05 细胞呼吸

呼吸作用定义

1.定义：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。

2.本质：氧化分解有机物，释放能量。

3.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。

4.方式

根据细胞呼吸过程中是否有氧气参与，把细胞呼吸分为有氧呼吸和无氧呼吸，有氧呼吸是细胞呼吸的主要方式。

5.意义

①为生命活动提供能量；

②维持体温；

③为其他物质的合成提供原料。

TIP

• 这里的呼吸作用，并不是大喘气，而是指细胞呼吸。
• 这里的有机物主要指糖类
• 有氧呼吸主要分为 3 大步，无氧呼吸主要分为 2 大步

呼吸作用过程

有氧呼吸

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。

第一步：

拆糖环节，也叫糖降解阶段。

因为葡萄糖太大了，进入不了线粒体，所以此时的反应场所是细胞质基质。

$\mathrm{C}{\phantom{A}}_6\mathrm{H}{\phantom{A}}_{12}\mathrm{O}{\phantom{A}}_6⟶2\mathrm{C}{\phantom{A}}_3\mathrm{H}{\phantom{A}}_4\mathrm{O}{\phantom{A}}_3(\mathrm{丙}\mathrm{酮}\mathrm{酸})+4[\mathrm{H}]+\mathrm{少}\mathrm{部}\mathrm{分}\mathrm{能}\mathrm{量}$

TIP

• 少部分能量中：$\{\begin{array}{l}\mathrm{大}\mathrm{部}\mathrm{分}\mathrm{以}\mathrm{热}\mathrm{能}\mathrm{的}\mathrm{形}\mathrm{式}\mathrm{散}\mathrm{失}\\ \mathrm{少}\mathrm{部}\mathrm{分}\mathrm{推}\mathrm{动}ATP\mathrm{的}\mathrm{合}\mathrm{成}（\mathrm{一}\mathrm{个}\mathrm{葡}\mathrm{萄}\mathrm{糖}\mathrm{分}\mathrm{解}\mathrm{可}\mathrm{以}\mathrm{形}\mathrm{成}2ATP）\end{array}$
• 还原性氢 $[H]$，又称 $NADH$ 还原性辅酶衣；

还原 $[H]$ 的生成过程：把氧化性辅酶衣 $NA{D}^{+}$ 变成还原型辅酶衣 $NADH$。

注意，光合作用的还原性氢 $[H]$ 写作 $NADPH$ ，多了个 P。

第二步：

碳的氧化，形成 $C{O}_2$。也叫柠檬酸的循环、三羧酸循环。

第一步形成的 $C_3{H}_4{O}_3$ 能够进入线粒体。此时的反应场所是线粒体基质。

$2\mathrm{C}{\phantom{A}}_3\mathrm{H}{\phantom{A}}_4\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+6\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶6\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2+20[\mathrm{H}]+\mathrm{能}\mathrm{量}$

TIP

• 能量：这一步生成的能量，还是大部分以热能散失，小部分推动 ADP 形成 ATP。$2C_3{H}_4{O}_3$ 形成 $2ATP$

第三步：

放出大量热，形成大量 ATP，要求反应场所特别大。所以反应场所为线粒体内部的 ji，答线粒体内膜即可。

$6\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+(4+20)[\mathrm{H}]⟶12\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}+\mathrm{能}\mathrm{量}（\mathrm{大}\mathrm{部}\mathrm{分}\mathrm{以}\mathrm{热}\mathrm{量}\mathrm{散}\mathrm{失}）$

TIP

• 能量：还是大部分以热量散失，小部分形成大量 ATP。

有氧呼吸三个阶段的比较

有氧呼吸总反应式

来源

• 生成的 H2O 的氧，只来自于 $O_2$

注意

1. 两边水不能约
2. 酶不要忘记写
3. 有机反应用箭头
4. “能量”不能省

无氧呼吸

指细胞在无氧条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底氧化分解，产生酒精 + 二氧化碳或乳酸，释放能量，生成少量 ATP 的过程。

