2026届高三生物二轮复习细胞呼吸调控导学案

二轮微专题——细胞呼吸的调控 一：有氧呼吸的产热调控 （一）有氧呼吸的产热调控 1.腺苷酸能荷的调节 (1)细胞所处的能量状态用ATP、ADP和AMP(腺苷一磷酸)之间的关系式来表示，称为能荷。能荷=(ATP+1/2ADP)/(ATP+ADP+AMP)。 (2)呼吸控制不只决定于ATP或AMP的绝对数量，也决定于它们的相对浓度。当ATP/AMP比值很低时，表示能量贮存很少，能荷低，ATP合成反应加快；能荷变大时，合成反应就减慢。ATP利用反应则相反，能荷低时反应缓慢，能荷高时反应加快。因此，能荷是细胞中ATP合成反应和利用反应的调节因素。 例1：(2024安徽·3)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（ ） 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 2. 生理刺激（如寒冷暴露或过度喂养）释放的去甲肾上腺素（NE）激活一条依赖于cAMP的通路，导致细胞脂质储存中释放脂肪酸。 游离脂肪酸相互作用激活线粒体中的UCP1，克服胞质嘌呤核苷酸对蛋白质的抑制。激活的UCP1催化质子跨线粒体内膜泄漏，耗散由呼吸链产生的电化学质子梯度，否则该梯度将驱动ATP合成。因此，呼吸底物氧化产生的能量以热的形式释放。 例2：在线粒体内膜上存在着多种与膜内外物质转运有关的蛋白（如图），其中H+在UCP1蛋白的作用下穿过线粒体内膜，造成H+泄露同时产生热量。有研究表明，在不表达UCP1的组织中，ACC可以介导类似于UCP1介导的H+泄漏过程。下列推测错误的是（ ） A．图中由F0和F1组成的结构既能运输H+，又能催化ATP的合成 B．H+从线粒体内膜胞液侧运输到线粒体基质侧时，其电化学势能全部转化为ATP中活跃的化学能 C．ACC负责ATP与ADP的交换，为ATP的合成提供ADP并将ATP输送到线粒体内膜胞液侧 D．在不表达UCP1的组织中，ACC介导的H+泄漏过程有可能也会产生热量 例3：某人因出现肌无力、呼吸困难的症状而去医院就诊，其相关检测指标如表所示。FGF21是调节细胞呼吸的关键因子，可作为进一步研究该类疾病的生物标记。 (1)线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，其中产生大量能量的具体场所为 ，该场所的呼吸底物是 。 (2)据检测结果推测，患者出现肌无力是 （填"有氧呼吸"或"无氧呼吸"）增强，线粒体数量 （填"增多"或"减少"）所致。 (3)某研究团队为进一步探究FGF21调控细胞呼吸的分子机制，体外培养正常成肌细胞，用FGF21刺激后检测 ATP 含量，结果如图所示。据此推测，FGF21可 （填"促进"或"抑制"）线粒体的功能。进一步研究表明FGF21可通过P-T蛋白促进Y基因表达。研究者抑制Y基因表达后，检测有氧呼吸第二阶段关键基因IDH、第三阶段关键基因 ATP 合酶基因的表达量，发现两者均较对照组低。综合本题信息，完善下图所示FGF21调控细胞呼吸的路径图（+表示促进，-表示抑制） 。 3. AOX是一种植物细胞线粒体内膜上广泛存在的氧化酶。在此酶参与下，电子可不通过蛋白复合体，而是直接通过AOX传递给氧气生成水。 此过程降低了电子传递过程建立的跨膜H+浓度梯度，使ATP的合成减少，释放的热能增多，使花的器官温度显著高于环境温度，即“开花生热现象”。开花生热有利于花粉的成熟，也有利于散布花香吸引昆虫传粉。 例4：1．研究发现，蓝光影响蚕豆植株物质和能量代谢，而且蚕豆细胞内还存在一条交替氧化酶（AOX）的途径影响细胞呼吸和光合作用。科研人员进行了如下实验： 实验一：在自然光基础上补充不同强度的蓝光，一段时间后，测定单位时间内蚕豆植株光照条件下CO2吸收量和黑暗条件下CO2释放量，实验结果如图1所示。 实验二： A组：叶片+正常光照+ AOX途径抑制剂； B组：叶片+正常光照； C组：叶片+高光照+AOX途径抑制剂； D组：叶片+高光照。 并测定各组光合色素的光能捕获效率，实验结果如图2所示。 回答下列问题： (1)正常光照下，蚕豆根尖细胞产生ATP的场所是 。 (2)根据图1分析，适宜强度的蓝光提高了蚕豆植株的 （填“细胞呼吸速率”、“光合速率”或“细胞呼吸速率和光合速率”）。 (3)根据图2分析，AOX的途径 （填“提高”或“降低”）光合色素的光能捕获效率。比较数据：d-c的值大于b-a的值，说明了 。 (4)根据图2推测，AOX分布于 。