5.3ATP的主要來源-細(xì)胞呼吸

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第3節(jié)ATP的主要來源——細(xì)胞呼吸

18世紀(jì)，法國化學(xué)家拉瓦錫發(fā)現(xiàn)物質(zhì)燃燒時(shí)需氧氣，并把呼吸作用比作“緩慢燃燒過程”。后來人們發(fā)現(xiàn)呼吸作用的實(shí)質(zhì)是有機(jī)物氧化分解，并釋放能量。

討論：

1.呼吸作用與物質(zhì)的燃燒有什么共同點(diǎn)？

2.呼吸作用能夠像燃料在體外燃燒那么快嗎？

3.在無氧條件下，細(xì)胞還能夠通過呼吸作用釋放能量嗎？

細(xì)胞呼吸是指有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，釋放出能量并生成ATP的過程。

一、細(xì)胞呼吸（呼吸作用）

區(qū)別呼吸(運(yùn)動(dòng))與細(xì)胞呼吸?

呼吸：機(jī)體與環(huán)境之間O2和CO2交換的過程。

細(xì)胞呼吸也稱呼吸作用

是指有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，生成CO2或其他物質(zhì)，釋放出能量并生成ATP的過程。

對比

呼吸和呼吸作用的區(qū)別

提出問題：細(xì)胞呼吸是否需要氧氣？生物在有氧和無氧條件下是否都能進(jìn)行細(xì)胞呼吸呢？

若用300C的溫水把買來的一包鮮酵母化開，用它發(fā)一塊面團(tuán)，幾個(gè)小時(shí)后，面團(tuán)便會(huì)漸漸膨大。用手摳開里面，你會(huì)發(fā)現(xiàn)面團(tuán)里面變成蜂窩一樣，有許多空隙，并且你能聞到酒味和酵母菌產(chǎn)生的特殊香味。所以我們吃的面包和饅頭比較松軟，味道也好。

我們喝的啤酒、白酒、醫(yī)院里的酒精、化妝品中的甘油，都是用酵母菌生產(chǎn)的。酵母菌的細(xì)胞里含有豐富的蛋白質(zhì)和維生素，所以也可以做成高級營養(yǎng)品添加到食品中，或用作飼養(yǎng)動(dòng)物的高級飼料。

小資料

二、探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式

酵母菌：一種單細(xì)胞的真菌（真核生物），在有氧和無氧條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌。以出芽生殖的方式產(chǎn)生后代。

液泡

加入酵母菌和面作成的饅頭、面包松軟多孔，是因?yàn)榘l(fā)酵產(chǎn)生氣體所致，那么，產(chǎn)生的氣體是什么呢？在什么情況下產(chǎn)生的？

思考

⒈提出問題

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

酒精和CO2是酵母菌在什么條件產(chǎn)生的（有氧？無氧？）

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

作出假設(shè)

3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)思路？

分析變量

自變量:

因變量:

無關(guān)變量:

細(xì)胞呼吸的條件

細(xì)胞呼吸的產(chǎn)物

有氧

無氧

影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可變因素

酒精、CO2

分別給酵母菌提供有氧和無氧的條件，一段時(shí)間后檢測其產(chǎn)物是否含酒精或二氧化碳

實(shí)驗(yàn)組

組A：有氧條件

組B：無氧條件

（對比實(shí)驗(yàn)）

②怎樣鑒定有無酒精產(chǎn)生？

③這一原理可以用來檢測汽車司機(jī)是否喝了酒．

①怎樣鑒定有無二氧化碳產(chǎn)生？

二氧化碳可使澄清的石灰水變混濁；也可使溴麝香草酚藍(lán)水溶液由藍(lán)變綠再變黃。根據(jù)混濁程度或變成黃色的時(shí)間長短檢測產(chǎn)生二氧化碳的多少

橙色的重鉻酸鉀(K2Cr2O7)溶液，在酸性條件下與酒精發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成灰綠色．

具體做法：讓司機(jī)呼出的氣體直接接觸到用硫酸處理過的重鉻酸鉀，如果呼出的氣體中含有酒精，重鉻酸鉀會(huì)變成灰綠色的硫酸鉻．

二探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式

步驟一：配制酵母菌培養(yǎng)液

A組

B組

實(shí)驗(yàn)步驟：鑒定是否有CO2產(chǎn)生

二探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式

步驟二：A實(shí)驗(yàn)組(有氧情況下)

