细胞呼吸,范例作答
细胞呼吸的完整范例作答,原创结构题与作文题,标出评分要点关键词。
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本主题如何考查
- 写出有氧与无氧呼吸的文字方程式,包括各途径正确的反应物与产物。
- 比较人体与酵母中的呼吸作用,包括各途径发生的部位及其限制因素。
- 解释呼吸或发酵的实验(试卷三),包括合适的对照组与预期结果。
- 解释如何用石灰水或温度计证明呼吸作用正在释放二氧化碳或热量。
- 从乳酸与氧债的角度解释剧烈运动为何导致肌肉疲劳与抽筋。
- 解读萌发或发酵期间氧气消耗量、二氧化碳产生量或释放热量的图表。
范例作答结构
- 看清指令词,按分作答,每分给一个清晰要点。
- 在解释之前,先准确定义关键生物术语。
- 按正确顺序解释过程或原因,使用准确的术语。
- 必要时加上有标签的图或范例。
- 以题目要求的联系收尾(原因→结果、结构→功能)。
完整范例作答
写出有氧呼吸的文字方程式,并说明细胞中大部分能量在何处释放。
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文字方程式为葡萄糖 + 氧气 → 二氧化碳 + 水 + 能量。第一阶段糖酵解在细胞质中进行,但大部分能量在之后于线粒体内进行的有氧阶段释放。氧气必须出现在反应物一侧,二氧化碳与水都必须作为产物出现,方程式才算正确。
葡萄糖 + 氧气二氧化碳 + 水能量线粒体细胞质
解释为何有氧呼吸从一分子葡萄糖释放的能量多于无氧呼吸。
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有氧呼吸利用氧气把葡萄糖完全分解为二氧化碳与水,因此葡萄糖中储存的化学能几乎全部被释放。无氧呼吸只把葡萄糖部分分解,在人体中生成乳酸,在酵母中生成乙醇与二氧化碳。这些产物仍含有大量尚未释放的化学能,因此能量产量小。两者的差异就在于有氧呼吸把葡萄糖完全分解,而无氧时只部分分解。
完全分解仅部分分解尚未释放的化学能氧气能量产量
一名跑者在 400 米短跑途中腿部肌肉开始酸痛。请从呼吸作用的角度解释为何如此,以及为何跑者越过终点线后仍持续大口呼吸。
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短跑期间,肌肉所需的能量快于氧气供应所能提供的量,于是肌肉进行无氧呼吸,把葡萄糖分解为乳酸与少量能量。乳酸在肌肉组织中积累,造成酸痛与疲劳。由于身体在短跑期间无法供应足够氧气,便产生了氧债。跑者停下后,呼吸与心跳仍保持较高,以吸入分解积累乳酸所需的额外氧气,因此大口呼吸会持续到氧债偿还为止。
无氧呼吸乳酸氧债疲劳运动后偿还
比较无氧呼吸在人体肌肉与在酵母中的产物。
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在人体肌肉中,葡萄糖被分解为乳酸并伴随少量能量,不产生气体。在酵母中,葡萄糖被分解为乙醇与二氧化碳并伴随少量能量,因此有气体产生。两种过程都在无氧下进行,也都只释放少量能量,因为葡萄糖仅被部分分解,但终产物不同:人体产生乳酸,酵母产生乙醇与二氧化碳。
乳酸乙醇二氧化碳无氧少量能量
描述你将如何证明萌发的种子在呼吸作用期间释放二氧化碳。请包含一个合适的对照组。
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把活的萌发种子放入一个密封容器中,连接装置使空气能被抽过容器后通入一支盛有石灰水的试管。一段时间后石灰水变浑浊,表明种子释放了二氧化碳。设置一个相同的对照组,使用先煮沸再冷却的种子;这些种子已死亡、不再呼吸,因此石灰水保持澄清。让两套装置处于相同温度并使用相同体积的石灰水,使比较公平,这样活装置中的浑浊便可归因于呼吸作用。
