人教版高中生物必修一学案532 细胞呼吸的原理和应用含答案.docx
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人教版高中生物必修一学案532细胞呼吸的原理和应用含答案
第2课时 细胞呼吸的原理和应用
学习目标
1.说出线粒体的结构和功能(重点)。
2.说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同(重难点)。
3.说明细胞呼吸的原理,并探讨其在生产和生活中的应用(重难点)。
|基础知识|
一、线粒体的结构和功能及有氧呼吸
1.线粒体的结构和功能
线粒体的结构示意图
(1)图中序号代表的结构:
①外膜,②内膜,③嵴,④基质。
(2)线粒体的功能:
进行有氧呼吸的主要场所。
2.有氧呼吸
(1)概念:
指细胞在氧的参与下,通过酶的催化作用,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生CO2和水,释放能量,生成大量ATP的过程。
(2)过程:
场所
反应物
能量释放量
第一阶段
细胞质基质
1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸和[H]
少量
第二阶段
线粒体基质
丙酮酸和水分解成CO2和[H]
少量
第三阶段
线粒体内膜
[H]和氧结合形成水
大量
3.总反应式:
C6H12O6+6H2O+6O2
6CO2+12H2O+能量。
二、无氧呼吸
1.场所:
细胞质基质。
2.过程:
⇒葡萄糖
丙酮酸+[H]
3.分别写出无氧呼吸两种形式的总反应式:
产生乳酸:
C6H12O6
2C3H6O3(乳酸)+少量能量。
产生酒精:
C6H12O6
2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量。
三、细胞呼吸的应用
1.细胞呼吸的应用原理和实例(连线)
2.细胞呼吸的影响因素
影响细胞呼吸的因素主要有:
氧气、温度和水分等。
|自查自纠|
1.有氧呼吸全部在线粒体中进行。
( )
2.有氧呼吸的三个阶段均可产生ATP,但第三阶段产生的最多。
( )
3.无氧呼吸的产物不一定相同。
( )
4.人体细胞在有氧或无氧状态下均可产生CO2。
( )
5.无氧呼吸是不彻底的氧化分解,一些能量没释放出来,所以无氧呼吸释放的能量较少。
( )
6.温度是通过影响酶的活性来影响细胞呼吸的。
( )
7.氧气作为反应物在有氧呼吸的第二、三阶段参与。
( )
8.农田长期水淹后会造成植物烂根与无氧呼吸有关。
( )
答案 1.× 2.√ 3.√ 4.× 5.√ 6.√ 7.× 8.√
|图解图说|
线粒体是所有生物进行有氧呼吸的场所吗?
提示:
不是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
★同有机物在生物体外的燃烧相比,有氧呼吸是在温和条件下进行的,有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放;释放的能量大多储存在ATP中。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
★人在剧烈运动时,会因骨骼肌进行无氧呼吸积累过多的乳酸而感到肌肉酸痛。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
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酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都可产生CO2吗?
提示:
都可产生
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
探究点一 线粒体的结构与有氧呼吸
1.线粒体与有氧呼吸相适应的结构特点
(1)线粒体是如何扩大自身生物膜面积的?
提示 内膜折叠成嵴,从而扩大了生物膜面积。
(2)有氧呼吸酶主要分布于线粒体的哪些部位?
提示 主要分布于线粒体的内膜和线粒体基质。
2.有氧呼吸的过程
(1)图中的a、b、c分别表示有氧呼吸的哪个阶段?
提示 a表示第一阶段,b表示第二阶段,c表示第三阶段。
(2)请完善下列有氧呼吸的每个阶段的反应式:
第一阶段:
C6H12O6
2C3H4O3+4[H]+少量能量
第二阶段:
2C3H4O3+6H2O
6CO2+20[H]+少量能量
第三阶段:
24[H]+6O2
12H2O+大量能量
(3)请在下列反应式中表示出三种反应物中每种元素的去向。
C6H12O6+6O2+6H2O
12H2O+6CO2+能量
提示
(4)葡萄糖在线粒体中能否被氧化分解?
为什么?
