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1、生物竞赛辅导生物竞赛辅导细胞呼吸专题细胞呼吸专题一、呼吸作用的概念一、呼吸作用的概念细胞呼吸是所有生物都具有的一项重要 的生命活动。其实质是氧化分解有机物，最 终生成二氧化碳或其他产物，并且释放能量 产生ATP的总过程。有氧呼吸 无氧呼吸 细胞呼吸的类型 细胞呼吸有氧呼吸有氧呼吸场所先在细胞质基质内，后在线粒体内 概念指生物细胞在氧气的作用下，通过酶的催化作用把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出CO2和水，同时释放出大量能量的过程。总反应式：C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量（2870kJ） 酶有氧呼吸的全过程有氧呼吸的全过程分子葡萄糖2分子丙酮酸6分子
2、CO22ATP（少量）2ATP（少量）HH12分子H2O6分子O26H2O34ATP（大量）酶酶酶第一阶段第二阶段第三阶段11611161kJ=38ATPkJ=38ATP有氧呼吸的全过程有氧呼吸的全过程场所 反应物 产物 能量第一阶段细胞质基质 葡萄糖丙酮酸 【H】少第二阶段线粒体丙酮酸 H2OCO2 【H】少第三阶段线粒体【H】 H2OH2O多无氧呼吸无氧呼吸概念指在无氧条件下，通过酶的催化作用，生物 细胞把糖类等有机物分解成为不彻底的氧化 产物，同时释放出少量能量的过程。 场所始终在细胞质基质内进行 总反应式 C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量 C6H12O6 2C3H
3、6O3 （乳酸）能量 酶酶无氧呼吸比有氧呼吸释放出的能量要少得多，未释 放的能量储存在酒精或乳酸等不彻底的氧化产物中，酒 精能燃烧，说明酒精中还储存有大量的能量。 无氧呼吸无氧呼吸C6H12O6 2丙酮酸酶2C2H5OH+2CO2+能量酶2C3H6O3 能量第一阶段第二阶段（均在细胞质基质中完成）无氧呼吸的过程 两种无氧呼吸方式的具体实例两种无氧呼吸方式的具体实例说明：微生物的无氧呼吸又称为发酵产生酒精的无氧呼吸常见的例子有：某些水果（如苹果）及某些植物的根在缺氧时酵母菌在缺氧时 产生乳酸的无氧呼吸常见的例子有：马铃薯块茎、甜菜块根和玉米胚在无氧时 动物的肌肉细胞在缺氧时 乳酸菌在无氧时有氧呼
4、吸与无氧呼吸的比较有氧呼吸与无氧呼吸的比较有氧呼吸 无氧呼吸 区别 主要在线粒体中进行 在细胞质基质中进行 需要氧气参与 不需要氧气参与 分解有机物彻底 CO2 H2O 分解有机物不彻底 CO2 酒精 乳酸 释放大量能量 释放少量能量 联系 第一阶段（从葡萄糖到丙酮酸）的过 程和场所（细胞质基质）完全相同；有酶 参与；都产生能量。 细胞呼吸的意义细胞呼吸的意义为生物体的生命活动提供能量。为体内其他化合物的合成提供原料。总论总论丙酮酸葡 萄 糖“糖酵解”不需氧有氧情况无氧情况“三羧酸循环”CO2 + H2O“乳酸发酵”、“酒精发酵” 乳酸或酒精一、一、糖酵解的概述1、糖酵解的概念糖酵解作用：在无
5、氧条件下，葡萄糖进行分解形 成2分子的丙酮酸并提供能量。这一过程称为糖酵 解作用。是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解 途径，也是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径。 也称为EMP途径。v糖酵解是在在细胞质细胞质中进行。不论有氧还中进行。不论有氧还 是无氧条件均能发生。是无氧条件均能发生。1 10 0个酶催化的个酶催化的1 11 1步反应步反应第一阶段： 磷酸已糖的生成(活化)四 个 阶 段第二阶段： 磷酸丙糖的生成(裂解)第三阶段： 3-磷酸甘油醛转变为2-磷酸 甘油酸 第四阶段： 由2-磷酸甘油酸生成丙酮酸二、糖酵解过程(G)已糖激酶ATPADP Mg2+(G-6-P） 葡萄糖磷酸化生成6-磷酸
