2025届高考 一轮复习 浙科版 细胞呼吸的方式与过程(含探究酵母菌的呼吸方式) 学案（浙江版 ）

这是一份2025届高考 一轮复习 浙科版 细胞呼吸的方式与过程(含探究酵母菌的呼吸方式) 学案（浙江版 ），共30页。学案主要包含了活动，细胞呼吸是细胞代谢的核心等内容，欢迎下载使用。
2.2 细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域
2.2.3 说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能
2.2.4 说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量
第1讲 细胞呼吸的方式与过程(含探究酵母菌的呼吸方式)
一、活动：探究酵母菌的呼吸方式
1．实验原理
(1)酵母菌的代谢类型：酵母菌属于真菌，是兼性厌氧菌，在有氧环境和无氧环境中都能生活。
(2)细胞呼吸方式的判断：在有氧和无氧条件下，细胞呼吸所产生的产物不同，产生的能量也有差异，以此来确定酵母菌细胞呼吸的方式。
2．实验装置
(1)图甲中空气先通过第一个锥形瓶溶液的目的是清除空气中的CO2。
(2)图乙中B瓶先密封放置一段时间后，再连通装有澄清石灰水的锥形瓶的目的是耗尽氧气。
(3)实验设计需遵循对照原则，此实验不设置对照组的原因：此实验为对比实验，对比实验不设对照组，而是通过有氧和无氧条件下的两个实验组相互对照得出实验结论。
(4)实验所用的葡萄糖溶液需要煮沸的原因：煮沸的主要目的是灭菌，排除其他微生物的呼吸作用对实验结果造成干扰。
3．检测细胞呼吸产物所用试剂与实验现象
4．实验结论
(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
(2)在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水。
(3)在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。
二、细胞呼吸的本质是糖等有机物的氧化分解
1．细胞呼吸
(1)概念：是指在细胞内进行的将糖类等有机物分解成无机物或者小分子有机物，并且释放出能量的过程。
(2)方式：可分为需氧呼吸和厌氧呼吸，需氧呼吸是细胞呼吸的主要方式。
(3)实质：分解有机物，释放能量。
2．需氧呼吸(糖的需氧分解)
(1)概念：细胞在有氧条件下，氧气把糖分子氧化成二氧化碳和水，并释放大量能量的过程。
(2)过程与场所
(3)实质：需氧呼吸的过程是一个氧化还原反应，其中碳被氧化成二氧化碳，氢被氧化成水，在这个过程中，葡萄糖分子所储存的能量(化学能)通过氧化还原作用释放出来。
(4)能量的利用：细胞中每氧化1个葡萄糖分子，可以合成约32个ATP分子，其中28个ATP分子是在电子传递链中产生。细胞中葡萄糖的能量利用效率大约为30%，与现有的机械相比，细胞的能量利用效率要高。
1．写出需氧呼吸的总反应式，并标出元素转移途径。
[提示]
2．好氧菌没有线粒体但仍然能进行需氧呼吸，为什么？它进行需氧呼吸的场所是在哪里？
[提示] 好氧菌有进行需氧呼吸所需要的一系列的酶，这些酶存在于细胞溶胶和细胞膜上，所以好氧菌进行需氧呼吸的场所是细胞溶胶和细胞膜。
3．厌氧呼吸(糖的厌氧分解)
(1)概念：细胞在无氧条件下，将葡萄糖分解成乙醇和二氧化碳或乳酸，并释放少量能量的过程。
(2)过程与场所
(3)类型
①乳酸发酵：C6H12O6 酶 2C3H6O3＋能量
厌氧呼吸中丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下被[H]还原为乳酸，所产生的乳酸则被运至肝脏再生成葡萄糖，此过程要消耗2个ATP。所以，肌肉细胞进行厌氧呼吸是一种克服暂时缺氧的应急措施。代表生物：乳酸菌、动物的骨骼肌细胞、玉米的胚、马铃薯的块茎。
