《第11讲：细胞呼吸剖析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第11讲：细胞呼吸剖析（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3讲 ATP的主要来源细胞呼吸,一、细胞呼吸的概念,细胞呼吸是指有机物在 经过一系列的 ，生成 ，释放出能量并生成 的过程。,细胞呼吸的实质：,分解有机物，释放能量,a、为生物体的生命活动提供ATP（分裂、生长、矿吸、肌收、神冲等） b、为体内其他化合物的合成提供原料（丙酮酸）,意义：,氧化分解,二氧化碳或其他产物,ATP,细胞内,二、细胞呼吸的方式,探究酵母菌细胞呼吸的方式,1实验原理 (1)酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌 氧菌。酵母菌进行有氧呼吸能产生大量的CO2，在进行 无氧呼吸时能产生酒精和CO2。,(2)CO2可使澄清的石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝水 溶液由蓝变
2、绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草 酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养 液中CO2的产生情况。 (3)橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下可与乙醇发生化 学反应，变成灰绿色。,2实验流程 提出问题：酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精的条件是有氧 还是无氧；酵母菌在有氧和无氧条件下细胞 呼吸的产物是什么 作出假设：针对上述问题，根据已有的知识和生活经验 (如酵母菌可用于酿酒、发面等)作出合理的假设,设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系，这样的实验叫做对比实验。 对比实验不设对照组，均为实验组（或互为实验组和对照组），是对照实验的一种特殊形式，即相
3、当于“相互对照实验”。,对比实验,. 该实验为对比实验，有氧和无氧条件下的实验都是实验组。,1、为什么选用酵母菌作为实验材料，而不用小鼠等 2、怎样鉴定有无酒精产生 3、怎样鉴定有无CO2产生 4、如何比较CO2产生的多少 5、乙装置中的B瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，为什么？,酵母菌属于兼性厌氧菌,封口后瓶内有空气，待酵母菌将瓶中的氧气消耗完，以确保无氧呼吸产生的CO2通入澄清石灰水,（1）CO2使澄清石灰水变浑浊 （2）CO2使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄,（1）CO2使澄清石灰水变浑浊的程度 （2）CO2使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄的时间长短,橙色重铬酸钾
4、在酸性条件下与酒精反应，变成灰绿色,本实验的注意几个问题,(6)通入A瓶的空气中不能含有CO2，以保证使第三 个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊完全是由酵母菌 有氧呼吸产生的CO2所致。,（一）有氧呼吸过程,有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。,阶段：,阶段：,阶段：,有氧呼吸三阶段,线粒体基质,线粒体内膜,总反应式:,C6H12O6 + 6O2 + 6H2O,6CO2 + 12H2O,+ 能量,酶,20,细胞质基质,(1)有氧呼吸的三个阶段进行的化学反应都需要不同的酶来催化。有氧呼吸中H2O既是反应物（第
