2025届高三生物一轮深度复习课件24：细胞呼吸的原理和应用（第2课时）

细胞呼吸的原理和应用 第15讲 一轮复习 第2课时（共3课时） “细胞呼吸”部分机理的解读 ATP的产生机制 第三阶段的阻断 丙酮酸进入线粒体的方式 小专题 一 二 三 四 ADP和Pi进入线粒体及ATP运出线粒体的方式 ATP的产生机制 葡萄糖 丙酮酸 H2O NADH H2O O2 CO2 ATP ATP ATP NADH 第一阶段 第二阶段 第三阶段 由糖分解过程中产生的高能 化合物驱动ADP磷酸化形成ATP 由电子传递过程中形成的H+浓度驱动ADP磷酸化形成ATP ATP合酶 琥珀酰辅酶A合成酶 甘油磷酸激酶 丙酮酸激酶 1.有氧呼吸第一阶段中ATP的产生 甘油酸-1,3-二磷酸 甘油酸-3-二磷酸 ATP ADP 甘油磷酸激酶 + + C C H2C OH H O OPO3 P O O O 2- O 核糖 腺嘌呤 O P P C C H2C OH H O OPO3 2- O 核糖 腺嘌呤 O P P P O O O 1.有氧呼吸第一阶段中ATP的产生 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 ATP ADP 丙酮酸激酶 + + CH2 P O O O O 核糖 腺嘌呤 O P P C C CH3 O O 核糖 腺嘌呤 O P P P O O O C O C O O 2.有氧呼吸第二阶段中ATP的产生 琥珀酰辅酶A 琥珀酸 ATP ADP 琥珀酰辅酶A合成酶 + + CH2 核糖 腺嘌呤 O P P 核糖 腺嘌呤 O P P P O O O C S-CoA O Pi + CH2 COO P CH2 CH2 COO 辅酶A + HS-CoA COO 甘油酸-1,3-二磷酸 磷酸烯醇式丙酮酸 琥珀酰辅酶A 高能 化合物 ATP (高能化合物) ATP (高能化合物) ADP ADP+Pi 由糖分解过程中产生的高能化合物驱动ADP磷酸化形成ATP 3.有氧呼吸第三阶段中ATP的产生 Ⅰ Ⅲ Ⅱ Ⅳ e- e- e- NADH NAD+ 琥珀酸 延胡索酸 O2 H2O e- H+ H+ H+ ADP+Pi ATP ATP合酶 ①复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ是H+泵，利用电子传递释放的能量，将H+逆浓度泵出线粒体内膜(类似主动运输) ②H+顺浓度通过ATP合酶，利用H+的浓度梯度驱动ADP合Pi合成ATP Ⅰ Ⅲ Ⅱ Ⅳ NADH NAD+ 琥珀酸 延胡索酸 O2 H2O e- ADP+Pi ATP H+ 丙酮酸 H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ e- e- e- 丙酮酸进入线粒体的方式 H+ 线粒体外膜 葡萄糖 H+ H+ H+ ①线粒体外膜上有孔蛋白，很多物质可以通过，丙酮酸通过孔蛋白通过线粒体外膜。 孔蛋白 丙酮酸转运体 Ⅰ Ⅲ Ⅱ Ⅳ NADH NAD+ 琥珀酸 延胡索酸 O2 H2O e- ADP+Pi ATP H+ 丙酮酸 H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ e- e- e- 丙酮酸进入线粒体的方式 H+ 线粒体外膜 H+ H+ H+ ②丙酮酸由H+浓度驱动，通过丙酮酸转运体进入线粒体通过线粒体内膜，进入线粒体基质。 孔蛋白 丙酮酸转运体 葡萄糖 Ⅰ Ⅲ Ⅱ Ⅳ NADH NAD+ 琥珀酸 延胡索酸 O2 H2O e- ADP+Pi ATP H+ 丙酮酸 H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ e- e- e- 无氧时，丙酮酸不能进入线粒体 H+ 线粒体外膜 H+ H+ H+ ③氧是电子的最终受体，无氧时，电子传递受阻，H+浓度无法建立，H+就不能驱动丙酮酸进入线粒体基质中。 