(四)呼吸作用 呼吸作用为生物体进行生命活动提供能量.任何活的细胞都在不停地进行着呼吸作用.呼吸作用的停止就意味着细胞的死亡.呼吸作用分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型. 1.有氧呼吸的全过程 细胞有氧呼吸的全过程可分为以下三个步骤: 糖酵解:将一分子葡萄糖分解为两分子丙酮酸.并且发生氧化和生成少量ATP. 三羧酸循环:丙酮酸彻底分解为CO2和氢(这个氢被传递氢的辅酶携带着).同时生成少量的ATP. 氧化磷酸化:氢被传递给氧以生成水.并且放出大部分的能量.以生成ATP. (1)糖酵解 糖酵解是葡萄糖氧化的第一阶段.包括一系列反应.都是在细胞质中发生的.不需要氧.每一步反应都有特定的酶催化. 糖酵解的全过程.主要包括以下步骤: ①葡萄糖磷酸化:葡萄糖氧化是放能反应.但葡萄糖是比较稳定的化合物.如果要使它氧化放出能量来.必须先给予活化能来推动这个反应.使葡萄糖从稳定状态变为活跃状态.这个活化能是由ATP提供的.一个ATP的磷酸通过己糖激酶的催化反应而连到葡萄糖分子的6位碳上.使葡萄糖成为葡萄糖–6–磷酸.这一反应是放能反应.一个ATP放出一个高能磷酸键.大约释放出30.5kJ自由能.其中大部分变为热而散失.小部分用于使磷酸与葡萄糖结合.由于葡萄糖中的磷酸键不是高能的.所以写成直线. ②葡萄糖–6–磷酸经异构酶的催化而变为它的异构体果糖–6–磷酸.然后又有一个ATP分解.一个磷酸根连到1位C上.成为果糖一1.6–二磷酸.这一反应是通过磷酸果糖激酶的催化而实现的. 反应至此.消耗了2个ATP分子.经过一系列酶的催化一个葡萄糖分子形成一个果糖一1.6–二磷酸分子. ③醛缩酶催化果糖一1.6–二磷酸裂解.产生2个分子的三碳化合物.它们分别是磷酸二羟丙酮和3–磷酸甘油醛.以参加进一步的代谢. 以上从一个分子葡萄糖转化为2分子的PGALd.是糖酵解的第一阶段.这一阶段不但没有产生ATP.反而从细胞贮备中消耗了2个ATP. ④PGALd的氧化和磷酸化.生成1.3–二磷酸甘油酸.2个PGALd氧化.脱下2个已同时放出能.H由辅酶NAD+接受而成为还原态的NADH+H+,产生的一部分能则贮存于高能磷酸键中.即PGALd分子从细胞质基质的无机磷酸盐(Pi)中吸收一个磷酸.生成1.3–二磷酸甘油酸.由于这一分子中新形成的键是高能的.所以用曲线表示. ⑤DPGA的高能磷酸键转移至ADP.产生ATP和3–磷酸甘油酸.这一反应称为底物水平的磷酸化.以示与氧化磷酸化的区别.至此.细胞从一个分子的葡萄糖获得了2个ATP.同时有2个NAD+还原为2个NADH+H+. ⑥3–磷酸甘油酸经2–磷酸甘油酸转化为磷酸烯醇式丙酮酸.它的磷酸键吸收了自由能而变成了高能键.在丙酮酸激酶的催化下.发生第二次底物水平的磷酸化.又生成2个ATP和2个丙酮酸. 以上是糖酵解的第二阶段.这一阶段共产生了4个ATP. 糖酵解过程的总账是:一分子的葡萄糖分解为2个分子的丙酮酸.NAD+被还原.产生了2个 NADH+H+.总反应为: 葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O 在葡萄糖到丙酮酸的整个过程中.能位是逐步下降的.但只有上述两个反应的能位下降较大.足以生成ATP.其他反应则只有微小的下降.还不足以生成ATP. 葡萄糖经过精酵解过程只放出了不足l/4的化学能.大部分能量还保存在2个丙酮酸分子和2个NADH中.糖酵解发生在胞质中.而丙酮酸的继续氧化包括三羧酸循环和电子传递两个过程.则是在线粒体中进行的.丙酮酸在进入三羧酸循环之前.先要氧化脱羧.与辅酶A结合成为活化的乙酸辅酶A.这一过程除释放出1分子CO2外(这是细胞呼吸最早释放出来的CO2).同时还发生NAD+的还原.氧化脱羧实际上就是脱氢脱羧过程.丙酮酸的氧化脱羧是在线粒体基质中进行的.所产生的乙酸CoA即进入三羧酸循环.