5、二阶段），又是生成物（第三阶段）。第一、二阶段均产生H ，但第三阶段全部与氧气反应，且氧气只参与第三阶段。,(2)对于真核细胞来讲，有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，主要场所是线粒体(第二、三阶段在线粒体中进行)；原核生物无线粒体，有些原核生物仍可进行有氧呼吸。对于原核细胞，有氧呼吸的场所都是在细胞质基质中进行的。,(3)1 mol葡萄糖在体内彻底氧化分解和体外燃烧都能释放出2870kJ的能量，但是体内氧化分解的能量是逐步释放的，其中有1161 kJ的能量贮存在38molATP中，其余的能量以热能的形式散失，以维持体温的恒定。有氧呼吸的三个阶段共同的产物是ATP，第三步,与有氧呼吸第一阶段相
6、同,葡萄糖的初步分解,C6H12O6,酶,+4H + 能量,场所：细胞质基质,（少量）,2CH3COCOOH,丙酮酸,（二）无氧呼吸过程,细胞在没有O2的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底地氧化分解为酒精、CO2或乳酸，释放能量，生成少量ATP的过程。,丙酮酸不彻底分解,场所：细胞质基质,2CH3COCOOH +4H,酶,2C3H6O3(乳酸),A.乳酸发酵(微生物),2CH3COCOOH+4H,2C2H5OH(酒精),+ 2CO2,B.酒精发酵(微生物),酶,无氧呼吸总反应式,C6H12O6,2C3H6O3 + 少量能量,酒精发酵，适用于酵母菌和大多数的植物,乳酸发酵，适用
7、于乳酸菌和动物细胞，高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根等）,C6H12O6,2C2H5OH + 2CO2 + 少量能量,(1)不同生物无氧呼吸的产物不同，其原因在于催化反应的酶不同。微生物的无氧呼吸也称为发酵，但动植物的无氧呼吸不能称为发酵。,(2)只能进行无氧呼吸的真核生物(如蛔虫)，其细胞内无线粒体。,(3)有氧呼吸的三个阶段均有ATP产生，无氧呼吸只在第一阶段产生ATP，在无氧呼吸中，1mol葡萄糖氧化分解为乳酸或酒精时，会释放196.65或225.94KJ的能量，都只有61.08KJ能量产生2molATP ；有H2O生成一定是有氧呼吸，有CO2生成一定不是乳酸发酵。,需要O2、酶
8、和适宜的温度,无需O2，需要酶和适宜的温度,第一阶段在细胞质基质中，第二、三阶段在线粒体中,全过程都在细胞质基质中,CO2和H2O,CO2、酒精或乳酸,1 mol葡萄糖释放能量2 870 kJ，其中1 161 kJ转移至ATP中,1 mol葡萄糖释放能量196.65 kJ(生成乳酸)或225.94 kJ(生成酒精)，其中均有61.08 kJ转移至ATP中,有机物彻底分解， 能量完全释放,有机物没有彻底分解， 能量没完全释放,第一阶段完全相同 实质相同：分解有机物，释放能量 意义相同：为生命活动提供能量，为物质转化提供原料,细胞呼吸状况判断： 不耗O2，但产生CO2，容器内体积增大: 容器气体体
9、积不变 不耗O2， 不产生CO2 CO2释放量=O2消耗量 CO2 释放量O2消耗量时: Vco2/Vo2=4/3: Vco2/Vo24/3: Vco2/Vo24/3:,只进行产酒精的无氧呼吸,只进行产乳酸的无氧呼吸,同时进行产生酒精无氧呼吸和有氧呼吸,二者消耗葡萄糖速率相同,无氧呼吸消耗葡萄糖速率大于有氧呼吸,无氧呼吸消耗葡萄糖速率小于有氧呼吸,只进行有氧呼吸,1呼吸速率 是指单位数量的活体组织，在单位时间内分解有机物的速率。它是植物呼吸作用强弱的指标，一般以测定植物释放二氧化碳或吸收氧气的速率来衡量呼吸速率。 2影响细胞呼吸的内因：遗传酶，表现： (1)不同种类的植物呼吸速率不同，如旱生植
10、物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。 (2)同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同，如幼苗、开花期呼吸速率升高，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，如生殖器官大于营养器官。,三、影响呼吸作用的因素,3影响细胞呼吸的外因：环境因素 (1)温度：温度影响呼吸作用，主要是通过影响呼吸酶的活性来实现的。一般而言，在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强，但超过一定的温度，酶的活性会下降，甚至会变性失活，从而使呼吸作用停止。一般呼吸作用的最适温度为2535 。温度对呼吸速率的影响如图所示。,生产上常利用这一原理在低温下储存蔬菜、水果。 在大棚蔬菜栽培中，夜间适当降低温
