细胞呼吸 第三节ATP的主要来源—— 安庆市 第十一中学 刘学敏 必修1 分子与细胞 第5章细胞的能量供应和利用 安徽省远程教育优秀作品

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1 细胞呼吸 第三节ATP的主要来源—— 安庆市 第十一中学 刘学敏 必修1 分子与细胞 第5章细胞的能量供应和利用 安徽省远程教育优秀作品
必修1 分子与细胞 第5章细胞的能量供应和利用 第三节ATP的主要来源—— 细胞呼吸 安庆市 第十一中学 刘学敏 教学目标 重点难点 问题探讨 教学过程 知识结构 教学反馈 课后习题 教学参考

2 教学目标 1.说出线粒体的结构和功能。 2.说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同。 3.说明细胞呼吸的原理，并探讨其在生产和生活中的应用。
4.进行酵母菌细胞呼吸方式的探究。

3 重点难点 1.教学重点 有氧呼吸的过程及原理。 2.教学难点 （1）细胞呼吸的原理和本质。 （2）探究酵母菌细胞的呼吸方式。

4 问题探讨 1.呼吸作用和物质的燃烧有什么共同点? 2.呼吸作用能够象燃烧在体外那么剧烈吗?
3.在无氧条件下,细胞还能够通过呼吸作用释放能量吗?

5 细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,生成二氧化碳或其他产物,释放出能量并生成ATP的过程.
一.细胞呼吸的方式 科学家通过大量的实验证实,细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型. 1.有氧呼吸

6 有氧呼吸第一阶段：糖酵解 酶 细胞质基质 葡萄糖 丙酮酸＋还原氢([H]) 物质变化： 能量变化： 释放少量能量 有氧呼吸第二阶段：
有氧呼吸第三阶段： 丙酮酸+水 还原氢+二氧化碳 酶 线粒体基质 释放少量能量 酶 线粒体内膜 还原氢([H])＋氧气 水 释放大量能量 总反应式： C H O 6 12 6C 2 6H 6O 酶 + 大量能量

7 有氧细胞呼吸的过程示意图

8 有氧呼吸三个阶段的比较 对比 有氧呼吸 场 所 反应物 产 物 释能 第一阶段 第二阶段 第三阶段 细胞质基质 主要是葡萄糖 丙酮酸[H]
少量 线粒体 丙酮酸 CO2、[H] 少量 线粒体 [H]、O2 H2O 大量

9 有氧呼吸小结 ①主要场所： ②能量去向： ③总反应式： ④有氧呼吸概念： 线粒体 一部分以热能形式散失 另一部分转移到ATP中
(1709kJ/mol,约60%) (1161kJ/mol,约40%) ③总反应式： 　　C6H12O6+6H2O+6O CO2+ 12H2O +能量 酶 38个ATP ④有氧呼吸概念： 细胞在____的参与下，通过_______的催化作用，把_______等有机物_______________，产生_____和_____，释放______,生成_________的过程。 氧 多种酶 葡萄糖 彻底氧化分解 CO2 H2O 能量 许多ATP

10 学科交叉 热力学第二定律指出,没有任何一种过程的能量转换效率是100%.蒸气机和内燃机的热效率,大约分别是5%~8%和25%.
在细胞内,1mol的葡萄糖彻底氧化分解以后,可以释放2870KJ左右的能量,其中有1161KJ转移到了ATP中,其余的以热量的形式散失.请你计算一下,有氧呼吸的能量转换效率是多少,这些能量能够使多少个ADP转化为ATP? 1161 2870 效率= *100% =40.5% 1161 30.54 ATP数量= =38个 2870KJ/mol=1161KJ/mol(38个ATP)+1709KJ/mol(热能)

11 2.无氧呼吸 无氧呼吸第一阶段：糖酵解 葡萄糖 丙酮酸＋还原氢([H]) 酶 细胞质基质 物质变化： 能量变化： 释放少量能量 无氧呼吸第二阶段： 丙酮酸 乳酸(或酒精＋二氧化碳) 酶 细胞质基质 物质变化： 能量变化： 释放少量能量