三羧酸循环也发生在线粒体基质中. (2)柠檬酸循环 柠檬酸循环的得名是由于在这个循环中有一个关键的中间代谢物.即柠檬酸.柠檬酸是一种三羧酸.所以这一循环又称为三羧酸循环. 柠檬酸循环途径中的酶.除琥珀酸脱氢酶定位于线粒体内膜之外.其余均存在于线粒体基质中.柠檬酸循环的全过程分述如下: 柠檬酸循环的第一步是每个二碳的乙酰CoA分子和一个四碳的草酰乙酸分子结合.生成六碳的柠檬酸: 乙酸CoA+草酰乙酸→柠檬酸+CoA 柠檬酸继续氧化.逐步脱去2个羧基.生成四碳化合物.最后又形成四碳的草酰乙酸.再与乙酰CoA结合.开始另一次循环.在这一全过程中.丙酮酸的3个碳在转变为乙酰CoA时脱去一个.在柠檬酸循环中脱去2个.这3个碳原子氧化的结果生成3个分子CO2.这样葡萄糖中的碳就被完全氧化了. TCA过程中发生的主要事件的顺序为: ① 乙酰CoA与草酰乙酸结合.生成六碳的柠檬酸.释放CoA. ② 柠檬酸分子不能进行脱氢反应.它先失去一个H2O而成为顺乌头酸.再结合一个 H2O转变为异柠檬酸. ③ 异柠檬酸同时进行脱氢和脱数反应.生成五碳的α–酮戊二酸.放出一个CO2.同时一个NAD+还原为NADH+H+. ④ a–酮戊二酸也同时进行脱氢和脱羧反应.并和CoA结合.生成含有一个高能硫键的四碳化合物.即琥珀酸CoA.同时释放出一个CO2.并且将NAD+还原为NADH+H+.故这一反应与丙酮酸的脱氢脱羧反应相同.也是有CoA参与的. ⑤ 琥珀酰CoA脱去CoA和高能硫键而成为琥珀酸.放出的能量则转入高能磷酸键中.即生成三磷酸鸟苷(GTP).GTP再将高能磷酸转入ADP产生ATP.这也是底物水平磷酸化的过程. ⑥ 琥珀酸脱氢生成延胡索酸.催化这一反应的琥珀酸脱氢酶定位于线粒体内膜上.其辅酶是FAD.而不是NAD+.所以在这里是FAD接受氢而生成FADH2. ⑦ 延胡索酸和水化合而成苹果酸. ⑧ 苹果酸氧化脱氢.生成草酰乙酸.亦即草酰乙酸再生.可重新与新的乙酸CoA分子结合.开始新一轮循环.在这一反应过程中.一个NAD+还原为NADH+H+. 柠檬酸进行一次循环.投入的原料是二碳的乙酸酰CoA.并释放2分子CO2.8个氢.其中4个来自乙酰CoA.另4个来自加入的水分子.这些氢被传递到电子受体上.生成3分子NADH+H+和1分子FADH2.此外.柠檬酸循环中还生成了1分子ATP.这也属于底物水平的磷酸化.由于一个葡萄糖分子产生2个乙酰CoA.所以一个葡萄糖分子在柠檬酸循环中共产生4个CO2分子6个NADH+H+分子个FADH2分子和2个ATP分子. (3)电子传递系统和氧化磷酸化 葡萄糖经过糖酵解和柠檬酸循环而全部被氧化.氧化所产生的能量一部分储存在ATP中.一部分还保留在NADH和FADH2中.NADH+H+和FADH2中的能量如何释放出来而转移给ATP呢?这是靠包括分子氧在内的电子传递系统或电子传递链来完成的. 电子传递链就是存在于线粒体内膜上的一系列电子传递体.如FMN.CoQ和各种细胞色素等.分子氧是电子传递链中最后的电子受体.糖酵解和柠檬酸循环产生的NADH+H+和FADH2中的电子和H+.沿着电子传递链上各电子传递体顺序地传递.最后到达分子氧.在这一过程中.所释放的能量就通过磷酸化而被储存到ATP中.所以这里的ATP的形成是发生在线粒体内膜上.这里发生的磷酸化作用是和氧化过程的电子传递紧密相关的.所以和底物水平磷酸化不同.称为氧化磷酸化.关于氧化磷酸化的机制.目前公认的是化学渗透学说.该学说是英国人P.Mitchell经过大量实验后于1961年首先提出的.其主要论点是认为呼吸链存在于线粒体内膜之上.当氧化进行时.呼吸链起质子泵作用.质子被泵出线粒体内膜之外侧.造成了膜内外两侧间跨膜的电化学势差.后者被膜上ATP合成酶所利用.使ADP与Pi合成ATP.每2个质子顺着电化学梯度.从膜间隙进入线粒体基质中所放出的能量可合成一个ATP分子.一个NADH+H+分子经过电子传递链后.可积累6个质子.因而共可生成3个ATP分子,而一个 FADH2分子经过电子传递链后.只积累4个质子.