細胞呼吸的原理及應用一、有氧呼吸1概念：細胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產生二氧化碳和水，釋放能量，生成大量ATP的過程。2主要場所線粒體：3過程第一階段第二階段第三階段場所細胞質基質線粒體基質線粒體內膜反應物葡萄糖丙酮酸、水O2、H生成物丙酮酸、H、ATPCO2、H、ATPH2O、ATP能量少量能量少量能量大量能量4有氧呼吸反應式：C6H12O66O26H2O6CO212H2O能量。5特點(1)必要條件：有氧參與，多種酶催化。(2)過程特點：能量是逐步釋放的，有機物徹底氧化分解。6能量轉化：1 moL葡萄糖徹底氧化分解后釋放出2 870 kJ的能量，其中1_161 kJ的能量儲存在ATP中，其余的能量以熱能形式散失掉。二、無氧呼吸1類型：對于微生物而言，根據產物的不同，可分為酒精發酵和乳酸發酵。2兩種類型的比較：酒精發酵乳酸發酵場所細胞質基質過程第一階段葡萄糖H丙酮酸少量能量第二階段丙酮酸酒精CO2丙酮酸乳酸反應式C6H12O62C2H5OH2CO2少量能量C6H12O62C3H6O3少量能量能量轉化1 mol 葡萄糖分解成乳酸后只釋放196.65 kJ能量，其中有61.08 kJ儲存在ATP中三、細胞呼吸原理的應用連線一、有氧呼吸1教材問題探討分析(1)仔細觀察教材P93圖58，分析線粒體與其功能相適應的結構特點有哪些？提示：線粒體內膜向內腔折疊形成嵴，大大增加了內膜表面積，在內膜上和基質中含有許多種與有氧呼吸有關的酶。(2)觀察教材P93圖59，并閱讀教材文字敘述，討論并交流下列問題：試從元素角度分析有氧呼吸過程中各物質的來源、去向，寫出反應式并用箭頭進行標注。提示：分析糖類(葡萄糖)為什么必須分解成丙酮酸后才能進行有氧呼吸的第二、三階段？提示：因為線粒體膜上不含有運輸葡萄糖的載體蛋白，葡萄糖不能進入線粒體(或線粒體內沒有催化葡萄糖分解的酶)。細胞呼吸過程中能量發生了怎樣的變化？提示：細胞呼吸過程中儲存在有機物中的穩定化學能，轉變成儲存在ATP的高能磷酸鍵中活躍化學能和熱能。 2判斷下列說法是否正確(1)細胞有氧呼吸的場所是線粒體。()(2)有氧呼吸過程中產生能量最多的是第三階段。()(3)細胞呼吸分解有機物釋放的所有能量都用于合成ATP。()二、無氧呼吸讀教材P94P95無氧呼吸內容，討論并交流下列問題：1所有生物無氧呼吸的產物相同嗎？說明理由。提示：不同。因為不同生物細胞所具有的酶不同，導致反應途徑不同，產物也不同。2無氧呼吸為什么產生的能量是少量的？提示：因為無氧呼吸生成的乳酸或酒精中儲存大部分能量。一、有氧呼吸和無氧呼吸的聯系與區別1細胞呼吸的過程圖解特別提醒(1)圖中忽略細胞與線粒體的大小比例。(2)有氧呼吸和無氧呼吸的第一階段完全相同。從丙酮酸開始由于是否有氧的存在及酶種類的差異，才分別沿著不同的途徑形成不同的產物。2有氧呼吸與無氧呼吸的比較項目有氧呼吸無氧呼吸不同點條件需氧不需氧場所細胞質基質(第一階段)、線粒體(第二、三階段)細胞質基質分解程度葡萄糖分解徹底葡萄糖分解不徹底產物CO2、H2O乳酸或酒精和CO2能量釋放大量能量少量能量相同點反應條件需酶和適宜溫度本質氧化分解有機物，釋放能量，生成ATP供生命活動所需過程第一階段從葡萄糖到丙酮酸完全相同意義為生物體的各項生命活動提供能量特別提醒(1)由葡萄糖的有氧呼吸反應式可知，消耗的O2與生成的CO2體積相等。