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新人教版 高一
第五章 细胞的能量供应和利用
5.3 细胞呼吸的原理和应用（第二课时）
细胞呼吸
有氧呼吸
无氧呼吸
概括地说，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。
在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程，就是无氧呼吸。
1、概念：有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成CO2和其他产物，并且释放出能量并生成ATP的过程，叫做细胞呼吸。
2、实质：有机物氧化分解，释放能量
一、细胞呼吸的方式
二、有氧呼吸
1、概念
细胞在氧的参与下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生CO2和H2O，释放能量，生成大量ATP的过程。
2、场所
对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式。这一过程必须有氧的参与。有氧呼吸主要场所是线粒体。
线粒体具有内外两层膜，内膜的某些部位向内腔折叠形成嵴，嵴使内膜的表面积大大增加。嵴的周围充满了液态的基质。线粒体的内膜和基质含有许多做与有氧呼吸有关的酶。
二、有氧呼吸
3、过程
第一阶段：1分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，产生少量的[H]，并且释放出少量的能量。这一阶段不需要氧的参与，是在细胞质基质中进行的。
第二阶段：丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H] ，并释放出少量的能量。这一阶段不需要氧直接参与，是在线粒体基质中进行的。
第三阶段：上述两个阶段产生的[H] ，经过一系列的化学反应，与氧结合形成水，同时释放出大量的能量。这一阶段需要氧的参与，是在线粒体内膜上进行的。
葡萄糖的初步分解
C6H12O6
酶
丙酮酸(C3H4O3)+ [H] + 能量（少量）
场所：细胞质基质
①
丙酮酸彻底分解
酶
CO2 +[H] + 能量（少量）
场所：线粒体基质
②
丙酮酸
【H】的氧化
酶
H2O + 能量（大量）
场所：线粒体内膜
③
[H] + O2
+ H2O
4、反应式
有氧呼吸的总反应式：
①有氧呼吸中氧元素的来源和去路：
②有氧呼吸过程中[H]的来源和去路:
[H]=NADH(还原型辅酶I)
A. [H]的来源:有氧呼吸的第 阶段
B. [H]的去路：在第 阶段中与 结合形成水
一、第二
三
氧气
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
酶
4、反应式
这种呈现形式所反映的一些细节是存在问题的，比如有氧呼吸的第一阶段有水生成，但是这种呈现形式表明所有的水都是在第三阶段生成的。另外这种呈现形式可能会让学生误以为产生了24个NADH，而实际上一共只产生了10个NADH。学生还可能根据这种呈现形式将第三阶段理解成NADH直接和氧气结合，而实际上NADH要经过一系列的化学变化（电子传递），最终才能和氧气结合。
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
酶
4、反应式
③特别注意
5.有氧呼吸的能量转化
1mol
葡萄糖
2870kj
有氧呼吸
1161kj
→ 38ATP
其余能量→热能
（维持体温）
能量去向：
热能散失（约60%）
ATP活跃的化学能（约40%）
所以有氧呼吸各物质的比例关系是
葡萄糖：氧：二氧化碳＝1:6:6
这个非常重要，是解决呼吸运算的金条法律。必须要记。
另外，有氧呼吸转化效率是40%
1mol的葡萄糖彻底氧化分解的能量为2870KJ，其中977.28KJ左右的能量储存在 中，另一部分以 形式散失。
ATP
热能
思考：此处1mol葡萄糖氧化分解后储存在ATP中的能量数值发生了变化？
1个葡萄糖分子进行有氧呼吸，第一和第二阶段共生成了10个的NADH和2个的FADH2，同时经由底物水平磷酸化生成4个ATP（其中2个有时是GTP，此处均计算成ATP）。以前认为1个NADH经电子传递链和氧化磷酸化偶联后可以生成3个ATP，而1个FADH2可以生成2个ATP。因此1个葡萄糖氧化分解生成ATP分子的数量就是10×3＋2×2＋4＝38（若考虑糖酵解产生的2个NADH从细胞质基质运输到线粒体中，要经过穿梭系统，穿梭后2个NADH可能转变为2个FADH2，则生成ATP的数量为8×3＋4×2＋4＝36）。
研究表明，每4个H+可以生成1个ATP分子。由于1个NADH经由电子传递链可以将10个H+转运到线粒体膜间隙，而1个FADH2经由电子传递链只能转运6个H+。因此，1个NADH可以生成2.5（10÷4）个ATP，1个FADH2能生成1.5（6÷4）个ATP。这样1个葡萄糖分子氧化分解生成的ATP的量就是10×2.5＋2×1.5＋4＝32（若考虑穿梭损耗则为30）。如果再考虑丙酮酸运输时也要消耗电子传递所建立的质子梯度，实际产生的ATP数量会更少。新教材这里提到1mol葡萄糖氧化分解后的能量有977.28kJ储存在ATP中，这是假定1个葡萄糖分子氧化分解能够生成32个ATP分子（977.28÷30.54＝32）。