6、葡萄糖糖酵解过程1已糖激酶(hexokinase)激酶：能够在ATP和任何一种 底物之间起催化作用，转移磷酸 基团的一类酶。已糖激酶：是催化从ATP转移 磷酸基团至各种六碳糖（G、F） 上去的酶。激酶都需离子要Mg2+作为辅助 因子 6- 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖异构化异构化转变为转变为6-6-磷酸果糖磷酸果糖(F-6-P）糖酵解过程1磷酸葡萄糖异构酶(G-6-P） 6- 6-磷酸果糖磷酸果糖再磷酸化再磷酸化生成生成1 1, ,6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖糖酵解过程1(F-1,6-2P）磷酸果糖激酶（PFK）ATPADPMg2+(F-6-P） 磷酸丙糖的磷酸丙糖的生成生成磷酸二羟丙酮3-磷酸甘
7、油醛(F-1,6-2P）醛缩酶 +糖酵解过程2 磷酸丙糖的磷酸丙糖的互换互换糖酵解过程2磷酸二羟丙酮 (dihydroxyacetone phosphate)3-磷酸甘油醛 (glyceraldehyde 3-phosphate)磷酸丙糖异构酶1,6-二磷酸果糖 2 3-磷酸甘油醛上述的5步反应完成了糖酵解的准备阶 段。酵解的准备阶段包括两个磷酸化步骤 由六碳糖裂解为两分子三碳糖，最后都转 变为3-磷酸甘油醛。在准备阶段中，并没有从中获得任何能 量，与此相反，却消耗了两个ATP分子。以下的5步反应包括氧化还原反应、 磷酸化反应。这些反应正是从3-磷酸甘油 醛提取能量形成ATP分子。 3-3-磷
8、磷酸甘油醛酸甘油醛氧化为氧化为1,3- 1,3-二磷二磷酸甘油酸酸甘油酸1,3-二磷酸甘油酸 (1,3- diphosphoglycerate)糖酵解过程33-磷酸甘油醛 (glyceraldehyde 3-phosphate)3-磷酸甘油醛脱氢酶糖酵解 中唯一的 脱氢反应+NADH+H+NAD+HPO4 2-OPO 3 2- 1,3-1,3-二磷二磷酸甘油酸酸甘油酸转变转变为为3-3-磷磷酸甘油酸酸甘油酸糖酵解过程33-磷酸甘油酸激酶3-磷酸甘油酸 (3-phosphoglycerate)这是糖酵解 中第一次 底物水平 磷酸化反应1,3-二磷酸甘油酸 (1,3- diphosphoglyce
9、rate)OPO 3 2-ADPATPMg2+底物磷酸化：这由已经形成的高能磷酸键与 ADP合成ATP的磷酸化类型称为底物磷酸化。其中ATP的形成直接与一个代谢中间物 （1,3-二磷酸甘油酸）上的磷酸基团的转移 相偶联这一步反应是糖酵解过程的第7步反应，也 是糖酵解过程开始收获的阶段。在此过程中 产生了第一个ATP。 3- 3-磷磷酸甘油酸酸甘油酸转变转变为为2-2-磷磷酸甘油酸酸甘油酸3-磷酸甘油酸 (3phosphoglycerat e)糖酵解过程3磷酸甘油酸变位酶2-磷酸甘油酸 (2-phosphoglycerate) 2- 2-磷磷酸甘油酸酸甘油酸脱水脱水形成形成磷磷酸烯醇式丙酮酸酸烯
10、醇式丙酮酸（PEPPEP）磷酸烯醇式丙酮酸（PEP） 2-磷酸甘油酸糖酵解过程4烯醇化酶 (Mg2+/Mn2+ )H2O氟化物能与Mg2+络合 而抑制此酶活性ADPATP Mg2+, K+ 磷磷酸酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸转变转变为烯醇式丙酮酸为烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶 (PK )烯醇式丙酮酸也是第二次底物水平磷酸化反应糖酵解过程4 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸转变转变为丙酮酸为丙酮酸糖酵解过程4ATP磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸ADP丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸 (enolpyruvate)自发进行丙酮酸 (pyruvate)E1:己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶-1 E3: 丙酮酸激酶
