ATP的主要来源--细胞呼吸

ATP的主要来源——细胞呼吸.

一、细胞呼吸: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.

1．本质:细胞内有机物的氧化分解,并释放能量.

二、释放的能量大部分以热能散失:

1．皮肤的毛细血管的舒张;

2．皮肤的汗腺的分泌;

3．呼吸、排泄、排便.

三、类型:依据是否需要氧气参与:有氧呼吸;无氧呼吸.

四、区别:

1．呼吸:通过呼吸运动吸入氧气,排出二氧化碳的过程.

2．呼吸运动:胸廓有节律地扩大和缩小,从而完成吸气和呼气的活动.

五、探究酵母菌细胞呼吸的方式:

1．实验原理:

（1）酵母菌:

① 单细胞真菌,单细胞真核生物.

② 兼性厌氧菌:有氧无氧均可生存.

③ 应用:

1）酿酒:先有氧呼吸,让酵母菌繁殖;再无氧呼吸,发酵酒精.

2）发面:有氧呼吸,放出大量二氧化碳,使馒头、面包松软.

（2）以葡萄糖为底物时,通过酵母菌在有氧和无氧的条件下,测定细胞呼吸的产物,来确定酵母菌细胞呼吸方式.

（3）反应式:

① C6H12O6＋6H２O＋6O２→(酵母菌)6CO2＋12H２O＋能量;

② C6H12O6→(酵母菌)2C2H5OH+2CO2＋能量.

（4）检测:

① 二氧化碳:

1）试剂:澄清石灰水;现象,变混浊,混浊程度可确定二氧化碳多少.

2）试剂:溴麝香草酚蓝水溶液;现象,由蓝变绿再变黄,据变色时间长/短确定二氧化碳量的少/多.

② 酒精:

1）试剂:重铬酸钾溶液(酸性条件下).

2）现象:橙色变成灰绿色.

3）操作:2毫升待测液于试管中;滴加0.5毫升溶有0.1克重铬酸钾的浓硫酸溶液(95-97%);轻轻振荡,使混合均匀;观察颜色变化.

4）应用:查酒驾、醉驾.

2．设计思路:

（1）对比实验:≧2实验组,通过结果的比较分析,来探究某种因素与实验对象的关系.

3．实验变量:

（1）变量控制:

① 有氧呼吸:橡皮球或气泵,间歇性地依次通过3个锥形瓶(50min);空气的通入,保证氧气的充分供应.

② 无氧呼吸:封口放置一段时间,先将锥形瓶内氧气消耗完;再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶.

（2）无关变量控制:

① 有氧呼吸:空气通入氢氧化钠溶液中,除去二氧化碳;

② 无氧呼吸:排除有氧呼吸的干扰.

（3）自变量:氧气的有无.

（4）因变量:酵母菌的呼吸产物,即产生二氧化碳的多少、酒精的有无.

（5）无关变量:温度、pH、常压、营养物质的浓度和总量等,保证酵母菌的正常生活.

4．配制酵母菌培养液:

（1）10克新鲜的食用酵母菌;

（2）加入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液:

① 必须将煮沸的葡萄糖溶液冷却到常温.

② 煮沸杀菌消毒,排除干扰.

③ 去除水中的氧,排除干扰.

④ 冷却到常温,避免杀死酵母菌.

5．实验现象:

（1）甲乙两组装置,AB两个实验反应的锥形瓶,1、2两个检测酒精的试管.

（2）甲乙两装置中澄清石灰水变混浊,但甲快且程度高.

（3）2号试管由橙色变成灰绿色,1号不变色.

6．实验结论:

（1）酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸;

（2）有氧,酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水;

（3）无氧,酵母菌通过细胞呼吸产生酒精,少量二氧化碳.

7．注意事项:

（1）25-35℃条件下进行实验,酶活性最高,生命活动旺盛,细胞呼吸明显.

（2）导管的连接:长进短出,气体与溶液充分接触,使反应充分;短进长出,排水测气体的体积;排气管,保证常压.

六、有氧呼吸:绝大多数生物细胞在氧的参与下,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.

七、过程.

1．阶段一:葡萄糖的初步分解.

（1）场所:细胞质基质.

（2）反应物:1葡萄糖

（3）酶1.

（4）生成物:2丙酮酸;4还原型氢.

（5）释放能量:少量,形成2ATP.

（6）是否需氧:不.

（7）反应式:C6H12O6→(酶)2C3H4O3+4[H]+能量(2ATP).

