生物必修一课件第5章第3节细胞呼吸的原理和应用2

第3节细胞呼吸的原理和应用(二)概念认知·自主学习一、有氧呼吸1.主要场所:_______,其增大膜面积的方式是________________________________________。2.化学反应式:C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量线粒体内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴3.过程:【警示】产物中的“能量”不能直接写“ATP”。因为能量绝大部分以热能的形式释放,少量的合成ATP。二、无氧呼吸1.场所:___________2.过程:(1)第一阶段:与有氧呼吸第一阶段_____(填“相同”或“不同”)(2)第二阶段:①物质变化②能量变化:_____能量释放,大部分能量储存在___________中。细胞质基质相同少量酒精或乳酸三、细胞呼吸原理的应用请对下列实例与其对应的细胞呼吸原理进行判断。生活实例利用原理“√”或“×”①扎伤口用透气的敷料有氧呼吸√②用粮食生产各种酒有氧呼吸×③及时松土无氧呼吸×④低温、低氧储存水果有氧呼吸√⑤较深的伤口需清理、敷药并注射破伤风抗毒血清无氧呼吸√⑥锻炼时提倡慢跑等有氧活动有氧呼吸√【点拨】“松土”属于中耕的一种措施。中耕是植物生长过程中,完成的除草、松土或对苗株根部进行培土的过程。【质疑批判】某同学学习细胞呼吸后,总结出以下结论:①苹果有氧呼吸的场所是线粒体。②酵母菌有氧呼吸的第三个阶段产生H2O。③人的皮肤细胞进行无氧呼吸所需的酶与有氧呼吸相同。④酵母菌和人体细胞无氧呼吸的产物不同⑤小麦根细胞有氧呼吸过程中葡萄糖氧化分解释放的能量大部分储存在ATP中。你的判断:正确的结论有_____。②④【思维激活】1.我们吃的馒头松软可口,但是发面时面刚开始很硬,后来变软且表面水汪汪的,你知道原因吗?提示:酵母菌进行有氧呼吸产生了CO2和水。2.慢跑等有氧运动被称为“黄金运动”,从健康角度看,你知道有氧运动的优点有哪些吗?提示:有氧运动是机体细胞在充分获得氧气的情况下进行的体育锻炼,不会产生乳酸,因此不会产生肌肉酸痛的感觉。【教材开发】——P94[相关信息]问题:人体肌肉细胞无氧呼吸释放的能量都去哪里了?乳酸中的能量全部浪费了吗?提示:人体肌肉细胞无氧呼吸的能量大部分以热能的形式散失,少部分用于生成ATP。乳酸在肝脏中还能转化为葡萄糖,其能量并没有完全浪费。能力形成·合作探究学习任务一:细胞呼吸的过程【情境探究】请结合有氧呼吸和无氧呼吸的综合模式图探究:【探究活动】(生命观念——物质与能量观)1.有氧呼吸:(1)物质变化:有机物→无机物(CO2和H2O)(2)能量变化:有机物中稳定的化学能→热能+ATP中活跃的化学能。探讨:在下列反应式中用箭头标出各种反应物中O元素的去向:2.无氧呼吸和有氧呼吸的比较:(1)相同点:第一阶段(葡萄糖到丙酮酸)完全相同。(2)联系探讨:细胞呼吸产物中有CO2产生,你能判断细胞进行的呼吸方式吗?提示:不能。有氧呼吸和无氧呼吸中的酒精发酵产物中都有CO2产生,不能只根据是否产生CO2判断细胞呼吸的类型。【易错陷阱】理解细胞呼吸易出现的误区(1)误认为有氧呼吸只在线粒体中进行。如原核细胞虽无线粒体,但也能进行有氧呼吸。真核生物细胞的有氧呼吸场所主要是线粒体。(2)误认为无氧呼吸两个阶段都能合成ATP。无氧呼吸只在第一个阶段合成少量ATP,第二个阶段无ATP的产生。(3)误认为细胞呼吸释放的能量全部储存在ATP中。释放的能量大部分以热能形式散失,小部分储存在ATP中。(4)细胞呼吸不仅为生物体提供能量,还是生物体代谢的枢纽。(2)依据O2消耗量和CO2释放量,具体判断如下:条件结论情况1O2消耗量=CO2产生量只进行有氧呼吸或既进行有氧呼吸又进行产乳酸的无氧呼吸情况2消耗O2量<释放CO2量同时进行有氧呼吸和无氧呼吸情况3不消耗O2,释放CO2只进行产生酒精的无氧呼吸情况4不消耗O2,不释放CO2只进行产生乳酸的无氧呼吸或细胞已经死亡【素养案例】有氧运动如慢跑、游泳等被学者称为保护大脑的清道夫。因为有氧运动能保证大脑有足量的氧气供应,也能使大脑处于清醒活跃的状态。某同学甲在进行游泳时,其体内细胞呼吸发生如图所示变化,其中A、B、C等代表物质或能量,①②③④表示过程或场所,请据图回答下列问题:(1)写出图中字母A、C、E分别代表的含义:A:__________________;C:__________________;

