5.3 细胞呼吸的原理和应用课件-2023-2024学年高一上学期生物人教版必修一

细胞的能量供应和利用 ——从细胞代谢关系探究葡萄甜度差异的原因 2024/6/26 化学本质 合成原料 合成场所 生理功能 作用原理 氨基酸 核糖核苷酸 核糖体 绝大多数是蛋白质 少数是RNA 细胞核 具有生物催化作用 降低化学反应的活化能 课前背诵 酶的作用特性：酶具有高效性 比较过氧化氢在不同条件下的分解 酶具有专一性 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 酶的作用条件较温和 探究不同温度条件下淀粉酶催化淀粉的水解速率 探究不同pH条件下过氧化氢酶催化过氧化氢的分解速率 （实验材料选择的原因、实验结论） 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 探究学习 展示内容 展示小组 展示要求 1、探究酵母菌细胞呼吸的方式（怎样控制有氧和无氧的条件、怎样检测生成物） 自由展示 ①讨论成熟后派一人去前、后黑板快速展示 ，展示的同学最后有一个小结 ②非展示同学继续讨论其它问题 ③用彩笔对其他组展示内容进行修改、补充 ④讨论结束，自己做好整理、落实 2、认识线粒体的结构 3、有氧呼吸的三个阶段及其对应的场所、过程 4、无氧呼吸的两个阶段及其对应的场所、过程 5、细胞呼吸原理的应用 3 呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸。 呼吸作用 一、细胞呼吸的方式 实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式 酵母菌：单细胞真菌，真核生物，有细胞壁，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。 （1）提出问题 酵母菌在有氧条件下产生的气体是CO2吗？ 酵母菌在无氧条件下的产物是什么？ （2）作出假设 酵母菌在有氧条件下产生CO2。 酵母菌在无氧条件下产生酒精和CO2。 （3）设计实验 自变量: 因变量: 细胞呼吸的产物 有无氧气 CO2 酒精 如何控制自变量？ 有氧条件： 无氧条件： A组：通入空气 B组：密封 如何检测因变量？ CO2的检测 通入澄清石灰水 溴麝香草酚蓝溶液 （浑浊程度） （蓝→绿→黄的时间） 酒精的检测： 酸性条件下的重铬酸钾 （橙色 → 灰绿色） （4）实验装置 甲、乙两个装置，哪个是有氧装置，哪个是无氧装置？ 有氧装置 无氧装置 甲装置： 将装置甲连通橡皮球的目的： 保证O2的充分供应。 通过含NaOH溶液的目的： 去除空气中的CO2，保证澄清石灰水变浑浊是酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。 （5）实验装置 乙装置： B瓶应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的： 消耗完B瓶中的O2，确保通过澄清石灰水的CO2是无氧呼吸产生的。 （5）实验结果 酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸。 有氧条件下产生大量CO2 无氧条件下产生酒精和少量CO2 酵母菌呼吸 作用的类型 有氧呼吸 无氧呼吸 为了灭菌，避免其他微生物的呼吸作用对实验产生干扰 （2）葡萄糖溶液需要煮沸再冷却后放入锥形瓶的原因是： 防止酵母菌被杀死 （3）酵母菌的培养时间应适当延长的原因是： 葡萄糖也能与酸性重铬酸钾发生颜色变化，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中葡萄糖。 （1）葡萄糖溶液需要煮沸的目的： （5）探究酵母菌细胞呼吸的方式，这个实验是不是对照实验？ 设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫做对比实验，也叫相互对照实验。 （6）无关变量： 思考： （4）检测酒精的具体操作 培养液的浓度、温度、pH、营养条件、酵母菌的活性、CO2等 二、有氧呼吸 1.概念： 2.反应的主要场所： 线粒体 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。 外膜 嵴 内膜 基质 分布： 普遍存在于动植物细胞中。新陈代谢旺盛的细胞含量多。 形态： 大多数呈椭球形。 结构： 两层膜(外、内膜)、嵴、基质。 成分： 含有与有氧呼吸有关的酶，少量DNA、RNA和核糖体等。 功能： 有氧呼吸的主要场所，提供能量约占细胞需能的95%。 