第11讲　细胞呼吸的方式和过程 高中生物第一轮总复习

SHENGWUXUE细胞呼吸的方式和过程第11讲说明生物通过细胞呼吸将储存在有机物中的能量转化为生命活动可以利用的能量。课标内容1目

录细胞呼吸的方式和过程23细胞呼吸方式的判断及相关计算关键·真题必刷基础·精细梳理典例·精心深研考点一细胞呼吸的方式和过程1.有氧呼吸 (1)概念

是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______________，释放能量，生成____________的过程。二氧化碳和水大量ATP(2)过程细胞质基质线粒体基质大量提醒有氧呼吸的场所并非只是线粒体：真核细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体；原核细胞无线粒体，但有的原核细胞含有全套与有氧呼吸有关的酶，这些酶分布在细胞质基质和细胞膜上，因此这些细胞能进行有氧呼吸。[微思考]

有氧呼吸中的葡萄糖、水、氧气分别在哪些阶段被利用？产物中的二氧化碳和水分别在哪些阶段形成？

提示

有氧呼吸反应物中的葡萄糖、水、氧气分别在第一、二、三阶段被利用；产物中的二氧化碳和水分别在第二、三阶段形成。(3)写出有氧呼吸的总反应式，并标出各种元素的来源和去路。————————————————————(4)能量转换葡萄糖中稳定的化学能转化为____________________________。ATP中活跃的化学能和热能2.无氧呼吸(1)概念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)过程图解细胞质基质①无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中。②人体内产生的CO2只能是有氧呼吸的产物，因为人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2。③不同生物无氧呼吸的产物不同，其直接原因在于催化反应的酶不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。

(1)供氧不足时，酵母菌在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇。(2022·江苏卷，8B)(

)(2)酵母菌有(需)氧呼吸在线粒体中进行，无(厌)氧呼吸在细胞质基质中进行。(2023·浙江6月选考，11B)(

)提示有氧呼吸在细胞质基质和线粒体中进行。(3)油料作物种子播种时宜浅播，原因是萌发时呼吸作用需要大量氧气。(2021·湖南卷，12C)(

)√×√(4)根瘤中合成ATP的能量主要源于糖类(葡萄糖)的分解。[2020·江苏卷，27(4)](

)(5)葡萄糖的有氧呼吸过程中，水的生成发生在线粒体外膜。(2021·湖北卷，1A)(

)提示线粒体内膜。(6)马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATP。(2019·全国卷Ⅱ，2C)(

)提示无氧呼吸在第一个阶段会产生少量的ATP。(7)癌细胞进行无氧呼吸时丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATP。(2020·山东卷，2B)(

)提示无氧呼吸第二个阶段不产生ATP。√×××1.有氧呼吸中的电子传递链糖酵解(有氧呼吸第一阶段)和丙酮酸氧化过程(有氧呼吸第二阶段)(也称三羧酸循环阶段)中生成的[H]是在线粒体内膜上继续氧化的。[H]在酶的催化下释放电子和H＋，电子被镶嵌在线粒体内膜上的一系列特殊蛋白质捕获和传递，最终与O2、H＋结合，生成了H2O，而线粒体内膜上的这些特殊蛋白质则利用电子给予的能量将线粒体基质中的H＋泵入内膜和外膜的间隙，构建了跨膜的H＋浓度梯度。最终，H＋沿着线粒体内膜上ATP合成酶内部的通道流回线粒体基质，推动ATP的合成。2.细胞呼吸中[H]和ATP的来源与去向(1)有氧呼吸过程中[H]、ATP的来源和去路(2)无氧呼吸中的[H]和ATP都是第一阶段在细胞质基质中产生的。其中[H]在第二阶段被用于还原丙酮酸，全部消耗，没有积累。考向1

围绕细胞呼吸的过程，考查生命观念1.(2023·广东卷，7)在游泳过程中，参与呼吸作用并在线粒体内膜上作为反应物的是(

) A.还原型辅酶Ⅰ

B.丙酮酸 C.氧化型辅酶Ⅰ

D.二氧化碳

解析游泳过程中主要由有氧呼吸提供能量，有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都产生了[H]，这两个阶段产生的[H]在第三阶段经过一系列的化学反应，在线粒体内膜上与氧结合生成水，这里的[H]是一种简化的表示方式，实际上指的是还原型辅酶Ⅰ，A正确。AC2.(2022·全国甲卷，4)线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所。研究发现，经常运动的人肌细胞中线粒体数量通常比缺乏锻炼的人多。下列与线粒体有关的叙述，错误的是(

