高中生物《细胞呼吸》学案2-苏教版必修1.doc

第3节 细胞呼吸

学习目标
1.细胞呼吸的本质和过程。
2.细胞的有氧呼吸和无氧呼吸的区别。
3.呼吸原理的应用。
学习提示
有氧呼吸、无氧呼吸的过程是本节学习的重点和难点。

在生物体内，糖类、脂肪、蛋白质都是能源物质，在这些有机物中含有大量的化学能，但这些化学能并不能被生命活动直接利用，它们必须通过呼吸作用氧化分解，先把释放出的能量转移给细胞的能量“通货”——ATP，储存到ATP的高能磷酸键中，然后，通过ATP为生物体的生命活动直接提供能量，由于呼吸作用是在细胞内进行的，因此也叫细胞呼吸。
一、细胞呼吸的概念
细胞呼吸主要是指糖类、脂质和蛋白质等有机物在活细胞内氧化分解，产生CO2和H2O并释放能量的过程。
二、细胞呼吸的方式
通过“探究酵母菌的呼吸方式”，我们了解到，酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸，在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的CO2和H2O，在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的CO2。
科学家经过大量的实验证实，细胞呼吸可分有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。
（一）有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，把某些有机物彻底氧化分解，产生CO2和H2O同时释放能量的过程。有氧呼吸的主要场所是线粒体。其全过程可分为三个阶段，每个阶段都有相应的酶催化。
第一阶段：一分子C6H12O6分解成两分子丙酮酸，同时产生少量的氢和少量的能量，这个过程在细胞质基质中进行，产生的能量一部分以热能的形式散失掉，另一部分则贮存在ATP中。
C6H12O62C3H4O3+4[H]+少量能量
第二阶段：丙酮酸和水经过一系列反应，分解成CO2和氢，同时释放出少量能量，这些能量也是一部分以热能的形式散失，一部分形成ATP，这个阶段是在线粒体基质中进行的。
2C3H4O3+6H2O6CO2+20[H]+少量能量
第三阶段：前两个阶段产生的24个[H]，经过一系列反应，与氧结合成水，同时释放大量的能量，这些能量中一部分以热能形式散失，一部分形成34个ATP。
24[H]+6O212H2O+大量能量
在细胞内，通过细胞呼吸，1 mol C6H12O6在彻底氧化分解后，共释放2870 kJ的能量，其中有1161 kJ储存在ATP中，其余主要以热能的形式散失掉。据统计，细胞呼吸产生能量的效益高达40%，而内燃机的能量效益只有15%～25%。
若以C6H12O6为底物，则细胞有氧呼吸的总反应式可归纳为：
C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量
（二）无氧呼吸
无氧呼吸是指生活细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把C6H12O6等有机物不彻底地氧化分解成为C2H5OH或乳酸等，同时释放出较少能量的过程。
无氧呼吸最常利用的物质也是C6H12O6，其全过程可以概括为两个阶段，这两个阶段需要不同的酶催化，但都是在细胞质中进行的。
无氧呼吸包括许多类型，但它们有一个共同的特点：那就是氧不是H+和e－的最终受体，并且呼吸底物只是部分地被氧化，所以最终形成的产物有酒精或乳酸等。
无氧呼吸过程中由于有机物氧化分解不彻底，所以能量转化效率较低，例如，1 mol C6H12O6在分解成乳酸时，只释放出196.65 kJ的能量，其中只有61.08 kJ的能量储存到ATP中，近69%的能量都以热能的形式散失掉了。
（三）有氧呼吸和无氧呼吸的异同点
比较项目
有氧呼吸
无氧呼吸
反应场所
先在细胞质基质，后在线粒体
完全在细胞质基质
反应条件
必须有氧、酶
不需要氧，需要酶
物质变化
有机物彻底氧化分解为CO2和水
有机物分解不彻底，成为CO2和酒精或乳酸
能量变化
释放大量能量
释放少量能量
联 系
1.实质上都是，氧化分解有机物，释放能量
2.过程中都有从C6H12O6到丙酮酸这一阶段

