龙陵县职业高级中学
高等动植物生命动力主要来源于呼吸作用,特别是高等动物,90%以上的动力来源于呼吸作用。那么什么是呼吸作用呢?呼吸作用又是如何进行的呢?呼吸作用对高等动植物又是如何作用的呢?带着这些问题我们来看一看。呼吸作用是动植物体进行生命活动特征之一,呼吸作用又可以分为有氧呼吸和无氧呼吸,通常所说的呼吸作用是指有氧呼吸,而忽视了无氧呼吸。但生物在进行生命活动过程中,二者缺一不可,无氧呼吸是基础,有氧呼吸是能量的源泉。所以,在讲授生物的呼吸作用时,把二者进行对比式讲解,更容易让学生接受,更容易让学生理解和掌握。
主要从以下几个方面进行讲解:
一、概念
呼吸作用是细胞利用氧,将有机物分解成二氧化碳和水,并且将储存在有机物中的能量释放出来,供给生命活动的需要。有氧呼吸是指细胞在氧的参与下,通过酶的催化作用,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,最终产生出二氧化碳和水,同时释放出大量能量的过程。无氧呼吸是指在无氧条件下,通过酶的作用,细胞把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物(酒精、乳酸),同时释放出少量能量的过程。
二、作用场所
有氧呼吸最开始在细胞质内发生,最终在线粒体内完成;无氧呼吸始终只在细胞质内转换。
三、反应过程
(一)共同点
在第一阶段都是葡萄糖分解形成丙酮酸,同时释放出少量的能量:
C6H12O6+酶→2C3H4O3+4[H]+2ATP(少量)
(二)不同点
在第二阶段过程中有氧呼吸和无氧呼吸出现了质的不同,具体体现在:
1、无氧呼吸:在细胞质的基质中,丙酮酸在不同酶的催化下,分解为酒精和二氧化碳,或者转化为乳酸,并且释放出少量的能量。
2C3H4O3+4[H]+酶→2C3H4O3(乳酸)+能量(少量)或2C3H4O3+4[H]+酶→2C2H5OH(酒精)+2CO2+能量(少量)
2、有氧呼吸:在细胞质中形成的丙酮酸通过细胞核膜的运输,进入线粒体的基质中,两分子的丙酮酸和6个水分子中的氢全部脱下,丙酮酸被氧化分解成二氧化碳;在此过程中释放出少量的能量,其中一部分用于合成ATP,产生少量能量。前面两个过程产生的[H],经过一系列的反应,与氧结合反应合成水,同时释放出大量的能量。在此过程中,大概可以分成三个阶段,每一个阶段都需要酶的参与、催化,促使反应能较快的发生、反应完全。
3、对比看,有氧呼吸分解有机物彻底,形成最小物二氧化碳和水,无氧呼吸产生酒精和乳酸,反应不彻底,产物还可以再进一步发生反应分解成最小分子二氧化碳和水。
四、反应的实质
有氧呼吸和无氧呼吸在反应过程中,都是在转换葡萄糖类有机物,它们的反应实质都是使大分子的物质通过酶的催化,分解成小分子的物质,在分解过程中发生了化学键的断裂与重组,断裂建产生的能量大于生成键的能量,多余的能量以三磷酸腺苷(ATP)的形式储存在细胞内,供应细胞的新陈代谢等活动。
五、反应的化学方程式
有氧呼吸:C6H12O6+6O2+酶→6CO2+6H2O+ATP(大量)
无氧呼吸:C6H12O6+酶→2C2H5OH(酒精)+6CO2+ATP(少量)或C6H12O6+酶→2C2H6O3(乳酸)+ATP(少量)
六、反应物及产物
有氧呼吸:反应物为葡萄糖、氧气、酶;产物为二氧化碳、水和能量;
无氧呼吸:反应物为葡萄糖、酶;产物为酒精、二氧化碳、能量或乳酸、能量。
七、二者产生能量情况
1、无氧呼吸:1mol的葡萄糖在分解成乳酸以后,释放出的能量只有196.65KJ,其中有61.08KJ的能量储存在ATP中,其余的能量都以热能的形成散失。