E:__________________。

(2)过程③和④发生的场所相同吗?__________________。

【素养案例】有氧运动如慢跑、游泳等被学者称为保护大脑的清道夫。因为有氧运动能保证大脑有足量的氧气供应,也能使大脑处于清醒活跃的状态。某同学甲在进行游泳时,其体内细胞呼吸发生如图所示变化,其中A、B、C等代表物质或能量,①②③④表示过程或场所,请据图回答下列问题:(3)能产生[H]的过程是______(填序号),[H]被利用的过程是________(填序号)。

(4)同学乙对甲的运动方式提出疑问,认为有氧运动燃脂太慢,百米冲刺的速度跑步更有利于健康,你认为他说的观点正确吗?为什么?【思维流程】【解析】(1)分析可知,图中的A是丙酮酸,C是二氧化碳,E是能量。(2)图中①③④分别表示有氧呼吸的三个阶段,过程④表示第三阶段,发生在线粒体内膜,过程③表示第二阶段,发生在线粒体基质。(3)能产生[H]的过程是有氧呼吸的第一、二两个阶段,对应①③,[H]被利用的过程是有氧呼吸的第三阶段。(4)不正确,因为以百米冲刺的速度跑步时肌细胞会进行无氧呼吸产生乳酸,引起肌肉酸痛。答案:(1)丙酮酸二氧化碳能量(2)不相同,③的场所为线粒体基质,④的场所为线粒体内膜(3)①③④(4)不正确,因为以百米冲刺的速度跑步时,细胞进行无氧呼吸产生乳酸,会刺激肌肉周围的神经末梢,引起肌肉酸胀乏力的不适感。【素养迁移】(1)若①③④表示场所,CO2浓度最高的部位是________(填序号)。提示:③(2)若给细胞供应18O2,经过较长一段时间后,图中含有18O的物质有哪些?(用图中字母表示)。提示:C和F