11、度，减少有机物消耗，以提高产量。,(2)氧气：氧气直接影响呼吸速率和呼吸的性质。O2浓度为零时只进行无氧呼吸，O2浓度在10%以下，既进行有氧呼吸又是进行无氧呼吸，O2浓度在10%以上，只进行有氧呼吸。O2浓度对呼吸作用方式及速率的影响可用图表示。,耕地等是加强根部和土壤好氧菌的有氧呼吸，有利于植物的生长和对无机盐的吸收。 蔬菜、水果的保质、保鲜采用低氧（5%）保存，此时有氧呼吸较弱而无氧呼吸又受到抑制。,3、CO2浓度,4、含水量,CO2浓度,呼吸作用速率,从化学平衡的角度分析， CO2浓度增加，呼吸速率下降。,在地窖中，氧气浓度低，二氧化碳浓度较高，抑制细胞呼吸，使整个器官的代谢水平降低，
12、有得于保存蔬菜和水果。,在一定范围内，呼吸速率随含水量的增加而加快，随含量水量的减少而减弱。,因此粮油种子的贮藏，必须使种子含水量降低，从面使细胞呼吸降至最低，减少有机物消耗。,细胞呼吸速率的测定与探究 (1)材料：一般是酵母菌、刚萌发的种子和绿色植物或组 织等，仅探究呼吸作用多选择酵母菌和刚萌发的种子。 (2)植物细胞呼吸的指标：植物细胞呼吸吸收O2，释放CO2， CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，毛细 管内的水滴左移(实验装置如下图)。根据单位时间内液 滴左移的体积即可计算呼吸速率。,(3)为防止微生物呼吸对实验结果的干 扰，应将装置进行灭菌，所测种子进 行消毒处理。 (4)
13、对照组的设置：为防止气压、温度 等物理膨胀因素所引起的误差，应 设置对照实验，将所测定的生物灭活 (将种子煮熟)，其他条件均不变。,特别提醒 若选用绿色植物作实验材料，测定细胞呼吸速率，需将整个装置进行遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。,四、细胞呼吸原理的应用,细胞呼吸的中间产物是各种有机物之间转化的枢纽，细胞呼吸原理在生产实践中有广泛的应用。,1.农业生产,2.工业生产,3.医学护理,4.运动健身,1.农业生产,细胞呼吸为植物吸收营养物质、细胞的分裂、植株的生长和发育等提供能量和各种原料，因此，在农业生产上，要设法适当增强细胞呼吸，以促进作物的生长发育。 例：水稻生产中的适时
14、露田和晒田等措施的实质就是为了改善土壤通气条件以增强根系的细胞呼吸。,1.农业生产：粮食储藏和果蔬保鲜,细胞呼吸要消耗有机物，使有机物积累减少。因此，对粮食储藏和果蔬保鲜来说，又要设法降低细胞的呼吸强度，尽可能减少有机物的消耗等。 粮食储藏 果蔬保鲜,粮食储藏,粮食储藏时，要注意降低温度和保持干燥，抑制细胞呼吸，延长保存期限。 例：稻谷等种子含水量超过14.5时，呼吸速率就会骤然增加 ，释放出的热量和水分，会导致粮食霉变。,果蔬保鲜,为了抑制细胞呼吸，果蔬储藏时采用降低氧浓度、冲氮气或降低温度等方法。 例：苹果、梨、柑、橘等果实在01时可储藏几个月不坏；荔枝一般只能短期保鲜，但采用低温速冻等方
15、法可保鲜68个月。 农村广泛采用密闭的土窖保存水果蔬菜，也是利用水果自身产生的二氧化碳抑制细胞呼吸的原理。,2.工业生产：发酵技术,生产啤酒、果酒和白酒等 生产乳酸类、柠檬酸类饮料 生产味精、酱油和醋 生产单细胞蛋白 应用于垃圾、废水的处理 利用发酵产生沼气,包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”等敷料 被绣钉扎伤，或者皮肤损伤较深，要及时到医院治疗：清理伤口、敷药并注射破伤风抗毒血清,3.医学护理,剧烈运动后上肢和下肢骨骼肌往往会产生什么感觉？,这是因为高等动物和人体在剧烈运动时，尽管呼吸运动和血液循环都大大加强了，但是仍不能满足骨骼肌对氧气的需要，这时骨骼肌内就会出现无氧呼吸。酸胀感觉就是其产物乳酸过多刺激所致。 在无氧呼吸中，葡萄糖氧化分解时所释放的能量，比有氧呼吸时少很多。,.运动健身,酸 胀,有氧运动是指人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。人体细胞通过有氧呼吸可以获得较多能量。 百米冲刺和马拉松长跑等无氧运动，是人体细胞在缺氧条件下进行的高速运动。无氧运动中，肌细胞因氧不足，靠乳酸发酵来获取能量。,.运动健身,
