教材在介绍完有氧呼吸过程后,安排了一个思考与讨论。其中涉及了两个问题,一个问题是让学生了解有氧呼吸生成ATP的能量转化情况,另一个则是比较有氧呼吸和体外燃烧的区别。
新教材此处1mol葡萄糖氧化分解后储存在ATP中的能量数值发生了变化,变化的原因是这样的:1个葡萄糖分子进行有氧呼吸,第一和第二阶段共生成了10个的NADH和2个的FADH2,同时经由底物水平磷酸化生成4个ATP(其中2个有时是GTP,此处均计算成ATP)。以前认为1个NADH经电子传递链和氧化磷酸化偶联后可以生成3个ATP,而1个FADH2可以生成2个ATP。因此1个葡萄糖氧化分解生成ATP分子的数量就是10×3+2×2+4=38(若考虑糖酵解产生的2个NADH从细胞质基质运输到线粒体中,要经过穿梭系统,穿梭后2个NADH可能转变为2个FADH2,则生成ATP的数量为8×3+4×2+4=36)。
现在一般用化学渗透学说来解释线粒体内膜上ATP的生成。NDAH和FADH2在电子传递过程中释放的能量可以将H+转运到线粒体内外膜之间的间隙,这样就在线粒体内膜两侧建立了质子梯度,就像水电站的大坝蓄水。由于这个质子梯度的存在,H+倾向于返回线粒体基质,返回过程发生在ATP合酶。ATP合酶就像水电站的发电机一样,水流经发电机发电,H+流经ATP合酶生成ATP。
研究表明,每4个H+可以生成1个ATP分子。由于1个NADH经由电子传递链可以将10个H+转运到线粒体膜间隙,而1个FADH2经由电子传递链只能转运6个H+。因此,1个NADH可以生成2.5(10÷4)个ATP,1个FADH2能生成1.5(6÷4)个ATP。这样1个葡萄糖分子氧化分解生成的ATP的量就是10×2.5+2×1.5+4=32(若考虑穿梭损耗则为30)。如果再考虑丙酮酸运输时也要消耗电子传递所建立的质子梯度,实际产生的ATP数量会更少。新教材这里提到1mol葡萄糖氧化分解后的能量有977.28kJ储存在ATP中,这是假定1个葡萄糖分子氧化分解能够生成32个ATP分子(977.28÷30.54=32)。 新教材此处修改了有氧呼吸生成ATP的量,这反映了科学知识并不是终极知识,而是会随着新的发现而补充、更新和完善。教师在教学中也应该将这种对科学本质的认识潜移默化地传递给学生。 |