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
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。
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。
(3)检测酒精的产生。
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。
4.检测及实验现象
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
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 。
实验组与对照组的判断
(1)概念:实验组是指接受实验变量处理,能够实现预期结果的对象组。对照组是指不接受实验变量处理的对象组。
(2)判断方法:在对照实验中,人为增加某种影响因素即加法原理,人为去除某种因素,即减法原理。运用加法原理设计的实验,做了加法处理的组即为实验组,没有做加法处理(处于自然状态)的组就是对照组;同理,运用了减法原理设计的实验,做了减法处理的组是实验组,没有做减法处理的组是对照组。
对比实验:指设置两个或两个以上的实验组,通过对结果的比较分析,来探究某种因素对实验对象的影响,这样的实验叫作对比实验。对比实验是特殊的对照实验,如探究酵母菌细胞呼吸方式中,两组实验都做了处理,有氧和无氧均是自变量,都是实验组,二者之间形成相互对照。
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.(2024·广东梅州期末)某实验小组为探究酵母菌的呼吸方式,做了以下两组实验:用注射器甲缓慢吸入25 mL酵母菌葡萄糖培养液,倒置,排尽注射器中的气体,再吸入25 mL无菌氧气,密封;用注射器乙缓慢吸入25 mL酵母菌葡萄糖溶液,倒置,排尽注射器中的气体,密封。将两注射器置于25 ℃的水浴锅中保温一段时间,据图分析以下说法错误的是( )
[A] 当观察到注射器甲中的总体积大于50 mL时,说明酵母菌进行了无氧呼吸
[B] 取注射器乙中的适量液体,滴加少量酸性重铬酸钾溶液,溶液颜色由橙色变为灰绿色
[C] 将注射器甲中的气体通入溴麝香草酚蓝溶液中,可观察到溶液颜色由蓝变绿再变黄
[D] 当注射器甲、乙中的总体积均为50 mL时,两注射器中酵母菌消耗的葡萄糖的量相同
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。
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。
(2)有氧呼吸过程。
[思考] 线粒体能直接分解葡萄糖吗 为什么
(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。
[思考] 不同生物无氧呼吸的产物不同,其直接原因是什么
(4)反应式。
①产物为酒精:C6H12O6 。
②产物为乳酸:C6H12O6 。
(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。
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。( )
(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。( )
(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。( )
(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。( )
(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
(1)(必修1 P92图58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)
(2)(必修1 P94相关信息拓展)在无氧呼吸过程中,葡萄糖中能量的主要去向是 ;
而氧化分解释放出的能量主要去向是 。
1.细胞呼吸过程中[H]和ATP的来源和去路分析
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与判断,考查科学思维
2.(2025·广东深圳月考)人体细胞内有一种类似“开关”的被称为缺氧诱导因子(HIF)的蛋白质。研究发现,在正常的氧气条件下HIF会迅速分解,但当氧气含量下降时,HIF的含量会增加,进而促进肾脏细胞合成促红细胞生成素(EPO)。EPO是一种人体内源性糖蛋白激素,可刺激骨髓生成新的红细胞。下列说法正确的是( )
[A] 人体细胞在缺氧环境中,二氧化碳的生成量大于氧气的消耗量
[B] 与正常环境相比,缺氧环境中人体细胞中的NADH会积累
[C] EPO在肾脏细胞中合成后通过胞吐的形式分泌出去
[D] 长期生活在高原地区的人体内,HIF的含量较低
3.(2024·湖北武汉期中)细胞呼吸的呼吸熵为细胞呼吸产生的CO2量与细胞呼吸消耗的O2量的比值。现有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合液,培养条件适宜。下列相关分析错误的是( )
[A] 若测得酵母菌的呼吸熵为1,则混合液中的酵母菌只进行有氧呼吸
[B] 若测得酵母菌的呼吸熵大于1,则混合液中的酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
[C] 根据放出的气体是否能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄,可以确定酵母菌的呼吸方式
[D] 若测得CO2产生量为12 mol,酒精的产生量为6 mol,可推测有氧呼吸产生的CO2的量为6 mol
判断细胞呼吸方式的三大依据
(以葡萄糖为细胞呼吸的反应物)
能力3 结合细胞呼吸的相关计算,考查综合运用能力
4.(2025·四川阆中检测)耐力性运动是指机体进行一定时间(每次30 min以上)的低中等强度的运动,如步行、游泳、慢跑、骑行等,有氧呼吸是耐力性运动中能量供应的主要方式。坚持耐力性运动训练,肌细胞中线粒体数量会出现适应性变化。下列叙述正确的是( )
[A] 肌细胞进行有氧呼吸时,能产生ATP的场所是线粒体
[B] 若肌细胞进行有氧呼吸作用产生30 mol的CO2,则需消耗5 mol葡萄糖
[C] 推测每周坚持耐力性运动会使无氧呼吸增强,线粒体数量减少
[D] 线粒体中丙酮酸分解生成CO2和H2O的过程需要O2的参与
5.(2024·天津模拟)有一瓶含有酵母菌的葡萄糖培养液,当通入不同浓度的O2时,其产生酒精和CO2的物质的量如图所示。据图中信息推断,错误的是( )
[A] 当O2浓度为a时,酵母菌只进行无氧呼吸
[B] 当O2浓度为c时,有2/3的葡萄糖用于酵母菌的无氧呼吸
[C] 当O2浓度为b和d时,酵母菌细胞呼吸方式有所不同
[D] a、b、c、d不同O2浓度下,细胞呼吸各阶段都能产生[H]和ATP
考向一 结合生命观念及科学探究,考查有氧呼吸
1.(2024·甘肃卷,3)梅兰竹菊为花中四君子,很多人喜欢在室内或庭院种植。花卉需要科学养护,养护不当会影响花卉的生长,如兰花会因浇水过多而死亡,关于此现象,下列叙述错误的是( )
[A] 根系呼吸产生的能量减少使养分吸收所需的能量不足
[B] 根系呼吸产生的能量减少使水分吸收所需的能量不足
[C] 浇水过多抑制了根系细胞有氧呼吸但促进了无氧呼吸
[D] 根系细胞质基质中无氧呼吸产生的有害物质含量增加
