从化学能到生物能文档格式.docx
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在光合作用过程中的能量转化是：
太阳光能→电能→ATP与NADPH中活跃的化学能→糖类中稳定的化学能。
知识链接
糖类是主要的能源物质。
ATP含量稳定、可再生和移动迅速、供能高效，因而成为细胞内能量释放、转移和利用的中间物质。
光合作用为几乎所有生物提供了物质和能量。
教材分析
汽油的燃烧是一个物质氧化的化学反应过程，c由还原态转变为氧化态的过程中有大量的能量被释放出来，在这一能量的转变中是一个由稳定的化学能转变为物理能的过程。
与此相似，生命的运动过程也有一个能量形式的转变。
而在细胞内的能量是贮存在有机物中的，这相当于汽油这种燃料，例如：
糖类、脂肪、蛋白质。
这些“燃料”中能量必须被氧化分解，变成氧化态，能量就可以释放出来，并且转变成ATP中的活跃化学能被生命活动直接利用。
要点提炼
与汽油这种形式的能源物质相似——在细胞内的能量也是贮存于还原态的碳元素中，能量的释放过程，就其本质来说：
是一个碳元素被氧化的过程。
细胞呼吸的类型
无论是自养生物还是异养生物，细胞必须将这些有机物氧化分解，将能量释放出来，供生命活动之需。
细胞氧化葡萄糖、脂肪酸或其他有机物以获取能量并产生co2的过程称为细胞呼吸。
探究活动
酵母菌细胞呼吸的方式
目的要求：
通过探究酵母菌细胞呼吸的方式，了解细胞呼吸的类型。
细胞呼吸的最重要的意义是为生命活动提供能量。
实验原理：
酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧和无氧的条件下均能正常生存。
有氧呼吸是在有氧气条件下进行的，产生二氧化碳和水，释放能量多。
无氧呼吸是在无氧条件下进行，产生二氧化碳和酒精，释放能量较少的一种呼吸方式。
全析提示
释放能量多少的显示方法：
用温度计测量保温瓶内的温度变化。
材料器具：
酵母培养液；
液体石蜡油、0.1g/L葡萄糖液；
保温瓶、温度计、棉花。
活动程序：
取3只保温瓶，编号为A、B、c。
将少量的酵母菌放进由蒸馏水、纯糖和酒石酸铵组成的培养液中，经过一夜的培养，便可以产生出千千万万的酵母菌。
A瓶注入煮沸冷却的质量分数为0.1g/L的葡萄糖溶液1L；
B、c瓶注入未经煮沸的质量分数为0.1g/L的葡萄糖溶液1L。
向A、B瓶中加入等量的酵母培养液，c号瓶中不加入酵母菌培养液。
向A号瓶中注入液体石蜡。
煮沸的目的有两个：
其一是排出氧气，气体于100℃在水中的溶解度非常小；
其二是杀死微生物。
个瓶中同时放入温度计，并用棉团轻轻塞上瓶口，插入温度计并保证保温瓶通气。
h后观察并记录3个保温瓶温度数据。
结果预测及分析：
B号瓶中温度最高，A号瓶次之，c号瓶的温度最低并且接近室温。
液体石蜡的密度比水小，所以可以在水面上形成一层油膜，从而有效地使空气与培养液隔开。
B号瓶中的酵母菌进行的呼吸方式是有氧呼吸。
细胞在氧的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，同时释放出大量能量的过程，称为有氧呼吸。
A号瓶中的酵母菌进行的呼吸方式是无氧呼吸。
无氧呼吸不需要大气中的氧。
绝大多数的动物和植物都需要进行有氧呼吸，所以必须生活在氧气充足的条件下。