乳酸发酵：动物细胞、乳酸菌、马铃薯的块茎、甜菜的根、玉米胚如果无氧呼吸，进行的是乳酸发酵

酒精发酵：酵母菌、大部分植物

TIP

• 反应场所：全程细胞质基质
• 无氧呼吸第二阶段没有能量产生……能量都储存在酒精、乳酸里面了，根本没出来。

总反应式

$\mathrm{C}{\phantom{A}}_6\mathrm{H}{\phantom{A}}_{12}\mathrm{O}{\phantom{A}}_6\stackrel{\mathrm{酶}}{\to }2\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{H}{\phantom{A}}_5\mathrm{OH}(\mathrm{酒}\mathrm{精})+2\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2+\mathrm{少}\mathrm{量}\mathrm{能}\mathrm{量}$

$\mathrm{C}{\phantom{A}}_6\mathrm{H}{\phantom{A}}_{12}\mathrm{O}{\phantom{A}}_6\stackrel{\mathrm{酶}}{\to }2\mathrm{C}{\phantom{A}}_3\mathrm{H}{\phantom{A}}_6\mathrm{O}{\phantom{A}}_3(\mathrm{乳}\mathrm{酸})+\mathrm{少}\mathrm{量}\mathrm{能}\mathrm{量}$

呼吸作用影响因素及应用

影响细胞呼吸的内部因素

(1) 内部因素：遗传因素 (决定酶的种类和数量)

(2) 现象与实例：

①不同种类的植物呼吸速率不同：旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物；

②同一植物的不同生长发育时期细胞呼吸速率不同：幼苗期、开花期细胞呼吸速率较高，成熟期细胞呼吸速率较低；

③同一植物的不同器官细胞呼吸速率不同：生殖器官大于营养器官。

影响细胞呼吸的外部因素

根据有氧呼吸总方程式可知，影响细胞呼吸外界因素主要有：温度、O2 浓度、CO2 浓度和水分等。

(1) 温度

通过影响酶的活性，从而影响呼吸速率。

应用：

①低温储存蔬菜、水果（零上 4 摄氏度）。

②大棚种植夜间和阴天时适当降温，降低呼吸作用，减少有机物消耗，提高产量。（因为没有光合作用，只消耗，没有生成有机物）

(2)O2 浓度

什么氧气浓度下，最适宜植物的生长呢？

释放的 $C{O}_2$ 越多，消耗的有机物也就越多；所以当消耗的有机物最少的时候，最适宜植物的生长，选择 P 点。

应用：

1. 选用“创可贴”、透气的纱布包扎伤口，避免厌氧菌的繁殖。伤口较深时需注射破伤风抗毒血清，避免破伤风芽孢杆菌繁殖引发破伤风。

2. 酿酒：早期通气一促进酵母菌的有氧呼吸，利于菌繁殖。后期密闭发酵罐，促进酵母菌的无氧呼吸，利于产生酒精。

3. 土壤松土、稻田定期排水：提高土壤氧含量，促进根细胞有氧呼吸，为主动运输吸收矿质元素提供充足能量。

无土栽培时要定时向培养液中通空气，以防止根细胞无氧呼吸而导致烂根。

4. 当低氧条件保存水果、蔬菜，可抑制呼吸作用，减少有机物消耗，延长保鲜时间。

5. 提倡有氧运动。因为剧烈运动时氧气不足，细胞无氧呼吸产生乳酸使肌肉酸胀乏力。

(3)CO2 浓度

应用：增加空气中的 CO2 浓度抑制呼吸作用，减少有机物消耗，延长水果、蔬菜保鲜时间。

(4) 水分

在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快。

应用：

储存种子：保持干燥条件，以减弱呼吸作用，减少有机物消耗。储存蔬菜水果：要保持适宜的湿度。

例题

题 1

解

$D$

题 2

解

$C$

题 3

解

$B$

题 4

解

A 三阶段最多

B 只有第三阶段

C 三阶段不产生 [H]

$D$

题 5

解

A 避免厌氧菌的繁殖。错。

$A$

题 6

解

C 零下低温，就结冰了，细胞会死亡。应该是零上低温。

$C$