第11講：細(xì)胞呼吸

第3講ATP的主要來(lái)源——細(xì)胞呼吸一、細(xì)胞呼吸的概念細(xì)胞呼吸是指有機(jī)物在

經(jīng)過(guò)一系列的

，生成

，釋放出能量并生成

的過(guò)程。細(xì)胞呼吸的實(shí)質(zhì)：分解有機(jī)物，釋放能量a、為生物體的生命活動(dòng)提供ATP（分裂、生長(zhǎng)、礦吸、肌收、神沖等）b、為體內(nèi)其他化合物的合成提供原料（丙酮酸）

意義：氧化分解二氧化碳或其他產(chǎn)物ATP細(xì)胞內(nèi)二、細(xì)胞呼吸的方式探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式1．實(shí)驗(yàn)原理(1)酵母菌在有氧和無(wú)氧的條件下都能生存，屬于兼性厭

氧菌。酵母菌進(jìn)行有氧呼吸能產(chǎn)生大量的CO2，在進(jìn)行

無(wú)氧呼吸時(shí)能產(chǎn)生酒精和CO2。(2)CO2可使澄清的石灰水變渾濁，也可使溴麝香草酚藍(lán)水

溶液由藍(lán)變綠再變黃。根據(jù)石灰水混濁程度或溴麝香草

酚藍(lán)水溶液變成黃色的時(shí)間長(zhǎng)短，可以檢測(cè)酵母菌培養(yǎng)

液中CO2的產(chǎn)生情況。(3)橙色的重鉻酸鉀溶液，在酸性條件下可與乙醇發(fā)生化

學(xué)反應(yīng)，變成灰綠色。2．實(shí)驗(yàn)流程提出問(wèn)題：酵母菌使葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精的條件是有氧

還是無(wú)氧；酵母菌在有氧和無(wú)氧條件下細(xì)胞

呼吸的產(chǎn)物是什么

作出假設(shè)：針對(duì)上述問(wèn)題，根據(jù)已有的知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)(如酵母菌可用于釀酒、發(fā)面等)作出合理的假設(shè)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)探究某種因素與實(shí)驗(yàn)對(duì)象的關(guān)系，這樣的實(shí)驗(yàn)叫做對(duì)比實(shí)驗(yàn)。對(duì)比實(shí)驗(yàn)不設(shè)對(duì)照組，均為實(shí)驗(yàn)組（或互為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組），是對(duì)照實(shí)驗(yàn)的一種特殊形式，即相當(dāng)于“相互對(duì)照實(shí)驗(yàn)”。對(duì)比實(shí)驗(yàn).該實(shí)驗(yàn)為對(duì)比實(shí)驗(yàn)，有氧和無(wú)氧條件下的實(shí)驗(yàn)都是實(shí)驗(yàn)組。1、為什么選用酵母菌作為實(shí)驗(yàn)材料，而不用小鼠等

2、怎樣鑒定有無(wú)酒精產(chǎn)生3、怎樣鑒定有無(wú)CO2產(chǎn)生4、如何比較CO2產(chǎn)生的多少5、乙裝置中的B瓶封口放置一段時(shí)間后，再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶，為什么？酵母菌屬于兼性厭氧菌封口后瓶?jī)?nèi)有空氣，待酵母菌將瓶中的氧氣消耗完，以確保無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的CO2通入澄清石灰水（1）CO2使澄清石灰水變渾濁（2）CO2使溴麝香草酚藍(lán)水溶液由藍(lán)變綠再變黃（1）CO2使澄清石灰水變渾濁的程度（2）CO2使溴麝香草酚藍(lán)水溶液由藍(lán)變綠再變黃的時(shí)間長(zhǎng)短橙色重鉻酸鉀在酸性條件下與酒精反應(yīng)，變成灰綠色本實(shí)驗(yàn)的注意幾個(gè)問(wèn)題(6)通入A瓶的空氣中不能含有CO2，以保證使第三

個(gè)錐形瓶中的澄清石灰水變混濁完全是由酵母菌

有氧呼吸產(chǎn)生的CO2所致。（一）有氧呼吸過(guò)程有氧呼吸是指細(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。酶1C6H12O62C3H4O3+