【题后反思】细胞呼吸过程中反应物和生成物的总结(1)水①作为反应物:参与有氧呼吸第二阶段。②作为生成物:在有氧呼吸第三阶段产生。(2)CO2:作为生成物在有氧呼吸第二阶段和无氧呼吸(酒精发酵)的第二阶段产生。(3)O2:只作为反应物参与有氧呼吸第三阶段。(4)丙酮酸:中间产物。①作为生成物:在有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段产生。②作为反应物:参与有氧呼吸第二阶段和无氧呼吸第二阶段。【典题加练】1.细胞呼吸的过程如图所示,其中①～③代表有关生理过程发生的场所,甲、乙代表有关物质。下列叙述错误的是 ()A.①是细胞质基质,③是线粒体B.甲进入③的前提是有O2存在C.若乙是乳酸,则①②③中都能够产生ATPD.本图所示的生理过程如果发生在酵母菌体内,则乙一定是酒精和CO2【解析】选C。①表示细胞呼吸第一阶段的场所,即细胞质基质;③表示有氧呼吸第二和第三阶段的场所,即线粒体,A正确;甲是丙酮酸,只有在有氧气存在的条件下才能进入③线粒体进行有氧呼吸的第二和第三阶段,B正确;若乙是乳酸,则①②表示无氧呼吸,其中只有①过程能够产生ATP,C错误;酵母菌无氧呼吸的产物是酒精和CO2,D正确。2.如图表示细胞呼吸作用的过程,其中①～③代表有关生理过程发生的场所,甲、乙代表有关物质。下列叙述正确的是 ()A.①和③都具有双层生物膜B.①和②所含酶的种类不同C.②和③都能产生大量ATPD.甲、乙分别代表ATP、[H]【解析】选B。①细胞质基质,是除去能分辨的细胞器和颗粒以外的胶态的基底物质,没有膜,A错误;线粒体基质含进行有氧呼吸的酶,酶的种类不相同,B正确;线粒体基质进行有氧呼吸第二阶段,产生少量ATP,C错误;甲、乙分别代表丙酮酸、[H],D错误。学习任务二:细胞呼吸的影响因素和应用【情境探究】在古代没有冰箱,人们都是用智慧来给食物保鲜。夏天古井里吊一篮子西瓜,冰冰凉凉胜过冰箱;将水果和蔬菜窖藏在地表以下的地方,隔绝日晒雨淋,地窖就是一个天然冰箱。地窖中的温度较地表低,食物在地窖中的呼吸速率较慢。思考:食物在地窖中的呼吸速率较慢的原因是什么?提示:温度影响细胞中酶的活性,温度低时酶的活性低,细胞呼吸速率较慢。【探究活动】(科学思维——模型与建模)1.O2浓度对细胞呼吸速率的影响模型:(1)影响机理:O2是有氧呼吸所必需的,且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。(2)曲线模型分析关键点分析探讨:水果和蔬菜储存时应在图中哪个氧气浓度下较适宜?提示:在氧气浓度为5%时,细胞呼吸总强度最低,有机物消耗最少,所以水果和蔬菜适宜在此浓度下储存。O2浓度细胞呼吸速率0细胞只进行无氧呼吸,A代表无氧呼吸强度0→5%随着O2浓度的增加,无氧呼吸强度显著降低,有氧呼吸强度较弱,细胞呼吸总强度降低大于15%只进行有氧呼吸2.温度对细胞呼吸速率的影响模型:(1)影响机理:通过影响细胞呼吸酶的活性影响细胞呼吸速率。(2)变化趋势:①在一定范围内随温度的升高,呼吸速率先升高。②达到一定温度后,随温度的升高,呼吸速率降低。探讨:结合上图分析,储存水果、牛奶等食物对环境的温度有什么要求?提示:水果和牛奶等应该在低温条件下保存。【易错陷阱】影响细胞呼吸的因素并不是单一的(1)若需增强相关植物或器官的细胞呼吸强度,可采取供水、升温、高氧等措施。(2)若需要降低细胞呼吸强度:可采取干燥、低温、低氧等措施。【素养案例】甲、乙两幅图是某同学绘制的不同环境因素与呼吸作用间关系的坐标曲线,其同学依据曲线做出的下列叙述错误的是 ()A.