高中生物浙科版 (2019)必修1《分子與細胞》第四節(jié) 細胞呼吸為細胞生活提供能量第1課時學案-學案下載-教習網(wǎng)

第1課時細胞呼吸的過程
知識點一細胞呼吸
1．概念：細胞內(nèi)進行的將__糖類等有機物__分解成__無機物__或__小分子有機物__，并且釋放出能量的過程。
2．分類：根據(jù)細胞呼吸過程中是否有__氧__參與，把細胞呼吸分為__需氧呼吸__和__厭氧呼吸__。
3．__需氧呼吸__是細胞呼吸的主要方式。
知識點二需氧呼吸
1．條件：有__氧__參與。
2．場所：__細胞溶膠__和線粒體，主要是__線粒體__。
3．反應式：__C6H12O6＋6H2O＋6O2 eq \(――→,\s\up7(酶)) 6CO2＋12H2O＋能量__。
4．需氧呼吸的過程
5．實質：葡萄糖中的碳氧化為二氧化碳，其中的氫被氧化成水。
小思考：需氧呼吸真正需要氧氣的是第幾階段？氧氣中的氧原子最后的去向是哪里？
【答案】第三階段。水中。
【提醒】
需氧呼吸中各元素的來源及去路
(1)CO2是在第二階段由丙酮酸和水反應生成的，CO2中的O來自葡萄糖和水。
(2)O2在第三階段與[H]結合生成水，所以需氧呼吸產(chǎn)生的H2O中的O全部來自O2。
(3)水在第二階段參與反應，電子傳遞鏈反應會產(chǎn)生水。
知識點三厭氧呼吸
1．條件：__無氧或缺氧__。
2．場所：__細胞溶膠__。
3．過程：乳酸發(fā)酵和乙醇發(fā)酵
【提醒】(1)不同生物厭氧呼吸的產(chǎn)物不同，其直接原因在于催化反應的酶不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。
(2)厭氧呼吸只釋放少量能量，其余能量儲存在分解不徹底的氧化產(chǎn)物——乙醇或乳酸中。
(3)水稻等植物長期水淹后爛根的原因是厭氧呼吸產(chǎn)生的乙醇對細胞有毒害作用。
(4)需氧呼吸與厭氧呼吸產(chǎn)物最大的區(qū)別是厭氧呼吸沒有水生成，并且厭氧呼吸只在第一階段產(chǎn)生ATP。
1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。
(1)細胞呼吸過程中有CO2產(chǎn)生，則一定進行需氧呼吸。( × )
(2)進行需氧呼吸的細胞一定有線粒體。( × )
(3)線粒體外膜和內(nèi)膜上存在轉運葡萄糖的載體蛋白。( × )
(4)線粒體內(nèi)氧氣的濃度一般比細胞溶膠中的低，二氧化碳濃度比細胞溶膠的高。( √ )
(5)1個ATP中的能量大約是1個葡萄糖中能量的1%，故細胞每氧化1個葡萄糖，可產(chǎn)生100個ATP。( × )
(6)細胞中葡萄糖的能量利用效率大約為30%。( √ )
(7)合成ATP的酶都鑲嵌在線粒體內(nèi)膜上。( × )
(8)消耗等量葡萄糖，厭氧呼吸產(chǎn)生的ATP僅為需氧呼吸的1/16。( √ )
(9)酵母菌在面團中進行需氧呼吸產(chǎn)生的二氧化碳，就是使面團“發(fā)起”的原因。( × )
(10)人體厭氧呼吸產(chǎn)生的乳酸刺激神經(jīng)末梢，會使人產(chǎn)生酸痛的感覺。( √ )
(11)氧氣對乳酸菌是有毒的，會抑制其生存。( √ )
(12)細胞呼吸釋放的能量主要用于ATP的合成，少量以熱能的形式散失。( × )
