运动与细胞呼吸运动与细胞呼吸第四节第四节 细胞呼吸细胞呼吸区别区别呼吸、呼吸、呼吸运动、呼吸运动、细胞呼吸细胞呼吸呼吸全过程图解呼吸全过程图解外外界界空空气气细胞内细胞内 + + 糖糖 类类+ + 水水 COCO2 2能能 量量O2+ +肺肺泡泡肺的通气肺的通气呼呼吸吸道道肺部毛肺部毛细血管细血管肺泡内的肺泡内的气体交换气体交换O O2 2COCO2 2组织里的气体交换组织里的气体交换组织组织细胞细胞血液血液循环循环组织处的组织处的毛细血管毛细血管气气体体在在血血液液中中的的运运输输O O2 2COCO2 2呼吸：呼吸：人体必须不断地吸取外界的氧和呼出体内人体必须不断地吸取外界的氧和呼出体内的二氧化碳。这种人体与外界进行气体交换的过的二氧化碳。这种人体与外界进行气体交换的过程叫呼吸。程叫呼吸。呼吸运动：呼吸运动：胸廓有节律的扩大和缩小叫呼吸运动。胸廓有节律的扩大和缩小叫呼吸运动。糖类等有机物糖类等有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，在细胞内经过一系列的氧化分解，最终最终生成生成无机物无机物或小分子有机物或小分子有机物，释放出，释放出能量能量并生成并生成ATPATP的过程。的过程。细胞呼吸细胞呼吸( (呼吸作用呼吸作用/ /生物氧化生物氧化) )的概念：的概念：光光常常温温ATP.NADH高温 细胞的呼吸是在细胞的呼吸是在常温常温下进行的，所产生的能量有下进行的，所产生的能量有一一部分储存在部分储存在ATPATP中，其余的则转化为中，其余的则转化为热能热能。 葡萄糖中含有很多能量。每个葡萄糖中含有很多能量。每个ATPATP分子中的能量大约分子中的能量大约是是1 1个葡萄糖分子中能量的个葡萄糖分子中能量的1%1%。 但葡萄糖在身体中利用率并不是但葡萄糖在身体中利用率并不是100%100%，1 1个葡萄糖个葡萄糖分子可以合成大约分子可以合成大约3030个的个的ATPATP，这也就是说，细胞中葡萄，这也就是说，细胞中葡萄糖的能量利用率大约是糖的能量利用率大约是30%30%，高利用率（而汽车引擎对汽，高利用率（而汽车引擎对汽油的利用率也只是油的利用率也只是25%25%）细胞呼吸就是糖的氧化细胞呼吸就是糖的氧化共性：碳氧化为共性：碳氧化为CO2，氢氧化成，氢氧化成H2O细胞呼吸就是糖的氧化细胞呼吸就是糖的氧化6CO6CO2 2+6H+6H2 2O+O+能量能量C C6 6H H1212O O6 6+6O+6O2 2糖分子失去氢原子糖分子失去氢原子氧分子获得氢原子氧分子获得氢原子这种这种氢原子的得失氢原子的得失( (电子的得失电子的得失) )就是就是氧化氧化还原还原作用，葡萄糖分子被氧化，氧分子被作用，葡萄糖分子被氧化，氧分子被还原。还原。细胞呼吸是一系列细胞呼吸是一系列有控制有控制的氧化还原反应。的氧化还原反应。一、一、需氧呼吸：必须需氧呼吸：必须有氧有氧参加参加厌氧呼吸：厌氧呼吸：无氧无氧条件下发生条件下发生细胞呼吸的方式细胞呼吸的方式需氧呼吸需氧呼吸细胞在细胞在氧氧的参与下，通过多种酶的的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物催化作用，把葡萄糖等有机物彻底彻底氧化分解，产生氧化分解，产生COCO2 2和和H H2 2O O，释放释放能能量，生成许多量，生成许多ATPATP的过程。的过程。