1、細胞呼吸第三節(jié)ATP的主要來源安慶市 第十一中學 劉學敏安徽省遠程教育優(yōu)秀作品必修1 分子與細胞 第5章細胞的能量供應和利用 教學目標重點難點問題探討教學過程知識結構教學反饋教學參考課后習題教學目標1.說出線粒體的結構和功能。2.說明有氧呼吸和無氧呼吸的異同。3.說明細胞呼吸的原理，并探討其在生產和生活中的應用。4.進行酵母菌細胞呼吸方式的探究。重點難點1.教學重點有氧呼吸的過程及原理。2.教學難點（1）細胞呼吸的原理和本質。（2）探究酵母菌細胞的呼吸方式。 1.呼吸作用和物質的燃燒有什么共同點? 2.呼吸作用能夠象燃燒在體外那么劇烈嗎? 3.在無氧條件下,細胞還能夠通過呼吸作用釋放能量嗎?問

2、題探討細胞呼吸是指有機物在細胞內經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.一.細胞呼吸的方式科學家通過大量的實驗證實,細胞呼吸可分為有氧呼吸和無氧呼吸兩種類型.1.有氧呼吸有氧呼吸第一階段：糖酵解物質變化：能量變化：釋放少量能量葡萄糖丙酮酸還原氫(H)酶細胞質基質釋放少量能量釋放大量能量總反應式：CHO61266CO26H2O6O2酶+大量能量丙酮酸+水 還原氫+二氧化碳酶線粒體基質酶線粒體內膜還原氫(H)氧氣 水有氧呼吸第二階段：物質變化：能量變化：有氧呼吸第三階段：物質變化：能量變化：有氧細胞呼吸的過程示意圖有氧呼吸 場 所 反應物 產 物 釋能第一階段第

3、二階段第三階段有氧呼吸三個階段的比較細胞質基質主要是葡萄糖丙酮酸H少量丙酮酸CO2、H少量H、O2H2O大量線粒體線粒體對比主要場所：線粒體能量去向： 一部分以熱能形式散失 另一部分轉移到ATP中總反應式：有氧呼吸概念：細胞在_的參與下，通過_的催化作用，把_等有機物_，產生_和_，釋放_,生成_的過程。C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O +能量酶有氧呼吸小結(1709kJ/mol,約60%)(1161kJ/mol,約40%)氧多種酶葡萄糖CO2H2O能量徹底氧化分解許多ATP38個ATP學科交叉熱力學第二定律指出,沒有任何一種過程的能量轉換效率是100%.蒸氣機和內燃機

4、的熱效率,大約分別是5%8%和25%. 在細胞內,1mol的葡萄糖徹底氧化分解以后,可以釋放2870KJ左右的能量,其中有1161KJ轉移到了ATP中,其余的以熱量的形式散失.請你計算一下,有氧呼吸的能量轉換效率是多少,這些能量能夠使多少個ADP轉化為ATP?11612870效率=*100%=40.5%116130.54ATP數(shù)量=38個2870KJ/mol=1161KJ/mol(38個ATP)+1709KJ/mol(熱能)2.無氧呼吸無氧呼吸第一階段：糖酵解物質變化：能量變化：釋放少量能量葡萄糖丙酮酸還原氫(H)酶細胞質基質無氧呼吸第二階段：物質變化：能量變化：釋放少量能量丙酮酸乳酸(或酒精

5、二氧化碳)酶細胞質基質總反應式：在細胞質基質中,葡萄糖在無氧條件下分解成乳酸時釋放196.65KJ/mol;分解成酒精和二氧化碳時釋放225.94KJ/mol;但是在這兩個過程中都只有61.08KJ/mol的能量轉移給ADP用來產生ATP,請你計算一下無氧呼吸能產生多少個ATP?CHO6126酶細胞質基質2CO2+少量能量2酒精乳酸( )CHO363+少量能量196.65KJ/mol=60.08KJ/mol(2個ATP)+136.57KJ/mol(熱能)無氧呼吸是指有機物在細胞內經過一系列的氧化分解, 分解成不徹底的氧化產物乳酸或酒精和二氧化碳,釋放出能量并生成少量ATP的過程.無氧呼吸總反應

