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第三節
第三章　細胞中能量的轉換和利用
細胞呼吸——能量的轉化和利用
學習目標
1.概述有氧呼吸的三個階段。
2.闡明無氧呼吸的過程和類型。
3.探究酵母菌的呼吸方式。
4.說出細胞呼吸產生能量的利用實例。
一、細胞有氧呼吸是大多數生物獲取能量的主要途徑
內容索引
課時對點練
二、無氧呼吸與細胞呼吸產生能量的利用
一
細胞有氧呼吸是大多數生物獲取能量的主要途徑
教材梳理
1.細胞呼吸
(1)概念：糖類、脂質和蛋白質等_______在活細胞內氧化分解為____或其他物質，同時釋放出能量并生成_____的過程。
(2)本質：將_____在有機物中的能量轉化為生命活動能_________的能量。
(3)類型：_________和_________。
有機物
CO2
ATP
儲存
直接利用
有氧呼吸
無氧呼吸
2.有氧呼吸
(1)概念：在氧的參與下，細胞內的有機物______氧化分解產生二氧化碳和水，同時釋放______，生成______ATP的過程。
(2)過程
徹底
能量
大量
細胞質基質
丙酮酸
[H]
線粒體基質
乙酰輔酶A
檸檬酸
CO2
線粒體內膜
能量
(3)總反應式：___________________________________________。
(1)細胞呼吸時只能消耗糖類(　　)
(2)有氧呼吸全部在線粒體中進行(　　)
(3)氧氣作為反應物參與有氧呼吸的第二、三階段(　　)
(4)有氧呼吸第三階段既消耗水又產生水(　　)
×
×
×
×
任務一：有氧呼吸的第一階段
分析實驗一的過程及其結果，回答相關問題：
實驗一　將酵母菌細胞破碎后進行離心處理，獲得上清液和沉淀物兩部分，與未離心、處理過的酵母菌培養液分別加入等量的氧氣、葡萄糖、熒光素和熒光素酶，一段時間后，檢測各試管的變化情況。
1號試管：只含線粒體。
2號試管：只含細胞質基質。
3號試管：有線粒體和細胞質基質。
核心探討
一段時間后，各試管的變化情況如下。
1號試管：葡萄糖的量不變，沒有熒光出現。
2號試管：葡萄糖的量減少，有丙酮酸(C3H4O3)生成，微弱熒光出現。
3號試管：葡萄糖的量減少，有CO2生成以及較強熒光出現。
(1)分析1、3號試管的結果，你能得出什么結論？
提示　葡萄糖不能被線粒體直接分解。
(2)分析2、3號試管的結果，你能得出什么結論？
提示　葡萄糖在細胞質基質中分解，生成丙酮酸，釋放少量能量。
(3)寫出有氧呼吸第一階段的反應過程。
任務二：有氧呼吸的第二階段
分析實驗二的過程及其結果，回答相關問題：
實驗二　使用超聲波將線粒體破碎，分離線粒體膜狀結構和線粒體基質，加入等量的氧氣、丙酮酸、熒光素和熒光素酶，一段時間后，檢測各試管變化情況。
4號試管：只含線粒體膜狀結構。
5號試管：只含線粒體基質。
6號試管：有線粒體膜狀結構和基質。
一段時間后，各試管的變化情況如下。
4號試管：丙酮酸的量不變，沒有熒光出現。
5號試管：丙酮酸減少，產生CO2，微弱熒光出現。
6號試管：丙酮酸減少，產生CO2，較強熒光出現。
(1)分析4、5、6號試管的結果，你能得出哪些結論？
提示　①丙酮酸分解發生在線粒體基質中，并產生[H]，釋放少量能量；
②線粒體分解丙酮酸后，在線粒體膜狀結構繼續發生反應并釋放更多的能量。
(2)寫出有氧呼吸第二階段的反應過程。
任務三：有氧呼吸的第三階段
分析實驗三，回答相關問題：