)A.有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATPB.线粒体内膜上的酶可以参与[H]和氧反应形成水的过程C.线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要O2的直接参与D.线粒体中的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成解析有氧呼吸第一阶段的场所是细胞质基质，第二、三阶段的场所是线粒体，三个阶段均可产生ATP，故有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATP，A正确；线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所，该阶段氧气和[H]反应生成水，该过程需要酶的催化，B正确；丙酮酸分解为CO2和[H]是有氧呼吸第二阶段，场所是线粒体基质，该过程需要水的参与，不需要O2的直接参与，C错误；线粒体是半自主性细胞器，其中含有少量DNA，可以通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成，D正确。B3.(2024·广东中山质检)线粒体中的[H]与氧气结合的过程需要细胞色素c的参与。细胞接受凋亡信号后，线粒体中的细胞色素c可转移到细胞质基质中，并与Apaf-1蛋白结合引起细胞凋亡。下列说法错误的是(

)A.细胞色素c位于线粒体的内膜B.细胞色素c功能丧失的细胞将无法合成ATPC.有氧呼吸过程产生[H]的场所为细胞质基质和线粒体基质D.若细胞中Apaf-1蛋白功能丧失，细胞色素c将不会引起该细胞凋亡

解析

细胞色素c参与有氧呼吸第三阶段的反应，有氧呼吸第一阶段和第二阶段也能合成ATP，B错误。C考向2结合有氧呼吸中电子传递链，考查模型与建模的能力4.(2024·广西桂林期末)呼吸电子传递链是指在线粒体内膜上由一系列呼吸电子传递体组成的将电子传递到分子氧的“轨道”，如下图所示，下列相关叙述错误的是(

)A.图示过程是有氧呼吸的第三阶段，是有氧呼吸过程中产能最多的阶段B.有氧呼吸第一、二阶段产生的NADH所携带的电子最终传递给了氧气C.高能电子在传递过程中逐级释放能量推动H＋跨过内膜到达线粒体基质D.呼吸链的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为发生在线粒体内膜的过程，表示有氧呼吸的第三阶段，该阶段是有氧呼吸过程中产能最多的阶段，A正确；在电子传递链中，有氧呼吸第一、二阶段产生的NADH所携带的电子最终传递给了氧气，生成水，B正确；据图可知，电子传递过程中逐级释放的能量推动H＋从线粒体基质跨过线粒体内膜到达另一侧，C错误；电子传递过程中释放的能量用于建立膜两侧H＋浓度差，使能量转换成H＋电化学势能，D正确。基础·精细梳理典例·精心深研考点二细胞呼吸方式的判断及相关计算1.细胞呼吸方式的判断(以真核生物为例)2.细胞呼吸反应式中各物质间物质的量的比例关系(1)有氧呼吸：C6H12O6∶O2∶CO2＝1∶6∶6。(2)无氧呼吸：C6H12O6∶CO2∶C2H5OH＝1∶2∶2或C6H12O6∶C3H6O3＝1∶2。(3)产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量：无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。(4)消耗等量的葡萄糖时，有氧呼吸消耗氧气的物质的量与有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2的物质的量之和的比为3∶4。欲确认某植物种子的细胞呼吸方式，应设置两套实验装置，如图所示：(1)装置1中加入NaOH溶液的目的是_____________________________________，根据着色液滴移动的距离可测出呼吸作用消耗的氧气的体积。(2)装置2中着色液滴移动的距离代表呼吸作用__________________________________________________________________________________________________________________________________________。吸收二氧化碳

消耗的氧气和释放的二氧化碳的体积的差值(3)实验结果分析判定呼吸方式时，底物一般是葡萄糖。分析如下：装置1装置2结果着色液滴左移着色液滴不动

着色液滴不动着色液滴右移

着色液滴左移着色液滴右移

着色液滴不动着色液滴不动

只进行有氧呼吸或既进行有氧呼吸又进行产生乳酸的无氧呼吸只进行产生酒精的无氧呼吸既进行有氧呼吸又进行产生酒精的无氧呼吸细胞已死亡或只进行产生乳酸的无氧呼吸(4)为了排除环境因素对实验结果的干扰，需要设置对照实验，该对照组的设置方法是__________________________________________________________。(5)若装置1、2中的着色液滴均左移，则可能的原因是_________________________________________________________________。在装置中装入煮熟的发芽种子，其他条件不变种子进行有氧呼吸时，底物中除糖类外还含有脂肪考向1

