细胞呼吸的原理和应用(二)

第5章细胞的能量供应和利用细胞呼吸的原理和应用(二)一、无氧呼吸1．类型及反应式2．场所：细胞质基质。3．过程(1)第一阶段：与有氧呼吸的第一阶段完全相同。(2)第二阶段：丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和CO2，或者转化成乳酸。二、细胞呼吸原理的应用1．包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布。2．酿酒时要先通气后密封，通气的目的让酵母菌进行有氧呼吸并大量繁殖、密封的目的是让酵母菌在无氧条件下进行酒精发酵。3．对花盆里的土壤经常进行松土透气。4．粮食贮藏需要的条件是(零上)低温、低氧和干燥；蔬菜、水果贮藏的条件是(零上)低温、低氧和适宜的湿度。1．若需判定运动员在参加赛跑的过程中，肌肉细胞是否进行无氧呼吸，可监测体内积累的（

）A．乳酸 B．O2 C．CO2 D．酒精【答案】A【分析】无氧呼吸是在无氧条件下，有机物不彻底的氧化分解产生二氧化碳和酒精或者乳酸，并释放少量能量的过程，人体无氧呼吸的产物是乳酸。【详解】A、乳酸是人体无氧呼吸过程特有的产物，判断运动员在运动时肌肉细胞是否进行了无氧呼吸，应监测体内积累的乳酸，A正确；B、肌肉细胞进行无氧呼吸不消耗O2，B错误；C、二氧化碳是有氧呼吸的产物，肌肉细胞进行无氧呼吸不产生二氧化碳，C错误；D、肌肉细胞进行无氧呼吸不产生酒精，D错误。故选A。2．下列细胞中，细胞呼吸过程会产生酒精的是（

）A．洪涝中的玉米根细胞 B．剧烈运动时的人骨骼肌细胞C．酸奶发酵中的乳酸菌 D．缺氧条件下的马铃薯块茎细胞【答案】A【分析】无氧呼吸的第一阶段与有氧呼吸的第一阶段相同，都是葡萄糖酵解形成丙酮酸和[H]，发生在细胞质基质中；第二阶段是丙酮酸和[H]反应产生二氧化碳和酒精或者是乳酸，发生在细胞质基质中。【详解】A、受涝的玉米根细胞无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，A正确；B、运动时的人骨骼肌细胞无氧呼吸只产生乳酸，B错误；C、酸奶生产中的乳酸菌无氧呼吸只产生乳酸，C错误；D、缺氧条件下的马铃薯块茎细胞无氧呼吸只产生乳酸，D错误。故选A。3．游泳时人体在水中耗能增多，呼吸运动加强，肺泡呼吸表面积扩大，肺泡壁上开放的毛细血管数量增加，从而加快了肺泡内气体的扩散速度，有利于提高血氧含量，从而提高组织对氧的利用率。下列关于人体细胞呼吸的叙述正确的是（

）A．游泳时人体所需能量来自线粒体中葡萄糖的氧化分解B．缺氧时骨骼肌细胞无氧呼吸第二阶段也释放能量产生ATPC．有氧呼吸过程中生成CO2的阶段释放的能量最多D．剧烈运动时骨骼肌细胞呼吸分解葡萄糖产生的CO2量与消耗的O2量之比等于1【答案】D【分析】细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。无氧呼吸的场所在细胞质基质，包括酒精式无氧呼吸和乳酸式无氧呼吸；有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，分为三个阶段：第一阶段：细胞质基质，葡萄糖分解成丙酮酸和NADH，释放少量能量；第二阶段：线粒体基质，丙酮酸和水生成二氧化碳和NADH，释放少量能量；第三阶段：线粒体内膜，NADH和氧气生成水，释放大量能量。