第32讲 细胞呼吸的探索历程和过程
细胞呼吸和能量产生
细胞呼吸和能量产生细胞呼吸是指细胞利用有机物质产生能量的过程，同时释放出二氧化碳和水。
这一过程在所有的生物体中都存在，是生命活动的基础之一。
本文将介绍细胞呼吸的过程和能量产生的机制。
一、细胞呼吸的过程细胞呼吸包括三个主要的阶段：糖解、Kreb斯循环和氧化磷酸化。
这三个阶段相互衔接，共同完成细胞对有机物质的氧化降解，产生能量。
1. 糖解糖解是指有机物质（如葡萄糖）在缺氧条件下被分解为乳酸或酒精和二氧化碳的过程。
在糖解过程中，通过一系列催化酶的作用，葡萄糖先被分解成两个分子的丙酮酸，再经过一系列的反应，最终生成两分子乳酸或酒精和二氧化碳。
这个过程是无氧的，产生的能量较少。
2. Kreb斯循环Kreb斯循环是细胞呼吸过程中的重要环节，也被称为三羧酸循环。
在这个过程中，乙酸（糖解产物）被逐步氧化降解，产生二氧化碳、水和大量的还原剂NADH和FADH2。
这个过程需要氧气的参与，因此也被称为有氧呼吸。
3. 氧化磷酸化氧化磷酸化是细胞呼吸过程中最主要的能量产生机制。
在这个过程中，NADH和FADH2将经过电子传递链的一系列反应，最终将电子传递给氧气，形成水，同时释放出大量的能量。
这个过程发生在线粒体内的内膜，通过化学梯度驱动ADP和磷酸根结合形成ATP。
二、能量产生的机制细胞呼吸的最终目的是产生能量，这个能量以三磷酸腺苷（ATP）的形式存储和传递。
ATP是细胞内常见的高能化合物，能够供给细胞进行各种化学反应所需的能量。
在细胞呼吸过程中，产生ATP的主要机制是氧化磷酸化。
通过电子传递链中的反应，将高能的电子从NADH和FADH2转移到氧气，释放出能量。
这个能量被用于将ADP和磷酸根结合形成ATP的反应，生成ATP分子。
每个NADH分子可以生成2.5个ATP，每个FADH2分子可以生成1.5个ATP。
总结起来，细胞呼吸通过糖解、Kreb斯循环和氧化磷酸化这三个阶段，将有机物质氧化降解，产生能量，最终以ATP的形式存储和传递。
细胞呼吸的基本原理与反应
细胞呼吸的基本原理与反应细胞呼吸是维持生命活动所必需的过程，通过此过程，细胞内的有机物质被氧气氧化，以产生能量和二氧化碳。
细胞呼吸的基本原理是一系列复杂的反应，包括三个主要阶段：糖解、三羧酸循环和氧化磷酸化。
本文将详细介绍细胞呼吸的基本原理和反应过程。
一、糖解（Glycolysis）糖解是细胞呼吸的起始阶段，发生在细胞质中。
它的主要功能是将葡萄糖分解为两个分子的嘌呤二酸（pyruvate），同时释放少量能量和氢离子。
糖解过程可以分为两个阶段：前期和后期。
前期：在前期阶段，耗费两个ATP分子将葡萄糖分解为两个三碳化合物，称为丙酮酸（glyceraldehyde-3-phosphate）。
这个过程需要酶的催化。
后期：在后期阶段，丙酮酸被进一步氧化生成嘌呤二酸，并释放出两个ATP分子和两个NADH分子。
这是一个酸性过程，因为它生成了氢离子。
二、三羧酸循环（Citric Acid Cycle）三羧酸循环发生在线粒体的基质中。
它的主要功能是将嘌呤二酸完全氧化为二氧化碳，并释放出大量的能量和电子载体。
三羧酸循环发生了一系列复杂的反应，包括以下主要步骤：1. 嘌呤二酸与辅酶A结合形成乙酰辅酶A。
2. 乙酰辅酶A与草酰乙酸结合形成柠檬酸。
3. 柠檬酸经过一系列反应产生苹果酸，最终再生柠檬酸。
