5.3细胞呼吸的原理与应用（图文版知识清单）生物人教版必修1

第3节 细胞呼吸的原理和应用 知识点01：细胞呼吸概念与实验探究 细胞呼吸的实质 C6H1206 ATP 细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。 C02+H20 二、探究酵母菌细胞呼吸的实验 1.实验材料：酵母菌 单细胞真菌，属兼性厌氧菌（有氧和无氧下均能生存）。 Q2.检测方法 检测对象 试剂/方法 现象/颜色变化 【特别提醒】C02 遇澄清石灰水生成 1)澄清石灰水 变浑浊 碳酸钙沉淀，过量 C02 2)溴麝香草酚蓝溶液 蓝→绿→黄 会溶解；酸性重铬 钾是被酒精还原为 酒精 酸性重铬酸钾溶液 橙色→灰绿色 +3价铬离子由橙变 灰绿。 Q3.实验装置与注意事项 酵母菌培养液 生的夏，澄清 B瓶应封口放置 NaOH的作用是 C02,保证石灰 一段时间后再 吸收空气中的C02 水是产生。 连石灰水，目的 C02, 保证后面 石灰水变浑浊是 9. 是消耗瓶内02， NaOH溶液 酵母菌 封口瓶澄清石灰水 确保是无氧呼 酵母菌产生。 澄清石灰水 (吸收空气中C02)培养液 吸产生C020 装置甲（有氧组） 装置乙（无氧组） g4.实验结论 ●有氧条件：产生大量C02和水。 公【易错辨析】不要混淆有氧和无氧 ● 无氧条件：产生酒精和少量C02。 呼吸的产物及能量产生差异。 Q5.科学方法 该实验属对比实验（相互对照）。设置2个或以上实验组，比较结果 探究因素影响。 窖补充注意点 △【重点提示】酒精检测前应将培养时 C02+澄清石灰水→沉淀溶解 间适当延长，耗尽溶液中的葡萄糖，避 C02+溴麝香草酚蓝→蓝→绿→黄 免葡萄糖还原重铬酸钾造成假阳性。 酒精+酸性重铬酸钾→灰绿色 知识点02：有氧呼吸 有氧呼吸的慨念与反应式 位 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。 C6H1206+6H20+602 、 酶 6C02+12H20+能量 32ATP(约34%) 二、 主要场所：线粒体 ①线粒体外膜 ②嵴 与有氧呼吸有关的酶 ③线粒体内膜 分布在②③③④ 【补充注意点】 三、有氧呼吸的三个阶段 真核细胞主要场所是线 粒体（原核细胞为细质 1.第一阶段 (糖酵解)位置： 细胞质基质 分解为丙酮酸。 泳 葡萄糖 丙酮酸 C6H206 酶2CH,02(丙酮酸)+4[H少量 不需要氧气，与无氧呼吸第一阶段相同。 2. 第三阶段（三羧酸循环)：位：线粒体基质，[H是NAO→NADH 7的简化表示。 线粒体基质 2CH,03+6H20再6C02+20[j少量 消耗水，产生C02,不直接消耗氧气。 3.第三阶段（氧化磷酸化)：线粒体内膜 (NAD 线粒体内膜 24[H]+602酶12H,0 大量能量 必须有氧气参与，产生水，释放绝大部分能量。 四、 能量转化效率 1mo葡萄糖彻底氧化分解释放2870kJ能量。【补充注意点】 [H]是NAD+→NADH 34%(约32 mol ATP) 的简化表示。 1mol葡萄糖 H2O参与Ⅱ、Ⅲ产生；[H] 66%(散失的热能) I-Ⅱ产生、Ⅲ消耗；O2 只参与Ⅲ生； C02Ⅱ产生。 知识点03：无氧呼吸 一、无氧呼吸概念与反应式 ·概念：无氧条件下，葡萄糖等有机物不完全分解，释放少量能量的过程。 乳酸发酵反应：CH0。酶2C,H603(乳酸)+少量能量 ·酒精发酵反应：C6H206 酶，2C,H0H(酒精)+2C02+少量能量 二、场所：全程在细胞质基质中进行。 乳奶菌核（窟） 三、无氧呼吸的类型 e. 乳酸型（乳酸发酵）：乳酸菌、马铃薯块茎、动物骨骼肌细胞，产物：乳酸。 