②_____,③___,④___________。
2.线粒体内膜的结构特点:_______________________________________________
___________。
3.线粒体的功能:___________________。
外膜
内膜
嵴
线粒体基质
某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴,嵴使内膜的表面
积大大增加
有氧呼吸的主要场所
问题二:什么是有氧呼吸 有氧呼吸的三个阶段中分别发生哪些物质和能量的变
化
1.有氧呼吸:
(1)场所:___________________。
(2)条件:_________。
(3)反应物:_________________________。
(4)产物:_____________。
细胞质基质、线粒体
有氧、酶
葡萄糖等有机物、氧气、水
二氧化碳、水
2.有氧呼吸的过程:
请将下列备选选项填到表格中:
(1)场所:
①线粒体内膜　②细胞质基质　③线粒体基质
第一阶段 第二阶段 第三阶段
场所 ___ ___ ___
物质变化 ___ ___ ___
能量释放 ___ ___ ___
②
③
①
④
⑥
⑤
⑦
⑦
⑧
(2)物质变化:
(3)能量释放:⑦少量　⑧大量
问题三:无氧呼吸发生的场所与有氧呼吸相同吗 其类型有哪些
1.场所:___________。
2.类型:
细胞质基质
【思维启迪】
(1)酒精发酵和乳酸发酵第一阶段所需酶的种类相同吗
提示:酒精发酵和乳酸发酵第一阶段所需酶的种类是相同的。
(2)无氧呼吸第一阶段和第二阶段释放能量多少相同吗
提示:无氧呼吸只在第一阶段释放少量的能量,第二阶段不释放能量。
问题四:细胞呼吸的原理在生产中都有哪些应用
将下列生产生活实例利用的原理画“√”:
实例 有氧呼吸 无氧呼吸
包扎伤口用透气的敷料
栽花时及时松土
粮食酿酒
皮肤破损较深,破伤风杆菌增
殖导致破伤风
锻炼时提倡慢跑
√
√
√
√
√
关键能力生成
探究点一　 有氧呼吸
【图表情境】有氧呼吸的过程图解如下,据图探究下列问题。
1.有氧呼吸三个阶段中物质与能量的变化(生命观念):
(1)从物质和能量的角度描述三个阶段的主要过程:
第一阶段:________________________________________________________。
第二阶段:________________________________________________。
第三阶段:________________________________________________。
1分子葡萄糖分解成2分子的丙酮酸,产生少量[H],并释放少量能量
丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H],并释放少量能量
前两个阶段产生的[H]与氧结合形成水,并释放大量能量
(2)为什么说线粒体是有氧呼吸的主要场所 说出你的理由。
提示:有氧呼吸的三个阶段中第二、三阶段都在线粒体内完成,所以说线粒体是有氧呼吸的主要场所。
(3)与有机物在体外燃烧相比,有氧呼吸具有什么不同的特点
提示:有氧呼吸过程温和;有机物中的能量是逐步释放的;有相当一部分能量储存在ATP中。
2.追踪元素的来源和去处(科学探究):
如果你是一位科学家,你会如何利用同位素标记法设计实验探究有氧呼吸中O2
中的O是否进入CO2中,请说出你的实验思路,并对结果和结论进行分析。
(1)实验思路:将大小、体重相同的动物平均分成_________________________
___________________________________________________________________
____。
(2)结果及结论:______________________________________________________
___________________________________________________________________
______________。
两组。第一组向动物提供O2,
第二组向同种动物提供18O2。在相同且适宜条件下培养,分析两组实验释放的
CO2
若第二组释放的二氧化碳全是C18O2,第一组释放的二氧化碳全
