第5章

細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第3節(jié)

細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用呼吸作用的實(shí)質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物氧化分解，并釋放能量，因此也叫細(xì)胞呼吸01探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式酵母菌：?jiǎn)渭?xì)胞真菌，真核生物，有細(xì)胞壁，在有氧和無(wú)氧

條件都能生存，屬于兼性厭氧菌。探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式細(xì)胞呼吸有氧呼吸（o2參與）無(wú)氧呼吸（o2不參與）細(xì)胞呼吸的實(shí)質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物氧化分解，并釋放能量的過(guò)程。1.提出問(wèn)題2.作出假設(shè)探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式酵母菌在有氧條件下產(chǎn)生的氣體是CO2嗎？酵母菌在無(wú)氧條件下的產(chǎn)物是什么？酵母菌在有氧條件下產(chǎn)生CO2。酵母菌在無(wú)氧條件下產(chǎn)生酒精和CO2。3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式自變量:有無(wú)氧氣因變量:細(xì)胞呼吸的產(chǎn)物（1)如何控制自變量？A組(有氧呼吸)：通入空氣B組(無(wú)氧呼吸)：密封3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式（2)如何檢測(cè)因變量？CO2的檢測(cè)：通入澄清石灰水（渾濁程度）溴麝香草酚藍(lán)溶液（藍(lán)→綠→黃）酒精的檢測(cè)：酸性條件下的重鉻酸鉀（橙色→灰綠色）注意：無(wú)關(guān)變量遵循相同且適宜的原則4.實(shí)驗(yàn)步驟探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式①酵母菌培養(yǎng)液的配制：新鮮酵母菌分成兩等份分別注入240mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的（煮沸冷卻的）葡萄糖溶液葡萄糖也能與酸性重鉻酸鉀發(fā)生顏色變化，應(yīng)將酵母菌的培養(yǎng)時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)以耗盡溶液中葡萄糖。4.實(shí)驗(yàn)步驟探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式②檢測(cè)CO2的產(chǎn)生：裝置如圖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH酵母菌培養(yǎng)液澄清的石灰水酵母菌培養(yǎng)液澄清的石灰水4.實(shí)驗(yàn)步驟探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式③檢測(cè)酒精的產(chǎn)生：1.在AB中各取2mL酵母菌培養(yǎng)液的濾液，分別注入1號(hào)、2號(hào)干凈的試管中2.在1號(hào)、2號(hào)試管中各滴加0.5mL溶有0.1g重鉻酸鉀的濃硫酸溶液3.并輕輕振蕩，觀察試管中溶液的顏色變化。5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式酵母菌在有氧和無(wú)氧條件下均能進(jìn)行細(xì)胞呼吸。酵母菌呼吸作用的類型有氧呼吸有氧條件下產(chǎn)生大量CO2無(wú)氧呼吸無(wú)氧條件下產(chǎn)生酒精和少量CO2對(duì)比試驗(yàn)設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)組，通過(guò)對(duì)結(jié)果的比較分析，來(lái)探究某種因素對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的影響，這樣的實(shí)驗(yàn)叫做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，也叫相互對(duì)照實(shí)驗(yàn)。特點(diǎn)：這些實(shí)驗(yàn)組的結(jié)果都是事先未知的02有氧呼吸主要場(chǎng)所：內(nèi)膜的某些部位向線粒體的內(nèi)腔折疊形成嵴，嵴使內(nèi)膜的表面積大大增加。線粒體的內(nèi)膜上和基質(zhì)中含有許多種與有氧呼吸有關(guān)的酶。有氧呼吸線粒體內(nèi)膜外膜核糖體嵴基質(zhì)有氧呼吸A組B組細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)線粒體加入等量葡萄糖①第一階段：場(chǎng)所：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)物質(zhì)變化：+4[H]

C6H12O62C3H4O3

（丙酮酸）酶產(chǎn)能情況：少量能量有氧呼吸A組B組C組線粒體內(nèi)膜線粒體外膜線粒體基質(zhì)加入等量丙酮酸不反應(yīng)不反應(yīng)反應(yīng)②第二階段：場(chǎng)所：線粒體基質(zhì)物質(zhì)變化：產(chǎn)能情況：少量能量酶2C3H4O3

+6H2O6CO2+20[H]

有氧呼吸A組B組C組線粒體內(nèi)膜線粒體外膜線粒體基質(zhì)加入等量[H]反應(yīng)不反應(yīng)不反應(yīng)③第三階段：場(chǎng)所：線粒體內(nèi)膜物質(zhì)變化：產(chǎn)能情況：大量能量24[H]+6O212H2O酶有氧呼吸有氧呼吸

場(chǎng)所反應(yīng)物產(chǎn)物釋能第一階段第二階段第三階段細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)主要是葡萄糖丙酮酸、[H]少量線粒體基質(zhì)丙酮酸CO2、[H]少量線粒體內(nèi)膜[H]、O2H2O大量C6H12O6

