第五章　細胞的能量供應(yīng)和利用 第3節(jié)　ATP的主要來源——細胞呼吸

1、.第3節(jié)ATP的主要來源細胞呼吸學(xué)習(xí)目的1說出線粒體的構(gòu)造和功能。重點2說明有氧呼吸和無氧呼吸的異同。重點3說明細胞呼吸的原理，并討論其在消費和生活中的應(yīng)用。難點4進展酶母菌細胞呼吸方式的探究。難點核心概念細胞呼吸有氧呼吸無氧呼吸酒精發(fā)酵乳酸發(fā)酵一、細胞呼吸1概念：細胞呼吸是指有機物在細胞內(nèi)經(jīng)過一系列的 氧化分解 ，生成 二氧化碳或其他產(chǎn)物 ，釋放出能量并生成 ATP 的過程。2本質(zhì)：氧化分解 有機物 ，釋放能量。二、探究酶母菌細胞呼吸的方式三、細胞呼吸的方式1有氧呼吸2無氧呼吸1發(fā)酵的概念酵母菌、乳酸菌等微生物的 無氧呼吸 也叫發(fā)酵，根據(jù)產(chǎn)物不同可分為 酒精發(fā)酵 和 乳酸發(fā)酵 。2兩種方式

2、類型工程酒精發(fā)酵乳酸發(fā)酵場所 細胞質(zhì)基質(zhì) 過程第一階段葡萄糖 H丙酮酸 少量能量第二階段丙酮酸H 酒精CO2 丙酮酸H 乳酸 化學(xué)反響式C6H12O6 2C2H5OH2CO2 少量能量C6H12O6 2C3H6O3 少量能量能量轉(zhuǎn)化只在 第一階段 釋放出少量的能量，生成 少量ATP ，葡萄糖分子中的大部分能量那么存留在 酒精或乳酸 中四、細胞呼吸原理的應(yīng)用連線 b a c c c b c ？考慮1線粒體是進展有氧呼吸的必需條件嗎？假設(shè)不是請舉例說明。提示：不是，藍藻無線粒體也可進展有氧呼吸，具有有氧呼吸酶是進展有氧呼吸的必需條件。2北方人做饅頭時，利用酵母菌發(fā)面，發(fā)好的面團柔軟而且外表水汪汪的

3、。你知道為什么嗎？提示：酵母菌有氧呼吸產(chǎn)生CO2，使面團充氣而變軟，有氧呼吸產(chǎn)生的水使面團外表有水。H判斷題1探究酵母菌的呼吸方式時，不能用澄清的石灰水來檢測CO2的產(chǎn)生，但可以用重鉻酸鉀來檢測乙醇。×2檢測酵母菌培養(yǎng)過程中是否產(chǎn)生CO2，可判斷其呼吸方式。×3線粒體將葡萄糖氧化分解成CO2和H2O。×4無氧呼吸能產(chǎn)生ATP、但沒有H的生成過程。×5有氧呼吸第二、三階段都能產(chǎn)生大量ATP。×6細胞內(nèi)葡萄糖分解成丙酮酸和H的反響，只發(fā)生在細胞有氧時。×7呼吸作用產(chǎn)生的能量均以熱能釋放。×8破傷風(fēng)桿菌適宜生活在有氧的環(huán)境中。&#

4、215;9及時排澇，能防止根細胞受酒精毒害。10無氧和零下低溫環(huán)境有利于水果保鮮。×知識點1探究酵母菌的呼吸方式Z1實驗原理1酵母菌是兼性厭氧菌，在有氧和無氧條件下均能生存，有氧呼吸產(chǎn)生H2O和CO2，無氧呼吸產(chǎn)生酒精和CO2。2呼吸產(chǎn)物CO2和酒精的檢測澄清石灰水變混濁，且混濁程度與CO2產(chǎn)量有關(guān)；藍色的溴麝香草酚藍水溶液變綠再變黃，且變黃時間長短與CO2產(chǎn)量有關(guān)；橙色重鉻酸鉀溶液變灰綠色。2探究過程提出問題：酵母菌使葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精是在有氧還是無氧條件下；酵母菌在有氧和無氧條件下細胞呼吸的產(chǎn)物是什么？作出假設(shè)：針對上述問題，根據(jù)已有的知識和生活經(jīng)歷如酵母菌可用于釀酒、發(fā)面等作出