實驗三　關于[H]的研究有一個非常有趣的實驗。
超聲波震碎了線粒體之后，內膜自然卷成了顆粒朝外的小囊泡。這些小囊泡具有氧化[H]的功能。當用胰蛋白酶處理后，這些小囊泡不再具有氧化[H]的功能。當把這些小顆粒裝上去之后，小囊泡重新具有了氧化[H]的功能。這些小顆粒后被證實是一系列線粒體內膜上的酶。
(1)以上事實說明在線粒體內膜上發生了什么樣的反應？
(2)結合上述實驗結論，寫出有氧呼吸的總反應式，并標注氧元素的去向。
提示　
(3)有氧呼吸過程中能量的去向。
提示　一部分以熱的形式散失，一部分儲存在ATP中。
1.科研人員利用18O標記的葡萄糖，研究細胞有氧呼吸中葡萄糖中O原子的轉移路徑。下列關于18O的轉移途徑分析正確的是
A.葡萄糖→氧→水
B.葡萄糖→丙酮酸→水
C.葡萄糖→丙酮酸→氧
D.葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳
典題應用
√
根據有氧呼吸第一階段是葡萄糖分解成丙酮酸和[H]，含18O 的葡萄糖中的18O 到了丙酮酸中；再根據第二階段是丙酮酸和水反應生成二氧化碳和[H]，含18O 的丙酮酸中的18O 到了二氧化碳中，即18O 轉移的途徑是：葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳，D正確。
2.(多選)如圖表示綠色植物細胞內部分物質的轉化過程，以下有關敘述中，正確的是
A.①②分別表示H2O、O2
B.圖中產生[H]的場所都是線粒體
C.圖示過程會釋放熱能
D.圖示過程只能在有光的條件下進行
√
√
有氧呼吸第二階段丙酮酸和水反應生成二氧化碳和[H]，故物質①是H2O，有氧呼吸第三階段氧氣和[H]反應生成水，故物質②是O2，A正確；
產生[H]的場所是細胞質基質和
線粒體，B錯誤；
圖示過程會釋放熱量，C正確；
植物細胞的有氧呼吸不需要光照，有光、無光均可進行，D錯誤。
二
無氧呼吸與細胞呼吸產生能量的利用
教材梳理
1.無氧呼吸
(1)概念：在____________的條件下，細胞通過酶的催化作用，把葡萄糖等有機物分解為_____________和CO2，或分解為_____________等物質，同時釋放______能量的過程。
(2)場所：___________。
無氧或缺氧
乙醇(C2H5OH)
乳酸(C3H6O3)
較少
細胞質基質
C6H12O6 _____________________
C6H12O6 ____________________________
(3)類型
2C2H5OH(乙醇)＋2CO2＋能量
①產生乙醇
發生生物：大部分植物、酵母菌
2C3H6O3(乳酸)＋能量
②產生乳酸
發生生物：動物、乳酸菌、馬鈴薯塊莖、玉米胚等
檢測產物 所用試劑 現象
CO2 澄清的石灰水 變______
溴麝香草酚藍溶液 由藍色變為_______
酒精 酸性重鉻酸鉀溶液 變成______
2.探究酵母菌的呼吸方式
(1)實驗原理
①酵母菌是一種________真菌，在有氧和無氧的條件下都能生存，屬于__________生物。
②CO2和酒精的檢測
單細胞
兼性厭氧
混濁
黃綠色
綠色
①酵母菌培養液的配制(注意控制單一變量)
↓
②檢測CO2的產生
↓
③檢測酒精的產生(注意適當延長培養時間)
(2)實驗步驟
(3)實驗裝置示意圖
檢測CO2的產生，裝置如圖所示。
3.細胞呼吸產生能量的利用
(1)細胞呼吸釋放能量的去向
