第13講細胞呼吸的方式和過程[課標要求]1.說明生物通過細胞呼吸將儲存在有機分子中的能量轉化為生命活動可以利用的能量。2.活動:探究酵母菌的呼吸方式。考點一活動:探究酵母菌的呼吸方式1.實驗原理2.實驗設計思路——對比實驗3.實驗過程(1)配制酵母菌培養液:酵母菌+質量分數為5%的溶液,分別裝入A、B兩錐形瓶中。

(2)檢測CO2的產生,裝置如圖所示。①甲組中空氣先通過NaOH溶液的目的是。

②乙組中B瓶先密封放置一段時間后,再連通盛有澄清的石灰水的錐形瓶的目的是。

③CO2檢測:觀察兩組裝置中澄清的石灰水的變化。(3)檢測酒精的產生。提醒葡萄糖也能與酸性重鉻酸鉀反應發生顏色變化,因此,應將酵母菌的培養時間適當延長以耗盡溶液中的葡萄糖。4.檢測及實驗現象條件澄清的石灰水的變化/出現變化的快慢重鉻酸鉀的濃硫酸溶液甲組(有氧)變渾濁程度/快

無變化乙組(無氧)變渾濁程度/慢

出現色

5.實驗結論(1)酵母菌在有氧和無氧條件下都能進行細胞呼吸。(2)在有氧條件下產生CO2多而快,在無氧條件下

。

實驗組與對照組的判斷(1)概念:實驗組是指接受實驗變量處理,能夠實現預期結果的對象組。對照組是指不接受實驗變量處理的對象組。(2)判斷方法:在對照實驗中,人為增加某種影響因素即加法原理,人為去除某種因素,即減法原理。運用加法原理設計的實驗,做了加法處理的組即為實驗組,沒有做加法處理(處于自然狀態)的組就是對照組;同理,運用了減法原理設計的實驗,做了減法處理的組是實驗組,沒有做減法處理的組是對照組。對比實驗:指設置兩個或兩個以上的實驗組,通過對結果的比較分析,來探究某種因素對實驗對象的影響,這樣的實驗叫作對比實驗。對比實驗是特殊的對照實驗,如探究酵母菌細胞呼吸方式中,兩組實驗都做了處理,有氧和無氧均是自變量,都是實驗組,二者之間形成相互對照。能力1圍繞探究酵母菌細胞呼吸的方式,考查科學探究能力1.(2024·廣東梅州期末)某實驗小組為探究酵母菌的呼吸方式,做了以下兩組實驗:用注射器甲緩慢吸入25mL酵母菌葡萄糖培養液,倒置,排盡注射器中的氣體,再吸入25mL無菌氧氣,密封;用注射器乙緩慢吸入25mL酵母菌葡萄糖溶液,倒置,排盡注射器中的氣體,密封。將兩注射器置于25℃的水浴鍋中保溫一段時間,據圖分析以下說法錯誤的是()[A]當觀察到注射器甲中的總體積大于50mL時,說明酵母菌進行了無氧呼吸[B]取注射器乙中的適量液體,滴加少量酸性重鉻酸鉀溶液,溶液顏色由橙色變為灰綠色[C]將注射器甲中的氣體通入溴麝香草酚藍溶液中,可觀察到溶液顏色由藍變綠再變黃[D]當注射器甲、乙中的總體積均為50mL時,兩注射器中酵母菌消耗的葡萄糖的量相同考點二細胞呼吸的方式及過程1.細胞呼吸(1)概念:是指有機物在細胞內經過一系列的,生成二氧化碳或其他產物,釋放能量并生成的過程。

(2)類型:。

(3)實質:細胞內的有機物氧化分解,并釋放能量。2.有氧呼吸(1)概念:是指細胞在的參與下,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,釋放能量,生成的過程。

(2)有氧呼吸過程。[思考]線粒體能直接分解葡萄糖嗎?為什么?(3)寫出有氧呼吸總反應式(標出氧元素的來源與去向):(4)能量變化:1mol葡萄糖徹底氧化分解釋放的能量,只有少量能量(977.28kJ左右)轉移至ATP中,大部分能量則以熱能形式散失。提醒有氧呼吸消耗O2的量不一定等于產生CO2的量,如果是以脂肪為底物進行有氧呼吸,消耗O2的量要大于產生CO2的量,其原因是與葡萄糖相比,脂肪含H量高,因此有氧呼吸消耗O2的量大于產生CO2的量。3.無氧呼吸(1)概念:是指在沒有參與的情況下,葡萄糖等有機物經過分解,釋放