(2)有氧呼吸和酒精發酵中都有CO2生成，但H2O是有氧呼吸的特有產物。(3)人和動物無氧呼吸產生乳酸，但有些高等植物的某些器官如玉米胚、馬鈴薯塊莖、甜菜塊根等無氧呼吸也產生乳酸。二、影響細胞呼吸的外界因素1溫度：通過影響呼吸酶的活性來影響呼吸速率。與溫度影響酶催化效率的曲線特征一致。如圖所示：生產上常利用這一原理在低溫下儲存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培過程中夜間適當降溫，來降低細胞呼吸，減少有機物的消耗。2O2濃度(1)對于無氧呼吸：隨氧氣濃度增加而受抑制，氧氣濃度越高，抑制作用越強，氧氣濃度達到一定值時，被完全抑制，如圖1所示：(2)對于有氧呼吸：氧氣是有氧呼吸的原料之一，在一定范圍內，隨著氧氣濃度的增加，有氧呼吸速率增強，但當氧氣濃度增加到一定值時，有氧呼吸速率不再增加。如圖2所示：(3)絕大多數植物的非綠色器官或酵母菌的呼吸速率受氧氣濃度的影響。如圖所示：特別提醒除了溫度、氧氣外，二氧化碳對有氧呼吸有抑制作用。生物含水量的多少影響呼吸作用，在一定范圍內，呼吸作用強度隨含水量的增加而增大。例1(江蘇高考)如圖為細胞呼吸作用的過程，其中代表有關生理過程發生的場所，甲、乙代表有關物質。下列相關敘述正確的是(多選)()A和都具有雙層生物膜B和所含酶的種類不同C和都能產生大量ATPD甲、乙分別代表丙酮酸、H解析分析題圖可推測為細胞質基質，為線粒體基質，為線粒體內膜；甲為丙酮酸，乙為H。與中的反應類型不同，故所含酶也不同；中進行有氧呼吸第三階段能產生大量ATP，中進行有氧呼吸第二階段，產生少量ATP。答案BD例2現有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合液，通入不同濃度的氧氣，產生的酒精和二氧化碳如圖所示。則在氧氣濃度為a時()A酵母菌只進行無氧呼吸不進行有氧呼吸B用于無氧呼吸的葡萄糖的比例是2/5C酵母菌有氧呼吸消耗9 mol氧氣DO2濃度對酵母菌的呼吸作用方式無影響解析假設有氧呼吸消耗的葡萄糖為x，消耗的氧氣為y，則由圖中數據和細胞呼吸的反應式可計算出：C6H12O66H2O6O26CO212H2O1 6 6x y 156得x3/2，y9C6H12O62CO22C2H5OH1 2 23 6 6因此，酵母菌既進行無氧呼吸也進行有氧呼吸；用于無氧呼吸的葡萄糖比例為2/3；有氧呼吸消耗的氧氣為9 mol；從圖中看出，隨著O2濃度的增加，產生的酒精量逐漸減少直至不產生酒精，可見O2可促進有氧呼吸，同時抑制無氧呼吸。答案C細胞呼吸方式的判斷方法(1)依據O2吸收量和CO2釋放量判斷：不消耗O2，釋放CO2只進行無氧呼吸；O2吸收量CO2釋放量只進行有氧呼吸；O2吸收量CO2釋放量兩種呼吸方式同時進行，且多余CO2來自無氧呼吸。(2)依據酒精和CO2生成量判斷：酒精量CO2量只進行無氧呼吸；酒精CO2量兩種呼吸方式同時進行，且多余CO2來自有氧呼吸。網絡構建填充：C6H12O62丙酮酸4H少量能量2丙酮酸6H2O6CO220H少量能量24H6O212H2O大量能量細胞質基質線粒體酶的活性有氧無氧抑制關鍵語句2有氧呼吸的三個階段：(1)細胞質基質：C6H12O6丙酮酸H能量(2)線粒體基質：丙酮酸H2OCO2H能量(3)線粒體內膜：HO2H2O能量3無氧呼吸的兩種反應類型：(1)C6H12O62C3H6O3少量能量(2)C6H12O62C2H5OH2CO2少量能量4真核生物有氧呼吸的場所是細胞質基質和線粒體，而無氧呼吸的場所只有細胞質基質。