因而只可以生成2个ATP分子.一个葡萄糖分子经过有氧呼吸的全过程.总共能生成的ATP分子数统计如下: 糖酵解:①底物水平的磷酸化-------------4个ATP ②已糖分子活化消耗-------------2个ATP ③产生2分子NADH+H+.经过电子传递生成--4个或6个ATP 净积累------------------6或 8个ATP 丙酮酸氧化脱羧:产生2分子NADH+H+.可生成------6个ATP 柠檬酸循环:①底物水平磷酸化-------------2个ATP ②产生6个NADH+H+.可生成-------18个ATP ③产生2分子FADH2.可生成--------4个ATP 总计生成-------------------36或38个ATP 在糖酵解过程中产生的2分子NADH+H+为什么有时生成4个ATP.有时又生成6个ATP呢?这是因为:糖酵解是在细胞质基质中进行的.在真核生物中.细胞质基质中的NADH+H+不能通过正常的线粒体内膜.线粒体外的NADH+H+可将其所带的H转交给某种能透过线粒体膜的化合物.进入线粒体内以后再氧化.胞质中的NADH+H+是通过下列两种穿梭运送的系统而到达线粒体基质.然后再通过线粒体内膜上的呼吸链进行氧化的. ① 磷酸甘油穿梭系统:胞质中含有以NADH+H+为辅酶的磷酸甘油脱氢酶可以将磷酸二羟丙酮还原为磷酸甘油.后者可以扩散到线粒体基质内.线粒体基质内.则有另一种含有FAD的α–磷酸甘油脱氢酶.它可催化进入的1–磷酸甘油脱氢.形成FADH2.于是胞质内的NADH+H+便间接地形成了线粒体基质内的FADH2.后者通过呼吸链产生ATP.每1分子FADH2可产生2分子ATP.这种穿梭作用主要存在于肌肉.神经组织中.所以葡萄糖在这些组织中彻底氧化所产生的ATP比其他组织中要少2个.即产生36个ATP. ② 苹果酸–草酰乙酸穿梭系统:胞质中含有苹果酸脱氢酶.可催化草酰乙酸还原为苹果酸.后者可以进入线粒体基质.线粒体基质内则有另一种苹果酸脱氢酶.可催化进入的苹果酸脱氢形成草酰乙酸和NADH+H+.于是胞质内的NADH+H+上的H便间接地被转运进入线粒体基质中.草酰乙酸则通过基质和胞质均含有的谷–草转氨酶的作用.从基质返回胞质中.每1分子NADH进入线粒体内膜的呼吸链氧化可产生3分子ATP.在心脏.肝.肾等细胞中.胞质中的NADH+H+属于此种穿梭.所以1分子葡萄糖在这些组织中彻底氧化所产生的ATP分子数为38个. 2.无氧呼吸的过程 (1)酒精发酵:酵母菌和其他一些生物.甚至一些高等植物.在缺氧条件下.都以酒精发酵的形式进行无氧吸吸.这一过程简单地说就是葡萄糖经糖酵解而成为丙酮酸.丙酮酸脱羧放出CO2而生成乙醛.乙醛被NADH+H+而还原成酒精. (2)乳酸发酵:是某些微生物.如乳酸菌的无氧吸吸过程.高等动物有乳酸发酵过程.人在激烈运动时.氧一时供应不足.葡萄糖酵解产生的部分丙酮酸不能氧化脱羧.因而不能进入三羧酸循环.这时丙酮酸就进入乳酸发酵途径. 乳酸菌可以使牛奶发酵制成奶酪和酸牛奶.泡菜.酸菜.青贮饲料能够较长时间地保存.也都是利用乳酸发酵积累的乳酸.抑制了其他微生物活动的缘故. 糖酵解是厌氧过程.但不是专性的.在有氧及无氧条件下均能进行.在正常的有氧条件下.通过糖酵解形成的丙酮酸进入线粒体的基质中被完全氧化.形成的NADH+H+通过两种穿梭系统进入线粒体内膜的呼吸链被氧化.在缺氧条件下.NADH+H+不能进入呼吸链.要保持糖酵解继续进行.NADH+H+必需再氧化.这时丙酮酸在细胞质基质中脱羧形成乙醛.乙醛在乙醛脱氢酶作用下.以 NADH+H+作为还原剂形成乙醇.或是丙酮酸在乳酸脱氢酶作用下.直接被NADH+H+还原为乳酸.从而使NADH+H+氧化为NAD+.再接受糖酵解过程脱下的氢.故1分子葡萄糖无论是进行了酒精发酵还是乳酸发酵.均只产生2分子ATP. 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