能量的過程。(2)場所:全過程是在中進行的。

(3)過程。[思考]不同生物無氧呼吸的產物不同,其直接原因是什么?(4)反應式。①產物為酒精:C6H12O6

。

②產物為乳酸:C6H12O6

。

(5)能量轉化。①只在釋放少量能量,生成少量ATP。

②葡萄糖分子中的大部分能量存留在中。

1.判斷正誤(1)(必修1P93相關信息)細胞內生成的NAD+參與葡萄糖轉化成丙酮酸的反應。()(2)(必修1P93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1P93~94正文)丙酮酸在細胞質基質中轉化成酒精和在線粒體基質中分解均可釋放能量并用于ATP的合成。()(4)(必修1P94正文)無氧呼吸不需要O2的參與,該過程最終有[H]的積累。()(5)(必修1P94相關信息)人體肌細胞無氧呼吸產生的乳酸不能被再度利用。()(6)(必修1P94正文)乳酸菌的細胞質中能產生[H]、ATP和CO2等物質。()(7)(必修1P94正文拓展)真核細胞中哺乳動物成熟的紅細胞、蛔蟲體細胞等無線粒體,只能進行無氧呼吸。但線粒體不是進行有氧呼吸必需的結構,如藍細菌(原核生物)無線粒體,但能進行有氧呼吸。()2.規范表達(1)(必修1P92圖58拓展)線粒體是細胞進行有氧呼吸的主要場所,其在結構上有哪些特點與功能相適應?(答出兩點)(2)(必修1P94相關信息拓展)在無氧呼吸過程中,葡萄糖中能量的主要去向是;