6、式C6H12O6酶2 C3H6O3(乳酸)+ 少量能量C6H12O62 C2H5OH(酒精)+ 2CO2 + 少量能量酶例：高等動物、乳酸菌、高等植物的某些器官（馬鈴薯塊莖、甜菜塊根、玉米胚細胞等）例：大多數(shù)植物、酵母菌同樣是分解葡萄糖，為何無氧呼吸只能釋放少量能量？無氧呼吸中葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中細胞質基質細胞質基質發(fā)酵微生物的無氧呼吸（酒精發(fā)酵、乳酸發(fā)酵）無氧呼吸的意義 高等植物在水淹的情況下，可以進行短暫的無氧呼吸，將葡萄糖分解為乙醇和二氧化碳，釋放出能量以適應缺氧環(huán)境條件。 人在劇烈運動時，需要在相對較短的時間內消耗大量的能量，肌肉細胞則以無氧呼吸的方式供給能量，滿

7、足人體的需要。3.有氧呼吸和無氧呼吸的異同點有氧呼吸無氧呼吸反應場所反應條件產物能量實質聯(lián)系先在細胞質基質,后在線粒體在細胞質基質氧氣,酶不需要氧氣,需酶徹底,水和二氧化碳不徹底,乳酸或酒精二氧化碳大量(2870KJ/mol),38個ATP少量, 2個 ATP氧化分解有機物,釋放能量第一階段完全相同;本質也是相同的.知識總結呼吸作用的概念呼吸作用類型有氧呼吸無氧呼吸呼吸作用葡萄糖的初步分解丙酮酸徹底分解H的氧化丙酮酸不徹底分解乳酸發(fā)酵酒精發(fā)酵葡萄糖的初步分解VS1、場所3、物質變化4、能量變化2、條件知識結構ATP的主要來源細胞呼吸細胞呼吸的方式 有氧呼吸 和無氧呼吸線粒體的結構和功能有氧呼吸

8、 和無氧呼吸的原理細胞呼吸原理的應用3、在有氧呼吸過程中,氧氣的作用是4、生物的細胞呼吸可分為 和 兩種類型，一般情況下供給肌肉活動的能量是通過 呼吸提供，其能源物質主要是 與氫結合生成水，釋放能量。有氧呼吸無氧呼吸有氧葡萄糖1、葡萄糖徹底氧化分解的主要場所在2、人在劇烈運動時,骨骼肌處于暫時缺氧狀態(tài)，可以通過無氧呼吸獲取能量,此時葡萄糖被分解為線粒體乳酸教學反饋在儲存農產品時，可以在密閉的倉庫里CO2、N2，降低溫度，或者降低水分含量，以降低呼吸作用，減少有機物的消耗。影響細胞呼吸的外界因素有：溫度、O2濃度、CO2濃度、含水量等。5.食物的保存或保鮮有哪些常見的方法？6.呼吸作用與含水量的

9、關系怎樣?7.呼吸作用與含氧量的關系如何?用清水浸沒蔬菜，隔絕空氣，制作酸菜。在一定范圍內細胞呼吸強度隨含水量的增加而加強，隨含水量的減少而減弱。在一定范圍內，含氧量增加有氧呼吸加強，而無氧呼吸受抑制。1、生物的生命活動所需要的能量主要來自： 、糖類的氧化分解 、脂類的氧化分解 、蛋白質的氧化分解 、核酸的氧化分解2、人體進行有氧呼吸的主要場所是 、肺細胞 、內環(huán)境 、線粒體 、細胞質基質AC課后練習3、與有氧呼吸相比，無氧呼吸最主要的特點是 、分解有機物 、釋放能量 、需要酶催化 、有機物分解不徹底4、新鮮蔬菜放在冰箱的冷藏室中，適當延長保鮮時間的生理原因是 A、呼吸作用減弱 B、呼吸作用加

10、強 C、光合作用減弱 D、促進了物質的分解DA低溫下，酶的活性受到抑制，從而降低了呼吸作用的強度，減少了有機物的消耗5、種在湖邊的玉米，長期被水淹，生長不好，其原因是 A、根細胞吸收水分過多 B、營養(yǎng)缺乏 C、光合作用強度不夠 D、細胞有氧呼吸受阻6、同樣消耗mol的葡萄糖，有氧呼吸的能量轉化效率是無氧呼吸能量轉化效率的 、20倍 、19倍 、倍多 、12.7個百分點DB植物根細胞要吸收水分和無機鹽，無機鹽離子是通過主動運輸進入植物細胞的，需要能量和載體！無氧呼吸釋放的能量形成2個ATP，有氧呼吸釋放的能量形成38個ATP 7、陸生植物不能長期忍受無氧呼吸，其原因是 產生的酒精對細胞有毒害作用