2．阶段二:丙酮酸的彻底分解.

（1）场所:线粒体基质.

（2）反应物:2丙酮酸;6水.

（3）酶2.

（4）生成物:20还原型氢;6二氧化碳.

（5）释放能量:少量,形成2ATP.

（6）是否需氧:不.

（7）反应式:2C3H4O3+6H2O→(酶)6CO2+20[H]+能量(2ATP).

3．阶段三:[H]的氧化.

（1）场所:线粒体内膜.

（2）反应物:24还原型氢;6氧气.

（3）酶3.

（4）生成物:12水.

（5）释放能量:大量,形成34ATP.

（6）是否需氧:是.

（7）反应式:24[H]+6O2→(酶)12H2O+能量(34ATP) .

4．总反应式:

C6H12O6＋6H２O＋6O２→(酶)6CO2＋12H２O＋能量(38ATP)

阶一:细胞质基质中葡萄糖初步分解,1C6H12O6→(酶)4[H]+2C3H4O3+2ATP,无氧

阶二:线粒体基质中丙酮酸彻底分解,6H２O+2C3H4O3→(酶)20[H]+6CO2+2ATP,无氧

阶三:线粒体内膜上[H]的氧化,6O２+24[H]→(酶)12H２O+34ATP,有氧

多种酶

记忆法:C(C6H12O6)H(H２O)O(O２)依次生成C(CO2)HO(H２O)+ATP

（1）反应前后的水不可以消去,不是同一个反应.

（2）原核生物在细胞质中进行.

5．能量转换:

（1）1摩尔葡萄糖彻底氧化分解释放2870千焦能量.

（2）其中,1161千焦的能量贮存在ATP中,形成38摩尔ATP.

（3）其余以热能的形式散失,用来维持体温恒定.

（4）利用率为40.45%.

6．同有机物的燃烧相比:

（1）温和的条件下进行.

（2）能量经过一系列化学反应,逐步释放.

（3）部分能量储存在ATP中.

八、无氧呼吸:酵母菌,部分细菌、真菌,部分植物器官,肌细胞(剧烈运动),在无氧的条件下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等有机物,不彻底氧化分解,产生酒精和二氧化碳或乳酸,释放少量能量,生成少量ATP的过程.

九、过程:

1．阶段一(同有氧呼吸).

2．阶段二:丙酮酸的不彻底分解.

（1）场所:细胞质基质.

（2）反应路径1:

① 酶4.

② 生成物:2酒精;2二氧化碳.

③ 反应式:2C3H4O3+4[H]→(酶)2C2H5OH+2CO2.

④ 生物举例:大多数植物细胞,高等绿色植物.酵母菌.

（3）反应路径2:

① 酶5.

② 生成物:2乳酸.

③ 反应式:2C3H4O3+4[H]→(酶)2C3H6O3.

④ 生物举例:玉米的胚;马铃薯块茎;甜菜块根;动物细胞;乳酸菌.

（4）释放能量:不.

（5）是否需氧:不.

3．总反应式:

（1）C6H12O6→(酶)2C3H6O3+能量(2ATP) .

（2）C6H12O6→(酶)2C2H5OH+2CO2＋能量(2ATP) .

（3）产生的乳酸或酒精不多,过多引起细胞死亡.

4．发酵:酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸.

（1）分类:酒精发酵,产生酒精的发酵;乳酸发酵,产生乳酸的发酵.

5．能量转换:

（1）1摩尔葡萄糖在无氧条件下不彻底氧化分解形成2摩尔ATP.

（2）能量利用率31%.

（3）大量的能量贮存在不彻底的氧化产物酒精或乳酸中.

（4）其余以热能的形式散失.

十、细胞呼吸的意义:

1．为生物体各项生命活动提供直接能源物质——ATP.

2．为体内的其他化合物的合成提供原料.

3．维持恒温动物的体温.

十一、细胞呼吸原理的应用:

1．有氧呼吸:

（1）提倡有氧运动:不会因剧烈运动时无氧呼吸积累过多的乳酸而使肌肉酸胀乏力.

（2）农作物栽培时及时松土透气:利用根的有氧呼吸、促进无机盐的吸收.

（3）稻田定期排水:定期排水避免根无氧呼吸产生大量酒精对细胞产生毒害,使其腐烂;有氧呼吸使根主动吸收无机盐.

（4）生产醋酸、味精等:利用醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌的有氧呼吸.

