注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

高中生物,生物教学|生物清风岭

生命科学,高中生物,生物教学,学案研究,教育理论

 
 
 

日志

 
 
关于我

===收集教育教学理论,关注高效课堂,关注学案研究,汇集高中生物疑点分析,促进生物专业发展!专注、专心、专业

网易考拉推荐

官相文:对一道有关酵母菌呼吸作用习题的分析(电子版)  

2014-01-11 10:21:15|  分类: 分子与细胞 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |

辽宁省大连市旅顺中学(116041)

    很长时间以来,在许多教辅材料上都会引用下面一道有关酵母菌呼吸作用的实验分析题,虽然此题涉及的内容已经超出了高中生物教学的范畴,但却不失为教师学习与教学的好素材,因此拿出来分析一下,以便和同行们共同分享。
    【题目】将酵母菌研磨,取部分匀浆离心,得到上清液(含细胞质基质)和沉淀物(含细胞器)。将等量的上清液、沉淀物和未离心的匀浆分别加人甲、乙、丙3支试管中,分别进行以下几项实验:
    实验一:向3支试管中分别加人等量的葡萄糖溶液,3支试管中的最终产物分别是:甲   、乙   、丙   

    实验二:向3支试管中分别加人等量的丙酮酸溶液,3支试管中的最终产物分别是:甲   、乙   、丙    

    实验三:隔绝空气的情况下,重复实验一,3支试管中的产物分别是:甲    、乙  、丙    

    实验四:隔绝空气的情况下,重复实验二,三支试管中的产物分别是:甲    、乙  、丙   

        此题的焦点问题是要解释实验一的甲试管、实验二的甲试管和实验四的甲试管,其他问题都较好理解和解答。
         【分析】实验一的甲试管:根据呼吸作用的过程,不管是有氧呼吸还是无氧呼吸,第一步进行的都是糖酵解的过程,大致步骤如下:葡萄糖→葡萄糖一6一磷酸→果糖一6一磷酸。果糖一1,6一二磷酸→甘油醛一3一磷酸和磷酸二羟丙酮→1,3一二磷酸甘油→3一磷酸甘油酸→2一磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸。在这个过程中需要消耗NAD'生成NADH、消耗ADP和无机磷生成ATP。可以用"1葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD' →2丙酮酸+2NADH +2H+ +2ATP +2H20”这个反应式来表示总的反应结果,但细胞质基质中NAD+,ADP和无机磷
存量都很少,如果全部被消耗了,且不能循环使用,糖酵解就会停止。
        如果在没有氧气的情况下,NADH就在细胞质基质中还原丙酮酸,生成酒精和二氧化碳,完成糖酵解的全过程。而自身则被氧化重新生成NAD`,ATP则被细胞代谢消耗生成ADP和磷酸,这样就使得发酵过程得以不断地进行;若有氧气存在时,因线粒体内膜上的呼吸链(电子传递链)有最终受体(O2),三梭酸循环和电子传递都得以顺利进行,因此2NADH和2H十有更好的去路,即能迅速进人线粒体,通过线粒体内膜上的呼吸链而被氧化,丙酮酸也就因细胞质基质中缺乏NADH和H+而未能按糖酵解的过程被还原,而是不断进人线粒体内进行脱狡,生成乙酞辅酶A而进人三梭酸循环,也就是说氧气促进了三梭酸循环和氧化磷酸化的过程,同时也就抑制了无氧呼吸的过程。
         以上过程说明,对既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸的真核细胞,氧气抑制无氧呼吸并不是因为破坏或抑制了无氧呼吸过程中某些酶的催化活性。因此,如将葡萄糖加人只含酵母菌细胞质基质的试管中,在有氧气且其他条件适宜的情况下,应该是进行完整的无氧呼吸过程,即产物为酒精和二氧化碳。