而氧化分解釋放出的能量主要去向是。

1.細胞呼吸過程中[H]和ATP的來源和去路分析2.有氧呼吸和產生酒精的無氧呼吸各物質間的關系比(以葡萄糖為呼吸反應物)(1)有氧呼吸中葡萄糖∶O2∶CO2=1∶6∶6。(2)產生酒精的無氧呼吸中葡萄糖∶CO2∶酒精=1∶2∶2。(3)消耗等量的葡萄糖時,產生酒精的無氧呼吸與有氧呼吸產生的CO2物質的量之比為1∶3。(4)消耗等量的葡萄糖時,有氧呼吸消耗的O2物質的量與有氧呼吸和產生酒精的無氧呼吸產生CO2物質的量之和的比為3∶4。能力2圍繞細胞呼吸類型的比較與判斷,考查科學思維2.(2025·廣東深圳月考)人體細胞內有一種類似“開關”的被稱為缺氧誘導因子(HIF)的蛋白質。研究發現,在正常的氧氣條件下HIF會迅速分解,但當氧氣含量下降時,HIF的含量會增加,進而促進腎臟細胞合成促紅細胞生成素(EPO)。EPO是一種人體內源性糖蛋白激素,可刺激骨髓生成新的紅細胞。下列說法正確的是()[A]人體細胞在缺氧環境中,二氧化碳的生成量大于氧氣的消耗量[B]與正常環境相比,缺氧環境中人體細胞中的NADH會積累[C]EPO在腎臟細胞中合成后通過胞吐的形式分泌出去[D]長期生活在高原地區的人體內,HIF的含量較低3.(2024·湖北武漢期中)細胞呼吸的呼吸熵為細胞呼吸產生的CO2量與細胞呼吸消耗的O2量的比值。現有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合液,培養條件適宜。下列相關分析錯誤的是()[A]若測得酵母菌的呼吸熵為1,則混合液中的酵母菌只進行有氧呼吸[B]若測得酵母菌的呼吸熵大于1,則混合液中的酵母菌同時進行有氧呼吸和無氧呼吸[C]根據放出的氣體是否能使溴麝香草酚藍溶液由藍變綠再變黃,可以確定酵母菌的呼吸方式[D]若測得CO2產生量為12mol,酒精的產生量為6mol,可推測有氧呼吸產生的CO2的量為6mol判斷細胞呼吸方式的三大依據(以葡萄糖為細胞呼吸的反應物)能力3結合細胞呼吸的相關計算,考查綜合運用能力4.(2025·四川閬中檢測)耐力性運動是指機體進行一定時間(每次30min以上)的低中等強度的運動,如步行、游泳、慢跑、騎行等,有氧呼吸是耐力性運動中能量供應的主要方式。堅持耐力性運動訓練,肌細胞中線粒體數量會出現適應性變化。下列敘述正確的是()[A]肌細胞進行有氧呼吸時,能產生ATP的場所是線粒體[B]若肌細胞進行有氧呼吸作用產生30mol的CO2,則需消耗5mol葡萄糖[C]推測每周堅持耐力性運動會使無氧呼吸增強,線粒體數量減少[D]線粒體中丙酮酸分解生成CO2和H2O的過程需要O2的參與5.(2024·天津模擬)有一瓶含有酵母菌的葡萄糖培養液,當通入不同濃度的O2時,其產生酒精和CO2的物質的量如圖所示。據圖中信息推斷,錯誤的是()[A]當O2濃度為a時,酵母菌只進行無氧呼吸[B]當O2濃度為c時,有2/3的葡萄糖用于酵母菌的無氧呼吸[C]當O2濃度為b和d時,酵母菌細胞呼吸方式有所不同[D]a、b、c、d不同O2濃度下,細胞呼吸各階段都能產生[H]和ATP考向一結合生命觀念及科學探究,考查有氧呼吸1.(2024·甘肅卷,3)梅蘭竹菊為花中四君子,很多人喜歡在室內或庭院種植。花卉需要科學養護,養護不當會影響花卉的生長,如蘭花會因澆水過多而死亡,關于此現象,下列敘述錯誤的是()[A]根系呼吸產生的能量減少使養分吸收所需的能量不足[B]根系呼吸產生的能量減少使水分吸收所需的能量不足[C]澆水過多抑制了根系細胞有氧呼吸但促進了無氧呼吸[D]根系細胞質基質中無氧呼吸產生的有害物質含量增加2.(2023·廣東卷,7)在游泳過程中,參與呼吸作用并在線粒體內膜上作為反應物的是()[A]還原型輔酶Ⅰ [B]丙酮酸[C]氧化型輔酶Ⅰ [D]二氧化碳考向二結合生命觀念及科學思維,考查無氧呼吸3.