2.(2023·广东卷,7)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
考向二 结合生命观念及科学思维,考查无氧呼吸
3.(2023·山东卷,4)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
4.(2023·全国乙卷,3)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( )
[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
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)。
[典型例题]
(2022·山东卷,16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
逻辑推理论证
[迁移应用]
1.(2024·山东淄博二模)电子传递链发生于线粒体内膜上。在线粒体内膜上,氧化过程(电子传递)和磷酸化(形成ATP)相耦联(如图)。已知DNP可阻碍磷酸化过程而不影响氧化过程,使得呼吸作用仍可进行,但无法产生ATP。鱼藤酮可阻碍电子从复合体Ⅰ传递到UQ。氰化物可抑制电子从复合体Ⅳ传递给O2,但有些植物体还存在另外一条抗氰呼吸电子传递途径,电子通过复合体Ⅰ传递给UQ后直接传递给交替氧化酶,消耗氧气产生水,此过程无质子穿膜。下列说法不正确的是( )
[A] 抗氰呼吸电子传递途径可被鱼藤酮抑制
[B] 植物抗氰呼吸时ATP的产生速率加快
[C] DNP阻碍磷酸化后可使细胞的产热量增加
[D] 氰化物影响有氧呼吸的第三阶段
2.(2024·海南琼海月考)体育运动大体可以分为有氧运动和无氧运动。有氧运动过程中骨骼肌主要靠有氧呼吸供能,如慢跑。无氧运动过程中骨骼肌除进行有氧呼吸外,还会进行无氧呼吸,如短跑等。如图为有氧呼吸的某个阶段的示意图。回答下列问题。
(1)图示过程是有氧呼吸的第 阶段。人在短跑时,产生CO2的具体部位是
,产生[H]的具体部位是 ,有氧呼吸过程中的能量变化是 。
而人在慢跑时,消耗的O2在细胞呼吸中的用途是 。
(2)据图可知,H+沿着线粒体内膜上的ATP合酶内部的通道流回线粒体基质,推动某物质(A)合成ATP,则A为 。有的减肥药物能够增加线粒体内膜对H+的通透性,使得H+回渗到线粒体基质,使得ATP合酶生成的ATP量减少,该药物能够加快体内有机物的消耗,但会严重危害健康,具体危害是
(写出一点即可)。
(3)有氧呼吸是在无氧呼吸的基础上进化产生的,从能量的角度分析,与无氧呼吸相比,有氧呼吸能够 ,其在进化地位上更为高等。
(4)为判断不同运动强度(高运动强度、中运动强度、低运动强度)下细胞呼吸的方式,设计了相关实验,大体实验思路如下:让同一个体分别在三种不同运动强度(高、中、低)下运动相同一段时间后,测定相关指标数据。测定的指标为 。
第13讲 细胞呼吸的方式和过程
考点一 活动:探究酵母菌的呼吸方式
实验基础·整合
1.变浑浊 蓝→绿→黄 灰绿色
3.(1)葡萄糖 (2)①除去空气中的CO2 ②耗尽瓶中原有的氧气 (3)重铬酸钾
4.高 低 灰绿
5.(2)产生酒精,还产生少量的CO2
关键能力·提升
能力1
1.D 由题可知,当观察到注射器甲中的总体积大于50 mL时,说明酵母菌细胞呼吸产生的二氧化碳量多于消耗的氧气量,因此可以说明酵母菌进行了无氧呼吸;由于未提供氧气,注射器乙中酵母菌进行的是无氧呼吸,会产生酒精,酒精可用酸性重铬酸钾溶液检测,溶液颜色由橙色变为灰绿色;注射器甲中酵母菌细胞呼吸会产生二氧化碳,二氧化碳可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄;当注射器甲、乙中的总体积均为50 mL时,注射器甲中酵母菌进行的是有氧呼吸,注射器乙中酵母菌进行的是无氧呼吸,两者消耗葡萄糖的量不相等。
考点二 细胞呼吸的方式及过程
必备知识·梳理
1.(1)氧化分解 ATP (2)有氧呼吸和无氧呼吸
2.(1)氧 二氧化碳和水 大量ATP (2)细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜 [H]+O2H2O
[思考] 不能;葡萄糖不能被运输到线粒体内,线粒体中也没有分解葡萄糖的酶。
(3)
3.(1)氧气 不完全 少量 (2)细胞质基质 (3)酒精+CO2
[思考] 其直接原因在于催化反应的酶不同。
(4)①2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量 ②2C3H6O3(乳酸)+少量能量 (5)①第一阶段 ②酒精或乳酸
深挖教材
1.(1)√ (2)√
(3)× 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)× 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)× 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)× 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)√
2.(1)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。
(2)转移到乳酸或酒精中 以热能形式散失
关键能力·提升
能力2
2.C 人体细胞进行无氧呼吸时产生乳酸,既不消耗氧气,也不产生二氧化碳,故人体细胞在缺氧环境中,二氧化碳的生成量等于氧气的消耗量;缺氧环境中人体细胞进行无氧呼吸时,第一阶段产生的NADH在第二阶段被消耗,不会积累NADH;EPO是一种内源性糖蛋白激素,通过胞吐的形式分泌出细胞,然后通过体液运输,作用于靶细胞;高原地区缺氧,所以长期生活在高原地区的人体内,HIF的含量会增加。
3.C 若测得酵母菌的呼吸熵为1,说明酵母菌呼吸产生的CO2和消耗的O2体积相等,可说明酵母菌只进行有氧呼吸,不进行无氧呼吸;若测得酵母菌的呼吸熵大于1,说明酵母菌呼吸产生的CO2的量大于消耗的O2的量,则混合液中的酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸;CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄,由于酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均产生CO2,所以不能根据放出的气体是否能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄来确定酵母菌的呼吸方式;根据有氧呼吸的反应式:C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量,无氧呼吸的反应式:C6H12O62C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量,当无氧呼吸产生酒精的量是6 mol时,无氧呼吸产生CO2的量为6 mol,细胞呼吸中CO2总产生量为12 mol,说明有氧呼吸产生CO2量为12-6=6 (mol)。
能力3
4.B 肌细胞进行有氧呼吸时,能产生ATP的场所是线粒体和细胞质基质;有氧呼吸的反应式为C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量,依据反应式可得,肌细胞进行有氧呼吸作用产生30 mol的CO2,需消耗5 mol葡萄糖;依据题干信息,有氧呼吸是耐力性运动中能量供应的主要方式,线粒体是有氧呼吸的主要场所,故推测每周坚持耐力性运动会使有氧呼吸增强,线粒体数量先增多后保持相对稳定;丙酮酸分解生成CO2发生在有氧呼吸第二阶段,不需要O2的参与,有氧呼吸第三阶段生成H2O的过程,需要O2的参与。