【详解】A、葡萄糖不能直接进入线粒体被分解，需要先在细胞质基质中分解为丙酮酸，丙酮酸再进入线粒体被进一步分解，A错误；B、人体细胞无氧呼吸第一阶段是将葡萄糖分解为丙酮酸，释放少量能量，生成少量ATP，第二阶段是将丙酮酸转化为乳酸，不释放能量，B错误；C、有氧呼吸第一阶段葡萄糖分解，产生丙酮酸，释放少量能量，第二阶段丙酮酸和水彻底分解，产生CO2和NADH，释放少量能量，第三阶段NADH与O2结合生成水，此时会释放大量能量，C错误；D、人体细胞无氧呼吸不消耗O2、不产生CO2，因此虽然剧烈运动时，骨骼肌细胞既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸，但分解葡萄糖产生的CO2量与消耗的O2量之比仍为1，D正确。故选D。4．经科学家处理后筛选出的呼吸链突变型酵母菌能用于酒精发酵，可以有效提高发酵效率。下图表示呼吸链突变型酵母菌的细胞呼吸过程，呼吸链中断会使O2利用发生障碍。下列分析正确的是（

）A．该突变型酵母菌的过程①与野生型酵母菌的不同B．该突变型酵母菌产生酒精的过程伴随着CO2的释放C．该突变型酵母菌会在细胞质基质中大量积累[H]D．该突变型酵母菌由于线粒体不能分解葡萄糖会使酒精产量变高【答案】B【分析】有氧呼吸过程分为三个阶段，第一阶段是葡萄糖氧化分解形成丙酮酸和[H],发生在细胞中基质中；有氧呼吸的第二阶段是丙酮酸和水反应产生二氧化碳和[H],发生在线粒体基质中，有氧呼吸的第三阶段是[H]与氧气反应形成水，发生在线粒体内膜上。无氧呼吸的第一阶段与有氧呼吸的第一阶段相同，都是葡萄糖氧化分解形成丙酮酸和[H],发生在细胞中基质中，第二阶段是丙酮酸反应产生二氧化碳和酒精或者是乳酸，发生在细胞中基质中。【详解】A、过程①是葡萄糖分解为丙酮酸的过程，该突变型酵母菌的过程①与野生型酵母菌的相同，A错误；B、该突变型酵母菌进行无氧呼吸产生酒精和CO2，B正确；C、丙酮酸转化为酒精时会消耗[H]，[H]不会在细胞质基质中大量积累，C错误；D、葡萄糖是在细胞质基质中被分解的，不是在线粒体中，该突变型酵母菌可能是因为O2利用发生障碍，无氧呼吸速率增大，从而增大了酒精产量，D错误。故选B。5．两种无氧呼吸过程中物质和能量的变化如图所示。下列叙述正确的是（

）A．无氧呼吸过程中葡萄糖中的能量大部分以热能形式散失，少部分用于合成ATPB．酵母菌在无氧条件下可以进行无氧呼吸获取能量，故酵母菌能长期忍受无氧环境C．无氧呼吸的第一阶段与有氧呼吸的第一阶段完全相同，均有丙酮酸和NADH产生D．丙酮酸转变为乳酸的过程没有脱羧形成CO2，而是直接由NADH还原，故不需要酶催化【答案】C【分析】无氧呼吸过程的第一阶段与有氧呼吸第一阶段相同，都是葡萄糖分解为丙酮酸，发生场所为细胞质基质，同时产生少量ATP；据图可知，无氧呼吸的第二阶段消耗第一阶段产生的NADH，但不产生ATP，无氧呼吸的第二阶段也在细胞质基质进行。由于不同生物体中相关的酶不同，在大多数植物细胞和酵母菌中无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，在动物细胞和乳酸菌中无氧呼吸产生乳酸。【详解】A、无氧呼吸中葡萄糖分解不彻底，大部分能量储存在乳酸或酒精中，少部分释放出来，在释放出来的能量中，大部分以热能形式散失，少部分用于合成ATP，A错误；B、酵母菌无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用，积累到一定程度细胞甚至会死亡，故酵母菌不能长期忍受无氧环境，B错误；C、无氧呼吸的第一阶段与有氧呼吸的第一阶段完全相同，都在细胞质基质中进行，均有丙酮酸和NADH产生，C正确；D、无氧呼吸的第二阶段，丙酮酸在不同酶的催化下，分解为酒精和二氧化碳，或者转化为乳酸，D错误。故选C。6．下图表示酵母菌细胞呼吸的部分过程，相关叙述正确的是（

