第2讲ATP的主要来源—细胞呼吸(高三复习非常学案)

第2讲ATP的主要来源—细胞呼吸【基础自主梳理】一、细胞呼吸的方式1.细胞呼吸：是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO2或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。2.分类：根据是否有氧参与，细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。3.探究酵母菌细胞呼吸的方式①酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧型菌。②检测酵母菌在细胞呼吸中是否产生CO2可使用澄清石灰水或溴麝香草酚蓝，其中后者颜色变化过程为由蓝变绿再变黄。③检测是否产生酒精可使用橙色的重铬酸钾溶液，其在酸性条件下与酒精发生反应，变为灰绿色。[思考感悟]现在地球上绝大多数生物的呼吸方式以哪种为主?为什么?提示：有氧呼吸。因为细胞呼吸的目的是为细胞生命活动提供能量，有氧呼吸比无氧呼吸放能效率高得多，所以有氧呼吸得到较大发展，成为主要方式。二．有氧呼吸(1)反应式：(2)过程第一阶段第二阶段第三阶段场所细胞质基质线粒体基质线粒体内膜反应物葡萄糖丙酮酸、H2O[H]、O2生成物丙酮酸、[H]、ATPCO2、[H]、ATPH2O、ATP能量少量少量大量[思考感悟](1)参与有氧呼吸的酶分布场所有哪些?(2)有氧呼吸第一、二阶段的相同点有哪些?提示：(1)细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。(2)都产生[H]和释放少量能量，都不需要氧的参与。三．无氧呼吸(1)反应式①分解成酒精的反应式为：②转化成乳酸的反应式为：(2)过程：第一阶段与有氧呼吸第一阶段宝全相同。第二阶段的产物是酒精和CO2或乳酸。其全过程都在细胞质基质中中进行。[思考感悟]呼吸作用分阶段进行有什么意义?提示：(1)可使能量逐步释放，对保持生物体的体温稳定有重要意义。(2)中间产物的形成为生物体进行其他代谢活动提供物质基础。(3)不同的阶段在不同的部位进行为生物体自身新陈代谢的有序活动创造条件。(4)能量利用率提高。【要点归纳探究】要点一、“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验分析1．实验探究过程[特别提醒]实验中的关键步骤(1)将装置(甲)连通橡皮球，让空气间断而持续地依次通过3个锥形瓶，既保证O2的充分供应，又使进入A瓶的空气先经过NaOH的锥形瓶，洗除空气中的CO2，保证第三个锥形瓶的澄清石灰水变浑浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。(2)B瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将B瓶中的氧消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水。要点二、有氧呼吸和无氧呼吸的过程分析1.有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解2.有氧呼吸和无氧呼吸的比较3．过程分析(1)无氧呼吸的第二阶段是第一阶段产生的[H]将丙酮酸还原为C2H5OH和CO2或乳酸的过程。(2)有氧呼吸中H2O既是反应物，又是生成物，且H2O中的氧全部来自于O2。(3)有氧呼吸的三个阶段共同的产物是ATP，无氧呼吸只在第一阶段产生ATP。[特别提醒]①不同生物无氧呼吸的产物不同，其原因在于催化反应的酶不同。②原核生物无线粒体，有些原核生物(如硝化细菌、蓝藻)仍可进行有氧呼吸。③只能进行无氧呼吸的真核生物(如蛔虫)．其细胞内无线粒体。[自主探究1]将酵母菌由供氧条件转变为厌氧条件培养，下列过程中加快的一组是A．葡萄糖的利用B．二氧化碳的放出C．ATP的形成D．丙酮酸的氧化[答案与解析]A酵母菌是一种兼性厌氧型生物。有氧呼吸是一种高效的呼吸方式，将葡萄糖彻底氧化分解，释放出大量的能量供给生命活动需要，而酵母茵无氧呼吸将葡萄糖分解为酒精和二氧化碳，释放出少量的能量，因此，酵母菌必须大量分解葡萄糖才能满足生命活动的需求。要点三、相关曲线的分析及应用1．ATP产生速率与O2供给量之间的关系(1)A点表示在无氧条件下，细胞可进行无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。