第三章 第四节 第1课时

第四节 细胞呼吸

第1课时 细胞呼吸的概念和类型

燃烧，需要消耗氧气，产生二氧化碳，同时产生大量的能量推动发动机运转。生物体的生命活动也需要消耗能量，这些能量来自于有机物的氧化分解，也就是细胞呼吸。细胞呼吸和燃烧有什么区别呢？它的过程又是怎样的呢？

方式二 19世纪中期，欧洲许多陈年的葡萄酒在空气中因自然变酸而不能被饮用。为了研究酒变酸的真正原因，巴斯德进行了大量的实验，终于发现，酒变酸的罪魁祸首是一种叫醋酸杆菌的微生物，醋酸杆菌从空气中落进酒里，使葡萄酒变成了醋，后来他提出微温加热在酿制业消灭微生物的方法，即巴斯德消毒法。由此说明细胞呼吸是生物体具有的基本的生命活动，细胞呼吸提供了各类生物各种生命活动所需要的能量，体现了生物界的统一性。

一、细胞呼吸与糖的氧化

1．细胞呼吸

(1)概念⎩⎪⎨⎪⎧ 场所：细胞内底物：糖类等有机物

产物：无机物或小分子有机物

(2)方式⎩⎪⎨⎪⎧

需氧呼吸(主要方式)厌氧呼吸 (3)实质：分解有机物，释放能量。

2．需氧呼吸

(1)条件：有氧参与。

(2)场所：细胞溶胶和线粒体，主要是线粒体。

(3)反应式：C 6H 12O 6＋6O 2――→酶

6CO 2＋6H 2O ＋能量。

(4)反应过程(三个阶段)

①第一阶段(糖酵解)

a ．场所：细胞溶胶。

b．过程：1个葡萄糖分子被分解成2个含3个碳原子的化合物分子(即丙酮酸)，释放少量能量，形成少量ATP。

②第二阶段(柠檬酸循环)

a．场所：线粒体基质或嵴。

b．过程：2个丙酮酸被分解，形成6个CO2，释放出少量能量，形成少量ATP。

③第三阶段(电子传递链)

a．场所：线粒体内膜。

b．过程：特殊的分子所携带的氢和电子传递给氧，形成水，产生大量的ATP。

(5)特点：在常温下发生，所产生的能量中有相当一部分储存在ATP中，能量利用率很高。

(6)实质：葡萄糖中的碳氧化为二氧化碳，其中的氢被氧化成水。

3．需氧呼吸中各元素的来源及去路

(1)CO2是在第二阶段由丙酮酸和水反应生成的，CO2中的O来自葡萄糖和水。这个过程在线粒体基质和嵴上进行。

(2)O2在第三阶段(电子传递链反应)与[H]结合生成水，所以需氧呼吸产生的H2O中的O全部来自O2。

(3)水在柠檬酸循环阶段参与反应，电子传递链反应会产生水。

归纳总结需氧呼吸三个阶段的比较

项目第一阶段第二阶段第三阶段

名称糖酵解柠檬酸循环电子传递链

场所细胞溶胶线粒体基质、嵴线粒体内膜

反应物葡萄糖(C6H12O6)丙酮酸(CH3COCOOH)＋H2O[H]＋O2

生成物丙酮酸＋[H]CO2＋[H]H

O

2

产生ATP的

少量少量大量

数量

例1(2019·浙江10月学考)真核细胞需氧呼吸的基本过程示意图如下。下列叙述正确的是()

A．阶段A为糖酵解，该阶段的产物是丙酮酸和物质①

B．阶段B为柠檬酸循环，该过程产生大量ATP

C．阶段A和阶段B为阶段C提供[H]和ATP

D．阶段C为电子传递链，有关酶存在于线粒体内膜上

答案D

解析阶段A是需氧呼吸的第一阶段，其产物除了有丙酮酸和ATP外，还有[H]，A错误；阶段B为需氧呼吸的第二阶段，该阶段不能大量产生ATP，B错误；阶段A和B可以为阶段C提供[H]，但不能提供ATP，C错误；阶段C是需氧呼吸的第三阶段，该过程发生于线粒体内膜，所以相关酶存在于线粒体内膜上，D正确。