思考：此处1mol葡萄糖氧化分解后储存在ATP中的能量数值发生了变化？
思考：葡萄糖能不能在线粒体中氧化分解？
①线粒体膜上没有运输葡萄糖的载体，葡萄糖不能进入线粒体；
②线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。
第二阶段不要氧气的直接参与。这句话的含义是：氧气虽然不是第二阶段的反应物，但是第二阶段需要氧气参与才能持续进行。
思考：教材讲到第二阶段“不需要氧气的直接参与”是什么意思？
思考：丙酮酸如何进入线粒体基质？
不少人认为丙酮酸以自由扩散的方式进入线粒体基质。实际上，丙酮酸可以自由扩散通过线粒体外膜，但内膜却不允许丙酮酸自由通过。在线粒体内膜上存在运输丙酮酸的转运蛋白，丙酮酸转运蛋白将丙酮酸和质子（H+）一起运进线粒体基质，该过程是次级主动运输。
1.线粒体是真核生物进行有氧呼吸的主要场所，能否说生物没有线粒体就无法进行有氧呼吸( )
2.线粒体能直接利用葡萄糖进行氧化分解( )
3.在线粒体内膜利用的【H】只来自于丙酮酸水解( )
4.有氧呼吸中只产生水不消耗水( )
5.有氧呼吸三个阶段均产生ATP，第二阶段产生的ATP最多( )
6.有氧呼吸过程等同于有机物在体外燃烧( )
7.人体骨骼肌细胞在缺氧条件下，细胞呼吸产生的CO2体积多于吸收的O2的体积( )
8.细胞在供糖不足时，无氧呼吸可将脂肪氧化为乳酸或酒精 ( )
×
×
×
有氧呼吸条件温和，能量逐渐释放，部分储存在ATP中
×
×
×
×
×
随堂练习
1.选择酵母菌为实验材料是因为酵母菌是自养、兼性厌氧型微生物，易于培养( )
2.通过设置有氧（对照组）和无氧（实验组）的对照，易于判断酵母菌的呼吸方式( )
3.将进气管、排气管与锥形瓶连接后需要进行气密性检查，确保装置不漏气( )
4.实验可通过检测澄清石灰水是否变浑浊判断细胞呼吸方式( )
5.在有氧和无氧条件下培养酵母菌的培养液温度都升高( )
×
×
√
×
√
随堂练习
无氧呼吸
三、无氧呼吸
2、特点：
①在无氧条件下进行
②有机物不彻底氧化分解
③只能产生少量能量
是指细胞在无氧的参与下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量，产生少量ATP的过程。
1、概念
无氧呼吸的全过程，可以概括地分为两个阶段，这两个阶段需要不同酶的催化，但都是在细胞质基质中进行的。
第一个阶段与有氧呼吸的第一个阶段完全相同。
第二个阶段是，丙酮酸在酶（与催化有氧呼吸的酶不同）的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。无论是分解成酒精和二氧化碳或者是转化成乳酸，无氧呼吸都只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量则存留在酒精或乳酸中。
三、无氧呼吸
C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量
酶
C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+少量能量
酶
3、无氧呼吸过程
三、无氧呼吸
3、无氧呼吸过程
① C6H12O6
2丙酮酸+4[H]+
酶
能量
场所（均在细胞质基质）
②
2丙酮酸
酶1
2酒精（C2H5OH）
+
2CO2
酶2
2乳酸（C3H6O3）
[H]
无氧呼吸过程示意图
①条件：
②场所：
③反应式
无氧
细胞质基质
第一阶段
C6H12O6
酶
2C3H4O3+4[H]+少量能量
第二阶段
酶
2C3H4O3+4[H] 2C2H5OH+ 2CO2
酶
2C3H4O3+4[H] 2C3H6O3
三、无氧呼吸
3、无氧呼吸过程
4、类型
酒精发酵
乳酸发酵
酶
C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+ 2CO2+少量能量
酶
C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+少量能量
（绝大多数植物细胞、酵母菌）
（动物细胞、玉米胚、马铃薯块茎、甜菜块根，乳酸菌等）
三、无氧呼吸
酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫作发酵。产生酒精的叫作酒精发酵，产生乳酸的叫作乳酸发酵。
此外，马铃薯块茎、水稻根、苹果果实等植物器官的细胞以及动物骨骼肌的肌细胞等，除了能够进行有氧呼吸，在缺氧条件下也能进行无氧呼吸。
小资料
马铃薯
1mol
葡萄糖
196.65kj
能量
无氧呼吸
61.08kj
能量
2 ATP
其余能量→热能散失
（维持体温）
5、能量：
能量转换率= 61.08/196.65 = 31%