(2023·山東卷,4)水淹時,玉米根細胞由于較長時間進行無氧呼吸導致能量供應不足,使液泡膜上的H+轉運減緩,引起細胞質基質內H+積累,無氧呼吸產生的乳酸也使細胞質基質pH降低。pH降低至一定程度會引起細胞酸中毒。細胞可通過將無氧呼吸過程中的丙酮酸產乳酸途徑轉換為丙酮酸產酒精途徑,延緩細胞酸中毒。下列說法正確的是()[A]正常玉米根細胞液泡內pH高于細胞質基質[B]檢測到水淹的玉米根有CO2的產生不能判斷是否有酒精生成[C]轉換為丙酮酸產酒精途徑時釋放的ATP增多以緩解能量供應不足[D]轉換為丙酮酸產酒精途徑時消耗的[H]增多以緩解酸中毒4.(2023·全國乙卷,3)植物可通過呼吸代謝途徑的改變來適應缺氧環境。在無氧條件下,某種植物幼苗的根細胞經呼吸作用釋放CO2的速率隨時間的變化趨勢如圖所示。下列相關敘述錯誤的是()[A]在時間a之前,植物根細胞無CO2釋放,只進行無氧呼吸產生乳酸[B]a~b時間內植物根細胞存在經無氧呼吸產生酒精和CO2的過程[C]每分子葡萄糖經無氧呼吸產生酒精時生成的ATP比產生乳酸時的多[D]植物根細胞無氧呼吸產生的酒精跨膜運輸的過程不需要消耗ATP熱點情境3有氧呼吸中的電子傳遞鏈和氧化磷酸化[情境鏈接]有氧呼吸中的電子傳遞鏈和氧化磷酸化(有氧呼吸第三階段)(1)[H]在酶的催化下釋放電子和H+,電子被鑲嵌在線粒體內膜上的一系列特殊蛋白質捕獲和傳遞,最終與O2和H+結合,生成了H2O。(2)線粒體內膜上的這些特殊蛋白質則利用電子給予的能量將線粒體基質中的H+泵入內膜和外膜的間隙,構建了跨膜的H+濃度梯度。(3)H+沿著線粒體內膜上ATP合酶內部的通道流回線粒體基質,推動了ATP的合成(在一定范圍內,線粒體內膜兩側的H+濃度差越大,ATP合成得越多)。[典型例題](2022·山東卷,16改編)在有氧呼吸第三階段,線粒體基質中的還原型輔酶脫去氫并釋放電子,電子經線粒體內膜最終傳遞給O2,電子傳遞過程中釋放的能量驅動H+從線粒體基質移至內外膜間隙中,隨后H+經ATP合酶返回線粒體基質并促使ATP合成,然后與接受了電子的O2結合生成水。為研究短時低溫對該階段的影響,將長勢相同的黃瓜幼苗在不同條件下處理,分組情況及結果如圖所示。已知DNP可使H+進入線粒體基質時不經過ATP合酶。下列相關說法錯誤的是()[A]4℃時線粒體內膜上的電子傳遞受阻[B]與25℃時相比,4℃時有氧呼吸產熱多[C]與25℃時相比,4℃時有氧呼吸消耗葡萄糖的量多[D]DNP導致線粒體內外膜間隙中H+濃度降低,生成的ATP減少邏輯推理論證[遷移應用]1.(2024·山東淄博二模)電子傳遞鏈發生于線粒體內膜上。在線粒體內膜上,氧化過程(電子傳遞)和磷酸化(形成ATP)相耦聯(如圖)。已知DNP可阻礙磷酸化過程而不影響氧化過程,使得呼吸作用仍可進行,但無法產生ATP。魚藤酮可阻礙電子從復合體Ⅰ傳遞到UQ。氰化物可抑制電子從復合體Ⅳ傳遞給O2,但有些植物體還存在另外一條抗氰呼吸電子傳遞途徑,電子通過復合體Ⅰ傳遞給UQ后直接傳遞給交替氧化酶,消耗氧氣產生水,此過程無質子穿膜。下列說法不正確的是()[A]抗氰呼吸電子傳遞途徑可被魚藤酮抑制[B]植物抗氰呼吸時ATP的產生速率加快[C]DNP阻礙磷酸化后可使細胞的產熱量增加[D]氰化物影響有氧呼吸的第三階段2.(2024·海南瓊海月考)體育運動大體可以分為有氧運動和無氧運動。有氧運動過程中骨骼肌主要靠有氧呼吸供能,如慢跑。無氧運動過程中骨骼肌除進行有氧呼吸外,還會進行無氧呼吸,如短跑等。如圖為有氧呼吸的某個階段的示意圖。回答下列問題。(1)圖示過程是有氧呼吸的第階段。人在短跑時,產生CO2的具體部位是,產生[H]的具體部位是,有氧呼吸過程中的能量變化是