是CO2,则说明O2中的O进入CO2中;若两组二氧化碳全是CO2,则说明O2中的O
没有进入CO2中
【探究总结】
1.有氧呼吸的实质:
(1)物质变化:有机物→无机物(CO2和H2O)。
(2)能量变化:有机物中稳定的化学能→热能和ATP中活跃的化学能。
2.有氧呼吸过程中元素的追踪:反应式中箭头表示元素O和C的来源和去处。
【典题训练】
1.(2021·北京高一检测)细胞内葡萄糖分解为丙酮酸的过程(　　)
A.不产生CO2　　　　　　B.必须在有O2条件下进行
C.在线粒体内进行 D.反应速率不受温度影响
【解析】选A。葡萄糖分解为丙酮酸为有氧呼吸或无氧呼吸的第一阶段,不产生CO2,A正确;有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段完全相同,都是葡萄糖分解产生丙酮酸和[H],并释放少量能量,不需要O2的参与,B错误;细胞内葡萄糖分解为丙酮酸的过程发生于细胞质基质,C错误;细胞内葡萄糖分解为丙酮酸的过程需要酶的催化,因此反应速率受温度、pH等影响,D错误。
2.(2020·六盘水高一检测)在有氧呼吸过程中,水分子参与反应的过程和生成水分子的过程分别在(　　)
A.第一阶段和第二阶段 B.第二阶段和第三阶段
C.第一阶段和第三阶段 D.第三阶段和第二阶段
【解析】选B。有氧呼吸过程共分三个阶段,第一阶段葡萄糖分解成丙酮酸,第二阶段丙酮酸和水反应,第三阶段是前两个阶段产生的[H]和氧反应生成水。
3.如图表示酵母菌细胞中进行的某过程,序号①~⑥代表物质或能量。完成下列有关问题:
(1)图示表示__________(填生理过程名称),人的成熟的红细胞________(填“能”或“不能”)进行该过程,原因是_________________________。
(2)酶1位于______(填细胞结构),酶2位于________(填细胞结构),酶1和酶2______(填“是”或“不是”)同一种酶,原因是 _______________。
(3)序号①~⑥中,含义相同的两组是______和________。
【解析】(1)图示表示有氧呼吸的过程,人的成熟的红细胞不含线粒体,不能进行有氧呼吸。
(2)酶1是催化葡萄糖分解成丙酮酸的酶,位于细胞质基质中,酶2是催化丙酮酸分解成二氧化碳的酶,位于线粒体基质中,酶1和酶2催化不同的生化反应,不是同一种酶。
(3)序号①、②、④表示三个阶段释放的能量,③、⑥表示水,⑤表示与[H]反应的O2,所以含义相同的两组是①②④和③⑥。
答案:(1)有氧呼吸　不能　人成熟的红细胞中不含线粒体
(2)细胞质基质　线粒体基质　不是　它们催化不同的生化反应
(3)①②④　③⑥
探究点二　无氧呼吸及与有氧呼吸的比较
1.无氧呼吸的类型及过程(生命观念):
【生活情境】苹果储存久了,会散发出酒精的味道。人在剧烈运动后上肢和下肢骨骼肌往往会产生酸痛的感觉。
(1)无氧呼吸的类型:不同生物无氧呼吸的产物相同吗 其本质原因是什么
提示:不同生物无氧呼吸的产物可能不同,其本质原因是不同生物细胞中含有的无氧呼吸酶可能不同。
(2)能量的变化:无氧呼吸两个阶段中是否都有能量的释放和ATP的产生
第一阶段:_____________________________;
第二阶段:_________________________。
2.无氧呼吸与有氧呼吸的比较(科学思维):
交流讨论无氧呼吸与有氧呼吸的异同点:
无氧呼吸 有氧呼吸
反应场所 ___________ ___________________
能量释放 _________ _________
ATP合成 _________ _________
有少量能量的释放和ATP的合成
无能量的释放和ATP的合成
细胞质基质
细胞质基质、线粒体
少量能量
大量能量
少量ATP
大量ATP
3.细胞呼吸方式的判断(科学思维):
若酵母菌细胞呼吸有CO2放出,则其进行的一定是有氧呼吸吗 为什么
提示:不一定。因为酵母菌无氧呼吸是酒精发酵,也有CO2生成。
【探究总结】
1.有氧呼吸与无氧呼吸的比较:
有氧呼吸 无氧呼吸
不
同
点 场所 细胞质基质和线粒体 细胞质基质
条件 需氧、酶 不需氧、需酶
产物 CO2、H2O 酒精和CO2或乳酸
能量 大量 少量
相
同
点 过程 从葡萄糖分解为丙酮酸阶段相同
实质 分解有机物,释放能量,合成ATP
意义 为生物体的各项生命活动提供能量
