2025届高考一轮复习课件 第10讲 细胞呼吸的原理和应用

2025 生物一轮复习 1 第3单元 细胞的能量供应和应用 第10讲 细胞呼吸的原理和应用 2025年高考一轮复习 第10讲 细胞呼吸的原理和应用 1.说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。 课标要求： 对标课本： 必修1 分子与细胞 第5章 细胞的能量供应和利用（第3节） 2.实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式。 PART 01 回归课本 强基固本 ● 实验：探究细胞呼吸的方式 ● 细胞呼吸的方式及过程 ● 影响细胞呼吸的因素及应用 探究酵母菌细胞呼吸的方式 酵母菌是一类单细胞真菌，与人类的生活息息相关，酵母菌细胞富含蛋白质，可以用作饲料添加剂，在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气或进行振荡，以利于酵母菌大量繁殖。利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。 培养酵母菌时，为什么有的需要通气，有的却需要密封？ 资料 通气可以给酵母菌提供呼吸需要的氧气，利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂；密封则可以避免空气进入，使酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。 酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于 ，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。 兼性厌氧菌 探究酵母菌细胞呼吸的方式 提出问题： 酵母菌是否在有氧和无氧条件下都能进行呼吸？其呼吸产物是否相同？ 作出假设： 酵母菌在有氧条件下，产生二氧化碳； 在无氧条件下产生酒精和二氧化碳。 酵母菌 CO2 酒精和CO2 有氧 无氧 设计实验： Q1：怎样控制有氧和无氧条件 有氧：通气泵或连橡皮球 无氧：将培养装置密闭 Q3：如何检测因变量 Q2：怎样保证酵母菌在整个实验中正常生活 在酵母菌生长最适温度下进行实验；提供细胞呼吸所需物质——葡萄糖 CO2：澄清石灰水或溴麝香草酚蓝溶液； 酒精：酸性重铬酸钾 探究酵母菌细胞呼吸的方式 设计实验装置： 通入的空气中有CO2，为了排除影响，应该如何处理？ 将空气通入酵母菌培养液之前先通入NaOH溶液，吸收除去空气中的CO2。 如何检测酵母菌细胞呼吸产生的CO2？ 在酵母菌培养液的另一侧连通澄清石灰水溶液，或者通入溴麝香草酚蓝溶液。 密闭组如何确保产生的CO2是来自无氧呼吸？ 酵母菌培养结束后，取酵母菌培养液的滤液（因为培养液本身浑浊且有颜色，因此选择滤液效果更好），与酸性重铬酸钾溶液混匀，观察颜色变化。 如何检测酵母菌细胞呼吸产生的酒精？ 将瓶封口放置一段时间再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，或者放入酵母菌培养液后立即用石蜡油密封。 探究酵母菌细胞呼吸的方式 进行实验： 1.配制酵母菌培养液：取20g新鲜食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A（500mL）和锥形瓶B（500mL）中。分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。 2.培养酵母菌：用锥形瓶和其他材料用具组装好实验装置，A组连通橡皮球（或气泵）让空气间歇性依次通过3个锥形瓶，（约50分钟）。然后将实验装置放到25~35℃环境中培养8~10h。B组密封一段时间后，连接澄清石灰水装置。 3.检测：CO2可以使澄清石灰水变浑浊，也可以使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。可以通过石灰水浑浊程度和溴麝香草酚蓝溶液变色时间长短检测CO2产生情况。 探究酵母菌细胞呼吸的方式 4.