研究发现，AOX也参与细胞呼吸的第三阶段相关反应。在早春季节气温较低，开花的蚕豆AOX基因表达增加，细胞呼吸加强，提高花瓣的温度，促进有香气物质挥发，吸引昆虫前来酿蜜，帮助蚕豆传粉，体现该信息传递在生态系统中的作用是 。 二：无氧呼吸的调节 巴斯德效应 供氧充分的条件下有氧呼吸会抑制糖酵解的进行，巴斯德效应实际上是糖酵解和有氧氧化间的一种调节。 瓦堡效应 癌细胞生长很快，使得细胞经常处于一种缺氧状态，于是癌细胞就关闭了需要线粒体的有氧呼吸，能量主要通过葡萄糖的无氧酵解提供。 克勒勃屈利效应 在高浓度的葡萄糖和有氧条件下培养细胞时，细胞生长反而受到抑制，而且生成了乙醇(或乳酸),此效应也称葡萄糖效应，原因是在这些细胞中，糖酵解的酶系活性很强，而线粒体中有氧呼吸第三阶段的酶系活性较低。 例5：癌细胞即使在氧气充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP，这种现象称为“瓦堡效应”。研究表明，癌细胞和正常分化的细胞在有氧条件下产生的ATP总量没有明显差异，下列叙述正确的是（    ） A．癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量的ATP B．③过程会消耗少量的还原氢，④过程不一定都在生物膜上完成 C．发生“瓦堡效应”的癌细胞吸收的葡萄糖比正常细胞的少，且过程③④可同时进行 D．若研制药物抑制癌症患者体内细胞的异常代谢途径，可选用图中①④为作用位点 例6：巴斯德发现氧气会抑制酵母菌的酒精发酵，即氧气可以降低糖类的分解代谢和减少糖酵解（糖酵解是指葡萄糖的分解，最终产物是丙酮酸）产物的积累，这种现象称为巴斯德效应。研究发现，ATP对糖酵解相关酶的活性有抑制作用，而ADP对其有激活作用。线粒体外膜和内膜因含有不同的蛋白质而对C3（丙酮酸）等物质的通透性差异较大。分析下图，有关说法不正确的是（    ） A．糖酵解过程在线粒体内完成 B．孔蛋白是一种通道蛋白，丙酮酸和H+以协助扩散方式通过外膜 C．在H+浓度梯度的驱动下，丙酮酸以主动运输的方式通过内膜 D．供氧充足时，细胞质基质中ATP/ADP增高对糖酵解速度有抑制作用 阅读下列资料，完成下面小题。 Crabtree效应也称为葡萄糖效应，是Crabtree在1929年正式提出，具体表现为当酿酒酵母胞外葡萄糖浓度大于0.15g/L时，即使氧气供应充足，酿酒酵母依然会乙醇发酵积累乙醇。如图为Crabtree效应的示意图，在细胞呼吸过程中，丙酮酸脱羧酶(Pdc)可以催化丙酮酸脱羧，进而生成乙醇；丙酮酸脱氢酶(Pdh)则催化丙酮酸生成二氧化碳和[H]。酿酒酵母在稳定的高葡萄糖条件下会发生长期Crabtree效应；若原本葡萄糖有限，突然葡萄糖过量，则发生短期Crabtree效应。 例7：下列关于酿酒酵母细胞呼吸的叙述，错误的是（    ） A．丙酮酸脱氢酶起催化作用的场所是线粒体基质 B．发生Crabtree效应的酿酒酵母线粒体功能存在障碍 C．高葡萄糖和富氧的稳态环境下，葡萄糖的能量大部分流向乙醇 D．酿酒酵母通过调节酶的种类或活性来适应外界环境中葡萄糖浓度的变化 例8：Crabtree效应对酿酒酵母的生存和繁殖存在影响。下列相关叙述错误的是（    ） A．发生Crabtree效应的酵母菌的繁殖速率在短期内可能会受到抑制 B．通过Crabtree效应快速消耗糖分并积累乙醇使酵母菌具有竞争优势 C．Crabtree效应下，PDH基因的频率下降，PDC基因的频率上升 D．酿酒酵母的Crabtree效应是长期自然选择和适应性进化的结果 例1：答案D 解：A，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，A错误； B,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； C，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； D，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。故选：D。 例2：B 例3：线粒体内膜 NADH、 O2 无氧呼吸 减少 促进 例4：细胞质基质、线粒体 细胞呼吸速率和光合速率 提高 与正常光照条件下相比，高光照条件下AOX途径对光合色素光能捕获效率的影响较大 类囊体薄膜 生物种群的繁衍离不开信息传递 例5：B 例6：A 例7：B 例8：C 学科网（北京）股份有限公司 $