）葡萄糖丙酮酸CO2A．依据有无CO2的产生可以判断酵母菌的细胞呼吸方式B．有氧呼吸中，水参与反应可发生在过程②中C．丙酮酸只能在细胞质基质中被氧化分解D．①②过程均产生能量【答案】B【分析】有氧呼吸的全过程，可以分为三个阶段：第一个阶段，一个分子的葡萄糖分解成两个分子的丙酮酸，在分解的过程中产生少量的氢(用[H]表示)，同时释放出少量的能量。这个阶段是在细胞质基质中进行的；第二个阶段，丙酮酸经过一系列的反应，分解成二氧化碳和氢，同时释放出少量的能量。这个阶段是在线粒体中进行的；第三个阶段，前两个阶段产生的氢，经过一系列的反应，与氧结合而形成水，同时释放出大量的能量。【详解】A、酵母菌是兼性厌氧型生物，无论有氧呼吸还是无氧呼吸，都能产生CO2，不能依据CO2的有无判断细胞呼吸方式，A错误；B、有氧呼吸中，水与丙酮酸反应，生成CO2与[H]，B正确；C、有氧呼吸中丙酮酸可以在线粒体中被氧化分解，无氧呼吸中丙酮酸在细胞质基质中可以被还原，C错误；D、①②过程如果是无氧呼吸，②过程不会产生能量，D错误。故选B。7．如图为细胞呼吸过程，下列叙述错误的是（

）A．植物细胞能进行过程①和③或者过程①和④B．酵母菌细胞的细胞质基质中能进行过程①和②C．心肌细胞内，过程②比过程①释放的能量多D．乳酸菌细胞内，过程①产生[H]，过程③消耗[H]【答案】B【分析】分析图示，①是有氧呼吸或无氧呼吸第一阶段，②表示有氧呼吸第二、三阶段，③表示产乳酸的无氧呼吸第二阶段，④表示产酒精的无氧呼吸第二阶段，据此答题。【详解】A、大多数植物细胞能进行产酒精的无氧呼吸，少数可进行产乳酸的无氧呼吸，如马铃薯块茎等。故植物细胞能进行过程①和③或者过程①和④，A正确；B、②表示有氧呼吸第二、三阶段，发生在线粒体中；酵母菌细胞的细胞质基质中能进行过程①和④，B错误；C、过程②有氧呼吸第二、三阶段比过程①有氧呼吸第一阶段释放的能量多，C正确；D、乳酸菌细胞内，过程①无氧呼吸第一阶段产生[H]，过程③无氧呼吸第二阶段消耗[H]，D正确。故选B。8．图1表示人体细胞内有氧呼吸的过程，其中A．～C．表示相关反应阶段，甲、乙表示相应物质。图2表示某装置中氧浓度对小麦种子CO2释放量的影响。请据图回答下列问题：(1)图1中物质甲表示，物质乙表示。图1中a、b、c所代表的反应阶段中，产生能量最多的是(填图中字母)，该反应进行的场所是。(2)小麦长时间浸泡会出现烂根而死亡，原因是根细胞无氧呼吸产生的对细胞有毒害作用，该物质检测试剂是。(3)图2中A点时，小麦种子细胞内产生CO2的场所是。储存种子应选点（填“A”或“B”)所对应的氧气浓度。(4)写出图1过程的总反应式：。(5)写出马铃薯块茎的无氧呼吸反应式：。(6)写出水稻根细胞的无氧呼吸反应式：。【答案】(1)H2O二氧化碳c线粒体内膜(2)酒精重铬酸钾(3)细胞质基质B(4)C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+能量(大量)(5)C6H12O6→2C3H6O3+能量(少量)(6)C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量(少量)【分析】由图可知，甲为水，乙为二氧化碳，a为有氧呼吸第一阶段，b为有氧呼吸第二阶段，c为有氧呼吸第三阶段。A时细胞质进行无氧呼吸，B时细胞总的呼吸速率最低。（1）图1中物质甲表示H2O，物质乙表示二氧化碳，图1中a、b、c所代表的分别为有氧呼吸第一阶段、有氧呼吸第二阶段、有氧呼吸第三阶段，产生能量最多的是c有氧呼吸第三阶段，有氧呼吸第三阶段的场所为线粒体内膜。