高中生物 15 细胞的能量 - 细胞呼吸的原理和应用
细胞呼吸的概念
细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。
有氧呼吸
概念：有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。
过程：有氧呼吸主要包括三个阶段。
第一阶段：在细胞质基质中，1分子葡萄糖分解形成2分子丙酮酸，产生少量氢，释放少量能量。这一阶段不需要氧的参与，与无氧呼吸的第一阶段相同。
第二阶段：丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和氢，释放少量能量，该过程在线粒体基质中进行。
第三阶段：前两个阶段产生的氢与氧结合生成水，同时释放大量能量，此阶段在线粒体内膜上进行。
反应式：C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O → 6CO₂ + 12H₂O + 能量
无氧呼吸
概念：无氧呼吸是指细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。
过程：无氧呼吸可分为两个阶段。
第一阶段：与有氧呼吸的第一阶段相同，在细胞质基质中，1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸，产生少量氢，释放少量能量。
第二阶段：在细胞质基质中，丙酮酸在不同酶的催化下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。
反应式：
产生酒精：C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 少量能量
产生乳酸：C₆H₁₂O₆ → 2C₃H₆O₃（乳酸）+ 少量能量
细胞呼吸的意义
为生物体的生命活动提供能量。细胞通过呼吸作用将有机物中的化学能释放出来，一部分以热能的形式散失，维持体温；另一部分转移到ATP中，为细胞的各项生命活动如物质运输、肌肉收缩、细胞分裂等提供直接能源。
为体内其他化合物的合成提供原料。细胞呼吸过程中产生的中间产物，如丙酮酸、氢等，可以作为合成其他物质的原料，例如丙酮酸可以通过转氨基作用生成丙氨酸等非必需氨基酸。
影响细胞呼吸的因素
温度：温度通过影响酶的活性来影响细胞呼吸速率。在一定范围内，随着温度的升高，酶的活性增强，细胞呼吸速率加快；但超过最适温度后，随着温度的升高，酶的活性下降，细胞呼吸速率减慢。
氧气浓度：氧气是有氧呼吸所必需的，在一定范围内，随着氧气浓度的增加，有氧呼吸速率加快，无氧呼吸速率减慢。当氧气浓度达到一定值时，无氧呼吸消失，只进行有氧呼吸。
二氧化碳浓度：二氧化碳是细胞呼吸的产物，当二氧化碳浓度过高时，会抑制细胞呼吸。
含水量：细胞含水量对细胞呼吸也有一定影响。在一定范围内，细胞含水量增加，细胞呼吸速率加快；但含水量过高或过低都会影响细胞呼吸。
细胞呼吸原理的应用
农业生产：
中耕松土可以增加土壤的透气性，提高土壤中氧气的含量，促进根细胞的有氧呼吸，有利于根对矿质离子的吸收。
稻田需要定期排水，防止水稻根部因缺氧而进行无氧呼吸产生酒精，导致烂根。
粮食储存：
粮食储存时要降低温度、降低氧气含量，使细胞呼吸速率减慢，减少有机物的消耗，延长粮食的储存时间。
果蔬保鲜：
果蔬保鲜时，要适当降低温度、降低氧气含量、增加二氧化碳含量，抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗，延长果蔬的保鲜期。
发酵工业：
利用酵母菌等微生物的无氧呼吸生产酒精、啤酒等；利用乳酸菌的无氧呼吸制作酸奶、泡菜等。