几种专营体内寄生的动物进行无氧呼吸，如蛔虫、猪肉绦虫等。
部分微生物也必须进行无氧呼吸才能生存，这种微生物的代谢类型被称为专性厌氧，除了书上的两种微生物外，还有甲烷杆菌、链球菌等。
细胞呼吸的主要场所——线粒体要点提炼
酵母菌的两种呼吸方式：
①有氧呼吸时产物是co2和H2o，并有大量能量释放；
②无氧呼吸产物是酒精和co2，释放少量能量。
线粒体，最早发现这种细胞器是1857年利用光学显微镜在昆虫的肌肉细胞中看到的一种颗粒状结构，直到1897年Benda才把这种线状和颗粒状结构称为线粒体。
在光学显微镜下，线粒体成颗粒状或短杆状，横径约0.2～1μ，长约2～8μ，相当于一个细菌的大小。
线粒体的形态与其名称来历有关，线粒体在光学显微镜下呈线状和颗粒状。
线粒体在电镜下呈双层膜结构，内膜向内腔折叠形成嵴，嵴的形成增加了线粒体内膜的面积。
线粒体内膜中蛋白质的含量比外膜多得多，完成有氧呼吸第三阶段过程的所有的酶都分布在内膜上。
第二阶段的酶在线粒体基质中。
线粒体是有氧呼吸的主要场所，它的主要使命是为各种生命活动提供能量，所以在能量代谢旺盛的细胞中，线粒体的数量就比较多，如心肌细胞与骨骼肌细胞相比较，心肌细胞消耗的能量比骨骼肌细胞多，所以心肌细胞中的线粒体数量比骨骼肌多，而且每个线粒体中嵴的数量也比骨骼肌中多。
有氧呼吸有关的酶分布在基质和内膜上。
线粒体为生命活动提供能量，所以需要能量多的细胞内的线粒体数量多。
在线粒体中有少量的DNA和RNA，线粒体在细胞中可以进行自我增殖，如细胞从低能量代谢转到高能量代谢时，线粒体的数量就会增加，所以线粒体在遗传上不完全依赖于细胞核，有一定独立性。
全析提示[s5u.]
线粒体称为半自主性细胞器，是因为：
①增殖不与细胞同步;
②能够自主合成部分蛋白质。
细胞呼吸的过程
有氧呼吸是高等动物和植物细胞进行呼吸作用的主要形式，因此，通常所说的呼吸作用就是指有氧呼吸。
细胞进行有氧呼吸的主要场所是线粒体。
氧化的有机物最多的是葡萄糖。
如果选择适当的催化剂使葡萄糖燃烧，一步就被氧化成co2和水，而在细胞中葡萄糖的氧化是要经过许多步骤才产生co2和水的。
有氧呼吸的全过程可分为三个阶段：
物质在细胞内氧化分解最大特点是：
要经过一系列复杂的化学反应，逐步释放出来的。
阶段：
1分子葡萄糖分解为2分子的丙酮酸，同时产生少量的氢和少量的能量，这些能量能产生2分子ATP。
这个过程是在细胞质基质中进行的。
c6H12o62c3H4o3+4[H]+2ATP阶段可称为：
葡萄糖的分解。
第二阶段：
丙酮酸经过一系列的反应，分解成二氧化碳和氢，同时释放出少量能量，这些能量能产生2分子ATP。
这个阶段是在线粒体基质中进行的。
c3H4o3+6H2o6co2+20[H]+2ATP第二阶段可称为：
丙酮酸的彻底分解。
第三阶段：
前两个阶段产生的氢，经过一系列反应，与氧结合成水，同时释放大量的能量，这些能量能产生34分子ATP。
这个过程是在线粒体内膜上进行的。
第三阶段可称为：
水的产生。
[H]+6o212H2o+34ATP
以葡萄糖为底物的细胞呼吸的总反应式是：
c6H12o6+6o2＋6H2o6co2＋12H2o+能量全析提示
总反应式两侧的水不可以约掉，因为不是在一个阶段中参与的反应。
综合上述每氧化1摩尔葡萄糖，生成6摩尔的二氧化碳和12摩尔的水，同时生成38摩尔ATP。