1 1、概念：、概念：2 2、发生场所：、发生场所：内膜内膜酶酶基质基质酶酶细胞溶胶、线粒体细胞溶胶、线粒体（主要）（主要）葡萄糖葡萄糖3 3、阶段：、阶段：第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段基质基质嵴嵴内膜内膜细胞溶胶细胞溶胶CO2有氧呼吸有氧呼吸总反应式：总反应式：C6H12O6 6O 2 6H2O6CO2 12H2O 能量能量三个步骤三个步骤1、C6H12O6 2C3H4O3+4H2、2C3H4O3 6H2O 6CO220H3、6O2+24H12H2O酶酶 (又称又称“氧化磷酸化氧化磷酸化”)：6O2阶段产生的阶段产生的24H 12H2O26ATP 三、需氧呼吸全过程分三个阶段：三、需氧呼吸全过程分三个阶段： (又称又称“糖酵解糖酵解”)： C6H12O6 42ATP CH3CCOOH酶酶在细胞质溶胶中在细胞质溶胶中在线粒体基质中在线粒体基质中2CH3COCOOH6H2O 6CO2202ATP酶酶酶酶在线粒体内膜上在线粒体内膜上(又称又称柠檬酸循环柠檬酸循环)：2NADH+2H2NADH+2H+ +第一阶段第一阶段: 糖酵解糖酵解过程过程：1 1葡萄糖葡萄糖2 2丙酮酸丙酮酸场所场所：细胞溶胶细胞溶胶2丙酮酸丙酮酸1葡萄糖葡萄糖 六碳的链被分为六碳的链被分为 2 2个三碳的链个三碳的链 形成形成2ATP2ATP 葡萄糖中的一部分葡萄糖中的一部分 氢原子变成氢原子变成2NADH2NADHNADH:NADH:还原型辅酶还原型辅酶I,I,是一是一种种特殊特殊的核苷酸的核苷酸 NAD NAD+ +: :氧化型辅酶氧化型辅酶I I 能量能量：葡萄糖中绝大部分的化学能仍存在：葡萄糖中绝大部分的化学能仍存在于于丙酮酸丙酮酸中，部分进入中，部分进入2 2个个ATPATP中。中。反应式：反应式：酶C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi2CH3COCOOH+2NADH+2H+2ATP( (丙酮酸丙酮酸) )酶酶 C6H12O6 42ATP CH3CCOOHC-C-CC-C-CC-CNADNAD+ +NADH+HNADH+H+ +COCO2 23NAD3NAD+ +3NADH+H3NADH+H+ +2CO2CO2 2ATPATPADP+PiADP+PiFADHFADH2 2FADFAD第二阶段第二阶段: 柠檬酸循环柠檬酸循环(丙酮酸丙酮酸)（C酸）酸）C酸酸C酸酸丙酮酸丙酮酸中氢原子中氢原子变成变成4NADH+H+和和个个FADH2NADH:NADH:还原型辅酶还原型辅酶I,I,一种一种特殊特殊核苷酸核苷酸NADNAD+ +: :氧化型辅酶氧化型辅酶I IFADH2:还原型黄酶还原型黄酶,一种一种特殊特殊核苷酸，核苷酸，FAD氧化型黄酶氧化型黄酶 6H2O第二阶段第二阶段: 柠檬酸循环（三羧酸循环）柠檬酸循环（三羧酸循环）场所场所：线粒体线粒体基质、基质、嵴嵴过程：过程： 2 2丙酮酸丙酮酸+6H+6H2 2O O 6CO 6CO2 2 2 2丙酮酸中氢原子丙酮酸中氢原子变成变成8NADH8NADH+H+ 和和2FADH2FADH2 22CH3COCOOH6H2O 6CO2202ATP酶酶能量能量：2丙酮酸中的丙酮酸中的稳定的稳定的化学能释放出化学能释放出来，部分进入来，部分进入2ATP中中。反应式：反应式：2CH3COCOOH6H2O 8NAD 2FAD +2ADP+2Pi 6CO28NADH +H+ + 2FADH2 2ATP酶酶场所场所：线粒体内膜线粒体内膜线线粒粒体体内内膜膜的的功功能能定定位位第三阶段：电子传递链中第三阶段：电子传递链中水水的形成的形成第三阶段：电子传递链中第三阶段：电子传递链中水水的形成的形成电子传递链在内膜中电子传递链在内膜中,由由3个蛋白质复合体组成个蛋白质复合体组成(每个有一种每个有一种以上电子传递体以上电子传递体) ,10NADH+10H+2FADH2的的H和电子被和电子被电子传递体接受并传递电子传递体接受并传递,产生产生26ATP, H与与O 2结合成结合成12H2O第三阶段：电子传递链中第三阶段：电子传递链中水水的形成的形成过程过程：能量能量：NADHNADH、FADHFADH2 2中的中的活跃的活跃的化学能化学能转移到转移到2626个个ATPATP中，成为可中，成为可直接利直接利用用的能量。