3.过程： 2丙酮酸 （C3H4O3） 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜 C6H12O6 主动 运输 C6H12O6 酶 少量能量 4[H] 2丙酮酸 6H2O 酶 20[H] 6CO2 少量能量 6O2 [H]与 O2结合 12H2O 大量能量 场所： 细胞质基质 物质变化： 产能情况： 少量能量 场所： 线粒体基质 物质变化： 产能情况： 少量能量 酶 2C3H4O3 +6H2O 6CO2 +20[H] +4[H] C6H12O6 2丙酮酸 （C3H4O3） 酶 场所： 线粒体内膜 物质变化： 产能情况： 大量能量 24[H] +6O2 12H2O 酶 C6H12O6 + 6O2 +12H2O +能量 + 6H2O 6CO2 酶 总反应式: 物质变化： 有机物（葡萄糖）→ 无机物（CO2+H2O） 能量变化： 2870kJ ATP 977.28kJ 热能散失 有机物中稳定的化学能 → 热能散失+ATP中活跃的化学能 思考 讨论（书本P93） 1.在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870KJ的能量，可以使977.28KJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。请计算一下，有氧呼吸的能量转化效率大约是多少，这些能量大约能使多少ADP转化为ATP？ 大约34% 32molADP转化为ATP 2.与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义？ 可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中； 能量能够缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。 三、无氧呼吸 1.概念： 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成不彻底的氧化产物，释放少量能量，生成少量ATP的过程。 2.过程： 2丙酮酸 （C3H4O3） C6H12O6 酶 少量能量 4[H] 酶 酶 2酒精（C2H5OH）+2CO2 2乳酸（C3H6O3） 细胞质基质 3.总反应式: C6H12O6 +2CO2 酶 2C2H5OH +少量能量 C6H12O6 （乳酸） 酶 2C3H6O3 +少量能量 3.总反应式: C6H12O6 +2CO2 酶 2C2H5OH +少量能量 C6H12O6 （乳酸） 酶 2C3H6O3 +少量能量 像酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸叫做发酵，根据发酵产物不同，产生酒精的叫作酒精发酵，产生乳酸的叫作乳酸发酵。 不同的生物无氧呼吸的方式不同，请将下面生物进行分类： ①甜菜块根　②玉米的根毛细胞　③马铃薯块茎　④人体剧烈运动时的部分肌肉细胞　⑤酵母菌　⑥乳酸菌 ⑦玉米的胚　⑧苹果　 ⑨玉米的根（水淹） 产酒精、二氧化碳的②⑤⑧⑨；产乳酸的是①③④⑥⑦。 填一填： 类 型 比较项目 场所 第一阶段 细胞质基质 第二、三阶段 线粒体 细胞质基质 条件 O2、酶、适宜温度 无O2 、酶、适宜温度 产物 CO2和H2O CO2、酒精或乳酸 释放能量 较多（三个阶段均合成ATP） 较少(第一阶段合成ATP) 有氧呼吸 无氧呼吸 4.有氧呼吸与无氧呼吸之间的区别： 分解程度 彻底 不彻底 不 同 点 过程 实质 第一阶段反应完全相同 分解有机物，释放能量，合成ATP 相同 点 意义 为生物体的各项生命活动提供能量 5.细胞呼吸的意义 （1）为生物体的生命活动提供能量。绝大多数生命活动的所需要的能量（ATP）都是来源于细胞呼吸。因此，细胞呼吸是ATP的主要来源。 （2）生物体代谢的枢纽，为生物体其他化合物的合成提供原料。细胞呼吸产生的丙酮酸可以作为合成脂肪、非必需氨基酸的原料。非糖物质代谢形成的某些产物与细胞呼吸中间产物相同，这些物质可以进一步形成葡萄糖。 影响细胞呼吸的因素： C6H12O6 +6H2O +6O2 酶 6CO2 +12H2O+能量 温度 温度、氧气、二氧化碳、水 四、影响呼吸作用的环境因素 水 氧气 二氧化碳 甲：一定范围内，有氧呼吸随氧气浓度升高而增大，但氧浓度达到一定值时，不再增加(底物的量或酶的量限制）。 乙：无氧呼吸随氧浓度增加而受抑制，氧浓度达一定值时，被完全抑制。 1、O2的浓度 应用：降低氧的浓度保鲜蔬菜、水果。