资源描述
第五章,细胞的能量供应和利用,第3节ATP的主要来源细胞呼吸,自主学习,一、细胞呼吸1概念(1)物质变化：有机物氧化分解，生成_。(2)能量变化：释放能量并生成_。2探究酵母菌细胞呼吸的方式(1)酵母菌作为实验材料的原因：在_的条件下都能生存，属于_。,二氧化碳或其他产物,ATP,有氧和无氧,兼性厌氧菌,(3)结论：呼吸类型：_。呼吸产物：_,有氧呼吸和无氧呼吸,CO2、水、酒精,葡萄糖,二氧化碳和水,氧,多种酶,大量ATP,2主要场所线粒体,3过程4写出总反应式_。,细胞质基质,丙酮酸、H、ATP,少量能量,线粒体基质,CO2,线粒体内膜,大量能量,三、无氧呼吸1发酵的概念酵母菌、乳酸菌等微生物的_也叫发酵，根据产物不同可分为_和_。2两种方式,无氧呼吸,酒精发酵,乳酸发酵,细胞质基质,H丙酮酸,酒精CO2,乳酸,2C2H5OH2CO2,2C3H6O3,第一阶段,少量ATP,酒精或乳酸,1线粒体是进行有氧呼吸的必需条件吗？若不是请举例说明。提示：不是，蓝藻无线粒体可进行有氧呼吸，具有有氧呼吸酶是进行有氧呼吸的必需条件。2北方人做馒头时，利用酵母菌发面，发好的面团柔软而且表面水汪汪的。你知道为什么吗？提示：酵母菌有氧呼吸产生CO2，使面团充气而变软，有氧呼吸产生的水使面团表面有水。,？思考,1探究酵母菌的呼吸方式时，不能用澄清的石灰水来检测CO2的产生，但可以用重铬酸钾来检测乙醇。()2检测酵母菌培养过程中是否产生CO2，可判断其呼吸方式。()3线粒体将葡萄糖氧化分解成CO2和H2O。()4无氧呼吸能产生ATP、但没有H的生成过程。()5有氧呼吸第二、三阶段都能产生大量ATP。(),判断题,6细胞内葡萄糖分解成丙酮酸和H的反应，只发生在细胞有氧时。()7呼吸作用产生的能量均以热能释放。()8破伤风杆菌适宜生活在有氧的环境中。()9及时排涝，能防止根细胞受酒精毒害。()10无氧和零下低温环境有利于水果保鲜。(),新知解读,1实验原理(1)酵母菌是兼性厌氧菌，在有氧和无氧条件下均能生存，有氧呼吸产生H2O和CO2，无氧呼吸产生酒精和CO2。,知识点1探究酵母菌的呼吸方式,特别提醒：(1)通入A瓶的空气中不能含有CO2，以保证使第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。(2)B瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将B瓶中的氧气消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保是酵母菌无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水中。,酵母菌是兼性厌氧生物，是因为它既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸，而人体中的某些细胞既能进行有氧呼吸也能短暂的进行无氧呼吸，但人只能是需氧型生物，所以生物异化作用类型的区分，不是以能否进行有氧、无氧呼吸为依据的，而是以在有氧或无氧的条件下能否正常生存为依据的。,知识贴士,酵母菌被广泛用于发酵，为研究酒精发酵的产物，某研究小组设计了如图所示的装置。1号、2号试管中均加入3mL蒸馏水和少许0.1%BTB溶液至蓝绿色(酸性较强时，BTB溶液变为黄色)。下列有关评价合理的是(),典题1,D,A1号试管可以去除或将1号试管中BTB溶液换成澄清石灰水B该装置无法检验二氧化碳的生成，仍需再补充其他装置C温度偏高，导致发酵管内氧气少，酵母菌繁殖速度减慢，不利于发酵D为使发酵管中尽量少含氧气，应先将有葡萄糖液煮沸，待冷却后加入鲜酵母，再加入少许石蜡油，使之浮于混合液表面解析1号试管起对比作用；酵母菌产生的二氧化碳会使2号试管中的BTB溶液由蓝绿色变成黄色，无需其他补充装置；80导致酵母菌死亡和发酵过程中酶变性失活；酵母菌在无氧条件下才发酵产生酒精，发酵前将葡萄糖溶液煮沸，会使氧气逸出，冷却后加酵母菌是防止高温杀死酵母菌，加石蜡油达到隔绝空气的目的。