細(xì)胞通過(guò)分解有機(jī)分子獲取能量（教學(xué)課件）-【知識(shí)精講精研】高一生物 （滬科版2020必修1）

細(xì)胞通過(guò)分解有機(jī)分子獲取能量第三節(jié)第四章細(xì)胞的代謝高一生物

必修一細(xì)胞通過(guò)分解有機(jī)分子獲取能量

據(jù)估算，體重67.5kg的人慢跑消耗的能量約為每小時(shí)3621kJ；即使安靜地坐著，每小時(shí)也需要消耗約117kJ的能量。

細(xì)胞生命活動(dòng)能直接利用的能源物質(zhì)是什么？食物中的糖類等有機(jī)分子是如何轉(zhuǎn)化為直接能源物質(zhì)的？讓我們從探究酵母的呼吸作用開(kāi)始，逐一解開(kāi)這些疑問(wèn)。探究不同供氧環(huán)境下酵母的呼吸方式思考與討論：1.列表比較兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果中CO2濃度和酒精含量的數(shù)據(jù)，分析不同供氧狀態(tài)下，酵母產(chǎn)生的物質(zhì)有何差異？你能否解釋原因？2.酵母在分解葡萄糖、釋放CO2的過(guò)程中獲得了什么？

在不同供氧條件下，細(xì)胞呼吸分解有機(jī)分子的效率是否相同？酵母在有氧或缺氧條件下都能分解葡萄糖。通過(guò)比較單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的CO2和酒精量，可以判斷分解程度，實(shí)驗(yàn)步驟如下。1.ATP是生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)

科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，在活細(xì)胞中，直接驅(qū)動(dòng)生命活動(dòng)的能源物質(zhì)是一些稱為“能量載體”的分子，其中腺苷三磷酸用途最為廣泛。ATP的結(jié)構(gòu)組成1．中文名稱：腺苷三磷酸（1個(gè)腺苷+3個(gè)磷酸）2．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：A—P～P～P，其中A代表腺苷（腺嘌呤+核糖），T代表三，P代表磷酸基團(tuán)，～代表特殊的化學(xué)鍵ATP的兩種供能方式

(1)在酶的作用下，ATP的磷酸基團(tuán)可水解，末端兩個(gè)磷酸基團(tuán)水解均可釋放30kJ/mol的能量。ATP失去末端一個(gè)磷酸基團(tuán)后水解為ADP（腺苷二磷酸），失去末端兩個(gè)磷酸基團(tuán)后水解為AMP（腺苷一磷酸）。ATP的兩種供能方式

（2）ATP普遍存在于細(xì)胞中，主要通過(guò)含磷基團(tuán)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)分子上或水解，為生命活動(dòng)提供能量。例如肌細(xì)胞中，ATP結(jié)合到肌球蛋白上并釋放能量，改變肌球蛋白構(gòu)象，使肌動(dòng)蛋白絲移動(dòng)，導(dǎo)致肌細(xì)胞收縮；細(xì)胞質(zhì)膜主動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程中，為載體蛋白提供能量的也是ATP。

細(xì)胞內(nèi)ATP分子的總量是有限的，人體細(xì)胞內(nèi)ATP總量只能維持生命活動(dòng)15s左右。但正常情況下，細(xì)胞內(nèi)的ATP是不會(huì)耗盡的：當(dāng)ATP減少、ADP增加時(shí)，細(xì)胞通過(guò)氧化分解有機(jī)物，在酶的催化下，通過(guò)能量轉(zhuǎn)換，使ADP和Pi重新結(jié)合，形成新的ATP。ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)換，可源源不斷地為生命活動(dòng)提供直接能源。ATP與ADP之間的轉(zhuǎn)化ATP與ADP之間的轉(zhuǎn)化ATP酶

ADP+Pi+

能量ADP+Pi+能量

酶

ATP

ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化過(guò)程是可逆反應(yīng)嗎？不是可逆反應(yīng)：（1）反應(yīng)條件不同；（2）能量來(lái)源和去路不同；（3）反應(yīng)場(chǎng)所不同。ATPATP合成酶ATP水解酶ADP+Pi+能量2．有氧呼吸產(chǎn)生大量ATP

細(xì)胞通過(guò)氧化分解有機(jī)物，將有機(jī)物中的能量轉(zhuǎn)換成可供生命活動(dòng)直接使用的ATP，這個(gè)過(guò)程稱為細(xì)胞呼吸。

細(xì)胞呼吸的類型：有氧呼吸和無(wú)氧呼吸。

（1）有氧呼吸化學(xué)反應(yīng)式：有氧呼吸場(chǎng)所（2）有氧呼吸場(chǎng)所：反應(yīng)可歸納為兩個(gè)階段，分別在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體中進(jìn)行。真核細(xì)胞有氧呼吸的場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體；原核細(xì)胞無(wú)線粒體，有氧呼吸在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和細(xì)胞膜（分布與有氧呼吸有關(guān)的酶）上進(jìn)行。

①糖酵解：1分子葡萄糖在酶的催化下分解成2分子丙酮酸，同時(shí)形成少量ATP，脫下的H由還原型輔酶Ⅰ（NADH）攜帶進(jìn)入線粒體。（大部分能量以熱能形式散失，小部分推動(dòng)ADP形成ATP）有氧呼吸過(guò)程具體過(guò)程：C6H12O6酶2丙酮酸（C3）+4NADH（還原性輔酶Ⅰ）+少量能量