(13)細胞呼吸過程中化學能轉變?yōu)闊崮芎虯TP。( × )
2．案例分析：生物體內(nèi)葡萄糖分解代謝過程如下，請據(jù)圖解回答：
(1)A是__丙酮酸__，其產(chǎn)生的部位是__細胞溶膠__。
(2)反應①②③④中，必須在有氧條件下進行的是__②__，反應①③④發(fā)生的場所是__細胞溶膠__。
(3)可在人體細胞中進行的是__①②④__。
(4)蘋果儲藏久了，會有酒味產(chǎn)生，其原因是發(fā)生了圖中__①③__過程；而馬鈴薯儲藏久了會有乳酸產(chǎn)生，其原因是馬鈴薯塊莖在__無氧或缺氧__條件下進行了圖中__①④__過程。
(5)糧食儲藏過程中，有時會發(fā)生糧堆濕度增大現(xiàn)象，這是因為__需氧呼吸產(chǎn)生水__。
(6)如果需氧呼吸和厭氧呼吸產(chǎn)生了等量的CO2，所消耗的葡萄糖之比為__1∶3__。
【解析】(1)在細胞呼吸的第一階段中，葡萄糖分解產(chǎn)生A丙酮酸和[H]，其發(fā)生的場所為細胞溶膠。(2)反應①②③④中，需氧呼吸的二、三兩個階段(②)必須在有氧條件下進行；反應①③④進行的是厭氧呼吸，發(fā)生的場所是細胞溶膠。(3)人體細胞既可以進行需氧呼吸，也可以進行厭氧呼吸產(chǎn)生乳酸，因此可在人體細胞中進行的是①②④。(4)蘋果儲存久了，會聞到酒味，是因為蘋果細胞進行了酒精發(fā)酵，包括①厭氧呼吸的第一階段和③厭氧呼吸的第二階段。而馬鈴薯塊莖儲藏久了會有乳酸產(chǎn)生，其原因是馬鈴薯塊莖進行乳酸發(fā)酵，即在無氧(缺氧)條件下進行了圖中①④過程。(5)糧食儲藏過程中有時會發(fā)生糧堆濕度增大現(xiàn)象，這是因為種子在需氧呼吸過程中產(chǎn)生了水。(6)由于需氧呼吸條件下，葡萄糖消耗量∶氧氣的吸收量∶二氧化碳釋放量＝1∶6∶6；而厭氧呼吸條件下，葡萄糖消耗量∶二氧化碳釋放量＝1∶2。如果需氧呼吸和厭氧呼吸產(chǎn)生等量的CO2，所消耗的葡萄糖之比為1∶3。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 需氧呼吸和厭氧呼吸過程的注意點))
eq \a\vs4\al(典例) 下列有關需氧呼吸的敘述，錯誤的是( B )
A．三個階段中電子傳遞鏈產(chǎn)生的ATP最多
B．葡萄糖在線粒體中被分解為CO2和H2O
C．1分子丙酮酸徹底分解形成3分子CO2
D．與第三階段有關的酶分布在線粒體內(nèi)膜上
【解析】電子傳遞鏈發(fā)生在第三階段，此階段釋放大量能量，產(chǎn)生的ATP最多，A正確；葡萄糖在細胞溶膠中分解為丙酮酸，丙酮酸在線粒體內(nèi)分解為CO2和H2O，在線粒體中葡萄糖不能分解，B錯誤；在檸檬酸循環(huán)中，2分子丙酮酸徹底分解形成6分子CO2和還原氫，并釋放少量能量，則1分子丙酮酸徹底分解形成3分子CO2，C正確；與第三階段有關的酶分布在線粒體內(nèi)膜上，D正確。
1．需氧呼吸過程中的CO2產(chǎn)生于( A )
A．丙酮酸分解時
B．葡萄糖剛要分解時
C．ADP形成ATP時
D．還原氫和氧結合成水時
【解析】丙酮酸分解時產(chǎn)生CO2，A正確；葡萄糖分解的產(chǎn)物是丙酮酸和還原氫，B錯誤；ADP形成ATP時不一定產(chǎn)生CO2，ADP形成ATP這一過程發(fā)生在需氧呼吸三個階段中，C錯誤；還原氫和氧結合成水是需氧呼吸的第三階段，沒有CO2生成，D錯誤。
