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- 2021-10-11 发布
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第7讲 细胞呼吸
浙江[学考+选考]考纲确认
考点
知识内容
必考
加试
11.细胞呼吸
(1)需氧呼吸与厌氧呼吸的概念和过程
b
b
(2)需氧呼吸与厌氧呼吸的异同
b
(3)细胞呼吸在实践中的应用
b
b
考点一| 细胞呼吸的原理
1.细胞呼吸
(1)含义:细胞内进行的将糖类等有机物分解为无机物或者小分子有机物,并且释放出能量的过程。
(2)分类
2.需氧呼吸
(1)含义:细胞在氧气的参与下,把糖分子氧化成二氧化碳和水,并释放能量,生成大量ATP的过程。
(2)反应式:
C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量。
(3)过程
第一阶段
第二阶段
第三阶段
名称
糖酵解
柠檬酸循环
电子传递链
场所
细胞溶胶
线粒体基质、嵴
线粒体内膜
物质变化
(反应式)
C6H12O6丙酮酸+[H]
丙酮酸+H2OCO2+[H]
[H]+O2H2O
产能情况
少量ATP
少量ATP
大量ATP
(4)特点:在常温下发生,所产生的能量中有相当一部分贮存在ATP中,
能量利用率很高。
(5)实质:葡萄糖中的碳氧化为二氧化碳,其中的氢被氧化成水。
3.厌氧呼吸
(1)含义:细胞在无氧条件下,将糖分子分解成乳酸或乙醇和CO2,并释放能量,生成少量ATP的过程。
(2)乳酸发酵和乙醇发酵
场所
反应物
生成物
第一阶段糖酵解
细胞溶胶
葡萄糖
丙酮酸、[H]和少量能量(2个ATP)
第二阶段
乳酸发酵
丙酮酸、[H]
乳酸
乙醇发酵
丙酮酸、[H]
乙醇和CO2
1.(2016·10月浙江选考)真核细胞需氧呼吸的基本过程示意图如下。下列叙述正确的是( )
A.阶段A为糖酵解,该阶段的产物是丙酮酸和物质①
B.阶段B为柠檬酸循环,该过程产生大量ATP
C.阶段A和阶段B为阶段C提供[H]和ATP
D.阶段C为电子传递链,有关酶存在于线粒体内膜
D [阶段A为糖酵解,该阶段的产物是丙酮酸和[H];阶段B为柠檬酸循环,该过程产生少量ATP;阶段A和阶段B为阶段C提供[H]。]
2.(2016·4月浙江选考)细胞呼吸中葡萄糖分解为丙酮酸。下列有关叙述正确的是( )
A.在线粒体内膜上进行
B.不产生CO2
C.必须在有O2条件下进行
D.形成大量ATP
B [葡萄糖分解为丙酮酸的过程叫做糖酵解,场所为细胞溶胶,A错误;葡萄糖分解产生丙酮酸和还原氢,无CO2产生,B正确;糖酵解反应不需要O2,C错误;糖酵解过程并未将葡萄糖彻底氧化分解,故只释放少量能量,形成少量ATP,D错误。]
3.(2015·10月浙江选考)下列关于人体需氧呼吸的叙述,正确的是( )
A.电子传递链产生的ATP最多
B.柠檬酸循环中O与[H]结合生成水
C.与糖酵解有关的酶分布在线粒体的嵴上
D.丙酮酸在细胞溶胶中分解产生二氧化碳
A [电子传递链发生在第三阶段,此阶段释放大量能量,因而产生的ATP最多,A正确;柠檬酸循环发生在第二阶段,而O与[H]结合生成水发生在第三阶段,B错误;与糖酵解有关的酶分布在细胞质基质中,C错误;丙酮酸在线粒体基质中分解产生二氧化碳,D错误。]
