高中生物 · 必修1 · 细胞的能量供应和利用

把一颗葡萄糖,走成可用的能量

细胞不是把葡萄糖一下子“烧掉”。它把分解过程拆成三段:先把大分子切开,再逐步取出能量,最后让氧气接住氢。沿着这条路径走一遍,地点、物质变化和 ATP 的多少就不再是三张孤立的表。

路径任务

依次为每一阶段选出地点、主要物质变化和 ATP 产生情况。每选完一项会立即得到提示;全部作答后,再用“核对整条路径”检查自己的推演。

STAGE 01

先切开

葡萄糖的初步分解

葡萄糖先在细胞质基质中被分解成丙酮酸。此时还没有二氧化碳放出,能量只够合成少量 ATP,同时产生少量 [H]。

推演锚点 这一步是有氧和无氧呼吸共有的开端,所以地点不能依赖线粒体。
STAGE 02

继续拆解

丙酮酸和水的反应

有氧条件下,丙酮酸进入线粒体基质,与水一起被彻底分解。碳原子以 CO₂ 的形式离开;能量一部分形成少量 ATP,更多转移到 [H] 中。

推演锚点 有 CO₂ 产生,说明含碳的丙酮酸正在被继续分解;氧气还没有直接参加这一步。
STAGE 03

交给氧气

[H] 与氧结合

前两步积累的 [H] 到线粒体内膜上,与吸入的 O₂ 结合生成水。这里释放的能量最多,因此合成大量 ATP。氧气在这里才真正被消耗。

推演锚点 题干说“氧气被消耗”或“生成水”,就应追到第三阶段;这是判断有氧呼吸是否完整进行的关键。

路径收束

有氧呼吸的三段并非彼此独立:第一阶段提供丙酮酸,第二阶段释放大量 [H],第三阶段必须有 O₂ 接受 [H],才会产生最多 ATP。若氧气供应不足,后两段不能按这一链条继续进行。

C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 6O₂ → 6CO₂ + 12H₂O + 能量

总反应式呈现的是总体结果;练题时更有用的是把“CO₂ 在第二阶段产生、O₂ 在第三阶段参与、水既可参与第二阶段也在第三阶段生成”拆开判断。

用路径解决两个常见判断

为什么线粒体不是“所有步骤”的地点?

第一阶段在细胞质基质中进行。没有线粒体的细胞仍能完成葡萄糖的初步分解,并能进行无氧呼吸;线粒体承担的是有氧呼吸的第二、三阶段。

为什么要分阶段释放能量?

有机物中的能量若一次释放,难以被细胞有效利用。分步释放后,细胞能把其中一部分能量转移到 ATP 中,供生命活动直接使用,另一部分以热能形式散失。

说明:本页中的 [H] 为高中教材中对还原氢的简化表示。页面只呈现必修一有氧呼吸的阶段、地点、物质变化与 ATP 产生特点。