一部分以____的形式散失，一部分主要儲存在_____中，供給生物體的各種生命活動。
(2)ATP的利用
①ATP為細胞的生命活動提供了______。
熱
ATP
動力
②利用ATP的實例
主動運輸
分
裂和生長
(1)不同生物無氧呼吸的產物不一定相同(　　)
(2)探究酵母菌的無氧呼吸時，裝有酵母菌的試管需靜置一段時間，目的是消耗瓶中氧氣(　　)
(3)無氧呼吸所需酶的種類與有氧呼吸相同(　　)
(4)有CO2產生的呼吸一定不是無氧呼吸(　　)
(5)無氧呼吸釋放的能量轉化為熱能和ATP(　　)
(6)人在安靜狀態下不消耗ATP(　　)
×
√
×
×
√
×
任務四：無氧呼吸的過程
1.細胞無氧呼吸的產物有乳酸和
乙醇兩種類型。有人將這兩類無
氧呼吸的過程總結為下圖。嘗試
分析：在細胞無氧呼吸過程中，
物質和能量發生了什么樣的變化？
核心探討
提示　無氧呼吸可以分為兩個階段，都在細胞質基質進行。第一個階段就是糖酵解過程，葡萄糖分解成丙酮酸并釋放少量能量；第二個階段，丙酮酸在酶的催化下轉化為乳酸或者分解成乙醇和二氧化碳，沒有能量釋放。
2.無氧呼吸有無[H]的積累？無氧呼吸第一階段產生的[H]的作用是什么？
提示　沒有。參與了第二階段乳酸或者乙醇的生成。
3.和有氧呼吸相比，為什么無氧呼吸釋放的能量較少？
提示　無氧呼吸只在糖酵解過程中釋放少量的能量，丙酮酸轉化為乳酸或者分解成乙醇和二氧化碳的過程沒有能量的釋放，大部分能量存儲在乳酸或者乙醇中沒有完全釋放。
核心歸納
1.細胞呼吸中[H](NADH)和ATP的來源和去路
物質 來源 去路
[H] (NADH) 有氧呼吸：C6H12O6和H2O； 無氧呼吸：C6H12O6 有氧呼吸：與O2結合生成水；
無氧呼吸：還原丙酮酸
ATP 有氧呼吸：三個階段都產生； 無氧呼吸：只在第一階段產生 用于各項生命活動
核心歸納
2.細胞呼吸中能量的釋放與去向
核心歸納
3.有氧呼吸與無氧呼吸的比較
項目 有氧呼吸 無氧呼吸
不同點 條件 有氧 無氧或缺氧
場所 細胞質基質、線粒體 細胞質基質
分解程度 葡萄糖被徹底分解 葡萄糖分解不徹底
產物 CO2、H2O 乳酸或乙醇和CO2
能量釋放 大量能量 少量能量
核心歸納
相同點 本質都是氧化分解有機物，釋放能量，生成ATP供生命活動所需；第一階段(糖酵解)從葡萄糖到丙酮酸完全相同
3.(2022·江蘇淮安高一期末)如圖為生物體內葡萄糖分解代謝過程的圖解。下列有關說法正確的是
A.葡萄糖在線粒體中經過程
①②徹底氧化分解
B.在②反應過程中，水和[H]
既是產物又是反應物
C.無氧條件下，發生在酵母菌細胞中的是過程③
D.無氧呼吸產生ATP較少，原因是大部分能量以熱能形式散失
√
典題應用
葡萄糖的徹底氧化分解依次發生在細胞質基質和線粒體中，A錯誤；
②反應包括了有氧呼吸的第二
階段和第三階段，在第二階段
中消耗水，同時產生[H]，而在
第三階段中消耗[H]，產生水，
因此在②反應過程中，水和[H]
既是產物又是反應物，B正確；
酵母菌在無氧條件下將葡萄糖分解成乙醇和二氧化碳，即無氧條件下發生在酵母菌細胞中的是過程①③，C錯誤；
無氧呼吸產生ATP的量遠遠小于有氧呼吸，更多的能量儲存在有機物如乙醇、乳酸中，D錯誤。
4.(2023·江蘇常州高一期末)下列關于探究酵母菌的呼吸方式實驗的敘述，錯誤的是
A.通過設置有氧和無氧兩組實驗互相對照，用于判斷酵母菌的呼吸方式
B.實驗中需控制的無關變量有溫度、pH、培養液濃度等
C.實驗的因變量可以是澄清石灰水是否變混濁