1.需氧呼吸各元素的来源及去路
(1)CO2是在第二阶段产生的,是丙酮酸和水反应生成的,CO2中的氧原子一个来自葡萄糖,另一个来自水。这个过程在线粒体基质、嵴上进行。
(2)O2参与反应的阶段是第三阶段,[H]和O2结合生成水,所以呼吸作用产物水中的氧来自O2,这个过程在线粒体内膜上进行。
(3)需氧呼吸过程中的反应物和生成物中都有水,反应物中的水在第二阶段与丙酮酸反应,生成物中的水是需氧呼吸第三阶段[H]和O2结合生成的。
2.厌氧呼吸易错点总结
(1)厌氧呼吸全过程都在细胞溶胶中进行。
(2)厌氧呼吸过程分为两个阶段:
第一阶段:同需氧呼吸。
第二阶段:丙酮酸在不同酶催化作用下,分解成乙醇和CO2或转化成乳酸。
反应式:C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CHOHCOOH(乳酸)+2ATP或C6H12O6+2ADP+2Pi2C2H5OH+2CO2+2ATP
(3)不同生物厌氧呼吸的产物不同
生物
厌氧呼吸产物
植物
大多数植物细胞
乙醇和CO2
马铃薯块茎、甜菜块根
乳酸
动物
哺乳动物、人
乳酸
微生物
乳酸菌等
乳酸
酵母菌等
乙醇和CO2
3.需氧呼吸和厌氧呼吸过程分析与比较
项目比较
需氧呼吸
厌氧呼吸
过程模型
不同点
反应条件
需O2、酶和适宜的温度
不需O2,需要酶和适宜的温度
场所
第一阶段:细胞溶胶
第二阶段:线粒体基质、嵴
第三阶段:线粒体内膜
第一阶段:细胞溶胶
第二阶段:细胞溶胶
物质变化
第一阶段:C6H12O6―→丙酮酸+[H]
第二阶段:丙酮酸+H2O―→CO2+[H]
第三阶段:[H]+O2―→H2O
第一阶段:C6H12O6―→丙酮酸+[H]
第二阶段:丙酮酸在不同酶催化作用下,分解成乙醇和CO2或转化成乳酸
能量变化
释放能量
较多,1 mol葡萄糖释放的能量可生成30 mol ATP
较少,1 mol葡萄糖释放的能量可生成2 mo1 ATP
相同点
过程
第一阶段都是在细胞溶胶中发生糖酵解过程,产物都为丙酮酸和[H]
实质
分解有机物,释放能量
意义
为生命活动提供能量,为物质转化提供原料
联系
厌氧呼吸需氧呼吸
4.需氧呼吸与厌氧呼吸混合时的计算
对比需氧呼吸与产生酒精和二氧化碳的厌氧呼吸反应式,可发现如下规律:
(1)若消耗等量的葡萄糖,需氧呼吸与厌氧呼吸产生CO2的摩尔数之比为3∶1。
(2)若消耗等量的葡萄糖,细胞呼吸消耗的O2与产生的CO2摩尔数之比为3∶4。
(3)若需氧呼吸与厌氧呼吸产生等量的CO2,则需氧呼吸与厌氧呼吸消耗葡萄糖之比为1∶3。
1.(2016·浙江1月学考)下列有关需氧呼吸的叙述,错误的是( )
A.在线粒体中葡萄糖被分解为CO2和H2O
B.在柠檬酸循环过程中有少量ATP生成
C.电子传递发生在线粒体内膜上
D.与柠檬酸循环有关的酶分布在线粒体的嵴上和基质中
A [在线粒体中丙酮酸被分解为CO2和H2O,A错误;柠檬酸循环过程有关的酶分布在线粒体的嵴上和基质中,柠檬酸循环过程中有少量ATP生成,电子传递发生在线粒体内膜上,B、C、D正确。]
2.(2016·浙江1月学考)下图是需氧呼吸部分过程的示意图。下列有关叙述错误的是( )
A.1分子丙酮酸彻底分解形成3分子物质①
B.物质②是氢和电子传递给氧而形成的水