+6O2+12H2O+能量+6H2O6CO2酶2870kJ32molATP977.28kJ熱能散失有氧呼吸有氧呼吸是指細(xì)胞在氧的參與下，通過(guò)多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)物徹底氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，釋放能量，生成大量ATP的過(guò)程。物質(zhì)變化:有機(jī)物（葡萄糖）→無(wú)機(jī)物（CO2+H2O）能量變化:有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能→熱能散失+ATP中活躍的化學(xué)能有氧呼吸有氧呼吸的特點(diǎn):1.有氧呼吸過(guò)程溫和2.有機(jī)物中的能量經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)逐步釋放3.有氧呼吸釋放的部分能量?jī)?chǔ)存在ATP中C6H12O6

+6O2+12H2O+能量+6H2O6CO2酶有氧呼吸[H]:在細(xì)胞呼吸中指NADH（還原型輔酶Ⅰ）葡萄糖中的化學(xué)能高能電子NAD+NADHNAD+NADH線粒體內(nèi)膜兩側(cè)出現(xiàn)氫離子濃度差A(yù)TP、熱能03無(wú)氧呼吸場(chǎng)所：無(wú)氧呼吸細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)①第一階段：+4[H]

C6H12O62C3H4O3

酶②第二階段：+4[H]

2C3H4O3

酶2C3H6O3

+4[H]

2C3H4O3

酶2C2H5OH＋2CO2少量能量（約生成2molATP）極少量能量（不足以生成ATP）無(wú)氧呼吸細(xì)胞在無(wú)氧條件下，通過(guò)酶的催化作用把葡萄糖等有機(jī)物分解成不徹底的氧化產(chǎn)物，釋放少量能量，生成少量ATP的過(guò)程。高等植物（水稻、蘋(píng)果等）的無(wú)氧呼吸（酒精發(fā)酵）：高等動(dòng)物和人的無(wú)氧呼吸（乳酸發(fā)酵）：C6H12O6

+2CO2酶2C2H5OH+少量能量C6H12O6

（乳酸）酶2C3H6O3+少量能量無(wú)氧呼吸物質(zhì)變化:有機(jī)物（葡萄糖）→CO2、酒精或乳酸能量變化:有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能→大部分能量?jī)?chǔ)存在不徹底氧化產(chǎn)物中，少部分能量釋放（熱能、ATP中活躍的化學(xué)能）無(wú)氧呼吸并不是只有在絕對(duì)無(wú)氧的條件下才能發(fā)生，有氧但氧氣濃度較低的情況下也能進(jìn)行無(wú)氧呼吸。有氧呼吸