實(shí)驗(yàn)步驟

充氣時(shí)為什么要間歇性緩慢的進(jìn)行？

二探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式

步驟二：B實(shí)驗(yàn)組(無氧情況下)

實(shí)驗(yàn)步驟

二探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式

步驟三：鑒定是否有酒精產(chǎn)生

A組

B組

橙色

實(shí)驗(yàn)步驟

橙色

變混濁／快

無變化

變混濁／慢

出現(xiàn)灰綠色

⒌實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析

4、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

條件澄清石灰水/出現(xiàn)的時(shí)間重鉻酸鉀--濃硫酸溶液

有氧（A)

無氧(B)

二探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式

①酵母菌在有氧和無氧條件下均能進(jìn)行細(xì)胞

呼吸，均能產(chǎn)生二氧化碳

在有氧的條件下，酵母菌通過細(xì)胞呼吸產(chǎn)

生大量的二氧化碳。

在無氧的條件下，酵母菌通過細(xì)胞呼吸產(chǎn)

生酒精和少量的二氧化碳。

分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

二探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式

⒍實(shí)驗(yàn)結(jié)論

酵母菌在有氧和無氧的條件下都能進(jìn)行細(xì)胞呼吸。在有氧條件下，酵母菌通過細(xì)胞呼吸產(chǎn)生了大量的CO2和H2O；在無氧條件下，酵母菌通過細(xì)胞呼吸產(chǎn)生酒精，還產(chǎn)生少量的CO2。

科學(xué)家通過大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，細(xì)胞呼吸可分為有氧呼吸和無氧呼吸兩種類型。

三、細(xì)胞呼吸的類型

對于絕大多數(shù)生物來說，有氧呼吸是細(xì)胞呼吸的主要形式，這一過程必須有氧參與。有氧呼吸的主要場所是線粒體。有氧呼吸最常利用的物質(zhì)是葡萄糖。

㈠有氧呼吸

⒈主要場所：

線粒體

含有與有氧呼吸有關(guān)的酶

線粒體有哪些適應(yīng)有氧呼吸的結(jié)構(gòu)？

外膜

內(nèi)膜(折疊成嵴）

嵴

基質(zhì)

細(xì)胞膜

線粒體

有氧呼吸的過程

C6H12O6

能量（少量）

2丙酮酸

（2C3H4O3）

[H]

酶

⒉有氧呼吸的過程：(三個(gè)階段）

㈠有氧呼吸

C6H12O6

2TP能量（少量）

2丙酮酸（2C3H4O3）

[H]

能量（少量）

[H]

6CO2

6H2O

酶

酶

⒉有氧呼吸的過程：

C6H12O6

能量（少量）2molATP

2丙酮酸（2C3H4O3）

[H]

能量（少量）2molATP

[H]

O2

12H2O+能量（大量）

6CO2

6H2O

酶

酶

酶

⒉有氧呼吸的過程：

3.總反應(yīng)式：

C6H12O6

酶

2C3H4O3＋

4[H]＋能量(少量)

24[H]+6O212H2O+能量（大量）

酶

2C3H4O3+6H2O6CO2＋20[H]＋能量（少量）

酶

第一階段：

第二階段：

第三階段:

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)

線粒體基質(zhì)

線粒體內(nèi)膜

熟記！

1moLC6H12O6

能量（2870kJ）

1161kJ

其余以熱能形式散失

ATP（38moL）約40％

以上反應(yīng)式中的能量能否寫成ATP？

有

氧

呼

吸

1場所:

2條件:

3物質(zhì)變化:

4能量變化:

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體（主要）

O2、酶

有機(jī)物、O2、H2O→CO2、H2O

2870KJ能量：1161KJ能量存于ATP中，其余以熱能散失，產(chǎn)生38molATP,1molATP約30KJ能量。

有氧呼吸

①有機(jī)物被徹底氧化分解發(fā)生在第幾階段？

②呼吸作用過程中吸收的氧氣用于第幾階段？

③如果你在思考上述問題的時(shí)候，消耗了2摩爾

葡萄糖，那么有多少能量轉(zhuǎn)移到了ATP中？

第二

第三

1161kJx2

思考：

④下列分別屬于有氧呼吸的第幾階段：

①產(chǎn)生CO2的階段（）

②產(chǎn)生H2O的階段（）

③氧氣參與的階段（）

④產(chǎn)生ATP的階段（）

⑤產(chǎn)生ATP最多的階段（）

二

三

三

三

一、二、三

1、什么叫無氧呼吸？

細(xì)胞在無氧或缺氧的條件下，通過酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)物分解成為不徹底的氧化產(chǎn)物，同時(shí)釋放出少量能量的過程。