易错警示有关需氧呼吸的4个易错点

(1)需氧呼吸三个阶段都能产生能量(大量能量在第三阶段产生)，但大部分以热能形式散失掉，仅有一小部分能量转移到ATP中。

(2)需氧呼吸第二阶段的场所是线粒体基质和嵴，主要发生在线粒体基质中。

(3)真核生物细胞并非都能进行需氧呼吸，如蛔虫细胞、哺乳动物成熟的红细胞只能进行厌氧呼吸。

(4)原核生物无线粒体，但有些原核生物仍可进行需氧呼吸，如蓝细菌、硝化细菌等，因为其细胞中含有与需氧呼吸有关的酶。

例2(2019·金华、温州、台州联考)下列关于人体需氧呼吸的叙述中，正确的是() A．各阶段产生的[H]都和氧反应生成水

B．释放的能量都以A TP的形式储存起来

C．柠檬酸循环产生的[H]最多，释放的能量最多

D．产生的水中的氧原子不全部来自参加反应的氧中的氧原子

答案A

解析需氧呼吸第一、二阶段产生的[H]都在第三阶段和氧反应生成水；释放的能量只有少部分以ATP的形式储存起来；柠檬酸循环发生在第二阶段，产生的[H]最多，但只释放少量能量，第三阶段释放大量能量；产生的水中的氧原子全部来自参加反应的氧中的氧原子，即第三阶段[H]和氧反应生成水。

二、厌氧呼吸

1．厌氧呼吸的条件、场所、过程及类型

(1)条件：无氧。

(2)场所：细胞溶胶。

(3)过程

①第一阶段：与需氧呼吸的第一阶段一样，进行糖酵解。

②第二阶段：丙酮酸在不同酶的催化作用下，形成不同的产物，最常见的产物是乳酸或乙醇

和CO 2。 (4)类型 ①产生乳酸的厌氧呼吸 a ．反应式：C 6H 12O 6＋2ADP ＋2Pi ――→酶2CH 3CHOHCOOH ＋2A TP 。

b ．生物类型：动物细胞、某些植物细胞、乳酸细菌等。

c ．微生物的厌氧呼吸也称为发酵。乳酸细菌的厌氧呼吸被称为乳酸发酵。

②产生乙醇的厌氧呼吸

a ．反应式：C 6H 12O 6＋2ADP ＋2Pi ――→酶2C 2H 5OH ＋2CO 2＋2ATP 。

b ．生物类型：某些植物细胞、酵母菌等。

c ．酵母菌在环境氧气浓度高时可进行需氧呼吸，在环境氧气浓度低时可进行厌氧呼吸。酵母菌的厌氧呼吸被称为乙醇发酵。

2．乙醇发酵实验

(1)取10%葡萄糖溶液30 mL 注入下图右边的广口瓶中，并置于35 ℃水浴中预热。

(2)取干酵母3 g ，用15 mL 30 ℃的温水化开后，立即倒入预热过的广口瓶中，充分振荡，使葡萄糖与酵母混匀，混合液应占广口瓶容积的1/3左右。

(3)迅速向混合液表面滴加一薄层液体石蜡。用带玻璃导管的橡皮塞塞住广口瓶，让玻璃导管的另一端伸入左边大试管的液面以下，并将广口瓶置于30 ℃左右的水浴中。

(4)实验分析

①广口瓶冒出气泡，大试管内冒出气泡，并且变浑浊。

②拔掉广口瓶的塞子后会闻到酒味儿，因为酵母菌发酵产生酒精。

③10%的葡萄糖溶液为酵母菌提供营养，置于35 ℃水浴中预热是因为酵母菌在此温度下发酵迅速。

④在广口瓶的混合液表面滴加一薄层液体石蜡，在水面形成一层油膜隔绝空气中的氧气进入试管，制造无氧环境。

⑤使酵母悬液与葡萄糖溶液充分混合有利于酵母菌吸收葡萄糖，并将广口瓶置于30 ℃水浴中，充分发挥酶的活性，加快发酵所需时间。

归纳总结 厌氧呼吸两个阶段的比较

阶段 场所 是否

需氧 反应物 产物 能量

释放

第一阶段 细胞溶胶 否 葡萄糖 丙酮酸、[H ]

少量

ATP

第二细胞否 丙酮酸和[H ] 乳酸(或乙醇无ATP