11、 產生的乳酸對細胞有毒害作用 沒有專門的無氧呼吸結構 產生的能量太少 A、 B、 C、 D、8、蛔蟲在體外培養(yǎng)難成活的原因是 、失去運動能力 、失去捕食的能力 、不能忍受較高氧分壓 、感覺太遲鈍大多數(shù)植物無氧呼吸產生的是酒精！蛔蟲是嚴格的厭氧型生物！9、豌豆發(fā)芽的早期，CO釋放量比O吸收量多 倍，這是因為種子此時的（ ）、無氧呼吸比有氧呼吸強、光合作用比呼吸作用強、有氧呼吸比無氧呼吸強、呼吸作用比光合作用強10、貯存水果和糧食時，充加CO或抽取空氣，能延長貯存的時間，主要是由于（ ）、抑制有氧呼吸 、促進有氧呼吸、抑制無氧呼吸 、促進無氧呼吸無氧呼吸生成酒精不吸收氧氣但釋放二氧化碳，有氧呼吸吸

12、收的氧氣和釋放的二氧化碳比例為1呼吸作用受空氣中氧氣濃度的影響，采取這些措施是為了降低氧氣濃度，從而減弱呼有氧呼吸,教學參考 細胞呼吸指物質在細胞內的氧化分解，具體表現(xiàn)為氧的消耗和二氧化碳、水及三磷酸腺苷（ATP）的生成，又稱細胞呼吸。其根本意義在于給機體提供可利用的能量。細胞呼吸可分為3個階段，在第1階段中，各種能源物質循不同的分解代謝途徑轉變成乙酰輔酶A。在第2階段中，乙酰輔酶A（乙酰CoA）的二碳乙酰基，通過三羧酸循環(huán)轉變?yōu)镃O2和氫原子。在第3階段中，氫原子進入電子傳遞鏈（呼吸鏈），最后傳遞給氧，與之生成水；同時通過電子傳遞過程伴隨發(fā)生的氧化磷酸化作用產生ATP分子。生物體主要通過脫羧

13、反應產生CO2，即代謝物先轉變成含有羧基（-COOH）的羧酸，然后在專一的脫羧酶催化下，從羧基中脫去CO2。細胞中的氧化反應可以“脫氫”、“加氧”或“失電子”等多種方式進行，而以脫氫方式最為普遍，也最重要。在細胞呼吸的第1階段中包括一些脫羧和氧化反應，但在三羧酸循環(huán)中更為集中。 三羧酸循環(huán)是在需氧生物中普遍存在的環(huán)狀反應序列。循環(huán)由連續(xù)的酶促反應組成，反應中間物質都是含有3個羧基的三羧酸或含有2個羧基的二羧酸，故稱三羧酸循環(huán)。因檸檬酸是環(huán)上物質，又稱檸檬酸循環(huán)。也可用發(fā)現(xiàn)者的名字命名為克雷布斯循環(huán)。在循環(huán)開始時，一個乙酰基以乙酰-CoA的形式，與一分子四碳化合物草酰乙酸縮合成六碳三羧基化合物檸

14、檬酸。檸檬酸然后轉變成另一個六碳三羧酸異檸檬酸。異檸檬酸脫氫并失去CO2，生成五碳二羧酸-酮戊二酸。后者再脫去1個CO2，產生四碳二羧酸琥珀酸。最后琥珀酸經過三步反應，脫去2對氫又轉變成草酰乙酸。再生的草酰乙酸可與另一分子的乙酰CoA反應，開始另一次循環(huán)。循環(huán)每運行一周，消耗一分子乙酰基（二碳），產生2分子CO2和4對氫。草酰乙酸參加了循環(huán)反應，但沒有凈消耗。如果沒有其他反應消除草酰乙酸，理論上一分子草酰乙酸可以引起無限的乙酰基進行氧化。環(huán)上的羧酸化合物都有催化作用，只要小量即可推動循環(huán)。凡能轉變成乙酰CoA或三羧酸循環(huán)上任何一種催化劑的物質，都能參加這循環(huán)而被氧化。所以此循環(huán)是各種物質氧化的