5.D 分析题图可知,O2浓度为a时,产生酒精的量与产生CO2的量相等,说明酵母菌只进行无氧呼吸;当O2浓度为c时,无氧呼吸产生的酒精量为6 mol,根据无氧呼吸反应式可知,无氧呼吸消耗的葡萄糖是3 mol,此时有氧呼吸产生的二氧化碳量为15-6=9(mol),则有氧呼吸消耗的葡萄糖是1.5 mol,所以用于无氧呼吸的葡萄糖占2/3;O2浓度为b时,酵母菌既进行有氧呼吸,也进行无氧呼吸,O2浓度为d时,不产生酒精,酵母菌只进行有氧呼吸不进行无氧呼吸;有氧呼吸过程中各阶段都能产生ATP,但第三阶段不能产生[H],而进行无氧呼吸时,第二阶段不能产生[H]和ATP。
研练真题·感悟高考
考向一
1.B 根系吸收无机盐等营养物质的过程需要根系细胞呼吸产生的能量,浇水过多会使根系呼吸产生的能量减少,使养分吸收所需的能量不足;根系吸收水分是被动运输,不消耗能量;浇水过多使土壤含氧量减少,抑制了根系细胞的有氧呼吸,但促进了无氧呼吸的进行;根系细胞无氧呼吸整个过程都发生在细胞质基质中,会产生有害物质酒精或乳酸。
2.A 游泳过程中主要以有氧呼吸提供能量,有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都产生了[H],这两个阶段产生的[H]在第三阶段经过一系列的化学反应,在线粒体内膜上与氧结合生成水,这里的[H]是一种简化的表示方式,实际上指的是还原型辅酶 Ⅰ。
考向二
3.B 由题可知,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,说明细胞质基质内H+转运至液泡需要消耗能量,为主动运输,因此,正常玉米根细胞液泡内pH低于细胞质基质;玉米根部短时间水淹,根部氧气含量少,部分根细胞可以进行有氧呼吸产生CO2,因此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;转换为丙酮酸产酒精途径时,无ATP的产生;丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]与丙酮酸产乳酸途径时消耗的[H]含量相同。
4.C 植物进行有氧呼吸或无氧呼吸产生酒精时都有二氧化碳释放,图示在时间a之前,植物根细胞无CO2释放,据此推知在时间a之前,只进行无氧呼吸产生乳酸;a~b阶段CO2释放增加,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,是植物通过呼吸途径改变来适应缺氧环境的体现;无论是产生酒精还是产生乳酸的无氧呼吸,都只在第一阶段释放少量能量,第二阶段无能量释放,故每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP和产生乳酸时相同;酒精跨膜运输方式是自由扩散,该过程不需要消耗ATP。
热点情境3 有氧呼吸中的电子
传递链和氧化磷酸化
[典型例题]
A 与25 ℃相比,4 ℃时耗氧量增加,根据题意,电子经线粒体内膜最终传递给氧气,说明电子传递未受阻;与25 ℃相比,短时间低温4 ℃处理,ATP合成量较少,耗氧量较多,说明4 ℃时有氧呼吸释放的能量较多用于产热,消耗的葡萄糖量多;DNP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,导致ATP合成减少。
[迁移应用]
1.B 分析题意可知,鱼藤酮可阻碍电子从复合体Ⅰ传递到UQ,故抗氰呼吸电子传递途径可被鱼藤酮抑制;抗氰呼吸电子传递途径中,电子通过复合体Ⅰ传递给UQ后直接传递给交替氧化酶,消耗氧气产生水,此过程无质子穿膜,则该过程ATP的产生受阻;正常情况下,有氧呼吸释放的能量大部分转化为热能,少部分转化为ATP中的能量,DNP可阻碍磷酸化过程而不影响氧化过程,使得呼吸作用仍可进行,但无法产生ATP,即DNP阻碍磷酸化后,ATP生成受阻,有氧呼吸释放的能量全部转化为热能,故可使细胞的产热量增加;有氧呼吸的第三阶段是氧气和[H]反应生成水,氰化物可抑制电子从复合体Ⅳ传递给O2,而有氧呼吸的第三阶段需要O2,故氰化物影响有氧呼吸的第三阶段。
2.【答案】 (1)三 线粒体基质 细胞质基质、线粒体基质 有机物中的化学能转化为ATP中的化学能和热能 和[H]结合形成水
(2)ADP、Pi 导致细胞供能不足和体温过高(写出其中一点即可)
(3)更充分地将有机物中的能量释放出来供细胞利用
(4)不同运动强度下O2的消耗速率和血浆中乳酸含量
【解析】 (1)题图过程发生在线粒体内膜,是有氧呼吸的第三阶段。人在短跑时,同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,但只在有氧呼吸的第二阶段产生CO2,其场所是线粒体基质;有氧呼吸与无氧呼吸的第一阶段及有氧呼吸的第二阶段均可产生[H],因此产生[H]的具体部位是细胞质基质、线粒体基质;有氧呼吸过程中的能量变化是有机物中的化学能转化为ATP中的化学能和散失的热能。人在慢跑时,O2在有氧呼吸第三阶段与[H]结合生成水。(2)据题图可知,物质A在ATP合酶的作用下合成ATP,据此推断,物质A为ADP和Pi。正常情况下,细胞呼吸释放的能量少部分储存在ATP中,大部分以热能的形式散失,以维持细胞的能量供应和人体的体温,而题述减肥药物会使得ATP合酶合成ATP的量减少,则能量在体内的转化率降低,造成大量的额外产热,从而导致细胞供能不足和体温过高。(3)与无氧呼吸相比,有氧呼吸能更充分地将有机物中的能量释放出来供细胞利用。(4)本实验的目的为判断不同运动强度(高运动强度、中运动强度、低运动强度)下细胞呼吸的方式,则观测指标为不同运动强度下氧气的消耗速率和血浆中的乳酸含量。(共97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。
活动:探究酵母菌的呼吸方式
考点一
1.实验原理
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。
葡萄糖
(2)检测CO2的产生,装置如图所示。
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。
4.检测及实验现象
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
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
实验组与对照组的判断
(1)概念:实验组是指接受实验变量处理,能够实现预期结果的对象组。对照组是指不接受实验变量处理的对象组。
(2)判断方法:在对照实验中,人为增加某种影响因素即加法原理,人为去除某种因素,即减法原理。运用加法原理设计的实验,做了加法处理的组即为实验组,没有做加法处理(处于自然状态)的组就是对照组;同理,运用了减法原理设计的实验,做了减法处理的组是实验组,没有做减法处理的组是对照组。
对比实验:指设置两个或两个以上的实验组,通过对结果的比较分析,来探究某种因素对实验对象的影响,这样的实验叫作对比实验。对比实验是特殊的对照实验,如探究酵母菌细胞呼吸方式中,两组实验都做了处理,有氧和无氧均是自变量,都是实验组,二者之间形成相互对照。
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.(2024·广东梅州期末)某实验小组为探究酵母菌的呼吸方式,做了以下两组实验:用注射器甲缓慢吸入25 mL酵母菌葡萄糖培养液,倒置,排尽注射器中的气体,再吸入25 mL无菌氧气,密封;用注射器乙缓慢吸入25 mL酵母菌葡萄糖溶液,倒置,排尽注射器中的气体,密封。