画·酒精型（酒精发酵）：酵母菌、大部分植物细胞，产物：酒精和C02。 四、无氧呼吸的过程 6户酒精 第一阶段：葡萄糖→2丙酮酸+4[H]+少量能量 (同有氧呼吸) ·第二阶段（无需02，酶）： 特别提醒： Q2·乳酸型：2丙酮酸+4[H]→2乳酸 无氧呼吸炎里来的两 点，测精存住子辛的。 酒精型：2丙酮酸+4[H→2酒精+2C02 五、有氧呼吸与无氧呼吸对比 类型 条件 位置 材料变化 能量变化 特点 无氧呼吸 葡萄糖 细胞质基质 丙酮酸 4[H 有机细制、特态 酒精型 无需L02 酵母菌 动物骨骼肌 政力变量 甜菜块根、植物 细胞发化 发质的推性 补充注意点： 特别提醒 1.无氧呼吸只有第一阶段产生ATP,1分子葡萄糖无氧呼吸净生成2分子ATP。 2.马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚进行乳酸发酵（常考）。 知识点04：细胞呼吸原理的应用 一、食品生产 1.馒头、面包 2.酿酒、泡菜 C02 酿酒：利用酵母菌 BEER 酒精发酵（无氧）。 利用酵母菌有氧呼吸 泡莱：利用乳酸菌 产生CO2使面团蓬松。 乳酸发酵（无氧）。 二、农业生产 中耕松土、适时排水改善根系氧气供应， 促进根细胞有氧呼吸。利于作物主动吸收 矿质离子。避免无氧呼吸产生酒精导致烂根。 【易错辨析】注意：主动运输消耗ATP,ATP主要来自有氧呼吸。 三、果蔬储藏 之低温 低温、低氧环境，减弱果蔬呼吸作用， 低氧 减少有机物消耗。同时保持适宜湿度， 避免果蔬萎蔫。 四、生活医疗 1.慢跑 2.伤口 提倡慢跑等有氧运 伤口选用 动，避免肌细胞无 透气敷料， 呼吸产生大量乳酸 抑制破伤风芽孢 导致肌肉酸胀。 杆菌等厌氧菌繁殖。 五、补充拓展知识点 1.细胞呼吸的中间产物可转化为甘油、氨基酸等非糖物质， 非糖物质也可通过生成中间产物进入细胞呼吸代谢。 糖类 脂肪 2.有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段（糖酵解） 糖酵解 中间产物 的中间产物是连接各类物质代谢的枢纽。 蛋白质 拓展01：酵母菌的结构、生理与应用 一、 酵母菌的基本概况 单细胞真菌·真核生物·具有发酵能力 主要归属于子囊菌门和担子菌门·已知种类>1000种 二、结构与形态 (主要成分：B-葡聚糖、甘露聚糖、几丁质) 细胞壁 细胞膜 。 形状：球形、卵圆形等 ☆ 细胞质 大小：2-30μm 线粒体 。 细胞核 具有典型真核细胞结构 液泡 (包含核仁) 内质网 ☆菌落：比细菌更大更厚，表面光滑 高尔基体 湿润粘稠，多为乳白色 糖原颗粒 三、生理特性与繁殖 最适生长条件 有氧条件 温度 20~30℃ C02+H20 pH 4.5~5.0 【特别提醒】 下 注意有氧和 兼性厌氧 (大量能量，快速繁殖) ● 无性繁殖快， 缺氧条件， 繁殖方式 乙醇+C02 无性繁殖：出芽生殖 发酵是无氧 下高 (发酵) 有性繁殖： 子囊孢子 过程 四、 生产生活应用 (恶劣环境) 面包/馒头膨松剂（气体C02) 食品工业： 酿酒核心菌种 营养补充剂（富含蛋白质、维生素） 工业科研： 酿酒酵母是遗传工程、细胞周期、外源蛋白表达的模式生物 生产甘油、酶制剂、单细胞蛋白 医药领域： 细胞壁提取物增强免疫力、促进消化 五、致病风险·少数酵母菌为条件致病菌 鹅口疮 阴道炎 白念珠菌 新型隐球菌 脑膜炎 【易错辨析】并非所有酵母菌都致病，多为条件致病菌，注意免疫力 拓展02：有氧呼吸详细过程—糖酵解 一、糖酵解基本概况 场所：细胞质基质（普遍存在） 条件：无需氧气（有氧/无氧呼吸第一阶段） (NADH 产物：葡萄糖→2丙酮酸+[NADH+能量 过程：10步酶促反应（耗能准备+产能放能阶段) 二、耗能准备阶段（前5步，消耗2ATP) 葡萄糖(C6)-己糖激酶（耗1ATP,磷酸化）->6-磷酸葡萄糖-异构化 ->6-磷酸果糖-磷酸果糖激酶-1（耗1ATP,二次磷酸化，限速步骤） 一>1,6-二磷酸果糖-裂解->3-磷酸甘油醛+ 磷酸二羟丙酮 -同分异构转化->2*3-磷酸甘油醛 (C3) 【特别提醒】己糖激酶锁定葡萄糖，磷酸果糖激酶-1是主要限速点！ 