检测酒精的产生：各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入2支干净的试管中，向试管中滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液（质量分数为95%~97%）并轻轻振荡，使它们混合均匀，观察试管中溶液颜色变化。 葡萄糖也能与重铬酸钾发生颜色反应，因此应该将酵母菌培养时间延长，以耗尽溶液中的葡萄糖。 实验结果： 观察项目 有氧组 无氧组 澄清石灰水 溴麝香草酚蓝溶液 酸性重铬酸钾溶液 浑浊程度高 浑浊程度低 蓝→绿→黄时间短 蓝→绿→黄时间长 不变色 橙色→灰绿色 橙色→灰绿色 探究酵母菌细胞呼吸的方式 实验结论： 酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生 的二氧化碳和水；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生 的二氧化碳。 大量 少量 科学方法 对比实验 概念：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。 举例：本实验中需要设置有氧和无氧两种条件，探究酵母菌在不同氧气条件下的细胞呼吸方式。 对比实验是科学研究中常用的方法之一。 尝试归纳课本中出现过的对比实验有哪些？ 细胞呼吸的方式及过程 细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。 一、有氧呼吸 1.概念：细胞在 的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等 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。 氧 有机物 2.主要场所：线粒体 ①线粒体内膜某些部位向内腔折叠形成嵴，嵴使内膜的表面积大大增加； ②线粒体的 中含有多种与有氧呼吸有关的酶。 内膜上和基质 3.反应式：有氧呼吸最常利用的物质是 ，其化学反应式可以简写成： 葡萄糖 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+大量能量 酶 细胞呼吸的方式及过程 4.反应过程： 有氧呼吸可以概括地分为三个阶段； 第一阶段： 反应场所： ； 细胞质基质 物质变化： ； 能量 大部分：热能散失 C6H12O6 2丙酮酸+4[H]+少量能量 酶 少部分：能量+ADP+Pi→ATP 第二阶段： 反应场所： ； 线粒体基质 物质变化： ； 2丙酮酸+6H2O 6CO2+20[H]+少量能量 酶 能量 大部分：热能散失 少部分：能量+ADP+Pi→ATP 这里产生的[H]指的是NAD+（氧化型辅酶I）转化成NADH（还原型辅酶I）。 细胞呼吸的方式及过程 4.反应过程： 第三阶段： 反应场所： ； 线粒体内膜 物质变化： ； 能量 大部分：热能散失 少部分：能量+ADP+Pi→ATP 24[H]+6O2 12H2O+大量能量 酶 5.有氧呼吸的特点：与体外燃烧相比 反应过程 ； 温和 能量释放：经过一系列的化学反应 释放； 逐步 能量转化：这些能量有相当一部分储存在ATP中。 6.意义： ①逐步缓慢释放能量，保证有机物中的能量得到最充分的利用； ②逐步缓慢释放能量，有利于维持细胞的相对稳定状态。 细胞呼吸的方式及过程 二、无氧呼吸 1.概念：在没有氧气的参与下，葡萄糖等有机物经过 分解，释放少量能量的过程。酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫作 。 不完全 2.反应场所：细胞质基质。 3.反应过程： 产乳酸类型 产酒精类型 第一阶段 第二阶段 举例 C6H12O6 2丙酮酸+4[H]+少量能量 酶 2丙酮酸+4[H] 2C3H6O3 酶 2丙酮酸+4[H] 2C2H5OH+2CO2 酶 乳酸菌、动物细胞、马铃薯块茎、玉米胚、甜菜块根、胡萝卜叶 酵母菌、多数植物细胞、多数微生物 发酵 发酵≠无氧呼吸，有些微生物的发酵需要氧的参与。 细胞呼吸的方式及过程 三、比较有氧呼吸和无氧呼吸 呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 场所 条件 产物 释放能量 ATP产生阶段 相同点 细胞质基质、线粒体 细胞质基质 氧气、多种酶 无氧气、多种酶 CO2和H2O 乳酸或酒精和CO2 大量 少量 三个阶段均产生ATP 仅在第一阶段产生ATP 第一阶段反应完全相同。 