2.细胞呼吸类型的误区提醒:
(1)有H2O生成的一定是有氧呼吸,有CO2生成的可能是有氧呼吸,也可能是无氧呼吸,但一定不是乳酸发酵。
(2)真核生物细胞并非都能进行有氧呼吸,如蛔虫细胞、哺乳动物成熟的红细胞只能进行无氧呼吸。
【典题训练】
1.如图表示细胞呼吸的部分过程,下列叙述不正确的是(　　)
A.①过程可在植物细胞中进行,也可在动物细胞中进行
B.①过程有氧呼吸需要进行,无氧呼吸也需要进行
C.②过程人体有氧呼吸可进行,剧烈运动时无氧呼吸也可进行
D.②过程可能产生能量,也可能不产生能量
【解析】选C。①过程为细胞呼吸的第一阶段,可在植物细胞中进行,也可在动物细胞中进行,A正确;①过程为细胞呼吸的第一阶段,无氧呼吸的第一阶段和有氧呼吸的第一阶段相同,B正确;人剧烈运动时无氧呼吸产生的是乳酸,没有CO2的产生,C错误;若进行有氧呼吸时,②过程中产生能量,若进行无氧呼吸时,②过程中不产生能量,D正确。
2.(2020·全国Ⅰ卷)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,下列关于种子呼吸作用的叙述,错误的是(　　)
A.若产生的CO2与乙醇的分子数相等,则细胞只进行无氧呼吸
B.若细胞只进行有氧呼吸,则吸收O2的分子数与释放CO2的相等
C.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
D.若细胞同时进行有氧和无氧呼吸,则吸收O2的分子数比释放CO2的多
【解析】选D。本题主要考查有氧呼吸和无氧呼吸的过程及呼吸方式的判断。种子以葡萄糖为呼吸底物,有氧呼吸和无氧呼吸产生乙醇的过程均产生CO2,但是无氧呼吸产生的CO2与乙醇分子数相等,A项正确;无氧呼吸只释放CO2,不吸收O2,若细胞只进行有氧呼吸,则吸收O2的分子数与释放CO2的相等,B项正确;由于种子细胞进行无氧呼吸时,不吸收O2,产物是CO2和乙醇或乳酸,若产物是乳酸,则无O2吸收也无CO2释放,C项正确;若细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸产生乳酸的过程,则吸收O2的分子数与释放CO2的一样多,D项错误。
3.(2021·德州高一检测)酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存,属于兼性厌氧菌。
(1)酵母菌进行有氧呼吸的场所是__________________ ,有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖,其化学反应式可简写成______________________________。
(2)为探究酵母菌的呼吸方式,将酵母菌破碎(细胞器完整)后离心,得到上清液和沉淀物(只含细胞器和细胞核)。进行如表所示实验:
组别 试管A 试管B 试管C
酵母菌 上清液 沉淀物
加入物质 加入5%的葡萄糖溶液25 mL
在氧气充足的条件下,能够产生CO2的试管是____(填字母即可);在无氧条件下,试管B________(填“能”或“不能”)产生CO2,原因是_____________。
(3)同学甲为了验证在某氧气浓度下酵母菌既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸,设计了如图所示实验装置:
同学乙认为同学甲的装置不能达到实验目的,
请阐述同学乙的理由并给出改进方案。
理由:___________;
改进方案:增设一组装置,该装置与图示装置的不同之处是__________。
【解析】(1)酵母菌能进行有氧呼吸,有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中进行,
第二阶段和第三阶段在线粒体基质中和线粒体内膜上进行,故酵母菌进行有氧呼
吸的场所是细胞质基质和线粒体,有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖,其化学反
应式可简写成C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量。(2)由分析可知,在氧
气充足的条件下,能够进行有氧呼吸产生CO2的试管是A,因为它有完整细胞结构;