         对于酵母菌在有氧条件下发酵被抑制的现象还可用巴斯德效应来解释,细胞中的ATP能抑制6一磷酸果糖激酶的活性,而无机磷和ADP能促进其活性,同时三梭酸循环的第一个产物柠檬酸也能抑制6-磷酸果糖激酶的活性。因此有氧呼吸进行时,ADP和无机磷进人线粒体,其产物ATP和柠檬酸进人细胞质基质,这些过程都会促使6一磷酸果糖激酶的活性下降,最终导致6一磷酸葡萄糖的积累。而过多的6一磷酸葡萄糖对己糖激酶有反馈抑制作用,使葡萄糖磷酸化减慢,这样就抑制了糖酵解的过程,使葡萄糖的分解速度变慢。有氧呼吸需要分解的葡萄糖要比无氧呼吸少得多,也可以看出有氧呼吸的效率要远远大于无氧呼吸。
        酵母菌的酒精发酵速度还与糖酵解过程中NAD"和NADH的周转有关,在无氧条件下,糖酵解生成的丙酮酸,在细胞质基质中经过脱梭生成乙醛和二氧化碳,NADH能将乙醛还原成酒精,而本身被氧化成NAD十,使NADH和NAD十周转速度加快,糖酵解加快。然而,在有氧条件下,糖酵解产生的NADH,不能用于还原乙醛,而是通过穿梭系统进人线粒体,通过呼吸链的传递生成水,由于NAD+和NADH不能周转,发酵作用便受到抑制。
        但不论怎么说,上述实验一的甲试管中具有发酵作用所需的酶,最终产物应当是二氧化碳和酒精,尽管没有隔绝空气,发酵作用也不会受抑制。
       那么,同样是在有氧的条件下,厌氧菌(如乳酸菌)的发酵为什么会被氧气抑制呢?对于这类生物来说,有氧气存在时细胞内极易产生O2一(超氧化物阴离子自由基),而O2一氧化性极强,性质不稳定,可破坏细胞内各种重要高分子和膜,也可形成其他活性氧化物,故对细胞十分有害。那么,为何非专性厌氧菌(如大肠杆菌)可以在空气中存活呢?因它的细胞内具有SOD(超氧化合物歧化酶),该物质可以催化反应“O2一+H+→H202+O2”的进行,H2 O2再被过氧化氢酶或过氧化物酶转变为H2O。以上说明,氧气对酵母菌的发酵和专性厌氧菌的发酵抑制的原理是不同的。同时还可以看出,既使对专性厌氧菌,氧气也并不是特异性地抑制无氧呼吸第二阶段中某些酶的活性。
    弄清了以上问题,其他的实验结果也就容易分析了。
    解释实验二中的甲试管:如果把丙酮酸加人到不隔绝空气的细胞质基质中,由于有脱梭酶的存在,可以在酶的作用下发生脱梭反应生成乙醛和二氧化碳。但由于没有NADH,乙醛不能被还原成酒精。因此,这个试管中产物应当是乙醛和二氧化碳,而不是乙醇和二氧化碳,更不能彻底被分解成二氧化碳和水。
    解释实验四中的甲试管:在隔绝空气的条件下向细胞质基质中加人丙酮酸,最终的结果与实验二中的甲试管相同,是否隔绝空气对试管中的反应没有影响。实验四中的丙试管也是如此因为没有氧气,线粒体内膜上的呼吸链没有最终受体,所以NADH不能进人线粒体,辅酶A与乙酸辅酶A也不能被循环转变,因此三梭酸循环无法进行。
    【答案】  实验一  甲:酒精和二氧化碳     乙:葡萄糖     丙:二氧化碳和水
                      实验二 甲:乙醛和二氧化碳     乙:二氧化碳和水     丙:二氧化碳和水
                      实验三  甲:酒精和二氧化碳     乙:葡萄糖     丙:酒精和二氧化碳
                      实验四 甲:乙醛和二氧化碳     乙:丙酮酸     丙:乙醛和二氧化碳
         经过以上分析,希望能使对这道题有疑问的师生可以从中得到一些启发。但需要说明的是,就高中生物教学来说,由于此类题目所涉及的内容已经超出了中学生的学习范畴,因此建议教师在选题时,应当尽量避开这样的题目,以免引起不必要的麻烦。

注意:有些符号不准确

《中学生物教学》2011年1,2期

  评论这张
 
阅读(74)| 评论(1)
推荐 转载

历史上的今天

在LOFTER的更多文章

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017