江苏高三生物一轮复习第3单元　第13讲　细胞呼吸的方式导学案

第13讲细胞呼吸的方式【课标要求】说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。考点1有氧呼吸考点透析1.概念：指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。2.场所及过程3.写出有氧呼吸总反应式(标出氧元素的来源与去向)：。4.能量的释放及其特点(1)葡萄糖氧化分解释放的能量大部分以热能形式散失，少部分储存在ATP中。(2)特点：在温和的条件下进行，能量逐步释放，彻底氧化分解。糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化细胞的有氧呼吸过程需要经过一系列复杂的化学反应，它们可以概括为糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化三个阶段。1.糖酵解：发生在细胞质基质中，经过糖酵解，1分子葡萄糖分解为2分子丙酮酸，如下图所示。2.三羧酸循环(柠檬酸循环)该过程发生在线粒体基质中，糖酵解终产物丙酮酸经扩散作用进入线粒体，在酶的作用下脱去1分子CO2，转化为1分子乙酰辅酶A(二碳单位)和1分子NADH，乙酰辅酶A进入柠檬酸循环，该循环的第一个产物柠檬酸含有3个羧基，因此也称为三羧酸循环。在多种酶的催化作用下，在水分子的参与下，丙酮酸彻底分解为CO2和[H]，并释放出少量的能量。3.电子传递和ATP的合成电子传递和ATP的合成发生在线粒体内膜上，其上含有很多种类的膜蛋白，它们紧密地排列在一起，共同参与[H]释放的高能电子的传递和能量的转化，称为电子传递链。前两个阶段产生的[H]，释放出高能电子，沿电子传递链传递给O2，在此过程中电子释放的能量将H＋由线粒体基质泵到线粒体膜间隙(线粒体内膜与外膜之间的空间)中，构建形成跨膜H＋浓度梯度。而线粒体内膜上的ATP合酶同时也是H＋协助扩散的载体，能在跨膜H＋浓度梯度的推动下合成ATP(如图)。思辨小练1.判断下列说法的正误：(1)有氧呼吸时，生成物H2O中的氢只来自线粒体中丙酮酸的分解。(×)(2)大肠杆菌的线粒体经有氧呼吸释放大量能量供其进行生命活动。(×)提示：原核细胞无线粒体，有氧呼吸在细胞质和细胞膜上进行。(3)18O2进入酵母菌细胞后，最先出现的含同位素的化合物是CO2。(×)提示：18O2进入酵母菌细胞后，直接参与有氧呼吸第三阶段，与[H]结合生成水，因此最先出现含同位素的化合物是Heq\o\al(18,2)O。2.线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，其在结构上有哪些特点与功能相适应？提示：线粒体具有内、外两层膜，内膜向内折叠形成嵴，扩大了内膜的表面积，增大了反应面积。线粒体的内膜和基质中含有许多与有氧呼吸有关的酶。典题说法考向1有氧呼吸的过程(2024·重庆卷)肿瘤所处环境中的细胞毒性T细胞存在题图所示代谢过程。其中，PC酶和PDH酶控制着丙酮酸产生不同的代谢产物，进入有氧呼吸三羧酸循环。增加PC酶的活性会增加琥珀酸的释放，琥珀酸与受体结合可增强细胞毒性T细胞的杀伤能力，若环境中存在乳酸，PC酶的活性会被抑制。下列叙述正确的是(D)A.图中三羧酸循环的代谢反应直接需要氧B.图中草酰乙酸和乙酰辅酶A均产生于线粒体内膜C.肿瘤细胞无氧呼吸会增强细胞毒性T细胞的杀伤能力D.葡萄糖有氧呼吸的所有代谢反应中至少有5步会生成[H]【解析】由图可知，图中三羧酸循环的代谢反应无直接需要氧气的环节，A错误；草酰乙酸和乙酰辅酶A均产生于线粒体基质，B错误；由题意可知，增加PC酶的活性会增加琥珀酸的释放，琥珀酸与受体结合可增强细胞毒性T细胞的杀伤能力，肿瘤细胞无氧呼吸会增加细胞中乳酸含量，从而抑制PC酶活性，减弱细胞毒性T细胞的杀伤能力，C错误；葡萄糖有氧呼吸的所有代谢反应中至少有5步会生成[H]，分别是有氧呼吸第一阶段及图中的4步，D正确。(2024·安徽卷)细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应，磷酸果糖激酶1(PFK1)是其中的一个关键酶。细胞中ATP减少时，ADP和AMP会增多。当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡。下列叙述正确的是(D)A.在细胞质基质中，PFK1催化葡萄糖直接分解为丙酮酸等B.PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变而变性失活C.ATP/AMP浓度比变化对PFK1活性的调节属于正反馈调节D.