全国生物奥林匹克竞赛辅导专题四：呼吸作用

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1、全国生物奥林匹克竞赛辅导专题四：呼吸作用[竞赛要求]呼吸系统：1.系统的结构特点2.呼吸机制3.气体交换呼吸作用：1.呼吸作用的类型2.呼吸作用的生理意义3.呼吸作用的途径4.呼吸作用的过程5.影响呼吸作用的因素6.呼吸作用与光合作用的关系7.呼吸作用的原理的应用图4-1人的呼吸系统[知识梳理]一、呼吸系统呼吸：机体与环境交换氧和二氧化碳的过程称为呼吸。其全过程包括外呼吸（又称肺呼吸）、气体运输和内呼吸（又称组织呼吸）三个相互紧密联系的环节。1、呼吸系统的基本结构呼吸系统由鼻、咽、喉、气管、支气管

2、和肺等器官组成。肺的实质是由反复分支的支气管树（各级支气管）及大量肺泡构成。（图4-1）肺泡是肺实现气体交换的结构和功能单位，壁薄，仅由单层扁平上皮组成，外面密布毛细血管网（对保证血液与外界气体交换有重要作用）和弹性纤维（与呼吸后肺泡的弹性回缩有关）。肺泡的数量极多，为气体交换提供了广大的面积。2、呼吸运动与肺通气（1）呼吸运动肺本身不能主动的长缩，呼吸时气体进出于肺，有赖于胸廓的周期性运动。胸廓扩大，肺随之扩张，外界气体吸入肺泡；胸廓缩小，肺泡气被排出。所以胸廓的节律性扩大与缩小，称为呼吸运动。

3、呼吸运动的实现，是由于呼吸肌活动的结果。主要的呼吸肌是膈肌和肋间肌。吸气时，肋间外肌收缩，肋间内肌松弛，使肋骨上举，增大了胸廓的前后径，同时，当肋骨上举时，其下缘又略向外侧偏转，故胸廓的左右径亦增大。呼气时，肋间内肌收缩，肋骨下降，于是胸廓前后、左右径复位（图4-2）。图4-2吸气和呼气时胸廓的变化（2）肺通气的动力呼吸肌的活动是推动气体进出肺的原动力，但此原动力还必须引起肺内、外压力的周期性变化，从而建立起肺泡与大气之间存在一定的压力差，方能推动气体进出肺。3、气体交换与运输（1）气体交换呼吸气

4、体的交换是指肺泡和血液之间，血液和组织细胞之间氧和二氧化碳的交换。气体交换是通过扩散的方式进行的，而决定气体扩散方向的为该气体的分压。呼吸气体的交换动力就是交换处细胞两边该气体的分压差。在肺泡内，氧分压高于静脉血，二氧化碳分压低于静脉血，所以氧从肺泡扩散入静脉血，二氧化碳从静脉血扩散入肺泡。交换的结果，使静脉血变成动脉血。在组织中，氧的分压低于动脉血的分压，而二氧化碳的分压则高于动脉血，所以氧从血液中向组织扩散，二氧化碳从组织向血液扩散。交换的结果，使动脉血变成静脉血。总之，肺循环毛细血管不断从肺

5、泡获得氧排出二氧化碳；而体循环毛细血管不断从组织接受二氧化碳排出氧。（2）气体运输血液运输氧和二氧化碳是以物理溶解和化学结合两种形式进行的，但主要是以化学结合形式进行的。①氧的运输在通常氧的分压下，每100毫升血浆中仅能溶解0.3毫升的氧，所以绝大部分的氧是与血红蛋白（Hb）形成可逆结合的形式进行运输的。一个血红蛋白分子是由一个珠蛋白分子结合四个血红素构成的。每个血红素含有一个Fe2+,Fe2+不仅能同氧结合，也能同一氧化碳结合。肺内，由于氧的分压高，促使氧进入红细胞同血红蛋白结合形成氧合血红蛋白

6、；而在组织中，氧的分压低，促使血红蛋白与氧解离，形成还原血红蛋白。②二氧化碳的运输组织中产生的二氧化碳进入血液后，在其分压差的推动下，大部分进入红细胞，在其中以氨基甲酸血红蛋白或碳酸盐的形式运输。二、呼吸作用1.呼吸作用的类型呼吸作用是指生活细胞内的有机物，在一系列酶的参与下，逐步氧化分解成简单物质，并释放能量的过程。应该注意的是，呼吸作用并不一定伴随着O2的吸收和CO2的释放。依据呼吸过程中是否有氧参与，可将呼吸作用分为有氧呼吸和无氧呼吸两大类型。（1）有氧呼吸是指生活细胞利用分子氧（O2），将

7、某些有机物质彻底氧化分解释放CO2，同时将O2还原为H2O，并释放能量的过程。这些有机物称为呼吸底物，碳水化合物、有机酸、蛋白质、脂肪等均可以作为呼吸底物。其总反应式如下：C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能（2）无氧呼吸是指生活细胞在无氧条件下，把某些有机物分解成为不彻底的氧化产物（酒精、乳酸等），同时释放出部分能量的过程。有氧呼吸是由无氧呼吸进化来的。植物中的无氧呼吸主要产生酒精，动物组织无氧呼吸主要产生乳酸。如苹果、香蕉贮藏久了产生的酒味，便是酒精发酵的结果;胡萝卜、甜菜

8、块根在储藏时也会产生乳酸。一般将微生物的无氧呼吸统称为发酵。需要指出的是，发酵工业上所说的发酵，并非完全是无氧的，如醋酸发酵就是需要氧的。反应式可写为：1葡萄糖2丙酮酸2乙醛2乙醇＋2ATP+2CO2+2H2ONADH+HNAD+酒精发酵（酵母菌）：乳酸发酵（乳酸菌）：1葡萄糖2丙酮酸2乳酸＋2ATP+2H2O长时间的无氧呼吸对植物有较大影响：无氧呼吸释放的能量少，要依靠无氧呼吸释放的能量来维持生命活动的需要就要消耗大量的有机物，以至呼吸基质很快耗尽；无氧呼吸生成氧化不彻底的产物，