12 无氧呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解, 分解成不彻底的氧化产物乳酸或酒精和二氧化碳,释放出能量并生成少量ATP的过程.
C H O 6 12 酶 细胞质基质 2C 2 + 少量能量 2酒精 乳酸( ) 3 +少量能量 总反应式： 在细胞质基质中,葡萄糖在无氧条件下分解成乳酸时释放196.65KJ/mol;分解成酒精和二氧化碳时释放225.94KJ/mol;但是在这两个过程中都只有61.08KJ/mol的能量转移给ADP用来产生ATP,请你计算一下无氧呼吸能产生多少个ATP? 无氧呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解, 分解成不彻底的氧化产物乳酸或酒精和二氧化碳,释放出能量并生成少量ATP的过程. 196.65KJ/mol=60.08KJ/mol(2个ATP) KJ/mol(热能)

13 2 C3H6O3(乳酸) 2 C2H5OH(酒精) C6H12O6 C6H12O6 无氧呼吸总反应式 酶 + 少量能量 细胞质基质 酶
例：高等动物、乳酸菌、高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚细胞等） 酶 C6H12O6 2 C2H5OH(酒精) + 2CO2 + 少量能量 细胞质基质 例：大多数植物、酵母菌 发酵 微生物的无氧呼吸 （酒精发酵、乳酸发酵） 同样是分解葡萄糖，为何无氧呼吸只能释放少量能量？ 无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

14 无氧呼吸的意义 人在剧烈运动时，需要在相对较短的时间内消耗大量的能量，肌肉细胞则以无氧呼吸的方式供给能量，满足人体的需要。
高等植物在水淹的情况下，可以进行短暂的无氧呼吸，将葡萄糖分解为乙醇和二氧化碳，释放出能量以适应缺氧环境条件。 人在剧烈运动时，需要在相对较短的时间内消耗大量的能量，肌肉细胞则以无氧呼吸的方式供给能量，满足人体的需要。

15 3.有氧呼吸和无氧呼吸的异同点 反应场所 反应条件 产物 能量 实质 联系 大量(2870KJ/mol),38个ATP 有氧呼吸 彻底,水和二氧化碳 先在细胞质基质,后在线粒体 氧气,酶 第一阶段完全相同;本质也是相同的. 氧化分解有机物,释放能量 无氧呼吸 不彻底,乳酸或酒精二氧化碳 少量, 2个 ATP 在细胞质基质 不需要氧气,需酶

16 呼 吸 作 用 呼吸作用的概念 VS 知识总结 呼吸作用类型 有氧呼吸 无氧呼吸 1、场所 2、条件 3、物质变化 4、能量变化
葡萄糖的初步分解 有氧呼吸 丙酮酸彻底分解 [H]的氧化 呼吸作用类型 葡萄糖的初步分解 无氧呼吸 酒精发酵 丙酮酸不彻底分解 乳酸发酵 VS 1、场所 2、条件 3、物质变化 4、能量变化

17 知识结构 ATP的主要来源 细胞呼吸 细胞呼吸的方式 有氧呼吸 和无氧呼吸 线粒体的结构和功能 有氧呼吸 和无氧呼吸的原理
细胞呼吸原理的应用

18 教学反馈 线粒体 1、葡萄糖彻底氧化分解的主要场所在——————
2、人在剧烈运动时,骨骼肌处于暂时缺氧状态，可以通过无氧呼吸获取能量,此时葡萄糖被分解为—————— 乳酸 与氢结 合生成水，释放能量。 3、在有氧呼吸过程中,氧气的作用是—————— ———————————————— 有氧呼吸 无氧呼吸 4、生物的细胞呼吸可分为—————— 和 ———————两种类型，一般情况下供给肌肉活动的能量是通过—————— 呼吸提供，其能源物质主要是 ———————— 有氧 葡萄糖