都是分解有机物，释放能量，生成ATP。 过程： 条件： 实质： 都需要多种酶的催化。 细胞呼吸的方式及过程 四、细胞呼吸 1.概念：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。 所有生物的生存，都离不开细胞呼吸释放的能量。 2.意义： ②是生物体的 。 代谢枢纽 ①能为生物体提供能量； 细胞呼吸过程中产生的中间产物，可转化为甘油、氨基酸等非糖物质；非糖物质代谢形成的某些产物与细胞呼吸中间产物相同，这些物质可以进一步形成葡萄糖。 核酸 蛋白质 多糖 脂肪 核苷酸 氨基酸 丙酮酸 单糖 脂肪酸 糖酵解 β氧化 脱氨基 乙酰辅酶A 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。 细胞呼吸的方式及过程 在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870kJ能量。可使977.28kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。计算一下：有氧呼吸的能量转化效率大约是多少？这些能量大约能使多少ADP转化为ATP？ 计算 能量转化效率为：977.28/2870≈34%，1mol葡萄糖彻底氧化分解释放的能量大约有34%用于合成ATP，剩余66%以热能形式散失。 已知1molATP水解释放能量为30.54kJ，977.28kJ能量可以合成的ATP为： 977.28/30.54≈32mol 1mol葡萄糖在分解成乳酸以后，只释放出196.65kJ能量，其中只有61.08kJ能量储存在ATP中（2mol），近69%的能量以热能形式散失。 影响细胞呼吸的因素及应用 1.内部因素： （1）不同 的植物细胞呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物。 （3）同一植物的不同 细胞呼吸速率不同，如生殖器官大于营养器官。 （2）同一植物在不同的 时期细胞呼吸速率不同，如幼苗期、开花期细胞呼吸速率较高，成熟期细胞呼吸速率较低。 2.外部因素： 种类 生长发育 组织器官 （1）温度：通过影响 进而影响细胞呼吸速率。 酶的活性 温度℃ 呼吸速率 应用： ① 零上低温贮存蔬菜、水果。 ② 在大棚蔬菜的栽培过程中，增加昼夜温差，减少呼吸消耗，提高产量。 恒温动物具有体温调节能力，体温不会随着外界温度变化而变化，因此，细胞呼吸速率不会呈现如图所示的变化。 随着O2浓度升高，总细胞呼吸速率 ，最后趋于稳定。O2浓度为C对应的浓度时，细胞呼吸最弱，细胞呼吸释放的CO2量 。 影响细胞呼吸的因素及应用 （2）O2浓度：O2浓度是有氧呼吸必需的，且对无氧呼吸有 作用。 A点：O2浓度为零，细胞只进行 呼吸； 抑制 氧气浓度对细胞呼吸的影响曲线： O 5 10 15 20 25 释放量 CO2 O2浓度% 有氧呼吸速率 无氧呼吸速率 细胞呼吸速率 A D P B C 氧气浓度O~B段时，细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，随着O2浓度升高，无氧呼吸速率减小，有氧呼吸速率增大；O2浓度达到B对应的浓度时，无氧呼吸 。 无氧 速率为零 先减小后增大 最少 D点处有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等，但消耗的有机物未必是最少。 影响细胞呼吸的因素及应用 （2）O2浓度：O2浓度是有氧呼吸必需的，且对无氧呼吸有 作用。 抑制 应用： ①中耕松土促进植物根细胞的有氧呼吸； ②稻田定期排水，抑制无氧呼吸，防止植物酒精中毒，烂根死亡。 ③无氧发酵过程需要严格控制无氧环境，低氧储存粮食、水果和蔬菜。 ④包扎伤口时不要太紧，用透气纱布包扎，抑制厌氧型细菌厌氧呼吸造成感染。 ⑤提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。 影响细胞呼吸的因素及应用 （3）CO2浓度：CO2是呼吸作用的产物，积累过多会 呼吸作用的进行。 