下图表示光合作用和有氧呼吸作用过程中物质变化的关系,下列说法不正确的是(  )

A.5过程为生物生命活动提供所需的能量最多   

B.2过程需要ATP和多种酶,原核生物能完成图中生理过程3  

C.4过程产生的CO2进入相邻细胞参与2过程至少要穿过12层磷脂分子

D.光合作用与呼吸作用分别在叶绿体和线粒体中进行,产生的[H]都能与氧结合成水

 

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下图所示为生物体内与呼吸作用有关的图解,请分析回答。

⑴④⑤过程是否有能量的释放?       
⑵有水参与的是       过程(填序号)。
⑶③过程发生的场所是         
⑷如果是酵母菌,则其无氧呼吸的反应式是

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图一为测得的某种植物的某样方分布(单位:株/m2)情况,图二是某湿地生态系统碳循环图解,据图分析回答:

(1)图一样方内该植物的数量应记为           株/m2

(2)碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以              的形式进行。能构成生物群落的是  (填字母)。从食物链的角度看,图二中包括了              个营养级。以藻类植物为食的小型浮游动物处在            (以图中字母回答)环节。

(3)研究者观察到黑脸琵鹭处在图二中的最高营养级。假设F摄入的能量为a,其中存在于其粪便中的能量为b,呼吸散失的能量为c,用于生长、发育和繁殖的能量为d,若能量的传递效率在10%-20%之间,则流入黑脸琵鹭的能量最多为                        。若研究者要调查黑脸琵鹭的种群密度,常用的调查方法是                 

(4)生态系统中,捕食者依据被捕食者的气味捕猎,被捕食者也依据捕食者气味躲避捕猎,这属于信息种类中的         信息。说明信息传递在生态系统中具有                      作用。

 

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下图表示光合作用和有氧呼吸作用过程中物质变化的关系,下列说法不正确的是

A.5过程为生物生命活动提供所需的能量最多   

B.2过程需要ATP和多种酶,原核生物能完成图中生理过程3  

C.4过程产生的CO2进入相邻细胞参与2过程至少要穿过12层磷脂分子

D.光合作用与呼吸作用分别在叶绿体和线粒体中进行,产生的[H]都能与氧结合成水

 

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6分)酵母菌是一类单细胞真菌,在生活实践中常用于酿酒和发面,为了探究酵母菌的呼吸作用类型,某生物兴趣小组的同学将实验材料和用具按下图安装好并进行了相关实验。请据图分析作答:

1)甲、乙两组酵母菌的呼吸方式分别是 ?? ?? ?? ??

2)甲组实验中,质量分数为10%NaOH溶液是为了 ?? ?? ,乙组B瓶应封口放置一段时间,以除去瓶中的 ?? ?? 后,再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。

3)上述实验中可观察到的现象 ?? ??

4)若AB两瓶中的酵母菌溶液起始的种群密度、体积等均相同,按图中装置培养一段时间,则实验结束时两瓶中酵母菌种群密度的大小关系是A ?? ?? B(填“>” 或“=”或“<”)。

 

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同步练习册答案