C.阶段A表示柠檬酸循环,有关的酶只存在于线粒体基质中
D.阶段B表示电子传递链,该过程产生大量ATP
C [1分子丙酮酸彻底分解可以产生3分子CO2,A正确;物质2是需氧呼吸的第三阶段由氧气和还原氢结合产生的水,B正确;柠檬酸循环有关的酶分布在线粒体的基质和嵴上,C错误;电子传递链产生大量ATP,D正确。]
3.(2016·浙江1月学考)下列关于人体细胞厌氧呼吸的叙述,错误的是( )
A.厌氧呼吸全过程在细胞溶胶中进行
B.产生的乳酸被运至肝脏后可再生成葡萄糖
C.产生的CO2会刺激神经末梢使人产生酸痛感
D.细胞进行厌氧呼吸是一种克服暂时缺氧的应急措施
C [厌氧呼吸的两个阶段均在细胞溶胶中进行,A正确;厌氧呼吸产生的乳酸被运至肝脏后可再生成葡萄糖,B正确;产生的乳酸会刺激神经末梢使人产生酸痛感,C错误;厌氧呼吸只能利用葡萄糖中的一小部分能量,而乳酸再转变成葡萄糖又要消耗能量,因此,人体进行厌氧呼吸是一种克服暂时缺氧的应急措施,D正确。]
4.如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所含酶的种类相同
C.2和3都能产生大量ATP
D.甲、乙分别代表丙酮酸、[H]
D [分析题图可推测1为细胞溶胶,2为线粒体基质,3为线粒体内膜,甲为丙酮酸,乙为[H]。由上述分析可知A错,1与2中的反应类型不同,故所含酶也不同,B错误、D正确;3中进行需氧呼吸第三阶段,能产生大量ATP,2中进行需氧呼吸第二阶段,产生少量ATP,故C错。]
5.细胞呼吸的过程如下图所示,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。下列叙述中,错误的是( )
A.①是细胞溶胶,③是线粒体
B.甲进入③的前提是有O2存在
C.若乙是乳酸,则①②③中都能够产生ATP
D.本图所示的生理过程如果发生在酵母菌体内,那么乙一定是酒精和CO2
C [①表示细胞呼吸第一阶段的发生场所,即细胞溶胶;③表示需氧呼吸第二和第三阶段的发生场所,即线粒体,A选项正确。甲是丙酮酸,只有在有O2存在的条件下才能进入③线粒体进行需氧呼吸的第二和第三阶段,B选项正确。若乙是乳酸,则表示厌氧呼吸,其中只在细胞溶胶中能够产生ATP,C选项错误。酵母菌厌氧呼吸的产物是酒精和CO2,D选项正确。]
考点二| 影响细胞呼吸的因素及应用
1.温度:通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸强度。
2.O2浓度
(1)对需氧呼吸的影响:在一定范围内,随着O2浓度增加,需氧呼吸强度也增加,但由于呼吸酶活性和呼吸作用底物浓度的限制,O2浓度增加到一定程度,需氧呼吸强度不再增加。
(2)对厌氧呼吸的影响:随着O2浓度的增加,厌氧呼吸受到的抑制作用加强。
3.CO2浓度:CO2是需氧呼吸和产酒精厌氧呼吸的产物,当CO2浓度过高时会抑制细胞呼吸。
4.水分:水为细胞呼吸提供反应环境,一定范围内随水含量的增加细胞呼吸加强。
1.(2017·金华月考)下图中,甲、乙两图都表示某植物的非绿色器官CO2释放量和O2吸收量的变化。下列叙述中,错误的是( )
甲 乙
A.甲图中O2浓度为a时的情况对应的是乙图中的A点
B.甲图中O2浓度为b时的情况对应的是乙图中的CD段
