細胞通過分解有機分子獲取能量第三節第四章細胞的代謝高一生物

必修一細胞通過分解有機分子獲取能量

據估算，體重67.5kg的人慢跑消耗的能量約為每小時3621kJ；即使安靜地坐著，每小時也需要消耗約117kJ的能量。

細胞生命活動能直接利用的能源物質是什么？食物中的糖類等有機分子是如何轉化為直接能源物質的？讓我們從探究酵母的呼吸作用開始，逐一解開這些疑問。探究不同供氧環境下酵母的呼吸方式思考與討論：1.列表比較兩組實驗結果中CO2濃度和酒精含量的數據，分析不同供氧狀態下，酵母產生的物質有何差異？你能否解釋原因？2.酵母在分解葡萄糖、釋放CO2的過程中獲得了什么？

在不同供氧條件下，細胞呼吸分解有機分子的效率是否相同？酵母在有氧或缺氧條件下都能分解葡萄糖。通過比較單位時間內產生的CO2和酒精量，可以判斷分解程度，實驗步驟如下。1.ATP是生命活動的直接能源物質

科學家研究發現，在活細胞中，直接驅動生命活動的能源物質是一些稱為“能量載體”的分子，其中腺苷三磷酸用途最為廣泛。ATP的結構組成1．中文名稱：腺苷三磷酸（1個腺苷+3個磷酸）2．結構簡式：A—P～P～P，其中A代表腺苷（腺嘌呤+核糖），T代表三，P代表磷酸基團，～代表特殊的化學鍵ATP的兩種供能方式

(1)在酶的作用下，ATP的磷酸基團可水解，末端兩個磷酸基團水解均可釋放30kJ/mol的能量。ATP失去末端一個磷酸基團后水解為ADP（腺苷二磷酸），失去末端兩個磷酸基團后水解為AMP（腺苷一磷酸）。ATP的兩種供能方式

（2）ATP普遍存在于細胞中，主要通過含磷基團轉移到目標分子上或水解，為生命活動提供能量。例如肌細胞中，ATP結合到肌球蛋白上并釋放能量，改變肌球蛋白構象，使肌動蛋白絲移動，導致肌細胞收縮；細胞質膜主動運輸過程中，為載體蛋白提供能量的也是ATP。

細胞內ATP分子的總量是有限的，人體細胞內ATP總量只能維持生命活動15s左右。但正常情況下，細胞內的ATP是不會耗盡的：當ATP減少、ADP增加時，細胞通過氧化分解有機物，在酶的催化下，通過能量轉換，使ADP和Pi重新結合，形成新的ATP。ATP與ADP的相互轉換，可源源不斷地為生命活動提供直接能源。ATP與ADP之間的轉化ATP與ADP之間的轉化ATP酶

ADP+Pi+

能量ADP+Pi+能量

酶

ATP

ATP與ADP相互轉化過程是可逆反應嗎？不是可逆反應：（1）反應條件不同；（2）能量來源和去路不同；（3）反應場所不同。ATPATP合成酶ATP水解酶ADP+Pi+能量2．有氧呼吸產生大量ATP

細胞通過氧化分解有機物，將有機物中的能量轉換成可供生命活動直接使用的ATP，這個過程稱為細胞呼吸。

細胞呼吸的類型：有氧呼吸和無氧呼吸。

（1）有氧呼吸化學反應式：有氧呼吸場所（2）有氧呼吸場所：反應可歸納為兩個階段，分別在細胞質基質和線粒體中進行。真核細胞有氧呼吸的場所是細胞質基質和線粒體；原核細胞無線粒體，有氧呼吸在細胞質基質和細胞膜（分布與有氧呼吸有關的酶）上進行。

①糖酵解：1分子葡萄糖在酶的催化下分解成2分子丙酮酸，同時形成少量ATP，脫下的H由還原型輔酶Ⅰ（NADH）攜帶進入線粒體。（大部分能量以熱能形式散失，小部分推動ADP形成ATP）有氧呼吸過程具體過程：C6H12O6酶2丙酮酸（C3）+4NADH（還原性輔酶Ⅰ）+少量能量