②乙醇发酵：C6H12O6 酶 2C2H5OH＋2CO2＋能量
乙醇发酵中乙醇的来源也和乳酸发酵一样，来自丙酮酸。丙酮酸在酶的作用下先脱去二氧化碳生成乙醛，乙醛再被[H]还原为乙醇。代表生物：酵母菌、葡萄、苹果的果肉。
[注意点]
(1)有H2O生成的一定是需氧呼吸，有CO2生成的一定不是乳酸发酵。
(2)不同生物厌氧呼吸的产物不同，其直接原因在于催化反应的酶不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。
(3)厌氧呼吸只释放少量能量，其余能量储存在分解不彻底的氧化产物——乙醇或乳酸中。
(4)水稻等植物长期水淹后烂根的原因是厌氧呼吸产生的乙醇对细胞有毒害作用。
三、细胞呼吸是细胞代谢的核心
1．细胞代谢类型：包括分解代谢和合成代谢。
2．不同代谢途径分析
细胞呼吸一方面为这些反应提供能量(ATP)，另一方面为合成反应提供碳骨架，细胞内有机物的生物合成也以细胞呼吸为中心。
丙酮酸进入线粒体的方式
丙酮酸是脂溶性物质但并不是以扩散的方式进入线粒体的。线粒体外膜的通透性非常高，其内外膜间隙中的环境几乎与胞质溶胶相似。线粒体外膜含有孔蛋白，当孔蛋白的通道打开时最大可允许5000道尔顿的分子通过。丙酮酸分子量较小，可由外膜上的孔蛋白通道进入线粒体膜间隙，故其进入外膜的方式应属于通道蛋白介导的易化扩散(协助扩散)，而非扩散。线粒体内膜上具有完善的运输系统，如在线粒体内膜上就有运输丙酮酸的运输蛋白，但由于运输蛋白的运输需要借助氢离子梯度顺浓度转运驱动，故丙酮酸进入线粒体内膜属于需要载体的间接的主动转运。如图丙酮酸穿过线粒体的两层膜(⑥为孔蛋白，⑦为丙酮酸转运体，能够同时转运丙酮酸和H＋)。
总而言之，丙酮酸进入线粒体外膜和进入线粒体内膜的方式是不一样的，进入外膜是易化扩散(协助扩散)，而进入内膜则是主动转运。
[例] 下图表示丙酮酸进入线粒体的过程，孔蛋白为亲水通道，分子量较小的物质可自由通过。丙酮酸通过内膜时，所需的能量不直接来源于ATP。下列说法正确的是( )
A．线粒体的内、外膜分别由两层单位膜组成
B．丙酮酸通过外、内膜的方式均为易化扩散
C．充足的O2能有效促进丙酮酸进入线粒体
D．线粒体膜间隙的pH要比内膜内侧的基质高
C [线粒体由两层膜构成，分别称为内膜和外膜，A错误；根据题意可知：线粒体的外膜和内膜都存在协助丙酮酸进入线粒体的蛋白质，并且丙酮酸通过线粒体外膜不消耗能量，而通过内膜时则会消耗H＋浓度差所产生的势能，可见丙酮酸通过线粒体外膜和内膜的方式分别为易化扩散和主动转运，B错误；由图可知，H＋浓度差的维持需要O2，H＋的浓度差会促进丙酮酸的运输，所以充足的O2能有效促进丙酮酸进入线粒体，C正确；线粒体膜间隙的H＋浓度大，呈酸性，pH要比内膜内侧的基质低，D错误。]
一、需氧呼吸与厌氧呼吸的比较
(2020·全国Ⅰ卷)种子贮藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖，下列关于种子呼吸作用的叙述，错误的是( )
A．若产生的CO2与乙醇的分子数相等，则细胞只进行厌氧呼吸
B．若细胞只进行需氧呼吸，则吸收O2的分子数与释放CO2的相等
C．若细胞只进行厌氧呼吸且产物是乳酸，则无O2吸收也无CO2释放
D．若细胞同时进行需氧和厌氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的多