1在有氧呼吸過程中，水分子參與反應的過程和生成水分子的過程分別發生在()A第一階段和第二階段B第一階段和第三階段C第二階段和第三階段D第三階段和第二階段解析：選C在有氧呼吸的第二階段，2分子的丙酮酸和6分子的水在酶的作用下，生成6分子的CO2和20分子H并釋放少量的能量；第三階段是前兩階段產生24分子H與6分子的O2反應，生成水并釋放大量的能量。2有氧呼吸的三個階段都產生的是()A二氧化碳B丙酮酸CH和ADP DATP解析：選D在有氧呼吸的三個階段中，都釋放出能量，合成ATP。3下列細胞中，其呼吸過程會產生乙醇的是()A缺氧條件下的馬鈴薯塊莖細胞B劇烈運動時的人骨骼肌細胞C酸奶生產中的乳酸菌D受澇的植物根細胞解析：選D動物細胞、乳酸菌、馬鈴薯塊莖、玉米胚等進行無氧呼吸可產生乳酸。植物的常態根細胞在受澇(缺氧)條件下呼吸作用產生乙醇。4用含18O的葡萄糖跟蹤有氧呼吸過程中的氧原子，18O的轉移途徑是()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解析：選D有氧呼吸過程中，物質變化過程為：C6HO6C3HO3(丙酮酸)C18O2。5某種抑制劑使細胞的呼吸作用明顯下降，則同期下列物質吸收和產生減少的分別是()ACa2、丙氨酸 B甘油、二氧化碳C氧氣、水 D脂肪酸、乙醇解析：選C細胞進行有氧呼吸消耗葡萄糖和氧氣，產生CO2和水；利用某種抑制劑抑制細胞呼吸的進行，氧氣的消耗量和水的產生量都會同期減少。6某些植物在早春開花時，花序細胞的耗氧速率高出其他細胞100倍以上，但單位質量葡萄糖生成ATP的量卻只有其他細胞的40%，此時的花序細胞()A主要通過無氧呼吸生成ATPB產生的熱量遠多于其他細胞C線粒體基質不參與有氧呼吸D沒有進行有氧呼吸第三階段解析：選B耗氧速率高說明有氧呼吸強；單位質量的葡萄糖有氧分解產生的總能量，有產熱和形成ATP兩個去路，ATP少說明產熱多，B正確。7如圖是酵母菌細胞有氧呼吸過程的圖解。請根據圖回答下列問題。(1)圖中所代表的物質分別是_、_。(2)依次寫出圖中、所代表的能量多少：_(選填“少量”或“大量”)。(3)如果氧氣供應不足，其產物是_，反應的場所是_，該反應可以寫成：_。解析：(1)根據圖示物質轉化關系及有氧呼吸過程中的物質變化過程判斷，是葡萄糖，丙酮酸，是氧氣，都是能量。(2)有氧呼吸第一階段、第二階段都釋放出少量能量，第三階段則釋放出大量能量。(3)若氧氣供應不足，酵母菌進行無氧呼吸，產生酒精和CO2，其反應場所是細胞質基質。答案：(1) 丙酮酸 O2(2)少量、少量、大量(3)C2H5OH(或酒精)和CO2細胞質基質C6H12O62C2H5OH2CO2少量能量(時間：45分鐘；滿分：100分)一、選擇題(每小題5分，共50分)1高等植物有氧呼吸和無氧呼吸都能產生CO2，它們分別形成于()細胞質基質葉綠體核糖體線粒體ABC D解析：選D有氧呼吸放出的CO2是在線粒體內進行的第二階段產生的，無氧呼吸只在細胞質基質中進行。2關于細胞呼吸的敘述，正確的是()A種子風干脫水后呼吸強度增強B土壤淹水可導致根系發生無氧呼吸C破傷風桿菌在有氧條件下能大量繁殖D小麥種子萌發過程中有氧呼吸逐漸減弱解析：選B種子風干脫水后呼吸強度減弱；土壤淹水，導致根系因缺氧而發生無氧呼吸；破傷風桿菌屬于厭氧型細菌，無氧條件下才能大量繁殖；種子萌發過程中有氧呼吸逐漸增強。