运动时肌细胞中AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快【解析】细胞呼吸第一阶段葡萄糖最终分解为丙酮酸，需要一系列酶促反应即需要多种酶参与，而磷酸果糖激酶1(PFK1)是其中的一个关键酶，因此PFK1不能催化葡萄糖直接分解为丙酮酸，A错误；由“当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡”可知，PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变但还具有活性，B错误；由题意可知，ATP/AMP浓度比变化，最终保证细胞中能量的供求平衡，说明其调节属于负反馈调节，C错误；运动时肌细胞消耗ATP增多，细胞中ATP减少，ADP和AMP会增多，则AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快，细胞中ATP含量增多，从而维持能量供应，D正确。考向2三羧酸循环(多选)(2022·江苏卷)下图为生命体内部分物质与能量代谢关系示意图。下列叙述正确的有(BC)A.三羧酸循环是代谢网络的中心，可产生大量的[H]和CO2并消耗O2B.生物通过代谢中间物，将物质的分解代谢与合成代谢相互联系C.乙酰CoA在代谢途径中具有重要地位D.物质氧化时释放的能量都储存于ATP中【解析】三羧酸循环是有氧呼吸第二阶段，可产生大量的[H]和CO2，但不消耗O2；分析题图可知，代谢中间物(如丙酮酸、乙酰CoA等)将物质的分解代谢与合成代谢相互联系，丙酮酸、乙酰CoA在代谢途径中将蛋白质、糖类、脂质、核酸的代谢相互联系在一起，具有重要地位；物质氧化时释放的能量大部分以热能散失，少部分储存在ATP中。如图为人体内部分物质与能量代谢关系示意图。下列叙述错误的是(C)A.三羧酸循环是多糖和脂肪分解代谢的最终共同途径B.三羧酸循环、呼吸链发生场所分别为线粒体基质和内膜C.图示说明脂肪转化为葡萄糖一定需要通过乙酰CoAD.减肥困难的原因之一是脂肪一般不会大量转化为糖类【解析】据图可知，多糖和脂肪都能分解为乙酰CoA，然后进入线粒体进行三羧酸循环，所以三羧酸循环是多糖和脂肪分解代谢的最终共同途径，A正确。三羧酸循环产生CO2和[H]是有氧呼吸的第二阶段，发生在线粒体基质；呼吸链消耗O2，产生ATP，是有氧呼吸第三阶段，发生场所为线粒体内膜，B正确。脂肪转化为葡萄糖可以通过脂肪→甘油和脂肪酸→葡萄糖等途径进行，C错误。体内脂肪一般在糖类供能不足时才会分解提供能量，且不能大量转化成糖类，所以减肥困难，D正确。考向3氧化磷酸化和电子传递链(2024·泰州靖江高级中学)下图示细胞呼吸中的电子传递和氧化磷酸化，相关叙述正确的是(D)A.图示过程的场所为线粒体外膜，是细胞呼吸中产能最多的阶段B.无氧呼吸第一阶段产生的NADH所携带的电子最终传递给氧气C.电子在传递过程中逐级释放能量推动H＋跨膜运输至线粒体基质D.电子传递所产生的膜两侧H＋浓度差为ATP的合成提供了驱动力【解析】图示过程为细胞呼吸中的电子传递和氧化磷酸化，发生的场所是线粒体内膜，A错误；有氧呼吸第一阶段、第二阶段产生的NADH所携带的电子最终传递给氧气，无氧呼吸没有氧气参与，B错误；据图可知，电子在传递过程中释放能量推动H＋跨膜运输至线粒体的内外膜间隙，C错误。(2024·苏州期初)线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所，其上存在两条呼吸途径。主呼吸链途径发生时，电子传递链释放的能量使H＋通过蛋白复合体从基质移至内外膜间隙，然后H＋驱动ATP合酶合成ATP；交替呼吸途径发生时，不发生H＋的跨膜运输。下列叙述错误的是(C)A.合成ATP时H＋顺浓度梯度由内外膜间隙进入基质B.主呼吸链途径中的蛋白复合体起载体蛋白的作用C.交替呼吸途径比主呼吸链途径产生更多的ATPD.乳酸菌细胞内不存在主呼吸链和交替呼吸途径【解析】合成ATP的能量来自H＋浓度差，A正确；H＋从基质移至内外膜间隙是逆浓度运输，所以蛋白复合体起载体蛋白的作用，B正确；交替呼吸途径不发生H＋的跨膜运输，所以比主呼吸链途径产生的ATP少，C错误；乳酸菌细胞内没有线粒体，所以不存在主呼吸链和交替呼吸途径，D正确。考点2无氧呼吸考点透析知识1无氧呼吸1.概念：无氧呼吸是指在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。2.场所和过程3.