4. 柠檬酸通过一系列反应最终还原为草酰乙酸，同时生成三个NADH分子、一个FADH2分子和一个GTP（相当于ATP）分子。
三、氧化磷酸化（Oxidative phosphorylation）氧化磷酸化是细胞呼吸的最后阶段，发生在线粒体内膜上的电子传递链和ATP合成酶中。
在这一阶段，电子载体NADH和FADH2通过电子传递链被氧气氧化，同时释放出大量的能量。
这个能量被用来推动ATP合成，即将ADP和磷酸基团（Pi）结合形成ATP。
氧化磷酸化可以分为两个过程：电子传递链和ATP合成。
电子传递链：NADH和FADH2通过一系列酶的催化，在内膜上形成一个电子传递链。
细胞呼吸(公开课用)
能量生成
细胞呼吸是细胞能量生成的主要 途径，通过氧化磷酸化作用，将 有机物中的化学能转化为ATP中 的化学能，为细胞的各种生命活
动提供能量。
物质代谢
细胞呼吸过程中产生的中间产物 可以参与其他物质代谢过程，如 三羧酸循环和糖酵解等，这些过 程对于细胞的生长和发育至关重
要。
能量转化与利用
细胞呼吸过程中产生的能量不仅 用于合成ATP，还可以转化为其 他形式的能量，如热能、机械能 等，用于维持细胞的正常生理功
第三阶段
NADH和FADH2中的化学能转 换为ATP中的化学能。
03
无氧呼吸
无氧呼吸的阶段
第一阶段
与有氧呼吸的第一阶段相同，葡萄糖分解为丙酮酸和【H】，并释 放少量能量。
第二阶段
丙酮酸在无氧条件下，通过一系列反应转化为酒精或乳酸，同时 释放少量能量。
无氧呼吸的酶与反应
酶
无氧呼吸过程中涉及的酶与有氧 呼吸的酶不同，主要是乳酸脱氢 酶和乙醇脱氢酶等。
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反应
无氧呼吸的反应过程较为简单， 主要是丙酮酸在无氧条件下转化 为酒精或乳酸。
无氧呼吸的能量转换
能量转换效率
无氧呼吸的能量转换效率相对较低，只有少量能量被释放出 来。
能量形式
无氧呼吸释放的能量主要以热能形式散失，而不是用于合成 ATP。
04
细胞呼吸的调控
细胞呼吸的调控机制
酶的活性调节
细胞呼吸过程中，酶的活性受到多种因素的 调节，如温度、pH、底物浓度等，这些因素 通过影响酶的活性来调控细胞呼吸速率。
利用微生物进行发酵产生乙醇、丁醇等生物燃料，需要调控细胞呼吸过
程以提高产率。
02
生物制药
细胞呼吸过程重点梳理
细胞呼吸过程重点梳理细胞呼吸是细胞内进行的将有机物分解并释放能量的一系列化学反应，对于维持生命活动至关重要。
接下来，让我们详细梳理一下细胞呼吸的过程。
细胞呼吸主要分为有氧呼吸和无氧呼吸两种方式。
有氧呼吸是细胞在有氧条件下，将有机物彻底氧化分解为二氧化碳和水，并释放大量能量的过程。
它可以分为三个阶段。
第一阶段发生在细胞质基质中。
葡萄糖被分解为丙酮酸，同时产生少量的H（还原氢）和少量的 ATP（三磷酸腺苷，细胞内的一种直接供能物质）。
这个阶段相对来说比较简单，但却是为后续的反应打下基础。
第二阶段在线粒体基质中进行。
丙酮酸和水进一步反应，生成二氧化碳和大量的H，同时也产生少量的 ATP。
这一阶段中，丙酮酸被彻底分解，产生的H为下一阶段的反应提供了重要的物质基础。
第三阶段是有氧呼吸的关键步骤，发生在线粒体内膜上。
前两个阶段产生的H与氧气结合，生成水，并释放出大量的能量，形成大量的ATP。