5、合理的假設(shè)實驗現(xiàn)象3實驗分析及拓展1實驗分析通入甲中A瓶的空氣需先通過NaOH溶液的目的是保證進入A瓶的氣體中不含有CO2，保證使第三個錐形瓶中的澄清石灰水變混濁的CO2完全是由酵母菌有氧呼吸產(chǎn)生的。乙中B瓶應(yīng)封口放置一段時間，待酵母菌將B瓶中的氧氣消耗完后，再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶，確保通入澄清石灰水中的CO2完全是由酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生的。2不同材料呼吸實驗的設(shè)計假設(shè)探究種子呼吸狀況那么不必遮光，但需“死種子作對照。假設(shè)探究“植株或幼苗呼吸狀況，應(yīng)進展遮光處理，以防止光合作用的干擾，同時可設(shè)置同種狀況但殺死的植株或幼苗作對照。知識貼士酵母菌是兼性厭氧生物，是因為它既能進展有氧呼吸也能進展

6、無氧呼吸，而人體中的某些細胞既能進展有氧呼吸也能短暫的進展無氧呼吸，但人只能是需氧型生物，所以生物異化作用類型的區(qū)分，不是以能否進展有氧、無氧呼吸為根據(jù)的，而是以在有氧或無氧的條件下能否正常生存為根據(jù)的。D典例1如圖是探究酵母菌細胞呼吸方式的實驗裝置。以下說法中正確的選項是CA兩個裝置均需要在黑暗條件下進展B裝置乙在處可檢測到有酒精生成C裝置乙中應(yīng)讓先放置一會再與連接D裝置甲中NaOH溶液的作用是吸收處的CO2解析黑暗或光照對酵母菌的細胞呼吸沒有明顯的影響，A錯誤；裝置乙中酵母菌產(chǎn)生的CO2可通過導(dǎo)管進入中，但酵母菌產(chǎn)生的酒精保存在中，B錯誤；裝置甲中NaOH溶液的作用是使進入B瓶的空氣先經(jīng)過

7、NaOH溶液的作用，排除空氣中CO2對實驗結(jié)果的干擾，D錯誤。變式訓(xùn)練1有關(guān)“探究酵母菌的呼吸方式實驗的表達，錯誤的選項是DA實驗中將葡萄糖溶液煮沸的目的是滅菌和去除溶液中的O2B在探究有氧呼吸的實驗過程中，泵入的空氣應(yīng)去除CO2C實驗中需控制的無關(guān)變量有溫度、pH、培養(yǎng)液濃度等D可通過觀察澄清石灰水是否變渾濁來判斷酵母菌的呼吸方式解析酵母菌進展有氧呼吸和無氧呼吸產(chǎn)物中都有CO2，都能使澄清石灰水變渾濁，因此不能通過此指標(biāo)判斷酵母菌的呼吸方式。知識點2有氧呼吸和無氧呼吸過程的比較Z1有氧呼吸和無氧呼吸過程圖解2有氧呼吸和無氧呼吸的比較工程有氧呼吸無氧呼吸不同點條件需氧不需氧場所細胞質(zhì)基質(zhì)第一階

8、段線粒體第二、三階段細胞質(zhì)基質(zhì)分解程度葡萄糖被徹底分解葡萄糖分解不徹底產(chǎn)物CO2、H2O乳酸或酒精和CO2能量釋放大量能量少量能量一樣點反響條件需酶和適宜溫度本質(zhì)氧化分解有機物，釋放能量，生成ATP過程第一階段從葡萄糖到丙酮酸完全一樣Y有關(guān)細胞呼吸過程的五點提醒1產(chǎn)生CO2的不只是有氧呼吸，無氧呼吸產(chǎn)生酒精的過程中也有CO2的產(chǎn)生。2有氧呼吸過程中生成的水和反響物中的水其來源和去向不同，所以不是同一分子。3無氧呼吸只有第一階段釋放少量能量，第二階段不釋放能量。4呼吸作用釋放的能量不全轉(zhuǎn)化成ATP中的能量，大部分以熱能的形式散失。5不是所有植物的無氧呼吸產(chǎn)物都是酒精和二氧化碳，玉米胚、甜菜根等植

9、物組織的無氧呼吸產(chǎn)物為乳酸。3與無氧呼吸有關(guān)的幾個易錯點1不同生物無氧呼吸產(chǎn)物不同是由于催化反響的酶的種類不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。2大多數(shù)植物、酵母菌無氧呼吸的產(chǎn)物為酒精和CO2；有些高等植物的某些器官如玉米胚、馬鈴薯塊莖、甜菜塊根等進展無氧呼吸時產(chǎn)生乳酸；高等動物、人及乳酸菌的無氧呼吸只產(chǎn)生乳酸。3無氧呼吸第一階段產(chǎn)生的H用于復(fù)原丙酮酸。4無氧呼吸只在第一階段釋放能量。4與細胞呼吸有關(guān)的計算C6H12O66H2O6O212H2O6CO2能量C6H12O62C2H5OH酒精2CO2少量能量1消耗等量葡萄糖時，無氧呼吸與有氧呼吸產(chǎn)生的CO2的物質(zhì)的量之比為13。2產(chǎn)生等量的CO2