孔蛋白 丙酮酸转运体 葡萄糖 11 NADH NAD+ 琥珀酸 延胡索酸 e- e- e- e- H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ O2 H2O ADP+Pi ATP H+ H+ 丙酮酸 H+ H+ Pi ATP ADP ADP Pi 线粒体内膜 H+梯度驱动ATP出线粒体和ADP、Pi进线粒体 ①H+梯度直接驱动Pi进入线粒体(H+-Pi同向转运) ②H+梯度形成电位差驱动ATP与ADP交换(ATP-ADP反向转运) NADH NAD+ 琥珀酸 延胡索酸 e- e- e- e- H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ O2 H2O ADP+Pi ATP H+ H+ 丙酮酸 H+ H+ Pi ATP ADP ADP Pi 线粒体内膜 总结H+梯度的作用 电子传递 泵出H+ H+梯度 电位差 驱动ATP与ADP交换 H+ 回流 驱动ADP和Pi合成ATP 驱动丙酮酸和Pi进入 13 线粒体外膜分布着孔蛋白构成的通道蛋白，丙酮酸可以经此通道通过。而线粒体内膜由于蛋白质含量高导致通透性低，丙酮酸需通过与H+协同运输的方式由膜间隙进入线粒体基质，如图所示。下列叙述错误的是（ ） A.线粒体内膜的蛋白质/脂质的比值大于线粒体外膜 B.丙酮酸穿过线粒体外膜和内膜的方式均为协助扩散 C.H+通过质子泵由线粒体基质进入膜间隙的方式为主动运输 D.加入蛋白质变性剂会改变线粒体内膜对H+的运输速率 B 第三阶段的阻断 电子传递链 H+梯度 ATP合酶 鱼藤酮 氰化物 抗霉素Ａ 萎锈灵 阻断 缬氨霉素 生热素(UCP) DNP 寡霉素 破坏 抑制 ATP与ADP交换 苍术苷 抑制 ATP ADP ADP 第三阶段的阻断 电子传递链 H+梯度 ATP合酶 鱼藤酮 氰化物 抗霉素Ａ 萎锈灵 阻断 缬氨霉素 生热素(UCP) DNP 寡霉素 破坏 抑制 ATP与ADP交换 苍术苷 抑制 电子传递阻断剂 ATP合酶抑制剂 耗氧量和ATP合成减少 电子传递受阻、耗氧量减少 ATP/ADP交换抑制剂 电子传递受阻、耗氧量和ATP合成减少 第三阶段的阻断 电子传递链 H+梯度 ATP合酶 鱼藤酮 氰化物 抗霉素Ａ 萎锈灵 阻断 缬氨霉素 生热素(UCP) DNP 寡霉素 破坏 抑制 ATP与ADP交换 苍术苷 抑制 电子传递阻断剂 ATP合酶抑制剂 ATP合成减少 电子传递受阻 电子传递与ATP合成偶联 依靠H+梯度偶联 解偶联剂 电子传递链 H+梯度 ATP合酶 鱼藤酮 氰化物 抗霉素Ａ 萎锈灵 阻断 缬氨霉素 生热素(UCP) DNP 寡霉素 破坏 抑制 ATP与ADP交换 苍术苷 抑制 第三阶段的阻断 破坏H+梯度 破坏H+梯度 电子传递加快、耗氧量增加，产热增加 ATP合成减少 解偶联剂的作用机制 ①DNP(2,4-二硝基苯酚)的作用机制 H+ H+ H+ H+ H+ H+ 使膜对H+的通透性增加，将其带到H+浓度低的一边，破坏了跨膜质子梯度，从而使电子传递和ATP形成两个过程分离，不再紧密关联。 解偶联剂的作用机制 ②缬氨霉素的作用机制 H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ 这是一类脂溶性物质，将一价阳离子(除H+)从膜间隙转移到线粒体基质，降低膜两侧的电位差，从而使电子传递和ATP形成两个过程分离，不再紧密关联。 解偶联剂的作用机制 ③生热素(UCP)的作用机制 H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ UCP UCP在线粒体内膜上形成H+通道，使H+流发生 “短路”，不能通过ATP合酶返回到线粒体，从而使电子传递和ATP形成两个过程分离，不再紧密关联。 生热素(UCP)是存在棕色脂肪组织中的内源性物质 棕色脂肪细胞的线粒体有一种称为解耦联蛋白(UCP)的物质，这种物质使得葡萄糖和脂肪酸分解产生的能量不能转化为ATP(为生物体直接供能的物质)，而只能转化为热能。 棕色脂肪组织较多存在于新生儿和幼小哺乳动物体内，因为小家伙们刚生出来，身体的调节功能还比较差，不能通过“打哆嗦”（肌肉颤栗）这种方式产热来抵御外界的寒冷，所以需要棕色脂肪组织的帮助。 白色脂肪组织就好比被子，可以起保暖的作用；棕色脂肪组织就好比电热毯，通过产热来帮助机体抵御寒冷。 棕色脂肪组织是一种特殊的脂肪组织，与白色脂肪组织不同，它并不会储存多余的脂肪，反而会燃烧脂肪产生热量。