19 影响细胞呼吸的外界因素有：温度、O2浓度、CO2浓度、含水量等。
5.食物的保存或保鲜有哪些常见的方法？ ①在储存农产品时，可以在密闭的仓库里CO2、N2，降低温度，或者降低水分含量，以降低呼吸作用，减少有机物的消耗。 ②用清水浸没蔬菜，隔绝空气，制作酸菜。 6.呼吸作用与含水量的关系怎样? 在一定范围内细胞呼吸强度随含水量的增加而加强，随含水量的减少而减弱。 7.呼吸作用与含氧量的关系如何? 在一定范围内，含氧量增加有氧呼吸加强，而无氧呼吸受抑制。

20 A C 课后练习 1、生物的生命活动所需要的能量主要来自： Ａ、糖类的氧化分解 Ｂ、脂类的氧化分解 Ｃ、蛋白质的氧化分解 Ｄ、核酸的氧化分解
2、人体进行有氧呼吸的主要场所是 Ａ、肺细胞 Ｂ、内环境 Ｃ、线粒体 Ｄ、细胞质基质 C

21 低温下，酶的活性受到抑制，从而降低了呼吸作用的强度，减少了有机物的消耗
3、与有氧呼吸相比，无氧呼吸最主要的特点是 Ａ、分解有机物 Ｂ、释放能量 Ｃ、需要酶催化 Ｄ、有机物分解不彻底 D 4、新鲜蔬菜放在冰箱的冷藏室中，适当延长保鲜时间的生理原因是 A、呼吸作用减弱 B、呼吸作用加强 C、光合作用减弱 D、促进了物质的分解 低温下，酶的活性受到抑制，从而降低了呼吸作用的强度，减少了有机物的消耗 A

22 无氧呼吸释放的能量形成2个ATP，有氧呼吸释放的能量形成38个ATP
5、种在湖边的玉米，长期被水淹，生长不好，其原因是 A、根细胞吸收水分过多 B、营养缺乏 C、光合作用强度不够 D、细胞有氧呼吸受阻 植物根细胞要吸收水分和无机盐，无机盐离子是通过主动运输进入植物细胞的，需要能量和载体！！ D 6、同样消耗１mol的葡萄糖，有氧呼吸的能量转化效率是无氧呼吸能量转化效率的 Ａ、20倍 Ｂ、19倍 Ｃ、６倍多 Ｄ、12.7个百分点 B 无氧呼吸释放的能量形成2个ATP，有氧呼吸释放的能量形成38个ATP

23 7、陆生植物不能长期忍受无氧呼吸，其原因是 ①产生的酒精对细胞有毒害作用 ②产生的乳酸对细胞有毒害作用 ③没有专门的无氧呼吸结构
　 ②产生的乳酸对细胞有毒害作用 　 ③没有专门的无氧呼吸结构 ④产生的能量太少 　 A、①②　 B、②③　 C、③④　 D、①④ 8、蛔虫在体外培养难成活的原因是 Ａ、失去运动能力　　　 Ｂ、失去捕食的能力 Ｃ、不能忍受较高氧分压　 Ｄ、感觉太迟钝 大多数植物无氧呼吸产生的是酒精！ 蛔虫是严格的厌氧型生物！

24 9、豌豆发芽的早期，CO２释放量比O２吸收量多３－４ 倍，这是因为种子此时的（ ） Ａ、无氧呼吸比有氧呼吸强 Ｂ、光合作用比呼吸作用强
Ａ、无氧呼吸比有氧呼吸强　 Ｂ、光合作用比呼吸作用强 Ｃ、有氧呼吸比无氧呼吸强　 Ｄ、呼吸作用比光合作用强 10、贮存水果和粮食时，充加CO２或抽取空气，能延长贮存的时间，主要是由于（ ） Ａ、抑制有氧呼吸　 Ｂ、促进有氧呼吸 Ｃ、抑制无氧呼吸　 Ｄ、促进无氧呼吸 无氧呼吸生成酒精不吸收氧气但释放二氧化碳，有氧呼吸吸收的氧气和释放的二氧化碳比例为1 呼吸作用受空气中氧气浓度的影响，采取这些措施是为了降低氧气浓度，从而减弱呼有氧呼吸,

