《ATP的主要來源-細胞呼吸》文本素材

《ATP的主要來源—細胞呼吸》文本素材［教材優(yōu)化全析］問題探討1.呼吸作用和物質的燃燒有什么共同點?都是物質氧化分解釋放能量的過程。2.呼吸作用能夠像燃料在體外燃燒那么劇烈嗎?不能，呼吸作用是在活細胞內進行的，是有機物在酶的催化作用下緩慢分解放能的過程。細胞內部是一個相對穩(wěn)定的理化環(huán)境，因此，呼吸作用不會像燃料在體外燃燒那么劇烈。3.在無氧條件下，細胞還能夠通過呼吸作用釋放能量嗎?能，有的生物體細胞可進行無氧呼吸分解有機物釋放能量。在生物體內，能源物質有多種，如糖類是生物體生命活動的主要能源物質，脂肪是生物體主要的儲能物質。在這些有機物中含有大量的化學能，但這些化學能并不能被生命活動直接利用，它們必須通過呼吸作用氧化分解，先把釋放出的能量轉移給細胞的能量“通貨”——ATP，儲存到ATP的高能磷酸鍵中。然后通過ATP為生物體的生命活動直接提供能量。由于呼吸作用是在細胞內進行的，因此也叫細胞呼吸。全析提示細胞通過呼吸作用把糖類等有機物中儲存的化學能轉移到ATP中，為生命活動直接供能。一、細胞呼吸的概念細胞呼吸是指有機物在細胞內經(jīng)過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產物，釋放出能量并生成ATP的過程。誤區(qū)警示：1.“氧化”不一定要有氧氣的參與，失電子即為氧化，得電子為還原，因此細胞呼吸的概念包含了有氧呼吸和無氧呼吸。2.正確區(qū)分呼吸作用，呼吸和呼吸運動三個概念：呼吸作用可概括為在細胞內氧化分解有機物，釋放能量的過程。呼吸運動是指由于呼吸肌的收縮和擴張而使胸腔有節(jié)律的擴大和縮小，從而引起吸氣和呼氣。呼吸是指在呼吸運動的基礎上所進行的宏觀氣體交換過程。要點提煉細胞呼吸的概念場所→細胞內反應物→有機物反應→氧化分解產物→CO2或其他產物、能量（ATP）實質→有機物氧化分解，釋放能量二、細胞呼吸的方式通過“探究酵母菌的呼吸方式”，我們了解到，酵母菌在有氧和無氧條件下都能進行細胞呼吸。在有氧條件下，酵母菌通過細胞呼吸產生大量的二氧化碳和水；在無氧條件下，酵母菌通過細胞呼吸產生酒精，還產生少量的二氧化碳?？茖W家經(jīng)過大量的實驗證實，細胞呼吸可分為有氧呼吸和無氧呼吸兩種類型。（一）有氧呼吸有氧呼吸是指細胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產生二氧化碳和水，釋放能量，生成許多ATP的過程。全析提示細胞呼吸包括有氧呼吸、無氧呼吸兩種類型。有氧呼吸的主要場所是線粒體。線粒體大多數(shù)呈橢球形，具有內外兩層膜。外膜使線粒體與周圍的細胞質基質分開。內膜的某些部位向線粒體的內腔折疊形成嵴，嵴使內膜的表面積大大增加。嵴的周圍充滿了液態(tài)的基質，叫做線粒體基質。在線粒體的內膜上和基質中含有許多種與有氧呼吸有關的酶。在線粒體內還含有少量的DNA和RNA，使線粒體能控制自身一部分物質和結構的形成，線粒體的大部分性狀是由細胞核DNA控制的，因此，我們稱線粒體為半自主性細胞器。線粒體是有氧呼吸的主要場所，原因有二：三階段中有兩個發(fā)生在線粒體中；產生能量多。線粒體一般均勻分布在細胞質基質中，但是它在活細胞中能自由地移動，往往在細胞內新陳代謝旺盛的部位比較集中。例如，線粒體在小鼠受精卵分裂面附近比較集中；肌細胞內的肌質網(wǎng)就是由大量變形的線粒體組成的，肌質網(wǎng)顯然有利于對肌細胞的能量供應。重點提示：原核細胞結構簡單，只有核糖體這一種細胞器，沒有線粒體，那是不是說原核細胞只能進行無氧呼吸呢?不是，有的原核生物，如硝化細菌、根瘤菌，雖然沒有線粒體，但卻含有全套的與有氧呼吸有關的酶，分布在細胞質基質中和細胞膜上，這些細胞是可以進行有氧呼吸的。有氧呼吸最常利用的物質是葡萄糖，其反應式可簡寫為：C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能量但我們在做計算題以及元素轉移類型題目時常用的則是有氧呼吸的總反應式：C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量線粒體的分布與生命活動供能狀況息息相關。有氧呼吸的全過程十分復雜，可以概括為三個階段，每個階段的反應都有相應的酶催化。第一階段：一分子葡萄糖分解成兩分子丙酮酸（C3H4O3），同時產生少量的氫和少量的能量，這些能量一部分以熱能的形式散失，一部分供形成2個ATP。這個過程是在細胞質基質中進行的。