将两注射器置于25 ℃的水浴锅中保温一段时间,据图分析以下说法错误的是( )
[A] 当观察到注射器甲中的总体积大于50 mL时,说明酵母菌进行了无氧呼吸
[B] 取注射器乙中的适量液体,滴加少量酸性重铬酸钾溶液,溶液颜色由橙色变为灰绿色
[C] 将注射器甲中的气体通入溴麝香草酚蓝溶液中,可观察到溶液颜色由蓝变绿再变黄
[D] 当注射器甲、乙中的总体积均为50 mL时,两注射器中酵母菌消耗的葡萄糖的量相同
D
【解析】 由题可知,当观察到注射器甲中的总体积大于50 mL时,说明酵母菌细胞呼吸产生的二氧化碳量多于消耗的氧气量,因此可以说明酵母菌进行了无氧呼吸;由于未提供氧气,注射器乙中酵母菌进行的是无氧呼吸,会产生酒精,酒精可用酸性重铬酸钾溶液检测,溶液颜色由橙色变为灰绿色;注射器甲中酵母菌细胞呼吸会产生二氧化碳,二氧化碳可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄;当注射器甲、乙中的总体积均为50 mL时,注射器甲中酵母菌进行的是有氧呼吸,注射器乙中酵母菌进行的是无氧呼吸,两者消耗葡萄糖的量不相等。
细胞呼吸的方式及过程
考点二
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
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
[思考] 线粒体能直接分解葡萄糖吗 为什么
【提示】 不能;葡萄糖不能被运输到线粒体内,线粒体中也没有分解葡萄糖的酶。
(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。
氧气
不完全
少量
细胞质基质
(3)过程。
酒精+CO2
[思考] 不同生物无氧呼吸的产物不同,其直接原因是什么
【提示】 其直接原因在于催化反应的酶不同。
(4)反应式。
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
(1)(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。
(2)(必修1 P94相关信息拓展)在无氧呼吸过程中,葡萄糖中能量的主要去向是 ;而氧化分解释放出的能量主要去向是 。
转移到乳酸或酒精中
以热能形式散失
1.细胞呼吸过程中[H]和ATP的来源和去路分析
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与判断,考查科学思维
2.(2025·广东深圳月考)人体细胞内有一种类似“开关”的被称为缺氧诱导因子(HIF)的蛋白质。研究发现,在正常的氧气条件下HIF会迅速分解,但当氧气含量下降时,HIF的含量会增加,进而促进肾脏细胞合成促红细胞生成素(EPO)。EPO是一种人体内源性糖蛋白激素,可刺激骨髓生成新的红细胞。下列说法正确的是( )
[A] 人体细胞在缺氧环境中,二氧化碳的生成量大于氧气的消耗量
[B] 与正常环境相比,缺氧环境中人体细胞中的NADH会积累
[C] EPO在肾脏细胞中合成后通过胞吐的形式分泌出去
[D] 长期生活在高原地区的人体内,HIF的含量较低
C
【解析】 人体细胞进行无氧呼吸时产生乳酸,既不消耗氧气,也不产生二氧化碳,故人体细胞在缺氧环境中,二氧化碳的生成量等于氧气的消耗量;缺氧环境中人体细胞进行无氧呼吸时,第一阶段产生的NADH在第二阶段被消耗,不会积累NADH;EPO是一种内源性糖蛋白激素,通过胞吐的形式分泌出细胞,然后通过体液运输,作用于靶细胞;高原地区缺氧,所以长期生活在高原地区的人体内,HIF的含量会增加。
3.(2024·湖北武汉期中)细胞呼吸的呼吸熵为细胞呼吸产生的CO2量与细胞呼吸消耗的O2量的比值。现有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合液,培养条件适宜。下列相关分析错误的是( )
[A] 若测得酵母菌的呼吸熵为1,则混合液中的酵母菌只进行有氧呼吸
[B] 若测得酵母菌的呼吸熵大于1,则混合液中的酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
[C] 根据放出的气体是否能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄,可以确定酵母菌的呼吸方式
[D] 若测得CO2产生量为12 mol,酒精的产生量为6 mol,可推测有氧呼吸产生的CO2的量为6 mol
C
【解析】 若测得酵母菌的呼吸熵为1,说明酵母菌呼吸产生的CO2和消耗的O2体积相等,可说明酵母菌只进行有氧呼吸,不进行无氧呼吸;若测得酵母菌的呼吸熵大于1,说明酵母菌呼吸产生的CO2的量大于消耗的O2的量,则混合液中的酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸;CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄,由于酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均产生CO2,所以不能根据放出的气体是否能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄来确定酵母菌的呼吸方式;
方法技巧
判断细胞呼吸方式的三大依据
(以葡萄糖为细胞呼吸的反应物)
能力3 结合细胞呼吸的相关计算,考查综合运用能力
4.(2025·四川阆中检测)耐力性运动是指机体进行一定时间(每次30 min以上)的低中等强度的运动,如步行、游泳、慢跑、骑行等,有氧呼吸是耐力性运动中能量供应的主要方式。坚持耐力性运动训练,肌细胞中线粒体数量会出现适应性变化。下列叙述正确的是( )
[A] 肌细胞进行有氧呼吸时,能产生ATP的场所是线粒体
[B] 若肌细胞进行有氧呼吸作用产生30 mol的CO2,则需消耗5 mol葡萄糖
[C] 推测每周坚持耐力性运动会使无氧呼吸增强,线粒体数量减少
[D] 线粒体中丙酮酸分解生成CO2和H2O的过程需要O2的参与
B
依据题干信息,有氧呼吸是耐力性运动中能量供应的主要方式,线粒体是有氧呼吸的主要场所,故推测每周坚持耐力性运动会使有氧呼吸增强,线粒体数量先增多后保持相对稳定;丙酮酸分解生成CO2发生在有氧呼吸第二阶段,不需要O2的参与,有氧呼吸第三阶段生成H2O的过程,需要O2的参与。
5.(2024·天津模拟)有一瓶含有酵母菌的葡萄糖培养液,当通入不同浓度的O2时,其产生酒精和CO2的物质的量如图所示。
据图中信息推断,错误的是( )
[A] 当O2浓度为a时,酵母菌只进行无氧呼吸
[B] 当O2浓度为c时,有2/3的葡萄糖用于酵母菌的无氧呼吸
[C] 当O2浓度为b和d时,酵母菌细胞呼吸方式有所不同
[D] a、b、c、d不同O2浓度下,细胞呼吸各阶段都能产生[H]和ATP
D
【解析】 分析题图可知,O2浓度为a时,产生酒精的量与产生CO2的量相等,说明酵母菌只进行无氧呼吸;当O2浓度为c时,无氧呼吸产生的酒精量为
6 mol,根据无氧呼吸反应式可知,无氧呼吸消耗的葡萄糖是3 mol,此时有氧呼吸产生的二氧化碳量为15-6=9(mol),则有氧呼吸消耗的葡萄糖是
1.5 mol,所以用于无氧呼吸的葡萄糖占2/3;
O2浓度为b时,酵母菌既进行有氧呼吸,也进行无氧呼吸,O2浓度为d时,不产生酒精,酵母菌只进行有氧呼吸不进行无氧呼吸;有氧呼吸过程中各阶段都能产生ATP,但第三阶段不能产生[H],而进行无氧呼吸时,第二阶段不能产生[H]和ATP。
考向一 结合生命观念及科学探究,考查有氧呼吸