抑制 应用：在蔬菜水果的保鲜中，适当提高CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物消耗。 （4）水对细胞呼吸的影响 水是有氧呼吸的反应物之一，细胞内的许多生化反应需要水的参与，一定范围内水的含量升高，细胞呼吸加快。 应用： 粮食在收仓之前要进行晾晒处理，使细胞的含水量（自由水）降低，抑制细胞呼吸，防止细胞代谢消耗有机物。 干种子在萌发之前要浸泡处理，增加含水量，促进细胞呼吸。 PART 02 知识拓展 难点透析 判断细胞呼吸方式的依据 一看 反应物和产物 消耗氧气 一定存在有氧呼吸 产生酒精或乳酸 一定存在无氧呼吸 一定为产乳酸的无氧呼吸 二看 物质的量和产物 CO2=O2 CO2>O2 有氧呼吸+产酒精的无氧呼吸 差值为无氧呼吸产生的CO2量 只进行有氧呼吸 有氧呼吸+产乳酸的无氧呼吸 三看 场所 只在细胞质基质中 有线粒体参与 无氧呼吸 有氧呼吸或两类呼吸并存 快速判定细胞呼吸的方式 产生H2O 无CO2释放 只进行产乳酸的无氧呼吸 “液滴移动法”探究细胞呼吸方式 拓展 （1）探究装置：欲确认发芽种子的细胞呼吸方式，应设置两套实验装置，如图： 装置一 装置二 （2）实验原理：装置一：NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸产生的CO2，红色液滴移动的距离代表细胞呼吸吸收O2的量。 装置二：红色液滴移动的距离代表细胞呼吸产生的CO2量与吸收O2的量的差值。 “液滴移动法”探究细胞呼吸方式 装置一液滴移动会出现几种情况？ 装置一 左移：消耗了氧气，瓶内气压减小； 不移动：没有消耗氧气，没有有氧呼吸 ①只进行有氧呼吸（产生的CO2被吸收） ②进行有氧呼吸（产生的CO2被吸收）+产酒精的无氧呼吸（产生的CO2被吸收） ③进行有氧呼吸（产生的CO2被吸收）+产乳酸的无氧呼吸 ①进行产乳酸的无氧呼吸；②只进行产酒精的无氧呼吸（产生的CO2被吸收） 装置二液滴移动会出现几种情况？ 装置二 不动：消耗的氧气=产生的CO2； ①进行产乳酸的无氧呼吸； ②进行产乳酸的无氧呼吸+有氧呼吸； 右移：消耗的氧气<产生的CO2 ①只进行产酒精的无氧呼吸； ②进行产酒精的无氧呼吸+有氧呼吸。 ③只进行有氧呼吸； “液滴移动法”探究细胞呼吸方式 装置一 装置二 实验结果 结论 装置一 装置二 不动 不动 不动 右移 左移 不动 左移 右移 只进行产乳酸的无氧呼吸 只进行产酒精的无氧呼吸 只进行有氧呼吸/进行有氧呼吸同时进行产乳酸的无氧呼吸 同时进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸 “液滴移动法”探究细胞呼吸方式 1.若瓶中所放的是绿色植物，应将整个装置必须遮光处理，排除光合作用对实验结果干扰； 2.为防止微生物呼吸作用干扰，应将装置及所测材料灭菌处理； 3.为防止气压、温度等非生物因素引起的误差，还应该设置对照实验，对照组中替换为 。 实验组 对照组 实验组单位时间内液滴左移a，若对照组单位时间内液滴左移b或右移c。 则由呼吸引起的液滴移动为： 。 a-b或a+c 2.可以通过对照组和实验组液滴移动的距离定量测定呼吸速率； 注意事项： 煮熟的种子 PART 03 链接高考 真题演练 1. [2024·山东卷，3分]种皮会限制O2进入种子。豌豆干种子吸水萌发实验中子叶耗氧量、乙醇脱氢酶活性与被氧化的NADH的关系如图所示。已知无氧呼吸中，乙醇脱氢酶催化生成乙醇，与此同时NADH被氧化。 下列说法正确的是（ ） 真题演练 A. p点为种皮被突破的时间点 B. Ⅱ阶段种子内O2浓度降低限制了有氧呼吸 C. Ⅲ阶段种子无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐增加 D. q处种子无氧呼吸比有氧呼吸分解的葡萄糖多 1. [2024·山东卷，3分]种皮会限制O2进入种子。豌豆干种子吸水萌发实验中子叶耗氧量、乙醇脱氢酶活性与被氧化的NADH的关系如图所示。已知无氧呼吸中，乙醇脱氢酶催化生成乙醇，与此同时NADH被氧化。 