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3.1 有氧呼吸

细胞的物质输入输出与能量代谢 · 高三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 细胞在氧气参与下,将葡萄糖彻底氧化分解为二氧化碳和水,并释放大量能量的过程。

从哪来 本知识点建立在2.2 细胞器的结构与功能(线粒体作为主要场所)、1.3 蛋白质的结构与功能(酶的本质及催化作用)以及1.2 组成细胞的化合物(葡萄糖、水、ATP等物质基础)之上。

为什么 从能量守恒和生物进化角度看,细胞需要高效获取能量以维持生命活动。 1. 彻底氧化:与无氧呼吸相比,有氧呼吸将有机物中的化学能更彻底地转化为热能(散失)和活跃化学能(ATP),能量利用率更高。 2. 场所分工:第一阶段在细胞质基质,后两阶段在线粒体。这种空间分隔使得酶可以按特定顺序高效催化反应,避免中间产物干扰,符合1.3 蛋白质的结构与功能中酶具有专一性和高效性的特点。 3. 物质循环:通过氧化分解,碳元素以CO2形式回归环境,氢元素结合氧气生成水,符合1.2 组成细胞的化合物中元素守恒定律。

【类比法:工厂流水线】** * **适合学生
形象思维强、对抽象生化反应感到困难的学生。 * 内容:把细胞比作一个“能量工厂”。 * 原料:葡萄糖(大块头)。 * 车间1(细胞质基质):粗加工车间。把大块头拆成小块(丙酮酸),顺便产出一点能量(少量ATP)和副产品([H])。 * 车间2(线粒体):精加工车间。小块头进入这里,在氧气(助燃剂)的帮助下,彻底燃烧。 * 产出:大量能量(ATP)、废气(CO2)、废水(H2O)。 * 关键点:氧气不是直接参与第一步,而是在最后两步“灭火”并带走电子,生成水。
【逻辑推导法:物质去向追踪】** * **适合学生
逻辑思维强、喜欢探究因果关系的理科尖子生。 * 内容:不记步骤,只追原子。 * C的去向:葡萄糖(C6) -> 丙酮酸(C3) -> CO2。说明碳骨架在第二阶段断裂,释放CO2。 * H的去向:葡萄糖(H12) + 水(H2O) -> [H] (NADH/FADH2) -> H2O。说明[H]是电子载体,最终与O2结合。 * O的去向:葡萄糖中的O -> CO2;吸入的O2 -> H2O。 * 结论:有氧呼吸的本质是脱氢和脱碳,氧气的作用是作为最终电子受体。
【对比辨析法:有氧 vs 无氧】** * **适合学生
容易混淆概念、需要明确区分条件的学生。 * 内容:列表对比,强调“差异点”。 * 场所:有氧(细胞质基质+线粒体) vs 无氧(仅细胞质基质)。 * 产物:有氧(CO2+H2O,彻底) vs 无氧(酒精+CO2 或 乳酸,不彻底)。 * 能量:有氧(多,30-32 ATP) vs 无氧(少,2 ATP)。 * 核心区别:是否有氧气参与第三阶段?是否有[H]与O2结合?
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练一道
基础题
某生物体细胞进行有氧呼吸,消耗了6 mol葡萄糖。请问: (1) 共消耗多少 mol O2? (2) 产生多少 mol CO2? (3) 产生多少 mol H2O?
变式
将酵母菌放入装有葡萄糖的培养液中,在密闭容器内培养。一段时间后,检测到容器内CO2释放量是O2吸收量的2倍。请问此时酵母菌的呼吸方式及比例?
看解答过程
根据有氧呼吸总反应式:$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 + 6H_2O \xrightarrow{酶} 6CO_2 + 12H_2O + 能量$ (1) 消耗O2量 = 葡萄糖量 × 6 = $6 \times 6 = 36$ mol。 (2) 产生CO2量 = 葡萄糖量 × 6 = $6 \times 6 = 36$ mol。 (3) 产生H2O量 = 葡萄糖量 × 12 = $6 \times 12 = 72$ mol。(注意:这里计算的是净生成量,若问总生成量需考虑反应物中的水,但通常题目问“产生”指产物中的水,即72 mol;若严格计算净增加,反应消耗6 mol水,生成12 mol水,净增6 mol。但在高中生物常规计算中,通常直接按系数比计算产物水为72 mol,或者题目会明确问“净生成”。此处按标准产物系数回答:72 mol)。
试试手自己判
检测题
在探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中,若检测到某一组实验中,CO2的释放量远大于O2的吸收量,且O2吸收量不为零。下列推断正确的是( ) A. 酵母菌只进行无氧呼吸 B. 酵母菌只进行有氧呼吸 C. 酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸 D. 酵母菌停止呼吸作用
看答案和判分标准
答案:C
判对标准:
选C得满分。
* 若选A,说明学生未理解“O2吸收量不为零”意味着存在有氧呼吸。
* 若选B,说明学生未理解“CO2释放量远大于O2吸收量”意味着存在无氧呼吸(有氧呼吸中CO2释放量=O2吸收量)。
* 若选D,明显错误。
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