C.甲图的a、b、c、d四个浓度中,c浓度最适合贮藏该植物器官
D.甲图中O2浓度为d时没有酒精产生
B [结合题意分析图解:甲图中O2浓度为a时,细胞只释放CO2不吸收O2,说明细胞此时只进行厌氧呼吸,对应乙图中的A点,A选项正确;甲图中O2浓度为b时,CO2的释放量远远大于O2的吸收量,说明细胞此时既进行需氧呼吸又进行厌氧呼吸,且厌氧呼吸强度大,对应乙图中的AC段,B选项错误;甲图的a、b、c、d四个浓度中,贮藏该植物器官应选择CO2产生量最少即细胞呼吸最弱时,对应c浓度,C选项正确;当O2浓度为d时,CO2释放量与O2的吸收量相等,细胞此时只进行需氧呼吸,因此没有酒精产生,D选项正确。]
2.(2017·杭州联考)呼吸熵(RQ=释放的CO2体积/消耗的O2体积)表示生物用于需氧呼吸的能源物质的不同。测定发芽种子呼吸熵的装置如下图所示。关闭活塞,在25 ℃下经20 min读出刻度管中着色液滴移动距离。设装置一和装置二的着色液滴分别向左移动的距离为x和y。下列说法中,错误的是( )
装置一 装置二
A.若测得x=180 mm,y=50 mm,则该发芽种子的呼吸熵是0.72(保留两位小数)
B.若发芽种子仅进行需氧呼吸,且呼吸熵小于1,
则分解的有机物可能为油脂
C.为使测得的x和y值更精确,还应再设置对照装置
D.若呼吸底物为葡萄糖,且测得x=300 mm,y=-100 mm(向右移动了100 mm),则可推断需氧呼吸消耗的葡萄糖与厌氧呼吸消耗的葡萄糖的比例是1∶2
D [根据题意和图示分析可知装置一的试管内装有NaOH溶液,NaOH溶液可以吸收种子呼吸释放的CO2,因此装置一中着色液滴的移动是由O2的变化决定的;装置二中无NaOH溶液,着色液滴的移动是由O2的变化与CO2的变化共同决定的,CO2的释放量是装置二与装置一着色液滴移动的距离差。若测得x=180 mm,y=50 mm,则种子呼吸产生的CO2量是180-50=130 mm,呼吸熵是130÷180≈0.72,A选项正确。由于油脂中的C、H比例高,若发芽种子仅进行需氧呼吸,且呼吸熵小于1,则分解的有机物可能为油脂,B选项正确。
为使测得的x和y值更精确,还应再设置对照装置,排除物理因素对实验结果的影响,C选项正确。若呼吸底物为葡萄糖,且测得x=300 mm,y=-100 mm,说明消耗的O2总量为300 mm,产生的CO2总量为400 mm,其中需氧呼吸消耗O2的量为300 mm,产生CO2的量为300 mm,消耗葡萄糖的量为mm;厌氧呼吸产生CO2的量为400-300=100 mm,消耗葡萄糖的量为 mm,因此需氧呼吸消耗的葡萄糖与厌氧呼吸消耗的葡萄糖的比例是1∶1,D选项错误。]
1.影响细胞呼吸的因素及应用
名称
曲线
解读
生产生活应用
温
度
温度主要影响呼吸酶的活性。一般而言,在一定范围内,呼吸强度随着温度的升高而增强
(1)冰箱中果实和蔬菜的保鲜
(2)大棚蔬菜栽培时,夜间适当降温,抑制细胞呼吸,减少有机物的消耗,
可达到提高产量的目的
O2
浓
度
O2浓度为零时只进行厌氧呼吸;O2浓度为零以上10%以下时,既进行需氧呼吸又进行厌氧呼吸;O2浓度为10%以上时,只进行需氧呼吸
选用透气消毒纱布包扎伤口,抑制破伤风杆菌等厌氧细菌的厌氧呼吸
CO2
浓
度
增加CO2的浓度对细胞呼吸有明显的抑制效应。这可以从化学平衡的角度分析解释
