精简版 第5章 细胞的能量供应和利用之呼吸作用

专题 细胞呼吸 本专题的高频考点是光合作用过程、光合作用的影响因素及其在生产实践中的应用；有氧呼吸过程、影响细胞呼吸的因素及粮食、果蔬贮存的原理与应用。 命题的角度通常是结合图解或实验数据来考查光合作用与细胞呼吸过程中的物质变化及影响因素。 复习指导：以物质合成与分解为纽带，系统复习细胞呼吸、光合作用过程及影响因素等内容；运用图文结合法使光合作用与细胞呼吸的场所、物质变化的关系形象化、直观化，且便于理解和记忆；以图、曲线形式表示环境因素对光合作用和细胞呼吸的影响，强化对数据和坐标曲线的。 一、细胞呼吸：也称呼吸作用，是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。又叫生物氧化。 实质：氧化分解有机物，释放能量。 二、细胞呼吸的方式——有氧呼吸和无氧呼吸 1、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式 （1）检测CO2的产生：澄清的石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液；CO2可使澄清石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝→绿→黄。 （2）检测酒精的产生：溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液，重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色。 （3）实验现象：有氧气组的澄清石灰水浑浊程度高且速度快，且滴入重铬酸钾溶液后不变色； 无氧气组的澄清石灰水变得稍微混浊，且滴入重铬酸钾溶液后由橙色变成灰绿色。 （4）实验结论：①酵母菌有氧呼吸产生大量的CO2和水，无酒精；②酵母菌无氧呼吸产生的是酒精和少量CO2。 （5）实验说明： （1）实验中氢氧化钠溶液的作用是：吸收空气中的CO2，保证通入石灰水的气体中的CO2全部来自酵母菌的细胞呼吸，从而排除空气中CO2对实验结果的干扰。 （2）怎样保证乙图中通入石灰水的CO2全部来自酵母菌的呼吸？实验开始时，应将B瓶密封后放置一段时间，以消耗完瓶中氧气，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保通入石灰水的CO2是由酵母菌无氧呼吸产生的。 （3）用溴麝香草酚蓝水溶液检测，就可避免“石灰水变浑浊，很快又变澄清”的现象。 （4）自变量：有、无氧；因变量：CO2与酒精的产生量。 2、有氧呼吸 （1）有氧呼吸各阶段的反应式与总反应式列举 第一阶段：细胞质基质 C6H12O6→2C3H403（丙酮酸）＋4[H] ＋少量能量 （2ATP＋热能） 第二阶段：线粒体基质 2C3H403＋6H2O→6CO2＋20[H] ＋少量能量 （2ATP＋热能） 第三阶段：线粒体内膜 24[H] ＋6O2→12H2O＋能量 （34ATP＋热能） 总反应式：细胞质基质和线粒体 C6H12O6＋6H2O＋6O2→6CO2＋12H2O＋能量 （2）重要变化归纳 ①CO2产生于第二阶段，是丙酮酸和水反应生成的，这个过程在线粒体基质中进行； ②O2参与有氧呼吸的第三阶段， O2和[H]结合生成水，故呼吸作用产物水中的氧来自O2，发生在线粒体内膜上； ③[H]产生于第一阶段（少量）、第二阶段（大量），用于第三阶段与O2结合生成水，同时释放大量能量； ④有氧呼吸过程中的反应物和生成物中都有水，反应物中的水是用于第二阶段，生成物中的水产生于有氧呼吸第三阶段。 （3）变式图解归纳 典例1、（2012.江苏卷）（多选）下图表示细胞呼吸作用的过程，其中 1~3代表有关生理过程发生的场所，甲、乙代表有关物质，下列相关叙述正确的是（ ） A．1 和 3 都具有双层生物膜 B．1 和 2 所含酶的种类不同 C．2 和 3 分别都能产生大量 ATP D．甲、乙分别代表丙酮酸、[H] 2、下图表示某绿色植物细胞内部分物质的转变过程，有关叙述正确的是(　　) A．