这个阶段是有氧呼吸产生能量最多的阶段，也是氧气参与反应的阶段。
总的来说，有氧呼吸的过程就像是一个精细的流水线，每个阶段都有特定的物质变化和能量产生，最终将葡萄糖等有机物中的能量充分释放出来。
无氧呼吸则是在无氧或缺氧条件下进行的。
无氧呼吸也包括两个阶段。
第一阶段与有氧呼吸的第一阶段完全相同，都是葡萄糖分解为丙酮酸，产生少量的H和少量的 ATP。
第二阶段则根据生物种类的不同而有所差异。
对于大多数植物和酵母菌等微生物来说，丙酮酸会在细胞质基质中被还原为酒精和二氧化碳。
而在动物细胞和乳酸菌等微生物中，丙酮酸会被还原为乳酸。
无氧呼吸产生的能量相对较少，但在某些情况下，比如剧烈运动时氧气供应不足，或者某些微生物在特殊环境中，无氧呼吸能够为细胞提供应急的能量。
细胞呼吸的过程受到多种因素的调节和控制。
例如，氧气的浓度会影响有氧呼吸和无氧呼吸的比例。
当氧气充足时，细胞主要进行有氧呼吸；而在缺氧环境中，无氧呼吸则会占据主导地位。
温度也会对细胞呼吸产生影响，适宜的温度可以提高酶的活性，从而加快细胞呼吸的速率；温度过高或过低都会使酶的活性降低，进而影响细胞呼吸。
细胞呼吸的过程与机制
细胞呼吸的过程与机制细胞呼吸是生物体利用氧气和有机物质在细胞内进行的一系列化学反应，产生能量并释放二氧化碳的过程。
它是生命活动中至关重要的一部分，维持了细胞内能量供应和代谢平衡。
本文将介绍细胞呼吸的过程和机制。
一、细胞呼吸的过程细胞呼吸可分为三个主要阶段：糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化。
1. 糖酵解在糖酵解过程中，葡萄糖分子被分解成两个分子的丙酮酸，同时产生少量ATP和NADH。
糖酵解发生在细胞质中，不需要氧气的存在，因此也被称为无氧呼吸。
2. 三羧酸循环糖酵解生成的丙酮酸进入线粒体，并在三羧酸循环中被完全氧化为二氧化碳。
在三羧酸循环过程中，每分子丙酮酸会生成3分子NADH和1分子FADH2，同时还产生少量ATP。
此阶段需要氧气的存在，因此也被称为有氧呼吸。
3. 氧化磷酸化通过氧化磷酸化过程，NADH和FADH2释放的电子经过线粒体内膜的电子传递链，最终与氧气结合生成水。
在这个过程中，电子的传递释放能量，用于合成更多的ATP。
氧化磷酸化是产生最多ATP的阶段，也是细胞呼吸的最后一步。
二、细胞呼吸的机制细胞呼吸的机制主要涉及糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化三个阶段的化学反应。
1. 糖酵解机制在糖酵解中，葡萄糖分子首先被磷酸化为葡萄糖-6-磷酸，然后继续磷酸化为果糖-1,6-二磷酸。
接着，果糖-1,6-二磷酸被分解为两个分子的丙酮酸。
整个过程中，葡萄糖分子中的化学能被转化为ATP和NADH。
2. 三羧酸循环机制三羧酸循环中，丙酮酸被氧化生成辅酶A（acetyl-CoA）。
辅酶A进一步和草酰乙酸结合形成柠檬酸，然后经过一系列的氧化反应产生多种有机酸。
最终，这些有机酸再次合成柠檬酸，为下一轮循环提供辅酶A。
在这个过程中，NADH和FADH2被生成，为氧化磷酸化提供电子。
3. 氧化磷酸化机制氧化磷酸化过程中，线粒体内膜上的电子传递链将NADH和FADH2的电子通过一系列蛋白质与氧气结合。
这个过程中，电子的传递伴随着氢离子的泵出，形成了质子梯度。