11、NAD+ 乳 酸 糖酵解的代谢途径GluG-6-PF-6-PF-1, 6-2P ATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 丙 酮 酸 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸 E2E1E3NADH+H+ 糖酵解过程中糖酵解过程中ATPATP的消耗和产生的消耗和产生2 1葡 萄 糖 6-磷酸葡萄糖6 - 磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙 酮 酸-1反 应 ATP -12 1葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸+2ATP+2NADH+
12、2H+ +2H2O三、糖酵解中产生的能量四、糖酵解意义1、主要在于它可在无氧条件下迅速提供少量的 能量以应急.如:肌肉收缩、人到高原。 2、是某些细胞在不缺氧条件下的能量来源。 3、是糖的有氧氧化的前过程，亦是糖异生作用 大部分逆过程.非糖物质可以逆着糖酵解的途径 异生成糖,但必需绕过不可逆反应。 5、糖酵解也是糖、脂肪和氨基酸代谢相联系的 途径.其中间产物是许多重要物质合成的原料。 6、若糖酵解过度，可因乳酸生成过多而导致乳 酸中毒。1、酵母在无氧条件下将丙酮酸转化为乙醇和CO2。 (l)丙酮酸脱羧五、丙酮酸的去路葡萄糖进行乙醇发酵的总反应式为： 葡萄糖 + 2Pi + 2ADP 2乙醇 +
13、 2CO2 + 2ATPCH3COCOOH CH3CHO + CO2 丙酮酸 乙醛丙酮酸脱羧酶TPPCH3CHO + NADH + H+ 乙醛 CH3CH2OH + NAD+乙醇乙醇脱氢酶Zn+(2)乙醛被还原为乙醇2 2、丙酮酸、丙酮酸还原还原为乳酸为乳酸丙酮酸 (pyruvate)3-磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛脱氢酶Pi 乳酸 (lactate)乳酸脱氢酶NADH+H+NAD +1,3-二磷酸甘油酸OPO 3 23、在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体 生成乙酰CoA，参加TCA循环（柠檬 酸循环），被彻底氧化成C2O和H2O。丙酮酸+NAD+ +CoA 乙酰CoA+CO2+NADH+H+4、转化
14、为脂肪酸或酮体。当细胞 ATP水平较高时，柠檬酸循环的速率 下降，乙酰CoA开始积累，可用作脂 肪的合成或酮体的合成。一.三羧酸循环的概念概念：在有氧的情况下，葡萄糖酵 解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰 CoA。乙酰CoA经一系列氧化、脱 羧，最终生成C2O和H2O并产生能量 的过程.因为在循环的一系列反应中,关键 的化合物是柠檬酸,所以称为柠檬酸 循环,又因为它有三个羧基,所以亦称 为三羧酸循环, 简称TCA循环。由于 它是由H.A.Krebs（德国）正式提出 的，所以又称Krebs循环。六、六、 糖有氧分解（三羧酸循环）糖有氧分解（三羧酸循环）三羧酸循环在线粒体基质中进行的。丙 酮酸通过柠檬
15、酸循环进行脱羧和脱氢反应; 羧基形成CO2,氢原子则随着载体(NAD+、FAD ）进入电子传递链经过氧化磷酸化作用， 形成水分子并将释放出的能量合成ATP。有氧氧化是糖氧化的 主要方式，绝大多数组 织细胞都通过有氧氧化 获得能量。黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）有氧氧化的反应过程有氧氧化的反应过程 糖的有氧氧化代谢途径可分为：葡萄糖酵解、丙酮酸氧化脱羧和三羧酸循环三个阶段。TAC循环 G（Gn） 丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O O ATP ADP 细胞质 基质 线粒体 一、丙酮酸氧化脱羧生成一、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶乙酰辅酶A ANAD+ NADH+H+ 丙酮酸乙酰CoA+ CoA-SH辅酶A+ C O2丙酮酸