,变式训练1某生物实验小组为“探究酵母菌呼吸方式”设计了如图所示的实验装置。实验中，先向气球中加入10mL含酵母菌培养液，再向气球中注入一定量的氧气，扎紧气球，置于装有20温水的烧杯中。再将整个装置置于20的恒温水浴中，记录实验开始30min后烧杯中液面变化量。下列说法错误的是(),C,A还应设置一个气球中加入等量煮沸过的酵母菌培养液的相同装置作为对照B若30min后液面没有变化是因为酵母菌只进行了有氧呼吸C若酵母菌进行了无氧呼吸，则液面应该下降D该装置还可以用来“探究酵母菌进行无氧呼吸的最适温度”解析若酵母菌只进行有氧呼吸，则消耗的氧气和产生的二氧化碳体积相等，不会引起液面变化；若进行了无氧呼吸，则产生的二氧化碳多于消耗的氧气，气体体积增大，液面上升。,知识点2有氧呼吸,3有氧呼吸的全过程十分复杂，可以概括地分为三个阶段，每个阶段的反应都有相应的酶催化。三个阶段可表示如下：,特别提醒：这里的H是一种十分简化的表示方式。这一过程实际上是氧化型辅酶转化成还原型辅酶。综合上述每氧化1mol葡萄糖，生成6mol的二氧化碳和12mol的水，同时生成38molATP。在细胞内，1mol的葡萄糖彻底氧化分解以后，释放出来的总能量是2870kJ，其中只有1161kJ转移至ATP的高能磷酸键上，能量转变效率只有40%左右，其余部分(1709kJ)的能量就以热能的形式散失掉了。,有氧呼吸有如下特点：有氧呼吸需要氧气。氧气是氧化剂，将有机物氧化分解。有氧呼吸能将有机物彻底氧化分解。所谓的彻底氧化分解，是指把有机物分解为二氧化碳和水等无机物。释放大量的能量。由于有机物被分解成无机物，有机物分子化学键中储存的能量全部释放出来，所以释放大量的能量。,知识贴士,用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O转移的途径是()A葡萄糖丙酮酸水B葡萄糖丙酮酸氧C葡萄糖氧水D葡萄糖丙酮酸二氧化碳,典题2,D,解析葡萄糖的有氧呼吸过程分为三个阶段，第一阶段是葡萄糖在无氧参与的情况下分解成丙酮酸(糖酵解)，同时产生H和少量ATP，第二阶段是丙酮酸分解成CO2，同时产生H和少量ATP；第三阶段是第一阶段和第二阶段产生的H还原从空气中吸收进来的氧，生成水，同时产生了大量的ATP。从C6H12O6被氧化分解产生H2O和CO2的全过程可以看出，葡萄糖中18O的转移途径是葡萄糖丙酮酸二氧化碳。,变式训练2葡萄糖在细胞质内分解至丙酮酸的过程中，下列叙述正确的是()A在线粒体中进行无氧呼吸B需在有氧条件下进行C不产生CO2D反应速度不受温度影响解析葡萄糖在细胞质基质中分解成两分子丙酮酸和少量H及少量的能量，这一阶段也是无氧呼吸的第一阶段，因此不需氧的参与。,C,知识点3无氧呼吸,3无氧呼吸的全过程，可以概括地分为两个阶段，这两个阶段需要不同的酶催化，但都是在细胞质基质中进行的。第一个阶段与有氧呼吸的第一个阶段完全相同。第二个阶段是，丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。无论是分解成酒精和二氧化碳或者是转化成乳酸，无氧呼吸都只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量则存留在酒精或乳酸中。,(1)无氧呼吸有如下特点：细胞的无氧呼吸是在缺氧的条件下进行的，以适应不利的环境条件。细胞的无氧呼吸过程中，把有机物不彻底氧化分解，形成不彻底氧化产物。所谓不彻底的氧化产物，是指有机物经过无氧呼吸分解后，仍然是一些小分子有机物，如酒精、乳酸等。释放能量少。因为这个过程没有氧气参与，只依靠细胞内的酶来分解有机物，形成的不彻底的氧化产物中仍储存着大量能量，所以无氧呼吸过程释放的能量很少。,知识贴士,(2)1mol葡萄糖在分解成乳酸以后，只释放出196.65kJ的能量，其中只有61.08kJ的能量储存在ATP中，近69%的能量都以热能的形式散失了。无氧呼吸过程不但释放的能量很少，而且产生的酒精等不彻底氧化产物对生物细胞有毒害作用。