无氧呼吸在细胞质基质进行,上清液含有细胞质基质,无氧条件下,葡萄糖能在细
胞质基质中分解为酒精和CO2,故在无氧条件下,试管B能产生CO2。
(3)由于NaOH溶液能吸收细胞呼吸产生的CO2,当酵母菌只进行有氧呼吸时,消耗氧气,产生的二氧化碳被吸收,故红色液珠左移,同理,当酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸时,红色液珠向左移动,故无法通过这一个单一装置判断酵母菌的呼吸方式。为了遵循对照原则,可再增设一组装置,将装置中NaOH溶液换为等量的清水,如果只进行有氧呼吸,含NaOH溶液的装置中红色液珠左移,含清水装置中红色液珠不移动,如果是只进行无氧呼吸,含NaOH溶液的装置中红色液珠不移动,含清水装置中红色液珠右移。如果既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸,含NaOH溶液的装置中红色液珠左移,含清水装置中红色液珠右移。
答案:(1)细胞质基质、线粒体　C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量　(2)A
　能　上清液含有细胞质基质,无氧条件下,葡萄糖能在细胞质基质中分解为酒
精和CO2　(3)只进行有氧呼吸或既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸时,红色液珠都
向左移动　将装置中NaOH溶液换为等量的清水
探究点三　影响细胞呼吸的因素及细胞呼吸原理的应用
1.温度对细胞呼吸的影响(科学思维):
【实验情境】一生物实验小组利用苹果来探究在适宜氧气浓度下,温度(℃)对其呼吸强度(用CO2释放量的相对值表示)的影响,得到下表数据:
温度(℃) 4 10 20 30 40
CO2释放量的相对值 5.4 33.6 65.5 100 74.2
(1)运用表中数据画出温度对呼吸强度的影响曲线:
(2)温度如何影响苹果细胞呼吸强度
提示:温度通过影响呼吸酶的活性来影响细胞呼吸强度。
(3)请结合温度对细胞呼吸强度的影响,探讨储存苹果的条件有什么要求。
提示:根据数据分析可知,适当降低温度能降低细胞呼吸的强度,有利于储存苹果。
2.氧气浓度对细胞呼吸的影响(科学思维):
【实验情境】氧气浓度对不同的细胞呼吸方式具有不同的影响效应,结合曲线
分析下列问题:
(1)根据曲线分析O2浓度对有氧呼吸速率和无氧呼吸速率的影响。
①有氧呼吸:________________________________________________________
_____________________________________。
②无氧呼吸:___________________________________。
在一定范围内,随着O2浓度增加,有氧呼吸速率逐渐增大,但当O2浓
度达到一定值时,有氧呼吸速率将不再增大
随着O2浓度增加,无氧呼吸速率逐渐减小
(2)依据曲线,分析不同O2浓度下的细胞呼吸方式。
O2浓度 呼吸方式
O2浓度为0 _______________
0O2浓度≥10% _______________
只进行无氧呼吸
同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
只进行有氧呼吸
3.探究水分、CO2对细胞呼吸的影响(科学思维):
【实验情境】观察甲、乙两曲线图,分析水分、CO2对细胞呼吸的影响。
(1)甲图:结合曲线分析,一定范围内随着含水量的升高,_________________。当含
水量过高会导致_________,细胞呼吸速率下降。
(2)乙图:从化学平衡角度分析,增加CO2浓度会_____细胞呼吸。
细胞呼吸速率升高
细胞缺氧
抑制
(3)结合已有知识,从氧气浓度、温度、含水量三个方面分析保存种子、水果和蔬菜的合理条件。
提示:种子:低温、低氧、干燥保存。水果和蔬菜:零上低温、低氧、一定湿度条件下保存。
【探究总结】
温度和O2浓度对细胞呼吸的影响
(1)温度:通过影响细胞呼吸酶的活性来影响细胞呼吸速率。
(2)O2浓度:
①有氧呼吸:在一定范围内,随O2浓度的增加有氧呼吸强度增强。
②无氧呼吸:氧气的存在会抑制无氧呼吸的强度。
【典题训练】
1.(2021·天津高一检测)下列关于细胞呼吸在生产生活中应用的叙述,错误的是(　　)