4[H]+少量能量24[H]+

6O212H2O+酶大量能量6CO2

+6H2O[H]+2C3H4O3

+酶少量能量Ⅰ階段：Ⅱ階段：Ⅲ階段：有氧呼吸三階段線粒體基質(zhì)線粒體內(nèi)膜總反應(yīng)式:C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量酶20細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(1)有氧呼吸的三個(gè)階段進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)都需要不同的酶來(lái)催化。有氧呼吸中H2O既是反應(yīng)物（第二階段），又是生成物（第三階段）。第一、二階段均產(chǎn)生[H]，但第三階段全部與氧氣反應(yīng)，且氧氣只參與第三階段。(2)對(duì)于真核細(xì)胞來(lái)講，有氧呼吸的場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體，主要場(chǎng)所是線粒體(第二、三階段在線粒體中進(jìn)行)；原核生物無(wú)線粒體，有些原核生物仍可進(jìn)行有氧呼吸。對(duì)于原核細(xì)胞，有氧呼吸的場(chǎng)所都是在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行的。(3)1mol葡萄糖在體內(nèi)徹底氧化分解和體外燃燒都能釋放出2870kJ的能量，但是體內(nèi)氧化分解的能量是逐步釋放的，其中有1161kJ的能量貯存在38molATP中，其余的能量以熱能的形式散失，以維持體溫的恒定。有氧呼吸的三個(gè)階段共同的產(chǎn)物是ATP，第三步與有氧呼吸第一階段相同葡萄糖的初步分解C6H12O6酶+4[H]+能量場(chǎng)所：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)①（少量）2CH3COCOOH丙酮酸（二）無(wú)氧呼吸過(guò)程細(xì)胞在沒(méi)有O2的參與下，通過(guò)多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)物不徹底地氧化分解為酒精、CO2或乳酸，釋放能量，生成少量ATP的過(guò)程。丙酮酸不徹底分解場(chǎng)所：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)②2CH3COCOOH+4[H]

酶2C3H6O3(乳酸)A.乳酸發(fā)酵(微生物)2CH3COCOOH+4[H]

2C2H5OH(酒精)+2CO2B.酒精發(fā)酵(微生物)酶無(wú)氧呼吸總反應(yīng)式C6H12O62C3H6O3+少量能量酶酒精發(fā)酵，適用于酵母菌和大多數(shù)的植物乳酸發(fā)酵，適用于乳酸菌和動(dòng)物細(xì)胞，高等植物的某些器官（馬鈴薯塊莖、甜菜塊根等）C6H12O6酶2C2H5OH+2CO2+少量能量(1)不同生物無(wú)氧呼吸的產(chǎn)物不同，其原因在于催化反應(yīng)的酶不同。微生物的無(wú)氧呼吸也稱為發(fā)酵，但動(dòng)植物的無(wú)氧呼吸不能稱為發(fā)酵。(2)只能進(jìn)行無(wú)氧呼吸的真核生物(如蛔蟲(chóng))，其細(xì)胞內(nèi)無(wú)線粒體。(3)有氧呼吸的三個(gè)階段均有ATP產(chǎn)生，無(wú)氧呼吸只在第一階段產(chǎn)生ATP，在無(wú)氧呼吸中，1mol葡萄糖氧化分解為乳酸或酒精時(shí)，會(huì)釋放196.65或225.94KJ的能量，都只有61.08KJ能量產(chǎn)生2molATP；有H2O生成一定是有氧呼吸，有CO2生成一定不是乳酸發(fā)酵。需要O2、酶和適宜的溫度無(wú)需O2，需要酶和適宜的溫度第一階段在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，第二、三階段在線粒體中全過(guò)程都在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中CO2和H2OCO2、酒精或乳酸1mol葡萄糖釋放能量2870kJ，其中1161kJ轉(zhuǎn)移至ATP中1mol葡萄糖釋放能量196.65kJ(生成乳酸)或225.94kJ(生成酒精)，其中均有61.08kJ轉(zhuǎn)移至ATP中有機(jī)物徹底分解，能量完全釋放有機(jī)物沒(méi)有徹底分解，能量沒(méi)完全釋放①第一階段完全相同②實(shí)質(zhì)相同：分解有機(jī)物，釋放能量③意義相同：為生命活動(dòng)提供能量，為物質(zhì)轉(zhuǎn)化提供原料細(xì)胞呼吸狀況判斷：不耗O2，但產(chǎn)生CO2，容器內(nèi)體積增大:容器氣體體積不變