的能量。2H+ + 2e- +1 12 2O2H2O每个每个NADH经过电子传递链后，可形成经过电子传递链后，可形成2-3个个ATP每个每个FADH2经过电子传递链后，可形成经过电子传递链后，可形成1-2个个ATP需氧呼吸需氧呼吸从糖酵解到电子传递链中水的形成，这一系列从糖酵解到电子传递链中水的形成，这一系列反应都只能在有反应都只能在有氧气氧气存在的条件下发生，所以存在的条件下发生，所以称为称为需氧呼吸（需氧呼吸（aerobic respiration）。能能能能量量量量释释释释放放放放能量转移能量转移能量转移能量转移能量利用能量利用能量利用能量利用C6H12O6 6O 2 6H2O6CO 2 12H2O需氧呼吸怎样进行？需氧呼吸怎样进行？C C6 6H H1212O O6 62 2丙酮酸丙酮酸酶酶6CO6CO2 22NADH2NADH能能2ATP2ATP热热能能2ATP2ATP热热酶酶6H6H2 2O O8NADH8NADH、2FADH2FADH2 212H12H2 2O O6O6O2 2酶酶能能26ATP26ATP热热线粒体线粒体细胞溶胶细胞溶胶第二阶段第二阶段第二阶段第二阶段第一阶段第一阶段第一阶段第一阶段第三阶段第三阶段第三阶段第三阶段有氧呼吸有氧呼吸 场 所所 反反应物物 产 物物 释能能第一第一阶段段第二第二阶段段第三第三阶段段细胞细胞溶胶溶胶主要是主要是葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸NADHNADH、H+ 2ATP2ATP丙酮酸、丙酮酸、H H2 2O O6CO6CO2 2、8NADH8NADH、8 8H+ FADHFADH2 22ATP2ATPNADHNADH、H+ FADHFADH2 2、O O2 2H H2 2O O26ATP26ATP线粒体线粒体基质基质线粒体线粒体内膜内膜注意：进入线粒体分解的是注意：进入线粒体分解的是丙酮酸丙酮酸，而不是而不是葡萄糖葡萄糖需氧呼吸三个阶段的比较需氧呼吸三个阶段的比较暂时缺氧状态下的活细胞，还能进行暂时缺氧状态下的活细胞，还能进行细胞呼吸吗？细胞呼吸吗？ 活细胞可以在活细胞可以在无氧或缺氧无氧或缺氧条件下，条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物物不彻底不彻底地氧化分解成为乙醇或乳酸地氧化分解成为乙醇或乳酸等，同时释放较少能量等，同时释放较少能量, ,这个过程叫这个过程叫- -厌氧呼吸厌氧呼吸或或无氧呼吸无氧呼吸。 例人和动物及植物缺氧时例人和动物及植物缺氧时. . 当我们当我们长时间长时间举着举着东西，或运动量东西，或运动量过大过大时，时，我们的身体往往会有酸我们的身体往往会有酸软乏力的感觉，其实，软乏力的感觉，其实，这就是因为我们的肌肉这就是因为我们的肌肉得不到得不到足够足够的的氧气氧气进行进行需氧呼吸，这时的肌肉需氧呼吸，这时的肌肉细胞就不得不通过厌氧细胞就不得不通过厌氧呼吸来取得更多能量的呼吸来取得更多能量的结果结果最常见的厌氧呼吸类型是：最常见的厌氧呼吸类型是：乳酸发酵乳酸发酵和和乙醇发酵乙醇发酵( (微生物微生物) )v 在一杯在一杯温开水温开水中加入一大勺糖和中加入一大勺糖和一小包酵母，进行搅拌。将这个杯一小包酵母，进行搅拌。将这个杯子中的液体倒入透明的玻璃瓶或矿子中的液体倒入透明的玻璃瓶或矿泉水瓶内，再往瓶内加一些温开水。泉水瓶内，再往瓶内加一些温开水。将一个小气球挤瘪后套在瓶口。将将一个小气球挤瘪后套在瓶口。将瓶子放在教室内窗台上，每天观察瓶子放在教室内窗台上，每天观察瓶中的情况，看看瓶中的液体会不瓶中的情况，看看瓶中的液体会不会冒出气泡，气球会不会胀大。会冒出气泡，气球会不会胀大。乙醇发酵乙醇发酵v有时，当水果堆放久了会有酒味产生，有时，当水果堆放久了会有酒味产生，这是因为果肉中进行了这是因为果肉中进行了乙醇发酵乙醇发酵。