提示 不能,因为葡萄糖氧化分解的第一步需要的酶在细胞质基质中。
有氧呼吸过程中物质和能量的变化
(1)各反应物参与的阶段:
葡萄糖在第一阶段参与,H2O在第二阶段参与,O2在第三阶段参与。
(2)各生成物产生的阶段:
[H]在第一、二阶段产生,CO2在第二阶段产生,H2O在第三阶段产生。
(3)能量变化的特点:
三个阶段都产生能量,但大量的能量在第三阶段产生。
(1)有线粒体的生物一定能进行有氧呼吸,但没有线粒体的生物有的也能进行有氧呼吸,如蓝藻和一些好氧菌。
(2)参与细胞呼吸的主要是糖类,脂肪和蛋白质等也可以参与。
【典例1】如图表示有氧呼吸过程,有关说法正确的是( )
A.①②④中数值最大的是①
B.③代表的是O2
C.有氧呼吸三个阶段所需的酶相同
D.⑤参与的过程发生在线粒体内膜上
解析 分析题图可知:
①②④分别代表有氧呼吸第一、二和三阶段所释放的能量,其中第三个阶段所释放的能量④的数值最大。
有氧呼吸第一个阶段发生在细胞质基质中,第二和第三个阶段分别发生在线粒体的基质和内膜上。
三个阶段发生的场所不同,所需的酶不同。
③代表参与第二个阶段反应的原料H2O,不是O2,⑤是O2,参与的过程是有氧呼吸的第三个阶段,发生在线粒体内膜上。
答案 D
判断某个过程的名称时,最好的方法是看该过程的起点和终点是什么物质,然后结合细胞呼吸的过程即可作出判断。
例如,某过程消耗H2O而产生CO2,则该过程就是有氧呼吸的第二阶段;某过程消耗O2产生了水,则为有氧呼吸第三阶段。
【跟踪训练】
1.下图表示绿色植物细胞内部分物质的转化过程,以下有关叙述正确的是( )
A.①②分别表示H2O、O2
B.图中产生[H]的场所都是线粒体
C.用18O标记葡萄糖,则在产生的水中能检测到放射性
D.图示过程只能在有光的条件下进行
解析 题图所示的是有氧呼吸的过程,有氧呼吸包括三个阶段,第一阶段是葡萄糖在酶的作用下分解成丙酮酸,同时产生少量的能量和[H],第二阶段是丙酮酸和水在酶的作用下生成二氧化碳,同时产生[H]和少量的能量,第三阶段是第一阶段和第二阶段产生的[H]与O2结合形成水,同时产生大量的能量,其中葡萄糖中的氧全部到了产物二氧化碳中。
答案 A
探究点二 影响细胞呼吸的因素及应用
1.O2浓度
下图表示O2浓度对某种植物非绿色器官细胞呼吸(呼吸底物为葡萄糖)的影响曲线。
(1)图中a、b、c三条曲线的含义分别是什么?
提示 b曲线表示有氧呼吸释放的CO2量,c曲线表示无氧呼吸释放的CO2量,a曲线表示有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2总量。
(2)O2浓度由0增加到5%的过程中,CO2释放总量不断降低的原因是什么?
提示 O2浓度由0增加到5%的过程中,无氧呼吸强度随O2浓度的降低而受到抑制,使无氧呼吸释放的CO2量减少,而此时有氧呼吸的强度较低,故CO2释放总量不断降低。
(3)当O2浓度在0~10%的范围内时,该植物器官的呼吸类型是什么?
提示 在O2浓度在0~10%的范围内时,该植物器官的呼吸类型为有氧呼吸和无氧呼吸同时进行。
(4)当氧气浓度为10%时,a、b两曲线重合的原因是什么?
提示 当氧气浓度为10%时,无氧呼吸消失,只进行有氧呼吸,故a、b两曲线重合。
2.温度、水分、CO2浓度对细胞呼吸的影响
下面甲、乙、丙三图分别表示温度、水分、CO2浓度对细胞呼吸的影响。
(1)分析甲图,思考温度影响细胞呼吸的原理是什么?
提示 温度是通过影响有关酶的活性来影响细胞呼吸的。
(2)结合甲图思考,在温室大棚中我们应如何来控制温度来提高产量?
提示 温室栽培中增大昼夜温差(降低夜间温度),以减少夜间呼吸消耗有机物。
(3)结合乙图,分析含水量与呼吸速率之间的关系。
提示 在一定范围内,细胞呼吸速率随含水量的增加而加快,当含水过多时,呼吸速率减慢,甚至死亡。
(4)根据乙图分析种子在储藏前为什么要晾干?
干种子萌发时为什么要浸泡处理?
提示 储存粮食之前要进行晾干处理,以降低含水量,从而降低呼吸速率。
干种子萌发前要浸泡处理,以增加含水量提高呼吸速率。
(5)结合丙图所示的原理思考在蔬菜、水果保鲜时我们可采取什么措施?