D.實驗中將葡萄糖溶液煮沸的目的是滅菌和去除溶液中的氧氣
√
生物實驗設計的原則之一是對照原則，所以通過設置有氧和無氧兩組實驗進行互相對照，易于判斷酵母菌的呼吸方式，A正確；
該實驗的自變量是有無氧氣，溫度、pH、培養液濃度等屬于無關變量，B正確；
有氧呼吸和無氧呼吸都能產生二氧化碳，所以實驗的因變量不能是澄清石灰水是否變混濁，C錯誤。
網絡構建第三節　細胞呼吸——能量的轉化和利用
[學習目標]　1.概述有氧呼吸的三個階段。
2.闡明無氧呼吸的過程和類型。
3.探究酵母菌的呼吸方式。
4.說出細胞呼吸產生能量的利用實例。
一、細胞有氧呼吸是大多數生物獲取能量的主要途徑
1．細胞呼吸
(1)概念：糖類、脂質和蛋白質等有機物在活細胞內氧化分解為CO2或其他物質，同時釋放出能量并生成ATP的過程。
(2)本質：將儲存在有機物中的能量轉化為生命活動能直接利用的能量。
(3)類型：有氧呼吸和無氧呼吸。
2．有氧呼吸
(1)概念：在氧的參與下，細胞內的有機物徹底氧化分解產生二氧化碳和水，同時釋放能量，生成大量ATP的過程。
(2)過程
(3)總反應式：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。
判斷正誤
(1)細胞呼吸時只能消耗糖類(　　)
(2)有氧呼吸全部在線粒體中進行(　　)
(3)氧氣作為反應物參與有氧呼吸的第二、三階段(　　)
(4)有氧呼吸第三階段既消耗水又產生水(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×
任務一：有氧呼吸的第一階段
分析實驗一的過程及其結果，回答相關問題：
實驗一　將酵母菌細胞破碎后進行離心處理，獲得上清液和沉淀物兩部分，與未離心、處理過的酵母菌培養液分別加入等量的氧氣、葡萄糖、熒光素和熒光素酶，一段時間后，檢測各試管的變化情況。
1號試管：只含線粒體。
2號試管：只含細胞質基質。
3號試管：有線粒體和細胞質基質。
一段時間后，各試管的變化情況如下。
1號試管：葡萄糖的量不變，沒有熒光出現。
2號試管：葡萄糖的量減少，有丙酮酸(C3H4O3)生成，微弱熒光出現。
3號試管：葡萄糖的量減少，有CO2生成以及較強熒光出現。
(1)分析1、3號試管的結果，你能得出什么結論？
提示　葡萄糖不能被線粒體直接分解。
(2)分析2、3號試管的結果，你能得出什么結論？
提示　葡萄糖在細胞質基質中分解，生成丙酮酸，釋放少量能量。
(3)寫出有氧呼吸第一階段的反應過程。
提示　C6H12O62丙酮酸＋4[H]＋少量能量。
任務二：有氧呼吸的第二階段
分析實驗二的過程及其結果，回答相關問題：
實驗二　使用超聲波將線粒體破碎，分離線粒體膜狀結構和線粒體基質，加入等量的氧氣、丙酮酸、熒光素和熒光素酶，一段時間后，檢測各試管變化情況。
4號試管：只含線粒體膜狀結構。
5號試管：只含線粒體基質。
6號試管：有線粒體膜狀結構和基質。
一段時間后，各試管的變化情況如下。
4號試管：丙酮酸的量不變，沒有熒光出現。
5號試管：丙酮酸減少，產生CO2，微弱熒光出現。
6號試管：丙酮酸減少，產生CO2，較強熒光出現。
(1)分析4、5、6號試管的結果，你能得出哪些結論？
提示　①丙酮酸分解發生在線粒體基質中，并產生[H]，釋放少量能量；②線粒體分解丙酮酸后，在線粒體膜狀結構繼續發生反應并釋放更多的能量。
(2)寫出有氧呼吸第二階段的反應過程。
提示　2丙酮酸＋6H2O20[H]＋6CO2＋少量能量。