围绕细胞呼吸类型的判断，考查演绎与推理能力1.(2023·全国乙卷，3)植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。在无氧条件下，某种植物幼苗的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率随时间的变化趋势如图所示。下列相关叙述错误的是(

)CA.在时间a之前，植物根细胞无CO2释放，只进行无氧呼吸产生乳酸B.a～b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程C.每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP比产生乳酸时的多D.植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP解析在时间a之前，因为没有二氧化碳释放，所以不可能是产生酒精的无氧呼吸过程，只能是产生乳酸的无氧呼吸过程，A正确；在a～b时间内，因为此时仍然处于无氧条件下，产生二氧化碳表明进行了产生酒精和CO2的过程，B正确；两个无氧呼吸过程都只有第一阶段产生ATP，两个都是葡萄糖转化为丙酮酸的过程，所以每分子葡萄糖经无氧呼吸产生的ATP相等，C错误；酒精是脂溶性的物质，跨膜运输方式是自由扩散，不消耗能量，D正确。C2.(2024·重庆市期末)研究发现，癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP，这种现象称为“瓦堡效应”。葡萄糖在癌细胞中的代谢途径如图所示，下列说法错误的是(

)A.过程①需要癌细胞膜上载体蛋白的参与B.过程③不能生成ATPC.在癌细胞呼吸作用过程中有少量葡萄糖在线粒体中被利用D.“瓦堡效应”导致癌细胞既不产生CO2也不吸收O2解析葡萄糖进入癌细胞的方式属于主动运输，所以过程①需要癌细胞膜上载体蛋白的参与，A正确；无氧呼吸第二阶段不产生ATP，B正确；线粒体不能直接利用葡萄糖，葡萄糖被利用的场所是细胞质基质，C错误；“瓦堡效应”是指癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP的现象，说明癌细胞进行的是无氧呼吸，由图可知癌细胞进行产生乳酸的无氧呼吸，D正确。B3.(2024·辽宁丹东期末)将酵母菌培养液进行离心处理。把沉淀的酵母菌破碎后，再次离心处理为只含有酵母菌细胞质基质的上清液和只含有酵母菌细胞器的沉淀物两部分，与未离心处理过的酵母菌培养液分别放入甲、乙、丙3支试管中，并向这3支试管内同时滴入等量、等浓度的X溶液。下列叙述错误的是(

) A.若X为葡萄糖溶液，在无氧条件下，能够产生CO2的试管是甲、丙 B.若X为葡萄糖溶液，在氧气充足条件下，最终能产生ATP的试管是甲、乙、丙 C.若X为丙酮酸溶液，在氧气充足条件下，最终能产生CO2和H2O的试管是乙、丙 D.若X为葡萄糖溶液，在无氧条件下，能进行呼吸作用的试管是甲、丙解析甲试管中是细胞质基质和葡萄糖，在无氧条件下，细胞质基质中可以进行无氧呼吸，产生二氧化碳和酒精，丙试管中含有细胞质基质、线粒体和葡萄糖，在无氧条件下，进行无氧呼吸，产生二氧化碳和酒精，A、D正确；甲试管中是细胞质基质和葡萄糖，在氧气充足条件下，细胞质基质中可以进行有氧呼吸第一阶段，乙试管只含有细胞器，无法直接利用葡萄糖，不能进行呼吸作用，丙试管中含有细胞质基质、线粒体和葡萄糖，在有氧条件下，进行有氧呼吸，产生二氧化碳和水，故能产生ATP的是甲和丙，B错误；若X为丙酮酸溶液，在氧气充足条件下，甲试管的细胞质基质无法继续利用丙酮酸，乙试管含有线粒体，故可进行有氧呼吸第二、第三阶段，丙试管含有细胞质基质、线粒体，可进行完整的有氧呼吸，故最终能产生CO2和H2O的试管是乙、丙，C正确。C考向2

结合细胞呼吸的相关计算，考查科学思维4.(2024·广东省衡水金卷期末)一瓶含有酵母菌的葡萄糖溶液，当通入不同浓度的氧气时，其产生的C2H5OH和CO2的量如表所示。下列叙述错误的是(

