2026版《優(yōu)化設(shè)計(jì)大一輪》高考生物（優(yōu)化設(shè)計(jì)新高考版）情境突破課3對細(xì)胞呼吸過程的深入探究

情境突破課3對細(xì)胞呼吸過程的深入探究高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI2026情境一丙酮酸和H2O在線粒體中徹底分解命題情境閱讀在真核細(xì)胞中,丙酮酸是在線粒體基質(zhì)中氧化分解的。研究發(fā)現(xiàn),1分子丙酮酸(化學(xué)式C3H4O3)首先脫去1分子CO2和部分[H],生成1分子C2化合物。該化合物再經(jīng)過多種形式的轉(zhuǎn)化,最終產(chǎn)生2分子CO2。后來又發(fā)現(xiàn),向鴿子胸肌懸浮液中加入檸檬酸(C6化合物)、α-酮戊二酸(C5化合物)、琥珀酸(C4化合物)和草酰乙酸(C4化合物)等有機(jī)酸,都能大大提高丙酮酸的氧化分解速率,而且線粒體中存在檸檬酸→α-酮戊二酸→琥珀酸→草酰乙酸的反應(yīng)途徑。如果向懸浮液中加入一種能與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶的物質(zhì),阻斷琥珀酸向草酰乙酸的轉(zhuǎn)化,則琥珀酸堆積,丙酮酸的氧化分解停止。令科學(xué)家意外的是,在這一情況下向懸浮液中加入草酰乙酸,也會使琥珀酸的堆積量增加。命題角度設(shè)計(jì)(1)上述物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程稱為“檸檬酸循環(huán)”(又稱“三羧酸循環(huán)”)。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,推測丙酮酸氧化分解產(chǎn)生CO2的整個(gè)過程是一個(gè)由多種有機(jī)酸參與的“環(huán)狀”途徑還是“直鏈狀”途徑?請選擇合適的示意圖,并在圖中完善檸檬酸循環(huán)的示意圖(在恰當(dāng)?shù)奈恢锰顚懳镔|(zhì)簡稱)。圖a圖b(2)根據(jù)各種有機(jī)酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),推測該過程的哪些環(huán)節(jié)有CO2生成。

。

丙酮酸變成C2化合物的時(shí)候產(chǎn)生1分子CO2,C6化合物轉(zhuǎn)化為C5化合物產(chǎn)生1分子CO2,C5化合物轉(zhuǎn)化為C4化合物產(chǎn)生1分子CO2情境突破訓(xùn)練1.(2022·山東卷)植物細(xì)胞內(nèi)10%~25%的葡萄糖經(jīng)過一系列反應(yīng),產(chǎn)生NADPH、CO2和多種中間產(chǎn)物,該過程稱為磷酸戊糖途徑。該途徑的中間產(chǎn)物可進(jìn)一步生成氨基酸和核苷酸等。下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.磷酸戊糖途徑產(chǎn)生的NADPH與有氧呼吸產(chǎn)生的還原型輔酶不同B.與有氧呼吸相比,葡萄糖經(jīng)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生的能量少C.正常生理?xiàng)l件下,利用14C標(biāo)記的葡萄糖可追蹤磷酸戊糖途徑中各產(chǎn)物的生成D.受傷組織修復(fù)過程中所需要的原料可由該途徑的中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化生成C解析

有氧呼吸產(chǎn)生的還原型輔酶是NADH,A項(xiàng)正確;葡萄糖經(jīng)磷酸戊糖途徑氧化分解不徹底,因此產(chǎn)生的能量少,B項(xiàng)正確;磷酸戊糖途徑產(chǎn)生的中間代謝產(chǎn)物可能有不含C的物質(zhì)(如水等),故不能利用14C標(biāo)記的葡萄糖追蹤磷酸戊糖途徑中各產(chǎn)物的生成,C項(xiàng)錯(cuò)誤;氨基酸和核苷酸等物質(zhì)是受傷組織修復(fù)過程中所需要的原料,可由該途徑的中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化生成,D項(xiàng)正確。2.(不定項(xiàng))細(xì)胞呼吸的全過程包括:糖酵解、檸檬酸循環(huán)、電子傳遞和氧化磷酸化,其中檸檬酸循環(huán)過程中有CO2生成。下圖是與細(xì)胞呼吸及其相關(guān)的代謝過程示意圖。下列表述錯(cuò)誤的是(

)A.細(xì)胞呼吸除了為生物體提供能量,也是生物體代謝的樞紐B.檸檬酸循環(huán)和電子傳遞鏈的場所都在線粒體C.電子傳遞鏈中的[H]全部來自單糖D.有氧呼吸釋放的能量大多存儲到了ATP中CD解析