图中①、②两物质依次是H2O和O2 B．图中(一)、(二)两阶段产生[H]的场所都是线粒体 C．图中(三)阶段产生的水中的氢最终都来自葡萄糖 D．该过程只能在有光的条件下进行，无光时不能进行 3、无氧呼吸 第一阶段：细胞质基质 C6H12O6→2C3H403（丙酮酸）＋4[H] ＋少量能量 （2ATP＋热能） 第二阶段：细胞质基质 2C3H403（丙酮酸）＋4[H]→2C3H6O3（乳酸）常见于动物、乳酸菌、土豆块茎、甜菜块根等； 2C3H403（丙酮酸）＋4[H]→2C2H5OH＋2CO2 常见于大多数植物、酵母菌等。 总反应式：细胞质基质 C6H12O6→2C3H6O3（乳酸）＋少量能量或C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量 【易错点拨】 （1）不同生物的细胞，无氧呼吸的产物不同，其直接原因是与呼吸作用有关的酶的种类不同，根本原因是生物体内的遗传物质不同，即DNA决定了与呼吸作用有关的酶的种类。 （2）无氧呼吸只在第一阶段释放出少量的能量，合成少量ATP。第二阶段是不产生能量的，葡萄糖分子中的大部分能量则贮存在酒精或乳酸中。 （3）有线粒体的细胞也可以进行无氧呼吸，如酵母菌细胞、人体细胞、苹果细胞等。 巩固训练： 1、（2010.新课标全国理综）下列关于呼吸作用的叙述，正确的是（ ） A．无氧呼吸的终产物是丙酮酸 B．有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水 C．无氧呼吸不需要O2的参与。该过程最终有[H]的积累 D．质量相同时，脂肪比糖原有氧氧化释放的能量多 2、（2011.海南卷）细胞内糖分解代谢过程如下图，下列叙述错误的是（ ） A．植物细胞能进行过程①和③或过程①和④　　 B．真核细胞的细胞质基质中能进行过程①和② C．动物细胞内，过程②比过程①释放的能量多　　 D．乳酸菌细胞内，过程①产生[H]，过程③消耗[H] 3、如图表示光照、贮藏温度对番茄果实呼吸强度变化的影响。下列有关叙述中，不正确的是（ ） A．番茄果实细胞产CO2的场所是线粒体和细胞质基质  B．光照对番茄果实呼吸的抑制作用8℃时比15℃时更强  C．低温，黑暗条件下更有利于贮存番茄果实   D．贮藏温度下降时果实呼吸减弱，可能与细胞内酶活性降低有关 4、（2010年上海7）在人和植物体内部会发生的物质转化过程是（ ） ①葡萄糖彻底氧化 ②葡萄糖转化为乙醇 ③葡萄糖脱水缩合 ④葡萄糖分解为丙酮酸 A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④ 5、有氧呼吸中产生能量最多的是（ ） A．形成二氧化碳时 B．形成［H］时 C．形成水时 D．形成丙酮酸时 6、用含有18O的葡萄糖过滤嘴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→氧气 C．葡萄糖→氧气→水 D．葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳 3、影响细胞呼吸的因素及其应用 影响细胞呼吸的因素有温度、O2浓度、CO2浓度和含水量等，复习时可将影响细胞呼吸的因素和在生产生活中的应用举例相结合。 因素 曲线 解读 应用 温度 温度主要影响呼吸酶的活性。最适温度时，细胞呼吸最强，超过最适温度呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制；低于最适温度酶活性下降，细胞呼吸受抑制 （1）（零上）低温储存蔬菜、水果； （2）在大棚蔬菜的栽培过程中，夜间适当降温，抑制呼吸作用，减少有机物的消耗，可提高产量。 O2的 浓度 A点：不消耗氧气，但产生CO2，细胞进行产酒精的无氧呼吸； AC段：当CO2释放量大于O2消耗量时，细胞同时进行产生酒精的无氧呼吸和有氧呼吸两种方式，如酵母菌在不同O2浓度下的细胞呼吸，两者差值即多余的CO2来自无氧呼吸。