3.4 細(xì)胞呼吸為細(xì)胞生活提供能量（第一課時(shí)）-高一上學(xué)期生物浙科版必修1

1、細(xì)胞呼吸為細(xì)胞生活提供能量（一）課程導(dǎo)入 我們時(shí)刻都在進(jìn)行著呼吸，那么，“細(xì)胞呼吸”與我們通常所說(shuō)的“呼吸”是一回事嗎？呼吸：是指人體從周圍環(huán)境中吸入空氣，利用其中的氧氣，呼出二氧化碳的氣體交換過(guò)程。細(xì)胞呼吸：是指在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的將糖類等有機(jī)物分解無(wú)機(jī)物或者小分子有機(jī)物，并且釋放能量的過(guò)程。呼吸細(xì)胞呼吸分解有機(jī)物氧氣二氧化碳細(xì)胞內(nèi)CO2細(xì)胞呼吸高等動(dòng)物的呼吸現(xiàn)象和細(xì)胞呼吸O2O2呼吸（現(xiàn)象）呼吸器官血液循環(huán)血液循環(huán)呼吸器官CO2氣體運(yùn)輸一、細(xì)胞呼吸的本質(zhì)是糖等有機(jī)物的氧化分解1. 概念：細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的將糖類等有機(jī)物分解成無(wú)機(jī)物或者小分子有機(jī)物，并且釋放出能量的過(guò)程。需氧呼吸厭氧呼吸細(xì)胞呼吸2. 實(shí)

2、質(zhì)：分解有機(jī)物，釋放能量。3. 分類（一）細(xì)胞呼吸（二）需氧呼吸 材料：早在18世紀(jì)法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫（Aavoisier） 就發(fā)現(xiàn)木頭燃燒也需要氧，發(fā)生的也是類似的反應(yīng)，并且把細(xì)胞呼吸比作碳和氫的“緩慢燃燒過(guò)程”。你認(rèn)為拉瓦錫的這一說(shuō)法有道理嗎？細(xì)胞呼吸與木頭燃燒有什么區(qū)別和聯(lián)系呢？需氧呼吸必須有氧參加，氧氣把糖分子氧化成二氧化碳和水。 木頭燃燒是在高溫下發(fā)生的，產(chǎn)生的光和熱立即被釋放；需氧呼吸是在常溫下發(fā)生的，所產(chǎn)生的能量逐步釋放，其中有一部分能量?jī)?chǔ)存在ATP中，其余的轉(zhuǎn)化成熱能，沒有劇烈的發(fā)光發(fā)熱現(xiàn)象。葡萄糖中含有很多能量，10g葡萄糖中約有160kJ能量。一個(gè)成人劇烈運(yùn)動(dòng)15min大約要

3、利用160kJ的能量。1個(gè)ATP分子中的能量大約是1個(gè)葡萄糖分子中能量的1%。那么，是不是細(xì)胞每氧化1個(gè)葡萄糖分子就會(huì)合成100個(gè)ATP分子呢？不是的，細(xì)胞中每氧化1個(gè)葡萄糖分子，可以合成約32個(gè)ATP分子。也就是說(shuō)，細(xì)胞中葡萄糖的能量利用效率大約為30%。與現(xiàn)有的機(jī)械相比，細(xì)胞利用能量的效率應(yīng)該是很高了。例如，傳統(tǒng)的蒸汽機(jī)，能量轉(zhuǎn)化效率只有8%；現(xiàn)代化的汽車引擎，也只能把汽油中能量的25%轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。 第一階段：糖酵解（細(xì)胞溶膠）葡萄糖少量氫H2個(gè)丙酮酸酶能2ATP熱能散失大部分能量還儲(chǔ)存在丙酮酸中未釋放 反應(yīng)式：C6H12O6 2C3H4O3+4H+少量能量2個(gè)丙酮酸較多氫H+H2OCO2