25 教学参考 细胞呼吸指物质在细胞内的氧化分解，具体表现为氧的消耗和二氧化碳、水及三磷酸腺苷（ATP）的生成，又称细胞呼吸。其根本意义在于给机体提供可利用的能量。细胞呼吸可分为3个阶段，在第1阶段中，各种能源物质循不同的分解代谢途径转变成乙酰辅酶A。在第2阶段中，乙酰辅酶A（乙酰CoA）的二碳乙酰基，通过三羧酸循环转变为CO2和氢原子。在第3阶段中，氢原子进入电子传递链（呼吸链），最后传递给氧，与之生成水；同时通过电子传递过程伴随发生的氧化磷酸化作用产生ATP分子。生物体主要通过脱羧反应产生CO2，即代谢物先转变成含有羧基（-COOH）的羧酸，然后在专一的脱羧酶催化下，从羧基中脱去CO2。细胞中的氧化反应可以“脱氢”、“加氧”或“失电子”等多种方式进行，而以脱氢方式最为普遍，也最重要。在细胞呼吸的第1阶段中包括一些脱羧和氧化反应，但在三羧酸循环中更为集中。

26 三羧酸循环是在需氧生物中普遍存在的环状反应序列。循环由连续的酶促反应组成，反应中间物质都是含有3个羧基的三羧酸或含有2个羧基的二羧酸，故称三羧酸循环。因柠檬酸是环上物质，又称柠檬酸循环。也可用发现者的名字命名为克雷布斯循环。在循环开始时，一个乙酰基以乙酰-CoA的形式，与一分子四碳化合物草酰乙酸缩合成六碳三羧基化合物柠檬酸。柠檬酸然后转变成另一个六碳三羧酸异柠檬酸。异柠檬酸脱氢并失去CO2，生成五碳二羧酸α-酮戊二酸。后者再脱去1个CO2，产生四碳二羧酸琥珀酸。最后琥珀酸经过三步反应，脱去2对氢又转变成草酰乙酸。再生的草酰乙酸可与另一分子的乙酰CoA反应，开始另一次循环。循环每运行一周，消耗一分子乙酰基（二碳），产生2分子CO2和4对氢。草酰乙酸参加了循环反应，但没有净消耗。如果没有其他反应消除草酰乙酸，理论上一分子草酰乙酸可以引起无限的乙酰基进行氧化。环上的羧酸化合物都有催化作用，只要小量即可推动循环。凡能转变成乙酰CoA或三羧酸循环上任何一种催化剂的物质，都能参加这循环而被氧化。所以此循环是各种物质氧化的共同机制，也是各种物质代谢相互联系的机制。三羧酸循环必须在有氧的情况下进行。环上脱下的氢进入呼吸链，最后与氧结合成水并产生ATP，这个过程是生物体内能量的主要来源。

27 呼吸链由一系列按特定顺序排列的结合蛋白质组成。链中每个成员，从前面的成员接受氢或电子，又传递给下一个成员，最后传递给氧。在电子传递的过程中，逐步释放自由能，同时将其中大部分能量，通过氧化磷酸化作用贮存在ATP分子中。不同生物，甚至同一生物的不同组织的呼吸链都可能不同。有的呼吸链只含有一种酶，也有的呼吸链含有多种酶。但大多数呼吸链由下列成分组成，即：烟酰胺脱氢酶类、黄素蛋白类、铁硫蛋白类、辅酶Q和细胞色素类。这些结合蛋白质的辅基（或辅酶）部分，在呼吸链上不断地被氧化和还原，起着传递氢（递氢体）或电子（递电子体）的作用。其蛋白质部分，则决定酶的专一性。为简化起见，书写呼吸链时常略去其蛋白质部分。上图即是存在最广泛的NADH呼吸链和另一种FADH2呼吸链。图中用MH2代表任一还原型代谢物，如苹果酸。可在专一的烟酰胺脱氢酶（苹果酸脱氢酶）的催化下，脱去一对氢成为氧化产物M（草酰乙酸）。这类脱氢酶，以NAD+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）或NADP+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）为辅酶。这两种辅酶都含有烟酰胺（维生素PP）。在脱氢反应中，辅酶可接受1个氢和1个电子成为还原型辅酶，剩余的1个H+留在液体介质中。