v当水果堆太久或放得太密集，果肉就会当水果堆太久或放得太密集，果肉就会发酵产生酒精。发酵产生酒精。vC C6 6H H1212O O6 6+2ADP+2Pi=2C+2ADP+2Pi=2C2 2H H5 5OH+2COOH+2CO2 2+2ATP+2ATP葡萄葡萄葡萄葡萄糖糖糖糖乙醇乙醇乙醇乙醇v进行乙醇发酵的微生物主要是进行乙醇发酵的微生物主要是酵母菌酵母菌制作面包、酿酒都离不开酵母制作面包、酿酒都离不开酵母菌。酵母菌在面团中进行乙醇菌。酵母菌在面团中进行乙醇发酵产生发酵产生二氧化碳二氧化碳可以将面团可以将面团发起。发起。细胞核细胞核细胞壁细胞壁乙醇发酵乙醇发酵v在无氧或缺氧条件下，葡萄糖不能充分水解，在无氧或缺氧条件下，葡萄糖不能充分水解，葡萄糖经过糖酵解形成丙酮酸后，便形成乙葡萄糖经过糖酵解形成丙酮酸后，便形成乙醛和醛和COCO2 2，乙醛再被，乙醛再被NADHNADH还原成乙醇还原成乙醇葡萄糖葡萄糖2丙酮酸丙酮酸不彻底水解不彻底水解COCO2 2CH3CHO+乙醛乙醛CHCH3 3CHCH2 2OHOH乙醇乙醇2NADH 2NADH 2H+还原还原2ATP2ATP乙醇发酵乙醇发酵2NAD +乳酸发酵乳酸发酵v在无氧或缺氧条件下，葡萄糖不能充在无氧或缺氧条件下，葡萄糖不能充分水解，葡萄糖经过糖酵解形成丙酮分水解，葡萄糖经过糖酵解形成丙酮酸后，如果在酸后，如果在乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶的催化下，的催化下，就会被就会被NADHNADH还原成乳酸。还原成乳酸。葡萄糖葡萄糖2丙酮酸丙酮酸2NADH2NADH2H+不彻底水解不彻底水解CH3CHOHCOOH乳酸乳酸还原还原2ATP2ATPv特别注意：对于人或高得动植物体，特别注意：对于人或高得动植物体，我们又称厌氧呼吸为无氧呼吸，但对我们又称厌氧呼吸为无氧呼吸，但对于于微生物微生物我们称为我们称为发酵发酵。但对于工业。但对于工业上的发酵也上的发酵也不一定全都是无氧不一定全都是无氧的，比的，比如醋酸发酵就是需要氧的。如醋酸发酵就是需要氧的。v醋酸杆菌是一种好氧细菌。在氧气充醋酸杆菌是一种好氧细菌。在氧气充足和具有酒精底物的条件下足和具有酒精底物的条件下, ,醋酸杆菌大醋酸杆菌大量繁殖并将酒精氧化分解成醋酸。量繁殖并将酒精氧化分解成醋酸。需氧呼吸与厌氧呼吸的区别与联系需氧呼吸与厌氧呼吸的区别与联系细胞溶胶细胞溶胶葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸无无O O2 2酒精酒精+CO+CO2 2+ +少量能量少量能量酶酶乳酸乳酸+ +少量能量少量能量酶酶酶酶COCO2 2+H+H2 2O+O+大量能量大量能量有O2 2 类型类型项目项目 需氧呼吸需氧呼吸 厌氧呼吸厌氧呼吸区区 别别 场场 所所 条条 件件 产产 物物释释 能能 联联 系系细胞溶胶、细胞溶胶、线粒体（主要）线粒体（主要）细胞溶胶细胞溶胶需需氧、酶等氧、酶等不需氧、需酶不需氧、需酶较较 多多较较 少少两者第一阶段相同即都将葡萄糖分两者第一阶段相同即都将葡萄糖分解成丙酮酸（糖酵解）解成丙酮酸（糖酵解）都分解有机物、释放能量都分解有机物、释放能量二氧化碳和水二氧化碳和水氧化彻底氧化彻底酒精、二氧化酒精、二氧化碳或碳或乳酸乳酸氧化不彻底氧化不彻底不同生物在缺氧条件下的呼吸作用不同生物在缺氧条件下的呼吸作用厌氧呼吸厌氧呼吸厌氧呼吸厌氧呼吸厌氧呼吸厌氧呼吸厌氧呼吸厌氧呼吸厌氧呼吸厌氧呼吸酒精发酵酒精发酵C C3 3H H6 6O O3 3、少量能量少量能量C C3 3H H6 6O O3 3 、少量能量少量能量C C3 3H H6 6O O3 3、少量能量少量能量C C3 3H H6 6O O3 3、少量能量少量能量C C2 2H H5 