（哪种呼吸占优势，见第6页的分析。） C点以后：CO2释放量等于O2消耗量时，细胞只进行有氧呼吸； O2浓度为0时，只进行无氧呼吸；O2浓度低时，无氧呼吸占优势；随O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强；但当O2浓度达到一定值后，随O2浓度增大，有氧呼吸不再加强（受呼吸酶数量等因素的影响） （1）生活中常利用降低氧气浓度能抑制呼吸作用，减少有机物消耗这一原理来延长蔬菜水果的保鲜时间。但是在完全无氧的情况下，无氧呼吸分解的有机物也较多，不利于蔬菜水量的保质、保鲜。一般采用低氧（约5%）来保存，此时有氧呼吸较弱，而无氧呼吸又受到抑制。 （2）无土栽培通入空气，作物栽培时中耕松土，都是为了增加氧气含量，促进根细胞有氧呼吸，保证能量供应，促进矿质元素的吸收。 （3）稻田定期排水，促进根细胞有氧呼吸，防止无氧呼吸产生的酒精毒害根细胞，造成烂根死亡。 （4）“创可贴”包扎伤口，为伤口创造疏松透气的环境，从而防止厌氧菌繁殖。 （5）提倡慢跑等有氧运动，防止无氧呼吸产生乳酸使肌肉酸胀。 （6）工业发酵罐酿酒，先通气让酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，后密封让酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。 CO2的 浓度 CO2是呼吸作用的产物。从化学平衡的角度分析，增加CO2的浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用 在密闭的地窖中，O2浓度低，CO2浓度较高，抑制细胞的呼吸作用，使整个器官的代谢水平，有利于保存蔬菜、水果。 在蔬菜、水果保鲜中，增加CO2浓度（或充入N2）可抑制细胞呼吸，减少有机物消耗。 含 水 量 呼吸作用的各种化学反应都是在水中进行的，自由水含量增加，代谢加强。 在一定范围内，呼吸作用强度随含水量的增加而加强，随含水量的减少而减弱。 将粮油种子晒干，降低含水量，使呼吸作用降至最低，以减少有机物消耗。 如果种子含水量过高，呼吸作用加强，使贮藏的种子堆中温度上升，反过来又进一步促进种子的呼吸作用，使种子的品质变坏。 【联想发散】粮食种子保存：零上低温、低氧、干燥； 果蔬贮藏：零上低温、低氧、中等湿度、充氮气。 【考题精选】 1、下图表示某植物幼根的细胞呼吸过程中，O2的吸收量和CO2的释放量随环境中O2浓度的变化而变化的曲线，其中线段XY＝YZ，则在氧浓度为a时(　 　) A．有氧呼吸比无氧呼吸释放的能量多 B．有氧呼吸和无氧呼吸释放的能量相等 C．有氧呼吸比无氧呼吸消耗的有机物多 D．有氧呼吸比无氧呼吸释放的二氧化碳多 2、（2011年山东4）某兴趣小组在室温下进行了酵母菌无氧呼吸的探究实验（如图）。下列分析错误的是（ ） A．滴管中冒出的气泡是反应产生CO2的结果 B．试管中加水的主要目的是制造无氧环境 C．若试管中的水换成冷水，气泡释放速率下降 D．被分解的葡萄糖中的能量一部分转移至ATP，其余的存留在酒精中 3、（2009年全国卷II）下列关于细胞呼吸的叙述，错误的是（ ） A．细胞呼吸必须在酶的催化下进行 B．人体硬骨组织细胞也进行呼吸 C．酵母菌可以进行有氧呼吸和无氧呼吸 D．叶肉细胞在光照下进行光合作用，不进行呼吸作用 4、（2009年广东理基41）在密闭容器内，酵母菌利用葡萄糖产生酒精，此过程不生成（ ） A．ATP B．乳酸 C．三碳化合物 D．CO2 5、（2009年广东）利用地窖贮藏种子、果蔬在我国历史悠久。地窖中的CO2浓度较高，有利于（ ） A．降低呼吸强度 B．降低水分吸收 C．促进果实成熟 D．促进光合作用 6、（2009年上海30）在a、b、c、d条件下，测得某植物种子萌发时CO2和O2体积变化的相对值如右表。若底物是葡萄糖，则下列叙述中正确的是（ ） A．a条件下，呼吸产物除CO2外还有酒精和乳酸 B．b条件下，有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多 C．c条件下，无氧呼吸最弱 D．