图甲中的变量①可表示含水量,蔬菜保鲜时应降低含水量B.图甲中的变量①可表示O2浓度,无氧条件下呼吸速率最低,适合储藏C.图乙中的变量②可表示温度,大棚种植时夜间适当降温,有利于增产D.图乙中的变量②不可表示O2浓度【思维流程】【解析】选B。图甲呼吸速率随着变量①含水量的升高而升高,蔬菜保鲜时应降低含水量,A正确;图甲中的变量①表示O2浓度时,无氧条件下只进行无氧呼吸,呼吸速率不是最低,不适合储藏,B错误;图乙中的变量②表示温度时,大棚种植时夜间适当降温,降低细胞呼吸速率有利于增产,C正确;图乙中的变量②不能表示O2浓度,O2促进细胞呼吸速率,O2浓度高,呼吸速率不会下降,D正确。【素养迁移】(1)若图甲表示酵母菌,变量①为O2浓度,那么该图表示_____呼吸速率(填“有氧”“无氧”或“有氧和无氧”)。(2)若图乙中的变量②为温度,那么低温和高温对呼吸速率的影响有何不同?提示:低温酶的活性降低,提高温度,呼吸速率能够恢复;高温破坏酶的结构使酶失活,降低温度呼吸速率不能恢复。有氧【题后反思】不同物质的储藏条件不同(1)蔬菜和水果在储藏时都应在低温、低氧条件下,低温以不破坏植物组织为标准,一般为零上低温。(2)种子储藏时应保持干燥,而蔬菜和水果储藏时应保持一定的湿度。【典题加练】1.水涝会造成农作物减产甚至引起农作物死亡。下列关于水涝对农作物生命活动影响的叙述错误的是 ()A.水涝后,土壤中硝化细菌等有益微生物的代谢活动受到抑制B.如果长时间水涝,农作物根细胞因缺氧产生有害物质而烂根C.水涝后,农作物根细胞内ATP浓度下降、细胞持续吸水D.排除积水后中耕松土,有利于受涝害的农作物恢复长势【解析】选C。水涝地的土壤里缺氧,土壤中需氧微生物如硝化细菌等会因缺氧导致代谢活动受到抑制,A正确;如果长时间水涝,农作物根细胞因缺氧产生酒精,导致烂根,B正确;水涝后,农作物根细胞由于缺氧主要进行无氧呼吸,但ATP在细胞内含量极少,ATP和ADP含量总保持动态平衡,其浓度不会发生明显变化,由于渗透作用细胞发生吸水,但植物细胞有细胞壁,故细胞不会持续吸水,C错误;排除积水后中耕松土,可以使根细胞进行充分的有氧呼吸,从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收,有利于受涝害的农作物恢复长势,D正确。2.如图所示研究人员将水稻的根浸入水中,持续检测CO2产生速率和水中酒精含量的变化曲线。据图分析,下列叙述错误的是 ()A.OA段根尖细胞产生CO2的场所为线粒体B.A时刻根尖细胞开始进行无氧呼吸C.OB段下降原因和CD段下降原因相同D.CD段根细胞可能逐渐失去活性【解析】选C。OA段进行有氧呼吸,根尖细胞产生CO2的场所为线粒体,A正确;A时刻开始产生酒精,故根尖细胞开始进行无氧呼吸,B正确;OB段下降原因和CD段下降原因不相同,OB段下降主要是由有氧呼吸降低导致的,CD段下降原因是由于细胞逐渐死亡导致的,C错误;CD阶段由于酒精的毒害根细胞可能逐渐失去活性而死亡,D正确。有氧呼吸第一阶段：葡萄糖→丙酮酸+[H]+少量能量第二阶段：丙酮酸+H2O→[H]+CO2+少量能量第三阶段：[H]+O2→H2O+大量能量氧气浓度温度pH无氧呼吸酶第二阶段：丙酮酸+[H]→乳酸或丙酮酸+[H]→酒精+CO2线粒体内膜线粒体基质细胞质基质细胞质基质促进抑制决定影响过程场所影响因素学情诊断·课堂测评1.(水平1·概念检测)有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式,有氧呼吸释放大量的能量保证了生命活动对能量的需求,下列有关有氧呼吸的叙述,合理的是________。