任務三：有氧呼吸的第三階段
分析實驗三，回答相關問題：
實驗三　關于[H]的研究有一個非常有趣的實驗。
超聲波震碎了線粒體之后，內膜自然卷成了顆粒朝外的小囊泡。這些小囊泡具有氧化[H]的功能。當用胰蛋白酶處理后，這些小囊泡不再具有氧化[H]的功能。當把這些小顆粒裝上去之后，小囊泡重新具有了氧化[H]的功能。這些小顆粒后被證實是一系列線粒體內膜上的酶。
(1)以上事實說明在線粒體內膜上發生了什么樣的反應？
提示　24[H]＋6O212H2O＋大量能量。
(2)結合上述實驗結論，寫出有氧呼吸的總反應式，并標注氧元素的去向。
提示　
(3)有氧呼吸過程中能量的去向。
提示　一部分以熱的形式散失，一部分儲存在ATP中。
1．科研人員利用18O標記的葡萄糖，研究細胞有氧呼吸中葡萄糖中O原子的轉移路徑。下列關于18O的轉移途徑分析正確的是(　　)
A．葡萄糖→氧→水
B．葡萄糖→丙酮酸→水
C．葡萄糖→丙酮酸→氧
D．葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳
答案　D
解析　根據有氧呼吸第一階段是葡萄糖分解成丙酮酸和[H]，含18O 的葡萄糖中的18O 到了丙酮酸中；再根據第二階段是丙酮酸和水反應生成二氧化碳和[H]，含18O 的丙酮酸中的18O 到了二氧化碳中，即18O 轉移的途徑是：葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳，D正確。
2．(多選)如圖表示綠色植物細胞內部分物質的轉化過程，以下有關敘述中，正確的是(　　)
A．①②分別表示H2O、O2
B．圖中產生[H]的場所都是線粒體
C．圖示過程會釋放熱能
D．圖示過程只能在有光的條件下進行
答案　AC
解析　有氧呼吸第二階段丙酮酸和水反應生成二氧化碳和[H]，故物質①是H2O，有氧呼吸第三階段氧氣和[H]反應生成水，故物質②是O2，A正確；產生[H]的場所是細胞質基質和線粒體，B錯誤；圖示過程會釋放熱量，C正確；植物細胞的有氧呼吸不需要光照，有光、無光均可進行，D錯誤。
二、無氧呼吸與細胞呼吸產生能量的利用
1．無氧呼吸
(1)概念：在無氧或缺氧的條件下，細胞通過酶的催化作用，把葡萄糖等有機物分解為乙醇(C2H5OH)和CO2，或分解為乳酸(C3H6O3)等物質，同時釋放較少能量的過程。
(2)場所：細胞質基質。
(3)類型
①產生乙醇
②產生乳酸
2．探究酵母菌的呼吸方式
(1)實驗原理
①酵母菌是一種單細胞真菌，在有氧和無氧的條件下都能生存，屬于兼性厭氧生物。
②CO2和酒精的檢測
檢測產物 所用試劑 現象
CO2 澄清的石灰水 變混濁
溴麝香草酚藍溶液 由藍色變為黃綠色
酒精 酸性重鉻酸鉀溶液 變成綠色
(2)實驗步驟
(3)實驗裝置示意圖
檢測CO2的產生，裝置如圖所示。
3．細胞呼吸產生能量的利用
(1)細胞呼吸釋放能量的去向
一部分以熱的形式散失，一部分主要儲存在ATP中，供給生物體的各種生命活動。
(2)ATP的利用
①ATP為細胞的生命活動提供了動力。
②利用ATP的實例
判斷正誤
(1)不同生物無氧呼吸的產物不一定相同(　　)
(2)探究酵母菌的無氧呼吸時，裝有酵母菌的試管需靜置一段時間，目的是消耗瓶中氧氣(　　)
(3)無氧呼吸所需酶的種類與有氧呼吸相同(　　)
(4)有CO2產生的呼吸一定不是無氧呼吸(　　)
(5)無氧呼吸釋放的能量轉化為熱能和ATP(　　)