1.(2024·甘肃卷,3)梅兰竹菊为花中四君子,很多人喜欢在室内或庭院种植。花卉需要科学养护,养护不当会影响花卉的生长,如兰花会因浇水过多而死亡,关于此现象,下列叙述错误的是( )
[A] 根系呼吸产生的能量减少使养分吸收所需的能量不足
[B] 根系呼吸产生的能量减少使水分吸收所需的能量不足
[C] 浇水过多抑制了根系细胞有氧呼吸但促进了无氧呼吸
[D] 根系细胞质基质中无氧呼吸产生的有害物质含量增加
研练真题·感悟高考
B
【解析】 根系吸收无机盐等营养物质的过程需要根系细胞呼吸产生的能量,浇水过多会使根系呼吸产生的能量减少,使养分吸收所需的能量不足;根系吸收水分是被动运输,不消耗能量;浇水过多使土壤含氧量减少,抑制了根系细胞的有氧呼吸,但促进了无氧呼吸的进行;根系细胞无氧呼吸整个过程都发生在细胞质基质中,会产生有害物质酒精或乳酸。
2.(2023·广东卷,7)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】 游泳过程中主要以有氧呼吸提供能量,有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都产生了[H],这两个阶段产生的[H]在第三阶段经过一系列的化学反应,在线粒体内膜上与氧结合生成水,这里的[H]是一种简化的表示方式,实际上指的是还原型辅酶 Ⅰ。
考向二 结合生命观念及科学思维,考查无氧呼吸
3.(2023·山东卷,4)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】 由题可知,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,说明细胞质基质内H+转运至液泡需要消耗能量,为主动运输,因此,正常玉米根细胞液泡内pH低于细胞质基质;玉米根部短时间水淹,根部氧气含量少,部分根细胞可以进行有氧呼吸产生CO2,因此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;转换为丙酮酸产酒精途径时,无ATP的产生;丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]与丙酮酸产乳酸途径时消耗的[H]含量相同。
4.(2023·全国乙卷,3)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( )
[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
C
【解析】 植物进行有氧呼吸或无氧呼吸产生酒精时都有二氧化碳释放,图示在时间a之前,植物根细胞无CO2释放,据此推知在时间a之前,只进行无氧呼吸产生乳酸;a～b阶段CO2释放增加,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,是植物通过呼吸途径改变来适应缺氧环境的体现;无论是产生酒精还是产生乳酸的无氧呼吸,都只在第一阶段释放少量能量,第二阶段无能量释放,故每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP和产生乳酸时相同;酒精跨膜运输方式是自由扩散,该过程不需要消耗ATP。
有氧呼吸中的电子传递链和氧化磷酸化
热点情境3
[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)。
[典型例题]
(2022·山东卷,16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 ℃相比,4 ℃时耗氧量增加,根据题意,电子经线粒体内膜最终传递给氧气,说明电子传递未受阻;与25 ℃相比,短时间低温4 ℃处理,
ATP合成量较少,耗氧量较多,说明4 ℃时有氧呼吸释放的能量较多用于产热,消耗的葡萄糖量多;DNP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,导致ATP合成减少。
思维建模
[迁移应用]
1.(2024·山东淄博二模)电子传递链发生于线粒体内膜上。在线粒体内膜上,氧化过程(电子传递)和磷酸化(形成ATP)相耦联(如图)。已知DNP可阻碍磷酸化过程而不影响氧化过程,使得呼吸作用仍可进行,但无法产生ATP。鱼藤酮可阻碍电子从复合体Ⅰ传递到UQ。氰化物可抑制电子从复合体Ⅳ传递给O2,但有些植物体还存在另外一条抗氰呼吸电子传递途径,电子通过复合体Ⅰ传递给UQ后直接传递给交替氧化酶,消耗氧气产生水,此过程无质子穿膜。
下列说法不正确的是( )
[A] 抗氰呼吸电子传递途径可被鱼藤酮抑制
[B] 植物抗氰呼吸时ATP的产生速率加快
[C] DNP阻碍磷酸化后可使细胞的产热量增加
[D] 氰化物影响有氧呼吸的第三阶段
B
【解析】 分析题意可知,鱼藤酮可阻碍电子从复合体Ⅰ传递到UQ,故抗氰呼吸电子传递途径可被鱼藤酮抑制;抗氰呼吸电子传递途径中,电子通过复合体Ⅰ传递给UQ后直接传递给交替氧化酶,消耗氧气产生水,此过程无质子穿膜,则该过程ATP的产生受阻;正常情况下,有氧呼吸释放的能量大部分转化为热能,少部分转化为ATP中的能量,DNP可阻碍磷酸化过程而不影响氧化过程,使得呼吸作用仍可进行,但无法产生ATP,即DNP阻碍磷酸化后,ATP生成受阻,有氧呼吸释放的能量全部转化为热能,故可使细胞的产热量增加;有氧呼吸的第三阶段是氧气和[H]反应生成水,氰化物可抑制电子从复合体Ⅳ传递给O2,而有氧呼吸的第三阶段需要O2,故氰化物影响有氧呼吸的第三阶段。
2.(2024·海南琼海月考)体育运动大体可以分为有氧运动和无氧运动。有氧运动过程中骨骼肌主要靠有氧呼吸供能,如慢跑。无氧运动过程中骨骼肌除进行有氧呼吸外,还会进行无氧呼吸,如短跑等。如图为有氧呼吸的某个阶段的示意图。回答下列问题。
(1)图示过程是有氧呼吸的第 阶段。人在短跑时,产生CO2的具体部位是 ,产生[H]的具体部位是 ,有氧呼吸过程中的能量变化是 。
三
线粒体基质
细胞质基质、线粒体基质
有机物中的化学能转化为ATP中的化学能和热能
而人在慢跑时,消耗的O2在细胞呼吸中的用途是 。
和[H]结合形成水
【解析】 (1)题图过程发生在线粒体内膜,是有氧呼吸的第三阶段。人在短跑时,同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,但只在有氧呼吸的第二阶段产生CO2,其场所是线粒体基质;有氧呼吸与无氧呼吸的第一阶段及有氧呼吸的第二阶段均可产生[H],因此产生[H]的具体部位是细胞质基质、线粒体基质;有氧呼吸过程中的能量变化是有机物中的化学能转化为ATP中的化学能和散失的热能。人在慢跑时,O2在有氧呼吸第三阶段与
[H]结合生成水。
(2)据图可知,H+沿着线粒体内膜上的ATP合酶内部的通道流回线粒体基质,推动某物质(A)合成ATP,则A为 。有的减肥药物能够增加线粒体内膜对H+的通透性,使得H+回渗到线粒体基质,使得ATP合酶生成的ATP量减少,该药物能够加快体内有机物的消耗,但会严重危害健康,具体危害是
(写出一点即可)。
ADP、Pi
导致细胞供能不足和体温过高(写出其中一点即可)
【解析】 (2)据题图可知,物质A在ATP合酶的作用下合成ATP,据此推断,物质A为ADP和Pi。正常情况下,细胞呼吸释放的能量少部分储存在ATP中,大部分以热能的形式散失,以维持细胞的能量供应和人体的体温,而题述减肥药物会使得ATP合酶合成ATP的量减少,则能量在体内的转化率降低,造成大量的额外产热,从而导致细胞供能不足和体温过高。
(3)有氧呼吸是在无氧呼吸的基础上进化产生的,从能量的角度分析,与无氧呼吸相比,有氧呼吸能够 ,其在进化地位上更为高等。
