第3单元 第3课时 细胞呼吸的方式和过程（word教师用书）-【高考领航】2025年高考生物大一轮复习

第3课时　细胞呼吸的方式和过程 　1.通过细胞呼吸过程中物质与能量的变化的分析，形成物质与能量观。(生命观念) 2.通过探究细胞呼吸方式的实验，形成对生物学问题进行初步探究的能力。(科学探究) 考点一　探究酵母菌细胞呼吸的方式 1.实验材料：酵母菌是一类单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。 2.实验设计思路 (1)研究方法——对比实验 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。 (2)该实验为对比实验，分析各种变量 ①自变量为氧气的有无。 ②因变量为CO2产生的速率；酒精产生的速率。CO2的鉴定：CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。酒精的鉴定：酒精与橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下发生化学反应，变成灰绿色。 ③无关变量：温度、试剂用量等，要遵循等量原则。 3.实验过程及结果 (1)配制酵母菌培养液(酵母菌＋葡萄糖溶液) 　配制酵母菌培养液时，必须将煮沸的葡萄糖溶液冷却到常温，才可加入新鲜酵母菌，煮沸的目的一方面是杀死葡萄糖溶液中的微生物，可以排除其他微生物对实验结果的影响，另一方面也可以排出溶液中的O2。 (2)连接装置(甲为有氧呼吸实验装置，乙为无氧呼吸实验装置) 　　　　　　　　　甲　　　　　　　　　　乙 (3)酒精的检测 ①步骤：从A、B中各取2 mL酵母菌培养液的滤液，分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化。 ②在酸性条件下，橙色的重铬酸钾溶液会与酒精发生化学反应，变成灰绿色。 　在检测酒精的实验中，为什么将酵母菌培养的时间延长以耗尽溶液中的葡萄糖？ 提示：由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。 (4)实验结果和结论 观察项目 有氧呼吸装置 无氧呼吸装置 澄清石灰水出现混浊所需时间及混浊程度比较 短且混浊程度较大 长且混浊程度较小 溴麝香草酚蓝溶液变色情况比较 变黄且 时间短 变黄且时间长 酸性重铬酸钾检验情况比较 不变色 由橙色变成灰绿色 实验结论 酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，产生大量的CO2 酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物有酒精，同时也产生少量的CO2 　教材中对比实验的实例有①②③(填序号)。 ①探究酵母菌细胞呼吸的方式；②鲁宾和卡门的同位素标记法实验；③赫尔希和蔡斯采用放射性同位素标记T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验；④比较过氧化氢在不同条件下的分解。 高考情境探究 1.(2022·重庆卷，改编)从图中选取装置，用于探究酵母菌细胞呼吸方式： 酵母菌培养液① 酵母菌培养液② 澄清的石灰水③ 酵母菌培养液④ 酵母菌培养液⑤ 酵母菌培养液⑥ 澄清的石灰水⑦ 质量分数为10%的NaOH溶液⑧ 注：箭头表示气流方向。 有氧呼吸的装置组合是⑧→①→③，无氧呼吸的装置组合是②→③。 2.某同学利用如图实验装置用酵母菌做了如下实验： 注：①本实验所用的酵母液是由5%的葡萄糖溶液＋10克酵母干粉搅拌而成。②BTB试剂(溴麝香草酚蓝)在不同pH的溶液中呈现不同的颜色，当pH＜7时为黄色，pH＞7时为蓝色。 (1)利用该实验装置“探究酵母菌的呼吸方式”，选用酵母菌作为本实验的实验材料，因为酵母菌属于兼性厌氧菌。判断酵母菌呼吸方式的依据是相同时间内二氧化碳释放量的多少(或二氧化碳释放速率)。 (2)一段时间后，观察、对比1、2试管的颜色变化是均变黄，2号试管较1号试管黄色深。 1.(2024·辽宁辽阳模拟)酵母菌是一种肉眼不可见的微小单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能够存活。如图是探究酵母菌呼吸方式的实验装置。下列相关叙述错误的是(　　) 甲　　　　　　乙 A.甲组中NaOH溶液的作用是去除空气中的CO2，以免对实验结果造成干扰 B.乙组中的Ⅱ应该封口放置一段时间后再连通Ⅲ C.在本实验中，甲组是对照组，乙组是实验组 D.实验中仅增加Ⅱ中酵母菌的接种数量，并不能提高乙醇的最大产量 解析：C　甲组(进行的是有氧呼吸)，NaOH溶液的作用是去除空气中的CO2，以免空气中的CO2对实验结果造成干扰，A正确；乙组中的Ⅱ应该封口放置一段时间，待酵母菌将瓶中的O2消耗完，再连通Ⅲ探究无氧呼吸，B正确；本实验为对比实验，甲、乙均为实验组，两组实验形成相互对照，C错误；实验中仅增加Ⅱ中酵母菌的接种数量，呼吸底物葡萄糖没有增加，则不能提高乙醇的最大产量，D正确。 