三、产能放能阶段（后5步，生成4ATP) 2*3-磷酸甘油醛(C3)-氧化脱氢磷酸化(NAD+→NADH) -> ->2*1,3-二磷酸甘油酸一第一次底物水平磷酸化（得2ATP)-> 一>2*3-磷酸甘油酸一磷酸基团移位->2*2-磷酸甘油酸（C) -> 一>2*2-磷酸甘油酸一脱水生成高能物质-> ->2*磷酸烯醇式丙酮酸一第二次底物水平磷酸化（得2ATP)->2*丙酮酸(C3) 【易错辨析】底物水平磷酸化s.氧化磷酸化！这里直接转移高能磷酸基团。 四、ATP核算与NADH后续利用● 1.糖酵解净生成ATP:4（总生成)-2（消耗）=2分子ATP/分子葡萄糖 2.NADH利用（根据有氧/无氧条件)： NADH -- 无氧条件下->NADH传递氢给丙酮酸，转化为乳酸/酒精 (NAD再生，无额外ATP) -有氧条件下->NADH通过穿梭系统进入线粒体（苹果酸-天冬氨酸 /3-磷酸甘油穿梭)，额外生成3~5ATP 拓展02：有氧呼吸详细过程 一丙酮酸转化与三羧酸循环 一、丙酮酸的跨膜转运 外膜H 丙酮酸需通过线粒体双层膜 外膜 外膜允许小分子 【特别提醒】 外膜孔蛋白不需 内膜 ·内膜特定载体 能，内膜需载体 且伴随H协同！ Ht同向共转运 浓度梯度和质子电化学梯度 线粒体丙酮酸载体 二、 丙酮酸转化为乙酰辅酶A 丙酮酸+NAD++CoA-SH 丙酮酸脱氢酶复合体 乙酰COA+CO,+NADH+HH 1.反应实质：脱羧(CO,)、脱氢(NADH,乙酰基与CoA结合，不可逆 2.生理意义：连接糖酵解与TCA循环，糖代谢接入乙酰CoA中心网络，CO2释放环节 三、三羧酸循环（柠檬酸循环、Krebst循环） 场所：线粒体基质（唯一结合内膜：琥珀酸脱氢酶） 生成GTP 、,柠檬酸合酶 释放CoA-SH @y苹果酸脱氢酶 乌头酸酶 P生成NADH 生成FADH2 2.乌头酸酶 8.苹果酸脱氢酶 异柠檬酸脱氢酶 延胡索酸酶 →生成C0 生成FADH2 6.琥珀酸脱氢酶 α酮戊二酸 4.-酮戊二 脱氢酶复合体 生成FADH, 琥珀酰CoA合成酶 生成NADH 生成C02 生成GTP 步骤 酶 反应 反应 关键产物 步骤1.柠檬酸合酶 1.NAD→C02 3.异柠檬酸脱氢酶→-FAD 乙酰CoA 步骤2.乌头酸酶 3.乌头酸酶→FAD 6.异柠檬酸脱氢酶→+NADH2 GTP 步骤8.苹果酸脱氢酶5.琥珀酰C0A合成酶 4.0-酮戊二酸脱氢酶复合体 +GTP CoA +3NAD*+FAD +GDP +Pi+2H2O->2CO,+3NADH +3H*+FADH,+GTP +CoA-SH 4.生理意义：三大营养物质代谢枢纽，彻底氧化分解， 【易错辨析】TCA循环不需直接参与 但NADH/FADH,需氧才能通过电子传 生成还原当量和ATP,提供中间产物前体 递链再生，因此是有氧呼吸一部分 拓展O2：有氧呼吸详细过程 电子传递链与氧化磷酸化 一、电子传递链（呼吸链） Mitochondria 1.位置与本质：位于【线粒体内膜】，由 Intermembrane space Inter membrane 一系列按【氧化还原电位递增】排列的电 个HI 子载体组成，电子传递释放能量用于【泵 出H+】,建立质子电化学梯度。 