場所：細胞質基質

②三羧酸循環：在氧氣充足的情況下，丙酮酸進入線粒體，在線粒體基質中氧化脫去一個CO2，生成乙酰輔酶A（二碳化合物），參與到“三羧酸循環”的反應中，徹底氧化分解為CO2，并形成一定的ATP以及NADH，CO2從細胞中排出。有氧呼吸過程具體過程：丙酮酸（C3）酶CO2+乙酰輔酶A（二碳化合物）場所：線粒體基質乙酰輔酶A+H2O酶CO2+NADH+少量能量

③電子傳遞鏈：NADH攜帶的電子經線粒體內膜上的電子傳遞鏈，逐漸釋放能量。釋放的能量部分轉化生成ATP，部分以熱能的形式釋放。電子最終傳遞給O2，生成H2O。有氧呼吸過程具體過程：24NADH（H+）+O2酶12H20+大量能量

場所：線粒體內膜有氧呼吸總結場所細胞質基質線粒體（有氧呼吸的主要場所）過程糖酵解三羧酸循環、電子傳遞鏈產物丙酮酸（C3H4O3）CO2和H2O能量少量ATP和熱能大量ATP和熱能產物丙酮酸（C3H4O3）、釋放少量能量、形成少量ATPCO2、H+、釋放少量能量、形成少量ATP；H2O、釋放大量能量、形成大量ATP3．無氧呼吸產生少量ATP概念：在沒有氧氣參與的情況下，葡萄糖等有機物經過不完全分解，釋放少量能量的過程。酶不徹底氧化產物+少量能量總反應式：有機物無氧不徹底氧化產物指什么呢？無氧呼吸過程第一個階段糖酵解：與有氧呼吸的第一階段相同；

第二個階段（乳酸發酵）：無氧呼吸過程中，糖酵解形成的NADH不進入線粒體，而是在細胞質基質中將丙酮酸還原，最終產物是乳酸。這一過程中，1分子葡萄糖分解為2分子的乳酸，形成2個ATP。無氧呼吸過程第二個階段（酒精發酵）：酵母無氧呼吸的產物是乙醇（酒精）和CO2。糖酵解產生的丙酮酸，繼續降解釋放出1個CO2分子后，接受NADH的H+和電子，形成乙醇，該過程稱為酒精發酵。酒精積累會對細胞產生傷害，在葡萄酒釀制過程中，當酒精含量達到12%～16%時，發酵停止。無氧呼吸總結第一階段（細胞質基質）第二階段（細胞質基質）

酒精發酵

大多數植物、酵母菌等乳酸發酵

高等動物、馬鈴薯塊莖、甜菜塊根、乳酸菌等葡萄糖酶丙酮酸+NADH+少量能量4.其他有機分子也可被氧化分解4.其他有機分子也可被氧化分解在酶的作用下，脂肪可被水解為甘油和脂肪酸。①甘油可轉變成丙酮酸進入糖的氧化分解途徑；②脂肪酸在酶的作用下逐步氧化分解形成乙酰輔酶A，并進入三羧酸循環被徹底氧化。因此，脂肪酸的徹底氧化分解需要在有氧條件下進行。4.其他有機分子也可被氧化分解

當體內糖類供應不足時，氨基酸也可作為能源物質。

在酶的作用下，氨基酸脫去氨基，剩下的碳鏈可進入到細胞有氧呼吸的各環節中，氧化分解放出能量；脫下的氨基則被轉化成尿素等含氮廢物排出體外。

4.其他有機分子也可被氧化分解

細胞在不同的生活環境中，都能通過細胞呼吸將儲存在有機分子中的能量轉化為生命活動可以利用的能量，這體現了生命的適應性。

課堂練習1.下列有關呼吸作用的敘述中，錯誤的是（

)A.生活在人體腸道內的蛔蟲進行無氧呼吸B.哺乳動物的成熟紅細胞只能進行無氧呼吸C.長跑時，人體產生的二氧化碳是有氧呼吸和無氧呼吸的共同產物D.酵母菌的無氧呼吸能產生二氧化碳C2.種子在浸水和不浸水的情況下進行細胞呼吸，都