萌发的种子石灰水变浑浊二氧化碳煮沸(死亡)种子对照组公平比较
解释为何含酵母的面包面团放在温暖处时会膨胀上升。
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酵母通过发酵进行无氧呼吸,把面团中的糖分解为乙醇与二氧化碳。二氧化碳气体以气泡形式被困在有弹性的面团内,因此面团膨胀上升。之所以用温暖处,是因为较高的温度提高了酵母中酶的活性,使发酵与产气更快,直到温度高到会对酶造成损害为止。
发酵二氧化碳被困气泡面团上升酶的活性
说出呼吸作用释放的能量在体内的三种用途。
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呼吸作用释放的能量用于肌肉收缩以产生运动、用于跨细胞膜主动运输离子与分子,以及用于在生长与修复期间合成蛋白质等大分子。它也用于传导神经冲动以及产生维持体温稳定的热量。以上任意三种用途,只要各自清楚说明,便可得分。
肌肉收缩主动运输合成蛋白质神经冲动体热
能得分的用语
- 能量与 ATP: 呼吸作用把储存在葡萄糖化学键中的能量转移到 ATP,一种作为细胞即时可用能量形式的小分子。ATP 在细胞任何需要能量的地方被分解,立即释放能量,然后利用呼吸作用提供的更多能量重新合成,因此细胞的能量供应从不短缺。
- 有氧呼吸: 有氧呼吸利用氧气把葡萄糖完全分解,生成二氧化碳、水与大量能量:葡萄糖 + 氧气生成二氧化碳 + 水 + 能量。它主要在线粒体中进行,效率远高于任何无氧途径,这也是肌肉与肝脏等能量需求高的细胞含有特别多线粒体的原因。
- 人体无氧呼吸: 剧烈运动时,若氧气供应无法满足肌肉的需求,人体细胞便进行无氧呼吸:葡萄糖生成乳酸 + 少量能量。乳酸在肌肉中积累,降低其 pH 值,并造成剧烈运动期间及运动后不久所感到的疲劳与抽筋。
- 酵母发酵: 酵母细胞通过发酵进行无氧呼吸,把葡萄糖分解为乙醇与二氧化碳,同时释放少量能量:葡萄糖生成乙醇 + 二氧化碳 + 能量。这个反应被工业上加以利用,二氧化碳使面包面团在烘焙时膨胀,而乙醇则是啤酒与葡萄酒生产的基础。
- 比较: 有氧呼吸每分子葡萄糖释放的能量远多于任何无氧途径,因为它把葡萄糖完全分解为二氧化碳与水,而不像无氧途径那样只部分分解为乳酸或乙醇,这两者仍含有大量尚未释放的化学能。
- 氧债: 剧烈运动时,乳酸积累的速度快于其被清除的速度,从而产生氧债。运动停止后,呼吸与心跳速率仍保持较高,以便吸入额外氧气分解积累的乳酸,这也是剧烈短跑之后仍会持续喘气的原因。
- 呼吸作用发生的部位: 每个细胞都以相同方式开始呼吸作用:糖酵解在细胞质中分解葡萄糖,无需氧气即可释放少量能量。若有氧气,糖酵解的产物便进入线粒体,在那里进行有氧阶段,释放出葡萄糖分子所含总能量中的大部分。
- 呼吸释放能量的用途: 呼吸作用产生的 ATP 为生物体几乎所有活动提供动力,包括使肌肉收缩以产生运动、跨细胞膜的主动运输、生长期间蛋白质等大分子的生物合成、神经冲动的传导,以及为温血动物产生维持体温稳定所需的热量。
常见问题
呼吸作用与呼吸(换气)有何区别?
人体与酵母的无氧呼吸有何不同?
有氧呼吸为何释放更多能量?
细胞呼吸的更多资源
来源:SRC-DSKP-EN
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