第三节ATP的主要来源.ppt

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1、细胞呼吸,第三节ATP的主要来源,安庆市 第十一中学 刘学敏,安徽省远程教育优秀作品,必修1 分子与细胞 第5章细胞的能量供应和利用,教学目标,重点难点,问题探讨,教学过程,知识结构,教学反馈,教学参考,课后习题,教学目标,1.说出线粒体的结构和功能。2.说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同。3.说明细胞呼吸的原理,并探讨其在生产和生活中的应用。4.进行酵母菌细胞呼吸方式的探究。,重点难点,1.教学重点有氧呼吸的过程及原理。2.教学难点(1)细胞呼吸的原理和本质。(2)探究酵母菌细胞的呼吸方式。,1.呼吸作用和物质的燃烧有什么共同点?2.呼吸作用能够象燃烧在体外那么剧烈吗?3.在无氧条件下,细胞还能够

2、通过呼吸作用释放能量吗?,问题探讨,细胞呼吸是指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.,一.细胞呼吸的方式,科学家通过大量的实验证实,细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型.,1.有氧呼吸,有氧呼吸第一阶段:糖酵解,物质变化:,能量变化:,释放少量能量,释放少量能量,释放大量能量,有氧细胞呼吸的过程示意图,有氧呼吸三个阶段的比较,细胞质基质,主要是葡萄糖,丙酮酸H,少量,丙酮酸,CO2、H,少量,H、O2,H2O,大量,对比,主要场所:,线粒体,能量去向:,一部分以热能形式散失 另一部分转移到ATP中,总反应式:,有氧呼吸概念:,细胞在_的

3、参与下,通过_的催化作用,把_等有机物_,产生_和_,释放_,生成_的过程。,(1709kJ/mol,约60%),(1161kJ/mol,约40%),氧,多种酶,葡萄糖,CO2,H2O,能量,彻底氧化分解,许多ATP,38个ATP,学科交叉,热力学第二定律指出,没有任何一种过程的能量转换效率是100%.蒸气机和内燃机的热效率,大约分别是5%8%和25%.在细胞内,1mol的葡萄糖彻底氧化分解以后,可以释放2870KJ左右的能量,其中有1161KJ转移到了ATP中,其余的以热量的形式散失.请你计算一下,有氧呼吸的能量转换效率是多少,这些能量能够使多少个ADP转化为ATP?,2870KJ/mol=

4、1161KJ/mol(38个ATP)+1709KJ/mol(热能),2.无氧呼吸,无氧呼吸第一阶段:糖酵解,物质变化:,能量变化:,释放少量能量,无氧呼吸第二阶段:,物质变化:,能量变化:,释放少量能量,总反应式:,在细胞质基质中,葡萄糖在无氧条件下分解成乳酸时释放196.65KJ/mol;分解成酒精和二氧化碳时释放225.94KJ/mol;但是在这两个过程中都只有61.08KJ/mol的能量转移给ADP用来产生ATP,请你计算一下无氧呼吸能产生多少个ATP?,196.65KJ/mol=60.08KJ/mol(2个ATP)+136.57KJ/mol(热能),无氧呼吸是指有机物在细胞内经过一系列

5、的氧化分解,分解成不彻底的氧化产物乳酸或酒精和二氧化碳,释放出能量并生成少量ATP的过程.,无氧呼吸总反应式,C6H12O6,酶,2 C3H6O3(乳酸),+少量能量,C6H12O6,2 C2H5OH(酒精),+2CO2+少量能量,酶,例:高等动物、乳酸菌、高等植物的某些器官(马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚细胞等),例:大多数植物、酵母菌,同样是分解葡萄糖,为何无氧呼吸只能释放少量能量?,无氧呼吸中葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中,细胞质基质,细胞质基质,无氧呼吸的意义,高等植物在水淹的情况下,可以进行短暂的无氧呼吸,将葡萄糖分解为乙醇和二氧化碳,释放出能量以适应缺氧环境条件。人在剧烈