3在生物體內有機物氧化分解的全過程中，完全在線粒體內進行的是()AC6H12O66O2CO26H2O能量B丙酮酸和水形成CO2和HCC6H12O62C2H5OH2CO2能量D丙酮酸轉化成乳酸解析：選B除有氧呼吸的后兩個階段是在線粒體中進行以外，無氧呼吸全過程、有氧呼吸第一階段均在細胞質基質中進行。4在用酵母菌進行家庭釀酒的過程中，從密閉的發酵罐中檢測到3種化學物質，其濃度變化如圖，圖中P、Q、R三曲線依次代表() ACO2、C2H5OH、O2 BCO2、O2、C2H5OH CC2H5OH、O2、CO2 DC2H5OH、CO2、O2解析：選A在密閉的容器內，酵母菌開始進行有氧呼吸，消耗容器內的氧氣，產生CO2和水，隨著氧氣的消耗酵母菌進行無氧呼吸，產生酒精和CO2，在整個過程中，O2減少直至消耗干凈，酒精和CO2都是逐漸增加，直至容器內的葡萄糖被消耗干凈，酒精和CO2的產生量不再增加。5一密閉容器中加入葡萄糖溶液和酵母菌，1小時后測得該容器中O2減少24 mL，CO2增加48 mL，則在1小時內酒精發酵所消耗的葡萄糖量是有氧呼吸的()A1/3倍 B1/2倍C2倍 D3倍解析：選D酵母菌進行有氧呼吸消耗O2，容器中O2減少24 mL就等于有氧呼吸消耗的O2為24 mL，根據有氧呼吸的反應式可推出有氧呼吸消耗O2的量等于其產生的CO2量，這樣有氧呼吸產生的CO2為24 mL，容器中CO2增加量為酵母菌進行呼吸作用產生的CO2總量，則無氧呼吸產生的CO2為(4824)24(mL)，那么無氧呼吸所消耗的葡萄糖/有氧呼吸所消耗的葡萄糖(24/2)/(24/6)3。6將酵母菌研磨成勻漿，離心后得上清液(細胞質基質)和沉淀物(含線粒體)，把等量的上清液、沉淀物和未曾離心的勻漿分別放入甲、乙、丙三個試管中，各加入等量葡萄糖溶液，然后置于隔絕空氣的條件下。下列敘述正確的是()A甲試管中最終產物為CO2和H2OB乙試管中不發生反應C丙試管中有大量的ATP產生D丙試管中無CO2產生解析：選B根據題目中對酵母菌的處理，甲試管中裝入的是細胞質基質，乙試管中裝入的是線粒體，丙試管中裝入的是未曾離心的酵母菌勻漿。三只試管中都裝入葡萄糖，在無氧條件下，甲試管能夠完成無氧呼吸的整個過程，產生酒精和CO2，釋放出少量的能量；乙試管不發生反應；丙試管中能夠完成整個的無氧呼吸過程。7如圖表示呼吸作用過程中葡萄糖分解的兩個途徑。酶1、酶2和酶3依次分別存在于()A線粒體、線粒體和細胞質基質B線粒體、細胞質基質和線粒體C細胞質基質、線粒體和細胞質基質D細胞質基質、細胞質基質和線粒體解析：選C圖中酶1參與催化葡萄糖分解生成丙酮酸，為無氧呼吸和有氧呼吸的第一階段，是在細胞質基質中進行的；酶2參與的是有氧呼吸的第二、三階段，它是在線粒體中進行的；酶3參與的是無氧呼吸的第二階段，它是在細胞質基質中進行的。8我國加入WTO，提高產品的競爭力是當務之急，其中，延長保鮮期是讓產品在競爭中取勝的條件之一。為了延長水果、蔬菜的保鮮期，可采取如下措施()A充入O2，溫度為5 B充入O2，溫度為20 C充入N2，溫度為5 D充入N2，溫度為20 解析：選C生產中延長水果、蔬菜的保鮮期，實質上是降低其有氧呼吸速率，減少有機物的消耗，因此可采用充入N2，抑制有氧呼吸，控制0 以上低溫，降低酶的活性，從而使細胞呼吸速率減慢。9有一瓶混有酵母菌的葡萄糖培養液，當通入不同濃度的氧氣時，其產生的C2H5OH和CO2的量如下表所示。