10、時，無氧呼吸與有氧呼吸消耗的葡萄糖的物質(zhì)的量之比為31。3無氧呼吸產(chǎn)生的酒精和CO2的物質(zhì)的量相等；有氧呼吸消耗O2和產(chǎn)生CO2的物質(zhì)的量相等。D典例22019·黃岡高一檢測在植物體的細胞中，葡萄糖分解為丙酮酸的反響B(tài)A既可以在線粒體中進展，也可以在細胞質(zhì)基質(zhì)中進展B既可以在葉肉細胞中進展，也可以在根細胞中進展C只能在有氧條件下進展，不能在無氧條件下進展D只能在有光條件下進展，不能在無光條件下進展解析葡萄糖分解為丙酮酸的反響只能在細胞質(zhì)基質(zhì)中進展，A錯誤；不管是葉肉細胞還是根細胞，都能進展細胞呼吸，都有葡萄糖分解為丙酮酸的過程，B正確；葡萄糖分解為丙酮酸是有氧呼吸和無氧呼吸的共同點，

11、有氧、無氧都可以發(fā)生，C錯誤；不管有光還是無光，都能進展細胞呼吸，都有葡萄糖分解為丙酮酸的過程，D錯誤。特別提醒：1有氧呼吸和無氧呼吸總反響式中的能量不能寫成ATP，因為大部分能量以熱能形式散失。21 mol葡萄糖徹底氧化分解后，釋放出2870 kJ的能量，其中1161 kJ的能量儲存在ATP中，其余的以熱能形式散失。31 mol葡萄糖生成酒精釋放的能量為225.94 kJ，生成乳酸釋放的能量為196.65 kJ，其中都有61.08 kJ的能量轉(zhuǎn)移到ATP生成2 mol ATP中，其余部分以熱能的形式散失。4無氧呼吸只有第一階段釋放能量，第二階段沒有能量釋放。而有氧呼吸三個階段均釋放能量。變式

12、訓(xùn)練22019·江蘇常州高三模擬如下圖為不同間隔 的跑步過程中，有氧呼吸和無氧呼吸供能的百分比。以下說法正確的選項是DA跑步間隔 越長，無氧呼吸供能所占比例越大B1 500 m跑時，有氧呼吸與無氧呼吸消耗的葡萄糖的量相當(dāng)C100 m跑時，所需ATP主要由有氧呼吸提供D馬拉松跑時，肌肉細胞呼吸釋放的CO2量與吸收的O2量之比為11解析分析題圖可知，跑步間隔 越長，無氧呼吸供能所占比例越小，A項錯誤。1500 m跑時，有氧呼吸與無氧呼吸供能的百分比一樣，在供能一樣的情況下，無氧呼吸消耗的葡萄糖量要多于有氧呼吸，B項錯誤。100 m跑時，所需ATP主要由無氧呼吸提供，C項錯誤。馬拉松跑時，

13、主要進展有氧呼吸，但仍有部分細胞進展無氧呼吸。人體肌肉細胞進展無氧呼吸時不消耗O2，也不產(chǎn)生CO2，故肌肉細胞呼吸釋放的CO2與吸收的O2之比為11，D項正確。知識點3影響細胞呼吸的因素及其應(yīng)用Z一、影響細胞呼吸速率的內(nèi)因工程表達實例遺傳特性不同種類生物的呼吸速率不同陰生植物小于陽生植物生長發(fā)育的不同時期同一生物的不同生長發(fā)育時期呼吸速率不同嬰幼兒大于老年人；幼苗期大于成熟期不同器官或組織同一生物的不同器官或組織的呼吸速率不同心肌細胞大于皮膚細胞；植物生殖器官大于營養(yǎng)器官二、影響細胞呼吸的外因1溫度：通過影響呼吸酶的活性來影響呼吸強度。與溫度影響酶催化效率的曲線特征一致。消費上常利用這一原理在

14、低溫下儲存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培過程中夜間適當(dāng)降溫，來降低細胞呼吸，減少有機物的消耗。2氧氣濃度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，氧氣濃度到達一定值時，被完全抑制。如圖乙所示。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(nèi)，隨著氧氣濃度的增加，有氧呼吸速率增強，但當(dāng)氧氣濃度增加到一定值時，有氧呼吸速率不再增加。如圖丙所示。3絕大多數(shù)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。如圖丁所示。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(nèi)，呼吸作用強度隨含水量的增加而增大。4應(yīng)用作物栽培中，采取中耕松