(2)AB段表示随O2供应量增多，有氧呼吸明显加强，通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多，ATP的产生速率随之增加。(3)BC段表示O2供应量超过一定范围后，ATP的产生速率不再加快，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。2．酵母菌细胞呼吸类型的判断(1)若只产生CO2，不消耗O2，则只进行无氧呼吸(图中A点)。(2)若产生CO2的物质的量比吸收O2的物质的量多，则两种呼吸同时存在(图中AC段)。(3)若产生CO2的物质的量与吸收O2的物质的量相等，则只进行有氧呼吸(图中C点以后)。(4)B点表示无氧呼吸与有氧呼吸速率相等(用CO2释放量表示)，此时CO2的总释放量最低。D点表示O2浓度超过一定值(10％)以上时，无氧呼吸消失，细胞只进行有氧呼吸。3．影响细胞呼吸的环境因素及其在实践中的应用(1)呼吸速率与温度的关系(如图)①最适温度时，细胞呼吸最强，超过最适温度呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制；低于最适温度酶活性下降，细胞呼吸受抑制。②生产上常利用这一原理在低温下贮存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培过程中，夜间适当降，降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高产量。(2)呼吸速率与O2浓度的关系(如图)①O2浓度低时，无氧呼吸占优势；随O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制．有氧呼吸不断加强；但当O2浓度达到一定值后，随O2浓度增大，有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的影响)。②生产上常利用适当降低氧气浓度等能够抑制细胞呼吸、减少有机物消耗的原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间，中耕松土增加根的有氧呼吸；在医疗上选用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”包扎伤口，可抑制厌氧病原菌的繁殖。(3)呼吸速率与含水量的关系(如图)①在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。②在作物种子储藏时，将种子风干，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗。[特别提醒]①种子、蔬菜和水果在储藏时都应在低温、低氧条件下，不同的是种子还应保持干燥，而蔬菜和水果应保持一定湿度。低温以不破坏植物组织为标准，一般为零上低温。②不同种类的植物呼吸速率不同；同一植物的不同器官呼吸速率不同；同一植物不同的生长发育时期呼吸速率不同。[自主探究2]制造啤酒的工艺流程实际是应用酵母菌的细胞呼吸，将小麦和酵母菌放入发酵罐，之后进行怎样处理方能制造出大量的啤酒A．马上密闭，保持30～40℃的温度B．一直通风，不密闭，保持30～40℃C．先通风后密闭，保持60℃以上D．先通风后密闭，保持30～40℃[答案与解析]D将酵母菌放入发酵罐以后．先通风，此时酵母菌进行有氧呼吸，代谢旺盛，酵母茵进行出芽生殖而大量繁殖，待酵母茵数量相当多时再密闭，利用酵母茵发酵原理．用小麦发酵产生酒精。30～40℃温度范围内．酵母茵酶的活性最高。【精典考题例析】类型一无氧呼吸【例１】（2008广东理科基础，40）下列过程存在无氧呼吸的是A．植物叶片在光下放出O2B．动物细胞内的糖分解为H2O和CO2C．酵母细胞不产酒精的呼吸过程D．苹果贮藏期间果肉积累酒精【思路解析】动植物在有氧气存在的条件下进行有氧呼吸，将葡萄糖彻底分解为H2O和CO2，在无氧条件下一些细胞可进行无氧呼吸，生成乳酸或酒精，如苹果贮藏期间果肉积累酒精就是无氧呼吸的结果，酵母菌是兼性厌氧型微生物，其无氧呼吸会产生酒精。【答案】D[规律方法]细胞呼吸方式的判断：在以C6H12O6为呼吸底物的情况下，CO2的释放量和O2的消耗量是判断细胞呼吸方式的重要依据，方法如下：（1）无CO2释放时，细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸，此种情况下，容器内气体体积不发生变化，如马铃薯块茎的无氧呼吸。（2）不消耗O2，但产生CO2时，细胞只进行产生酒精的无氧呼吸。此种情况下，容器内气体体积可增大，如酵母菌的无氧呼吸。（3）当CO2释放量等于O2的消耗量时，细胞只进行有氧呼吸。