2.(2024·安徽合肥模拟)在“乙醇发酵实验”活动中，以酵母菌和葡萄糖为材料，用澄清石灰水检测CO2，装置简图如图所示。下列叙述中错误的是(　　) A.甲溶液为澄清石灰水，乙溶液为酵母菌和葡萄糖混合液 B.根据澄清石灰水是否变浑浊，可判断酵母菌的呼吸类型 C.为制造无氧环境，可在乙溶液液面上滴加植物油或液体石蜡 D.在乙溶液中滴加酸性重铬酸钾，若颜色由橙色变成灰绿色则表明有乙醇产生 解析：B　根据图中管子的位置及其长度可判断，乙溶液为酵母菌和葡萄糖混合液，代谢活动产生的气体会通过管子进入试管甲溶液中，所以甲溶液为澄清石灰水来检测二氧化碳的有无，A正确；酵母菌是异养兼性厌氧菌，在无氧条件下可以无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，有氧条件下可以进行有氧呼吸产生水和二氧化碳，酵母菌在有氧条件和无氧条件下都可以产生二氧化碳，B错误；植物油或液体石蜡可以隔绝空气，所以可以制造无氧环境，C正确；乙醇可以和酸性的重铬酸钾溶液发生反应，使溶液颜色从橙色变成灰绿色，以此原理来检测乙醇的有无，D正确。 考点二　有氧呼吸 1.细胞呼吸 (1)概念：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，释放能量并生成ATP的过程。 (2)类型：有氧呼吸和无氧呼吸。 2.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，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。 (2)有氧呼吸过程 ①有氧呼吸总反应式(标出氧元素的来源与去向)： 　细胞呼吸的反应物不是只有葡萄糖，可以是糖类、脂质、蛋白质等有机物，主要是葡萄糖。有氧呼吸反应式只适用于葡萄糖的氧化分解过程。 ②能量转化：1 mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870 kJ的能量，其中977.28 kJ左右的能量储存在ATP中，其余能量则以热能形式散失。 ③同有机物在生物体外燃烧相比，有氧呼吸是在温和的条件下进行的；有机物中的能量是逐步释放的；一部分能量储存在ATP中。 　(1)(必修1 P93相关信息，改编)细胞呼吸产生的[H]指的是还原型辅酶Ⅰ(NADH)。 (2)(必修1 P96思维训练)科学家就真核细胞线粒体的起源，提出了一种解释：约十几亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，二者在共同生存繁衍的过程中，需氧细菌进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的细胞器。 高考情境探究 (2021·重庆卷，改编)人线粒体呼吸链受损可导致代谢物X的积累，由此引发多种疾病。动物实验发现，给呼吸链受损小鼠注射适量的酶A和酶B溶液，可发生如图所示的代谢反应，从而降低线粒体呼吸链受损导致的危害： (1)呼吸链受损会导致有氧(填“有氧”或“无氧”)呼吸异常，判断的依据是有氧呼吸主要在线粒体内，而无氧呼吸在细胞质基质。人线粒体呼吸链受损，会导致有氧呼吸异常。 (2)过程⑤中酶B的名称为过氧化氢酶，使用它的原因是催化过氧化氢的分解，避免过氧化氢对细胞的毒害。 重点难点阐释 电子传递和氧化磷酸化(有氧呼吸第三阶段) (1)[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和H＋结合，生成了H2O。 (2)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。 (3)H＋沿着线粒体内膜上ATP合酶内部的通道流回线粒体基质，推动了ATP的合成(在一定范围内，线粒体内膜两侧的H＋浓度差越大，ATP合成越多)。 1.(2023·广东卷)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：A　游泳过程中主要以有氧呼吸提供能量，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符合题意。 2.在酵母菌线粒体内，呼吸链由一系列特定顺序排列的结合蛋白质组成。链中每个成员，从前面的成员接受氢或电子，又传递给下一个成员，最后传递给氧。在电子传递的过程中，逐步释放能量，同时将其中部分能量，通过氧化磷酸化作用储存在ATP分子中，具体过程如图所示。下列说法错误的是(　　) A.H＋通过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的运输会导致线粒体基质的pH升高 B.F1是转运蛋白，在线粒体内膜上起运输和催化作用 C.