A.面团“发起”是酵母菌产生CO2所致
B.干燥和无氧的环境有利于蔬菜的长期保鲜
C.利用乳酸菌制作酸奶过程中需密闭隔绝空气
D.黑暗条件下绿豆萌发成豆芽的过程中有机物总量不断减少
【解析】选B。酵母菌进行呼吸能产生CO2,使面团产生气孔,从而“发起”,A正确;蔬菜保鲜需要的条件是:零上低温、低氧和一定湿度,B错误;乳酸菌是厌氧型生物,所以利用乳酸菌制作酸奶过程中需密闭隔绝空气,C正确;黑暗条件下绿豆芽不能进行光合作用,而由于细胞呼吸的消耗,绿豆萌发成豆芽的过程中有机物总量减少,D正确。
2.如图所示,研究人员将水稻的根浸入水中,持续检测CO2产生速率和水中酒精含量的变化曲线。据图分析,下列说法不正确的是(　　)
A.OA段根尖细胞产生CO2的场所为线粒体
B.A时刻根尖细胞开始进行无氧呼吸
C.OB段CO2产生速率下降原因和CD段CO2产生速率下降原因相同
D.CD段根细胞可能逐渐失去活性
【解析】选C。图中OA段酒精含量为0,根尖细胞只进行有氧呼吸,不进行无氧呼吸,产生CO2的场所是线粒体,A项正确。A时刻水中出现酒精,说明根尖细胞开始进行无氧呼吸,B项正确。随着水中酒精含量的逐渐增多,细胞逐渐失去活性,CD段CO2产生速率下降的原因是水中酒精含量过多,细胞逐渐失去活性,而OB段CO2产生速率下降原因是水中的氧气逐渐减少,C项错误、D项正确。
情境素养探究
【史料情境】古代诗人对酒的描写和赞美颇多,如李白《客中行》中写道“兰陵美酒郁金香,玉碗盛来琥珀光。”如今酒的品种更是不计其数。其中啤酒的起源可追溯到8 000年以前,以下是关于啤酒生产的大致过程:
将经过灭菌的麦芽汁充氧,接入啤酒酵母菌菌种后输入发酵罐。初期,酵母菌迅速繁殖,糖度下降,酒精浓度上升,泡沫不断增多,当糖度下降到一定程度后,结束发酵。
探究:
(1)试分析:在啤酒发酵的各个阶段,酵母菌细胞呼吸的主要方式分别是什么 代谢产物主要是什么
提示:开始时,发酵罐中有大量的溶解氧,酵母菌进行有氧呼吸迅速大量繁殖,此时的代谢产物主要是二氧化碳和水。随着氧气不断被消耗,发酵罐中的溶解氧越来越少,此时酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,代谢产物有二氧化碳、水和酒精。溶解氧消耗殆尽,酵母菌只进行无氧呼吸,此时的代谢产物主要是酒精和二氧化碳。
(2)若要提高酒精产量,可采取哪些措施
提示:可从以下几个方面考虑:原料的不断投放;产品(酒精等)的不断提取;环境条件的控制,如温度和pH等保持最适;一开始要通入经灭菌的空气,让酵母菌进行有氧呼吸而大量繁殖,扩大酵母菌的数量,然后密闭发酵罐,让酵母菌进行无氧呼吸产生大量酒精等。
课堂素养达标
1.有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式,有氧呼吸释放大量的能量保证了生命活动对能量的需求,关于有氧呼吸的描述合理的是__________。
①产物水中的氢都来自参加反应的葡萄糖和水
②产物水中的氧都来自参加反应的葡萄糖和水
③产物二氧化碳中的氧都来自参加反应的葡萄糖
④产物二氧化碳中的碳都来自参加反应的葡萄糖
⑤有氧呼吸每阶段都产生ATP,但产生的量不同
⑥O2参与有氧呼吸第二阶段的反应
【解析】以葡萄糖为反应物进行有氧呼吸,产物水中的氢都来自参加反应的葡萄糖和水,①正确;产物水中的氧都来自参加反应的氧气,②错误;产物二氧化碳中的氧都来自参加反应的葡萄糖和水,③错误;产物二氧化碳中的碳都来自参加反应的葡萄糖,④正确。有氧呼吸三个阶段均有ATP的产生,第三阶段产生的ATP最多,⑤正确。O2参与有氧呼吸第三阶段的反应,⑥错误。
答案:①④⑤
2.(2021·烟台高一检测)幽门螺杆菌主要寄生于胃中,是引起很多消化道疾病的首要致病细菌。体检时可通过13C尿素呼气试验来检测幽门螺杆菌感染情况。受试者口服13C标记的尿素胶囊后,尿素可被幽门螺杆菌产生的脲酶催化分解为13CO2和NH3,定时收集受试者吹出的气体并测定其中是否含有13CO2。根据以上信息,下列叙述中正确的是(　　)
A.幽门螺杆菌的细胞膜具有双层磷脂分子,但其不具有流动性
B.幽门螺杆菌感染者吹出气体中的CO2是其细胞有氧呼吸产生的
C.检测13CO2的放射性可用溴麝香草酚蓝溶液在高倍镜下镜检分析
D.幽门螺杆菌产生的脲酶在pH小于7的条件下依然能发挥作用