2、有氧呼吸:1mol的葡萄糖在彻底氧化分解以后,释放出的能量共有2870KJ,其中有1161KJ左右的能量储存在ATP中,其余的都以热量的形式散失。
通过能量对比,有氧呼吸和无氧呼吸能量比为2870:196.65,差不多为15:1,所以有氧呼吸产生能量远远超过无氧呼吸。
八、影响因素
影响呼吸作用的因素,既有植物体内部的,又有外部环境的。从内部看,凡是生长快的植物及植物体幼嫩的部位(如根尖、茎尖),呼吸作用都很旺盛。相反,生长缓慢的植物以及植物体衰老的器官(如老根、老叶),呼吸作用则很弱。从外部看,具体体现在:
(一)温度:只有在适宜的温度,酶才能起催化作用。所以,温度影响酶的活性,也直接影响着呼吸作用的进程。
(二)氧和二氧化碳:
1、有氧呼吸:氧是有氧呼吸的原料之一,氧气不足,会直接影响到植物体的呼吸进程;二氧化碳是有氧呼吸的产物之一,随着周围环境二氧化碳增加,有氧呼吸会受到抑制。
2、无氧呼吸:无氧呼吸不需要氧的参与,如果环境中氧的量足,则无氧呼吸会自动变成有氧呼吸;二氧化碳是无氧呼吸中的部分产物,如果环境中二氧化碳的量增加,同样对无氧呼吸起到抑制作用。
比如,在密闭的环境里,由于水果蔬菜通过呼吸作用不断地释放出二氧化碳,就使二氧化碳的浓度逐渐增高,当二氧化碳达到一定浓度时,呼吸作用就会受到抑制,就达到延长水果、蔬菜的贮存时间,这就是水果、蔬菜中的贮藏法--自体保藏法。这种保藏法就是利用呼吸作用的这一特点来完成的。我们国家类似于这样的很多,例如:四川南充的果农,将广柑贮藏在密闭的土窑里,贮藏时间可达4、5个月;中国北方哈尔滨等地利用大窑套小窑的办法,使黄瓜、大白菜等贮藏时间达三个月之久。
九、有氧呼吸和无氧呼吸的意义
呼吸作用对于生物生命活动的意义,最突出的一点就是为生物体的各项生命活动提供能量。即植物在进行光合作用时,把来自于太阳的光能转变为化学能,并且最终把化学能储存在糖类等有机物中。植物进行呼吸作用时,又将葡萄糖等有机物分解,从而释放出动、植物进行生命活动的能量。
人体在剧烈运动过程中会感到肌肉酸痛就是由于剧烈运动过程中,氧的供应量达不到细胞进行有氧呼吸所需的氧分而形成的。有一些植物在水淹、土埋等缺氧过程中,仍然能继续生长,则为其在进行无氧呼吸。世界吉尼斯纪录水下憋气时长为20分10秒,他是丹麦37岁瑟沃·林森和意大利人戴维·莫里尼于2010年5月14日在湖南张家界宝峰湖进行的。他能达到那么长时间不进行呼气,也同样是因为他体内的细胞在缺氧的情况下进行无氧呼吸。
所以,无氧呼吸的意义在于,一是为生命活动供能;二是能为体内合成其它化合物提供能量,保证生物体在缺氧的情况下能进行生命的延续。
有氧呼吸的意义在于:一是提供生物生命活动所需要的大部分能量。如生长、发育,细胞的分裂和延长,有机物的运输与合成,矿物质营养的吸收和运输等。二是提供了合成新物质的原材料。呼吸作用是植物体内各种有机物相互转化的枢纽。三是还能促进伤口愈合,增强生物体的抗病能力。
结论:有氧呼吸和无氧呼吸都是呼吸作用的不同形式体现,无氧呼吸为基础,有氧呼吸是保障,二者不可分割;生命体在能进行有氧呼吸时进行有氧呼吸,在遇到特殊环境、特殊条件下进行无氧呼吸,共同完成了生命体活动、生长、繁殖等特征所需的能量,共同完成了呼吸作用对生物体的使命。所以,我们不能忽视有氧呼吸,更不能因为无氧呼吸产生的能量少而被遗弃。我们应该重视有氧呼吸,更应该重视无氧呼吸,让呼吸作用对生命体的贡献得以延续。
参考文献:1.对无氧呼吸能量代谢的一点疑问[J].胡四新.中学生物学2007年09期