無(wú)氧呼吸不同點(diǎn)場(chǎng)所條件產(chǎn)物分解程度釋放能量相同點(diǎn)過(guò)程實(shí)質(zhì)意義第一階段細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，第二、三階段線粒體細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)O2、酶、適宜溫度酶、適宜溫度CO2和H2OCO2、酒精或乳酸較多（三個(gè)階段均合成ATP）較少(第一階段合成ATP)徹底不徹底第一階段反應(yīng)完全相同分解有機(jī)物，釋放能量，合成ATP為生物體的各項(xiàng)生命活動(dòng)提供能量細(xì)胞呼吸的意義（1）為生物體的生命活動(dòng)提供能量。絕大多數(shù)生命活動(dòng)的所需要的能量（ATP）都是來(lái)源于細(xì)胞呼吸。因此，細(xì)胞呼吸是ATP的主要來(lái)源。（2）生物體代謝的樞紐，為生物體其他化合物的合成提供原料。04細(xì)胞呼吸原理的應(yīng)用細(xì)胞呼吸原理的應(yīng)用1.用透氣紗布或“創(chuàng)可貼”包扎傷口：增加通氣量，抑制破傷風(fēng)芽孢桿菌等厭氧菌的無(wú)氧呼吸，從而抑制其繁殖。2.松土：促進(jìn)根部有氧呼吸，為主動(dòng)運(yùn)輸提供能量，從而有利于礦質(zhì)元素的吸收；另外還可以抑制無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精，防止植物爛根。細(xì)胞呼吸原理的應(yīng)用3.釀酒：早期通氣，促進(jìn)酵母菌有氧呼吸，為其進(jìn)行物質(zhì)代謝和細(xì)胞分裂提供充足的動(dòng)力，有利于菌種的繁殖。后期密封，促進(jìn)酵母菌無(wú)氧呼吸，有利于產(chǎn)生酒精4.儲(chǔ)存糧食、水果：低溫、低氧、高CO2、一定濕度（細(xì)胞呼吸強(qiáng)度弱，消耗的有機(jī)物少）。糧食要曬干，減少自由水，可降低呼吸作用。細(xì)胞呼吸原理的應(yīng)用5.食醋、味精制作：向發(fā)酵罐中通入無(wú)菌空氣，利于需氧型細(xì)菌（醋酸桿菌、谷氨酸棒狀桿菌）的有氧呼吸，從而促進(jìn)繁殖。6.提倡有氧運(yùn)動(dòng)：慢跑時(shí)肌細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸，不會(huì)產(chǎn)生乳酸而導(dǎo)致肌肉酸痛。細(xì)胞呼吸方法或類型的判定1.據(jù)反應(yīng)物和產(chǎn)物消耗氧氣一定存在有氧呼吸產(chǎn)生H2O一定存在有氧呼吸有酒精或乳酸一定存在無(wú)氧呼吸無(wú)CO2釋放一定為產(chǎn)乳酸的無(wú)氧呼吸細(xì)胞呼吸方法或類型的判定2.據(jù)物質(zhì)的量關(guān)系CO2＝O2只進(jìn)行有氧呼吸（或同時(shí)伴隨產(chǎn)生乳酸的無(wú)氧呼吸）CO2＞O2兩組呼吸并存，差值為無(wú)氧呼吸量CO2＞O2可能存在脂質(zhì)類物質(zhì)氧化分解3.據(jù)反應(yīng)發(fā)生的場(chǎng)所細(xì)胞呼吸方法或類型的判定NaOH溶液的作用是吸收細(xì)胞呼吸所產(chǎn)生的CO2，紅墨水滴移動(dòng)的距離代表細(xì)胞呼吸吸收的O2量。紅墨水滴移動(dòng)的距離代表細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2量與吸收的O2量的差值。細(xì)胞呼吸方法或類型的判定1.甲、乙液滴均不動(dòng)。細(xì)胞只進(jìn)行產(chǎn)乳酸的無(wú)氧呼吸。2.甲紅墨水滴左移，乙紅墨水滴不動(dòng)。細(xì)胞只進(jìn)行有氧呼吸或同時(shí)伴隨產(chǎn)乳酸的無(wú)氧呼吸。3.甲紅墨水滴左移，乙紅墨水滴右移細(xì)胞既進(jìn)行有氧呼吸又進(jìn)行產(chǎn)酒精的無(wú)氧呼吸。影響細(xì)胞呼吸的因素1.氧氣濃度①O2濃度＝0時(shí)，只進(jìn)行無(wú)氧呼吸。②0＜O2濃度＜10%時(shí)，同時(shí)進(jìn)行有氧呼吸和無(wú)氧呼吸。③O2濃度≥10%時(shí)，只進(jìn)行有氧呼吸。④O2濃度為5%時(shí)，有機(jī)物消耗最少，利于儲(chǔ)存糧食、水果。O2是有氧呼吸所必需的，且O2對(duì)無(wú)氧呼吸有抑制作用。影響細(xì)胞呼吸的因素2.溫度溫度主要通過(guò)影響呼吸酶的活性，進(jìn)而影響呼吸作用。①生產(chǎn)上常利用這一原理在低溫下貯存蔬菜、水果。②在大棚蔬菜的栽培過(guò)程中夜間適當(dāng)降溫，降低細(xì)胞呼吸，減少有機(jī)物的消耗，提高產(chǎn)量。③溫水和面發(fā)酵快。影響細(xì)胞呼吸的因素3.CO2（1）CO2是細(xì)胞呼吸的最終產(chǎn)物，積累過(guò)多會(huì)抑制細(xì)胞呼吸的進(jìn)行。（2）應(yīng)用：適當(dāng)增加CO2濃度，有利于水果和蔬菜的保鮮。影響細(xì)胞呼吸的因素4.水分（1）在一定范圍內(nèi)，細(xì)胞呼吸速率隨含水量的增加而加快，隨含水量的減少而減慢。（2）應(yīng)用①糧食在收倉(cāng)儲(chǔ)存之前要進(jìn)行晾曬，甚至烘干，減少水分，以減弱細(xì)胞呼吸，減少有機(jī)物的消耗。②干種子在萌發(fā)時(shí)，要浸泡以增強(qiáng)代謝。影響細(xì)胞呼吸的因素5.自身因素（1）遺傳特性不同種類的生物，呼吸速率不同旱生植物小于水生植物，陰生植物小于陽(yáng)生植物（2）器官類型同一生物的不同器官或組織，呼吸速率不同植物生殖器官大于營(yíng)養(yǎng)器官（3）生長(zhǎng)發(fā)育階段

同一生物的同一器官在不同的生長(zhǎng)發(fā)育階段，呼吸速率不同

幼苗期、開(kāi)花期植株器官呼吸速率高，成熟區(qū)呼吸速率低線粒體和葉綠體的起源—內(nèi)共生起源學(xué)說(shuō)

線粒體起源于內(nèi)共生的有氧呼吸的細(xì)菌；葉綠體起源于內(nèi)共生的光能自養(yǎng)的藍(lán)細(xì)菌，即：這兩種細(xì)胞器起源于內(nèi)共生于真核細(xì)胞的原核生物。線粒體和葉綠體的起源—內(nèi)共生起源學(xué)說(shuō)（1）線粒體、葉綠體和原核細(xì)胞中所含的DNA均為裸漏環(huán)狀分子，而真核細(xì)胞的核DNA則為線狀，并與組蛋白結(jié)合形成染色體。（2）線粒體和葉綠體能以分裂的方式進(jìn)行增殖，這與細(xì)菌的繁殖方式相似，但是它們的分裂與所在細(xì)胞的分裂不同步。（3）線粒體內(nèi)的蛋白質(zhì)