28 NAD++2H(2H++2e) NADH+H+ NADP++2H(2H++2e) NADPH+H+ 黄素蛋白类是以黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）或黄素单核苷酸（FMN）为辅基的脱氢酶，其辅基中含核黄素（维生素B2）。NADH脱氢酶就是一种黄素蛋白，可以将NADH的氢原子加到辅基FMN上，在NADH呼吸链中起递氢体作用。琥珀酸脱氢酶也是一种黄素蛋白，可以将底物琥珀酸的1对氢原子直接加到辅基FAD上，使其氧化生成延胡索酸。FADH2继续将H传递给FADH2呼吸链中的下一个成员，所以FADH2呼吸链比NADH呼吸链短，伴随着呼吸链产生的ATP也略少。铁硫蛋白类的活性部位含硫及非卟啉铁，故称铁硫中心。其作用是通过铁的变价传递电子：Fe3++e Fe2+。这类蛋白质在线粒体内膜上，常和黄素脱氢酶或细胞色素结合成复合物。在从NADH到氧的呼吸链中，有多个不同的铁硫中心，有的在NADH脱氢酶中，有的和细胞色素b及c1有关。辅酶Q是一种脂溶性醌类化合物，因广泛存在于生物界故又名泛醌。其分子中的苯醌结构能可逆地加氢还原成对苯二酚衍生物，在呼吸链中起中间传递体的作用。

29 细胞色素是一类以铁卟啉（与血红素的结构类似）为辅基的红色或棕色蛋白质，在呼吸链中依靠铁的化合价变化而传递电子：Fe3++e Fe2+。目前，发现的细胞色素有 b、c、c1、aa3等多种。这些细胞色素的蛋白质结构、辅基结构及辅基与蛋白质部分的连接方式均有差异。在典型的呼吸链中，其顺序是b→c1→c→aa3→O2。现在还不能把a和a3分开，而且只有aa3能直接被分子氧氧化，故将a和a3写在一起并称之为细胞色素氧化酶。生物界各种呼吸链的差异主要在于组分不同，或缺少某些中间传递体，或中间传递体的成分不同。如在分枝杆菌中用维生素K代替辅酶Q；又如许多细菌没有完整的细胞色素系统。呼吸链的组成虽然有许多差异，但其传递电子的顺序却基本一致。生物进化越高级，呼吸链就越完善。与呼吸链偶联的ATP生成作用叫做氧化磷酸化。NADH呼吸链每传递1对氢原子到氧，产生3个ATP分子。FADH2呼吸链则只生成2个ATP分子。

30 总结： 1.细胞呼吸的概念： 细胞呼吸（cellular respiration）是指细胞在有氧条件下从食物分子（主要指葡萄糖）中区的能量的过程。 糖类，脂质和蛋白质有机物在活细胞内氧化分解为CO2和水或分解为不彻底的氧化产物，且伴随着能量的释放。 2.细胞呼吸的特点： 有机物在酶的催化下，在温和的条件下氧化分解，能量逐步释放出来，没有出现剧烈的发光，发热现象。 3.细胞呼吸的本质： 氧化分解有机物释放能量 4.细胞呼吸的意义 为生物体的生命活动提供能量;为体内的其他化合物的合成提供原料。

31 5.有氧呼吸： 　　1）概念：指细胞在有氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等的有机物彻底的分解产生二氧化碳和水，释放能量，产生许多的ATP的过程。 　　2）过程：第一阶段：1个分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，同时脱下4个(H)，放出少量的能量，合成2个ATP，其余以热能散失，场所在细胞的基质中。 　　第二阶段：2个分子的丙酮酸和6个分子的水中的氢全部脱下20个（H），生成6分子的二氧化碳，释放少量的能量，合成2个ATP，其余散热消失，场所线粒体机基质。 　　第三阶段：在前两个阶段脱下的24个(H)与6个氧气分子结合成水，并释放大量的能量合成34个ATP，场所在线粒体的基质.(在线粒体内膜上!)

32 谢谢指导!