细胞呼吸的过程和能量释放
细胞呼吸的过程和能量释放细胞呼吸是一种复杂而重要的生物化学过程，它发生在细胞内，通过氧气的参与，将有机物质分解为二氧化碳和水，并释放出大量的能量。
本文将详细介绍细胞呼吸的过程以及能量释放的机制。
一、细胞呼吸的过程细胞呼吸可分为三个主要阶段：糖解、氧化和释能。
1. 糖解糖解是细胞呼吸的起始阶段，它发生在细胞质中的胞浆中。
在这一阶段，葡萄糖（或其他有机物质）被分解成两个分子的丙酮酸。
该过程可分为两步进行：糖原酶将葡萄糖分解为丙酮酸，接着丙酮酸再被进一步分解为乙酸。
这两个步骤中均产生了少量的ATP（三磷酸腺苷），但主要是为细胞呼吸的后续步骤提供底物。
2. 氧化氧化是细胞呼吸的中心阶段，它发生在细胞的线粒体内。
在此阶段，乙酸通过与辅酶A的结合转化为乙酰辅酶A，并进一步进入卡恩循环（也称为三羧酸循环）。
在这个过程中，乙酰辅酶A与氧气发生化学反应，产生CO₂、水和能量（以ATP或NADH的形式存储）。
卡恩循环是细胞呼吸过程中一个重要的环节，它包括了一系列的酶催化反应。
通过这些反应，细胞将乙酰辅酶A分解为二氧化碳、氢离子和高能电子。
产生的高能电子被传递到电子传递链上的蛋白质复合物中，并开始下一阶段的过程。
3. 释能释能是细胞呼吸的最后阶段，它也发生在线粒体内的电子传递链上。
在电子传递链中，高能电子从一个蛋白质复合物跳至另一个复合物，并最终与氧气结合生成水。
这个过程中释放的能量被利用来推动质子泵，将质子从线粒体基质转移到间质，从而建立起了质子浓度梯度。
在质子浓度梯度的作用下，ADP（二磷酸腺苷二钠）和磷酸根离子通过ATP合酶酶活部分，合成ATP。
这一过程被称为氧化磷酸化，是细胞呼吸过程中产生大量ATP的最终步骤。
二、能量释放的机制能量的释放主要通过ATP的形式进行。
ATP是细胞内最基本的能量分子，它由三磷酸核苷酸（ADP）和无机磷酸根组成。
当ATP被水解为ADP和磷酸根离子时，会释放出大量的能量，并用于细胞的各种生命活动。
细胞呼吸ppt32 浙科版
•20、不忘初心，方得Fra bibliotek终。6CO2+6H2O+能量
4、原料： 葡萄糖等有机物
5、场所： 细胞溶胶 线粒体（主要）
6、需氧呼吸三个阶段的比较
需氧呼吸 场 所 反应物 产 物 释能
第一阶段 细胞溶胶 葡萄糖
第二阶段
线粒体
（线粒体基质）
丙酮酸
H2O
丙酮酸 少量 [H]
CO2、[H] 少量
第三阶段
线粒体
（线粒体内膜）
[H]、O2
H2O 大量
•
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•
3、在比夜更深的地方，一定有比夜更黑的眼睛。
澄清 石灰水
装置二
装置二现象： 澄清石灰水变浑浊
结论： 无氧条件下，酵母菌 细胞呼吸产生了二氧化碳
二、 细胞呼吸的类型
细胞呼吸
需氧呼吸（有氧呼吸）
（主要）
厌氧呼吸（无氧呼吸）
三、 需氧呼吸
1、需氧呼吸的概念:
细胞呼吸的概念、反应式和过程
细胞呼吸主要产生二氧化碳和水而光合作 用主要产生氧气和有机物。
细胞呼吸是生物体释放能量的主要方式而 光合作用是生物体获取能量的主要方式。
细胞呼吸在细胞质基质和线粒体中进行而 光合作用在叶绿体中进行。
有氧呼吸的反应式
葡萄糖分解为丙酮 酸
丙酮酸转化为乙酰 Co
乙酰Co进入三羧 酸循环