由圖可知,細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的中間產(chǎn)物與蛋白質(zhì)代謝和脂肪的代謝相聯(lián)系,故細(xì)胞呼吸除了為生物體提供能量,也是生物體代謝的樞紐,A項(xiàng)正確;檸檬酸循環(huán)過程有CO2和[H]產(chǎn)生,故為有氧呼吸第二階段,場所為線粒體基質(zhì),電子傳遞鏈的過程發(fā)生在有氧呼吸第三階段,場所是線粒體內(nèi)膜,B項(xiàng)正確;有氧呼吸產(chǎn)生的[H]來自單糖(或單糖和丙酮酸)和水,C項(xiàng)錯(cuò)誤;有氧呼吸釋放的能量大多以熱能的形式散失,少量用于合成ATP,D項(xiàng)錯(cuò)誤。情境二[H]在線粒體內(nèi)膜上繼續(xù)氧化并釋放大量能量命題情境閱讀糖酵解和丙酮酸氧化分解生成CO2的過程都只能產(chǎn)生少量ATP,有氧呼吸中大量ATP是伴隨O2對[H]的氧化生成的,這是一個(gè)怎樣的過程呢?20世紀(jì)60年代,米切爾(PeterMitchell,1920—1992)在研究細(xì)菌的跨膜質(zhì)子運(yùn)輸過程中獲得靈感,提出[H]氧化過程中釋放的能量會將線粒體基質(zhì)中的H+泵到線粒體內(nèi)膜和外膜的間隙中,H+再沿著一種特殊的酶流回線粒體基質(zhì),推動該酶催化ATP的合成。之后,科學(xué)家檢測到線粒體內(nèi)膜外側(cè)的膜電位明顯高于內(nèi)側(cè)。當(dāng)將提取自線粒體內(nèi)膜的蛋白質(zhì)A嵌到人工脂質(zhì)體上,人為控制脂質(zhì)體膜內(nèi)、外兩側(cè)形成H+濃度梯度時(shí),脂質(zhì)體所在溶液中的ADP和Pi轉(zhuǎn)化成了ATP。命題角度設(shè)計(jì)(1)[H]氧化過程中釋放的電子和H+的最終受體是

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(2)線粒體內(nèi)膜在生成ATP的過程中起的作用是

。

(3)資料中的蛋白質(zhì)A對應(yīng)米切爾假說中的

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O2線粒體內(nèi)膜上通過呼吸鏈進(jìn)行電子傳遞使[H]脫下H+進(jìn)入到內(nèi)膜外的腔中,造成內(nèi)膜內(nèi)、外的質(zhì)子濃度差。線粒體內(nèi)膜上的這些特殊蛋白質(zhì)則利用電子給予的能量將線粒體基質(zhì)中的H+泵入內(nèi)膜和外膜的間隙中,構(gòu)建了跨內(nèi)膜的H+濃度梯度(質(zhì)子濃度差)ATP合成酶

(4)2,4-二硝基酚(DNP)是一種解偶聯(lián)藥劑,它能夠使膜對質(zhì)子的通透性增大,消除線粒體內(nèi)膜兩側(cè)的H+濃度差,但不抑制NADH的分解過程。有人使用少量的DNP類藥物來實(shí)現(xiàn)減肥目的,其可能的作用機(jī)理是

。

同時(shí),在使用DNP治療肥胖時(shí),患者在治療期間體溫會顯著升高并大量出汗。結(jié)合有氧呼吸的相關(guān)知識分析,患者治療時(shí)體溫升高的原因是DNP作用于組織細(xì)胞時(shí),___________________________________________________

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DNP能阻斷ATP的合成,使糖類與脂肪分解出的熱量浪費(fèi)掉,從而消耗更多的糖類與脂肪DNP對[H]與氧結(jié)合形成水的過程和能量的釋放過程沒有影響,但能抑制線粒體內(nèi)膜上的酶催化形成ATP的過程,能量最終以熱能形式散失情境突破訓(xùn)練3.(不定項(xiàng))(2022·山東卷)在有氧呼吸第三階段,線粒體基質(zhì)中的還原型輔酶脫去氫并釋放電子,電子經(jīng)線粒體內(nèi)膜最終傳遞給O2,電子傳遞過程中釋放的能量驅(qū)動H+從線粒體基質(zhì)移至內(nèi)外膜間隙中,隨后H+經(jīng)ATP合酶返回線粒體基質(zhì)并促使ATP合成,然后與接受了電子的O2結(jié)合生成水。為研究短時(shí)低溫對該階段的影響,將長勢相同的黃瓜幼苗在不同條件下處理,分組情況及結(jié)果如圖所示。已知DNP可使H+進(jìn)入線粒體基質(zhì)時(shí)不經(jīng)過ATP合酶。下列相關(guān)說法正確的是(

)A.4℃時(shí)線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞受阻B.與25℃時(shí)相比,4℃時(shí)有氧呼吸產(chǎn)熱多C.與25℃時(shí)相比,4℃時(shí)有氧呼吸消耗葡萄糖的量多D.DNP導(dǎo)致線粒體內(nèi)外膜間隙中H+濃度降低,生成的ATP減少BCD解析

與25

℃時(shí)相比,4

℃時(shí)耗氧量增加,有氧呼吸第三階段增強(qiáng),故線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞過程未受阻,A項(xiàng)錯(cuò)誤;與25

℃時(shí)相比,短時(shí)間4

℃處理,耗氧量較多,ATP生成量較少,說明4

℃時(shí)有氧呼吸消耗葡萄糖的量多,釋放的能量較多的用于產(chǎn)熱,

B、C兩項(xiàng)正確;DNP可使H+不經(jīng)ATP合酶返回線粒體基質(zhì)中,會使線粒體內(nèi)外膜間隙中H+濃度降低,ATP合成減少,

D項(xiàng)正確。4.(2024·黑龍江哈爾濱模擬)線粒體是真核細(xì)胞有氧呼吸的主要場所,其內(nèi)部發(fā)生的三羧酸循環(huán)、脂肪酸的β氧化和還原氫與O2的結(jié)合反應(yīng)與細(xì)胞能量供應(yīng)密切相關(guān)。下列有關(guān)敘述正確的是(

)A.線粒體內(nèi)的蛋白質(zhì)大部分由線粒體自身基因編碼B.三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的還原氫首先與NAD+結(jié)合生成NADHC.線粒體將H+運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)為有氧呼吸第三階段的進(jìn)行奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)D.線粒體內(nèi)膜上合成ATP與H+跨膜運(yùn)輸有關(guān)答案

D

解析

線粒體內(nèi)的蛋白