更充分地将有机物中的能量释放出来供细胞利用
【解析】 (3)与无氧呼吸相比,有氧呼吸能更充分地将有机物中的能量释放出来供细胞利用。
(4)为判断不同运动强度(高运动强度、中运动强度、低运动强度)下细胞呼吸的方式,设计了相关实验,大体实验思路如下:让同一个体分别在三种不同运动强度(高、中、低)下运动相同一段时间后,测定相关指标数据。测定的指标为 。
不同运动强度下O2的消耗速率和血浆中乳酸含量
【解析】 (4)本实验的目的为判断不同运动强度(高运动强度、中运动强度、低运动强度)下细胞呼吸的方式,则观测指标为不同运动强度下氧气的消耗速率和血浆中的乳酸含量。
(时间:30分钟 满分:36分)
基础强化练
选择题:1～7题,每题2分。
1.(有氧呼吸和无氧呼吸的比较|2024·重庆月考)下列关于人体细胞呼吸的叙述,正确的是( )
[A] 有氧呼吸和无氧呼吸的各个阶段都能合成ATP
[B] 有氧呼吸和无氧呼吸的各个阶段都能产生NADH
[C] 骨骼肌细胞无氧呼吸的产物是乳酸和二氧化碳
[D] 细胞呼吸释放的能量只有部分储存在ATP中
D
【解析】 无氧呼吸第二阶段不能合成ATP;有氧呼吸第三阶段、无氧呼吸第二阶段均不能产生NADH;骨骼肌细胞无氧呼吸的产物是乳酸;细胞呼吸释放的能量大部分以热能形式散失,只有少部分储存在ATP中。
2.(有氧呼吸的过程|2024·阜阳模拟)用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子,18O转移的途径是( )
[A] 葡萄糖→丙酮酸→水
[B] 葡萄糖→丙酮酸→氧
[C] 葡萄糖→氧→水
[D] 葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳
D
【解析】 有氧呼吸过程中,葡萄糖首先分解为丙酮酸和[H],然后丙酮酸与H2O反应生成[H]和CO2,因此用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子,18O转移的途径是葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳。
3.(新情境·春笋的呼吸方式|2024·黔南二模)黔南的崇山峻岭之中,分布着各种春笋,新采摘的春笋在几天内就会产生酒味并腐烂。为探究延长春笋储存时间的方法,研究员使用消毒液浸泡春笋后,分别在正常空气和高氧环境中进行储存,发现高氧环境中春笋产生的酒精少,腐烂程度更低。下列叙述错误的是( )
[A] 正常空气中,春笋细胞内线粒体不能将葡萄糖氧化分解成CO2和水
[B] 可用橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下检测春笋产生酒精的情况
[C] 高氧环境中储存的春笋细胞呼吸产生CO2的部位是线粒体基质
[D] 使用消毒液浸泡春笋减少了春笋表面微生物对实验结果的影响
C
【解析】 线粒体不能直接分解葡萄糖,葡萄糖先在细胞质基质中分解为丙酮酸和[H],丙酮酸和[H]在线粒体中继续氧化分解成CO2和水;在酸性条件下,酒精可使橙色的重铬酸钾溶液变为灰绿色,故可用橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下检测春笋产生酒精的情况;高氧环境中春笋产生的酒精少,即高氧环境中同时存在有氧呼吸和无氧呼吸,则细胞呼吸产CO2的部位是线粒体基质和细胞质基质;因为微生物也要进行呼吸作用,会对实验有干扰,因此要排除这一无关变量影响,使用消毒液浸泡春笋减少了春笋表面微生物对实验结果的影响。
4.(有氧呼吸和无氧呼吸的比较|2024·咸阳月考)无氧运动过程中氧气摄入量极低,导致肌肉疲劳不能持久,因此越来越多的人开始注重慢跑等有氧运动。有氧运动是指主要以有氧呼吸提供运动中所需能量的运动方式。下列关于人进行无氧运动和有氧运动的叙述,正确的是( )
[A] 有氧运动中,有机物分解释放的能量大部分储存在ATP中
[B] 无氧运动中,细胞中的有机物不能氧化分解会导致无ATP产生
[C] 与无氧运动相比,机体有氧运动过程中的能量利用率更高
[D] 有氧运动可以避免肌细胞无氧呼吸产生乳酸和CO2
C
【解析】 有氧呼吸释放的能量只有少部分储存在ATP中,绝大多数以热能形式散失;无氧呼吸过程中第一阶段与有氧呼吸第一阶段相同,有少量ATP合
成;无氧呼吸有机物中的能量不能彻底氧化分解,所以与无氧运动相比,机体有氧运动过程中的能量利用率更高;人体无氧呼吸不产生CO2。
5.(新情境·瓦尔堡效应|2024·重庆模拟)研究发现,癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP,这种现象称为“瓦尔堡效应”。葡萄糖在癌细胞中的代谢途径如图所示,下列说法错误的是( )
[A] 过程①需要癌细胞膜上载体蛋白的参与
[B] 过程③不能生成ATP
[C] 在癌细胞呼吸作用过程中有少量葡萄糖在线粒体中被利用
[D] “瓦尔堡效应”导致癌细胞既不产生CO2也不吸收O2
C
【解析】 葡萄糖进入癌细胞的方式属于主动运输,所以过程①需要癌细胞膜上载体蛋白的参与;由题图可知,过程③为无氧呼吸第二阶段,无氧呼吸第二阶段不产生ATP;线粒体不能直接利用葡萄糖,葡萄糖被利用的场所是细胞质基质;“瓦尔堡效应”是指癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP的现象,说明癌细胞进行的是无氧呼吸,由题图可知,癌细胞进行产生乳酸的无氧呼吸,
不产生CO2。
6.(呼吸缺陷型酵母菌|2025·厦门期中)某研发部门用紫外线对野生型酵母菌进行诱变,并将获得的线粒体中不能合成[H]的呼吸缺陷型酵母菌用于酒精发酵。已知呈白色的TTC显色剂在线粒体内有氧呼吸相关酶的作用下能与O2竞争性结合[H]形成红色物质TP,具体过程如图所示,呼吸缺陷型酵母菌缺乏有氧呼吸相关酶,不能形成TP。下列叙述错误的是( )
[A] 加入TTC后,可在显微镜下通过观察线粒体的颜色来判断酵母菌的类型
[B] 与野生型酵母菌相比,呼吸缺陷型酵母菌的繁殖能力弱
[C] 呼吸缺陷型酵母菌在酒精发酵过程中,葡萄糖中的能量大部分以热能形式散失
[D] 野生型酵母菌和呼吸缺陷型酵母菌产生[H]的场所不完全相同
C
【解析】 呈白色的TTC在线粒体内有氧呼吸相关酶的作用下与[H]反应后形成红色物质,呼吸缺陷型酵母菌的线粒体中缺乏有氧呼吸相关酶,不能形成红色物质TP,所以在显微镜下观察时线粒体呈红色的为野生型酵母菌;呼吸缺陷型酵母菌不能进行有氧呼吸的第二、第三阶段,所以与野生型酵母菌相比,消耗相同底物产生的ATP更少,繁殖能力弱;酵母菌无氧呼吸时底物葡萄糖中的能量大部分储存在产物酒精中;野生型酵母菌产生[H]的场所是细胞质基质和线粒体,而呼吸缺陷型酵母菌产生[H]的场所是细胞质基质。
7.(有氧呼吸过程|2025·云南高考适应性考试)激活沉默信息调节因子1(Sirt1)可延缓细胞衰老。Sirt1激活程度与NAD+/NADH的比值呈正相关。下列说法正确的是( )
[A] NADH转化为NAD+过程通常伴随O2产生
[B] NADH转化成NAD+过程通常伴随磷酸产生
[C] 科学运动增加NADH相对含量,可以延缓衰老
[D] 适度寒冷增加NAD+相对含量,可以延缓衰老
D
【解析】 NADH转化为NAD+过程通常伴随O2的消耗;NADH转化成NAD+过程常伴随ADP与Pi结合形成ATP,即伴随磷酸的消耗;由题意可知,激活Sirt1可延缓细胞衰老,Sirt1激活程度与NAD+/NADH的比值呈正相关,则增加NADH相对含量,不可以延缓衰老;适度寒冷增加NAD+相对含量,会使NAD+/NADH的比值变大,Sirt1激活程度增加,进而延缓衰老。
选择题:8～10题,每题4分。