松土增加根的有氧呼吸等。 ①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。 ②0＜O2浓度＜10%时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。 ③O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。 ④O2浓度为 5% 时，有机物消耗最少，利于储存粮食、水果。 氧气 曲线分析 由曲线可知，O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸有抑制作用。 2. 二氧化碳 （1）CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。 （2）应用：适当增加CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜。 3. 温度 （1）温度主要通过影响呼吸酶的活性，进而影响呼吸作用。在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强；但超过一定的温度，酶的活性下降，甚至会变性失活，从而使呼吸作用减弱直至停止。 （2）应用：低温下贮藏水果、蔬菜。 4. 水分 （1）在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。 （2）应用 ①粮食在收仓储存之前要进行晾晒，甚至烘干，减少水分，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗。 ②干种子在萌发时，要浸泡以增强代谢。 如何判断呼吸方式 有氧气消耗，产生水时？ 有乳酸或酒精产生时？无CO2释放时？ 当消耗氧气的量等于产生CO2的量时？ 当消耗氧气的量大于产生CO2的量时？ 当消耗氧气的量小于产生CO2的量时？ 判断细胞呼吸方式 不消耗O2，不产生CO2 只进行 。 不消耗O2，产生CO2 只进行 。 O2吸收量=CO2 释放量 只进行 。 O2吸收量＜CO2 释放量 _____________ ， 多余的CO2 来自 。 O2吸收量>CO2 释放量 产生酒精量=CO2 释放量 只进行 。 产生酒精量＜CO2 释放量 同时进行， 多余的CO2 来自 。 无氧呼吸（产生乳酸） 无氧呼吸（产生酒精） 有氧呼吸 无氧呼吸（产生酒精） 无氧呼吸（产生酒精） 有氧呼吸、无氧呼吸 有氧呼吸 有氧呼吸和无氧呼吸同时进行 有氧呼吸的底物为脂肪 深入思考： 当有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸同时存在时，如何判断哪种呼吸方式速率更高？ 一瓶葡萄糖溶液，内有适量酵母菌，经测定，瓶中放出的CO2体积与吸收的O2体积之比为5:3，则：无氧呼吸消耗的葡萄糖占总共消耗的葡萄糖的 。 一密闭容器中，加入葡萄糖溶液和酵母菌，一小时后测得该容器中O2减少24mL，CO2增加48mL，则酒精发酵消耗的葡萄糖是有氧呼吸的 倍 有氧呼吸： 1 G —— 6 O2 —— 6 CO2 无氧呼吸： 1 G —————— 2 CO2 3 2/3 细胞呼吸方式的实验探究 （1）实验设计：欲确认某生物的呼吸类型， （2）实验结果预测和结论（如下表） 应设置两套呼吸装置，如图所示： 探究： 四.细胞呼吸原理的应用 1.用透气纱布或“创可贴”包扎伤口：增加通气量，抑制破伤风芽孢杆菌等厌氧菌的无氧呼吸，从而抑制其繁殖。 2.酿酒 早期通气：促进酵母菌有氧呼吸，为其进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力，有利于菌种的繁殖 后期密封：促进酵母菌无氧呼吸，有利于产生酒精 3.食醋、味精制作： 向发酵罐中通入无菌空气，利于需氧型细菌（醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌）的有氧呼吸，从而促进繁殖。 4.中耕松土： 促进根部有氧呼吸，为主动运输提供能量，从而有利于矿质元素的吸收；无土栽培时需要不断的通入空气，一方面促进矿质元素的吸收，另外还可以抑制无氧呼吸产生酒精，防止植物烂根。 5.储存粮食、水果： 低温、低氧（细胞呼吸强度弱，消耗的有机物少）。粮食要晒干，减少自由水，可降低呼吸作用。而水果储存要保持一定的湿度。 6.提倡有氧运动： 慢跑时肌细胞进行有氧呼吸，不会产生乳酸而导致肌肉酸痛。 7.利用酵母菌发面： 发面时，酵母菌细胞呼吸产生的CO2会使面包、馒头变得松软。 课堂小结 $$