增加CO2的浓度有利于蔬菜和水果的保鲜
水
在一定范围内细胞呼吸强度随含水量的增加而加强
种子的贮藏,必须降低含水量,使细胞呼吸速率降至最低,以减少有机物消耗
2.细胞呼吸类型的判断方法
(1)根据O2消耗与CO2产生的量来判断
在以C6H12O6为呼吸底物的情况下,CO2释放量和O2消耗量是判断细胞呼吸类型的重要依据,总结如下:
CO2释放和O2消耗情况
密闭容器内气体体积变化
呼吸类型
不消耗O2,无CO2释放
此种情况下,容器内气体体积不发生变化
细胞只进行产生乳酸的厌氧呼吸
不消耗O2,有CO2释放
此种情况下,容器内气体体积增大。但若将CO2吸收,容器内气体体积不变
细胞只进行产生乙醇和CO2的厌氧呼吸
O2的消耗量等于CO2
此种情况下,容器内气体体积不发生变化。但若将CO2吸收,
细胞只进行需氧呼吸
释放量
可引起容器内气体体积减小
O2的消耗量小于CO2释放量
此种情况下,容器内气体体积增大。但若将CO2吸收,容器内气体体积变小
细胞同时进行需氧呼吸和产生乙醇和二氧化碳的厌氧呼吸
(2)通过实验来判断
欲确认某生物的呼吸类型,应设置两套呼吸装置,如下图所示(以发芽种子为例):
装置一 装置二
实验结果预测和结论:
实验现象
结论
装置一液滴
装置二液滴
不动
不动
只进行产乳酸的厌氧呼吸
不动
右移
只进行产乙醇和CO2的厌氧呼吸
左移
右移
进行需氧呼吸和产乙醇和CO2的厌氧呼吸
左移
不动
只进行需氧呼吸或进行需氧呼吸和产乳酸的厌氧呼吸
[特别提醒]
为使实验结果精确、减少无关变量的干扰,还应设置对照装置。对照装置与装置二相比,不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”,其余均相同。
3.细胞呼吸速率的测定方法
(1)测定原理
细胞呼吸速率通常用CO2生成速率或O2消耗速率来表示,一般用下图装置进行测定。细胞呼吸既产生CO2使装置内气压升高,又消耗O2,使装置内气压降低。为了测定真实的呼吸情况,应只对其中一种气体变化进行测定。为此,往往向装置内添加NaOH溶液或KOH溶液以吸收掉其中的CO2
。用单位时间内小液滴向左移动的距离代表细胞呼吸消耗O2的速率。
(2)测定装置
若以绿色植物为实验材料,整个装置必须做遮光处理,否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。如图所示:
(3)物理实验误差的校对
为了防止气压、温度等非呼吸因素所引起的误差,应设置对照实验,将所测的生物材料灭活(如种子煮熟),其他条件均不变。
如果对照组小液滴发生了移动,说明存在实验误差。若对照组小液滴移动方向与实验组相同,则需要用实验组减去校对出的误差。若对照组小液滴移动方向与实验组相反,则需要用实验组加上校对出的误差。
1.(2017·嘉兴模拟)蚕豆种子萌发过程中CO2释放和O2吸收速率的变化趋势如图所示。下列说法中,正确的是( )
A.种子在破土前质量一直在减少
B.48 h后细胞呼吸底物不只是糖类
C.CO2的产生场所为线粒体基质
D.在12~24 h期间,细胞呼吸的主要方式为需氧呼吸
B [种子在破土前吸收大量水分,所以总质量在增加,A选项错误。48 h后,O2的吸收速率大于CO2的释放速率,所以细胞呼吸底物不只是糖类,还有油脂等,B选项正确。厌氧呼吸时,CO2的产生场所为细胞溶胶;需氧呼吸时,CO2的产生场所为线粒体基质,C选项错误。在12~24 h期间,CO2