知识阅读——呼吸、呼吸作用与发酵
1.呼吸 呼吸是指生物与外界环境进行气体交换的全过程。主要为吸入氧气、排出二氧化碳的过程。人与高等动物有内、外呼吸之分。内呼吸指组织细胞（或体液）之间的气体交换过程。外呼吸指血液与外界空气在肺部等呼吸器官进行的气体交换过程。低等动物也通过各自与环境相适应的呼吸器官或结构进行呼吸。如节肢动物中的蝗虫用气管呼吸，软体动物中的河蚌用鳃进行呼吸，环节动物中的环毛蚓用皮肤呼吸，原生动物中的绿眼虫在无光的条件下通过体表吸收水中的氧气，排出二氧化碳；在光照下则直接利用自身光合作用产生的氧气。原生动物中的草履虫在有光和无光的条件下都是通过体表进行呼吸。
植物虽然没有像动物那样的呼吸器官或结构，但也和动物一样进行着呼吸，即从外界空气中吸入氧气并排出二氧化碳。其气体出入途径有叶片等部位的气孔、茎部皮孔及表皮等。
需氧微生物则直接通过体表进行呼吸。
综上所述，呼吸应该是指生物体的气体交换过程，不应该包括呼吸作用。
2.呼吸作用 呼吸作用是指生物（包括动物、植物和微生物）分解体内复杂的有机物，同时释放能量的过程。因为大部分生物的呼吸作用需要氧气，用来氧化体内的有机物质，并从中摄取能量，因此又称之为氧化作用。某些学科又称生物的呼吸作用为细胞氧化、细胞呼吸或组织呼吸。从现象上看，虽然这些生物名词术语不同，但其实质基本上是一致的。
呼吸作用是生物界所有的生物都具有一项重要的每时每刻都在进行的生命活动。就连干种子（包括那些休眠几十年乃至成百上千年的特别种子及微生物的芽孢），也存在缓慢的甚至是非常微弱的呼吸作用。否则，呼吸作用一旦停止，生命也将结束。
按照生物对氧气要求的不同，可将呼吸作用分为有氧呼吸和无氧呼吸。
（1）有氧呼吸。在有氧的条件下，生物把体内某些有机物质彻底氧化分解，放出二氧化碳，形成水，同时放出能量的过程，称为有氧呼吸。一般来讲，葡萄糖是生物进行有氧呼吸最常用的基质。其过程为：葡萄糖先经糖酵解途径（EMP途径）氧化降解成丙酮酸。然后，丙酮酸通过三羧酸循环进一步氧化。糖酵解及三羧酸循环中产生的还原型辅酶再经生物氧化生成ATP。反应式为：
C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量
人、动物及植物主要是以有氧呼吸的方式获取生命活动所需的能量。有氧呼吸的途径基本相同，都经过前述的三个阶段。
微生物中广泛存在着有氧呼吸，按其与分子氧之间的关系，分为以下几种类型。
①好氧型微生物。生活于有氧的环境中，进行有氧呼吸，如常见的细菌、放线菌、真菌。
②兼性厌氧型微生物。如酵母菌等在有氧或缺氧的条件下均能生活，但以不同的方式获得能量。
酵母菌在缺氧时进行乙醇发酵，有氧时则进行有氧呼吸。因此用酵母菌生产酒精、啤酒要采取隔绝空气或排出氧的措施；而生产大量酵母细胞时则应进行通气培养。
③微嗜氧性微生物。它们在氧分压较低的条件下进行有氧呼吸。如拟杆菌属中的一些种类。
另有一类耐氧菌，不论环境中有无氧气均进行发酵过程，像乳酸菌进行的发酵过程。
有机物通过微生物的有氧呼吸，一般都被彻底氧化成二氧化碳和水。但也有些微生物在有氧呼吸的情况下，对有机物的氧化不彻底。例如，醋酸杆菌在进行有氧呼吸时，氧化的产物不是二氧化碳和水，而是相对分子质量较小的有机物——醋酸等，因此称之为不完全氧化。
（2）无氧呼吸。在无氧条件下，生物（一般指细胞）把体内某些有机物质分解为不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程，称为无氧呼吸。无氧呼吸几乎存在于所有的生物中。
无氧呼吸广泛存在于植物体内。植物在缺氧条件下，在糖酵解过程中形成的丙酮酸会转化成乙醇，并放出二氧化碳。如种子在萌发的初期，在一定限度内可进行无氧呼吸，产生酒精，获得能量。植物受涝害时，根系进行无氧呼吸，由于形成的ATP量少，最终会使植物体内代谢失调，造成植物死亡。高等植物的无氧呼吸除生成酒精以外，也能产生乳酸。如马铃薯块茎、块根、胡萝卜和玉米胚在进行无氧呼吸时，就产生乳酸。水稻等沼泽植物具有较强的无氧呼吸系统。
在人和动物体内也存在着无氧呼吸，但时间都不能过长。例如，人在剧烈运动时，氧气不足，即会进行无氧呼吸，产生乳酸，运动过后人的肌肉有酸疼的感觉，就是乳酸积累的结果。某些寄生动物则只能进行无氧呼吸，不能在有氧气存在的条件下生活，如寄生在人体小肠内的蛔虫、猪肉绦虫、血吸虫等只能进行无氧呼吸，将其体内有机物最终分解成二氧化碳和其他有机物质。

- 3 -
用心 爱心 专心