（2）小麦长时间浸泡会出现烂根而死亡，原因是根细胞无氧呼吸产生了酒精，酒精对细胞有毒害作用，检测酒精的试剂是重铬酸钾，在酸性条件下，酒精与重铬酸钾反应呈灰绿色。（3）图2中A点时，小麦种子细胞只进行无氧呼吸，细胞内产生CO2的场所是细胞质基质，图中B点为储存种子的最佳氧气浓度，在此条件下，细胞的总呼吸速率最低。（4）图1为有氧呼吸过程，总反应式为：C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+能量(大量)（5）马铃薯块茎的无氧呼吸产物为乳酸，反应式为：C6H12O6→2C3H6O3+能量(少量)（6）水稻根细胞的无氧呼吸产物为酒精和二氧化碳，反应式为：C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量(少量)9．2023年6月15日在天山脚下美丽的赛里木湖畔，中国新疆第15届环赛里木湖公路自行车赛正式落下帷幕，若只考虑以葡萄糖为唯一细胞呼吸底物。下列有关运动员体内细胞呼吸的叙述，错误的是（

）A．有氧呼吸第一、二阶段产生的［H］被利用的场所是线粒体内膜B．无氧呼吸过程无需酶的催化，产生的能量大部分以热能形式散失C．若消耗同等质量的葡萄糖，有氧呼吸比无氧呼吸产生的ATP多D．若产生相同体积的二氧化碳，有氧呼吸比无氧呼吸释放的能量多【答案】B【分析】有氧呼吸的场所有细胞质基质、线粒体。无氧呼吸的场所为细胞质基质。【详解】A、有氧呼吸第一、二阶段产生的[H]，在有氧呼吸第三阶段被利用，场所是线粒体内膜，A正确；B、无氧呼吸也需要酶的催化，B错误；C、消耗同等质量的葡萄糖，有氧呼吸彻底氧化分解产生的ATP比无氧呼吸多，C正确；D、产生相同体积的二氧化碳，有氧呼吸释放的能量比无氧呼吸多，D正确。故选B。10．生物的有氧呼吸和无氧呼吸都要经历糖酵解过程，如下图所示。糖酵解的产物丙酮酸在细胞中的去路有三种，分别是转化为乳酸、乙醇和乙酰辅酶A．下列相关叙述错误的是（

）A．由图可知，一分子葡萄糖转变成丙酮酸的过程中净产生2分子ATPB．糖酵解过程产生的中间产物可作为机体中生物大分子合成的原料C．丙酮酸转变成的乙酰辅酶A有可能参与有氧呼吸的第二阶段和第三阶段D．人体剧烈运动时，糖酵解产生的丙酮酸在细胞内可同时形成乙醇和乙酰辅酶A【答案】D【分析】有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放出大量能量的过程。无氧呼吸一般是指细胞在无氧（缺氧）条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物质分解成为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。【详解】A、由图可知，该过程消耗了2分子ATP，但也产生了4分子ATP，则总共净产生2分子ATP，A正确；B、由图可知，糖酵解过程产生了多种中间产物如氨基酸，可作为机体中生物大分子如蛋白质合成的原料，B正确；C、由题意可知，丙酮酸转变为乙醇或乳酸进行了无氧呼吸，则产物乙酰辅酶A可能参与有氧呼吸第二、三阶段，C正确；D、人体细胞进行无氧呼吸的产物是乳酸，运动员在剧烈运动时可同时形成乳酸和乙酰辅酶A，D错误。故选D。11．下图表示鲫鱼在寒冷、缺氧的环境中骨骼肌细胞和其他细胞进行细胞呼吸的过程。下列叙述正确的是（）A．鱼骨骼肌细胞与脑、肝脏和心脏等细胞的线粒体中的酶均不同B．鲫鱼细胞进行无氧呼吸时，葡萄糖中的能量大部分以热能形式散失C．鲫鱼骨骼肌细胞和大脑细胞进行无氧呼吸的场所、产物均不同D．