15、土，防止土壤板結(jié)等措施，都是盡量使O2濃度位于E點之上，保證根細胞的正常呼吸，有利于肥料的吸收。消費中利用低氧A點的濃度抑制細胞呼吸、減少對有機物的消耗來延長蔬菜、水果、糧食的保存時間。3CO2：增加CO2濃度對細胞呼吸有明顯的抑制作用 。4水：水既是細胞呼吸的原料，也是產(chǎn)物，細胞呼吸過程必須在有水的環(huán)境中才能完成。一定范圍內(nèi)隨水含量的增加細胞呼吸加強。應(yīng)用：糧油種子在貯藏時，必須降低含水量，使種子呈風(fēng)干狀態(tài)，降低細胞呼吸強度，減少有機物消耗；同時防止微生物大量繁殖而使種子變質(zhì)。D典例3科研人員探究溫度對密閉罐中水蜜桃果肉細胞呼吸速率的影響，結(jié)果如下圖。以下表達正確的選項是BA20 h內(nèi)，果肉

16、細胞產(chǎn)生ATP的場所有細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體B50 h后，30 條件下果肉細胞沒有消耗O2，密閉罐中CO2濃度會增加C50 h后，30 時有氧呼吸速率比2 和15 時慢，是因為溫度高使酶活性降低D實驗結(jié)果說明溫度越高，果肉細胞有氧呼吸速率越大解析果肉細胞不能進展光合作用，其產(chǎn)生ATP的場所有細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體，A項錯誤，50 h后，30 條件下果肉細胞沒有消耗O2，是由于此溫度條件下酶的活性較高，有氧呼吸已將O2消耗完，之后僅進展無氧呼吸，故密閉罐中CO2濃度會增加，B項正確、C項錯誤；由于酶具有最適溫度，假設(shè)超過最適溫度，有氧呼吸速率會降低，D項錯誤。易錯提醒：有關(guān)影響呼吸作用因素的兩點

17、提醒1有氧氣存在不一定只進展有氧呼吸。當(dāng)氧氣濃度較低時，既進展有氧呼吸，也進展無氧呼吸，且無氧呼吸占優(yōu)勢。當(dāng)氧氣濃度較高時，無氧呼吸逐漸減弱，有氧呼吸逐漸增強，當(dāng)氧氣濃度增加到一定值時，只進展有氧呼吸。2低溫、低氧儲存水果蔬菜，不代表氧氣濃度和溫度越低越好，應(yīng)該是低氧和零上低溫，既要抑制細胞呼吸，又要保持水果蔬菜的營養(yǎng)和風(fēng)味。變式訓(xùn)練3以下甲、乙兩圖都表示某植物的非綠色器官CO2釋放量和O2吸收量的變化。以下相關(guān)表達不正確的選項是BA甲圖中氧含量為a時的情況對應(yīng)的是乙圖中的A點B甲圖中氧含量為b時的情況對應(yīng)的是乙圖中的CD段C甲圖的a、b、c、d四個濃度中，c是最合適貯藏植物器官的D甲圖中氧含

18、量為d時沒有酒精產(chǎn)生解析甲圖中氧含量為a時，細胞只釋放CO2不吸收氧氣，說明細胞只進展無氧呼吸，對應(yīng)乙圖中的A點。甲圖中氧含量為b時，CO2的釋放量遠遠大于氧氣的吸收量，說明細胞既進展有氧呼吸又進展無氧呼吸，且無氧呼吸強度大，應(yīng)對應(yīng)乙圖中的AC段。貯藏植物器官應(yīng)選擇CO2產(chǎn)生量最少即細胞呼吸最弱時，即甲圖中的c點。氧含量為d時，CO2釋放量與氧氣的吸收量相等，細胞只進展有氧呼吸，因此沒有酒精產(chǎn)生。所以B項錯誤。細胞呼吸方式的判斷斷定指標(biāo)CO2釋放量、O2消耗量以及酒精產(chǎn)生量。斷定原理呼吸底物是葡萄糖時，假設(shè)只進展有氧呼吸，那么O2消耗量CO2產(chǎn)生量11；假設(shè)只進展產(chǎn)生酒精的無氧呼吸酒精發(fā)酵，那