。

而人在慢跑時,消耗的O2在細胞呼吸中的用途是。

(2)據圖可知,H+沿著線粒體內膜上的ATP合酶內部的通道流回線粒體基質,推動某物質(A)合成ATP,則A為。有的減肥藥物能夠增加線粒體內膜對H+的通透性,使得H+回滲到線粒體基質,使得ATP合酶生成的ATP量減少,該藥物能夠加快體內有機物的消耗,但會嚴重危害健康,具體危害是(寫出一點即可)。

(3)有氧呼吸是在無氧呼吸的基礎上進化產生的,從能量的角度分析,與無氧呼吸相比,有氧呼吸能夠

,其在進化地位上更為高等。

(4)為判斷不同運動強度(高運動強度、中運動強度、低運動強度)下細胞呼吸的方式,設計了相關實驗,大體實驗思路如下:讓同一個體分別在三種不同運動強度(高、中、低)下運動相同一段時間后,測定相關指標數據。測定的指標為

。

第13講細胞呼吸的方式和過程考點一活動:探究酵母菌的呼吸方式實驗基礎·整合1.變渾濁藍→綠→黃灰綠色3.(1)葡萄糖(2)①除去空氣中的CO2②耗盡瓶中原有的氧氣(3)重鉻酸鉀4.高低灰綠5.(2)產生酒精,還產生少量的CO2關鍵能力·提升能力11.D由題可知,當觀察到注射器甲中的總體積大于50mL時,說明酵母菌細胞呼吸產生的二氧化碳量多于消耗的氧氣量,因此可以說明酵母菌進行了無氧呼吸;由于未提供氧氣,注射器乙中酵母菌進行的是無氧呼吸,會產生酒精,酒精可用酸性重鉻酸鉀溶液檢測,溶液顏色由橙色變為灰綠色;注射器甲中酵母菌細胞呼吸會產生二氧化碳,二氧化碳可使溴麝香草酚藍溶液由藍變綠再變黃;當注射器甲、乙中的總體積均為50mL時,注射器甲中酵母菌進行的是有氧呼吸,注射器乙中酵母菌進行的是無氧呼吸,兩者消耗葡萄糖的量不相等。考點二細胞呼吸的方式及過程必備知識·梳理1.(1)氧化分解ATP(2)有氧呼吸和無氧呼吸2.(1)氧二氧化碳和水大量ATP(2)細胞質基質線粒體基質線粒體內膜[H]+O2H2O[思考]不能;葡萄糖不能被運輸到線粒體內,線粒體中也沒有分解葡萄糖的酶。(3)3.(1)氧氣不完全少量(2)細胞質基質(3)酒精+CO2[思考]其直接原因在于催化反應的酶不同。(4)①2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量②2C3H6O3(乳酸)+少量能量(5)①第一階段②酒精或乳酸深挖教材1.(1)√(2)√(3)×丙酮酸在細胞質基質中轉化成酒精的過程是無氧呼吸第二階段,不釋放能量,也不產生ATP;丙酮酸在線粒體基質中被分解為CO2的過程是有氧呼吸第二階段,釋放能量并產生ATP。(4)×無氧呼吸雖沒有O2的參與,但也沒有[H]的積累,因為[H]在無氧呼吸第二階段被消耗。(5)×人體肌細胞無氧呼吸產生的乳酸可轉化成葡萄糖,可被機體再度利用。(6)×乳酸菌是厭氧生物,其無氧呼吸的產物是乳酸,其細胞質中能產生[H]、ATP,但沒有CO2的產生。(7)√2.(1)線粒體內膜向內折疊形成嵴,擴大了內膜的表面積,增加了酶的附著位點;線粒體的內膜上和基質中含有許多與有氧呼吸有關的酶。(2)轉移到乳酸或酒精中以熱能形式散失關鍵能力·提升能力22.C人體細胞進行無氧呼吸時產生乳酸,既不消耗氧氣,也不產生二氧化碳,故人體細胞在缺氧環境中,二氧化碳的生成量等于氧氣的消耗量;缺氧環境中人體細胞進行無氧呼吸時,第一階段產生的NADH在第二階段被消耗,不會積累NADH;EPO是一種內源性糖蛋白激素,通過胞吐的形式分泌出細胞,然后通過體液運輸,作用于靶細胞;高原地區缺氧,所以長期生活在高原地區的人體內,HIF的含量會增加。