思考：同样是分解葡萄糖，为何无氧呼吸只能释放少量能量？
大部分能量存留在酒精或乳酸中
知识拓展
在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870kJ的能量，可使977.28kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。
1mol葡萄糖在分解成乳酸以后，只释放出196.65kJ的能量，其中只有61.08kJ的能量储存在ATP中，近69%的能量都以热能的形式散失了。人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肝脏中再次转化为葡萄糖。
小资料
细胞呼吸释放的能量
热能
ATP中的化学能
无氧呼吸
细胞质基质
细胞质基质
思考：无氧呼吸过程中[H]的来源和去路是怎样的？
[H]的来源：无氧呼吸的第一阶段即葡萄糖；
[H]的去路：还原丙酮酸
场所:
场所:
常见的主要进行无氧呼吸的生物或细胞
①只进行无氧呼吸
乳酸菌
破伤风杆菌
哺乳动物成熟红细胞
②主要进行无氧呼吸
种子萌发初期
癌细胞
植物细胞能进行过程①和③或①和④（ ）
真核细胞的细胞质基质能进行过程①和②（ ）
原核细胞不能进行过程②( )
乳酸菌细胞内过程④消耗[H]，并产生少量ATP( )
哺乳成熟的红细胞只能进行过程①和④（ ）
葡萄糖中的能量通过过程①和③一部分转移至ATP，其余的存留在酒精中（ ）
【易错警示】
判断下列说法是否正确
葡萄糖
丙酮酸
CO2+H2O
乳酸
乙醇+CO2
①
②
③
④
√
×
√
×
×
×
呼吸和无氧呼吸的比较
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
条件
产物
能量
特点
相同点 过程 实质 意义 细胞质基质、线粒体
细胞质基质
需O2、多种酶
CO2、H2O
酒精和CO2或乳酸
大量（2870KJ/mol）
少量(196.65或225.94KJ/mol)
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(葡萄糖 丙酮酸)相同
氧化分解有机物，释放能量，产生ATP
为生物体生命活动提供能量
不需O2、多种酶
呼吸和无氧呼吸的比较
有氧呼吸和无氧呼吸的比较
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不 同 点 条件 需氧 无氧条件
场所 细胞质基质(第一阶段)、线粒体(第二、三阶段) 细胞质基质
分解程度 葡萄糖被彻底分解 葡萄糖分解不彻底
产物 CO2、H2O 乳酸或酒精和CO2
能量释放 大量能量 少量能量
相 同 点 反应条件 需酶和适宜温度 本质 氧化分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动所需 过程 第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同 意义 为生物体的各项生命活动提供能量
易错辨析
细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽。
例如，在细胞呼吸过程中产生的中间产物，可转化为甘油、氨基酸等非糖物质；非糖物质代谢形成的某些产物与细胞呼吸中间产物相同，这些物质可以进一步形成葡萄糖。蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。
四、细胞呼吸的意义
有氧呼吸的应用
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栽培松土
根的有氧呼吸产生大量能量促进无机盐(矿质离子)的吸收
有氧呼吸的应用
③稻田定期排水
避免根无氧呼吸产生大量酒精 对细胞产生毒害作用，使其腐烂
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
有氧呼吸的应用
⑤发面
在馒头、面包的制作过程中，利用酵母菌的有氧呼吸，使馒头、面包变得松软可口
无氧呼吸的应用
①选用“创可贴”、透气消毒纱布包扎伤口
为伤口创造有氧的环境，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大量繁殖，引发破伤风
无氧呼吸的应用
③制作酸奶、泡菜等
利用乳酸菌无氧呼吸产生乳酸
教材隐性知识：(1)源于必修1 P93“相关信息”：细胞呼吸过程中产生的[H]是_____________________的简化表示方法。
(2)源于必修1 P94“相关信息”：无氧呼吸过程中，葡萄糖中的能量主要储存在 中；而彻底氧化分解释放的能量主要以_____的形式散失了。
(3)源于必修1 P94“小字部分”：蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过 过程联系起来。
还原型辅酶Ⅰ(NADH)
乳酸或酒精
热能
细胞呼吸

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