在乳酸菌中，也有上图所示的电子传递系统 D.在分解脂肪时，通过该电子传递链消耗的氧将增加 解析：C　H＋通过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的运输会导致线粒体基质的H＋减少从而使pH升高，A正确；F1在线粒体内膜上既可充当载体蛋白起运输作用，还可以充当酶来催化ATP的合成，B正确；乳酸菌是厌氧菌，不能进行有氧呼吸，故没有与酵母菌类似的电子传递系统，C错误；在分解脂肪时，由于脂肪的氢元素含量比葡萄糖高，故通过该电子传递链消耗的氧将增加，D正确。 考点三　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.场所：全过程是在细胞质基质中进行的。 3.过程 4.反应式 (1)产物为酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量。 (2)产物为乳酸：C6H12O62C3H6O3＋少量能量。 5.能量 (1)只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。 (2)葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中。 　①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。②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)(必修1 P94正文归纳)无氧呼吸过程中能量的去路有哪些？ 提示：①大部分储存在酒精或乳酸中；②释放的能量中大部分以热能形式散失；③释放的能量中少部分储存在ATP中。 (2)(必修1 P94正文强化)蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。 高考情境探究 1.某同学做了如下实验：取A、B两支试管。在A管中加入煮熟的蚕豆子叶，B管中加入发芽的蚕豆子叶。在两管中分别加入甲烯蓝溶液(注：甲烯蓝氧化态为蓝色，接受氢后为无色)，一段时间后倒出溶液，两管中的子叶都呈蓝色，然后，两管分别加水淹没子叶、抽气、在水面上覆盖适量石蜡油，37 ℃保温一段时间后，发现A管中的子叶不变色，B管中的子叶蓝色变浅： (1)B管中子叶蓝色变浅的原因是什么？ 提示：B管中子叶在无氧呼吸过程中产生的[H]能使甲烯蓝还原。 (2)A管子叶为什么不变色？实验中设置A管的目的是什么？ 提示：A管中子叶细胞的酶失活，无呼吸作用。实验中设置A管的目的是作对照。 2.(2023·全国乙卷，改编)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： (1)在时间a之前，植物根细胞无CO2释放，无氧呼吸的产物是乳酸，判断的依据是植物进行有氧呼吸或无氧呼吸产生酒精时都有二氧化碳释放，图示在时间a之前，植物根细胞无CO2释放，分析题意可知，植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境，据此推知在时间a之前，只进行无氧呼吸产生乳酸。 (2)每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP与产生乳酸时一样多吗？一样多。判断的依据是无论是产生酒精还是产生乳酸的无氧呼吸，都只在第一阶段释放少量能量，第二阶段无能量释放，故每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP和产生乳酸时相同。 重点难点阐释 1.细胞呼吸过程中[H]和ATP的来源和去路分析 2.有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸各物质间的关系比(以葡萄糖为呼吸反应物) (1)有氧呼吸中葡萄糖∶O2∶CO2＝1∶6∶6。 (2)产生酒精的无氧呼吸中葡萄糖∶CO2∶酒精＝1∶2∶2。 (3)消耗等量的葡萄糖时，产生酒精的无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2摩尔数之比为1∶3。 3.判断细胞呼吸方式的三大依据 1.下列有关细胞利用葡萄糖进行细胞呼吸的叙述中，正确的是(　　) A.无氧呼吸时，葡萄糖中能量的主要去向是以热能形式散失 B.剧烈运动时，人体产生的CO2来自细胞质基质和线粒体基质 C.进行有氧呼吸的生物不一定具有线粒体 D.无氧呼吸过程中有[H]积累，有氧呼吸过程中没有[H]积累 解析：C　无氧呼吸时，葡萄糖中的能量主要储存在酒精或乳酸中，释放的能量的主要去向是以热能形式散失，A错误；人体细胞只能通过有氧呼吸产生二氧化碳，而有氧呼吸产生二氧化碳的场所是线粒体基质，B错误；进行有氧呼吸的生物不一定具有线粒体，如蓝细菌，无线粒体，因有与有氧呼吸有关的酶，可进行有氧呼吸，C正确；无氧呼吸和有氧呼吸过程中都没有[H]积累，D错误。 