（5）发面:在馒头、面包的制作中,利用酵母菌的有氧呼吸,使其松软可口.

2．无氧呼吸:

（1）“创可贴”、纱布包扎伤口:创造有氧环境,避免厌氧菌的繁殖,有利于伤口的愈合.

（2）伤口过深或被锈钉扎伤,需及时治疗:避免破伤风芽孢杆菌进行无氧呼吸而繁殖引起破伤风.

（3）制作酸菜、酸奶、泡菜等:利用乳酸菌无氧呼吸产生乳酸.

（4）酒精发酵:早期要通气,有利于酵母菌的繁殖;后期密闭,利用酵母菌无氧呼吸产生酒精.

十二、细胞呼吸的影响因素及应用:

1．内部因素——遗传因素:

（1）遗传因素决定酶的种类和数量,进而影响呼吸的类型、速率等.

（2）不同种类的植物呼吸速率不同:旱生植物小于水生植物;阴生植物小于阳生植物.

（3）同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同:幼苗期、开花期呼吸速率升高,成熟期呼吸速率下降.

（4）同一植物的不同器官呼吸速率不同:生殖器官大于营养器官.

2．外界因素:

（1）呼吸速率:单位时间内分解有机物的量,释放二氧化碳或吸收氧气的速率来衡量.

（2）温度影响酶的活性来影响呼吸速率.应用:低温储藏蔬菜、水果;大棚蔬菜,夜间降温,来降低细胞呼吸,减少有机物的消耗.

（3）氧气浓度:

① 无氧呼吸:随氧气浓度增加,无氧呼吸受抑制;氧气浓度越高,抑制作用越强;氧气达到一定值时,无氧呼吸完全抑制.

② 有氧呼吸:氧气是有氧呼吸的原料之一;在一定范围内,随着氧气浓度的增加,有氧呼吸速率增强;饱和现象.

③ 应用:降低氧气浓度来抑制细胞呼吸,减少有机物的消耗,延长蔬菜、水果的储藏时间.

（4）二氧化碳浓度:二氧化碳是细胞呼吸的产物,随着其浓度增大,对细胞呼吸抑制作用增强.应用:储藏粮食时,适当增大二氧化碳浓度,可抑制细胞呼吸,减少有机物消耗.

（5）水:有氧呼吸的原料;在一定范围内,细胞呼吸速率随含水量的增加而增大,随含水量的减少而减小;当含水量超过一定的范围时,细胞呼吸会受到抑制,甚至造成死亡.

十三、呼吸测定:

1．对照实验:

（1）装置一:广口瓶中,放置生物培养液,瓶口用带孔的橡胶盖盖住:一孔中插入玻璃管,管中用带颜色的液滴进行液封;另一孔中插入带活塞的玻璃管,充氧、氮、密封等.广口瓶中,放置氢氧化钠溶液.

（2）装置二:将氢氧化钠换成清水.

（3）可插入温度计:测定呼吸产的热量,需要保湿措施.

2．实验原理:

（1）细胞呼吸过程中气体的消耗与产生会引起装置内的气体量发生改变;

（2）氢氧化钠吸收二氧化碳:装置一中,液滴左移代表呼吸作用消耗氧气,移动的距离代表消耗量.

（3）清水不吸收氧气和二氧化碳:装置二中,液滴移动的距离代表产生二氧化碳和吸收氧气的气体量的差值.

3．结果分析:

（1）装置一左移,装置二不动:只进行有氧呼吸;装置一,把氧气耗尽,且排出的二氧化碳被氢氧化钠吸收,总气体量减少;装置二,有氧呼吸时耗尽的氧气与产生的二氧化碳量一样,总气体量不变.

（2）装置一不动,装置二右移:只进行无氧呼吸;装置一,无氧呼吸时,不消耗氧气,排出的二氧化碳被氢氧化钠吸收,总气体量不变;装置二,无氧呼吸时,不消耗氧气,排出二氧化碳,总气体量增加.

（3）装置一左移,装置二右移:既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸;

① 装置一:有氧呼吸时,消耗氧气,生成的二氧化碳被吸收,总气体量减少;当氧气耗尽,进行无氧呼吸,排出二氧化碳被吸收,总气体量减少.

② 装置二:有氧呼吸时,消耗氧气,生成等量二氧化碳,总气体量不变;当氧气耗尽,进行无氧呼吸,排出二氧化碳,总气体量增加.

（4）装置一不动,装置二不动:无呼吸作用,生物死亡.