5.3 细胞呼吸的原理和应用-【大鹏生物】2024高考生物一轮复习讲义

第3节 细胞呼吸的原理和应用 3.1 细胞呼吸的方式 1.定义 由于呼吸作用是在细胞内进行的，因此又称细胞呼吸。细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。 2.细胞呼吸的类型 根据是否有O2参与（是否彻底氧化分解），将细胞呼吸分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。 3.2 探究酵母菌细胞呼吸方式 1.实验原理 （1）选材理由 酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧型菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。 （2）判断原理 酵母菌细胞呼吸以葡萄糖作为底物时，通过测定在有氧条件和无氧条件下细胞呼吸的产物，来确定细胞呼吸作用的类型。 ①CO2的检测：CO2+澄清石灰水→浑浊；CO2+溴麝香草酚蓝水溶液→由蓝变绿再变黄。 ②乙醇的检测：酸性条件下，橙色的重铬酸钾＋乙醇→灰绿色。 2.实验设计思路 （1）实验方法 对比实验，是指设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验现象的关系。对比实验也是科学探究中常用的方法。 （2）实验思路 设置组别（控制变量：有氧、无氧条件）→实验分析（CO2产生量的多少和是否有酒精生成）→得出实验结论（具体呼吸方式）。 3.实验流程及实验现象 （1）提出问题 酵母菌细胞呼吸产生酒精是在有氧条件下还是在无氧条件下进行的？酵母菌的细胞呼吸产物有CO2，两种条件下产生的CO2是否一样多？ （2）作出假设 根据已有的知识和生活经验（如酵母菌可以用于酿酒、发面等），针对所提出的问题作出相应假设。 （3）设计并进行实验 ①配制酵母菌培养液：取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A（规格：500 mL）和锥形瓶B（规格：500 mL）中。分别向瓶中注入40 mL质量分数为5%的加热煮沸过的葡萄糖溶液。 ②实验装置图 ③检测CO2：根据石灰水变浑浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。 ④检测酒精：各取2mLA、B瓶酵母菌培养液的滤液→分别注入编号为a、b的两支试管中→分别滴加0.5 mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液（质量分数95%~97%）→轻轻振荡，混匀观察试管中溶液的颜色变化。 注意：浓硫酸具有强腐蚀性，往试管中滴加浓硫酸时一定要谨慎、小心、缓慢！ （4）实验现象 ①甲、乙两装置中澄清的石灰水都变浑浊，但是甲装置中浑浊程度更高且速度更快。 ②b试管中溶液颜色由橙色变成灰绿色，a试管无颜色变化。 4.实验结论 酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸，有氧条件下，生成的CO2多且快，无氧条件下产生酒精和少量CO2。 3.3 有氧呼吸 1.有氧呼吸的定义 细胞在氧气的参与下，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.有氧呼吸的主要场所－线粒体 （1）线粒体结构示意图 （2）线粒体结构的理解 ①外膜：外膜光滑，是位于线粒体最外层的单位膜结构，有较高的通透性。 ②内膜：含有多种与有氧呼吸相关的酶，是包裹线粒体基质的单位膜结构，通透性较低。 ③嵴：内膜的某些部分向内腔折叠而成，使内膜的表面积大大增加，含有许多种与有氧呼吸有关的酶。 ④基质：通常呈液态，含有多种与有氧呼吸相关的酶。 3.有氧呼吸过程分析 （1）第一阶段 （2）第二阶段 （3）第三阶段 4.化学方程式 C6H12O6 + 6H2O + 6O2 → 6CO2 + 12H2O（能量） ① C6H12O6 → 2C3H4O3 + 4[H]（能量） ② 2C3H4O3 + 6H2O → 6CO2 + 20[H]（能量） ③ 24[H] + 6O2 → 12H2O（能量） 5.有氧呼吸过程的能量转化 葡萄糖有氧分解时，能量转化效率为（977.28/2 870）×100%≈34.05%，还有约65.95%的能量以热能的形式散失。 3.4 无氧呼吸 1.无氧呼吸的概念 无氧呼吸是指细胞在缺氧（或无氧）条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底氧化分解，产生二氧化碳或其他产物，释放少量能量，生成少量ATP的过程。 2.无氧呼吸的场所：细胞质基质 3.无氧呼吸过程 第一阶段 酶葡萄糖→丙酮酸、[H]和少量能量 第二阶段 酒精发酵 丙酮酸→酒精+CO2 大多数植物、酵母菌等 乳酸发酵 丙酮酸→乳酸 高等动物、乳酸菌和少数植物器官 （马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等） 4.无氧呼吸反应式 5.无氧呼吸过程的能量转化 （1）无氧呼吸过程中1mol葡萄糖在分解成乳酸时，只释放出196.65 kJ的能量，其中只有61.08kJ的能量储存在ATP（2 mol）中，近69%的能量都以热能的形式散失了。 （2）无氧呼吸过程中