2．成熟的大蘋果儲藏一段時間后切開會有酒味，這是因為果肉中進行了乙醇發(fā)酵。下列關于蘋果儲藏過程中發(fā)生的生理過程的敘述，錯誤的是( D )
A．蘋果表皮細胞每氧化一個葡萄糖分子，可以合成約32個ATP
B．蘋果長期儲藏產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物對果肉細胞有毒害作用
C．蘋果細胞的細胞溶膠和線粒體中均有CO2產(chǎn)生
D．丙酮酸轉化為乙醇的生化過程伴隨著少量ATP的生成
【解析】氧氣充足時，蘋果表皮細胞每氧化一個葡萄糖分子，可以合成約32個ATP，A正確；蘋果厭氧呼吸的產(chǎn)物乙醇對細胞有毒害作用，B正確；需氧呼吸時，在線粒體中產(chǎn)生CO2，厭氧呼吸時，丙酮酸→乙醇＋CO2，發(fā)生在細胞溶膠中，C正確；丙酮酸轉變?yōu)橐掖紝儆趨捬鹾粑牡诙A段，該階段不產(chǎn)生ATP，D錯誤。
3．下圖表示的是需氧呼吸過程，A～F表示物質，①②③表示過程。下列有關敘述不正確的是( C )
A.可表示水的是E和F
B．表示O2和CO2的分別是D和B
C．①②③過程都是在細胞內(nèi)的線粒體中完成的
D．①②③過程中，產(chǎn)生能量最多的過程是③
【解析】可表示水的是E和F，A正確；表示O2和 CO2的分別是D和B，B正確；①是需氧呼吸的第一階段，發(fā)生在細胞溶膠，②③分別是需氧呼吸的第二、第三階段，發(fā)生在線粒體中，C錯誤； ①②③過程都能產(chǎn)生能量，其中產(chǎn)生能量最多的過程是③需氧呼吸第三階段，D正確。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 需氧呼吸和厭氧呼吸的比較))
1．過程模型
2．需氧呼吸和厭氧呼吸的區(qū)別和聯(lián)系
3．不同生物細胞呼吸的理解誤區(qū)
原核生物無線粒體，但有些原核生物仍可進行需氧呼吸，如藍細菌、硝化細菌等。原核生物的需氧呼吸發(fā)生在細胞溶膠和細胞膜上。
eq \a\vs4\al(典例) 如圖表示動物體內(nèi)葡萄糖分子部分代謝過程的圖解，①②③表示相關生理過程，甲、乙、丙、丁、戊表示物質，下列分析正確的是( D )
A.①過程釋放的能量大多儲存在有機物中
B．乙、丁、戊分別代表丙酮酸、CO2、乳酸
C．②過程氧與丙酮酸中的碳結合生成丁
D．人體肝臟細胞中可同時存在催化戊轉化和乙醇氧化的酶
【解析】①過程釋放的少量能量中大部分以熱能形式散失，少部分合成ATP，A錯誤；乙、丁、戊分別代表[H]、二氧化碳、乳酸，B錯誤；②過程水與丙酮酸中的碳結合生成丁，C錯誤；人體肝臟細胞中可同時存在催化戊(乳酸)轉化和乙醇氧化的酶，D正確。
1．細胞呼吸包括需氧呼吸和厭氧呼吸，下列不屬于兩者共同點的是( B )
A．都需要多種酶參與
B．都能將有機物徹底分解
C．都有還原氫的產(chǎn)生和消耗
D．釋放的能量大部分都以熱能的形式散失
【解析】需氧呼吸和厭氧呼吸都需要多種酶參與，A不符合題意；需氧呼吸能將有機物徹底氧化分解，而厭氧呼吸不能將有機物徹底氧化分解，B符合題意；需氧呼吸和厭氧呼吸都有還原氫的產(chǎn)生和消耗，C不符合題意；需氧呼吸和厭氧呼吸釋放的能量大部分都以熱能的形式散失，D不符合題意。
2．下列關于酵母菌細胞呼吸的敘述，錯誤的是( A )