d条件下，产生的CO2全部来自线粒体 7、（2012年上海25）图9表示细胞内葡萄糖分解的反应式，下列关于该过程的说法正确的是（ ） A．只发生在细胞有氧时 B．只发生在细胞缺氧时 C．只发生在线粒体内 D．只发生在细胞质基质内 8、（2012安徽29）为探究酵母菌的细胞呼吸，将酵母菌破碎并进行差速离心处理，得到细胞质基质和线粒体，与酵母菌分别装入A－F试管中，加入不同的物质，进行了如下实验（见下表） 试管编号 加入的物质 细胞质基质 A B 线粒体 C D 酵母菌 E F 葡萄糖 － ＋ － ＋ ＋ ＋ 丙酮酸 ＋ － ＋ － － － 氧气 ＋ － ＋ － ＋ － 注：“＋”表示加入了适量的相关物质，“－”表示未加入相关物质 （1）会产生CO2和H2O的试管有 ，会产生酒精的试管有 ，根据试管 的实验结果可判断出酵母菌进行无氧呼吸的场所。（均填试管编号） （2）有氧呼吸产生的[H]，经过一系列的化学反应，与氧结合形成水。2，4—二硝基苯酚（DNP）对该氧化过程没有影响，但使该过程所释放的能量都以热的形式耗散，表明DNP使分布在 的酶无法合成ATP。若将DNP加入试管E中，葡萄糖的氧化分解 （填“能”或“不能”）继续进行。 9（2009年安徽29）现有等量的A、B两个品种的小麦种子，将它们分别置于两个容积相同、密闭的棕色广口瓶内，各加入适量（等量）的水。在25℃的条件下，瓶内O2含量变化如图所示。请回答： (1)在t1—t2期间，瓶内O2含量的降低主要是由种子的 引起的，A种子比B种子的呼吸速率 、B种子释放CO2的量的变化趋势是 。 (2)在0—t1期间，广口瓶内的CO2有少量增加，主要原因可能是 。 细胞呼吸方式的判定方法 1、判定指标 判定细胞呼吸方式的指标包括CO2释放量、O2消耗量以及酒精产生量等。 2、判定方法 不消耗O2——无氧呼吸 （1）据是否消耗O2 耗氧量＝CO2产生量→只进行有氧呼吸 消耗O2——有氧呼吸 耗氧量＜CO2产生量→两种呼吸方式并存，且多余的CO2来自 无氧呼吸。 耗氧量＞CO2产生量→呼吸底物可能有脂质参与 说明：若已知的是酒精产生量，则其物质的量等于无氧呼吸产生CO2的物质的量。 （2）根据产物来判断 如果产物有水，则一定有有氧呼吸； 如果产物中有酒精生成——产酒精的无氧呼吸； 如果产物中无气体CO2生成——产乳酸的无氧呼吸； 有含氮废物生成——呼吸底物为含氮废物（如蛋白质）。 注意：如果产物中有CO2，则要分情况进行讨论（有氧呼吸、产酒精的无氧呼吸中均有CO2生成）。 （3）根据反应物中物质的量的关系进行判断 气体变化特点 判断方法 实例 无CO2释放 细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸。此种情况下，容器内气体体积不发生变化 马铃薯块茎的无氧呼吸 有酒精生成，不消耗O2，但释放CO2 细胞只进行产生酒精和CO2的无氧呼吸。此种情况下，容器内气体体积增大 酵母菌的无氧呼吸 CO2的释放量＝O2消耗量 细胞只进行有氧呼吸。此种情况下，容器内气体体积不变化，但若将释放的CO2吸收，可引起气体体积减小 人体细胞的有氧呼吸 CO2的释放量＞O2的消耗量 (消耗葡萄糖速率) VCO2/VO2＝4/3 有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等 酵母菌两种呼吸共存时的呼吸强度大小 VCO2/VO2＞4/3 无氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于有氧呼吸的消耗速率 VCO2/VO2＜4/3 有氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于无氧呼吸的消耗速率 （4）根据反应场所来判断 在真核细胞中，有氧呼吸的第一阶段发生在细胞质基质中，第二、三阶段发生在线粒体中；无氧呼吸全过程发生在细胞质基质中。 动物细胞中CO2只来自有氧呼吸，其产生场所只有线粒体。 【技能训练】细胞呼吸类型的判断 详见讲义第60页 PAGE 专题 细胞呼吸与光合作用 之 呼吸作用 第 4 页 共5页