細胞呼吸依據(jù)是否需要氧氣分為有氧呼吸和無氧呼吸兩大類型。它既是ATP主要來源也是前后知識的紐帶,對于細胞的正常生命活動來說不可或缺,F(xiàn)對細胞呼吸相關(guān)知識作以表解梳理,以便同學(xué)們能夠綜合掌握本部分內(nèi)容。
1 細胞呼吸——基礎(chǔ)篇
1.1 有氧呼吸過程三階段的比較
比較階段
場所
反應(yīng)物
生成物
釋放能量
需氧與否
第一階段
細胞質(zhì)基質(zhì)
主要是葡萄糖
丙酮酸+少量的[H]
少量2ATP
不需要
第二階段
線粒體基質(zhì)
丙酮酸+水
CO2+ [H]
少量2ATP
需氧推動但不參與反應(yīng)
第三階段
線粒體內(nèi)膜
[H]+O2
H2O
大量34ATP
需要且參與反應(yīng)
拓展延伸:
注意:有氧呼吸“三階段”中:“兩氣(氧氣和二氧化碳)一液(水)的變化”、元素的轉(zhuǎn)移和物質(zhì)、能量的變化。
⑴“兩氣一液”的變化
①兩氣的變化:第二階段CO2生成;第三階段 O2參與反應(yīng);
②一液的變化:反應(yīng)物和生成物中都有水,第二階段反應(yīng)物中的水參與丙酮酸的反應(yīng);第三階段生成物中的水,是[H]和O2結(jié)合生成的。
⑵元素的轉(zhuǎn)移
①“氧元素”的轉(zhuǎn)移:氧氣→產(chǎn)物水和葡萄糖和反應(yīng)物中水→產(chǎn)物二氧化碳;②“氫元素”的轉(zhuǎn)移:葡萄糖和反應(yīng)物中水→產(chǎn)物水。③“氫元素”的轉(zhuǎn)移:葡萄糖→產(chǎn)物二氧化碳。
⑶物質(zhì)和能量變化
①在線粒體中氧化分解的是丙酮酸,而葡萄糖不能;
②能量是逐步釋放的,第一、二階段釋放的少,第三階段釋放得最多。
1.2 無氧呼吸中乳酸發(fā)酵和酒精發(fā)酵的比較
無氧呼吸
場所
反應(yīng)物
生成物
釋放能量(ATP數(shù))
乳酸發(fā)酵
細胞質(zhì)基質(zhì)
主要是葡萄糖
酒精、CO2
少量ATP(2個)
酒精發(fā)酵
細胞質(zhì)基質(zhì)
主要是葡萄糖
乳酸
少量ATP(2個)
特別提醒:①微生物的無氧呼吸稱為發(fā)酵。產(chǎn)生酒精的為酒精發(fā)酵,產(chǎn)生乳酸的稱乳酸發(fā)酵。高等動、植物在缺氧條件下短時間內(nèi)或部分組織內(nèi)也能進行無氧呼吸,以保證生物體在缺氧條件下的能量供應(yīng)。②無氧呼吸釋放能量少的原因是大部分能量存留在簡單有機物如酒精或乳酸中。③人體內(nèi)具有輸氧的紅細胞,自身還可以無氧呼吸方式得到能量,為生物體的生理活動及其功能適應(yīng)提供了極好的例證。
2 細胞呼吸——核心篇
2.1 有氧呼吸和無氧呼吸的比較一:
比較項目
有氧呼吸
無氧呼吸
不同點
定義
細胞在氧的參與下,通過多種酶的催化作用,把糖類等有機物徹底氧化分解,產(chǎn)生出二氧化碳和水,釋放能量,生成許多ATP的過程。
細胞在無氧條件下,通過酶的催化作用,把葡萄糖等有機物分解成為不徹底的氧化產(chǎn)物,釋放能量,生成少量ATP的過程。
場所
先在細胞質(zhì)基質(zhì),后在線粒體中進行
全過程都在細胞質(zhì)基質(zhì)中進行
條件
需分子氧、多種酶
缺氧或無氧環(huán)境、多種酶
物質(zhì)
葡萄糖徹底氧化分解,形成CO2和H2O
葡萄糖分解不徹底,形成乳酸或酒精、CO2等
能量
釋放大量能量,形成大量ATP
釋放少量能量,形成少量ATP
特點
受O2和溫度等因素的影響
有氧存在時,無氧呼吸受抑制
相同點
聯(lián)系
第一階段(從葡萄糖到丙酮酸)反應(yīng)完全相同,并且都在細胞質(zhì)基質(zhì)中進行,之后在不同條件、不同場所、沿不同途徑,在不同的酶作用下形成不同的產(chǎn)物