不耗O2，不產(chǎn)生CO2

CO2釋放量=O2消耗量CO2釋放量>O2消耗量時(shí):Vco2/Vo2=4/3:Vco2/Vo2>4/3:Vco2/Vo2<4/3:只進(jìn)行產(chǎn)酒精的無(wú)氧呼吸只進(jìn)行產(chǎn)乳酸的無(wú)氧呼吸同時(shí)進(jìn)行產(chǎn)生酒精無(wú)氧呼吸和有氧呼吸二者消耗葡萄糖速率相同無(wú)氧呼吸消耗葡萄糖速率大于有氧呼吸無(wú)氧呼吸消耗葡萄糖速率小于有氧呼吸只進(jìn)行有氧呼吸1．呼吸速率

是指單位數(shù)量的活體組織，在單位時(shí)間內(nèi)分解有機(jī)物的速率。它是植物呼吸作用強(qiáng)弱的指標(biāo)，一般以測(cè)定植物釋放二氧化碳或吸收氧氣的速率來(lái)衡量呼吸速率。2．影響細(xì)胞呼吸的內(nèi)因：遺傳→酶，表現(xiàn)：(1)不同種類的植物呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物，陰生植物小于陽(yáng)生植物。(2)同一植物在不同的生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期呼吸速率不同，如幼苗、開(kāi)花期呼吸速率升高，成熟期呼吸速率下降。(3)同一植物的不同器官呼吸速率不同，如生殖器官大于營(yíng)養(yǎng)器官。三、影響呼吸作用的因素3．影響細(xì)胞呼吸的外因：環(huán)境因素(1)溫度：溫度影響呼吸作用，主要是通過(guò)影響呼吸酶的活性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一般而言，在一定的溫度范圍內(nèi)，呼吸強(qiáng)度隨著溫度的升高而增強(qiáng)，但超過(guò)一定的溫度，酶的活性會(huì)下降，甚至?xí)冃允Щ?，從而使呼吸作用停止。一般呼吸作用的最適溫度為25～35℃。溫度對(duì)呼吸速率的影響如圖所示。生產(chǎn)上常利用這一原理在低溫下儲(chǔ)存蔬菜、水果。在大棚蔬菜栽培中，夜間適當(dāng)降低溫度，減少有機(jī)物消耗，以提高產(chǎn)量。(2)氧氣：氧氣直接影響呼吸速率和呼吸的性質(zhì)。O2濃度為零時(shí)只進(jìn)行無(wú)氧呼吸，O2濃度在10%以下，既進(jìn)行有氧呼吸又是進(jìn)行無(wú)氧呼吸，O2濃度在10%以上，只進(jìn)行有氧呼吸。O2濃度對(duì)呼吸作用方式及速率的影響可用圖表示。耕地等是加強(qiáng)根部和土壤好氧菌的有氧呼吸，有利于植物的生長(zhǎng)和對(duì)無(wú)機(jī)鹽的吸收。蔬菜、水果的保質(zhì)、保鮮采用低氧（5%）保存，此時(shí)有氧呼吸較弱而無(wú)氧呼吸又受到抑制。3、CO2濃度4、含水量CO2濃度呼吸作用速率從化學(xué)平衡的角度分析，CO2濃度增加，呼吸速率下降。在地窖中，氧氣濃度低，二氧化碳濃度較高，抑制細(xì)胞呼吸，使整個(gè)器官的代謝水平降低，有得于保存蔬菜和水果。在一定范圍內(nèi)，呼吸速率隨含水量的增加而加快，隨含量水量的減少而減弱。因此糧油種子的貯藏，必須使種子含水量降低，從面使細(xì)胞呼吸降至最低，減少有機(jī)物消耗。細(xì)胞呼吸速率的測(cè)定與探究(1)材料：一般是酵母菌、剛萌發(fā)的種子和綠色植物或組