NADH Bt+ ATP Matrix 2.组成：四大蛋白复合体+两种流动载体 组分 名称/位置 电子供体→受体 【易错辨析】 复合体I (NADH脱氢酶) NADH→Cytt 注意：复合体Ⅱ 复合体Ⅱ (琥珀酸脱氢酶) 琥珀酸→H+ 不泵出H, 产生的ATP较少 复合体Ⅲ (细胞色素bc,复合体) Bbob-→Cytc 复合体V (细胞色素c氧化酶) Cytc→CytH 泛醌(CoQ) 【特别提醒】 细胞色素c 电子的最终受体 是02，生成水 3.电子传递路径： (1)NADH途径： (1)NADH途径：NADH→【复合体I】→CoQ→【复合体Ⅲ】→CytC →【复合体V】→O2 (2)FADH2途径：FADH2→【复合体I】→CoQ→【复合体Ⅲ】→CytC →【复合体V】→O, 终端反应：4e+4H++O2→2H20 二、氧化磷酸化 1.化学渗透学说：电子传递泵出H+形成【质子 电化学梯度】，H+顺梯度经【ATP合酶】流回 基质时，驱动ADP和Pi合成ATP。 TE 2.ATP合酶结构：由F。(嵌于内膜的质子通道) 通菌)和F1(催化ATP合成的部分)组成。 【思维拓展】驱动力：质子动力势(PMF)=电位差+pH梯度 声H NADH H* H NADH 复合体Ⅱ Cyt H ATP 拓展03：发酵 【易错辨析】 【定义】发酵指微生物的无氧呼吸 工业发酵并非全无 氧！如醋酸发酵 【易错辩析】 有氧呼吸 无氧，呼吸/发酵 工业发酵并非全无 主要 H+和电子受体÷ H什与克 氧！如醋酸发酵 不同 底物氧化程度 完全、不完全 产物 酒精、乳酸等 1.酒精发酵（例：酵母菌等） 批 【过程】糖酵解生成丙酮酸 →丙酮酸脱羧为乙醛 →乙醛被NADH还原为酒精 老师的手写关注 【总反应式】 CH1206+2ADP+2P1酶，2C2H,0H+2C02+2ATP 【特点】净得2ATP,大部分能量留存于酒精中 2.乳酸发酵（例： 乳酸菌等) 【过程】糖酵解生成丙酮酸→丙酮酸在乳酸脱氢酶 催化下被NADH还原为乳酸 【总反应式】 C6H1206+2ADP 2Pi 南2C3H6O3+2ATP 【应用/特点】净得2ATP，乳酸可抑制其他微生物生 【拓展应用】 长，用于制作酸奶、泡菜、青贮饲料 乳酸积累抑制 其他微生物活动 拓展04： 影响呼吸作用的因素及其应用（一）外部因素 ###1.氧气浓度 (02)9 ①02=0：只无氧呼吸，C02释放多 【应用】6 脚 总结 有机物消耗大。 储存果蔬低氧 有氧呼吸 ②02个：无氧抑制，有氧增强； 酿酒先通气后密封 达到一定值：只进行有氧呼吸， 稻田排水防烂根 无氧呼吸 再升不再增强。 伤口透气抑厌氧菌 0 02浓度 ③关键点：C02释放总量最低点 普通球餐 呼氧呼吸：无氧呼吸： 总呼吸最弱（非最省有机物）。 【易错辨析】 无氧呼吸消失点：果蔬储存最佳02浓度 储存用低氧抑制呼， 【特别提醒】储存果蔬需需低氧（最弱点），非零氧。 保鲜用零上低温 ###2.温度 细胞呼吸是酶促反应，温度影响酶活性改变呼吸速率 酵素活动性 低温抑制酶，不失活；最适温度(25~35℃)呼吸速率 最大；高温使酶变性失活。 25 温度 【应用】果蔬保鲜零上低温 温度是影响 温度是影响酶活性的主要外因素 种子储存低温干燥低氧 酶活性的主 大棚夜间降温（减少消耗） 外部因素。 酿酒控制最适温度 ###3.C02浓度 C02是呼吸产物，高浓度反馈抑制呼吸酶活性， 呼吸速率 降低呼吸速率。 主要抑制有氧呼吸，对无氧抑制较弱。 【应用】果蔬气调储藏（低02+高C0+零上低温) 密闭地窖储存果蔬（利用高C02)文 C02浓度 【注意】下地窖需先通风防缺氧。