【精品】高中生物 （人教大纲版）第一册 第三章　生物的新陈代谢 7细胞呼吸(备课资料)

1、备课资料 一、在生物体能量代谢中铁的载体作用 生物体内的能量代谢主要是通过氧完成的。氧的生物功能包括通过氧化有机营养物质向细胞内提供能量，参与某些氧化性代谢和生物合成等，其基本反应相当于有机物的完全氧化： C，H+O2,CO2+H2O C，H被氧化成CO2和H2O ，这一反应实质上是光合作用的逆向反应。从反应的起点和终点看，它无机生物的燃烧相同，但生物体内的能量和物质代谢有其本身的特点： (1)生物体以自由能形式释放和贮存能量； (2)生物体内进行的物质及能量转化需恒温(37左右)，近中性的水溶液中完成； (3)生物体内的物质与能量转化是多种多样的，每个细胞都能产生、贮存和利用自由能，以保证定

2、时、定点、定量地提供能量和对物质加工。 (4)有机物氧化反应的最终产物CO2最终由肺呼出。 可以把能量代谢中氧的利用表示如下： 每一环节的完成都有一种或几种生物物质作为其物质基础。它包括运氧载体并运送CO2经肺呼出的血红蛋白(Hb)，它存在于红细胞内；也包括在组织中负责从Hb中获得氧并贮存起来的肌红蛋白(Mb)以及定位于线粒体内膜的呼吸链中电子传递系统，使有机代谢物最终氧化生成CO2和H2O。这里，Hb、Mb和电子传递系统中的细胞色素(Cyt)都是血红素蛋白，即都是以铁的卟啉络合物为辅基的蛋白质。 铁是人体的必需微量元素，其含量占人体约4.5 g，分布于人体各部，几乎所有组织都有，其中以肝脾中

3、含量最高。铁在体内的存在形式可分两大类：血红素类和非血红素类。非血红素类主要有运铁蛋白、乳铁蛋白、铁蛋白、含铁血黄素及一些酶类。而血红蛋白、肌红蛋白及细胞色素即为血红素类，参与体内物质及能量的代谢的载体作用。 1含铁氧载体 Hb和Mb的运氧和贮氧功能都是依靠血红素中的Fe+3与O2的配位结合： Hb Fe2+ O2HbFe2+ O2 Mb Fe2+ O2Mb Fe2+ O2 所以都属于载氧体。它们的作用是：Hb能在肺泡中尽量结合较多的、本来难溶于水的氧，在需氧组织中把氧转给Mb，并在这里使CO2溶解在血液中，即要求下列氧转移反应在氧分压较低的组织中进行： Hb·O2+MbMb

4、3;O2+Hb 在氧分压高些的肺泡处，Hb能较快较多地结合O2，而在氧分压低些的组织中，它又能把O2转给含氧的能力比它强的Mb，这一性质是由它们的分子结构决定的。 Hb含铁O.34，每个红细胞含2.8亿个Hb分子，每个Hb分子由4个亚单位组成，每个亚单位以铁原子为核心，与很多C、H、O、N结合成亚铁血红素，再与肽链结合。每个铁原子和一个分子氧结合。可见，Hb的运氧效率是很高的。 Mb和Hb一样，它存在于肌肉中，每个肌红蛋白分子为单一的肽链，并含有一个亚铁血红素成为肌肉中的“氧库”。 2含铁递电子体 有机物在生物体内氧化分解的产物是CO2、H2O和能量。 C6H12O6+6O26 CO2+6H2

5、O+能量(17.1 kJ·g-1)，这种氧化是与呼吸过程结合进行的。其释能过程是由线粒体内膜上的一套酶系统催化而成的，此酶构成了链状反应，称之为呼吸链。有机营养物质消化、吸收进入细胞内的线粒体，脱氢，经呼吸链的逐步传递，最后交给氧使其变成水，与此同时产生能量供机体利用。 呼吸链的传递过程是： 呼吸链组成的前三种复合物中都含有铁硫蛋白(FeS)，FeS是一种重要的电子传递体，这类蛋白的特征是含有非血红素铁和对酸不稳定的硫，称它为非血红素铁蛋白。在氧化态时铁硫蛋白中的铁原子都是三价的；当铁硫蛋白被还原时，其中一个铁原子被还原成二价铁，由此起传递电子的作用。 呼吸链中细胞色素的组成及电子传