4、第二階段：檸檬酸循環(huán)（線粒體基質(zhì)）能2ATP熱能散失反應(yīng)式：2C3H4O3+6H2O 6CO2+20H+少量能量酶葡萄糖不能進(jìn)入線粒體第三階段：電子傳遞鏈（線粒體內(nèi)膜）第一階段產(chǎn)生的4H第二階段產(chǎn)生的20H+氧氣H20反應(yīng)式：24H+6O2 12H2O+大量能量能28ATP熱能散失酶葡萄糖分子與氧反應(yīng)的總反應(yīng)式：C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量糖分子失去氫原子氧分子獲得氫原子細(xì)胞呼吸是一系列有控制的氧化還原反應(yīng)思考：以上反應(yīng)式中的能量是否全部?jī)?chǔ)存到ATP 中？其中只有一小部分的能量?jī)?chǔ)存到ATP中，其余以熱能形式散失。酶 糖酵解 檸檬酸循環(huán)電子傳遞鏈 場(chǎng)所 反應(yīng)物 生成

5、物 產(chǎn)生能量細(xì)胞溶膠葡萄糖丙酮酸、H少量線粒體基質(zhì)丙酮酸、H2O CO2、H少量線粒體內(nèi)膜大量H2OH、O2需氧呼吸全過(guò)程的比較1. 二氧化碳在第幾階段產(chǎn)生?水的消耗發(fā)生在第幾階段？水在第幾階段產(chǎn)生？2. 寫出需氧呼吸總反應(yīng)方程式并標(biāo)注反應(yīng)物：葡萄糖、氧氣、水中的氧的去向。第二階段第二階段第三階段3. 原核細(xì)胞沒有線粒體不能進(jìn)行需氧呼吸對(duì)嗎？ 沒有線粒體的原核生物(如硝化細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌等)也能進(jìn)行需氧呼吸，其場(chǎng)所是細(xì)胞膜和細(xì)胞溶膠。酶能量【思考】小資料參與需氧呼吸的輔酶 NAD+是一種輔酶，它的全稱為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，又稱輔酶I。NAD+是脫氫酶的輔酶。線粒體和細(xì)胞溶膠中含有NAD+，它在需

6、氧呼吸過(guò)程中發(fā)揮著不可替代的作用。在細(xì)胞呼吸過(guò)程中，中間產(chǎn)物脫下的H傳遞給NAD+，使之成為NADH+H+。而NADH+H+則作為H的載體，在電子傳遞鏈的傳遞中，H傳遞給氧生成水，所攜帶的能量釋放，促使ADP與Pi結(jié)合生成ATP。NAD+2HNADH+H+ 需氧呼吸過(guò)程還有一種輔酶FAD。FAD全稱為黃素腺嘌呤二核苷酸。FAD也是脫氫酶的輔酶。在需氧呼吸過(guò)程中，它可以與中間產(chǎn)物脫下的H結(jié)合生成FADH2。FADH2攜帶的H最終傳遞給氧，與氧結(jié)合生成水，同時(shí)釋放出能量用于合成ATP。 FAD+2HFADH2 對(duì)于1個(gè)葡萄糖分子來(lái)說(shuō)，從糖酵解開始，一般可以產(chǎn)生32個(gè)ATP分子，而其中的28個(gè)ATP

7、分子是在電子傳遞鏈中產(chǎn)生的。 電子傳遞鏈中生成水的一系列反應(yīng)只能在有氧氣存在的條件下發(fā)生，所以稱為需氧呼吸。小資料 人體的骨骼肌收縮時(shí)會(huì)產(chǎn)生肢體運(yùn)動(dòng)，肌肉的收縮需要消耗ATP。一般情況下，肌肉中的ATP含量很低，只能供肌肉很短時(shí)間的活動(dòng)之需。但肌肉中還有一種高能物質(zhì)磷酸肌酸，它能迅速產(chǎn)生ATP。肌肉中磷酸肌酸的含量比ATP的含量高得多，足以維持肌肉較長(zhǎng)時(shí)間的活動(dòng)。所以，進(jìn)行百米賽跑的前數(shù)秒，ATP主要來(lái)源于磷酸肌酸；200400m賽跑，ATP主要靠厭氧呼吸供應(yīng)；較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)如馬拉松，主要靠需氧呼吸供應(yīng)ATP。人體運(yùn)動(dòng)時(shí)骨骼肌的能量供應(yīng)實(shí)例：a. 高等植物在水淹的情況下，可以進(jìn)行短時(shí)間的厭氧呼