㈡無氧呼吸

2、場所：

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)

2、過程：分兩個(gè)階段

第一個(gè)階段：

第二個(gè)階段：

C6H12O6

能量（少量）

2丙酮酸（2C3H4O3）

4[H]

2C2H5OH（酒精）+2CO2﹢能量（少量）

2C3H6O3（乳酸）﹢能量（少量）

酶

4、無氧呼吸的反應(yīng)式

①植物細(xì)胞缺氧：水淹、蘋果儲(chǔ)存時(shí)間太長

⑴酒精發(fā)酵（發(fā)酵用于微生物）

②酵母菌：兼性厭氧型

C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量（少量）

酶

⒉無氧呼吸的反應(yīng)式

③乳酸菌：酸菜、泡菜

⑵乳酸發(fā)酵

①人和動(dòng)物細(xì)胞缺氧：劇烈運(yùn)動(dòng)

②某些植物的特殊器官：馬鈴薯塊莖、甜

菜塊根、玉米胚。

1場所:

2條件:

3物質(zhì)變化:

4能量變化:

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)

酶、缺氧或無氧

有機(jī)物→不徹底氧化產(chǎn)物

無氧呼吸(乳酸)196.65KJ能量、植物無氧呼吸（酒精）225.9KJ能量：61.08kj能量存于2molATP中，其余以熱能散失。

無氧呼吸

葡萄糖

丙酮酸

6CO2+12H2O+能量（大量）

2C2H5OH+2CO2+能量（少量）

2C3H6O3（乳酸）+能量（少量）

或

酶

酶

（三）有氧呼吸與無氧呼吸的關(guān)系：

細(xì)胞有氧呼吸和無氧呼吸的比較

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)

O2、酶

缺氧或無氧、酶

H2O、CO2

C2H5OH、CO2或C3H6O3

釋放大量能量，形成大量ATP

釋放少量能量，形成少量ATP

①第一階段完全相同;②分解有機(jī)物，釋放能量

酶

1、呼吸作用能為生物體的生命活動(dòng)提供能量。

四、呼吸作用的意義：

2、呼吸過程能為體內(nèi)其他化合物的合成提供原料。

探究一：細(xì)胞呼吸消耗氧氣的測定裝置及相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）測定裝置

被研究

的生物

滅活的生物

（2）對照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

五、相關(guān)實(shí)驗(yàn)

（一）、在以葡萄糖為呼吸底物的狀況下，CO2釋放量和O2消耗量是判斷細(xì)胞呼吸類型的重要依據(jù)

1、釋放CO2不消耗O2，只進(jìn)行產(chǎn)生酒精的無氧呼吸

2、既不釋放CO2也不消耗O2，只進(jìn)行產(chǎn)生乳酸的無氧呼吸

3、CO2釋放量等于O2消耗量，只進(jìn)行有氧呼吸

4、CO2釋放量等于O2消耗量，有氧呼吸和產(chǎn)生酒精的無氧呼吸同時(shí)進(jìn)行

①若CO2:O2=4:3,有氧呼吸和無氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等

②若CO2:O2＞4:3，無氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于有氧呼吸

③若CO2:O2＜4:3,有氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于無氧呼吸

（二）、若細(xì)胞CO2釋放量小于O2消耗量，說明細(xì)胞呼吸的底物不是糖類，可能是脂肪。

A

探究二:酵母菌細(xì)胞呼吸的類型

要通過實(shí)驗(yàn)探究酵母菌的細(xì)胞呼吸類型,還要同時(shí)設(shè)計(jì)另一個(gè)實(shí)驗(yàn),簡要說出思路?

