課程內(nèi)容:
《ATP的主要來源——細胞呼吸》
細胞的能量“通貨”是ATP。ATP分子高能磷酸鍵中能量的主要來源是呼吸作用。由于呼吸作用是在細胞內(nèi)進行的,因此也叫細胞呼吸。
細胞呼吸是指有機物在細胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解,生成二氧化碳或其他產(chǎn)物,釋放出能量并生成ATP的過程。
細胞呼吸的方式
細胞呼吸是否需要氧?生物在有氧和無氧條件下是否都能進行細胞呼吸呢?
酵母菌在有氧和無氧條件下都能進行細胞呼吸。在有氧條件下,酵母菌通過細胞呼吸產(chǎn)生大量的二氧化碳和水;在無氧條件下,酵母菌通過細胞呼吸產(chǎn)生酒精,還產(chǎn)生少量的二氧化碳。
科學家通過大量的實驗證實,細胞呼吸可分為有氧呼吸和無氧呼吸兩種類型。
有氧呼吸
對于絕大多數(shù)生物來說,有氧呼吸是細胞呼吸的主要形式,這一過程必須有氧的參與。有氧呼吸的主要場所是線粒體。線粒體具有內(nèi)、外兩層膜,內(nèi)膜的某些部位向線粒體的內(nèi)腔折疊形成嵴,嵴使內(nèi)膜的表面積大大增加。嵴的周圍充滿了液態(tài)的基質(zhì)。線粒體的內(nèi)膜上和基質(zhì)中含有許多種與有氧呼吸有關的酶。
有氧呼吸最常利用的物質(zhì)是葡萄糖,其反應式可以簡寫成:
有氧呼吸的全過程十分復雜,可以概括地分為三個階段,每個階段的反應都有相應的酶催化。
第一個階段是,1分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸,產(chǎn)生少量的【H】,并且釋放出少量的能量。這一階段不需要氧的參與,是在細胞質(zhì)基質(zhì)中進行的。
第二個階段是,丙酮酸和水徹底分解成二氧化碳和【H】,并釋放出少量的能量。這一階段不需要氧的參與,是在線粒體基質(zhì)中進行的。
第三個階段是,上述兩個階段產(chǎn)生的【H】,經(jīng)過一系列的反應,與氧結(jié)合形成水,同時釋放出大量的能量。這一階段需要氧的參與,是在線粒體內(nèi)膜上進行的。
概括地說,有氧呼吸是指細胞在氧的參與下,通過多種酶的催化作用,把葡萄糖等有機物徹底氧化分解,產(chǎn)生二氧化碳和水,施放能量,生成許多ATP的過程。同有機物在生物體外的燃燒相比,有氧呼吸具有不同的特點:有氧呼吸是在溫和的條件下進行的;有機物中的能量是經(jīng)過一系列的化學反應逐步釋放的;這些能量有相當一部分儲存在ATP中。
無氧呼吸
除酵母菌以外,還有許多種細菌和真菌能夠進行無氧呼吸。此外,馬鈴薯塊莖、蘋果果實等植物器官的細胞以及動物骨骼肌的肌細胞等,除了能夠進行有氧呼吸,在缺氧條件下也能進行無氧呼吸。一般地說,無氧呼吸最常利用的物質(zhì)也是葡萄糖。
無氧呼吸的全過程,可以概括地分為兩個階段,這兩個階段需要不同酶的催化,但都是在細胞質(zhì)基質(zhì)中進行的。第一個階段與有氧呼吸的第一個階段完全相同。
第二個階段是,丙酮酸在不同酶的催化作用下,分解成酒精和二氧化碳,或者轉(zhuǎn)化成乳酸。
無論是分解成酒精和二氧化碳或者是轉(zhuǎn)化成乳酸,無氧呼吸都只在第一階段釋放出少量的能量,生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量則存留在酒精或乳酸中。
無氧呼吸的反應式可以概括為以下兩種:
酵母菌、乳酸菌等微生物的無氧呼吸也叫做發(fā)酵。產(chǎn)生酒精的叫做酒精發(fā)酵;產(chǎn)生乳酸的叫做乳酸發(fā)酵。
請你參照有氧呼吸的概念,用準確而簡練的語言概括無氧呼吸的定義,并嘗試設計一個比較有氧呼吸和無氧呼吸異同點的簡明表解。
細胞呼吸原理的應用
請你分析下面的資料,了解細胞呼吸的原理在生活和生產(chǎn)中的應用。
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孫老師
女,中教高級職稱
市優(yōu)秀教師,優(yōu)秀班主任,骨干教師,先進工作者,所撰寫的論文多次獲省優(yōu)秀論文一等獎。