三羧酸循环释放能 量并生成TP
过程比较与联系
有氧呼吸ห้องสมุดไป่ตู้无氧 呼吸的过程比较
细胞呼吸与光合 作用的联系
不同生物细胞呼 吸方式的比较
细胞呼吸过程中 物质和能量的变 化
汇报人：
,
汇报人：
目录
细胞呼吸的定义
细胞呼吸是细胞 内有机物氧化分 解的过程
细胞呼吸释放能 量供细胞生命活 动需要
细胞呼吸是细胞 代谢的重要部分
细胞呼吸与光合 作用不同不产生 氧气
细胞呼吸的作用
为细胞提供能量 参与物质合成 促进细胞生长和分裂 维持细胞内环境稳定
细胞呼吸与光合作用的区别
细胞呼吸是细胞内的有机物氧化分解释 放能量的过程而光合作用是利用光能将 二氧化碳和水转化为有机物和氧气的过 程。
有氧呼吸的过程
葡萄糖分解成丙酮酸
丙酮酸和水反应生成二氧 化碳和还原氢
氧气和还原氢结合生成水
释放能量
无氧呼吸的过程
第一阶段：与有氧呼吸的第一阶段相同在细胞质基质中进行产生丙酮酸和还原氢
第二阶段：丙酮酸在无氧条件下被转化为酒精和二氧化碳或乳酸 能量产生：无氧呼吸产生的能量较少只有少量TP生成 适应环境：无氧呼吸是细胞在缺氧环境中的一种生存方式
无氧呼吸的反应式
第一阶段：C6H12O6 → 2丙酮酸 + 4[H] + 能量 第二阶段：2丙酮酸 → 2酒精 + 能量 第三阶段：2丙酮酸 + H2O → 2乳酸 + 能量
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第32讲细胞呼吸的探索历程和过程
本讲考纲细化：
1.细胞呼吸（Ⅱ）
（1）说出有氧呼吸概念、过程与场所（2）说出无氧呼
吸概念、过程与场所
细胞呼吸和光合作用属于细胞代谢，是高考的必考点。
细胞代谢的学习模型
如下：
根据反应物和生成物可以将新陈代谢过程进行如下分类：
我们先来看细胞呼吸的发现历程：
无氧呼吸的发现过程：
1.1810年，法国化学家吕萨克发现在酿酒过程中：葡萄糖→酒精+CO2+能量。
2. 1857年，法国微生物学家巴斯德通过显微镜观察，发现酒精发酵是由于酵母细胞的存在。
认为没有活细胞的参与，糖类是不可能变成酒精的。
德国化学家李比希认为引起酒精发酵的是酵母细胞中的某些物质，这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用
两种观点争执不下。
3. 1896年，德国化学家毕希纳利用酵母细胞提取液，将葡萄糖变成了酒精和CO2，将引起发酵的物质称为酿酶。
4. 1905年，英国化学家哈登搞清了酵母细胞发酵的全过程。
葡萄糖→丙酮酸+[H]→酒精+CO2+能量
后来还发现：高等植物在被水淹的情况下，也可以进行酒精发酵。
5.1918年，德国化学家迈尔霍夫发现，在动物肌肉细胞中也存在着与酵母细胞发酵十分类似的过程。
葡萄糖→乳酸+能量
6. 1937年，德国化学家科里夫妇研究出从糖转化成乳酸的细节
葡萄糖→丙酮酸+[H]→乳酸+能量
科学家发现，高等植物的某些器官(马铃薯的块茎) 、乳酸菌在进行无氧呼吸时能产生乳酸。
由于没有氧的参与，这些过程统称为无氧呼吸。
有氧呼吸的发现过程：
1.1778年，法国化学家拉瓦锡发现有机物的燃烧需要氧气，并在剧烈燃烧中释放大量热量。
他还证明动物的呼吸是吸入O2，呼出CO2。
2. 1935年，德国生化学家克雷布斯研究食物在体内的氧化分解过程——三羧酸循环：
