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第3节 细胞呼吸—能量的转化和利用
第1课时
第三章 细胞中能量的转换和利用
苏 教 版 | 选 择 性 必 修 1
壹
阐述有氧呼吸三个阶段的物质和能量变化。
贰
阐明无氧呼吸的过程和类型。
生物体一切生命活动所需的能量主要与细胞呼吸有关。
思考
细胞呼吸是如何释放能量的？这些能量又是如何被转化和利用的呢？
①C瓶石灰水变浑浊，说明__________________________
②钟罩内温度上升，说明______________________________
小鼠细胞呼吸产生了CO2
细胞呼吸过程中产生了热能
思 考：
动物细胞呼吸会产生CO2,和释放能量吗
A
氢氧化钾溶液
B
石灰水
C
石灰水
空气泵
什么是细胞呼吸？又有哪些种类？
除去空气中的CO2
检测是否除尽CO2
检测生成的CO2
积极思维：
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为CO2或其他物质，同时释放能量并生成ATP的过程。
2.实质:
储存在有机物中的能量
直接利用的能量（ATP）
细胞呼吸
3.类型:
无氧呼吸
有氧呼吸
一、细胞呼吸的概念及种类
1.概念:
科学家实验证明：把酵母菌转至无氧条件下培养，线粒体数目减少，大量的嵴会消失，线粒体变为很小的无功能的囊泡。如果重新给这些酵母菌供氧，线粒体又能生成嵴，恢复正常形态，且数量也增加，此时细胞代谢增强。
资料1
根据资料1推出：线粒体与哪种呼吸类型有关？
二、细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径
含有多种与有氧呼吸有关的酶
1.线粒体的结构示意图
①
②
③
④
外膜
内膜
线粒体基质
嵴
疑问：葡萄糖直接在线粒体中被分解吗？
思考：
（1）①②号试管的产物为什么不同
（2）③号试管中的葡萄糖不能分解说明什么
（3）葡萄糖在什么场所能被分解利用 分解产物有哪些
（4）为什么①②号试管会产生荧光
葡萄糖在细胞质基质中分解产生丙酮酸，并释放少量能量
图1 探究葡萄糖的分解场所
英国生理学家A V 希尔,德国生物化学家O 迈尔霍夫、O 瓦尔堡等许多科学家经历了约20年，从每一个具体的化学变化及其所需用的酶、辅酶以及化学能的传递等各方面进行探讨，认识到在所有生物体细胞中，葡萄糖是经历了同样的过程转变为丙酮酸的，这个过程发生在细胞质基质中，被称为糖酵解。
资料2
第一阶段：糖酵解
场所：细胞质基质
NADH（常表示为[H]）：还原型辅酶Ⅰ，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，一种特殊的核苷酸。由于NADH携带了电子和氢离子，因此具有较强的还原性，在后续的反应中还会解离出电子和氢离子用于反应
C6H12O6
2C3H4O3 + 4[H]+少量能量
酶
丙酮酸
细胞质基质
2.有氧呼吸过程
图2 探究丙酮酸的分解场所
疑问：丙酮酸在哪里继续分解？
思考：
（1）丙酮酸在什么场所被分解 分解产物有哪些
（2）④⑤⑦号试管产生荧光的原因是什么 荧光强弱为什么会有区别？
丙酮酸在线粒体基质中分解产生CO2、释放少量能量
20世纪30年代，克雷布斯和约翰逊在谢菲尔德大学对鸽子胸肌悬浮液进行实验，发现柠檬酸循环（又叫三羧酸循环），获得1953年诺贝尔生理学或医学奖。
资料 3
简化图解
第二阶段
场所：线粒体基质
2C3H4O3+ 6H2O
6CO2 + 20[H]+少量能量
酶
线粒体基质
这一阶段把糖类、蛋白质和脂肪等物质代谢联系起来，也是能量代谢的枢纽。
2.有氧呼吸过程
疑问：O2在哪里消耗？
线粒体内膜上的氧气与[H]发生了反应，生成了水
资料3
研究发现，氰化物可以破坏线粒体内膜上的部分蛋白质的结构功能，导致组织细胞不能利用O2。
图2 探究丙酮酸的分解场所
有氧呼吸的第三阶段的反应主要有两方面：一方面前两阶段产生[H]在线粒体基质分离为电子和氢离子，电子在线粒体内膜的蛋白复合体之间进行传递，传递过程中将氢离子由线粒体基质泵入膜间隙，使得膜间隙的氢离子浓度更高，电子失去能量后跟氢离子和氧气结合生成了水；另一方面，氢离子顺着浓度梯度又由膜间隙流回到线粒体基质，同时推动ATP合成酶合成ATP。
资料4
思考：
电子的最初供体是和最终受体分别是什么？
NADH、O2
第三阶段
场所：线粒体内膜
24[H]+ 6O2
12H2O+大量能量
酶
线粒体内膜
2.有氧呼吸过程
C6H12O6
①
6CO2
少量能量
ATP
热量
酶
6H2O
20[H]
12H2O
大量
能量
ATP
热量
③
少量能量
ATP
热量
6O2
酶
细胞质基质
②
2丙酮酸
酶
线粒体基质
线粒体内膜
总结有氧呼吸的总反应方程式
4[H]
有氧呼吸过程
葡萄糖
丙酮酸
酶
多种酶参与
释放
释放
释放
少量能量
少量能量
大量能量
在多种酶的催化下,[H]经过一系列化学反应，与O2结合
H2O
CO2
第一阶段
第三阶段
第二阶段
阶段 项目 第一阶段 （糖酵解） 第二阶段 （柠檬酸循环） 第三阶段
(氧化磷酸化)
场 所
反应物
生成物
ATP产生量
葡萄糖