場(chǎng)所：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)

②三羧酸循環(huán)：在氧氣充足的情況下，丙酮酸進(jìn)入線粒體，在線粒體基質(zhì)中氧化脫去一個(gè)CO2，生成乙酰輔酶A（二碳化合物），參與到“三羧酸循環(huán)”的反應(yīng)中，徹底氧化分解為CO2，并形成一定的ATP以及NADH，CO2從細(xì)胞中排出。有氧呼吸過(guò)程具體過(guò)程：丙酮酸（C3）酶CO2+乙酰輔酶A（二碳化合物）場(chǎng)所：線粒體基質(zhì)乙酰輔酶A+H2O酶CO2+NADH+少量能量

③電子傳遞鏈：NADH攜帶的電子經(jīng)線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞鏈，逐漸釋放能量。釋放的能量部分轉(zhuǎn)化生成ATP，部分以熱能的形式釋放。電子最終傳遞給O2，生成H2O。有氧呼吸過(guò)程具體過(guò)程：24NADH（H+）+O2酶12H20+大量能量

場(chǎng)所：線粒體內(nèi)膜有氧呼吸總結(jié)場(chǎng)所細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)線粒體（有氧呼吸的主要場(chǎng)所）過(guò)程糖酵解三羧酸循環(huán)、電子傳遞鏈產(chǎn)物丙酮酸（C3H4O3）CO2和H2O能量少量ATP和熱能大量ATP和熱能產(chǎn)物丙酮酸（C3H4O3）、釋放少量能量、形成少量ATPCO2、H+、釋放少量能量、形成少量ATP；H2O、釋放大量能量、形成大量ATP3．無(wú)氧呼吸產(chǎn)生少量ATP概念：在沒(méi)有氧氣參與的情況下，葡萄糖等有機(jī)物經(jīng)過(guò)不完全分解，釋放少量能量的過(guò)程。酶不徹底氧化產(chǎn)物+少量能量總反應(yīng)式：有機(jī)物無(wú)氧不徹底氧化產(chǎn)物指什么呢？無(wú)氧呼吸過(guò)程第一個(gè)階段糖酵解：與有氧呼吸的第一階段相同；

第二個(gè)階段（乳酸發(fā)酵）：無(wú)氧呼吸過(guò)程中，糖酵解形成的NADH不進(jìn)入線粒體，而是在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中將丙酮酸還原，最終產(chǎn)物是乳酸。這一過(guò)程中，1分子葡萄糖分解為2分子的乳酸，形成2個(gè)ATP。無(wú)氧呼吸過(guò)程第二個(gè)階段（酒精發(fā)酵）：酵母無(wú)氧呼吸的產(chǎn)物是乙醇（酒精）和CO2。糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸，繼續(xù)降解釋放出1個(gè)CO2分子后，接受NADH的H+和電子，形成乙醇，該過(guò)程稱為酒精發(fā)酵。酒精積累會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生傷害，在葡萄酒釀制過(guò)程中，當(dāng)酒精含量達(dá)到12%～16%時(shí)，發(fā)酵停止。無(wú)氧呼吸總結(jié)第一階段（細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)）第二階段（細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)）

酒精發(fā)酵

大多數(shù)植物、酵母菌等乳酸發(fā)酵

高等動(dòng)物、馬鈴薯塊莖、甜菜塊根、乳酸菌等葡萄糖酶丙酮酸+NADH+少量能量4.其他有機(jī)分子也可被氧化分解4.其他有機(jī)分子也可被氧化分解在酶的作用下，脂肪可被水解為甘油和脂肪酸。①甘油可轉(zhuǎn)變成丙酮酸進(jìn)入糖的氧化分解途徑；②脂肪酸在酶的作用下逐步氧化分解形成乙酰輔酶A，并進(jìn)入三羧酸循環(huán)被徹底氧化。因此，脂肪酸的徹底氧化分解需要在有氧條件下進(jìn)行。4.其他有機(jī)分子也可被氧化分解

當(dāng)體內(nèi)糖類供應(yīng)不足時(shí)，氨基酸也可作為能源物質(zhì)。

在酶的作用下，氨基酸脫去氨基，剩下的碳鏈可進(jìn)入到細(xì)胞有氧呼吸的各環(huán)節(jié)中，氧化分解放出能量；脫下的氨基則被轉(zhuǎn)化成尿素等含氮廢物排出體外。

4.其他有機(jī)分子也可被氧化分解

細(xì)胞在不同的生活環(huán)境中，都能通過(guò)細(xì)胞呼吸將儲(chǔ)存在有機(jī)分子中的能量轉(zhuǎn)化為生命活動(dòng)可以利用的能量，這體現(xiàn)了生命的適應(yīng)性。

課堂練習(xí)1.下列有關(guān)呼吸作用的敘述中，錯(cuò)誤的是（

)A.生活在人體腸道內(nèi)的蛔蟲(chóng)進(jìn)行無(wú)氧呼吸B.哺乳動(dòng)物的成熟紅細(xì)胞只能進(jìn)行無(wú)氧呼吸C.長(zhǎng)跑時(shí)，人體產(chǎn)生的二氧化碳是有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的共同產(chǎn)物D.酵母菌的無(wú)氧呼吸能產(chǎn)生二氧化碳C2.種子在浸水和不浸水的情況下進(jìn)行細(xì)胞呼吸，都