有氧呼吸产生CO2和H2O的部位是线粒体内膜【答案】C【分析】其他组织细胞进行无氧呼吸产生乳酸，乳酸通过循环系统进入骨骼肌细胞，可转化为丙酮酸，丙酮酸进入线粒体，可以在无氧条件下转化为乙醛和CO2，乙醛再转化为酒精。【详解】A、螂鱼骨骼肌细胞和其他细胞的线粒体中都有将丙酮酸分解为CO2和H2O的酶，A错误；B、鲫鱼细胞进行无氧呼吸时，葡萄糖中的能量大部分储存在乙醇或乳酸中，B错误；C、鲫鱼骨骼肌细胞进行无氧呼吸的场所为线粒体，产物为乙醇和CO2，脑等其他细胞进行无氧呼吸的场所是细胞质基质，产物只有乳酸，C正确；D、有氧呼吸产生CO2和H2O的部位分别是线粒体基质和线粒体内膜，D错误。故选C。12．某种植株的非绿色器官在不同O2浓度下，单位时间内O2吸收量和CO2释放量的变化如图所示。若细胞呼吸分解的有机物全部为葡萄糖，下列说法错误的是（）A．甲曲线表示二氧化碳的释放量B．O2浓度为b时，该器官不进行无氧呼吸C．O2浓度由0到b的过程中，有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐渐增加D．O2浓度为a时最适合保存该器官，该浓度下葡萄糖消耗速率最小【答案】D【分析】据图分析，甲曲线表示二氧化碳释放量，乙曲线表示氧气吸收量。氧浓度为0时，细胞只释放CO2不吸收O2，说明细胞只进行无氧呼吸；图中氧浓度为a时CO2的释放量大于O2的吸收量，说明既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；贮藏植物器官应选择CO2产生量最少即细胞呼吸最弱时的氧浓度。【详解】A、分析题意可知，图中横坐标是氧气浓度，据图可知，当氧气浓度为0时，甲曲线仍有释放，说明甲表示二氧化碳的释放量，乙表示氧气吸收量，A正确；B、O2浓度为b时，两曲线相交，说明此时氧气的吸收量和二氧化碳的释放量相等，细胞呼吸分解的有机物全部为葡萄糖，故此时植物只进行有氧呼吸，不进行无氧呼吸，B正确；C、O2浓度为0时，植物只进行无氧呼吸，氧气浓度为a时，植物同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，氧气浓度为b时植物只进行有氧呼吸，故O2浓度由0到b的过程中，有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐渐增加，C正确；D、O2浓度为a时并非一定最适合保存该器官，因为无氧呼吸会产生酒精，不一定能满足某些生物组织的储存，且该浓度下葡萄糖的消耗速率一定不是最小，据图，此时气体交换相对值CO2为，O2为，其中CO2有是有氧呼吸产生，是无氧呼吸产生。按有氧C6:O2:CO2=1:6:6，无氧呼吸C6:CO2=1:2，算得C6（葡萄糖）的相对消耗量为。而无氧呼吸消失点时，O2和CO2的相对值为，算得C6的相对消耗量为，明显比a点时要低，所以a点时葡萄糖的消耗速率一定不是最小，D错误。故选D。。13．“化学渗透假说”的主要内容为电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆（线粒体内膜与外膜之间）侧，产生膜内外质子电化学梯度并储存能量，当质子顺浓度梯度回流时，质子驱动ADP生成ATP．如图1所示：图2中曲线①②描述的是环境因素与呼吸作用的关系。回答下列问题：(1)据图1分析，质子从线粒体基质运输到内膜胞浆侧的方式是。(2)据图1分析，“化学渗透假说”主要解释了的生成机制。提高线粒体内膜胞浆侧酸性可（填“促进”或“抑制”）ATP合成。真核细胞有氧呼吸过程中，O2的消耗发生在（填场所）。(3)据图2分析，代表细胞有氧呼吸的是曲线（填“①”或“②”），图中曲线②最终趋于平衡，可能是受到（填内在因素）的限制。