6、递顺序为bc1caa3，它们都是以血红素为中心的含铁蛋白，其分子内铁卟啉中的铁能够进行可逆的氧化还原反应，Fe3+接受电子还原成Fe2+，然后再将电子传递给另一个Cyt，最后再由Cytaa3将电子传递给O2，使氧活化成氧离子(O2)，再与介质中的2H+结合成水。Cyt传递电子的过程如下：由此看来，铁是重要的氧载体和电子传递体，影响着生物体的物质代谢和能量代谢。二、呼吸、呼吸作用与发酵1呼吸呼吸是指生物与外界环境进行气体交换的全过程。主要为吸入氧气和排出二氧化碳的过程。人和高等动物呼吸的全过程包括外呼吸、气体在血液中运输、内呼吸三个相互联系的环节。外呼吸包括肺的通气和肺泡内的气体交换，即是指血液

7、与外界空气在肺部进行的气体交换过程。气体在血液中的运输是通过血液循环运输O2和CO2的过程。内呼吸是指组织细胞之间的气体交换过程。低等动物的呼吸方式与其生活环境和自身相应的呼吸结构相适应。如：蝗虫用气管呼吸，河蚌用鳃呼吸，蚯蚓用皮肤呼吸，草履虫用表膜（细胞膜）呼吸。植物是以叶片等部位的气孔和茎的皮孔及表皮等从外界空气中吸入O2，排出CO2，本质上同动物一样与外界环境进行着气体交换。微生物（需氧型和兼性厌氧型）则是直接通过体表吸入O2，排出CO2，完成气体交换。2呼吸作用呼吸作用是指生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成CO2或其他产物，并且释放出能量的总过程。呼吸作用严格属于新

8、陈代谢的范筹，不论何种生物均在细胞内进行，因此，又称之为脱氧化、细胞呼吸等。根据生物对氧气的需求不同，呼吸作用又分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。人、动物、植物主要是以有氧呼吸的方式获取生命活动所需能量的，好氧性微生物和兼性厌氧微生物也均能以有氧呼吸方式获取能量。人、动物、植物、微生物在特定条件下，均能进行无氧呼吸，只是条件不同，产物不同。如：高等植物水淹、种子萌发初期、苹果贮藏过久等情况下，均进行无氧呼吸，产生酒精和二氧化碳，获得能量；高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根、胡萝卜的叶、玉米的胚）和人处于某特定环境（剧烈运动、刚进入高原等）都能进行无氧呼吸，但产物是乳酸，并获得能量；某些寄生

9、虫（蛔虫、绦虫、血吸虫等）也进行无氧呼吸（只能无氧呼吸）产生二氧化碳和其他有机物。3发酵发酵是指通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程。发酵的种类很多，根据培养的物理状态分为固体发酵和液体发酵；根据生成的产物不同分为抗生素发酵、维生素发酵和氨基酸发酵等；根据对氧的需求与否分为厌氧发酵和需氧发酵。醋酸杆菌发酵可以造醋（需氧）；乳酸菌发酵可以制泡菜、酸菜、青饲料（厌氧）；酵母菌发酵可以酿酒（先需氧增加菌数，再厌氧增产酒精）。三、范例析与解例1新鲜蔬菜放在冰箱的冷藏室中，能适当延长保鲜时间的生理原因是( )A.呼吸作用减弱 B.呼吸作用加强C.光合作用减弱 D.促进了物质分解分析：新鲜蔬菜的细

10、胞是活细胞，活细胞内不断地进行着呼吸作用，当然也就在不断地消耗有机物（削弱着营养价值），而呼吸作用又是在酶的作用下进行的，温度能影响呼吸酶的催化效率，故温度降低时可抑制呼吸酶的活性，适当延长蔬菜的保鲜时间。答案：A例2假如宇宙空间站内的绿色植物积累了120mol的O2，这些O2可供宇航员氧化分解多少mol的葡萄糖？分解葡萄糖所释放的能量大约有多少kJ转移给了ATP （）A.120和23220 B.20和2870 C.60和69660 D.20和23220酶分析：这是一道涉及光合作用、呼吸作用和能量转移以及相关化学知识的综合题。根据有氧呼吸的总反应式“C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+