織等，僅探究呼吸作用多選擇酵母菌和剛萌發(fā)的種子。(2)植物細(xì)胞呼吸的指標(biāo)：植物細(xì)胞呼吸吸收O2，釋放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小，毛細(xì)

管內(nèi)的水滴左移(實(shí)驗(yàn)裝置如下圖)。根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)液

滴左移的體積即可計(jì)算呼吸速率。(3)為防止微生物呼吸對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干

擾，應(yīng)將裝置進(jìn)行滅菌，所測(cè)種子進(jìn)

行消毒處理。(4)對(duì)照組的設(shè)置：為防止氣壓、溫度

等物理膨脹因素所引起的誤差，應(yīng)

設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，將所測(cè)定的生物滅活(將種子煮熟)，其他條件均不變。[特別提醒]

若選用綠色植物作實(shí)驗(yàn)材料，測(cè)定細(xì)胞呼吸速率，需將整個(gè)裝置進(jìn)行遮光處理，否則植物的光合作用會(huì)干擾呼吸速率的測(cè)定。四、細(xì)胞呼吸原理的應(yīng)用

細(xì)胞呼吸的中間產(chǎn)物是各種有機(jī)物之間轉(zhuǎn)化的樞紐，細(xì)胞呼吸原理在生產(chǎn)實(shí)踐中有廣泛的應(yīng)用。1.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)2.工業(yè)生產(chǎn)3.醫(yī)學(xué)護(hù)理4.運(yùn)動(dòng)健身1.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)細(xì)胞呼吸為植物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、細(xì)胞的分裂、植株的生長(zhǎng)和發(fā)育等提供能量和各種原料，因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，要設(shè)法適當(dāng)增強(qiáng)細(xì)胞呼吸，以促進(jìn)作物的生長(zhǎng)發(fā)育。

例：水稻生產(chǎn)中的適時(shí)露田和曬田等措施的實(shí)質(zhì)就是為了改善土壤通氣條件以增強(qiáng)根系的細(xì)胞呼吸。1.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)：糧食儲(chǔ)藏和果蔬保鮮

細(xì)胞呼吸要消耗有機(jī)物，使有機(jī)物積累減少。因此，對(duì)糧食儲(chǔ)藏和果蔬保鮮來(lái)說(shuō)，又要設(shè)法降低細(xì)胞的呼吸強(qiáng)度，盡可能減少有機(jī)物的消耗等。

糧食儲(chǔ)藏

果蔬保鮮糧食儲(chǔ)藏

糧食儲(chǔ)藏時(shí)，要注意降低溫度和保持干燥，抑制細(xì)胞呼吸，延長(zhǎng)保存期限。例：稻谷等種子含水量超過(guò)14.5％時(shí)，呼吸速率就會(huì)驟然增加，釋放出的熱量和水分，會(huì)導(dǎo)致糧食霉變。果蔬保鮮

為了抑制細(xì)胞呼吸，果蔬儲(chǔ)藏時(shí)采用降低氧濃度、沖氮?dú)饣蚪档蜏囟鹊确椒ā＠禾O(píng)果、梨、柑、橘等果實(shí)在0～1℃時(shí)可儲(chǔ)藏幾個(gè)月不壞；荔枝一般只能短期保鮮，但采用低溫速凍等方法可保鮮6～8個(gè)月。農(nóng)村廣泛采用密閉的土窖保存水果蔬菜，也是利用水果自身產(chǎn)生的二氧化碳抑制細(xì)胞呼吸的原理。2.工業(yè)生產(chǎn)：發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)啤酒、果酒和白酒等生產(chǎn)乳酸類、檸檬酸類飲料生產(chǎn)味精、醬油和醋生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白應(yīng)用于垃圾、廢水的處理利用發(fā)酵產(chǎn)生沼氣包扎傷口時(shí)，需要選用透氣的消毒紗布或松軟的“創(chuàng)可貼”等敷料被繡釘扎傷，或者皮膚損傷較深，要及時(shí)到醫(yī)院治療：清理傷口、敷藥并注射破傷風(fēng)抗毒血清3.醫(yī)學(xué)護(hù)理

劇烈運(yùn)動(dòng)后上肢和下肢骨骼肌往往會(huì)產(chǎn)生什么感覺(jué)？