①产物水中的氢都来自参加反应的葡萄糖和水②产物水中的氧都来自参加反应的葡萄糖和水③产物二氧化碳中的氧都来自参加反应的葡萄糖④产物二氧化碳中的碳都来自参加反应的葡萄糖⑤有氧呼吸每个阶段都产生ATP,但产生量不同⑥氧气参与有氧呼吸的第二阶段【解析】选①④⑤。以葡萄糖为反应物进行有氧呼吸,产物水中的氢都来自参加反应的葡萄糖和水,①正确;产物水中的氧都来自参加反应的氧气,②错误;产物二氧化碳中的氧都来自参加反应的葡萄糖和水,③错误;产物二氧化碳中的碳都来自参加反应的葡萄糖,④正确。有氧呼吸三个阶段均有ATP的产生,第三阶段产生的ATP最多,⑤正确。O2参与有氧呼吸第三阶段的反应,⑥错误。2.(水平1)进入血液的氧,通过血液循环输送到全身各处的组织细胞,被利用的部位是 ()【解析】选D。氧气参与有氧呼吸的第三阶段场所是线粒体。3.(水平2)向冷却的糯米饭上倒酵母菌的酒曲,盖上盖子并戳几个小孔,放置5天后产生大量水,10天后产生酒精,期间的过程是 ()【解析】选C。题中显示,向冷却的糯米饭上接种酵母菌的酒曲,盖上盖子并戳几个小孔,放置5天后产生大量水,而水分是酵母菌有氧呼吸的产物,同时刚刚接种的环境中有较多的氧气,酵母菌此时通过有氧呼吸产生大量的能量,正好满足了酵母菌大量繁殖过程中能量的消耗,随之,氧气越来越少,无氧呼吸速率逐渐加快,进而产生了酒精,即C正确。4.(水平2)超市有一批过期酸奶,出现了胀袋现象,经分析酸奶中含有乳酸菌和酵母菌等微生物。下列叙述错误的是 ()C.若出现酒味,可能是酵母菌无氧呼吸造成的D.胀袋后的酸奶可能含有其他有害微生物,不能饮用【解析】选A。胀袋是因为有CO2产生,乳酸发酵不会产生CO2,A错误;酵母菌无氧呼吸能产生CO2,形成胀袋,B正确;酵母菌无氧呼吸产生酒精,C正确;除了酵母菌和乳酸菌外还可能含有其他杂菌,不能饮用,D正确。5.(水平2)新型冠状病毒肺炎重症患者会出现低氧血症,此时患者细胞内葡萄糖氧化分解的产物有 ()①酒精②乳酸③CO2④H2O⑤ATPA.①③⑤ B.②③⑤ C.①③④⑤ D.②③④⑤【解析】选D。①人体细胞进行无氧呼吸不会产生酒精,①错误;②在细胞中氧气浓度较低时,细胞会进行无氧呼吸,人体细胞无氧呼吸产生乳酸和少量ATP,②正确;③人体细胞主要进行有氧呼吸,葡萄糖彻底分解得到水、CO2和大量ATP,③正确,④正确;⑤不论细胞进行有氧呼吸还是无氧呼吸,均会产生ATP,⑤正确。6.(水平1、2)如图表示生物体内葡萄糖的代谢过程,其中A、B、C、D代表物质名称,①②③④表示过程,请据图回答:(1)C代表的物质名称是______________________,④过程进行的场所是__________________。