11、12H2O+能量”可知，氧化分解1 mol葡萄糖消耗6 mol O2，则120 mol O2可分解葡萄糖为：120÷6=20(mol)；又因为1 mol葡萄糖彻底氧化分解后释放的能量是2870 kJ，其中只有1161 kJ转移给了ATP，则20 mol葡萄糖彻底氧化可转移给ATP的能量为1161×20=23220(kJ)。答案：D例3在贮藏水果时需充加CO2或N2或抽取空气，其目的是( )A.促进有氧呼吸 B.促进无氧呼吸C.抑制有氧呼吸 D.抑制无氧呼吸分析：本题是考查有氧呼吸的条件的。有氧呼吸需要氧气，贮藏水果时，充加CO2或N2或抽取空气，其目的都是使氧气减少，抑制呼

12、吸作用，使代谢缓慢，营养物质消耗减少，延长贮存的时间。答案：C例4运动员在进行不同项目运动时，机体供能方式不同。对三种运动项目的机体需氧量、实际摄入氧量和血液中的乳酸增加量进行测定，结果如下：运动项目总需O2量（升）实摄O2量（升）血中乳酸增加量马拉松跑600589略有增加400米跑162显著增加100米跑80未见增加根据以上资料分析马拉松跑、400米跑、100米跑运动时机体的主要供能方式分别是( )A.有氧呼吸、无氧呼吸、磷酸肌酸分解B.无氧呼吸、有氧呼吸、磷酸肌酸分解C.有氧呼吸、无氧呼吸、无氧呼吸D.有氧呼吸、磷酸肌酸分解、无氧呼吸分析：运动员的运动是肌肉收缩的结果。肌肉收缩的直接能源物

13、质是ATP，正常情况下肌细胞的ATP含量并不高，只能维持23秒的快速短跑，因此，需要通过呼吸作用分解有机物释放能量、并转移到ATP中，还可以通过贮存在细胞内的高能化合物磷酸肌酸释放能量，合成ATP。依表中数据：马拉松长跑过程中，机体实摄O2 589 L，接近总需O2量（600 L），乳酸含量略有增加，说明此过程机体供能方式主要是有氧呼吸，其次是无氧呼吸。在400米中长跑过程中，机体实摄O2 2 L，远小于总需O2量（16 L），乳酸含量增加，说明此过程机体供能方式主要是无氧呼吸。在100米短跑过程中，机体实摄O2为0，说明没有耗氧，乳酸含量也未见增加，说明此过程机体供能既没通过有氧呼吸，也没通

14、过无氧呼吸，故此仅10秒左右的运动过程是磷酸肌酸分解提供能量的。答案：A例5酵母菌在氧充足时，也进行有氧呼吸。但一般来说，乙醇发酵是衡量它的一个标准。酵母菌在含有葡萄糖的培养液里进行培养，做了测定单位时间内吸氧量（气体体积）和CO2发生量（气体体积）的实验。回答跟这个实验有关的问题，分别从中选出它们的正确答案。（1）在酵母菌只进行有氧呼吸时，比较吸氧量和CO2产生量哪一个大？吸氧量大；CO2发生量大；两者相等（2）酵母菌同时进行有氧呼吸和乙醇发酵，假如等量的葡萄糖在有氧呼吸和乙醇发酵过程中被消耗掉，这时的吸氧量和CO2产生量之比是多少？12 23 34（3）酵母菌同时进行有氧呼吸和乙醇发酵，根

15、据有氧呼吸和乙醇发酵所产生的CO2量，如果相等，这时吸氧量和CO2产生量之比又是多少？11 12 21（4）根据乙醇发酵消耗了360 mg葡萄糖，可生成多少mol的乙醇？0.004 mol0.03 mol0.25 mol分析：本题属考试热点之一。（1）根据有氧呼吸的反应式：C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量，可以判断两者相等。（2）在有氧呼吸中吸收6O2，放出6CO2；在乙醇发酵中只放出2CO2，因为酒精发酵的反应式是C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量。所以，O2CO2=68。（3）O2CO2=24。（4）180 g92 g=360 mgx mg，x=18

16、4 mg（生成的酒精量）。因此，1 mol酒精为46 g，0.184/46=0.004 mol。答案：（1） （2） （3） （4）例6植物在有氧呼吸与无氧呼吸过程中，产生同样数量ATP所消耗糖的摩尔数是( )A.前者比后者约多9倍 B.后者比前者约多9倍C.前者比后者约多19倍 D.后者比前者约多19倍答案：D例7将10 mL酵母液放在适宜温度下培养，并于不同时间内等量均匀取样4次，分别测定样品中酵母菌的数量和pH，结果如下表。请分析回答：样品酵母菌数量（个/立方毫米）pH112104.828205.4312103.7410005.0（1）表中样品的取样先后顺序为_。（2）对酵母菌而言，10 mL该培养液的环境负荷量