总反应式(以葡萄糖为底物)(1)C6H12O6eq\o(→,\s\up7(酶))2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量(少量)(2)C6H12O6eq\o(→,\s\up7(酶))2C3H6O3(乳酸)＋能量(少量)归纳总结不同生物无氧呼吸的产物生物举例无氧呼吸产物植物大多数植物细胞，如根细胞酒精和CO2马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等乳酸动物骨骼肌细胞、哺乳动物成熟的红细胞等乳酸微生物乳酸菌等乳酸酵母菌等酒精和CO2注：金鱼在缺氧的环境中，能在不同的组织细胞中分别产生乳酸和酒精。知识2细胞呼吸1.概念：细胞呼吸指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO2或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。2.有氧呼吸和无氧呼吸的区别与联系3.细胞呼吸中[H](NADH)和ATP的来源与去路物质来源去路[H](NADH)有氧呼吸：C6H12O6和H2O；无氧呼吸：C6H12O6有氧呼吸：NADH与O2结合生成水，再生为NAD＋；无氧呼吸：还原丙酮酸，再生为NAD＋ATP有氧呼吸：三个阶段都产生；无氧呼吸：只在第一阶段产生用于各项生命活动4.意义(1)为生物体提供能量。细胞呼吸是ATP的主要来源。(2)生物体代谢的枢纽，细胞有氧呼吸过程中产生的中间产物(三羧酸循环能产生许多中间产物)可以转化为非糖物质，将蛋白质、糖类和脂质的代谢联系起来。思辨小练判断下列说法的正误：(1)人体在剧烈运动时所需的能量由乳酸分解提供。(×)(2)无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累。(×)(3)人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肝脏中再次转化为葡萄糖。(√)(4)过保质期的酸奶常出现胀袋现象是乳酸菌无氧呼吸产生的气体造成的。(×)(5)有氧呼吸释放的能量大部分用于形成大量的ATP，葡萄糖经无氧呼吸后其能量大部分以热能形式散失。(×)提示：有氧呼吸释放的能量大部分以热能形式散失；无氧呼吸后，葡萄糖中的能量大部分存留在不彻底的氧化产物中。典题说法考向1无氧呼吸的过程(2023·山东卷)水淹时，玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，无氧呼吸产生的乳酸也使细胞质基质pH降低。pH降低至一定程度会引起细胞酸中毒。细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径，延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是(B)A.正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质B.检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成C.转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP增多以缓解能量供应不足D.转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒【解析】玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，说明细胞质基质内H＋转运至液泡需要消耗能量，为主动运输，逆浓度梯度，液泡中H＋浓度高，正常玉米根细胞液泡内pH低于细胞质基质，A错误；转换为丙酮酸产酒精途径时，无ATP的产生，C错误；丙酮酸产酒精途径消耗的[H]与丙酮酸产乳酸途径时消耗的[H]量相同，D错误。考向2细胞呼吸综合考查(2020·全国Ⅰ卷)种子贮藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖，下列关于种子呼吸作用的叙述，错误的是(D)A.若产生的CO2与乙醇的分子数相等，则细胞只进行无氧呼吸B.若细胞只进行有氧呼吸，则吸收O2的分子数与释放CO2的相等C.若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则无O2吸收也无CO2释放D.若细胞同时进行有氧和无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的多【解析】若CO2的生成量＝酒精的生成量，则不消耗O2，故只有无氧呼吸，A正确；若只进行有氧呼吸，则消耗的O2量＝生成的CO2量，B正确；若只进行无氧呼吸，产乳酸的无氧呼吸不会产生CO2，C正确；同时进行有氧呼吸和无氧