8、吸b. 高等動(dòng)物和人體在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，骨骼肌細(xì)胞內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)厭氧呼吸，出現(xiàn)肌肉酸脹現(xiàn)象。e. 酵母菌在缺氧的條件下，可以將有機(jī)物分解成酒精和二氧化碳。d. 乳酸菌是厭氧型微生物，可以將有機(jī)物分解成乳酸。c. 蛔蟲沒有線粒體，只能進(jìn)行無(wú)氧呼吸。（三）厭氧呼吸1. 條件：在無(wú)氧條件下2. 反應(yīng)場(chǎng)所：細(xì)胞溶膠3. 乳酸菌、酵母菌等微生物的厭氧呼吸也稱發(fā)酵。最常見的發(fā)酵類型和乳酸發(fā)酵和乙醇發(fā)酵。4. 厭氧呼吸是一系列化學(xué)反應(yīng)組成的一個(gè)連續(xù)完整的代謝過(guò)程，根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)和反應(yīng)發(fā)生的場(chǎng)所，一般分為兩個(gè)階段。第一階段：糖酵解（細(xì)胞溶膠）葡萄糖少量氫H2個(gè)丙酮酸酶能2ATP熱能散失大部分能量還儲(chǔ)存在丙酮酸中未釋放

9、 反應(yīng)式：C6H12O6 2C3H4O3+4H+少量能量與需氧呼吸第一階段相同第二階段：細(xì)胞溶膠產(chǎn)生乳酸產(chǎn)生酒精和CO22C3H4O3+4HC3H6O3酶CH3COCOOHCH3CHO+CO2CH3CHO2HC2H5OH酶酶丙酮酸乳酸丙酮酸乙醛乙醛乙醇1. 反應(yīng)不同、產(chǎn)物不同、酶不同2. 第二階段大量能量?jī)?chǔ)存在有機(jī)物，釋放了少量能量，釋放能量以熱能形式散失，第二階段不產(chǎn)生ATP總反應(yīng)式：C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量酶C6H12O6 2 C3H6O3(乳酸)+少量能量酶5. 不同生物進(jìn)行厭氧呼吸的產(chǎn)物不同類別例子產(chǎn)物植物大多數(shù)植物細(xì)胞如根細(xì)胞乙醇和二氧化碳馬鈴薯塊莖

10、、甜菜塊根、玉米胚乳酸動(dòng)物人和動(dòng)物骨骼肌細(xì)胞乳酸微生物乳酸菌乳酸酵母菌乙醇和二氧化碳項(xiàng)目需氧呼吸厭氧呼吸不同點(diǎn)條件_場(chǎng)所_(第一階段)、_(第二、三階段)_分解程度葡萄糖被_分解葡萄糖分解_產(chǎn)物_能量釋放_(tái)需氧無(wú)氧細(xì)胞溶膠線粒體細(xì)胞溶膠徹底不徹底CO2、H2O乳酸或乙醇和CO2大量少量6. 需氧呼吸與厭氧呼吸的異同相同點(diǎn)反應(yīng)條件需酶和適宜溫度本質(zhì)氧化分解_，釋放_(tái)，生成ATP供生命活動(dòng)所需過(guò)程_意義為生物體的各項(xiàng)生命活動(dòng)提供_有機(jī)物能量第一階段從葡萄糖到丙酮酸完全相同能量 在需氧呼吸中，葡萄糖被徹底氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳，儲(chǔ)存在有機(jī)物中的能最全部被釋放出來(lái)。在厭氧呼吸中，葡萄糖分解產(chǎn)生的乳酸或