3.C若測得酵母菌的呼吸熵為1,說明酵母菌呼吸產生的CO2和消耗的O2體積相等,可說明酵母菌只進行有氧呼吸,不進行無氧呼吸;若測得酵母菌的呼吸熵大于1,說明酵母菌呼吸產生的CO2的量大于消耗的O2的量,則混合液中的酵母菌同時進行有氧呼吸和無氧呼吸;CO2可使溴麝香草酚藍溶液由藍變綠再變黃,由于酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸均產生CO2,所以不能根據放出的氣體是否能使溴麝香草酚藍溶液由藍變綠再變黃來確定酵母菌的呼吸方式;根據有氧呼吸的反應式:C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量,無氧呼吸的反應式:C6H12O62C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量,當無氧呼吸產生酒精的量是6mol時,無氧呼吸產生CO2的量為6mol,細胞呼吸中CO2總產生量為12mol,說明有氧呼吸產生CO2量為12-6=6(mol)。能力34.B肌細胞進行有氧呼吸時,能產生ATP的場所是線粒體和細胞質基質;有氧呼吸的反應式為C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量,依據反應式可得,肌細胞進行有氧呼吸作用產生30mol的CO2,需消耗5mol葡萄糖;依據題干信息,有氧呼吸是耐力性運動中能量供應的主要方式,線粒體是有氧呼吸的主要場所,故推測每周堅持耐力性運動會使有氧呼吸增強,線粒體數量先增多后保持相對穩定;丙酮酸分解生成CO2發生在有氧呼吸第二階段,不需要O2的參與,有氧呼吸第三階段生成H2O的過程,需要O2的參與。5.D分析題圖可知,O2濃度為a時,產生酒精的量與產生CO2的量相等,說明酵母菌只進行無氧呼吸;當O2濃度為c時,無氧呼吸產生的酒精量為6mol,根據無氧呼吸反應式可知,無氧呼吸消耗的葡萄糖是3mol,此時有氧呼吸產生的二氧化碳量為15-6=9(mol),則有氧呼吸消耗的葡萄糖是1.5mol,所以用于無氧呼吸的葡萄糖占2/3;O2濃度為b時,酵母菌既進行有氧呼吸,也進行無氧呼吸,O2濃度為d時,不產生酒精,酵母菌只進行有氧呼吸不進行無氧呼吸;有氧呼吸過程中各階段都能產生ATP,但第三階段不能產生[H],而進行無氧呼吸時,第二階段不能產生[H]和ATP。研練真題·感悟高考考向一1.B根系吸收無機鹽等營養物質的過程需要根系細胞呼吸產生的能量,澆水過多會使根系呼吸產生的能量減少,使養分吸收所需的能量不足;根系吸收水分是被動運輸,不消耗能量;澆水過多使土壤含氧量減少,抑制了根系細胞的有氧呼吸,但促進了無氧呼吸的進行;根系細胞無氧呼吸整個過程都發生在細胞質基質中,會產生有害物質酒精或乳酸。2.A游泳過程中主要以有氧呼吸提供能量,有氧呼吸的第一階段和第二階段都產生了[H],這兩個階段產生的[H]在第三階段經過一系列的化學反應,在線粒體內膜上與氧結合生成水,這里的[H]是一種簡化的表示方式,實際上指的是還原型輔酶Ⅰ。考向二3.B由題可知,玉米根細胞由于較長時間進行無氧呼吸導致能量供應不足,使液泡膜上的H+轉運減緩,引起細胞質基質內H+積累,說明細胞質基質內H+轉運至液泡需要消耗能量,為主動運輸,因此,正常玉米根細胞液泡內pH低于細胞質基質;玉米根部短時間水淹,根部氧氣含量少,部分根細胞可以進行有氧呼吸產生CO2,因此檢測到水淹的玉米根有CO2的產生不能判斷是否有酒精生成;轉換為丙酮酸產酒精途徑時,無ATP的產生;丙酮酸產酒精途徑時消耗的[H]與丙酮酸產乳酸途徑時消耗的[H]含量相同。4.C植物進行有氧呼吸或無氧呼吸產生酒精時都有二氧化碳釋放,圖示在時間a之前,植物根細胞無CO2釋放,據此推知在時間a之前,只進行無氧呼吸產生乳酸;a~b階段CO2釋放增加,a~b時間內植物根細胞存在經無氧呼吸產生酒精和CO2的過程,是植物通過呼吸途徑改變來適應缺氧環境的體現;無論是產生酒精還是產生乳酸的無氧呼吸,都只在第一階段釋放少量能量,第二階段無能量釋放,故每分子葡萄糖經無氧呼吸產生酒精時生成的ATP和產生乳酸時相同;酒精跨膜運輸方式是自由擴散,該過程不需要消耗ATP。熱點情境3有氧呼吸中的電子傳遞鏈和氧化磷酸化[典型例題]A與25℃相比,4℃時耗氧量增加,根據題意,電子經線粒體內膜最終傳遞給氧氣,說明電子傳遞未受阻;與25℃相比,短時間低溫4℃處理,ATP合成量較少,耗氧量較多,說明