6、运动时,需要在相对较短的时间内消耗大量的能量,肌肉细胞则以无氧呼吸的方式供给能量,满足人体的需要。,3.有氧呼吸和无氧呼吸的异同点,有氧呼吸,无氧呼吸,反应场所,反应条件,产物,能量,实质,联系,先在细胞质基质,后在线粒体,在细胞质基质,氧气,酶,不需要氧气,需酶,彻底,水和二氧化碳,不彻底,乳酸或酒精二氧化碳,大量(2870KJ/mol),38个ATP,少量,2个 ATP,氧化分解有机物,释放能量,第一阶段完全相同;本质也是相同的.,呼吸作用的概念,呼吸作用类型,有氧呼吸,无氧呼吸,呼吸作用,葡萄糖的初步分解,丙酮酸彻底分解,H的氧化,丙酮酸不彻底分解,乳酸发酵,酒精发酵,葡萄糖的初步分解,

7、VS,1、场所,3、物质变化,4、能量变化,2、条件,知识结构,3、在有氧呼吸过程中,氧气的作用是,4、生物的细胞呼吸可分为 和 两种类型,一般情况下供给肌肉活动的能量是通过 呼吸提供,其能源物质主要是,有氧呼吸,无氧呼吸,有氧,葡萄糖,1、葡萄糖彻底氧化分解的主要场所在,2、人在剧烈运动时,骨骼肌处于暂时缺氧状态,可以通过无氧呼吸获取能量,此时葡萄糖被分解为,线粒体,乳酸,教学反馈,在储存农产品时,可以在密闭的仓库里CO2、N2,降低温度,或者降低水分含量,以降低呼吸作用,减少有机物的消耗。,影响细胞呼吸的外界因素有:温度、O2浓度、CO2浓度、含水量等。,5.食物的保存或保鲜有哪些常见的方

8、法?,6.呼吸作用与含水量的关系怎样?,7.呼吸作用与含氧量的关系如何?,用清水浸没蔬菜,隔绝空气,制作酸菜。,在一定范围内细胞呼吸强度随含水量的增加而加强,随含水量的减少而减弱。,在一定范围内,含氧量增加有氧呼吸加强,而无氧呼吸受抑制。,1、生物的生命活动所需要的能量主要来自:、糖类的氧化分解、脂类的氧化分解、蛋白质的氧化分解、核酸的氧化分解,2、人体进行有氧呼吸的主要场所是、肺细胞、内环境、线粒体、细胞质基质,A,C,课后练习,3、与有氧呼吸相比,无氧呼吸最主要的特点是、分解有机物、释放能量、需要酶催化、有机物分解不彻底,4、新鲜蔬菜放在冰箱的冷藏室中,适当延长保鲜时间的生理原因是 A、呼

9、吸作用减弱 B、呼吸作用加强 C、光合作用减弱 D、促进了物质的分解,D,A,低温下,酶的活性受到抑制,从而降低了呼吸作用的强度,减少了有机物的消耗,5、种在湖边的玉米,长期被水淹,生长不好,其原因是 A、根细胞吸收水分过多 B、营养缺乏 C、光合作用强度不够 D、细胞有氧呼吸受阻,6、同样消耗mol的葡萄糖,有氧呼吸的能量转化效率是无氧呼吸能量转化效率的、20倍、19倍、倍多、12.7个百分点,D,B,无氧呼吸释放的能量形成2个ATP,有氧呼吸释放的能量形成38个ATP,7、陆生植物不能长期忍受无氧呼吸,其原因是 产生的酒精对细胞有毒害作用 产生的乳酸对细胞有毒害作用 没有专门的无氧呼吸结构

10、 产生的能量太少 A、B、C、D、8、蛔虫在体外培养难成活的原因是、失去运动能力、失去捕食的能力、不能忍受较高氧分压、感觉太迟钝,大多数植物无氧呼吸产生的是酒精!,蛔虫是严格的厌氧型生物!,9、豌豆发芽的早期,CO释放量比O吸收量多 倍,这是因为种子此时的()、无氧呼吸比有氧呼吸强、光合作用比呼吸作用强、有氧呼吸比无氧呼吸强、呼吸作用比光合作用强10、贮存水果和粮食时,充加CO或抽取空气,能延长贮存的时间,主要是由于()、抑制有氧呼吸、促进有氧呼吸、抑制无氧呼吸、促进无氧呼吸,无氧呼吸生成酒精不吸收氧气但释放二氧化碳,有氧呼吸吸收的氧气和释放的二氧化碳比例为1,呼吸作用受空气中氧气浓度的影响,