A．線粒體內(nèi)膜上轉運葡萄糖的載體蛋白比外膜上多
B．有氧氣和無氧氣狀態(tài)下，細胞呼吸產(chǎn)物不完全相同
C．厭氧呼吸不需要O2的參與，該過程最終沒有[H]的積累
D．需氧呼吸生成CO2的階段產(chǎn)生少量ATP
【解析】線粒體不能直接利用葡萄糖，可見線粒體內(nèi)外膜上不存在運輸葡萄糖的載體蛋白，A錯誤；有氧氣和無氧氣狀態(tài)下，細胞呼吸產(chǎn)物不完全相同，前者為CO2和H2O，后者為C2H5OH和CO2，B正確；厭氧呼吸不需要O2的參與，其第一階段產(chǎn)生的[H]與丙酮酸參與第二階段的反應，最終無[H]積累，C正確；需氧呼吸第三階段能產(chǎn)生大量ATP，需氧呼吸生成CO2的階段是第二階段，只產(chǎn)生少量ATP，D正確。
3．下圖為小麥種子萌發(fā)過程中淀粉的部分代謝過程，圖中的 X、Y、M、N 代表物質，①②代表過程。下列敘述正確的是( D )
A.X 為麥芽糖，是淀粉在細胞溶膠中的水解產(chǎn)物
B．Y 為丙酮酸，是 X 物質在細胞溶膠中的水解產(chǎn)物
C．M 為乙醇，①釋放的能量大部分儲存在 M 中
D．在低氧條件下，①和②過程可能同時發(fā)生
【解析】X 為葡萄糖，是淀粉在淀粉酶的作用下分解的產(chǎn)物，該過程發(fā)生在小麥種子的胚乳組織中，A錯誤；Y 為丙酮酸，是葡萄糖經(jīng)過糖酵解過程的產(chǎn)物，該過程在細胞溶膠中發(fā)生，葡萄糖是單糖，不能水解，B錯誤；M 為乙醇，①為厭氧呼吸第二階段，不產(chǎn)生ATP，C錯誤；在低氧條件下，小麥種子既可以進行需氧呼吸，也可以進行厭氧呼吸，即圖中①和②過程可能同時發(fā)生，D正確。
1．在需氧呼吸過程中，大量ATP的形成發(fā)生在( D )
A．葡萄糖分解成丙酮酸階段
B．丙酮酸脫氫分解成CO2階段
C．丙酮酸分解成乳酸階段
D．脫下的[H]和氧分子結合成水的階段
【解析】葡萄糖分解成丙酮酸屬于需氧呼吸的第一階段，會生成少量的ATP，A錯誤；丙酮酸脫氫分解成CO2階段，發(fā)生在需氧呼吸第二階段，生成少量的ATP，B錯誤；丙酮酸分解成乳酸階段，屬于厭氧呼吸的第二階段，不生成ATP，C錯誤；脫下的[H]和氧分子結合成水的階段，屬于需氧呼吸的第三階段，會產(chǎn)生大量的ATP，D正確。
2．下列選項中，屬于需氧呼吸和厭氧呼吸共同點的組合是( B )
①都產(chǎn)生 CO2 ②都需要酶 ③都在線粒體中進行
④都產(chǎn)生 ATP ⑤都生成丙酮酸
A．②③⑤ B．②④⑤
C．②③④ D．①②⑤
【解析】①厭氧呼吸不一定能產(chǎn)生CO2，①錯誤；②二者都需要酶的催化，②正確；③需氧呼吸的場所是線粒體和細胞溶膠，厭氧呼吸的場所是細胞溶膠，③錯誤；④需氧呼吸可以產(chǎn)生較多的ATP，厭氧呼吸可以產(chǎn)生少量的ATP，④正確；⑤需氧呼吸和厭氧呼吸第一階段都會生成丙酮酸，⑤正確。
3．需氧呼吸全過程的物質變化可分為三個階段：①C6H12O6→丙酮酸＋[H]；②丙酮酸＋H2O→CO2＋[H]；③[H]＋O2→H2O。下列與此相關的敘述，正確的是( D )
A．需氧呼吸和厭氧呼吸都能發(fā)生①②兩個階段
B．第①②③階段過程中合成ATP的量都相同
C．第③階段反應所需要的[H]都來自丙酮酸
D．葉肉細胞中第③階段的反應發(fā)生在生物膜上