下列说法正确的是（ ） 真题演练 ABD 【解析】A、由图可知，p点乙醇脱氢酶活性 开始下降，子叶耗氧量增加，说明无氧呼吸减弱 ，有氧呼吸增强，该点为种皮被突破的时间点， A正确；B、根据题干信息：Ⅱ阶段种子内O2浓度降低限制了有氧呼吸，使得子叶耗氧速率降低，但为了保证能量的供应，乙醇脱氢酶活性继续升高，加强无氧呼吸提供能量，B正确；C、Ⅲ阶段种皮已经被突破，种子有氧呼吸增强，无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐降低，C错误；D、q处种子无氧呼吸与有氧呼吸氧化的NADH相同，根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可知，此时无氧呼吸比有氧呼吸分解的葡萄糖多，D正确。     2. [2024·甘肃卷，3分]梅兰竹菊为花中四君子，很多人喜欢在室内或庭院种植。花卉需要科学养护，养护不当会影响花卉的生长，如兰花会因浇水过多而死亡，关于此现象，下列叙述错误的是（     ） 真题演练 A. 根系呼吸产生的能量减少使养分吸收所需的能量不足B. 根系呼吸产生的能量减少使水分吸收所需的能量不足C. 浇水过多抑制了根系细胞有氧呼吸但促进了无氧呼吸D. 根系细胞质基质中无氧呼吸产生的有害物质含量增加 B 【解析】大多数营养元素的吸收是与植物根系代谢活动密切相关的过程，这些过程需要根系细胞呼吸产生的能量，浇水过多会使根系呼吸产生的能量减少，使养分吸收所需的能量不足，A正确；根系吸收水分是被动运输，不消耗能量，B错误；浇水过多使土壤含氧量减少，抑制了根细胞的有氧呼吸，但促进了无氧呼吸的进行，C正确；根细胞无氧呼吸整个过程都发生在细胞质基质中，会产生酒精或乳酸等有害物质，D正确。 3. [2024·安徽卷，3分]细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应，磷酸果糖激酶1(PFK1）是其中的一个关键酶。细胞中 ATP减少时，ADP和AMP会增多。当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡。下列叙述正确的是（    ） 真题演练 A. 在细胞质基质中，PFK1催化葡萄糖直接分解为丙酮酸等 B. PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变而变性失活 C. ATP/AMP浓度比变化对PFK1活性的调节属于正反馈调节 D. 运动时肌细胞中 AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快 【解析】细胞呼吸第一阶段葡萄糖最终分解为丙酮酸，需要一系列酶促反应即需要多种酶参与，而磷酸果糖激酶1(PFK1）是其中的一个关键酶，因此PFK1不能催化葡萄糖直接分解为丙酮酸，A错误；由题意可知，当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡，说明PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变但还具有其活性，B错误。 3. [2024·安徽卷，3分]细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应，磷酸果糖激酶1(PFK1）是其中的一个关键酶。细胞中 ATP减少时，ADP和AMP会增多。当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡。下列叙述正确的是（    ） 真题演练 A. 在细胞质基质中，PFK1催化葡萄糖直接分解为丙酮酸等 B. PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变而变性失活 C. ATP/AMP浓度比变化对PFK1活性的调节属于正反馈调节 D. 运动时肌细胞中 AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快 D 【解析】由题意可知，ATP/AMP浓度比变化，最终保证细胞中能量的供求平衡，说明其调节属于负反馈调节，C错误；运动时肌细胞消耗ATP增多，细胞中 ATP减少，ADP和AMP会增多，从而 AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快，细胞中 ATP含量增多，从而维持能量供应，D正确。 谢 谢 34 $$