19、么O2消耗量CO2產(chǎn)生量酒精產(chǎn)生量011，假設(shè)只進展產(chǎn)生乳酸的無氧呼吸乳酸發(fā)酵，那么無O2的消耗和CO2的產(chǎn)生。斷定方法底物為葡萄糖物質(zhì)變化特點細胞呼吸方式CO2釋放量O2吸收量只進展有氧呼吸不消耗氧氣，釋放CO2只進展酒精發(fā)酵CO2釋放量>O2消耗量進展有氧呼吸和酒精發(fā)酵，多余的CO2來自于酒精發(fā)酵酒精產(chǎn)生量CO2釋放量只進展酒精發(fā)酵酒精產(chǎn)生量<CO2釋放量進展有氧呼吸和酒精發(fā)酵，多余的CO2來自于有氧呼吸無CO2釋放只進展乳酸發(fā)酵方法拓展1當(dāng)CO2釋放量>O2消耗量時，比較有氧呼吸和無氧呼吸速率的方法：假設(shè)，有氧呼吸和無氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等。假設(shè)>，無氧呼吸消

20、耗葡萄糖的速率大于有氧呼吸。假設(shè)<，有氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于無氧呼吸。2假如出現(xiàn)CO2釋放量<O2消耗量，呼吸底物可能含有脂肪，因為等量的脂肪氧化分解的需氧量高于糖類。3有時還可根據(jù)發(fā)生的場所進展細胞呼吸方式的斷定，如真核細胞均在細胞質(zhì)基質(zhì)中進展的是無氧呼吸。典例4如圖表示某種植物的非綠色器官在不同O2濃度下氣體吸收量和釋放量的變化，請據(jù)圖答復(fù)以下問題。1外界O2濃度在10%以下時，該器官的細胞呼吸方式是 有氧呼吸和無氧呼吸 ，你作出這種判斷的理由是 此時CO2釋放量大于O2吸收量 。2該器官CO2釋放量與O2吸收量兩條曲線在C點相交后重合為一條曲線，這說明此時該器官的細胞呼吸

21、方式是 有氧呼吸 ，你作出這種判斷的理由是 此時CO2釋放量與O2吸收量相等 。3當(dāng)外界O2濃度為4%5%時，該器官CO2釋放量的相對值為0.6，而O2吸收量的相對值為0.4。此時，無氧呼吸的CO2釋放量的相對值相當(dāng)于有氧呼吸的 1/2 ；無氧呼吸消耗葡萄糖的量的相對值相當(dāng)于有氧呼吸的 1.5倍 。解析1從有氧呼吸和無氧呼吸的反響式可以看出，有氧呼吸時O2吸收量與CO2釋放量相等，而在O2濃度為10%以下時，CO2釋放量比O2吸收量大，多出的CO2來自無氧呼吸，因此，此時該植物器官既進展有氧呼吸又進展無氧呼吸。2根據(jù)有氧呼吸的反響式，有氧呼吸時CO2釋放量等于O2吸收量，再根據(jù)無氧呼吸的反響式

22、，無氧呼吸不吸收O2，只釋放CO2，得出當(dāng)CO2釋放量等于O2吸收量時，該植物器官只進展有氧呼吸。3由有氧呼吸和產(chǎn)生CO2的無氧呼吸的反響式可知：有氧呼吸吸收1分子的O2必然釋放1分子的CO2，無氧呼吸只釋放CO2不吸收O2。O2吸收量的相對值為0.4，那么有氧呼吸產(chǎn)生的CO2量為0.4，而CO2的釋放總量是0.6，所以無氧呼吸的CO2釋放量為0.60.40.2，因此無氧呼吸的CO2釋放量為有氧呼吸的1/2。又由反響式可知，有氧呼吸的CO2釋放量為0.4時，需要消耗葡萄糖的量為1/6×0.4，而無氧呼吸的CO2釋放量為0.2時，需要消耗葡萄糖的量為1/2×0.2，故無氧呼吸與有氧呼吸消耗葡萄糖的量的比值為1/2×0.2/1/6×0.41.5。典例52019·濟南高一檢測如圖為某同學(xué)構(gòu)建的在晴朗白天植物的有氧呼吸過程圖，以下說法正確的選項是CA催化23的酶存在于線粒體內(nèi)膜上B3全部釋放到大氣中C6部分可來自葉綠體D產(chǎn)生的8主要用于合成ATP解析從圖中判斷18依次是葡萄糖、丙酮酸、CO2、H2O、H、O2、H2O和能量，23過程是有氧呼吸的第二階段，該過程的場所是線粒體基質(zhì)；3表示二氧化碳，生成的二氧化碳可被葉綠體中光合作用利用；6表示氧氣，分別來自葉綠體和外界環(huán)境；8是有氧呼吸釋放的能量，這些能量大部分轉(zhuǎn)化成熱能，只有少部分轉(zhuǎn)