所以，一般陆生植物和动物细胞不能长期忍受无氧呼吸。(3)除酵母菌外，还有许多种细菌和真菌能够进行无氧呼吸。此外，马铃薯块茎、苹果果实等植物器官的细胞以及动物骨骼肌的肌细胞等，除了能够进行有氧呼吸外，在缺氧条件下也能进行无氧呼吸。,下列关于呼吸作用的叙述，正确的是()A无氧呼吸的终产物是丙酮酸B有氧呼吸产生的H在线粒体基质中与氧结合生成水C无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有H的积累D质量相同时，脂肪比糖原有氧氧化释放的能量多解析本题考查细胞呼吸的相关知识。质量相同的脂肪和糖原相比，前者H的含量高一些，因此在氧化分解时所释放的能量也会更多。,典题4,D,变式训练3比较动物有氧呼吸和无氧呼吸，最恰当的是()A糖类是有氧呼吸的主要能源物质，不是无氧呼吸的主要能源物质B有氧呼吸产生还原氢，无氧呼吸也能产生还原氢C有氧呼吸逐步释放能量，无氧呼吸瞬间释放能量D水是有氧呼吸和无氧呼吸共同的代谢终产物解析有氧呼吸和无氧呼吸都是以糖类作为呼吸底物的；有氧呼吸的第一和第二阶段产生H，用于第三阶段与O2反应释放出大量的能量，无氧呼吸的第一阶段也产生H，用于第二阶段转变为其他物质；细胞呼吸都是在缓和的条件下进行的，能量缓慢释放；有氧呼吸产生水，无氧呼吸不产生水。,B,1温度：通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸强度。与温度影响酶催化效率的曲线特征一致。生产上常利用这一原理在低温下储存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，来降低细胞呼吸，减少有机物的消耗。,知识点4影响细胞呼吸的环境因素及在生产中的应用,2氧气浓度(1)对于无氧呼吸：随氧气浓度增加而受抑制，氧气浓度越高，抑制作用越强，氧气浓度达到一定值时，被完全抑制。如图乙所示。,(2)对于有氧呼吸：氧气是有氧呼吸的原料之一，在一定范围内，随着氧气浓度的增加，有氧呼吸速率增强，但当氧气浓度增加到一定值时，有氧呼吸速率不再增加。如图丙所示。,(3)绝大多数植物的非绿色器官或酵母菌的呼吸速率受氧气浓度的影响。如图丁所示。除了温度、氧气外，二氧化碳对有氧呼吸有抑制作用。生物含水量的多少影响呼吸作用，在一定范围内，呼吸作用强度随含水量的增加而增大。,(4)应用作物栽培中，采取中耕松土，防止土壤板结等措施，都是尽量使O2浓度位于E点之上，保证根细胞的正常呼吸，有利于肥料的吸收。生产中利用低氧(A点的浓度)抑制细胞呼吸、减少对有机物的消耗来延长蔬菜、水果、粮食的保存时间。3CO2：增加CO2浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用。4水：水既是细胞呼吸的原料，也是产物，细胞呼吸过程必须在有水的环境中才能完成。一定范围内随水含量的增加细胞呼吸加强。应用：粮油种子在贮藏时，必须降低含水量，使种子呈风干状态，降低细胞呼吸强度，减少有机物消耗；同时防止微生物大量繁殖而使种子变质。,细胞呼吸方式的判断方法如果某生物产生CO2的量和消耗O2的量相等，则该生物只进行有氧呼吸；如果某生物不消耗O2，只产生CO2，则只进行无氧呼吸；如果某生物释放的CO2量比吸收的O2量多，则两种呼吸方式都进行；如果某生物无O2的吸收和CO2的释放，则该生物只进行无氧呼吸(产物为乳酸)或生物已死亡。,知识贴士,如图表示某种植物的非绿色器官在不同氧气浓度下的氧气吸收量和无氧呼吸过程中二氧化碳的释放量，据图判断下列说法正确的是(),典题4,B,A图中乙曲线在氧气浓度为b时无氧呼吸最强B图中甲曲线表示在不同氧气浓度下无氧呼吸过程中二氧化碳的释放量C氧气浓度为d时该器官的细胞既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸D若甲代表的细胞呼吸方式在氧气浓度为b时消耗了Amol的葡萄糖，则乙代表的细胞呼吸方式在氧浓度为b时消耗的葡萄糖为A/2mol解析图中乙曲线表示有氧呼吸中O2吸收量(即CO2释放量)随氧气浓度的变化；图中甲曲线表示无氧呼吸CO2的释放量随氧气浓度的变化；当氧气浓度为b时，无氧呼吸和有氧呼吸释放的CO2量是相等的，有氧呼吸消耗的葡萄糖为无氧呼吸的1/3；当氧气浓度为d时无氧呼吸已经停止，只进行有氧呼吸。