高中生物细胞能量的来源,通货ATP是怎么产生的
细胞中能量的“通货”是ATP。ATP是怎么产生的呢?“放能反应”又发生在哪里?今天我们就来一起了解。
我们说能量是由线粒体提供的,事实上这个说法不够准确。ATP由细胞呼吸产生,而细胞呼吸中只有某些阶段在线粒体内进行。细胞呼吸,其实就是细胞内有机物氧化分解,并释放能量。
细胞呼吸的过程
我们知道,人类的呼吸是需要氧气的,细胞呼吸是否也都需要氧气?在伤口较深,且被污染的时候,我们要去医院打破伤风疫苗。破伤风的病原体破伤风杆菌,就是一种只能在无氧环境下生长繁殖的细菌,它们的能量也来源于细胞呼吸。由此可见,细胞呼吸并不一定需要氧气。细胞呼吸分为有氧呼吸和无氧呼吸两种,我们体内细胞每时每刻进行着的,大多是有氧呼吸。
破伤风杆菌
对于大多数生物来说,有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式,这一过程必须有氧气参与。有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖,此时细胞呼吸的化学反应方程式可以简写成
有氧呼吸的全过程十分复杂,在高中阶段,它被分为三个阶段。
第一阶段被称为糖酵解,在细胞质中进行。在细胞质中,一分子葡萄糖被分解成两分子丙酮酸,同时生成四个[H]以及少量能量。[H]指还原性氢(NADPH),它在有氧呼吸的第三阶段将会发挥作用。这个阶段不需要氧气的参与。
第二阶段与第三阶段在线粒体中进行。第二阶段在线粒体基质中发生,葡萄糖分解而成的丙酮酸在水的参与下被彻底地分解为二氧化碳和[H],同时释放少量能量。这一阶段并不需要氧气的直接参与,但在无氧的情况下,这一阶段不会发生。
第三阶段在线粒体内膜上发生。线粒体的结构很有意思,它具有内、外两层膜,内膜的某些部位相线粒体内腔折叠成嵴,嵴使得内膜的膜面积大大增加,这为酶提供了大量附着位点。参与有氧呼吸第三阶段的酶,就大量附着线粒体内膜上。在第一阶段和第二阶段生成的[H],就在第三阶段中经历一系列化学反应,与氧气结合形成水,并释放大量能量。
线粒体内腔折叠成嵴,增大了膜面积
在整个有氧呼吸的过程中产生的能量,一部分参与生成了ATP,一部分作为热量散失了。而如果燃烧葡萄糖,同样消耗了氧气,结果也都是生成了二氧化碳和水,为什么燃烧不能生成ATP呢?这是因为燃烧与有氧呼吸,反应的途径是不一样的。有氧呼吸过程温和,有机物中的能量经过一系列化学反应逐步释放,这些能量有相当一部分被储存在ATP中。
以上是有氧呼吸的大致内容。无氧呼吸呢?
酿酒需要使用到酵母菌,酵母菌就可以进行无氧呼吸产生酒精。用于制作酸奶的乳酸菌,进行无氧呼吸产生乳酸。无氧呼吸有很多类型,生成的产物也很多,在高中阶段,我们主要接触到的就是产生乳酸或酒精的无氧呼吸。
无氧呼吸的全过程一般能分为两个阶段。第一阶段与有氧呼吸完全相同,第二阶段则不相同。在第二阶段中,丙酮酸和[H]在酶的作用下,转化为酒精和二氧化碳,或者乳酸。无氧呼吸都只在第一阶段释放出少量的能量,生成少量ATP,大部分能量存留在酒精或乳酸中。
除了提供赖以生存的能量外,细胞呼吸还有许多应用。酿酒、做酸奶,都离不开细胞呼吸。除此之外,在各种各样的领域,如食品加工,药物制作、农业生产等等领域中,细胞呼吸的相关知识也为生产带来的诸多便利。
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