2.有一瓶含有酵母菌的葡萄糖培养液，当通入不同浓度的O2时，其产生的酒精和CO2的物质的量如图所示。据图中信息推断，正确的是(　　) A.当O2浓度为a时，酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸 B.当O2浓度为c时，有2/5的葡萄糖用于酵母菌的无氧呼吸 C.当O2浓度为b和d时，酵母菌细胞呼吸方式有所不同 D.a、b、c、d不同O2浓度下，细胞呼吸各阶段都能产生[H]和ATP 解析：C　分析曲线可知，O2浓度为a时，产生酒精的量与释放二氧化碳的量相等，说明酵母菌只进行无氧呼吸，不进行有氧呼吸，A错误；当O2浓度为c时，无氧呼吸产生的酒精量为6 mol，根据无氧呼吸反应式可知，无氧呼吸消耗的葡萄糖是3 mol，此时有氧呼吸产生的二氧化碳量为15－6＝9(mol)，则有氧呼吸消耗的葡萄糖是1.5 mol，所以用于无氧呼吸的葡萄糖占2/3，B错误；O2浓度为b时，酵母菌既进行有氧呼吸，也进行无氧呼吸，O2浓度为d时，不产生酒精，只进行有氧呼吸不进行无氧呼吸，C正确；有氧呼吸过程中各阶段都能产生ATP，但第三阶段不能产生[H]，而进行无氧呼吸时，第二阶段不能产生[H]和ATP，D错误。 1.(2022·河北卷)关于呼吸作用的叙述，正确的是(　　) A.酵母菌无氧呼吸不产生使溴麝香草酚蓝溶液变黄的气体 B.种子萌发时需要有氧呼吸为新器官的发育提供原料和能量 C.有机物彻底分解、产生大量ATP的过程发生在线粒体基质中 D.通气培养的酵母菌液过滤后，滤液加入重铬酸钾浓硫酸溶液后变为灰绿色 解析：B　能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄的成分是二氧化碳，酵母菌无氧呼吸可产生二氧化碳，A错误；种子萌发时种子中的有机物经有氧呼吸氧化分解，可为新器官的发育提供原料和能量，B正确；有机物彻底分解、产生大量ATP的过程是有氧呼吸第三阶段，场所是线粒体内膜，C错误；酸性的重铬酸钾与酒精发生化学反应，呈现灰绿色，而通气培养时酵母菌进行有氧呼吸，不产生酒精，故酵母菌液过滤后的滤液加入重铬酸钾浓硫酸溶液后不会变为灰绿色，D错误。 2.(2022·全国甲卷)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ATP B.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：C　有氧呼吸的第一阶段场所是细胞质基质，第二、三阶段在线粒体，三个阶段均可产生ATP，故有氧呼吸时细胞质基质和线粒体都可产生ATP，A正确；线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所，该阶段O2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蛋白质的合成，D正确。 3.(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(　　) 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：B　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；玉米根部短时间水淹，根部氧气含量少，部分根细胞可以进行有氧呼吸产生CO2，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，B正确；转换为丙酮酸产酒精途径时，无ATP的产生，C错误；丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]与丙酮酸产乳酸途径时消耗的[H]含量相同，D错误。 4.(2022·江苏卷，改编)如图为生命体内部分物质与能量代谢关系示意图。下列叙述不正确的有(　　) 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O2 B.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不都储存于ATP 解析：A　分析题图可知，三羧酸循环是代谢网络的中心，可产生大量的[H]和CO2，但不消耗O2，A错误；分析题图可知，代谢中间物(例：丙酮酸、乙酰CoA等)，将物质的分解代谢与合成代谢相互联系，B正确；分析题图可知，丙酮酸、乙酰CoA在代谢途径中将蛋白质、脂肪等的代谢相互联系在一起，具有重要地位，C正确；物质氧化时释放的能量一部分储存于ATP中，一部分以热能的形式散失，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$