此种情况下，容器内气体体积不变化，但若将CO2吸收，可引起气体体积减小。（4）当CO2释放量大于O2的消耗量时，细胞同时进行产生酒精的无氧呼吸和有氧呼吸两种方式的细胞呼吸，如酵母菌在不同O2浓度下的细胞呼吸。此种情况下，判断哪种呼吸方式占优势，可进行如下分析（VCO2代表CO2释放量，VO2代表O2的消耗量）①若VCO2/VO2=4/3,有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等；②若VCO2/VO2＞4/3,无氧呼吸消耗葡萄糖速率大于有氧呼吸；③若VCO2/VO2＜4/3，有氧呼吸消耗葡萄糖速率大于无氧呼吸。类型二呼吸作用的相关计算【例2】（2008·上海，12）1个葡萄糖分子有氧呼吸释放能量为m，其中40%用于ADP转化为ATP，若1个高能磷酸键所含能量为n，则1个葡萄糖分子在有氧呼吸中产生ATP分子数为（）A．2n/5mB．2m/5nC．n/5mD．m/5n【思路解析】由于ADP转化形成ATP时，仅形成一个高能磷酸键，所以有一分子的葡萄糖转化为ATP的分子数为m/n，由于只有40%能量能够发生转化，故再乘以2/5。此题出现错误的原因之一是由于部分同学对ADP形成ATP时只形成一个高能磷酸键没有理解。【答案】B[拓展链接]有氧呼吸时1mol葡萄糖彻底氧化分解释放出2870KJ的能量，有1161KJ的能量储存在ATP中。由此可见，有氧呼吸释放出的能量多，所以有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式。无氧呼吸不管生成酒精和二氧化碳，还是转化为乳酸，都只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量ATP，而葡萄糖分子中大部分能量则存留在酒精或乳酸中。以乳酸为例，1mol葡萄糖在分解成乳酸后，只释放出196.65KJ的能量，其中只有61.08KJ的能量储存在ATP中。类型三影响细胞呼吸的因素分析【例3】下图表示大气中氧的浓度对植物组织内产生CO2的影响，试根据图完成问题：(1)A点表示植物组织释放的CO2较多，这些是________的产物。(2)由A到B，CO2的释放量急剧减少，其原因是____________________________(3)由B到C，CO2的释放量又不断增加，其主要原因是_____________________。(4)为了有利于贮藏蔬菜或水果，贮藏室内的氧气应调节到图中的______________点所对应的浓度。采取这一措施的理由是______________。【思路解析】：此题主要考查氧气浓度对呼吸作用的影响，关键在于抓住A点、B点、C点二氧化碳释放的相对值与大气中氧浓度的关系。由A—B随氧浓度增大，呼吸作用减弱．而由B—C呼吸作用随氧浓度增大又逐渐增强，至最高峰，这就说明了由A—B无氧呼吸由于氧浓度的增大被抑制，当超过B点所对应的氧浓度时，植物进行的主要是有氧呼吸。【答案】：(1)无氧呼吸(2)氧气增加，无氧呼吸受到抑制(3)有氧呼吸加强，CO2释放增多(4)B此时植物组织呼吸最弱，有机物分解量最少【速效提升训练】一、选择题1.（2008广东文科基础，71）若在酵母菌酒精发酵后期通入氧气，与不通氧气相比，酒精的产生量会A．增加B．减少C．不变D．先增加后减少1.B酵母菌是兼性厌氧型微生物，在有氧气存在时，进行有氧呼吸产生H2O和CO2，不产生酒精。2.（2008上海29）下图表示呼吸作用过程中葡萄糖分解的两个途径。酶1、酶2和酶3依次分别存在于A．线粒体、线粒体和细胞质基质B．线粒体、细胞质基质和线粒体C．细胞质基质、线粒体和细胞质基质D．细胞质基质、细胞质基质和线粒体2.C呼吸作用分两个阶段，第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸过程，在细胞质基质中发生，是有氧呼吸与无氧呼吸共有的阶段；第二阶段，丙酮酸进入线粒体，被进一步彻底氧化分解成二氧化碳和水，是有氧呼吸特有的过程。而丙酮酸也可以在细胞质中由一些酶还原为乳酸。所以，酶2在线粒体中，而酶1和酶3在细胞质基质中。3.人体的代谢终产物水和二氧化碳，产生的场所是()A．组织内B．线粒体内C．核糖体内D．细胞质基质内3.B人体内的代谢终产物二氧化碳和水只能是有氧呼吸的产物。根据有氧呼吸的过程可以知道二氧化碳在第二阶段产生，水在第三阶段产生，这两个阶段都是在线粒体中完成的：（人的骨骼肌在暂时缺氧时能进行无氧呼吸，但其产物只有乳糖）。4．让一只白鼠吸入含有放射性的18O2，该白鼠体内最先出现含180的化合物是()A.CO2B．H2OC丙酮酸D．乳酸4.B白鼠吸入18O2用于有氧呼吸