的释放速率远大于O2的吸收速率,说明此时细胞主要进行厌氧呼吸,D选项错误。]
2.如图表示某植物的非绿色器官在O2浓度为a、b、c、d时,CO2释放量和O2吸收量的变化。下列叙述中,正确的是( )
A.O2浓度为a时最适于贮藏该植物器官
B.O2浓度为b时,厌氧呼吸消耗葡萄糖的量是需氧呼吸的5倍
C.O2浓度为c时,厌氧呼吸最弱
D.O2浓度为d时,需氧呼吸强度与厌氧呼吸强度相等
B [某植物的非绿色器官意味着只进行细胞呼吸不进行光合作用,释放的CO2来自细胞呼吸,吸收的O2都用于细胞呼吸。O2浓度为a时,O2吸收量为0,说明只进行厌氧呼吸,此时并不是贮藏该植物器官的最适O2浓度;O2浓度为b时,CO2释放量为8,O2吸收量为3,判定既进行需氧呼吸又进行厌氧呼吸,厌氧呼吸葡萄糖消耗量为2.5,需氧呼吸葡萄糖消耗量为0.5,B选项正确;O2浓度为c时,CO2释放量为6,O2吸收量为4,判定既进行需氧呼吸又进行厌氧呼吸,但厌氧呼吸不是最弱,最弱时厌氧呼吸应为0,如O2浓度为d时,C选项错误;O2浓度为d时,CO2释放量和O2吸收量一致,判定只进行需氧呼吸,不进行厌氧呼吸,D选项错误。]
3.下列是生产措施或生活现象所涉及的细胞呼吸知识,其中解释不正确的是( )
A.提倡慢跑,可防止厌氧呼吸产生乳酸使人体肌肉酸胀
B.零度以上低温贮存果蔬,可降低呼吸酶活性,减少有机物的分解
C.马铃薯块茎腐烂的原因是厌氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用
D.作物种子贮藏前需要干燥,主要是通过减少水分以抑制细胞的需氧呼吸
C [慢跑是有氧运动,可防止厌氧呼吸产生乳酸使人体肌肉酸胀,A选项正确;零度以上低温贮存果蔬,可降低呼吸酶活性,既不会冻伤果蔬,又可减少有机物的分解,B选项正确;马铃薯块茎腐烂的原因是厌氧呼吸产生的乳酸对细胞有毒害作用,C选项错误;作物种子贮藏前需要干燥,在晒干的过程中,
失去的是自由水,可抑制细胞的需氧呼吸,D选项正确。]
4.在科学研究中常用呼吸熵(RQ=)表示生物用于需氧呼吸能源物质的不同。测定发芽种子呼吸熵的装置如图所示。关闭活塞,在25 ℃下经20 min读出刻度管中着色液移动的距离。设装置1和装置2的着色液分别向左移动x和y(mm)。x和y值反映了容器内气体体积的减少,下列相关说法中错误的是( )
装置1 装置2
A.装置1中加入NaOH溶液的目的是吸收种子细胞呼吸释放的CO2
B.x代表消耗O2的体积,y代表释放CO2的体积
C.为使测得的数值更精确,还应再设置一对照装置,内放无生命力的种子和蒸馏水
D.如果要测定已经长出真叶的幼苗的呼吸熵,需要将装置放在黑暗处
B [装置1中加入的NaOH可以吸收CO2,而装置2气体体积因呼吸作用产生的CO2与消耗的氧气体积不等而变化。故x代表呼吸作用耗氧量,y代表呼吸作用产生的CO2与消耗O2体积差值。因环境条件改变可能导致装置内气体体积变化,若实验材料为长出真叶的幼苗,则实验需在暗处进行,以排除光合作用对实验结果的影响。]
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