細胞呼吸的原理、過程及應用精講

山東省棗莊二中 孔 磊

細胞呼吸的原理、過程及應用精講

山東省棗莊二中 孔 磊

一、試題展示

例1 葡萄糖的無氧分解過程中，下列產物出現的先后順序正確的是（ ）。

①酒精 ②CO2③H2O ④ATP ⑤乳酸 ⑥H+⑦丙酮酸

A.⑥⑦⑤① B.③②①⑤ C.④⑦②① D.③④②⑤

解析 葡萄糖無氧分解過程中，先是葡萄糖在細胞質基質中分解為丙酮酸,產生少量的ATP，接著丙酮酸在細胞質基質中轉化為乳酸或酒精和二氧化碳。即在無氧呼吸第一階段生成丙酮酸、ATP，第二階段產生乳酸或酒精和二氧化碳，所以在葡萄糖的無氧分解過程中，選項中各產物出現的先后順序為④⑦⑤或④⑦②①。

答案 C

例2 科研人員探究了不同溫度（25℃和0.5℃）條件下密閉容器內藍莓果實的CO2生成速率的變化，結果見圖甲和乙。

（1）由圖可知，與25℃相比，0.5℃條件下果實的CO2生成速率較低，主要原因是__________。隨著果實儲存時間的增加，密閉容器內的________濃度越來越高，抑制了果實的細胞呼吸。該實驗還可以通過檢測________的濃度變化來計算呼吸速率。

（2）某同學擬驗證上述實驗結果，設計如下方案：

稱取兩等份同一品種的藍莓果實，分別裝入甲、乙兩個容積相同的瓶內，然后密封，將甲、乙瓶分別置于25℃和0.5℃的條件下儲存，每隔一段時間測定各瓶中的CO2濃度，記錄實驗數據并計算CO2生成速率。

為了使實驗結果更可靠，請給出兩條建議，以完善上述實驗方案（不考慮溫度因素）。

a._________________________________________________________________________；

b.__________________________________________________________________________。

解析 （1）溫度是影響酶活性的重要因素之一，低溫下呼吸酶活性降低，細胞呼吸必然減弱。果實細胞呼吸必然要產生CO2，同時消耗O2，所以可以通過檢測密閉容器內這兩種氣體的濃度變化來計算細胞呼吸速率。（2）分析實驗設計思路，結合實驗設計的五大原則，為了使實驗結果更可靠，一方面選取果實的成熟度應一致，另一方面每組最好有平行重復實驗。

答案 （1）低溫降低了細胞呼吸相關酶的活性 CO2O2（2）a.選取果實的成熟度應一致b.每個溫度條件下至少有3個平行重復實驗

二、基礎知識

1.“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗

（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，屬于兼性厭氧菌。在O2充足的條件下，酵母菌通過有氧呼吸產生大量的二氧化碳和水；在無氧條件下，酵母菌通過無氧呼吸產生酒精和二氧化碳；在O2濃度較低的情況下，酵母菌同時進行無氧呼吸和有氧呼吸。

（2）檢測CO2的產生：可使用澄清石灰水或溴麝香草酚藍水溶液。CO2可使后者發(fā)生顏色變化（由藍變綠再變黃）。

（3）檢測酒精的產生：可使用橙色的重鉻酸鉀溶液。其在酸性條件下與酒精發(fā)生化學反應，變成灰綠色。

2.細胞呼吸的方式

細胞呼吸是指有機物在細胞內經過一系列的氧化分解，生成CO2或其他產物，釋放出能量并生成ATP的過程。

（1）有氧呼吸

②過程：分三個階段（見下表）。最常利用的物質是葡萄糖。

項目 第一階段 第二階段 第三階段場所 細胞質基質 線粒體基質 線粒體內膜反應物 葡萄糖 丙酮酸、H2O [H]和O2生成物 丙酮酸，少量[H]、ATP CO2、[H]、ATP H2O和大量ATP能量 少量 少量 大量

（2）無氧呼吸

②過程：第一階段與有氧呼吸第一階段完全相同，第二階段的產物是酒精和二氧化碳或乳酸。全過程都在細胞質基質中進行。最常利用的物質也是葡萄糖。

3.細胞呼吸原理的應用

（1）包扎傷口時，需要選用透氣的消毒紗布或松軟的“創(chuàng)可貼”等敷料。

（2）對板結的土壤要及時松土透氣。如果稻田土壤中的O2不足，水稻的根細胞就會進行無氧呼吸產生酒精，時間長了，酒精就會對根細胞產生毒害作用，使根變黑、腐爛。

（3）皮膚傷口較深或被銹釘扎傷后，破傷風芽孢桿菌會大量繁殖，傷者應及時請醫(yī)生處理。

（4）無氧運動中，肌細胞因O2不足，需要靠無氧呼吸來獲取能量。

三、內容詳解

1.細胞呼吸的過程圖解

2.影響細胞呼吸的環(huán)境因素分析

項目 溫度 O2濃度 水分影響原理 影響酶活性 決定呼吸類型和強度 自由水含量較高時呼吸旺盛2 CO坐標曲線呼吸速率 O釋放量呼吸速率無氧呼吸有氧呼吸無氧呼吸消失點溫度OM O2/%O 含水量

3.測定組織細胞呼吸速率的裝置與原理

（1）裝置（如圖所示）：

（2）表示：細胞呼吸速率常用單位時間內CO2釋放量或O2吸收量來表示。

（3）原理：組織細胞呼吸吸收O2，釋放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器內氣體壓強減小，刻度管內的有色液滴左移。一般用單位時間內液滴左移造成的體積變化表示呼吸速率。

（4）物理誤差的校正：

①如果實驗材料是綠色植物，那么整個裝置應遮光處理，否則植物的光合作用會干擾呼吸速率的測定。

②如果實驗材料是種子，為防止微生物呼吸對實驗結果的干擾，應對裝置及所測種子進行消毒處理。

③為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應設置對照實驗，將所測的生物材料滅活（如將種子煮熟），其他條件不變。

4.有關細胞呼吸方式探究的裝置與實驗分析

（1）最常用的實驗裝置（如圖所示）：

（2）實驗材料分析：①裝置一、二中試劑的作用：NaOH溶液吸收CO2，蒸餾水作為對照。②在利用葡萄糖作為能源物質的條件下，有氧呼吸氣體體積不變，無氧呼吸氣體體積增加。

（3）實驗結果分析：

裝置一 裝置二 結果紅色液滴左移 紅色液滴不動 只進行有氧呼吸紅色液滴不動 紅色液滴右移 只進行無氧呼吸紅色液滴左移 紅色液滴右移 既進行有氧呼吸又進行無氧呼吸

四、規(guī)律總結

1.判斷細胞呼吸類型的五種方法（以葡萄糖為底物）

（1）CO2釋放量=O2消耗量→有氧呼吸。

（2）不消耗O2，產生CO2→無氧呼吸（酒精發(fā)酵）。

（3）CO2釋放量>O2消耗量→同時進行有氧呼吸和無氧呼吸（酒精發(fā)酵）。

（4）不吸收O2，不釋放CO2→無氧呼吸（乳酸發(fā)酵）。

（5）有水生成一定是有氧呼吸，有二氧化碳生成一定不是乳酸發(fā)酵。

2.細胞呼吸的曲線識別技巧

（1）下降型曲線：呼吸反應速率逐漸減緩，一般受生成物含量的影響，隨生成物的增多而減緩，如CO2濃度。

（2）上升型曲線：呼吸反應速率逐漸加快，一般受反應物含量的影響，隨反應物的增多而加快，如O2含量。