每氧化1摩尔葡萄糖释放出来的总能量是2870j，其中只有1161j转移至ATP的高能磷酸键上，能量转变效率只有40％左右，其余部分的能量就以热能形式散失掉了。
无氧呼吸
无氧呼吸也包括许多类型，但它们有一个共同的特点，氧气不参与反应，并且呼吸底物只是部分地被氧化，所以最终形成的产物有酒精、乳酸等。
左栏中的一组数据是一定要掌握的。
c6H12o62c3H4o3+4[H]+2ATP要点提炼
阶段与有氧呼吸的相同，可以看出这一阶段并不需要氧气存在。
生物种类不同，终产物有两种。
①产生酒精的无氧呼吸 酵母菌和其他一些微生物，甚至一些高等植物，在缺氧条件下，都以酒精无氧呼吸的形式进行呼吸。
无氧呼吸全过程中，这是唯一的释放能量的过程。
无氧气存在时，丙酮酸就在丙酮酸羧化酶的作用下，脱羧成为乙醛。
乙醛在乙醇脱氢酶的作用下，被阶段产生的[H]还原为酒精。
这些反应可以用下列的反应式来表示：
cH3cocooH2cH3cHo+2co2
cH3cHo+2[H]2c2H5oH思维拓展
这一过程可以看出，[H]中贮存的能量随之进入了酒精。
酒精无氧呼吸的总反应式是：
c6H12o62c2H5oH+2co2+能量
②产生乳酸的无氧呼吸 高等动物和人体的无氧呼吸产生乳酸。
乳酸无氧呼吸也不需要氧的参与，而只依靠酶的作用就能把1分子葡萄糖分解成2分子乳酸，并且产生2分子ATP。
s5u.全析提示
从反应式中可以看出，物质在反应前后依然是平衡的。
cH3cocooH+2[H]2cH3cHoHcooH
乳酸发酵的总反应式是：
c6H12o62c3H6o3+能量
此外，还有一些高等植物的某些器官在进行无氧呼吸时也可以产生乳酸，如马铃薯块茎、甜菜块根等。
左栏中的反应式中也有丙酮酸被还原的过程：
羰基被还原成了羟基。
总之，无氧呼吸的效率虽然远比有氧呼吸低，但作为一种应急措施是必要的。
从生物的进化历史来看，无氧呼吸也是很有意义的。
因为在绿色植物出现之前没有光合作用，因而大气中没有氧气。
这时的原始生物必然是靠无氧呼吸获得它们所需的能量。
在无氧呼吸中，分解葡萄糖时释放的能量是196.65j/ol，本章节中ATP水解时，释放能量的值是30.54j/ol，所以无氧呼吸中产生的2olATP中的能量是61.08j。
细胞呼吸释放出来的能用于细胞的各种生命活动过程。
细胞生长、分裂时需要合成许多物质，因而都要耗能。
恒温动物体温的维持也需要能。
在低温下，生物生长非常缓慢，甚至停滞，原因之一就是呼吸作用十分低微，生物合成十分缓慢。
细胞的主动运输也是一种耗能过程。
植物根系在氧分压很低的情况下对+的吸收大大减少，就是因为在氧分压低时呼吸作用微弱，不能产生足够的自由能之故。
某些特殊的生物，如萤火虫、电鳗等的光能、电能等都是由ATP中的化学能转换而来的。
动物的机械活动所消耗的能，也都来自呼吸作用中产生的ATP。
①只需相应的酶，不需o2，在有o2存在时，无氧呼吸会受抑制。
②物质变化：
由于缺氧，c6H12o6不能彻底氧化分解，而产生不彻底氧化产物，如c2H5oH或c3H6o3。
③能量变化：
因为分解不彻底，氧化产物中还贮存着能量，所以释能少。
呼吸作用中的能量形式的转变：
稳定的化学能活跃的化学能生物能。
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