8.(探究酵母菌细胞呼吸的方式|2024·贵州模拟)用酵母菌作实验材料探究细胞呼吸,将酵母菌(甲)、细胞质基质(乙)及线粒体(丙)分别放入3支试管,向试管中加入等量、相同浓度的葡萄糖溶液,均供氧充足,一段时间后,得到葡萄糖和CO2的相对含量变化如图所示。
能力提升练
下列叙述错误的是( )
[A] 甲中产生的CO2其氧元素来自葡萄糖和水
[B] 乙反应结束后可用酸性重铬酸钾溶液检测酒精
[C] 甲和乙消耗等量的葡萄糖释放的能量相等
[D] 实验结果表明葡萄糖不能在线粒体中分解
C
【解析】 根据有氧呼吸前两阶段的化学反应式可知,呼吸作用产生的CO2其氧元素来自葡萄糖和水;由题意可知,乙只能进行无氧呼吸,乙反应结束后产生的酒精可用酸性重铬酸钾溶液检测,呈灰绿色;甲(进行有氧呼吸)和乙(只进行无氧呼吸)消耗等量的葡萄糖,前者释放的能量多于后者;丙中葡萄糖无消耗,说明葡萄糖不能在线粒体中分解。
9.(细胞呼吸综合|2024·郑州月考)真核生物细胞呼吸的全过程包括:糖酵解、丙酮酸氧化脱羧、柠檬酸循环、电子传递等过程,柠檬酸循环过程中有CO2生成,如图所示。下列相关叙述错误的是( )
[A] 糖酵解发生于细胞的有氧呼吸和无氧呼吸过程中
[B] 柠檬酸循环发生于有氧呼吸过程中,释放CO2时需要消耗水
[C] 有氧和无氧条件下,丙酮酸分解成二碳化合物的场所均为线粒体基质
[D] 电子传递链发生的场所和利用O2、产生大量ATP的场所均为线粒体内膜
C
【解析】 据题图可知,糖酵解是细胞呼吸第一阶段,发生于有氧呼吸和无氧呼吸过程中;柠檬酸循环发生于有氧呼吸过程中,水和丙酮酸反应产生CO2、[H];有氧呼吸过程中丙酮酸分解成二碳化合物的场所是线粒体基质,在无氧呼吸过程中丙酮酸转化成二碳化合物的场所是细胞质基质;电子传递链发生的场所和利用O2、产生大量ATP的场所相同,均为线粒体内膜。
10.(有氧呼吸过程|2024·邵阳三模)如图展示了植物有氧呼吸的主呼吸链途径及分支途径的部分机理。主呼吸链途径可受氰化物抑制,分支途径不受氰化物抑制。下列相关叙述正确的是( )
[A] a侧为细胞质基质,b侧为线粒体基质
[B] 氢离子可以通过蛋白质复合体Ⅰ～Ⅳ主动运输至a侧
[C] 加入氰化物后,不利于在膜两侧建立氢离子浓度差,从而影响ATP的产生
[D] 低温条件下某些植物可通过降低AOX基因表达量来增加产热
C
【解析】 a侧为线粒体外膜和内膜之间的间隙;蛋白质复合体Ⅱ没有运输氢离子的功能;主呼吸链途径可受氰化物抑制,则加入氰化物后,不利于在膜两侧建立氢离子浓度差,从而影响ATP的产生;提高AOX基因表达量,则会提高呼吸的分支途径,该途径不产生ATP,因此可增加产热,可降低低温的影响。
11.(10分)(细胞呼吸综合|2024·福州模拟)酵母菌是一种单细胞真菌,在有氧和无氧的条件下都能生存,属于兼性厌氧菌。某兴趣小组学习做馒头,他们先把面粉、温水、酵母菌按比例混合,揉成面团,再放置一段时间进行发酵。发酵完成后,掰开面团,发现中间有很多小孔;若发酵时间过长,还会产生淡淡的酒味。下图是酵母菌发酵过程的简图,据图回答下列问题。
(1)面团制作初期,由于有氧气存在,酵母菌进行的呼吸方式是 。第一阶段是在酵母菌的 中进行的,葡萄糖分解形成丙酮酸(同时产生少量的NADH及少量的能量)。接着,丙酮酸进入线粒体中,在多种酶的催化下生成了 (同时产生大量的NADH和少量的能量)。这是面团发酵后变得膨大松软,且内部有许多小孔的原因。
有氧呼吸
细胞质基质
CO2(或二氧化碳)
【解析】 (1)酵母菌既能进行有氧呼吸,又能进行无氧呼吸,有氧气且充足时,酵母菌只进行有氧呼吸。有氧呼吸第一阶段是在细胞质基质中进行的。有氧呼吸第二阶段,在线粒体基质中进行,该过程丙酮酸和水反应生成CO2和NADH,并产生少量能量。
(2)上述过程中产生的NADH最终和 结合生成水,同时产生大量的能量。
氧(氧气或O2)
【解析】 (2)有氧呼吸第一、第二阶段生成的NADH,在第三阶段和O2反应生成水。
(3)面团发酵时间过长会产生淡淡酒味的原因是
。
面团内的氧气被消耗,酵母菌
【解析】 (3)面团发酵时间过长,面团内的氧气被消耗,酵母菌进行无氧呼吸产生了酒精(乙醇)。
进行无氧呼吸产生了酒精(乙醇)第13讲 细胞呼吸的方式和过程
(时间:30分钟 满分:36分)
基础强化练
选择题:1~7题,每题2分。
1.(有氧呼吸和无氧呼吸的比较|2024·重庆月考)下列关于人体细胞呼吸的叙述,正确的是( )
[A] 有氧呼吸和无氧呼吸的各个阶段都能合成ATP
[B] 有氧呼吸和无氧呼吸的各个阶段都能产生NADH
[C] 骨骼肌细胞无氧呼吸的产物是乳酸和二氧化碳
[D] 细胞呼吸释放的能量只有部分储存在ATP中
2.(有氧呼吸的过程|2024·阜阳模拟)用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子,18O转移的途径是( )
[A] 葡萄糖→丙酮酸→水
[B] 葡萄糖→丙酮酸→氧
[C] 葡萄糖→氧→水
[D] 葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳
3.(新情境·春笋的呼吸方式|2024·黔南二模)黔南的崇山峻岭之中,分布着各种春笋,新采摘的春笋在几天内就会产生酒味并腐烂。为探究延长春笋储存时间的方法,研究员使用消毒液浸泡春笋后,分别在正常空气和高氧环境中进行储存,发现高氧环境中春笋产生的酒精少,腐烂程度更低。下列叙述错误的是( )
[A] 正常空气中,春笋细胞内线粒体不能将葡萄糖氧化分解成CO2和水
[B] 可用橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下检测春笋产生酒精的情况
[C] 高氧环境中储存的春笋细胞呼吸产生CO2的部位是线粒体基质
[D] 使用消毒液浸泡春笋减少了春笋表面微生物对实验结果的影响
4.(有氧呼吸和无氧呼吸的比较|2024·咸阳月考)无氧运动过程中氧气摄入量极低,导致肌肉疲劳不能持久,因此越来越多的人开始注重慢跑等有氧运动。有氧运动是指主要以有氧呼吸提供运动中所需能量的运动方式。下列关于人进行无氧运动和有氧运动的叙述,正确的是( )
[A] 有氧运动中,有机物分解释放的能量大部分储存在ATP中
[B] 无氧运动中,细胞中的有机物不能氧化分解会导致无ATP产生
[C] 与无氧运动相比,机体有氧运动过程中的能量利用率更高
[D] 有氧运动可以避免肌细胞无氧呼吸产生乳酸和CO2
5.(新情境·瓦尔堡效应|2024·重庆模拟)研究发现,癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP,这种现象称为“瓦尔堡效应”。葡萄糖在癌细胞中的代谢途径如图所示,下列说法错误的是( )
[A] 过程①需要癌细胞膜上载体蛋白的参与
[B] 过程③不能生成ATP
[C] 在癌细胞呼吸作用过程中有少量葡萄糖在线粒体中被利用
[D] “瓦尔堡效应”导致癌细胞既不产生CO2也不吸收O2
6.(呼吸缺陷型酵母菌|2025·厦门期中)某研发部门用紫外线对野生型酵母菌进行诱变,并将获得的线粒体中不能合成[H]的呼吸缺陷型酵母菌用于酒精发酵。已知呈白色的TTC显色剂在线粒体内有氧呼吸相关酶的作用下能与O2竞争性结合[H]形成红色物质TP,具体过程如图所示,呼吸缺陷型酵母菌缺乏有氧呼吸相关酶,不能形成TP。下列叙述错误的是( )
[A] 加入TTC后,可在显微镜下通过观察线粒体的颜色来判断酵母菌的类型
[B] 与野生型酵母菌相比,呼吸缺陷型酵母菌的繁殖能力弱
[C] 呼吸缺陷型酵母菌在酒精发酵过程中,葡萄糖中的能量大部分以热能形式散失
[D] 野生型酵母菌和呼吸缺陷型酵母菌产生[H]的场所不完全相同