)氧浓度/%abcd产生CO2的量/mol0.91.31.53.0产生C2H5OH的量/mol0.90.70.60A.氧浓度为a时，只进行无氧呼吸B.氧浓度为b时，经有氧呼吸产生的CO2为0.6molC.氧浓度为c时，消耗的葡萄糖中有50%用于酒精发酵D.氧浓度为d时，只进行有氧呼吸解析氧气浓度为a时，产生的二氧化碳的量和产生的酒精的量相等，只进行无氧呼吸，A正确；氧浓度为b时，无氧呼吸产生酒精的量为0.7mol，产生的二氧化碳量也为0.7mol，则有氧呼吸产生的二氧化碳量为1.3－0.7＝0.6(mol)，B正确；氧气浓度为c时，无氧呼吸产生的酒精量为0.6mol，产生的二氧化碳量也为0.6mol，消耗的葡萄糖为0.3mol，则有氧呼吸产生的二氧化碳量为1.5－0.6＝0.9(mol)，消耗的葡萄糖量为0.15mol，无氧呼吸消耗的葡萄糖为有氧呼吸消耗的葡萄糖的2倍，即消耗的葡萄糖有2/3用于酒精发酵，C错误；氧浓度为d时，无酒精产生，说明酵母菌只进行有氧呼吸，D正确。关键·真题必刷1.(2023·天津卷，1)衣原体缺乏细胞呼吸所需的酶，则其需要从宿主细胞体内摄取的物质是(

)A.葡萄糖

B.糖原

C.淀粉

D.ATP

解析

细胞生命活动所需的能量主要是由细胞呼吸提供的，衣原体缺乏细胞呼吸所需的酶，不能进行细胞呼吸，缺乏能量，ATP是直接的能源物质，因此衣原体需要从宿主细胞体内摄取的物质是ATP，D正确。DD2.(2023·重庆卷，10)哺乳动物可利用食物中的NAM或NA合成NAD＋，进而转化为NADH([H])，研究者以小鼠为模型，探究了哺乳动物与肠道菌群之间NAD＋代谢的关系，如图所示。下列叙述错误的是(

)A.静脉注射标记的NA，肠腔内会出现标记的NAMB.静脉注射标记的NAM，细胞质基质会出现标记的NADHC.食物中缺乏NAM时，组织细胞仍可以用NAM合成NAD＋D.肠道中的厌氧菌合成ATP时所需的能量主要来自NADH解析由题图可知，静脉注射标记的NA，血液中的NA会进入组织细胞，通过一系列的转化过程，使肠腔内会出现标记的NAM，A正确；静脉注射标记的NAM，血液中的NAM会进入组织细胞中，经过NAM和NAD＋之间的转化，使细胞质基质会出现标记的NADH，B正确；食物中缺乏NAM时，组织细胞仍可以利用血液中的NAM合成NAD＋，C正确；肠道中的厌氧菌合成ATP时所需的能量主要来自无氧呼吸的第一阶段，而NADH的消耗发生在无氧呼吸的第二阶段，该阶段不产生ATP，D错误。3.(2020·全国卷Ⅰ，2)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(

)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D解析在反应底物是葡萄糖的情况下，细胞进行有氧呼吸和产乙醇的无氧呼吸均可产生CO2，其中产乙醇的无氧呼吸产生的CO2与乙醇的分子数相等，有氧呼吸不产生乙醇，因而若产生的CO2与乙醇的分子数相等，说明细胞只进行无氧呼吸，A正确；根据有氧呼吸反应式，在反应底物是葡萄糖的情况下，若细胞只进行有氧呼吸，则吸收O2的分子数和释放CO2的分子数相等，B正确；根据无氧呼吸反应式，在反应底物是葡萄糖的情况下，若细胞无氧呼吸产物是乳酸，则不需要消耗O2也不产生CO2，C正确；有氧呼吸中，吸收O2的分子数和释放CO2的分子数相等，而无氧呼吸不消耗O2，但可能产生CO2，若细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的分子数少或两者的数目相等，D错误。4.(2022·广东卷，10)种子质量是农业生产的前提和保障。生产实践中常用TTC法检测种子活力，TTC(无色)进入活细胞后可被[H]还原成TTF(红色)。大豆充分吸胀后，取种胚浸于0.5%TTC溶液中，30℃保温一段时间后部分种胚出现红色。下列叙述正确的是(

)A.该反应需要在光下进行B.TTF可在细胞质基质中生成C.TTF生成量与保温时间无关D.不能用红色深浅判断种子活力高低B解析大豆种子充分吸水膨胀，此时子叶中未形成叶绿体，不能进行光合作用，该反应不需要在光下进行，A错误；细胞质基质中可通