,变式训练4我国青藏高原农区大麦高产的主要原因是由于当地()A昼夜温差大，太阳辐射强BCO2浓度高C雨量充沛D气温偏低，水分蒸发少解析昼夜温差大，白天利于光合作用，而晚上呼吸作用较微弱，利于有机物的积累。,A,指点迷津,有氧呼吸和无氧呼吸的比较有氧呼吸三个阶段的共同产物是ATP，无氧呼吸只在第一阶段产生ATP，有氧呼吸和无氧呼吸的比较总结如下表所示。,如图表示某种植物的非绿色器官在不同O2浓度下气体吸收量和释放量的变化，请据图回答下列问题。,典题5,(1)外界O2浓度在10%以下时，该器官的细胞呼吸方式是_，你作出这种判断的理由是_。(2)该器官CO2释放量与O2吸收量两条曲线在C点相交后重合为一条曲线，这表明此时该器官的细胞呼吸方式是_，你作出这种判断的理由是_。(3)当外界O2浓度为4%5%时，该器官CO2释放量的相对值为0.6，而O2吸收量的相对值为0.4。此时，无氧呼吸的CO2释放量的相对值相当于有氧呼吸的_；无氧呼吸消耗葡萄糖的量的相对值相当于有氧呼吸的_。,有氧呼吸和,无氧呼吸,此时CO2释放量大于O2吸收量,有氧呼吸,此时CO2释放量与O2吸收量相等,1/2,1.5倍,解析(1)从有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可以看出，有氧呼吸时O2吸收量与CO2释放量相等，而在O2浓度为10%以下时，CO2释放量比O2吸收量大，多出的CO2来自无氧呼吸，因此，此时该植物器官既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。(2)根据有氧呼吸的反应式，有氧呼吸时CO2释放量等于O2吸收量，再根据无氧呼吸的反应式，无氧呼吸不吸收O2，只释放CO2，得出当CO2释放量等于O2吸收量时，该植物器官只进行有氧呼吸。,(3)由有氧呼吸和产生CO2的无氧呼吸的反应式可知：有氧呼吸吸收1分子的O2必然释放1分子的CO2，无氧呼吸只释放CO2不吸收O2。O2吸收量的相对值为0.4，则有氧呼吸产生的CO2量为0.4，而CO2的释放总量是0.6，所以无氧呼吸的CO2释放量为0.60.40.2，因此无氧呼吸的CO2释放量为有氧呼吸的1/2。又由反应式可知，有氧呼吸的CO2释放量为0.4时，需要消耗葡萄糖的量为1/60.4，而无氧呼吸的CO2释放量为0.2时，需要消耗葡萄糖的量为1/20.2，故无氧呼吸与有氧呼吸消耗葡萄糖的量的比值为(1/20.2)/(1/60.4)1.5。,方法点拨：(1)细胞呼吸方式的判定方法不消耗O2a无CO2产生：细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸。b有CO2产生：细胞只进行产生酒精的无氧呼吸。消耗O2，产生CO2aVCO2/VO21，细胞只进行有氧呼吸。bVCO2/VO21，细胞同时进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸。,核心素养,探究点探究实验中确定与控制实验变量的方法酵母菌在不同条件下的呼吸作用,如图表示的是测定保温桶内温度变化实验装置。某研究小组以该装置探究酵母菌在不同条件下呼吸作用的情况。材料用具：保温桶(500mL)、温度计、活性干酵母、质量浓度为0.1g/mL的葡萄糖溶液、棉花、石蜡油。,案例,实验假设：酵母菌在有氧条件下呼吸作用比无氧条件下呼吸作用放出热量更多。(1)取A、B两装置设计实验如下，请补充下表中内容：(2)B装置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是_，这是控制实验的_变量。,不加入石蜡油,加入10g活性干酵母,去除氧气,自,(3)要测定B装置因呼吸作用引起的温度变化量，还需要增加一个C装置。