[解析] 在反应物是葡萄糖的情况下，细胞进行需氧呼吸和产乙醇的厌氧呼吸均可产生CO2，其中产乙醇的厌氧呼吸产生的CO2与乙醇的分子数相等，需氧呼吸不产生乙醇，因而若产生的CO2与乙醇的分子数相等，说明细胞只进行厌氧呼吸，A正确；在反应物是葡萄糖的情况下，若细胞只进行需氧呼吸，则吸收O2的分子数与释放CO2的分子数相等，B正确；在反应物是葡萄糖的情况下，若细胞厌氧呼吸的产物是乳酸，则不需要消耗O2也不产生CO2，C正确；在反应物是葡萄糖的情况下，需氧呼吸中，吸收O2的分子数和释放CO2的分子数相等，而厌氧呼吸不消耗O2，但可能产生CO2，若细胞同时进行需氧呼吸和厌氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的分子数少或两者的数目相等，D错误。
[答案] D
二、真核细胞中的NADH与NADPH的比较
下图是载体中的氢随化合物在生物体内转移的过程，下列分析中错误的是( )
A．过程①中氢的载体为NADPH
B．载体中的氢在过程②中用于还原RuBP
C．载体中的氢在过程④中用于还原氧气
D．载体中的氢在过程⑤中用于还原丙酮酸
[解析] 过程①是光反应阶段，氢的载体为NADPH; 过程②为碳反应阶段，载体中的氢用于三碳酸还原为三碳糖；过程④为电子传递链，载体中的氢用于还原氧气生成水；过程⑤为丙酮酸被还原为乳酸，载体中的氢用于还原丙酮酸，综上所述，B错误。
[答案] B
三、影响细胞呼吸速率的外界因素及其原理在生产实践中的应用
(2024·宁波测试)O2在维持生命活动方面的重要性是不可替代的。下列关于真核细胞内与O2有关的叙述，错误的是( )
A．需氧呼吸中[H]与O2结合的场所是线粒体
B．储藏果蔬时往往需要降低O2含量以减少有机物消耗
C．细胞呼吸产生CO2的同时必定伴随O2的消耗
D．光合作用中O2产生的同时伴随着类囊体内H＋浓度的改变
[解析] 需氧呼吸第三阶段[H](NADH)与O2结合生成水，发生在线粒体内膜，A正确；储藏果蔬一般在零上低温、低氧，一定浓度CO2的条件下储存，B正确；细胞呼吸产生CO2可以是需氧呼吸，也可以是厌氧呼吸，厌氧呼吸不消耗O2，C错误；光合作用光反应阶段发生水的光解，产生O2与H＋，发生在类囊体内，D正确。
[答案] C
四、细胞呼吸速率的测定与细胞呼吸方式的判断
1．细胞呼吸速率的测定
植物细胞呼吸吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，毛细管内的红色液滴左移(实验装置如右图)。根据单位时间内红色液滴左移的体积，即单位时间内消耗氧气的量，从而可计算呼吸速率。若要测呼吸熵(细胞呼吸产生的CO2量/消耗的O2量)，则还需测出单位时间内CO2 的产生量，这就需要再设置一个实验组，即装置的其他条件均相同，将NaOH溶液换成等量清水，利用该装置可测得O2 消耗量与CO2产生量的差值，进而可求得CO2的产生量，利用测得的O2消耗量与CO2产生量就能算出呼吸熵。
2．细胞呼吸类型的判断
在以葡萄糖为呼吸底物的情况下，CO2释放量和O2消耗量是判断细胞呼吸类型的重要依据，总结如下：
(1)无CO2释放时，细胞只进行产生乳酸的厌氧呼吸，此种情况下，容器内气体体积不发生变化，如乳酸菌、马铃薯块茎等的厌氧呼吸。
(2)不消耗O2，但产生CO2，细胞只进行产生乙醇的厌氧呼吸，此情况下容器内气体体积可增大，如酵母菌的厌氧呼吸。
(3)当CO2释放量等于O2消耗量时，细胞只进行需氧呼吸，此种情况下，容器内气体体积无变化，但若放有NaOH溶液，则将CO2吸收，可引起气体体积减小。
(4)当CO2释放量大于O2消耗量时，细胞同时进行产生乙醇的厌氧呼吸和需氧呼吸两种方式，如酵母菌在不同O2浓度下的细胞呼吸。此种情况下，判断哪种呼吸占优势，可如下分析：
①若VCO2/VO2＝4/3，需氧呼吸和厌氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等。
②若VCO2/VO2>4/3，厌氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于需氧呼吸。
③若VCO2/VO2