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
丙酮酸+H2O
［H］+O2
丙酮酸+［H］
CO2+［H］
H2O
少量
少量
大量
1.有氧呼吸概念：在氧的参与下，细胞内的有机物______氧化分解产生二氧化碳和水，同时释放______，生成______ATP的过程。
彻底
能量
大量
自主梳理
2.以葡萄糖为底物进行有氧呼吸的总反应式写为：
C6H12O6 +6O2 +6H2O 6CO2+12H2O+大量能量
酶
场所：
反应物：
条件：
产物：
细胞质基质、线粒体
酶，氧气
葡萄糖、水
H2O 、CO2 大量能量
细胞有氧呼吸是绝大多数生物获取能量的主要途径。例如：动物和植物的细胞呼吸方式主要为有氧呼吸。
思考：如果用18O标记O2，那么在有氧呼吸产物中最先检测到18O是什么？较长时间后还有可能在什么产物中检测到的18O？为什么？
H218O
C18O2
2. 场所：
细胞质基质
3. 过程：（2个阶段）
1.概念：
+
C6H12O6
2C3H4O3
4[H]
能量（少量）
酶
第一阶段
细胞质基质
+
与有氧呼吸第一阶段完全相同!
由于酶的种类不同
酶2
2C3H4O3 + 4 [ H ]
第二阶段
细胞质基质
酶1
2C2H5OH(酒精) + 2CO2
2C3H6O3(乳酸)
不产生能
或
在无氧或缺氧条件下，细胞通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为乙醇（C2H5OH）和CO2，或分解为乳酸（C3H6O3）等物质，同时释放较少能量的过程。
三、细胞无氧呼吸也为生命活动提供能量
4.无氧呼吸总反应式
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量
酶
例：酵母菌、大多数植物（水稻、苹果等）。
例：乳酸菌、动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等。
1mol 葡萄糖
61.08kJ
热能
乳酸或酒精
大部分能量存留在 或 中
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量
酶
乳酸
酒精
无氧呼吸仅第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。
注意
人体肌细胞无氧呼吸产生的的乳酸，能在肝脏中再次转化为葡萄糖。
5.能量转化
196.65(kJ)
ATP
释放的能量
6.习惯上把微生物的无氧呼吸称作发酵。（植物的无氧呼吸不）
酒精发酵
乳酸发酵
酵母菌无氧条件下
乳酸菌
酿酒
制作酸奶、泡菜
类型 有氧呼吸 无氧呼吸
不 同 点 反应条件 外因： 内因： 外因： 内因：
反应场所
分解产物
释能多少
特点 有机物 分解， 能量 释放
相同点 ①反应条件： ②场所及过程： 阶段完全相同； ③本质： ④作用： O2
酶
酶
细胞质基质、线粒体（主要）
无氧或缺氧
细胞质基质
有机物没有彻底分解，能量没完全释放
CO2+H2O
CO2+酒精 / 乳酸
大量能量
少量能量
都需要酶和适宜的温度；
第一
分解有机物，释放能量；
为生命活动提供能量
完全
完全
有氧呼吸和无氧呼吸的比较
细胞呼吸
概念
方式
有氧呼吸
生物体内的有机物(糖类，脂类，蛋白质等)在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳或其他产物，并且释放能量的总过程。
无氧呼吸
葡萄糖
酶
2丙酮酸
少量能量
4〔H〕
+
+
1：
6CO2
6H2O
酶
2丙酮酸
少量能量
20〔H〕
+
+
+
2：
6O2
12H2O
酶
大量能量
24〔H〕
+
+
3：
C6H12O6 → 2C2H5OH +2CO2 +能量
酶
C6H12O6 → 2C3H6O3+能量
酶
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
总式：
酶
1.下列有关植物细胞呼吸作用的叙述，正确的是（ ）
A.分生组织细胞的呼吸速率通常比成熟组织细胞的小
B.若细胞既不吸收O2也不放出CO2，说明细胞已停止无氧呼吸
C.适当降低氧浓度可降低果实的有氧呼吸进而减少有机物的消耗
D.利用葡萄糖进行有氧呼吸时，吸收O2与释放CO2的摩尔数不同
C
2.下列关于呼吸作用的叙述，正确的是（ ）
A.有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水
B.乳酸菌无氧呼吸的终产物是酒精和CO2
C.无氧呼吸第一阶段有[H]产生，第二阶段有[H]的消耗
D.相同质量脂肪比糖原有氧氧化释放的能量少
C
3.下图为真核细胞中的细胞呼吸示意图（底物全为葡萄糖），其中①②③④⑤表示生理过程，下列叙述不正确的是（　　 ）
A. ①②③发生在细胞质基质中，④⑤发生在线粒体中
B. ①②③④生成的ATP量较少，⑤生成的ATP量较多
C. ④阶段水中的氧原子会转移到终产物CO2中去
D. O2不足时，人体骨骼肌细胞产生的CO2量等于消耗的O2量
B

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