結(jié)果預(yù)測和結(jié)論:

結(jié)果預(yù)測(紅色液滴移動(dòng)情況)相應(yīng)結(jié)論

裝置A裝置B

1

2

3

探究三:酵母菌細(xì)胞呼吸的場所

細(xì)胞內(nèi)有氧呼吸第二階段為丙酮酸的分解，其反應(yīng)式為：

為探究該反應(yīng)發(fā)生的場所做如下實(shí)驗(yàn)：

步驟一、用處理新鮮肝臟，使其分散成單個(gè)細(xì)胞；

步驟二、離心得到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體基質(zhì)，分裝在編號為1、2的兩支試管中；

步驟三、；

步驟四、。

預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論：

1現(xiàn)象：結(jié)論：。

2現(xiàn)象：結(jié)論：。

3現(xiàn)象：結(jié)論：。

胰蛋白酶

取等量且少量的試管1和試管2中的溶液分別置于A、B兩支試管中，再取等量的丙酮酸加入A、B兩支試管中

一段時(shí)間后向兩支試管中加入四滴澄清的石灰水并觀察現(xiàn)象

A出現(xiàn)渾濁B沒有

B出現(xiàn)渾濁A沒有

AB都出現(xiàn)渾濁

該反應(yīng)發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)

該反應(yīng)發(fā)生在線粒體基質(zhì)

該反應(yīng)在兩個(gè)場所中均有發(fā)生

1、A中有CO2產(chǎn)生，可以說明

2、B中有CO2產(chǎn)生，可以說明

3、AB中有CO2產(chǎn)生，則

植物細(xì)胞

該細(xì)胞正在進(jìn)行無氧呼吸

該細(xì)胞正在進(jìn)行有氧呼吸

有氧呼吸和無氧呼吸在同時(shí)進(jìn)行

練習(xí)：

六、影響細(xì)胞呼吸的因素

1、溫度

呼吸作用在最適

溫度（25℃~35℃）

時(shí)最強(qiáng)；

2、氧氣

在氧氣濃度為零時(shí)，只進(jìn)行無氧呼吸；氧氣濃度為10%以下時(shí)，既進(jìn)行有氧呼吸，又進(jìn)行無氧呼吸；氧氣濃度為10%以上時(shí)，只進(jìn)行有氧呼吸。

（5%）保存

只有無氧呼吸

有氧呼吸和無氧呼吸同時(shí)進(jìn)行

只有有氧呼吸

不同氧氣濃度下無氧呼吸的強(qiáng)度

1∶1

DE=3CD

練習(xí):

單位:mol

ABCD分別是什么樣的條件

條件有氧呼吸消耗O2量有氧呼吸產(chǎn)生CO2量有氧呼吸消耗葡萄糖量無氧呼吸產(chǎn)生CO2量無氧呼吸消耗葡萄糖量CO2產(chǎn)生總量葡萄糖消耗總量

A條件60

B條件124

C條件318

D條件02

5、如果縱坐標(biāo)表示某種物質(zhì)的物質(zhì)的量，請?jiān)谙铝袃蓚€(gè)坐標(biāo)中畫出無氧呼吸釋放二氧化碳量和葡萄糖消耗總量的曲線。

1/2CD+1/6DE

3、CO2

4、水

從化學(xué)平衡角度析，CO2濃度增加，呼吸速率下降

呼吸作用的各種化學(xué)反應(yīng)都是在水中進(jìn)行的，自由水含量增加，代謝加強(qiáng)

六細(xì)胞呼吸原理的應(yīng)用

細(xì)胞呼吸的中間產(chǎn)物是各種有機(jī)物

之間轉(zhuǎn)化的樞紐，細(xì)胞呼吸原理在生產(chǎn)

實(shí)踐中有廣泛的應(yīng)用。

1.發(fā)酵技術(shù)

2.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

3.糧食儲(chǔ)藏和果蔬保鮮

4、醫(yī)學(xué)上

1.發(fā)酵技術(shù)

生產(chǎn)啤酒、果酒和白酒等

生產(chǎn)乳酸類、檸檬酸類飲料

生產(chǎn)味精、醬油和醋

生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白

應(yīng)用于垃圾、廢水的處理

利用發(fā)酵產(chǎn)生沼氣

酵母菌是兼性厭氧微生物。酵母菌在適宜的通氣、溫度和pH等條件下，進(jìn)行有氧呼吸并大量繁殖；在無氧條件下則進(jìn)行酒精發(fā)酵。

醋酸桿菌是一種好氧細(xì)菌。在氧氣充足和具有酒精底物的條件下，醋酸桿菌大量繁殖并將酒精氧化分解成醋酸。

谷氨酸棒狀桿菌是一種好氧細(xì)菌。在有氧條件下，谷氨酸棒狀桿菌能將葡萄糖和含氮物質(zhì)（如尿素、硫酸銨、氨水）合成為谷氨酸。谷氨酸經(jīng)過人們的進(jìn)一步加工，就成為谷氨酸鈉──味精。

