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（2019）必修1

第三节 细胞呼吸的原理和应用 1 课堂导入 酵母菌细胞富含蛋白质，可以用作饲料添加剂。在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气或进行振荡，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。 讨论： 1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？ 2.为什么通气才有利于酵母菌大量繁殖? 通气可以给酵母菌提供呼吸需要的氧气，利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂；密封则是避免空气进入，便于酵母菌在无氧的条件下分解有机物，产生酒精。 密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精的同时，能为自己的生命活动提供少量能量。 3.在密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精对它自身有什么意义？ 在有氧气条件下酵母菌分解营养物质而释放的能量多，这些能量可以为酵母菌细胞进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。 导入新课 葡萄美酒夜光杯， 欲饮琵琶马上催。 醉卧沙场君莫笑， 古来征战几人回？ 把葡萄酿成美酒的过程中，要归功于_______。在利用酵母菌生产葡萄酒时，需要_______发酵。 酵母菌 密封 一、细胞呼吸 细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。 ○“氧化分解”一定需要氧气的参与吗？ ○ 无氧条件下能够进行细胞呼吸吗？ ○ “其他的产物”具体指什么呢？ 二、探究酵母菌细胞呼吸的方式 1. 探究原理 兼性厌氧菌 ①酒精是酵母菌在什么条件下产生的？（有氧或无氧） ②哪种条件下呼吸作用产生的CO2比较多？ 2. 探究目的 3.设计实验 实验思路？ 分析变量 自变量: 因变量: 无关变量: 细胞呼吸的条件 有氧 无氧 影响实验结果的可变因素 分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测其产物是否含酒精和产生二氧化碳的多少 CO2产生量的多少，是否产生酒精 （温度、酵母菌活性等） 3、设计实验 有氧呼吸组 无氧呼吸组 A A1 A2 B B2 B瓶应封口放置一段时间，(目的是为了消耗掉瓶内的O2)，再连通B2瓶 NaOH溶液吸收空气中的CO2，避免CO2影响实验结果 接橡皮球 （ 或气泵） 质量分数为10%的NaOH 溶液 酵母菌 培养液 澄清的 石灰水 酵母菌 培养液 澄清的 石灰水 初 始 相同时间后 A2 B2 A2检测瓶 B2检测瓶 实验现象 实验结论 4、实验现象（现象1） 澄清石灰水变浑浊； 浑浊程度大 澄清石灰水变浑浊； 浑浊程度小 1、酵母菌有氧、无氧条件下呼吸均产生CO2。 2、有氧条件下呼吸产生大量CO2，无氧条件下呼吸产生少量CO2。 2.溴麝香草酚蓝水溶液：蓝→ 绿→黄 A试管 B试管 实验现象 实验结论 现象2 酸性重铬酸钾溶液不变色 重铬酸钾溶液由橙色变灰绿色 有氧条件下无酒精产生，无氧条件下产生酒精。 5、实验结论 1、有氧条件下，酵母菌细胞的呼吸作用产生大量CO2。 2、无氧条件下，酵母菌细胞的呼吸作用产生酒精和少量CO2。 C6H12O6+O2 大量 CO2 C6H12O6 少量CO2+酒精 有氧呼吸 无氧呼吸 对比实验 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，也叫做相互对照实验。 