提示 在蔬菜、水果保鲜中,增加CO2浓度(或充入N2)可抑制细胞呼吸,减少有机物的消耗。
【典例2】如图表示某植物非绿色器官在不同O2浓度下,O2的吸收量和CO2的释放量的变化情况,根据所提供的信息,以下判断正确的是( )
A.N点时,该器官O2的吸收量和CO2的释放量相等,说明其只进行有氧呼吸
BM点是储藏该器官的最适O2浓度,此时无氧呼吸的强度最低
C.该器官呼吸作用过程中有非糖物质氧化分解
D.L点时,该器官产生CO2的场所是线粒体基质
解析 N点之后,O2的吸收量与CO2的释放量不等,说明该植物非绿色器官呼吸作用过程中还有非糖物质的氧化分解,C正确;由于有非糖物质参与氧化分解,故O2的吸收量与CO2的释放量相等不能说明该器官只进行有氧呼吸,A错误;M点细胞的总呼吸强度最低,但无氧呼吸强度并不是最低的,B错误;L点时,细胞只进行无氧呼吸,产生CO2的场所是细胞质基质,D错误。
答案 C
【跟踪训练】
2.甲、乙两图表示苹果组织细胞中CO2释放量和O2吸收量的变化。
下列相关叙述错误的是( )
A.甲图中O2浓度为a时的情况对应的是乙图中的A点
B.甲图中O2浓度为b时,对应乙图中CD段
C.甲图的a、b、c、d四个浓度中c是最适合储藏苹果的O2浓度
D.甲图中O2浓度为d时没有酒精产生
解析 甲图中O2浓度为a时,细胞只释放CO2不吸收O2,说明细胞只进行无氧呼吸,对应乙图中的A点,A正确;甲图中O2浓度为b时CO2的释放量远远大于O2的吸收量,说明细胞既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸,且无氧呼吸强度大,应对应乙图中AC段(不包括A点和C点),B错误;储藏苹果应选择CO2释放量最少即细胞呼吸最弱时的O2浓度,C正确;O2浓度为d时,CO2的释放量与O2的吸收量相等,细胞只进行有氧呼吸,因此没有酒精产生,D正确。
答案 B
探究点三 对细胞呼吸方式的判断及相关计算
1.请根据酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸反应式写出以下比例:
有氧呼吸:
C6H12O6∶O2∶CO2=1∶6∶6,据此可知,有氧呼吸中消耗的O2量等于(填“大于”、“小于”或“等于”)CO2的产生量;
无氧呼吸:
C6H12O6∶CO2∶C2H5OH=1∶2∶2。
2.人体细胞(或动物细胞)的细胞呼吸中O2的消耗与CO2的产生:
有氧呼吸时,O2:
CO2=1∶1,无氧呼吸时既没有O2的消耗也没有CO2的产生。
3.以酵母菌为例,假如以葡萄糖为呼吸的底物,则:
(1)不消耗O2而产生CO2,则只进行无氧呼吸;
(2)消耗的O2量等于产生的CO2的量,则只进行有氧呼吸;
(3)消耗O2且产生的CO2的量大于O2的消耗量,则既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸;
(4)酒精的产生量等于CO2的释放量,则只进行无氧呼吸。
4.如果一瓶酵母菌有的进行有氧呼吸有的进行无氧呼吸,已知O2的消耗量等于amol,CO2的产生量是bmol,则呼吸消耗的葡萄糖中有a/6mol用于有氧呼吸,有(b-a)/2mol用于无氧呼吸。
【典例3】有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合培养液,当通入不同浓度的氧气时,其产生的酒精和CO2的量如下表所示:
氧浓度/%
a
b
c
d
产生CO2的量/mol
30
9
12.5
15
产生酒精的量/mol
0
9
6.5
6
下列叙述错误的是( )
A.氧浓度为a时只进行有氧呼吸
B.b值对应的氧浓度为0
C.氧浓度为c时,经有氧呼吸产生的CO2为6mol
D.氧浓度为d时,有1/3的葡萄糖用于酒精发酵
解析 突破口:
结合酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的反应式对每个选项进行分析。
有氧呼吸反应式:
C6H12O6+6H2O+6O2
6CO2+12H2O+能量。
无氧呼吸(酒精发酵)反应式:
C6H12O6
2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量。
氧浓度为a时,只产生CO2,不产生酒精,说明只进行有氧呼吸;氧浓度为b时,产生CO2的量和酒精的量相同,说明只进行无氧呼吸,氧浓度为0;氧浓度为c时,酵母菌无氧呼吸产生酒精的量和CO2的量相同,因此有氧呼吸产生的CO2为12.5-6.5=6(mo1);氧浓度为d时,设参与有氧呼吸的葡萄糖的量为x,由有氧呼吸反应式可知,产生的CO2为6x,设参与无氧呼吸的葡萄糖的量为y,由无氧呼吸反应式可知,产生的酒精和CO2均为2y,则有2y=6,6x+2y=15,得x=1.5,y=3,可推出有2/3的葡萄糖用于酒精发酵。