(4)据图2分析，曲线①与曲线②相交时，有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖量的比值为。【答案】(1)主动运输(2)ATP促进线粒体内膜(3)②呼吸酶的数量和活性(4)1:3【分析】主动运输的特点：①消耗能量（来自于ATP水解或离子电化学势能）②需要转运蛋白协助③逆浓度梯度进行。影响有氧呼吸的主要外界因素有O2浓度，温度、水分、CO2浓度等，主要内部因素主要有酶的数量和活性。【详解】（1）分析题图可知，质子（H+）从内膜胞浆侧运输到线粒体基质侧过程中，为顺浓度梯度运输，且产生ATP，因此质子从线粒体基质侧运输到内膜胞浆侧为逆浓度梯度运输，需要转运蛋白参与，因此该方式为主动运输。（2）分析图1可知，质子以主动运输的方式从线粒体基质运输到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度并储存能量，后以协助扩散方式从内膜胞浆侧运输到线粒体基质侧，利用电化学势能驱动ADP生成ATP，因此“化学渗透假说”主要解释了ATP的生成机制。线粒体内膜胞浆侧酸性提高，即质子（H+）增多，则内膜胞浆侧与线粒体基质侧的H+浓度差增大，质子电化学梯度增大，势能增加，促进ATP合成。真核细胞有氧呼吸过程中，O2的消耗发生在第三阶段，其反应场所是线粒体内膜。（3）曲线②中随着氧浓度增大，其CO2的释放量增大，说明该曲线代表有氧呼吸。由图可知，曲线②最终趋于平衡，说明氧气等外部因素不再是限制有氧呼吸的因素，限制有氧呼吸的主要是内部因素即呼吸酶的数量和活性。（4）曲线①中随着氧浓度增大，其CO2的释放量减小，说明该曲线代表无氧呼吸，曲线①与曲线②相交时，即有氧呼吸和无氧呼吸释放CO2量相等，设为n，则根据有氧呼吸公式C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量，可计算出有氧呼吸消耗的葡萄糖量为n/6；根据无氧呼吸公式C6H12O62CO2+2C2H5OH+能量，可计算出有氧呼吸消耗的葡萄糖量为n/2，因此有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖量的比值为n/6：n/2=1:3。14．下图1表示酵母菌细胞内细胞呼吸相关物质代谢过程，请回答以下问题：（1）酵母菌细胞内丙酮酸在（填场所）被消耗，从能量转化角度分析，丙酮酸在不同场所被分解时有什么不同？。（2）酵母菌在O2充足时几乎不产生酒精，有人认为是因为O2的存在会抑制图1中酶1的活性而导致无酒精产生，为验证该假说，实验小组将酵母菌破碎后高速离心，取（填“含线粒体的沉淀物”或“上清液”）均分为甲、乙两组，向甲、乙两支试管加入等量的葡萄糖溶液，立即再向甲试管中通入O2，一段时间后，分别向甲、乙两试管中加入等量的进行检测。（3）按照上述实验过程，观察到，说明（2）中假说不成立，实验小组查阅资料发现，细胞质基质中的NADH还存在如下图2所示的转运过程，NADH在线粒体内积累，苹果酸的转运即会被抑制，且细胞内反应物浓度上升或产物浓度下降一般会促进酶促反应速率，反之则抑制。请结合以上信息解释O2，会抑制酵母菌产生酒精的原因：。（4）高产产酒酵母酒精产量更高，甚至在有氧条件下也能产酒，结合图1和图2分析，是利用野生酵母，通过物理或化学诱变因素诱导控制合成（填“酶1”“酶2”或“酶3”）的基因发生突变而产生的新品种。【答案】细胞质基质和线粒体基质细胞质基质中分解丙酮酸释放的能量不能用于合成ATP，但在线粒体基质中分解丙酮酸释放的能量可用于合成ATP上清液酸性的