科学方法 外膜 内膜 基质 嵴 三、有氧呼吸 1、场所： 主要在线粒体 葡萄糖(C6H12O6) [H] 酶 丙酮酸 能量 [H] H2O O2 H2O 酶 能量 细胞质基质 能量 CO2 酶 第一阶段： 葡萄糖的初步分解 第二阶段： 丙酮酸的彻底分解 第三阶段： [H] 的氧化 2、有氧呼吸的三个阶段 葡萄糖的初步分解 C6H12O6 酶 2C3H4O3 +4 [H] +少量能量 场所：细胞质基质 ① 丙酮酸彻底分解 酶 6CO2 +20 [H] +少量能量 场所：线粒体基质 ② 2C3H4O3 （丙酮酸） [H]的氧化 酶 12H2O +大量能量 场所：线粒体内膜 ③ 24[H] + 6O2 +6H2O （丙酮酸） 有氧呼吸 场 所 反应物 产 物 释能 第一阶段 第二阶段 第三阶段 有氧呼吸三个阶段的比较 细胞质基质 主要是葡萄糖 丙酮酸[H] 少量 丙酮酸, H2O CO2、[H] 少量 [H]、O2 H2O 大量 线粒体基质 线粒体内膜 对比 H2O →[H] →H2O O2 →H2O C6H12O6 →丙酮酸→CO2 丙酮酸→[H] →H2O [H] →H2O C6H12O6 C6H12O6+6H2O+6*O2 6CO2+ 12H2*O +能量 酶 C： H： O： C、H、O的来龙去脉： C6H12O6 →丙酮酸 H2O CO2 3、有氧呼吸的总反应式： 热能 葡萄糖 CO2+H2O 能量 ADP＋Pi ATP 用于各项生命活动 2870kJ 977.28kJ （体温的来源） 1mol葡萄糖彻底氧化分解，共释放2870kJ/mol的能量，其中大部分(1892.72kJ)以热能形式散失(约66%);另一部分转移到ATP中(977.28kJ/mol，约34%)储存，约形成32molATP。 4、有氧呼吸的能量转化值： 总结：什么是有氧呼吸？ 特点： 在____ 的参与下 氧化分解:____ 产物：________ 生成ATP____ 氧气 彻底 CO2和H2O 大量 知识延伸 有氧呼吸与有机物体外燃烧有哪些区别？ 提示： 1.反应条件 2.能量的释放（一步还是逐步？） 3.能量的去处 C6H12O6 ① 6CO2 少量能量 ATP 热能 酶 6H2O 20[H] 12H2O 大量 能量 ATP 热能 线粒体 ③ 少量能量 ATP 热能 4[H] 6O2 酶 细胞质基质 ② 2丙酮酸 酶 1、葡萄糖的初步分解 C6H12O6 酶 + 4[H] + 能量 场所：细胞质基质 与有氧呼吸第一阶段相同 （少量） 2C3H4O3 （丙酮酸） 三、无氧呼吸 酶 + 2CO2 2C3H4O3 （1） 酒精发酵 2C2H5OH （酒精） 例：大多数植物、酵母菌 细胞质基质 2、丙酮酸不彻底分解 （2）乳酸发酵 细胞质基质 2C3H4O3 酶 2C3H6O3 （乳酸） 例：高等动物、乳酸菌、高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚乳等） 注意： 第二阶段不产生能量！！！ 3、无氧呼吸总反应式： C6H12O6 酶 2C3H6O3（乳酸）＋少量能量 2C2H5OH（酒精）＋2CO2＋少量能量 C6H12O6 酶 5、无氧呼吸的场所： 4、能量去向： 1mol葡萄糖分解成乳酸，共释放196.65kJ/mol，其中一部分以热能形式散失(约69%)； 另一部分转移到ATP中(61.08kJ/mol,约31%)储存，形成2molATP。 细胞质基质 总结：什么是无氧呼吸？ 特点： 没有____ 的参与 氧化分解:______ 产物：______________ 生成ATP________ 氧气 不彻底 乳酸或者酒精和CO2 少量 有氧呼吸和无氧呼吸的区别 比较项目 有氧呼吸 无氧呼吸 呼吸场所 是否需氧 分解产物 能量代谢 联系 主要在线粒体内 细胞质基质 必需有氧的参与 氧能抑制无氧呼吸 CO2和H2O 酒精和CO2或乳酸 1mol 2870 (kJ) 977.28 ATP 热能 (32mol) 葡萄糖 1mol 葡萄糖 196.65 （kJ） 61.08 ATP (2mol) 热能 第一阶段完全相同 1、有线粒体的生物一定能进行有氧呼吸，但必须在有氧条件下。 2、无线粒体的生物，有的也可以进行有氧呼吸，如蓝藻、硝化细菌等。 3、哺乳动物成熟的红细胞只进行无氧呼吸。 注意： 五、细胞呼吸原理的应用 选用“创可贴”等敷料包扎伤口，既为伤口敷上了药物，又为伤口创造了疏松透气的环境，避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。 酵母菌是兼性厌氧微生物。在无氧条件下则进行酒精发酵。 醋酸杆菌是一种好氧细菌。在氧气充足的条件下，醋酸杆菌大量繁殖并将酒精氧化分解成醋酸。 