實質(zhì)
分解有機物,釋放能量,合成ATP
意義
為生命活動提供能量,為物質(zhì)轉(zhuǎn)化提供原料
2.2 有氧呼吸和無氧呼吸的比較二
呼吸類型
化學(xué)方程式
代表生物
有氧呼吸
人、動物和大多數(shù)的植物
無氧呼吸
乳酸發(fā)酵
人、動物,馬鈴薯塊莖和甜菜塊根,乳酸菌
酒精發(fā)酵
多數(shù)植物組織,酵母菌
特別提醒:無論是無氧呼吸還是有氧呼吸,都是氧化還原反應(yīng)。氧化,不在于有無分子氧參加,其本質(zhì)實際上是物質(zhì)得失電子的問題,對于一個有機化學(xué)反應(yīng),可以有一個較為簡單的方法判斷是氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng),若一個有機化合物去氫或加氧,這個物質(zhì)就是被氧化了,如果一個有機化合物加氫或去氧,這個物質(zhì)就是被還原了。失電子為氧化,得電子則為還原。
3 細胞呼吸——拓展篇
3.1 光合作用和呼吸作用的區(qū)別和聯(lián)系
比較項目
光合作用
呼吸作用
區(qū)
別
發(fā)生部位
含葉綠體的細胞
絕大多數(shù)活細胞
反應(yīng)場所
葉綠體
(綠色植物特有的作用)
細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體
(所有生物都有的作用)
反應(yīng)條件
在光下才能進行
與光無關(guān),每時每刻都在進行
物質(zhì)變化
將無機物(CO2和H2O)合成有機物(如C6H12O6)
將有機物(如C6H12O6)分解為無機物(H2O和CO2)
能量變化
將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲存在所合成的有機物中
將儲存在有機物中的化學(xué)能釋放出來,一部分轉(zhuǎn)移給ATP,一部分以熱能形式散失
代謝類型
合成代謝
(植物體內(nèi)的主要同化作用過程)
分解代謝
(動植物體內(nèi)的主要異化作用過程)
實質(zhì)
合成有機物、儲存能量
分解有機物、釋放能量
兩者聯(lián)系
圖示
說明
光合作用的產(chǎn)物作為細胞呼吸的原料(有機物和O2均為細胞呼吸的原料);呼吸作用也可為光合作用提供原料(二氧化碳),為光合作用產(chǎn)物的運輸提供能量。兩者過程相反但不是簡單的逆轉(zhuǎn);共同維持自然界的碳循環(huán)
特別提醒:①光合作用和細胞呼吸都是氧化還原反應(yīng)。②光合作用的光反應(yīng)過程產(chǎn)生的ATP主要用于暗反應(yīng),很少用于植物體的其他生命活動過程,呼吸作用過程釋放的能量主要是用于植物體的各項生命活動過程,包括光合作用產(chǎn)物的運輸。③只要溫度相同,有光照和無光照情況下,植物的呼吸作用強度相等。
3.2 補充說明:
葡萄糖在體內(nèi)“燃燒”(呼吸作用)與在體外燃燒的異同
比較項目
葡萄糖在體外燃燒
葡萄糖在體內(nèi)氧化
不
同
點
作用條件
點燃
溫和
是否可控
(能量釋放)
不可控(能量瞬間釋放)
由酶調(diào)控(能量逐步釋放)
能量去向
轉(zhuǎn)化為光能和熱能
大部分轉(zhuǎn)化為熱能,小部分儲存在ATP中
產(chǎn)物種類
二氧化碳和水
有氧呼吸:二氧化碳和水;無氧呼吸:乳酸或酒精和二氧化碳等
相同點
化學(xué)本質(zhì)完全相同,均為氧化放能反應(yīng)
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