请写出C装置的实验步骤：(4)实验预期：在适宜条件下实验，30分钟后记录实验结果，若装置A、B、C温度大小关系是：_(用“”表示)，则假设成立。,加入240mL煮沸后,冷却的葡萄糖溶液,不加入活性干酵母(或加入10g无活性干酵母),ABC,方法警示1.得分要点：(1)必须体现“不加入石蜡油”。必须体现“10g、活性”。(2)必须体现“去除氧气”，必须是“自”。(3)必须体现“240mL”、“煮沸后冷却”。必须体现“不加入活性干酵母”或“加入10g无活性干酵母”。(4)必须是“ABC”。,2错因案例：(1)错答成“加入石蜡油，铺满液面”。(错因：不能达到控制实验自变量O2的目的)错答成“加入10g无活性干酵母”。(错因：错误地将实验自变量理解为酵母菌)(2)错答成“杀菌”或“去除气体”；第二问错答成“无关”。(3)错答成“加入240mL的葡萄糖溶液”，错答成“加入10g活性干酵母”。(4)错答为“CBA”。,技法提炼(1)分析影响“呼吸产热”的因素，找准“变量”：氧气影响呼吸产热。据实验的假设可知：不同的条件是“有氧”与“无氧”，确定“有无氧气”是实验的自变量，实验过程中必须加以控制。怎样来实现无氧条件呢？从表中给予的步骤可以确定，B装置中步骤三“加入石蜡油，铺满液面”的目的是隔绝空气中的氧气，也就是说B装置是控制无氧的环境，以观察实验中能量释放情况。所以A装置是用于观察有氧条件下呼吸作用释放能量的情况，方法步骤三中应该不加入石蜡油，以便空气能与溶液中的酵母菌接触。,溶液的量、细胞的数量对产热量的影响。葡萄糖溶液的量和酵母菌细胞的数量是本实验的无关变量，同样能影响产热的多少。这些对于实验结果有影响的因素，都要严格控制，因此实验组和对照组加入的葡萄糖溶液浓度和体积要一致，方法步骤二中加入的活性干酵母的量要相同，避免无关变量对实验结果的干扰。“变量”随实验目的改变而改变。“测定B装置因呼吸作用引起的温度变化量”，呼吸作用有无就成了实验的自变量。B装置中酵母菌是可以进行呼吸作用的，那么需要设置的C装置当然就应该是不进行呼吸作用的。与B装置相比，方法步骤二中不加入活性干酵母或加入10g无活性干酵母，其余的操作都应该与B装置保持相同。,(2)“煮沸”是灭菌还是除氧：据题中信息：B装置对葡萄糖溶液进行了煮沸的处理。煮沸容易让我们联想到是为了除去溶液中的杂菌。如果是以此为目的，A、B两装置应进行同样的操作，否则实验变量不唯一。因此，B装置煮沸是为了去除葡萄糖溶液中的氧气，保证初始状态下酵母菌就能在无氧条件下进行呼吸。,问题释疑,(一)问题探讨1两者的共同点是：都是物质的氧化分解过程；都能产生二氧化碳等产物，并且都释放出能量。2不能。否则，组成细胞的化合物会迅速而彻底地氧化分解，能量会迅速地全部释放出来，细胞的基本结构也就会遭到彻底的破坏。3在无氧条件下，细胞能够通过无氧呼吸来释放能量。但是，无氧呼吸比有氧呼吸释放的能量要少很多。,(二)探究提示：重铬酸钾可以检测有无酒精存在。这一原理可以用来检测汽车司机是否喝了酒。具体做法是：让司机呼出的气体直接接触到载有用硫酸处理过的重铬酸钾或三氧化铬的硅胶(两者均为橙色)，如果呼出的气体中含有酒精，重铬酸钾或三氧化铬就会变成灰绿色的硫酸铬。(三)小字部分的问题有氧呼吸的能量转换效率大约是40%。这些能量大约可以使2.31025个ADP转化为ATP。,(四)旁栏思考题提示：一般来说，如果无氧呼吸产生的乳酸或酒精过多，会对细胞产生毒害。酵母菌在无氧以及其他条件适合的情况下，随着发酵产物(如酒精)的增多，营养物质的减少以及pH发生变化等的影响，它的繁殖速率逐渐下降，死亡率逐渐上升，酒精发酵最终就会停止。其他的例子如用乳酸杆菌使牛奶发酵形成酸牛奶，最终情况也是这样。,(五)资料分析1提示：参见本节参考资料。2提示：胖人通过适量的运动，细胞呼吸的速率会加快，细胞内有机物的分解会增加，体重就会下降。应当将蔬菜和瓜果放入冰箱或地窖等冷凉的地方储藏，这样能够降低细胞呼吸的速率，减少细胞内有机物的损耗。,知识构建,
展开阅读全文