3.1948年，George Hogeboom和WalterSchneider等人利用细胞匀浆法、差速离心技术、分离纯化技术进行处理，终于分离到具有生物活性的线粒体。
研究发现：三羧酸循环是在线粒体基质中进行的，氧与[H]的结合是在线粒体内膜上进行的。
4. 科学家对呼吸作用中能量的释放进行了计算：
在有氧呼吸中， 1mol葡萄糖彻底氧化分解，释放2870kJ的能量，其中1161kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量以热能的形式散失了。
在无氧呼吸中， 1mol葡萄糖分解成乳酸以后，释放196.65kJ的能量，其中61.08kJ的能量储存在ATP中，其余的能量也以热能的形式散失。
以上发现过程可以总结如下：
这就是细胞呼吸的过程图。
请根据以上图解，写出下列反应式：
（1）写出有氧呼吸的总反应式，并标出各种元素的来源和去路
（2）产生酒精的无氧呼吸
大多数植物和酵母菌是进行这种方式的无氧呼吸。
（3）产生乳酸的无氧呼吸
动物和乳酸菌进行这种方式的无氧呼吸。
【例1】 (2016·江苏卷，23改编)突变酵母的发酵效率高于野生型，常在酿酒工业发酵中使用。
如图为呼吸链突变酵母呼吸过程，下列相关叙述错误的是( )
A.突变酵母乙醇代谢途径未变
B.突变酵母几乎不能产生[H]
C.氧气充足时，野生型酵母种群增殖速率大于突变体
D.通入氧气后，突变酵母产生ATP的主要部位是细胞质基质
【例2】(2013·课标Ⅱ，3)下列与微生物呼吸有关的叙述，错误的是()
A.肺炎双球菌无线粒体，但能进行有氧呼吸
B.与细菌呼吸有关的酶由拟核中的基因编码指导合成
C.破伤风芽孢杆菌适宜生活在有氧的环境中
D.有氧和无氧时，酵母菌呼吸作用产物不同
【例3】(2016·北京卷，2)葡萄酒酿制期间，酵母细胞内由ADP转化为ATP的过程
A. 在无氧条件下不能进行
B. 只能在线粒体中进行
C. 不需要能量的输入
D. 需要酶的催化
【例4】(2014·天津卷，2) 下图是细胞中糖类合成与分解过程示意图。
下列叙述正确的是
A.过程①只在线粒体中进行，过程②只在叶绿体中进行
B.过程①产生的能量全部储存在ATP中
C.过程②产生的（CH2O）中的氧全部来自H2O
D.过程①和②中均能产生[H]，二者还原的物质不同
【例5】(2014·海南单科，26)某豆科植物种子萌发过程中CO2释放和O2吸收速率的变化趋势如图所示。
请据图回答问题：
(1)在12～24 h期间，呼吸速率逐渐增强，在此期间呼吸作用的主要方式是
______呼吸，该呼吸方式在细胞中发生的部位是___________，其产物是
__________________。
(2)从第12h到胚根长出期间，萌发种子的干物质总量会________，主要原因
是____________________________________________。
(3)胚根长出后，萌发种子的________呼吸速率明显升高。
【本讲答案】
1. B
2. C
3. D
4. D
5.（1）无氧细胞质基质酒精和二氧化碳
（2）减少种子不进行光合作用制造有机物，同时进行呼吸作用消耗有机物，使有机物的总量下降（3）有氧
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