【解析】需氧呼吸和厭氧呼吸都能發(fā)生①過程，A錯誤；第①②③階段過程中合成ATP的量不同，其中第③階段產(chǎn)生的ATP最多，B錯誤；第③階段反應所需要的[H]來自葡萄糖、丙酮酸和水，C錯誤；葉肉細胞中第③階段的反應發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上，D正確。
4．下列有關細胞呼吸的敘述，正確的是( B )
A．成熟蘋果的果肉細胞缺氧時主要進行乳酸發(fā)酵
B．馬鈴薯塊莖細胞厭氧呼吸產(chǎn)生的乳酸由丙酮酸轉化而來
C．厭氧呼吸不需要 O2的參與，該過程最終有[H]的積累
D．需氧呼吸時細胞溶膠中的葡萄糖進入線粒體需經(jīng)過兩層膜
【解析】成熟蘋果的果肉細胞缺氧時主要進行酒精發(fā)酵，同時產(chǎn)生CO2，A錯誤；馬鈴薯塊莖細胞厭氧呼吸產(chǎn)生的是乳酸，由丙酮酸轉化而來，場所為細胞溶膠，B正確；厭氧呼吸不需要O2的參與，該過程最終沒有[H]的積累，C錯誤；細胞溶膠中的葡萄糖無法進入線粒體，被分解成丙酮酸后才能進入線粒體，D錯誤。
5．下列關于細胞的需氧呼吸與厭氧呼吸的敘述，正確的是( C )
A．細胞的厭氧呼吸產(chǎn)生的ATP比需氧呼吸的多
B．細胞的厭氧呼吸在細胞溶膠和線粒體內(nèi)膜上進行
C．細胞的需氧呼吸與厭氧呼吸過程中都會產(chǎn)生丙酮酸
D．若適當提高蘋果果實儲藏環(huán)境中的O2濃度，會增加酒精的生成量
【解析】需氧呼吸是有機物徹底氧化分解的過程，儲存在有機物中的能量全部釋放出來，產(chǎn)生大量ATP，而厭氧呼吸的產(chǎn)物乳酸或乙醇中還儲存著能量，產(chǎn)生的ATP少得多，A錯誤；細胞的厭氧呼吸在細胞溶膠中進行，B錯誤；細胞的需氧呼吸和厭氧呼吸的第一階段都是糖酵解過程，將1個葡萄糖分子轉變?yōu)?個丙酮酸分子，C正確；若適當提高蘋果果實儲藏環(huán)境中的O2濃度，會抑制細胞的厭氧呼吸，酒精的生成量減少，D錯誤。知識目標
核心素養(yǎng)
1.概述需氧呼吸及厭氧呼吸的概念、反應式和反應過程。
2．舉例說明細胞呼吸在實踐中的應用，探討細胞呼吸與生產(chǎn)生活的關系。
3．說出影響呼吸作用的因素及根據(jù)其影響，掌握如何應用。
4．比較需氧呼吸和厭氧呼吸的異同
在學習過程中認同活細胞中物質、能量和信息變化的統(tǒng)一性。從物質和能量的角度，闡明細胞呼吸過程中始終貫穿著物質與能量的變化，從結構和功能相適應的角度，解釋細胞各部分結構的分工合作是細胞呼吸發(fā)生的基礎。提升學生將微觀的細胞代謝和宏觀的生命現(xiàn)象建立聯(lián)系的能力，讓學生從宏觀現(xiàn)象認識生命活動的本質，發(fā)展學生的生物學科核心素養(yǎng)
項目
第一階段
第二階段
第三階段
場所
__細胞溶膠__
__線粒體基質__
__線粒體內(nèi)膜__
過程
C6H12O6→
2__丙酮酸__＋4__[H]__＋少量能量
2丙酮酸＋
6__H2O__→
6__CO2__＋20[H]＋少量能量
24[H]＋6__O2__→ 12__H2O__＋
大量能量
類型
第一階段產(chǎn)物
第二階段產(chǎn)物
代表生物
乳酸發(fā)酵
__丙酮酸__、__[H]__
和少量ATP(2個)
__乳酸__
__乳酸菌__
乙醇發(fā)酵
丙酮酸、[H]和少量ATP(2個)