7.(有氧呼吸过程|2025·云南高考适应性考试)激活沉默信息调节因子1(Sirt1)可延缓细胞衰老。Sirt1激活程度与NAD+/NADH的比值呈正相关。下列说法正确的是( )
[A] NADH转化为NAD+过程通常伴随O2产生
[B] NADH转化成NAD+过程通常伴随磷酸产生
[C] 科学运动增加NADH相对含量,可以延缓衰老
[D] 适度寒冷增加NAD+相对含量,可以延缓衰老
能力提升练
选择题:8~10题,每题4分。
8.(探究酵母菌细胞呼吸的方式|2024·贵州模拟)用酵母菌作实验材料探究细胞呼吸,将酵母菌(甲)、细胞质基质(乙)及线粒体(丙)分别放入3支试管,向试管中加入等量、相同浓度的葡萄糖溶液,均供氧充足,一段时间后,得到葡萄糖和CO2的相对含量变化如图所示。下列叙述错误的是( )
[A] 甲中产生的CO2其氧元素来自葡萄糖和水
[B] 乙反应结束后可用酸性重铬酸钾溶液检测酒精
[C] 甲和乙消耗等量的葡萄糖释放的能量相等
[D] 实验结果表明葡萄糖不能在线粒体中分解
9.(细胞呼吸综合|2024·郑州月考)真核生物细胞呼吸的全过程包括:糖酵解、丙酮酸氧化脱羧、柠檬酸循环、电子传递等过程,柠檬酸循环过程中有CO2生成,如图所示。下列相关叙述错误的是( )
[A] 糖酵解发生于细胞的有氧呼吸和无氧呼吸过程中
[B] 柠檬酸循环发生于有氧呼吸过程中,释放CO2时需要消耗水
[C] 有氧和无氧条件下,丙酮酸分解成二碳化合物的场所均为线粒体基质
[D] 电子传递链发生的场所和利用O2、产生大量ATP的场所均为线粒体内膜
10.(有氧呼吸过程|2024·邵阳三模)如图展示了植物有氧呼吸的主呼吸链途径及分支途径的部分机理。主呼吸链途径可受氰化物抑制,分支途径不受氰化物抑制。下列相关叙述正确的是( )
[A] a侧为细胞质基质,b侧为线粒体基质
[B] 氢离子可以通过蛋白质复合体Ⅰ~Ⅳ主动运输至a侧
[C] 加入氰化物后,不利于在膜两侧建立氢离子浓度差,从而影响ATP的产生
[D] 低温条件下某些植物可通过降低AOX基因表达量来增加产热
11.(10分)(细胞呼吸综合|2024·福州模拟)酵母菌是一种单细胞真菌,在有氧和无氧的条件下都能生存,属于兼性厌氧菌。某兴趣小组学习做馒头,他们先把面粉、温水、酵母菌按比例混合,揉成面团,再放置一段时间进行发酵。发酵完成后,掰开面团,发现中间有很多小孔;若发酵时间过长,还会产生淡淡的酒味。下图是酵母菌发酵过程的简图,据图回答下列问题。
(1)面团制作初期,由于有氧气存在,酵母菌进行的呼吸方式是 。第一阶段是在酵母菌的 中进行的,葡萄糖分解形成丙酮酸(同时产生少量的NADH及少量的能量)。接着,丙酮酸进入线粒体中,在多种酶的催化下生成了 (同时产生大量的NADH和少量的能量)。这是面团发酵后变得膨大松软,且内部有许多小孔的原因。
(2)上述过程中产生的NADH最终和 结合生成水,同时产生大量的能量。
(3)面团发酵时间过长会产生淡淡酒味的原因是
。
第13讲 细胞呼吸的方式和过程
1.D 无氧呼吸第二阶段不能合成ATP;有氧呼吸第三阶段、无氧呼吸第二阶段均不能产生NADH;骨骼肌细胞无氧呼吸的产物是乳酸;细胞呼吸释放的能量大部分以热能形式散失,只有少部分储存在ATP中。
2.D 有氧呼吸过程中,葡萄糖首先分解为丙酮酸和[H],然后丙酮酸与H2O反应生成[H]和CO2,因此用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子,18O转移的途径是葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳。
3.C 线粒体不能直接分解葡萄糖,葡萄糖先在细胞质基质中分解为丙酮酸和[H],丙酮酸和[H]在线粒体中继续氧化分解成CO2和水;在酸性条件下,酒精可使橙色的重铬酸钾溶液变为灰绿色,故可用橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下检测春笋产生酒精的情况;高氧环境中春笋产生的酒精少,即高氧环境中同时存在有氧呼吸和无氧呼吸,则细胞呼吸产CO2的部位是线粒体基质和细胞质基质;因为微生物也要进行呼吸作用,会对实验有干扰,因此要排除这一无关变量影响,使用消毒液浸泡春笋减少了春笋表面微生物对实验结果的影响。
4.C 有氧呼吸释放的能量只有少部分储存在ATP中,绝大多数以热能形式散失;无氧呼吸过程中第一阶段与有氧呼吸第一阶段相同,有少量ATP合成;无氧呼吸有机物中的能量不能彻底氧化分解,所以与无氧运动相比,机体有氧运动过程中的能量利用率更高;人体无氧呼吸不产生CO2。
5.C 葡萄糖进入癌细胞的方式属于主动运输,所以过程①需要癌细胞膜上载体蛋白的参与;由题图可知,过程③为无氧呼吸第二阶段,无氧呼吸第二阶段不产生ATP;线粒体不能直接利用葡萄糖,葡萄糖被利用的场所是细胞质基质;“瓦尔堡效应”是指癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP的现象,说明癌细胞进行的是无氧呼吸,由题图可知,癌细胞进行产生乳酸的无氧呼吸,不产生CO2。
6.C 呈白色的TTC在线粒体内有氧呼吸相关酶的作用下与[H]反应后形成红色物质,呼吸缺陷型酵母菌的线粒体中缺乏有氧呼吸相关酶,不能形成红色物质TP,所以在显微镜下观察时线粒体呈红色的为野生型酵母菌;呼吸缺陷型酵母菌不能进行有氧呼吸的第二、第三阶段,所以与野生型酵母菌相比,消耗相同底物产生的ATP更少,繁殖能力弱;酵母菌无氧呼吸时底物葡萄糖中的能量大部分储存在产物酒精中;野生型酵母菌产生[H]的场所是细胞质基质和线粒体,而呼吸缺陷型酵母菌产生[H]的场所是细胞质基质。
7.D NADH转化为NAD+过程通常伴随O2的消耗;NADH转化成NAD+过程常伴随ADP与Pi结合形成ATP,即伴随磷酸的消耗;由题意可知,激活Sirt1可延缓细胞衰老,Sirt1激活程度与NAD+/NADH的比值呈正相关,则增加NADH相对含量,不可以延缓衰老;适度寒冷增加NAD+相对含量,会使NAD+/NADH的比值变大,Sirt1激活程度增加,进而延缓衰老。
8.C 根据有氧呼吸前两阶段的化学反应式可知,呼吸作用产生的CO2其氧元素来自葡萄糖和水;由题意可知,乙只能进行无氧呼吸,乙反应结束后产生的酒精可用酸性重铬酸钾溶液检测,呈灰绿色;甲(进行有氧呼吸)和乙(只进行无氧呼吸)消耗等量的葡萄糖,前者释放的能量多于后者;丙中葡萄糖无消耗,说明葡萄糖不能在线粒体中分解。
9.C 据题图可知,糖酵解是细胞呼吸第一阶段,发生于有氧呼吸和无氧呼吸过程中;柠檬酸循环发生于有氧呼吸过程中,水和丙酮酸反应产生CO2、[H];有氧呼吸过程中丙酮酸分解成二碳化合物的场所是线粒体基质,在无氧呼吸过程中丙酮酸转化成二碳化合物的场所是细胞质基质;电子传递链发生的场所和利用O2、产生大量ATP的场所相同,均为线粒体内膜。
10.C a侧为线粒体外膜和内膜之间的间隙;蛋白质复合体Ⅱ没有运输氢离子的功能;主呼吸链途径可受氰化物抑制,则加入氰化物后,不利于在膜两侧建立氢离子浓度差,从而影响ATP的产生;提高AOX基因表达量,则会提高呼吸的分支途径,该途径不产生ATP,因此可增加产热,可降低低温的影响。
11.【答案】 (每空2分)
(1)有氧呼吸 细胞质基质 CO2(或二氧化碳)
(2)氧(氧气或O2)
(3)面团内的氧气被消耗,酵母菌进行无氧呼吸产生了酒精(乙醇)
【解析】 (1)酵母菌既能进行有氧呼吸,又能进行无氧呼吸,有氧气且充足时,酵母菌只进行有氧呼吸。有氧呼吸第一阶段是在细胞质基质中进行的。有氧呼吸第二阶段,在线粒体基质中进行,该过程丙酮酸和水反应生成CO2和NADH,并产生少量能量。(2)有氧呼吸第一、第二阶段生成的NADH,在第三阶段和O2反应生成水。(3)面团发酵时间过长,面团内的氧气被消耗,酵母菌进行无氧呼吸产生了酒精(乙醇)。