(6)人在安靜狀態下不消耗ATP(　　)
答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
任務四：無氧呼吸的過程
1．細胞無氧呼吸的產物有乳酸和乙醇兩種類型。有人將這兩類無氧呼吸的過程總結為下圖。嘗試分析：在細胞無氧呼吸過程中，物質和能量發生了什么樣的變化？
提示　無氧呼吸可以分為兩個階段，都在細胞質基質進行。第一個階段就是糖酵解過程，葡萄糖分解成丙酮酸并釋放少量能量；第二個階段，丙酮酸在酶的催化下轉化為乳酸或者分解成乙醇和二氧化碳，沒有能量釋放。
2．無氧呼吸有無[H]的積累？無氧呼吸第一階段產生的[H]的作用是什么？
提示　沒有。參與了第二階段乳酸或者乙醇的生成。
3．和有氧呼吸相比，為什么無氧呼吸釋放的能量較少？
提示　無氧呼吸只在糖酵解過程中釋放少量的能量，丙酮酸轉化為乳酸或者分解成乙醇和二氧化碳的過程沒有能量的釋放，大部分能量存儲在乳酸或者乙醇中沒有完全釋放。
1．細胞呼吸中[H](NADH)和ATP的來源和去路
物質 來源 去路
[H] (NADH) 有氧呼吸：C6H12O6和H2O； 無氧呼吸：C6H12O6 有氧呼吸：與O2結合生成水； 無氧呼吸：還原丙酮酸
ATP 有氧呼吸：三個階段都產生； 無氧呼吸：只在第一階段產生 用于各項生命活動
2.細胞呼吸中能量的釋放與去向
3．有氧呼吸與無氧呼吸的比較
項目 有氧呼吸 無氧呼吸
不同點 條件 有氧 無氧或缺氧
場所 細胞質基質、線粒體 細胞質基質
分解程度 葡萄糖被徹底分解 葡萄糖分解不徹底
產物 CO2、H2O 乳酸或乙醇和CO2
能量釋放 大量能量 少量能量
相同點 本質都是氧化分解有機物，釋放能量，生成ATP供生命活動所需；第一階段(糖酵解)從葡萄糖到丙酮酸完全相同
3．(2022·江蘇淮安高一期末)如圖為生物體內葡萄糖分解代謝過程的圖解。下列有關說法正確的是(　　)
A．葡萄糖在線粒體中經過程①②徹底氧化分解
B．在②反應過程中，水和[H]既是產物又是反應物
C．無氧條件下，發生在酵母菌細胞中的是過程③
D．無氧呼吸產生ATP較少，原因是大部分能量以熱能形式散失
答案　B
解析　葡萄糖的徹底氧化分解依次發生在細胞質基質和線粒體中，A錯誤；②反應包括了有氧呼吸的第二階段和第三階段，在第二階段中消耗水，同時產生[H]，而在第三階段中消耗[H]，產生水，因此在②反應過程中，水和[H]既是產物又是反應物，B正確；酵母菌在無氧條件下將葡萄糖分解成乙醇和二氧化碳，即無氧條件下發生在酵母菌細胞中的是過程①③，C錯誤；無氧呼吸產生ATP的量遠遠小于有氧呼吸，更多的能量儲存在有機物如乙醇、乳酸中，D錯誤。
4．(2023·江蘇常州高一期末)下列關于探究酵母菌的呼吸方式實驗的敘述，錯誤的是(　　)
A．通過設置有氧和無氧兩組實驗互相對照，用于判斷酵母菌的呼吸方式
B．實驗中需控制的無關變量有溫度、pH、培養液濃度等
C．實驗的因變量可以是澄清石灰水是否變混濁
D．實驗中將葡萄糖溶液煮沸的目的是滅菌和去除溶液中的氧氣
答案　C
解析　生物實驗設計的原則之一是對照原則，所以通過設置有氧和無氧兩組實驗進行互相對照，易于判斷酵母菌的呼吸方式，A正確；該實驗的自變量是有無氧氣，溫度、pH、培養液濃度等屬于無關變量，B正確；有氧呼吸和無氧呼吸都能產生二氧化碳，所以實驗的因變量不能是澄清石灰水是否變混濁，C錯誤。

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