正常情况下，细胞依靠线粒体利用能源物质产生ATP，而棕色脂肪细胞依靠名为“UCP1”的线粒体质子通道蛋白将这部分能量转而用于产热。研究发现，一个名为“AIDA”的蛋白质能激活“UCP1”。下列叙述正确的是( ) A.脂肪在脂肪细胞中以大小不一的脂滴存在，脂滴膜最可能由磷脂双分子层构成 B.UCP1应该主要存在于线粒体的基质中，会影响有氧呼吸的第二阶段 C.AIDA缺乏者产热能力强，在寒冷条件下维持体温的能力相对较强 D.可以开发以UCP1或AIDA为靶点的药物来治疗过度肥胖症 D 一、探究酵母菌细胞呼吸的方式 知识点29：呼吸方式的判断 1.实验原理 酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。 设计和进行对比实验，分析有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的情况。 C6H12O6 + 6H2O +6H2O CO2 + 6H2O + 能量 C6H12O6 2CO2 + 2C2H5OH + 能量 酶 酶 设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。 实验组(有氧) 实验组(无氧) 对比(相互对照) 对比实验 实验组(C18O2) 对比(相互对照) 实验组(H218O) 设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。 对比实验 实验组(32P标记) 对比(相互对照) 实验组(35S标记) 设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。 32P标记的噬菌体 侵染 35S标记的噬菌体 侵染 对比实验 2.实验设计 质量分数为10%的NaOH溶液 酵母菌 培养液 酵母菌 培养液 澄清的 石灰水 澄清的 石灰水 接橡皮球 (或气泵) A B 甲(有氧组实验装置) 乙(无氧组实验装置) 向A瓶中通气并用NaOH除掉其中的CO2，确保通如澄清石灰水的CO2是有氧呼吸产生的CO2 ①自变量设置 甲组 B瓶密闭一段时间后，消耗掉其中的O2，确保通入澄清石灰水的CO2是无氧呼吸产生的CO2 乙组 28 检测CO2产生速率及是否产生酒精。 ②因变量检测 因变量的检测 CO2产生速率 是否产生酒精 观察澄清石灰水变浑浊的快慢或浑浊程度 观察溴麝香草酚蓝溶液变黄(蓝→绿→黄)的时间 一段时间后从取A、B中取样，加入酸性重铬酸钾(橙色)， A、B连接 澄清石灰水 A、B连接溴麝香 草酚蓝溶液 观察是否有灰绿色出现 秸杆的纤维素经酶水解后可作为生产生物燃料乙醇的原料。生物兴趣小组利用自制的纤维素水解液（含5%葡萄糖）培养酵母菌并探究其细胞呼吸（如图）。下列叙述正确的是（ ） 甲 乙 酵母菌培养液 溴麝香草酚蓝水溶液 A. 培养开始时向甲瓶中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成 B. 乙瓶的溶液由蓝色变成红色，表明酵母菌已产生了CO2 C. 用甲基绿溶液染色后可观察到酵母菌中线粒体的分布 D. 实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量 D 酵母菌液 酵母菌液 稀盐酸 大理石颗粒 蘸有NaOH的脱脂棉 蘸有蒸馏水的脱脂棉 有氧组实验装置 无氧组实验装置 掺有红墨水的蒸馏水 2.实验设计 1.某同学将酵母菌接种在马铃薯培养液中进行实验，不可能得到的结果是（ ） A.该菌在有氧条件下能够繁殖 B.该菌在无氧呼吸的过程中无丙酮酸产生 C.该菌在无氧条件下能够产生乙醇 D.该菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2 B 2.下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”（实验I）和“培养液中酵母菌种群数量的变化”（实验II）的叙述，正确的是（　　） A.实验I、Ⅱ都要将实验结果转化为数学模型进行分析 B.实验I、Ⅱ通气前都必须用NaOH去除空气中的CO2 C.实验I中，有氧组和无氧组都能使澄清石灰水变浑浊 D.