(2)在①②③④过程中,能量释放的过程是________(填序号),O2参与的过程是________(填序号)。

(3)在①②③④过程中,可在酵母菌细胞内进行的是________,可在人体细胞内进行的是________。

【解析】(1)和(2):过程①表示的是细胞呼吸的第一阶段,葡萄糖分解产生丙酮酸C的过程,过程②表示的是有氧呼吸的第二、三阶段,物质B为CO2,无氧呼吸中只有第一个阶段释放能量,而有氧呼吸的三个阶段均能释放能量。(3)酵母菌和人都能进行有氧呼吸和无氧呼吸,二者有氧呼吸的产物相同,酵母菌的无氧呼吸产生的是酒精和CO2,而人的无氧呼吸产生的是乳酸。答案:(1)丙酮酸细胞质基质(2)①②②(3)①②③①②④

【能力挑战题组】1.如图为人体细胞内葡萄糖代谢过程简图,①～③是生化反应过程,甲～丁代表相关物质。下列叙述正确的是 ()A.甲代表的是丙酮酸,丙和丁代表不同的化合物B.①、②过程均有乙生成,是因为催化①、②过程的酶相同C.线粒体内膜面积很大,有利于③过程的有序高效进行D.原核生物缺乏线粒体,不能进行图示的生理过程【解析】选C。甲代表的是丙酮酸,丙和丁代表的都是水,A错误;①、②过程均有乙生成,但过程①是葡萄糖分解,发生在细胞质基质中,过程②是丙酮酸分解,发生在线位体基质中,所以催化①、②过程的酶不同,B错误;真核细胞的③过程发生在线粒体内膜上,线粒体内膜面积很大,有利于③过程的有序高效进行,C正确;原核生物缺乏线粒体,但醋酸菌、蓝细菌等原核生物也能进行图示的有氧呼吸过程,D错误。2.细胞内的磷酸果糖激酶(酶P)催化下列反应:果糖-6-磷酸+ATP果糖-1,6-二磷酸+ADP,这是细胞有氧呼吸第一阶段的重要反应。下图为高、低两种ATP浓度下酶P与果糖-6-磷酸浓度的关系。下列叙述错误的是 ()B.一定范围内,果糖-6-磷酸浓度与酶P活性呈正相关D.有氧呼吸的第一阶段既产生ATP,也消耗ATP【解析】选C。细胞有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质中,A项正确;据图可知,一定范围内,果糖-6-磷酸浓度升高,酶P活性升高,二者呈正相关,B项正确;低ATP浓度下促进酶P的活性较高,C项错误;有氧呼吸产物ATP浓度较高时,酶P活性受到抑制,D项正确。3.如图表示人体组织细胞利用葡萄糖的代谢过程示意图,其中①～④表示生理过程,字母A代表物质。请据图回答:(1)图中A是________,产生的部位是________。(2)线粒体是人体细胞进行有氧呼吸的主要场所,其中催化有氧呼吸的酶分布在________和______。(3)过程①～④中,有氧、无氧条件下都能进行的过程是________;释放能量最多的是________。(4)因剧烈运动而供氧不足,会使肌肉细胞进行________呼吸产生乳酸,乳酸积累会导致肌肉酸胀乏力。酵母菌在无氧时的呼吸产物是_________。

【解析】分析题文描述与题图:①为有氧呼吸或无氧呼吸的第一阶段,②为无氧呼吸的第二阶段,③为有氧呼吸的第二阶段,④为有氧呼吸的第三阶段,A表示丙酮酸。(1)图中A是在细胞质基质中进行的有氧呼吸或无氧呼吸的第一阶段的产物,因此A是丙酮酸,产生的部位是细胞质基质。(2)有氧呼吸的第二、第三阶段分别发生在线粒体基质中和线粒体内膜上,说明催化有氧呼吸的第二、第三阶段的酶分布在线粒体基质和线粒体内膜。(3)过程①～④分别表示有氧呼吸或无氧呼吸的第一阶段、无氧呼吸的第二阶段、有氧呼吸的第二阶段、有氧呼吸的第三阶段,其中释放能量最多的是④,②过程没有释放能量。(4)人体肌肉细胞进行无氧呼吸的产物是乳酸,其反应方程式为:C6H12O6C3H6O3+少量能量。答案:(1)丙酮酸细胞质基质(2)线粒体内膜线粒体基质(3)①④(4)无氧酒精素养发展·创新应用素材减肥与健康生酮饮食受到很多减肥人士的青睐,其特点是高脂肪、适量蛋白、低碳水化合物。正常情况下机体主要靠糖类来供应能量,在生酮饮食中糖类摄入量很少,使机体由糖类供能转变为脂肪供能。脂肪供能代谢过程如图所示:酮体的产生是人体自我保护机制,合成的酮体会及时被其他组织消耗,但当酮体生成的量超过组织细胞的利用能力时,血液中酮体浓度过高,血液酸碱平衡会被破坏,从而引起酸中毒,称为酮症酸中毒。因此生酮饮食虽减脂效果较好,但仍需慎重选用。探究(1)在文中涉及的能源物质有________(至少写出3个)。

(2)结合本文分析,图中脂肪分解产生酮体发生①过程的条件是________,结合酮体的物质组成分析可知,在________(填“有”或“无”)葡萄糖参与脂肪代谢时,脂肪代谢产生能量更多。

(3)现网上流传一份生酮饮食食谱,10天瘦3千克,其食谱如下:早餐:半个西柚、两个鸡蛋、腌肉午餐:半个西柚,蔬菜沙拉,肉类晚餐:半个西柚,蔬菜沙拉,肉类从有机物种类角度考虑,你认为该食谱中缺少富含哪种有机物的食物?该食谱能否长期食用?简要说出你的理由。【解析】(1)在文中涉及的能源物质有糖类(主要能源物质)、脂肪(贮能物质)、ATP(直接能源物质)。细胞呼吸一般消耗葡萄糖。通过细胞呼吸过程,将糖类等有机物分解产生的能