2.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

細(xì)胞呼吸為植物吸收營養(yǎng)物質(zhì)、細(xì)胞的分裂、

植株的生長和發(fā)育等提供能量和各種原料，因此，

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，要設(shè)法適當(dāng)增強(qiáng)細(xì)胞呼吸，以促

進(jìn)作物的生長發(fā)育。

對于板結(jié)的土壤及時(shí)進(jìn)行松土透氣，可以使根細(xì)胞進(jìn)行充分的有氧呼吸，從而有利于根系的生長和對無機(jī)鹽的吸收。此外，松土透氣還有利于土壤中好氧微生物的生長繁殖，這能夠促使這些微生物對土壤中有機(jī)物的分解，從而有利于植物對無機(jī)鹽的吸收。

水稻的根系適于在水中生長，這是因?yàn)樗?/p>

的莖和根能夠把從外界吸收來的氧氣通過氣

腔運(yùn)送到根部各細(xì)胞，而且與旱生植物相比，

水稻的根也比較適應(yīng)無氧呼吸。但是，水

稻根的細(xì)胞仍然需要進(jìn)行有氧呼吸，所以

稻田需要定期排水。如果稻田中的氧氣不

足，水稻根的細(xì)胞就會(huì)進(jìn)行酒精發(fā)酵，時(shí)

間長了，酒精就會(huì)對根細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用

，使根系變黑、腐爛。

3.糧食儲(chǔ)藏和果蔬保鮮

細(xì)胞呼吸要消耗有機(jī)物，使有機(jī)物積累減少。

因此，對糧食儲(chǔ)藏和果蔬保鮮來說，又要設(shè)法降

低細(xì)胞的呼吸強(qiáng)度，盡可能減少有機(jī)物的消耗等。

糧食儲(chǔ)藏

果蔬保鮮

糧食儲(chǔ)藏

糧食儲(chǔ)藏時(shí)，要注意降低溫度和保持

干燥，抑制細(xì)胞呼吸，延長保存期限。

例：稻谷等種子含水量超過14.5％時(shí)，

呼吸速率就會(huì)驟然增加，釋放出的熱量和

水分，會(huì)導(dǎo)致糧食霉變。

果蔬保鮮

為了抑制細(xì)胞呼吸，果蔬儲(chǔ)藏時(shí)采用降低氧濃

度、沖氮?dú)饣蚪档蜏囟鹊确椒ā?/p>

例：蘋果、梨、柑、橘等果實(shí)在0～1℃時(shí)可儲(chǔ)

藏幾個(gè)月不壞；荔枝一般只能短期保鮮，但采用低

溫速凍等方法可保鮮6～8個(gè)月。

農(nóng)村廣泛采用密閉的土窖保存水果蔬菜，也是

利用水果自身產(chǎn)生的二氧化碳抑制細(xì)胞呼吸的原理

選用“創(chuàng)可貼”等敷料包扎傷口，既為傷口敷上了藥物，又為傷口創(chuàng)造了疏松透氣的環(huán)境、避免厭氧病原菌的繁殖，從而有利于傷口的痊愈。

4、醫(yī)學(xué)

較深的傷口里缺少氧氣，破傷風(fēng)芽孢桿菌適合在這種環(huán)境中生存并大量繁殖。所以，傷口較深或被銹釘扎傷后，患者應(yīng)及時(shí)請醫(yī)生處理。

有氧運(yùn)動(dòng)是指人體細(xì)胞充分獲得氧的情況下所進(jìn)行的體育鍛煉。人體細(xì)胞通過有氧呼吸可以獲得較多的能量。相反，百米沖刺等無氧運(yùn)動(dòng)，是人體細(xì)胞在缺氧條件下進(jìn)行的高速運(yùn)動(dòng)。

無氧運(yùn)動(dòng)中，肌細(xì)胞因氧不足，要靠乳酸發(fā)酵來獲取能量。因?yàn)槿樗崮軌虼碳ぜ〖?xì)胞周圍的神經(jīng)末梢，所以人會(huì)有肌肉酸脹乏力的感覺。

1.在釀酒業(yè)上的應(yīng)用：先通氣，讓酵母菌進(jìn)行有氧呼吸，使其數(shù)量增加；然后隔絕空氣，使其

發(fā)酵，產(chǎn)生酒精。

2.在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上：中耕松土，促進(jìn)根系的有氧呼吸，有利于根系的生長及對礦質(zhì)離子的吸收

3.在醫(yī)學(xué)上：利用氧氣驅(qū)蛔、抑制