__乙醇和
CO2__
__酵母菌__
需氧
呼吸
過程
注意
點
(1)根據(jù)需氧呼吸發(fā)生的場所可判斷線粒體內(nèi)膜上蛋白質的種類和數(shù)量比外膜多。
(2)需氧呼吸中H2O既是反應物，又是生成物，且H2O中的氧全部來自O2。
(3)需氧呼吸的場所是細胞溶膠和線粒體，主要場所是線粒體；原核生物需氧呼吸的場所是細胞溶膠和細胞膜。
(4)需氧呼吸是徹底的氧化分解，三個階段都有ATP形成，細胞中每氧化1個葡萄糖分子，所釋放的能量只合成約32個ATP分子，大部分的能量以熱能形式散失，能量利用效率約為30%。
(5)真核生物的細胞并非都能進行需氧呼吸，如蛔蟲生活在腸道無氧的環(huán)境中，細胞內(nèi)無線粒體。哺乳動物成熟的紅細胞內(nèi)無核、無細胞器，被血紅蛋白填充，只能進行厭氧呼吸。
(6)如果需氧呼吸的底物是葡萄糖，則消耗的O2和產(chǎn)生的CO2比值為1，如果需氧呼吸的底物是脂肪，則O2和CO2比值大于1
厭氧
呼吸
過程
注意
點
(1)厭氧呼吸的第一階段和需氧呼吸第一階段的場所、底物、酶種類等都相同。
(2)厭氧呼吸是不徹底的氧化分解；只有第一階段才有ATP合成；細胞中每氧化1個葡萄糖分子，所釋放的能量只合成約2個ATP分子。
(3)產(chǎn)乳酸的厭氧呼吸是丙酮酸被[H]還原(靠乳酸脫氫酶催化)，產(chǎn)酒精的厭氧呼吸是乙醛被[H]還原。
(4)不同生物厭氧呼吸的產(chǎn)物不同，其直接原因在于催化反應的酶不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。
(5)產(chǎn)乳酸的厭氧呼吸的生物一般是動物、乳酸菌、某些植物器官(玉米的胚、甜菜的塊根、馬鈴薯的塊莖)；產(chǎn)酒精的厭氧呼吸的生物一般是大多數(shù)植物、酵母菌。
(6)人體肌肉細胞可以靠厭氧呼吸維持短時間的活動，所產(chǎn)生的乳酸則被運至肝臟再生成葡萄糖；肌肉細胞進行厭氧呼吸是一種克服暫時缺氧的應急措施
項目
需氧呼吸
厭氧呼吸
不
同
點
條件
需氧、酶及適宜的溫度
不需氧，需酶及適宜的溫度
場所
第一階段(糖酵解)：細胞溶膠；
第二階段：線粒體基質；
第三階段(電子傳遞鏈)：線粒體內(nèi)膜
第一、二階段：細胞溶膠
分解
程度
氧化分解徹底
氧化分解不徹底
產(chǎn)物
CO2和H2O
乳酸或乙醇和CO2
能量
變化
穩(wěn)定的化學能→ATP中活躍的化學能＋熱能
穩(wěn)定的化學能→ATP中活躍的化學能＋熱能＋不徹底氧化產(chǎn)物中的化學能
ATP的
產(chǎn)生階段
三個階段都產(chǎn)生ATP
只有在第一階段產(chǎn)生ATP
[H]的
用途
需氧呼吸第一、二階段產(chǎn)生的[H]用于第三階段與O2結合生成水
厭氧呼吸第一階段產(chǎn)生的[H]用于第二階段將丙酮酸還原為C2H5OH和CO2或將乙醛還原為乳酸
相
同
點
本質
都是氧化還原反應，分解有機物，釋放能量，合成ATP供生命活動需要
過程
第一階段糖酵解(葡萄糖→丙酮酸)完全相同
意義
①為生物體的各項生命活動提供能量；
②為細胞內(nèi)有機物的合成提供碳骨架
聯(lián)系
厭氧呼吸進化為需氧呼吸；有氧氣存在時厭氧呼吸受抑制

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