通過對表中數據分析可得出的結論是()氧濃度(%)abcdCO2產生量(mol)912.5 1530C2H5OH產生量(mol)96.560Aa濃度時酵母菌有氧呼吸速率等于無氧呼吸速率Bb濃度時酵母菌有氧呼吸速率大于無氧呼吸速率Cc濃度時有50 %的葡萄糖用于酵母菌的無氧呼吸Dd濃度時酵母菌只進行有氧呼吸未進行無氧呼吸解析：選D酵母菌無氧呼吸的反應式為：C6H12O62C2H5OH2CO2少量能量，有氧呼吸反應式為：C6H12O66H2O6O26CO2 12H2O大量能量。氧濃度為a時， CO2和C2H5OH產生量相等，說明酵母菌只進行無氧呼吸；氧濃度為b時，無氧呼吸產生的C2H5OH的量等于CO2的產生量，都是6.5 mol，消耗葡萄糖的量為6.523.23 mol；有氧呼吸釋放的CO2為12.56.56 mol，消耗的葡萄糖為1 mol，無氧呼吸速率大于有氧呼吸。氧濃度為c時，無氧呼吸消耗葡萄糖3 mol，有氧呼吸產生CO2的量為1569 mol，消耗葡萄糖為1.5 mol，用于酵母菌無氧呼吸的葡萄糖占100%66.7%；d濃度時，沒有酒精產生，表明酵母菌只進行有氧呼吸過程，沒有進行無氧呼吸。10將蘋果儲藏在密閉容器中，較長時間后會聞到酒香。當通入不同濃度的氧氣時，其O2的消耗量和CO2的產生量如表所示(假設細胞呼吸的底物都是葡萄糖)。則下列敘述錯誤的是()氧濃度(%)abcdeCO2產生量(mol/min)1.21.01.31.63.0O2的消耗量(mol/min)00.50.71.23.0A氧濃度為a時，蘋果的細胞呼吸只在細胞質基質中進行B氧濃度為c時，蘋果產生C2H5OH的量為0.6 mol/minC氧濃度為d時，消耗的葡萄糖中有1/4用于酒精發酵D氧濃度為b時，較適宜蘋果的儲藏解析：選C氧濃度為a時，細胞只進行無氧呼吸，場所是細胞質基質；氧濃度為c時，兩種呼吸方式并存，無氧呼吸產生的CO2與酒精均為0.6 mol/min；氧濃度為d時，有氧呼吸與無氧呼吸CO2產生量分別為1.2 mol/min和0.4 mol/min，消耗葡萄糖之比為11，即有1/2葡萄糖用于酒精發酵；CO2產生量最少的氧濃度點是儲藏蘋果的最佳濃度。二、非選擇題(共50分)11(14分)生物體內葡萄糖分解代謝過程的圖解如下，請據圖回答：(1)圖中A是_，其產生的部位是_。(2)反應中，必須在有氧條件下進行的是_，可在人體細胞中進行的是_。(3)蘋果貯藏久了，會有酒味產生，其原因是發生了圖中_過程。(4)如果有氧呼吸和無氧呼吸產生等量的CO2，所消耗的葡萄糖之比為_。解析：(1)根據細胞呼吸過程中的物質變化可判斷，A是丙酮酸，其產生的部位是細胞質基質。(2)圖中是有氧呼吸或無氧呼吸第一階段，不需要氧氣參與，是有氧呼吸第二、三階段，其中第三階段需要在有氧條件下完成，和表示無氧呼吸過程，其中能夠在人體細胞進行的是。(3)蘋果貯藏久了，內部果肉細胞會進行無氧呼吸，產生酒精和CO2，即圖中過程。(4)有氧呼吸的反應式：C6H12O6 6H2O 6O26CO212H2O大量能量，無氧呼吸的反應式：C6H12O62C2H5OH2CO2少量能量，如果有氧呼吸和無氧呼吸產生等量的CO2，所消耗的葡萄糖之比為13。答案：(1)丙酮酸細胞質基質(2)(3)(4)1312(18分)為研究淹水時KNO3對甜櫻桃根呼吸的影響，設四組盆栽甜櫻桃，其中一組淹入清水，其余三組分別淹入不同濃度的KNO3溶液，保持液面高出盆