实验Ⅱ中，可用滤纸在盖玻片另一侧吸引培养液进入计数室 C 二、根据呼吸商判定细胞呼吸方式以呼吸底物 生物体在同一时间内，释放二氧化碳与吸收氧气的体积之比 1.呼吸商 呼吸商 V 释放的CO2 V 吸收的O2 = =1 以糖类为底物 的有氧呼吸 ＞1 以糖类为底物的有氧呼吸和无氧呼吸 ＜1 以脂肪为底物 的有氧呼吸 1.若种子只进行以糖类为底物的有氧呼吸， 则甲组液滴________，乙组液滴________， 2.若种子只进行了无氧呼吸, 则甲组液滴________，乙组液滴________。 左移 不动 不动 右移 萌发的种子 NaOH溶液 萌发的种子 蒸馏水 甲组 乙组 2.呼吸方式判定 3.若种子中既存在有氧呼吸又存在无氧呼吸 则甲组液滴________，乙组液滴________， 4.若种子进行了以脂肪等非糖物质的为底物的有氧呼吸则甲组液滴________，乙组液滴________。 左移 右移 左移 左移 萌发的种子 NaOH溶液 萌发的种子 蒸馏水 甲组 乙组 2.呼吸方式判定 3.呼吸商的测定 萌发的种子 NaOH溶液 萌发的种子 蒸馏水 甲组 乙组 甲组测定______________________________的量，记为a； 乙组测定______________________________的量，记为b。 O2吸收量与CO2释放量的差 O2吸收量 呼吸商=______________________________ |a-b| ÷ a 4.测定的矫正 萌发的种子 NaOH溶液 等量的煮沸的种子 NaOH溶液 甲组 矫正组 矫正组的作用：_______________________________________________ 排除温度等非生物因素对实验结果的干扰 若甲组向左移动a(mm)，矫正组向右或向左移动b(mm)， 则甲组中实际测定的由种子呼吸消耗的O2引起的移动距离为：___________________。 a+b或a-b 萌发的种子 蒸馏水 乙组 等量的煮沸的种子 蒸馏水 若乙组向右移动a(mm)，矫正组向右或向左移动b(mm)， 则乙组中实际测定的由种子呼吸消耗的O2与与释放的CO2的差值引起的移动距离为：___________________。 矫正组 a-b或a+b 4.测定的矫正 1.某同学用如图所示实验装置测定果蝇幼虫的细胞呼吸速率。实验所用毛细管横截面积为1mm2，实验开始时，打开软管夹，将装置放入25℃水浴中，10min后关闭软管夹，随后每隔5 min记录一次毛细管中液滴移动的位置，结果如下表所示。下列分析正确的是（ ） A.图中X为NaOH溶液，软管夹关闭后液滴将向右移动 B.在20～30 min内氧气的平均吸收速率为6.5 mm3/min C.如将X换为清水，并向试管充入N2即可测定果蝇幼虫无氧呼吸速率 D.增设的对照实验只需将装置中的X换成清水，并将该装置置于相同的环境中 B 2.在科学研究中常用呼吸商（RQ=释放CO2体积/消耗O2体积）表示生物用于有氧呼吸的能源物质不同。测定发芽种子呼吸商的装置如下图。测定A装置液滴左移x(mm)，B装置左移y(mm)。 1)装置1的小瓶中加入NaOH溶液的目的是_____________________________。 吸收呼吸产生的二氧化碳 2)x代表____________________值， y代表_____________________________________________值。 消耗氧的体积 消耗氧和释放二氧化碳的体积之差 A B 41 0.85 3)若测得x＝200(mm)，y＝30(mm)，则该发芽种子的呼吸商是________。 2.在科学研究中常用呼吸商（RQ=释放CO2体积/消耗O2体积）表示生物用于有氧呼吸的能源物质不同。测定发芽种子呼吸商的装置如下图。测定A装置液滴左移x(mm)，B装置左移y(mm)。 4)若要测定已长出一片真叶幼苗的RQ值，则应将该装置放于何种条件下进行，为什么？ 黑暗。避免因为幼苗进行光合作用，干扰呼吸作用的气体量的变化。 2.在科学研究中常用呼吸商（RQ=释放CO2体积/消耗O2体积）表示生物用于有氧呼吸的能源物质不同。测定发芽种子呼吸商的装置如下图。测定A装置液滴左移x(mm)，B装置左移y(mm)。 $$