谷氨酸棒状杆菌是一种好氧细菌。在有氧条件下，谷氨酸棒状杆菌能将葡萄糖和含氮物质合成为谷氨酸。谷氨酸与钠结合生成谷氨酸钠 （味精）。 对于板结的土壤及时进行松土透气，可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收。 水稻需要定期排水，否则水稻幼根会因为缺氧而变黑、腐烂 较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。 有氧运动是指人体细胞在充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼 100米冲刺：主要无氧呼吸 马拉松长跑：主要有氧呼吸 （一）呼吸速率 又称呼吸强度。指在一定温度下，单位时间内细胞吸收氧气或释放二氧化碳的量，呼吸速率的大小可反映某生物体代谢活动的强弱。 呼吸速率=释放的CO2量或吸收的O2量 测定绿色植物的呼吸速率必须在黑暗条件下进行，以排除光合作用的影响。 六、细胞呼吸影响因素及应用 1.内因——遗传因素（决定酶的种类和数量） （1）不同种类的植物呼吸速率不同： 旱生＜水生 阴生＜阳生 （2）同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同： 幼苗、开花期>成熟期 （3）同一植物的不同器官呼吸速率不同： 生殖器官（花、果实、种子）>营养器官（根、茎、叶） （二）影响因素及应用 2.外因 （1）温度： 通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率。 应用：①贮存水果时，适当降低温度能延长保存时间。 ②在农业上，例如大棚蔬菜夜晚适当降低温度，可以减少呼吸作用对有机物的消耗，提高产量。 （2）氧气浓度 无氧呼吸 有氧呼吸 ③氧气浓度对于植物非绿色器官和酵母菌呼吸方式影响 有氧呼吸 无氧呼吸 CO2释放总量 应用： 农作物生产中中耕松土 贮藏蔬菜、水果、粮食时，应降低氧气浓度，减少有机物的消耗 通过增加氧气浓度抑制无氧呼吸，如纱布透气 （4）二氧化碳 对有氧呼吸有抑制作用。 应用：在蔬菜和水果保鲜中，适当增加CO2浓度，可抑制细胞呼吸，减少有机物消耗可提高保鲜效果 （3）水 在一定范围内，呼吸作用强度随含水量的增加而增加。（如果含水量太多，植物呼吸速率反而会减慢） 应用： 将种子晒干，以减弱呼吸作用，有利于储存。 粮食储存：低温、低氧、干燥 水果蔬菜保鲜：低温（零上）、低氧、中等湿度 七、细胞呼吸有关计算规律 有氧呼吸：消耗O2，产生H2O，有线粒体参与 1C6H12O6~6O2~6CO2 无氧呼吸：产生酒精（C2H5OH）和CO2或乳酸（C3H6O3） 1C6H12O6~2C2H5OH~2CO2 若O2=0,则只进行无氧呼吸 若0<O2<CO2,则同时进行无氧呼吸和有氧呼吸，差值为无氧呼吸产生CO2的量 若 O2=CO2,则只进行有氧呼吸 例题：1.下图表示某高等植物的非绿色器官细胞呼吸与氧浓度的关系，下列叙述正确的是(　　) A.当氧气浓度为b时，该器官只进行有氧呼吸B.当氧气浓度为a时，该器官有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖数量相等C.曲线Ⅲ中该器官细胞呼吸发生的场所是线粒体D.曲线Ⅰ也可以表示酵母菌的细胞呼吸与氧浓度的关系 A 2. 如图表示某植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时，CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述，正确的是(　　) A.氧浓度为a时，最适于储藏该植物器官B.氧浓度为b时，无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍C.氧浓度为c时，无氧呼吸最弱D.氧浓度为d时，有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等 B 3. 如图表示细胞呼吸过程中葡萄糖分解的三个途径，有关叙述正确的是(　　) A.催化过程②③④的酶均分布于细胞质基质B.过程①②③④中均有ATP生成C.过程①②③均能发生在酵母菌细胞中D.过程③中的二氧化碳产生于线粒体内膜上 C $$