11、采取这些措施是为了降低氧气浓度,从而减弱呼有氧呼吸,教学参考,细胞呼吸指物质在细胞内的氧化分解,具体表现为氧的消耗和二氧化碳、水及三磷酸腺苷(ATP)的生成,又称细胞呼吸。其根本意义在于给机体提供可利用的能量。细胞呼吸可分为3个阶段,在第1阶段中,各种能源物质循不同的分解代谢途径转变成乙酰辅酶A。在第2阶段中,乙酰辅酶A(乙酰CoA)的二碳乙酰基,通过三羧酸循环转变为CO2和氢原子。在第3阶段中,氢原子进入电子传递链(呼吸链),最后传递给氧,与之生成水;同时通过电子传递过程伴随发生的氧化磷酸化作用产生ATP分子。生物体主要通过脱羧反应产生CO2,即代谢物先转变成含有羧基(-COOH)的羧酸,然

12、后在专一的脱羧酶催化下,从羧基中脱去CO2。细胞中的氧化反应可以“脱氢”、“加氧”或“失电子”等多种方式进行,而以脱氢方式最为普遍,也最重要。在细胞呼吸的第1阶段中包括一些脱羧和氧化反应,但在三羧酸循环中更为集中。,三羧酸循环是在需氧生物中普遍存在的环状反应序列。循环由连续的酶促反应组成,反应中间物质都是含有3个羧基的三羧酸或含有2个羧基的二羧酸,故称三羧酸循环。因柠檬酸是环上物质,又称柠檬酸循环。也可用发现者的名字命名为克雷布斯循环。在循环开始时,一个乙酰基以乙酰-CoA的形式,与一分子四碳化合物草酰乙酸缩合成六碳三羧基化合物柠檬酸。柠檬酸然后转变成另一个六碳三羧酸异柠檬酸。异柠檬酸脱氢并失

13、去CO2,生成五碳二羧酸-酮戊二酸。后者再脱去1个CO2,产生四碳二羧酸琥珀酸。最后琥珀酸经过三步反应,脱去2对氢又转变成草酰乙酸。再生的草酰乙酸可与另一分子的乙酰CoA反应,开始另一次循环。循环每运行一周,消耗一分子乙酰基(二碳),产生2分子CO2和4对氢。草酰乙酸参加了循环反应,但没有净消耗。如果没有其他反应消除草酰乙酸,理论上一分子草酰乙酸可以引起无限的乙酰基进行氧化。环上的羧酸化合物都有催化作用,只要小量即可推动循环。凡能转变成乙酰CoA或三羧酸循环上任何一种催化剂的物质,都能参加这循环而被氧化。所以此循环是各种物质氧化的共同机制,也是各种物质代谢相互联系的机制。三羧酸循环必须在有氧的

14、情况下进行。环上脱下的氢进入呼吸链,最后与氧结合成水并产生ATP,这个过程是生物体内能量的主要来源。,呼吸链由一系列按特定顺序排列的结合蛋白质组成。链中每个成员,从前面的成员接受氢或电子,又传递给下一个成员,最后传递给氧。在电子传递的过程中,逐步释放自由能,同时将其中大部分能量,通过氧化磷酸化作用贮存在ATP分子中。不同生物,甚至同一生物的不同组织的呼吸链都可能不同。有的呼吸链只含有一种酶,也有的呼吸链含有多种酶。但大多数呼吸链由下列成分组成,即:烟酰胺脱氢酶类、黄素蛋白类、铁硫蛋白类、辅酶Q和细胞色素类。这些结合蛋白质的辅基(或辅酶)部分,在呼吸链上不断地被氧化和还原,起着传递氢(递氢体)或

15、电子(递电子体)的作用。其蛋白质部分,则决定酶的专一性。为简化起见,书写呼吸链时常略去其蛋白质部分。上图即是存在最广泛的NADH呼吸链和另一种FADH2呼吸链。图中用MH2代表任一还原型代谢物,如苹果酸。可在专一的烟酰胺脱氢酶(苹果酸脱氢酶)的催化下,脱去一对氢成为氧化产物M(草酰乙酸)。这类脱氢酶,以NAD+(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)或NADP+(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)为辅酶。这两种辅酶都含有烟酰胺(维生素PP)。在脱氢反应中,辅酶可接受1个氢和1个电子成为还原型辅酶,剩余的1个H+留在液体介质中。,NAD+2H(2H+2e)NADH+H+NADP+2H(2H+2e)NADPH+H+黄素蛋