C6H12O62C3H4O3+4［H］+少量能量第二階段：丙酮酸和水經(jīng)過一系列反應，分解成二氧化碳和氫，同時釋放出少量能量，這些能量也是一部分以熱能的形式散失，一部分供形成2個ATP。這個階段是在線粒體基質中進行的。2C3H4O3+6H2O6CO2+20［H］+少量能量第三階段：前兩個階段產生的24個［H］，經(jīng)過一系列反應，與氧結合成水，同時釋放大量的能量，這些能量一部分以熱能形式散失，一部分供形成34個ATP。這個過程是在線粒體內膜上進行的。24［H］+6O212H2O+大量能量整個過程可概括為下圖形式：注意區(qū)分有氧呼吸三個階段在場所、反應物、產物等方面的區(qū)別。在細胞內，1mol的葡萄糖徹底氧化分解，生成6mol的二氧化碳和12mol的水，同時生成38molATP。每氧化分解1mol葡萄糖釋放總能量2870kJ，其中有1161kJ轉移至ATP的高能磷酸鍵上，能量轉化效率為40%左右，其余部分的能量（1709kJ）就以熱能的形式散失掉了。有氧呼吸釋放的能量一部分以熱能的形式散失，一部分轉移至ATP的高能磷酸鍵上，能量轉化效率約為40%。（二）無氧呼吸除酵母菌以外，還有許多細菌和真菌能夠進行無氧呼吸。此外，馬鈴薯塊莖、蘋果果實等植物器官的細胞以及動物骨骼肌的肌細胞等，除了能夠進行有氧呼吸，在缺氧條件下也能進行無氧呼吸。一般地說，無氧呼吸最常利用的物質也是葡萄糖。無氧呼吸的全過程，可以概括為兩個階段，這兩個階段需要不同酶的催化，但都是在細胞質基質中進行的。低等、高等生物進行無氧呼吸只是暫時、局部的現(xiàn)象。無氧呼吸也包括許多類型，但它們有一個共同的特點，那就是氧不是H+和e－的最終受體，并且呼吸底物只是部分地被氧化，所以最終形成的產物有酒精、乳酸等。注意區(qū)別兩種無氧呼吸：反應產物不同。1．酒精無氧呼吸酵母菌和其他一些微生物，甚至一些高等植物，在缺氧條件下，都以酒精無氧呼吸的形式進行無氧呼吸。酒精無氧呼吸是一般無氧呼吸的主要形式，因此常常以酒精無氧呼吸過程來闡述無氧呼吸的途徑。酒精無氧呼吸的第一階段，與有氧呼吸的第一階段的所有步驟完全相同。在缺氧條件下，丙酮酸就在丙酮酸羧化酶的作用下，脫羧成為乙醛。乙醛在乙醇脫氫酶的作用下，被第一階段產生的［H］，還原為酒精（乙醇）。這些反應可以用下列的反應式來表示：全析提示動物和人的無氧呼吸不產生CO2。2CH3COCOOH2CH3CHO+2CO22CH3CHO+2［H］2C2H5OH酒精無氧呼吸的總反應式是：C6H12O6+2ADP+2Pi2C2H5OH+2CO2+2ATP酒精無氧呼吸所提供的可利用能量，只是在第一階段凈得的兩分子ATP。葡萄糖分子中原有的大部分鍵能，則存留在不能被酵母菌或高等植物利用的酒精中。因此，無氧呼吸是產生ATP的一種低效途徑。但是，酒精發(fā)酵的產物在工農業(yè)生產中占有很重要的地位。例如，啤酒、果酒、工業(yè)酒精等都是利用不同來源的酵母菌無氧呼吸制得的。酵母菌在無氧的條件下進行無氧呼吸，在有氧的條件下進行有氧呼吸。2.產生乳酸的無氧呼吸高等動物和人體在劇烈運動時，盡管呼吸運動和血液循環(huán)都大大加強了，但是仍然不能滿足骨骼肌對氧的需要，這時骨骼肌內就會出現(xiàn)無氧呼吸。高等動物和人體的無氧呼吸產生乳酸。乳酸無氧呼吸也不需要氧的參與，而只依靠酶的作用就能把一分子葡萄糖分解成兩分子乳酸，并且產生兩分子ATP。由葡萄糖分解成為丙酮酸的步驟與上述的酒精無氧呼吸相同，只是丙酮酸在［H］的作用下進行還原，生成乳酸。2CH3COCOOH+2［H］2CH3CHOHCOOH乳酸發(fā)酵的總反應式是：C6H12O6+2ADP+2Pi2C3H6O3+2ATP乳酸菌可以使牛奶發(fā)酵制成奶酪和酸牛奶。泡菜、酸菜、青貯飼料能夠較長時間的保存，也都是利用乳酸發(fā)酵積累的乳酸，抑制了其他微生物活動的緣故。此外，還有一些高等植物的某些器官在進行無氧呼吸時也可以產生乳酸，如馬鈴薯塊莖、甜菜塊根等。無氧呼吸的整個過程可以概括為下圖形式：乳酸菌在無氧的條件下進行無氧呼吸，但在有氧條件下無氧呼吸受抑制（不能進行有氧呼吸）。無氧呼吸過程中由于有機物氧化分解不徹底，所以能量轉化效率較低，例如，1mol葡萄糖在分解成乳酸時，只釋放出kJ的能量，其中只有kJ的能量儲存到ATP中，近69%的能量都以熱能的形式散失掉了。無氧呼吸的定義：一般是指細胞在無氧條件下，通過酶的催化作用，把葡萄糖等有機物分解成為不徹底的氧化產物，同時釋放出少量能量的過程。（三）有氧呼吸和無氧呼吸的異同點無氧呼吸比有氧呼吸能量轉化效率低。有氧呼吸無氧呼吸不同點場所細胞質基質和線粒體始終在細胞質基質條件需分子氧、酶不需分子氧，需酶產物CO2、H2O酒精和CO2或乳酸能量大量，合成38ATP少量，合