备课素材：有氧呼吸的两条途径的机理和意义-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

有氧呼吸的两条途径的机理和意义 先看一道试题: 天南星科植物(高等植物)有氧呼吸过程中氧与结合生成水的阶段,电子、H+需要经一系列传递给分子氧,下图为其传递过程的两条途径,回答下列问题:(1)在有氧呼吸的过程中,[H]来自于 (填化合物),图示过程发生的场所是 。 (2)研究发现小鼠化物中毒死亡的原因是,氯化物抑制了图中的“物质6 物质7”过程,使小鼠细胞有氧呼吸完全被抑制。但对天南星科植物用黑化物处理,其有氧呼吸速率降低,但并未完全被抑制。原因是天南星科植物细胞呼吸 。 (3)天南星在开花时,其花序会释放大量能量,花序温度比周围高15-35 ,促使恶臭物质散发以吸引昆虫进行传粉,这体现出生态系统的 功能。研究发现,此时花序中ATP生成量并没有明显增加,结合有氧呼吸代谢过程分析原因是 。 答案:(1)葡萄糖和水 线粒体内膜 (2)存在途径2 (3)信息传递 途径2增强,物质氧化分解释放的能量储存在ATP中较少,大量以热能形式散失 解析:由图可知,该图表示有氧呼吸过程中电子,H+需要经过一系列传递给分子氧,氧与之结合生成水,如图为其传递过程中的两条途径,生物体内存在其中的一条或两条途径,途径1是物质4 物质5 物质6 物质7 氧气,途径2是物质4 氧气,其中途径1会合成大量的ATP。 (1)在有氧呼吸的过程中,[H]来自于葡萄糖和水,有氧呼吸的第一和第二阶段均会生成[H],图示过程表示[H]与氧气结合的过程,即表示有氧呼吸的第三阶段,发生的场所是线粒体内膜。 (2)研究发现小鼠化物中毒死亡的原因是,氯化物抑制了图中的“物质6 物质7”过程,使小鼠细胞有氧呼吸完全被抑制,说明小鼠有氧呼吸中氧气与水结合的途径只有1。但对天南星科植物用黑化物处理,其有氧呼吸速率降低,但并未完全被抑制。说明天南星科植物细胞呼吸同时存在途径1和途径2。 (3)天南星在开花时,其花序会释放大量能量,花序温度比周围高15-35 ,促使恶臭物质散发以吸引昆虫进行传粉,恶臭物质属于化学信息,体现了生态系统的信息传递的功能。研究发现,此时花序中ATP生成量并没有明显增加,可能是其途径2增强,物质氧化分解释放的能量储存在ATP中较少,大量以热能形式散失。 此题涉及的天南星科植物有氧呼吸的两条途径,教材没有提到。 那么,有氧呼吸的两条途径机理是什么?有何意义? 天南星科植物是一类多年生常绿或落叶草本植物,天南星科植物在全球范围内广泛分布,主要分布在热带和亚热带地区,少数为攀援灌木或附生藤本。 它们大多生长在阴湿环境中,喜温暖、湿润和荫蔽的环境,抗寒力较低,不耐寒和强光。天南星科植物在园艺和药用方面有重要应用。 许多种类可以作为观赏植物,如绿萝、龟背竹、马蹄莲等。 在细胞呼吸的过程中,电子传递链(也称为呼吸链)是一个关键步骤,它涉及到高能电子和质子的传递,最终将这些电子传递给氧气,生成水。这个过程在线粒体内膜上进行,涉及到多种电子传递体,其中一些电子传递体在细胞色素途径和交替途径中是共有的。 1.天南星科植物有氧呼吸的两条途径 天南星科植物在有氧呼吸过程中,不仅依赖途径1,还可以通过途径2完成有氧呼吸。如图所示: 途径1 :物质4 物质5 物质6 物质7 氧气。这条途径会合成大量的ATP,并且是主要的能量产生途径 。 途径2 :物质4 氧气。这条途径虽然产生的ATP较少,但在某些情况下可以替代途径1,保证有氧呼吸的进行 。 研究发现,“物质6 物质7”过程易被氰化物抑制。若小鼠氰化物中毒,细胞呼吸全被抑制,导致死亡;而对天南星科植物用氰化物处理,呼吸速率降低,但并未完全被抑制,因此,途径2又称为抗氰途径。结果表明:天南星科植物存在途径1和途径2。 2.天南星科植物有氧呼吸的两条途径 的机理 细胞色素途径 是指细胞中通过细胞色素进行电子传递的过程。细胞色素是一类以 铁卟啉(或 血红素)作为辅基的电子传递蛋白,广泛参与动、植物,酵母以及好氧菌、厌氧光合菌等的氧化还原反应。 细胞色素在 呼吸电子传递中的作用 :在呼吸电子传递过程中,细胞色素起着至关重要的作用。细胞色素通过其血红素辅基中铁原子的还原态(Fe2+)和氧化态(Fe3+)之间的可逆变化来传递电子。在线粒体内膜上,电子传递链由一系列有顺序的电子传递体组成,其中包括复合体 、复合体 、复合体 和复合体 。复合体 和复合体 将电子传递给 泛醌(UQ),然后通过复合体 将电子传递给细胞色素c(Cyt c),最终由复合体 将电子传递给氧,形成水分子并产生ATP(如图)。 细胞色素的分类和功能 :根据吸收光谱和最大吸收波长的不同,细胞色素可以分为细胞色素a、b、c等。其中,细胞色素a和b与线粒体内膜紧密结合,而细胞色素c(Cyt c)属于水溶性蛋白,与线粒体内膜外表面疏松结合。细胞色素c在缺氧时可以进入细胞及线粒体内,增强细胞的氧化作用,提高氧的利用。 途径2属于交替呼吸途径,亦称“旁路呼吸途径”、“抗氰呼吸”,是呼吸电子传递途径中的一种特殊方式。在这种途径中,电子不是通过细胞色素传递给氧,而是通过黄素蛋白传递给交替氧化酶,最终传递到氧的过程。 这一途径不受细胞色素途径的抑制剂如氰化物、叠氮化物和一氧化碳等的抑制,因此不会产生腺苷三磷酸(ATP)。在呼吸电子传递途径中,传递到呼吸链中的氢传递体泛醌(UQ)的电子不是传递给细胞色素(电子传递复合体III和复合体IV),称为细胞色素途径;而是传递给黄素蛋白,然后通过交替氧化酶传递到氧的过程,图示中用AOX表示,指的是植物细胞中广泛存在的氧化酶,该途径不受细胞色素途径的抑制剂氰化物、叠氮化物和一氧化碳等抑制,也不产生腺苷三磷酸(ATP),称为抗氰呼吸。如图: 3.天南星科植物有氧呼吸的两条途径 的意义 抗氰途径的氧化不与磷酸化偶联,不产生 ATP 或只产生少量 ATP,释放大量热量,从而有助于某些植物花粉的成熟及授粉、受精过程;有利于挥发引诱剂(如NH3、胺类、吲哚等),吸引昆虫帮助传粉。植物在逆境胁迫时抗氰呼吸增强,抗氰呼吸的强弱与植物的抗性有密切的关系。在低磷、低温、干旱等逆境条件下,植物的呼吸作用(经细胞色素氧化酶)往往受阻,抗氰呼吸产生或加强,这样可以保证糖酵解-三羧酸循环( EMP-TCA 循环),戊糖磷酸途径(PPP) 能正常运转,保证底物继续氧化,维持逆境下植物生命活动对呼吸代谢的基本需求。 学科网(北京)股份有限公司 $$