15、共同機制，也是各種物質代謝相互聯(lián)系的機制。三羧酸循環(huán)必須在有氧的情況下進行。環(huán)上脫下的氫進入呼吸鏈，最后與氧結合成水并產生ATP，這個過程是生物體內能量的主要來源。 呼吸鏈由一系列按特定順序排列的結合蛋白質組成。鏈中每個成員，從前面的成員接受氫或電子，又傳遞給下一個成員，最后傳遞給氧。在電子傳遞的過程中，逐步釋放自由能，同時將其中大部分能量，通過氧化磷酸化作用貯存在ATP分子中。不同生物，甚至同一生物的不同組織的呼吸鏈都可能不同。有的呼吸鏈只含有一種酶，也有的呼吸鏈含有多種酶。但大多數(shù)呼吸鏈由下列成分組成，即：煙酰胺脫氫酶類、黃素蛋白類、鐵硫蛋白類、輔酶Q和細胞色素類。這些結合蛋白質的輔基（或

16、輔酶）部分，在呼吸鏈上不斷地被氧化和還原，起著傳遞氫（遞氫體）或電子（遞電子體）的作用。其蛋白質部分，則決定酶的專一性。為簡化起見，書寫呼吸鏈時常略去其蛋白質部分。上圖即是存在最廣泛的NADH呼吸鏈和另一種FADH2呼吸鏈。圖中用MH2代表任一還原型代謝物，如蘋果酸。可在專一的煙酰胺脫氫酶（蘋果酸脫氫酶）的催化下，脫去一對氫成為氧化產物M（草酰乙酸）。這類脫氫酶，以NAD+（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）或NADP+（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）為輔酶。這兩種輔酶都含有煙酰胺（維生素PP）。在脫氫反應中，輔酶可接受1個氫和1個電子成為還原型輔酶，剩余的1個H+留在液體介質中。NAD+2H(2H+2e)

17、NADH+H+NADP+2H(2H+2e) NADPH+H+ 黃素蛋白類是以黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）或黃素單核苷酸（FMN）為輔基的脫氫酶，其輔基中含核黃素（維生素B2）。NADH脫氫酶就是一種黃素蛋白，可以將NADH的氫原子加到輔基FMN上，在NADH呼吸鏈中起遞氫體作用。琥珀酸脫氫酶也是一種黃素蛋白，可以將底物琥珀酸的1對氫原子直接加到輔基FAD上，使其氧化生成延胡索酸。FADH2繼續(xù)將H傳遞給FADH2呼吸鏈中的下一個成員，所以FADH2呼吸鏈比NADH呼吸鏈短，伴隨著呼吸鏈產生的ATP也略少。鐵硫蛋白類的活性部位含硫及非卟啉鐵，故稱鐵硫中心。其作用是通過鐵的變價傳遞電子：Fe3+e

18、 Fe2+。這類蛋白質在線粒體內膜上，常和黃素脫氫酶或細胞色素結合成復合物。在從NADH到氧的呼吸鏈中，有多個不同的鐵硫中心，有的在NADH脫氫酶中，有的和細胞色素b及c1有關。輔酶Q是一種脂溶性醌類化合物，因廣泛存在于生物界故又名泛醌。其分子中的苯醌結構能可逆地加氫還原成對苯二酚衍生物，在呼吸鏈中起中間傳遞體的作用。 細胞色素是一類以鐵卟啉（與血紅素的結構類似）為輔基的紅色或棕色蛋白質，在呼吸鏈中依靠鐵的化合價變化而傳遞電子：Fe3+e Fe2+。目前，發(fā)現(xiàn)的細胞色素有 b、c、c1、aa3等多種。這些細胞色素的蛋白質結構、輔基結構及輔基與蛋白質部分的連接方式均有差異。在典型的呼吸鏈中，其順序是bc1caa3O2?，F(xiàn)在還不能把a和a3分開，而且只有aa3能直接被分子氧氧化，故將a和a3寫在一起并稱之為細胞色素氧化酶。生物界各種呼吸鏈的差異主要在于組分不同，或缺少某些中間傳遞體，或中間傳遞體的成分不同。如在分枝桿菌中用維生素K代替輔酶Q；又如許多細菌沒有完整的細胞色素系統(tǒng)。呼吸鏈的組成雖然有許多差異，但其傳遞電子的順序卻基本一致。生物進化越高