答案 D
【跟踪训练】
3.将等量且足量的苹果果肉分别放在O2浓度不同的密闭容器中,1小时后,测定O2的吸收量和CO2释放量如下表所示。
下列分析正确的是( )
O2浓度
0
1%
2%
3%
5%
7%
10%
15%
20%
25%
O2吸收量(mol)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.8
CO2释放量(mol)
1
0.8
0.6
0.5
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.8
A.O2浓度越高,苹果果肉细胞有氧呼吸越旺盛,产生ATP越多
B.O2浓度为3%时,有氧呼吸消耗的葡萄糖量是无氧呼吸的2倍
C.苹果果肉细胞在O2浓度为3%和7%时,消耗的葡萄糖量相等
D.苹果果肉细胞在O2浓度为5%~25%时,只进行有氧呼吸
解析 由表可知,O2浓度大于20%以后,有氧呼吸的强度不变。
O2浓度为3%时,有氧呼吸消耗的O2量为0.3,消耗的葡萄糖为0.3/6,无氧呼吸产生的CO2量为0.2,消耗的葡萄糖为0.2/2,前者是后者的1/2。
在O2浓度为3%时同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,而O2浓度为7%时只进行有氧呼吸,消耗的葡萄糖量不相等。
在O2浓度为5%~25%时,O2的吸收量和CO2释放量相等,只进行有氧呼吸。
答案 D
知识脉络
要点晨背
1.有氧呼吸的三个阶段的场所分别是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。
2.有氧呼吸的三个阶段都能释放能量,但第三阶段释放最多。
3.细胞呼吸释放的能量大部分变成热能释放,只有一部分用于合成ATP。
4.无氧呼吸全部在细胞质基质中进行,大部分植物和酵母菌的无氧呼吸产物是酒精和CO2,人体和动物细胞的无氧呼吸产物是乳酸。
5.氧气能促进有氧呼吸而抑制无氧呼吸。
6.温度是通过影响呼吸酶的活性来影响细胞呼吸的。
1.马铃薯块茎进行无氧呼吸时,只能释放少量能量,其他能量( )
A.储藏在葡萄糖中 B.存留于酒精中
C.存留于乳酸中 D.以热能形式散失
解析 马铃薯块茎的无氧呼吸产生乳酸而不是酒精,所以没有释放出来的能量储藏在乳酸中。
答案 C
2.下列细胞中,其呼吸过程会产生酒精的是( )
A.缺氧条件下的马铃薯块茎细胞
B.剧烈运动时人的骨骼肌细胞
C.酸奶生产中的乳酸菌
D.受涝的植物根细胞
解析 植物根细胞的无氧呼吸产生酒精。
答案 D
3.(2016·雅安高一检测)在有氧呼吸的反应阶段中,下列不在线粒体中进行的只有( )
A.[H]传递给氧生成水
B.C6H12O6分解为丙酮酸和[H]
C.丙酮酸分解为CO2和[H]
D.ADP与磷酸反应生成ATP
解析 有氧呼吸的第一阶段是将葡萄糖分解为丙酮酸和[H],该过程的场所是细胞质基质而不是线粒体。
答案 B
4.下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,有能量释放的过程是________(填序号),有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过程是________,可在人体细胞内进行的过程是_______________________________________________。
(4)写出①②过程的总反应式:
________________________________________________
解析
(1)图中①是细胞呼吸的第一阶段,产物C是丙酮酸。
④是产生乳酸类型的无氧呼吸的后期,其场所是细胞质基质。
(2)细胞呼吸的第一阶段和有氧呼吸的第二、三阶段释放能量,无氧呼吸的后期阶段不能释放能量。
(3)酵母菌细胞中可以进行有氧呼吸和产生酒精和CO2类型的无氧呼吸,但不能进行产生乳酸类型的无氧呼吸。
人体细胞中可以进行有氧呼吸和产生乳酸类型的无氧呼吸。
(4)略。
答案
(1)丙酮酸 细胞质基质
(2)①② ② (3)①②③ ①②④ (4)C6H12O6+6H2O+6O2
6CO2+12H2O+能量
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