【解析】选D。幽门螺杆菌细胞膜的基本支架是磷脂双分子层,具有一定的流动性,A错误;通过题干信息可知,受试者口服含有13C标记的尿素胶囊,如果受试者胃里有幽门螺杆菌,尿素则会被幽门螺杆菌产生的脲酶分解成13CO2和NH3,故感染者呼出的13CO2是幽门螺杆菌分解尿素产生的,不是人体细胞有氧呼吸而来,B错误;溴麝香草酚蓝溶液可检测CO2,但不能检测放射性,放射性检验可利用放射性自显影技术,C错误;通过题干信息可知,幽门螺杆菌主要寄生于人体的胃里,胃中是酸性环境,故幽门螺杆菌产生的脲酶适宜在酸性条件下发挥作用,D正确。
3.如图为某种生物细胞有氧呼吸的基本过程示意图。
(1)阶段A进行的场所为________。阶段A和阶段B都能够产生的物质①是____________。
(2)在此三个阶段中产生大量ATP的是__________,此过程是在____________进行的。
(3)若将一只小鼠放入含有18O2的密闭容器中,小鼠体内首先出现18O的化合物是图中的[　　]__________。
(4)若蚕豆种子在发芽的早期测定得出CO2的释放量比O2的吸收量大3~4倍,说明此时蚕豆的呼吸方式为______________。
【解析】(1)(2)据题图分析,阶段A表示有氧呼吸第一阶段,发生在细胞质基质,产生的物质①是[H];阶段B表示有氧呼吸第二阶段,发生在线粒体基质;阶段C表示有氧呼吸第三阶段,发生在线粒体内膜,产生的物质②是水。产生大量的ATP。
(3)氧气参与有氧呼吸第三阶段,与[H]结合生成水,因此若将一只小鼠放入含有18O2的密闭容器中,小鼠体内首先出现18O的化合物是图中的②H2O。
(4)蚕豆种子有氧呼吸消耗的氧气与产生的二氧化碳量相等,而无氧呼吸不消耗氧气,产生二氧化碳。根据题意分析,蚕豆种子呼吸作用消耗的氧气比释放的二氧化碳少,说明此时同时进行了有氧呼吸和无氧呼吸。
答案:(1)细胞质基质　[H]　(2)阶段C　线粒体内膜
(3)[②]　H2O　(4)有氧呼吸与无氧呼吸(无氧呼吸比有氧呼吸占优势)
【新高考·新风向】
4.(2021·北京高一检测)2019年诺贝尔生理学或医学奖颁给了发现细胞感知和适应氧气供应机制的三位科学家。他们发现,在缺氧条件下,人体除了可以通过调节呼吸频率来适应,也可通过增加红细胞的数量来适应。红细胞数量增加与细胞内缺氧诱导因子(HIF-1α)介导的系列反应有关。请回答问题:
(1)如图所示,常氧条件下,经过________________________的催化,HIF-1α蛋白发生羟基化,使得VHL蛋白能够与之识别并结合,从而导致HIF-1α蛋白________。
(2)由图可知,缺氧条件下,HIF-1α蛋白通过________进入细胞核内,促进EPO(促红细胞生成素)的合成,从而促进红细胞数量的增加。HIF-1α蛋白还可使细胞质基质中某些酶的含量增加、细胞膜上葡萄糖转运蛋白的数量增加。细胞质基质中酶的含量增加有利于细胞通过________________产生ATP为细胞供能;葡萄糖转运蛋白增加有利于____。
(3)慢性肾功能衰竭患者常因EPO产生不足而出现严重贫血,研究人员正在探索一种PHD抑制剂对贫血患者的治疗作用。请结合图中信息,分析PHD抑制剂治疗贫血的作用机理:___________________________________。
【解析】 (1)由题图可知,常氧条件下,经过脯氨酰羟化酶的催化,HIF-1α蛋白发生羟基化,使得VHL蛋白能够与之识别并结合,从而导致HIF-1α蛋白降解。
(2)由图可知,缺氧条件下,HIF-1α蛋白为大分子,通过核孔进入细胞核内,与ARNT结合形成复合物,促进EPO基因的转录,进而促进EPO(促红细胞生成素)的合成,促进红细胞数量的增加。HIF-1α蛋白可使细胞质基质中某些酶的含量增加,有利于细胞进行无氧呼吸产生ATP为细胞供能;HIF-1α蛋白还可使细胞膜上葡萄糖转运蛋白的数量增加,有利于细胞摄入葡萄糖,使细胞获得能源物质。
(3)根据慢性肾功能衰竭患者常因EPO产生不足而出现严重贫血,结合题图,推测PHD抑制剂治疗贫血的作用机理:通过抑制PHD活性抑制HIF-1α的降解,细胞内较高水平的HIF-1α促进EPO的产生。
答案:(1)脯氨酰羟化酶(PHD)　降解
(2)核孔　 无氧呼吸　细胞摄入葡萄糖(细胞获取能源物质)
(3)通过抑制PHD活性抑制HIF-1α的降解,细胞内较高水平的HIF-1α促进EPO的产生