11、乙醇，都含有可利用的能量。因此，厭氧呼吸產(chǎn)生的ATP比需氧呼吸產(chǎn)生的ATP少得多。 但是，在無(wú)氧或缺氧條件下，細(xì)胞通過(guò)厭氧呼吸的方式可以快速地利用葡萄糖產(chǎn)生ATP，以維持生命。例如，人體肌肉細(xì)胞可以靠厭氧呼吸維持短時(shí)間的活動(dòng)，所產(chǎn)生的乳酸則被運(yùn)至肝臟再生成葡萄糖。厭氧呼吸只能利用葡萄糖中的一小部分能量，而乳酸再轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟怯忠哪芰?。所以，肌肉?xì)胞進(jìn)行厭氧呼吸是一種克服暫時(shí)缺氧的應(yīng)急措施。7. 細(xì)胞呼吸的意義小資料需氧呼吸出現(xiàn)的意義 生物的呼吸方式由厭氧呼吸到需氧呼吸，是進(jìn)化中的一個(gè)飛躍。在生命剛剛誕生時(shí)，地球的大氣中沒有氧氣，那時(shí)的微生物適應(yīng)在無(wú)氧的條件下生活。這些厭氧微生物體內(nèi)缺乏需氧呼

12、吸的酶類，只能在無(wú)氧的條件下生活。隨著地球上綠色植物的出現(xiàn)，大氣中出現(xiàn)了氧氣，于是也出現(xiàn)了體內(nèi)具有需氧呼吸酶系統(tǒng)的需氧微生物。需氧呼吸產(chǎn)生能量的效率要比厭氧呼吸產(chǎn)生能量的效率高得多。1個(gè)葡萄糖分子通過(guò)需氧呼吸可生成32個(gè)ATP分子，而通過(guò)厭氧呼吸只能生成2個(gè)ATP分子。因此，在進(jìn)化過(guò)程中，能進(jìn)行需氧呼吸的物種獲得了空前的發(fā)展。鞏固練習(xí)A. 全過(guò)程必須有氧參與，并且始終在線粒體中進(jìn)行B. 第一階段是葡萄糖分解生成丙酮酸，產(chǎn)生大量的H和ATPC. 第二階段是丙酮酸分解生成CO2和H2O，產(chǎn)生少量的ATPD. 第三階段是H和氧結(jié)合產(chǎn)生H2O，同時(shí)生成大量的ATP1. 下列關(guān)于有氧呼吸過(guò)程的敘述，正確

13、的是()D2. 人體的肌肉細(xì)胞可以靠厭氧呼吸維持短時(shí)間的活動(dòng)。下列敘述錯(cuò)誤的是( ) A厭氧呼吸發(fā)生在細(xì)胞溶膠中B厭氧呼吸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生攜帶氫的特殊分子C厭氧呼吸產(chǎn)物在肌肉細(xì)胞中再生成葡萄糖D厭氧呼吸是肌肉細(xì)胞克服暫時(shí)缺氧的應(yīng)急措施C3. 下列關(guān)于真核細(xì)胞需氧呼吸和厭氧呼吸的敘述，正確的是( ) A與需氧呼吸不同，厭氧呼吸最終產(chǎn)物中只含少量的H B與需氧呼吸不同，厭氧呼吸產(chǎn)生的能量大多數(shù)用于合成 ATP C與需氧呼吸相同，厭氧呼吸的第一階段也產(chǎn)生丙酮酸和CO2D與需氧呼吸不同，厭氧呼吸只有第一階段能產(chǎn)生 ATPD4. 下列關(guān)于人體肌肉細(xì)胞需氧呼吸和厭氧呼吸的敘述，錯(cuò)誤的是( ) A需氧呼吸和厭氧呼吸的第一階段均發(fā)生在細(xì)胞溶膠中B需氧呼吸和厭氧呼吸釋放的能量均大部分以熱能形式散失C消耗相同質(zhì)量的葡萄糖，厭氧呼吸產(chǎn)生的CO2是需氧呼吸的1/3 D需氧呼吸第二階段合成少量ATP，厭氧呼吸第二階段不合成ATPC5. 甲組酵母菌進(jìn)行需氧呼吸，乙組酵母菌進(jìn)行厭氧呼吸，若兩組酵母菌分別產(chǎn)生等量的CO2，那么它們各自所消耗的葡萄糖量之比