5OHOH、COCO2 2、少量能量少量能量乳酸发酵乳酸发酵C C2 2H H5 5OHOH、COCO2 2、少量能量少量能量C C3 3H H6 6O O3 3、少量能量少量能量厌氧呼吸的生理意义：厌氧呼吸的生理意义：在无氧或缺氧条件下，细胞利用这种在无氧或缺氧条件下，细胞利用这种呼吸作用可以快速地利用葡萄糖产生呼吸作用可以快速地利用葡萄糖产生ATP，在短时间内维持生命，增强生物，在短时间内维持生命，增强生物适应适应短时短时无氧条件的能力无氧条件的能力人体肌肉细胞中：人体肌肉细胞中：葡萄糖葡萄糖乳酸乳酸厌氧呼吸厌氧呼吸肝脏肝脏葡萄糖葡萄糖细胞呼吸是细胞代谢的中心细胞呼吸是细胞代谢的中心2024/7/2039v细胞在正常情况下利用糖类作为呼吸过程中细胞在正常情况下利用糖类作为呼吸过程中能量的来源，但在特殊的情况下也可以利用能量的来源，但在特殊的情况下也可以利用脂肪脂肪或或蛋白质蛋白质这两类物质的分解产物，其中这两类物质的分解产物，其中单糖单糖和和甘油甘油进入进入糖酵解糖酵解；脂肪酸脂肪酸和和氨基酸氨基酸主主要进入柠檬酸循环。要进入柠檬酸循环。发生在发生在活活细胞中，有多种细胞中，有多种酶酶的的参与参与和和调控调控；在在温和温和条件下进行（体温、生理条件下进行（体温、生理pHpH）；）；是一个是一个复杂复杂的氧化还原过程，包括电子转移的氧化还原过程，包括电子转移和质子的转移；和质子的转移；能量的释放是能量的释放是逐步逐步的，并以的，并以ATPATP的形式的形式储存储存和和传送传送。生物氧化的特点：生物氧化的特点：细胞呼吸的意义细胞呼吸的意义为生物体的各项生命活动提供能量为生物体的各项生命活动提供能量（ATPATP）CO2 +H2O + 能量能量细胞呼吸细胞呼吸氧化分解氧化分解ADP+PiATP释放释放能量能量用于各用于各项生命项生命活动活动主要能源物质主要能源物质葡萄糖葡萄糖直接能源物质直接能源物质ADPADP和和ATPATP的相互转变保证了的相互转变保证了生物所需能量的及时供应。生物所需能量的及时供应。呼吸作用过程中所产生的一些呼吸作用过程中所产生的一些中间产物中间产物，为，为体内其他物质的合成提供了原料（碳骨架）体内其他物质的合成提供了原料（碳骨架）细胞内有机物的生物合成和分解都是以细胞细胞内有机物的生物合成和分解都是以细胞呼吸为中心呼吸为中心.v1 1、温度、温度主要是温度影响主要是温度影响酶酶的活性。的活性。v2 2、O O2 2缺氧导致无氧呼吸，产生的缺氧导致无氧呼吸，产生的酒精酒精对对生物有生物有毒害毒害（使蛋白质变性）。（使蛋白质变性）。v3 3、COCO2 2COCO2 2浓度上升浓度上升抑制抑制呼吸作用。呼吸作用。v4 4、H H2 2O O代谢强度与水含量有关。代谢强度与水含量有关。呼吸速率的影响因素呼吸速率的影响因素（1 1）温度）温度温度温度呼呼吸吸速速率率根据温度对呼吸强度的影响原理，在生根据温度对呼吸强度的影响原理，在生产实践中，储藏蔬菜和水果时应降低产实践中，储藏蔬菜和水果时应降低温度以减少呼吸消耗，延长保鲜时间。温度以减少呼吸消耗，延长保鲜时间。（2 2）氧气：）氧气：在浓度较低时，无氧呼吸则增高，在浓度较低时，无氧呼吸则增高，短时间和局部的无氧呼吸对植物的伤害不大，短时间和局部的无氧呼吸对植物的伤害不大，但无氧呼吸时间过长，植物也会死亡。但无氧呼吸时间过长，植物也会死亡。（3 3）COCO2 2CO2是呼吸作用的产物，对细胞呼吸是呼吸作用的产物，对细胞呼吸有有抑制抑制作用，实验证明，在作用，实验证明，在CO2浓度浓度升高到升高到1%-10%时，呼吸作用明显被时，呼吸作用明显被抑制。抑制。据此原理，在蔬菜、水果的保鲜中，据此原理，在蔬菜、水果的保鲜中，增加增加CO2浓度也具有良好的效果。浓度也具有良好的效果。储存环境最基本的要求：低温、储存环境最基本的要求：低温、低湿低湿、低氧、低氧（4 4）H H2 2O O