16、白类是以黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)或黄素单核苷酸(FMN)为辅基的脱氢酶,其辅基中含核黄素(维生素B2)。NADH脱氢酶就是一种黄素蛋白,可以将NADH的氢原子加到辅基FMN上,在NADH呼吸链中起递氢体作用。琥珀酸脱氢酶也是一种黄素蛋白,可以将底物琥珀酸的1对氢原子直接加到辅基FAD上,使其氧化生成延胡索酸。FADH2继续将H传递给FADH2呼吸链中的下一个成员,所以FADH2呼吸链比NADH呼吸链短,伴随着呼吸链产生的ATP也略少。铁硫蛋白类的活性部位含硫及非卟啉铁,故称铁硫中心。其作用是通过铁的变价传递电子:Fe3+e Fe2+。这类蛋白质在线粒体内膜上,常和黄素脱氢酶或细胞色素结合成

17、复合物。在从NADH到氧的呼吸链中,有多个不同的铁硫中心,有的在NADH脱氢酶中,有的和细胞色素b及c1有关。辅酶Q是一种脂溶性醌类化合物,因广泛存在于生物界故又名泛醌。其分子中的苯醌结构能可逆地加氢还原成对苯二酚衍生物,在呼吸链中起中间传递体的作用。,细胞色素是一类以铁卟啉(与血红素的结构类似)为辅基的红色或棕色蛋白质,在呼吸链中依靠铁的化合价变化而传递电子:Fe3+e Fe2+。目前,发现的细胞色素有 b、c、c1、aa3等多种。这些细胞色素的蛋白质结构、辅基结构及辅基与蛋白质部分的连接方式均有差异。在典型的呼吸链中,其顺序是bc1caa3O2。现在还不能把a和a3分开,而且只有aa3能直

18、接被分子氧氧化,故将a和a3写在一起并称之为细胞色素氧化酶。生物界各种呼吸链的差异主要在于组分不同,或缺少某些中间传递体,或中间传递体的成分不同。如在分枝杆菌中用维生素K代替辅酶Q;又如许多细菌没有完整的细胞色素系统。呼吸链的组成虽然有许多差异,但其传递电子的顺序却基本一致。生物进化越高级,呼吸链就越完善。与呼吸链偶联的ATP生成作用叫做氧化磷酸化。NADH呼吸链每传递1对氢原子到氧,产生3个ATP分子。FADH2呼吸链则只生成2个ATP分子。,总结:1.细胞呼吸的概念:细胞呼吸(cellular respiration)是指细胞在有氧条件下从食物分子(主要指葡萄糖)中区的能量的过程。糖类,脂

19、质和蛋白质有机物在活细胞内氧化分解为CO2和水或分解为不彻底的氧化产物,且伴随着能量的释放。2.细胞呼吸的特点:有机物在酶的催化下,在温和的条件下氧化分解,能量逐步释放出来,没有出现剧烈的发光,发热现象。3.细胞呼吸的本质:氧化分解有机物释放能量 4.细胞呼吸的意义为生物体的生命活动提供能量;为体内的其他化合物的合成提供原料。,5.有氧呼吸:1)概念:指细胞在有氧的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等的有机物彻底的分解产生二氧化碳和水,释放能量,产生许多的ATP的过程。2)过程:第一阶段:1个分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸,同时脱下4个(H),放出少量的能量,合成2个ATP,其余以热能散失,场所在细胞的基质中。第二阶段:2个分子的丙酮酸和6个分子的水中的氢全部脱下20个(H),生成6分子的二氧化碳,释放少量的能量,合成2个ATP,其余散热消失,场所线粒体机基质。第三阶段:在前两个阶段脱下的24个(H)与6个氧气分子结合成水,并释放大量的能量合成34个ATP,场所在线粒体的基质.(在线粒体内膜上!),谢谢指导!,

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