5.3 细胞呼吸的原理及应用课件-2023-2024学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

细胞呼吸的原理和应用 复 习 提 问 生物体生命活动的主要能源物质、直接能源物质、最终能源物质各是什么？ 把光能转化为高等动物肌肉收缩的机械能需要经历那些过程？ 光能 糖类等有机物 ATP 肌肉收缩 （1） （2） （3） 主要能源是糖类、直接能源是ATP、最终能源是太阳能 一、细胞呼吸的概念： 是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO2或其他物质，释放出能量并生成ATP的过程。 氧化分解有机物，释放能量 实质： 酵母菌细胞富含蛋白质,可以用作饲料添加剂。在利用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。酵母菌生产葡萄酒时,却需要密封发酵。 问题探讨 1.培养酵母菌,为什么有的需要通气,有的却需要密封? 2.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖? 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? 讨论: 5 细胞内 + 有机物 + 水 CO2 能 量 呼吸作用（本质） 呼吸现象和呼吸作用 O2 O2 呼吸（现象） 呼吸器官 血液循环 血液循环 呼吸器官 CO2 气体运输 + 细胞呼吸是否一定需要氧呢？ 探究 酵母菌细胞的呼吸方式 实验原理 酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。 事例1：馒头和面包里面都有一个个的小孔，都很松软，是因为发面时加入酵母菌，酵母菌细胞呼吸产生了CO2 ， CO2受热膨胀。 事例2：酿酒过程中，酵母菌进行细胞呼吸产生了酒精。 设计实验 酵母菌细胞呼吸的方式 提出问题 进行实验 验证假设、形成结论 CO2 有氧 产生 无氧 CO2和酒精 产生 作出假设 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 细胞呼吸的产物 有氧 无氧 影响实验结果的可变因素如温度、酵母菌活性 酒精、CO2 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或二氧化碳 CO2的检测： 1.通入澄清的石灰水： 2.使溴麝香草酚蓝溶液： 酒精的检测： 橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应： 澄清→浑浊 蓝→绿→黄 橙色→灰绿色 2.实验原理 1.实验材料： 酵母菌 酵母菌培养液的配置（p91） +酒精 溶有重铬酸钾的浓硫酸 灰绿色 根据浑浊程度判断CO2的多少。 实验步骤 1、配制酵母菌培养液（等量原则）置于A、B锥形瓶; 2、组装有氧呼吸和无氧呼吸装置图，放置在25-35 ℃、环境下培养8-9小时; 3、检测CO2的产生; 4、检测酒精的产生; 取2支试管编号,各取A、B锥形瓶酵母菌培养液的滤液2毫升注入试管,分别滴加0.5毫升重酪酸钾-浓硫酸溶液，轻轻震荡、混匀，Ａ试管密封，Ｂ试管不密封。 （1）以上锥形瓶中的溶液在实验中的作用分别是什么？ 10%NaOH的作用是：吸收空气中的CO2 澄清的石灰水作用是：检测CO2的产生 有氧呼吸 无氧呼吸 （2）如何说明CO2产生的多少？ （3） B瓶应封口放置一段时间后，在连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，这是为什么？ 根据石灰水的浑浊程度 瓶口密封放置一段时间,可以让酵母菌消耗完瓶中原有氧气,造成无氧环境. 有氧呼吸 无氧呼吸 条件 澄清石灰水/出现的时间 重铬酸钾--浓硫酸溶液 有氧 无氧 变混浊／快 不变灰绿色 变混浊／慢 出现灰绿色 初 始 相同时间后 有氧装置 无氧装置 酵母菌 有氧条件下产生大量CO2和水 无氧条件下产生酒精和少量CO2 3.实验现象 4.实验结论 细胞呼吸的方式 有氧呼吸 无氧呼吸 有氧呼吸 对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，这一过程必须有氧的参与。有氧呼吸的主要场所是线粒体。 一般地说，线粒体均匀地分布在细胞质中。但是，活细胞中的线粒体往往可以定向地运动到代谢比较旺盛的部位。 二、有氧呼吸（主要方式） 1.原料：一般是葡萄糖。C6H12O6 外膜 内膜 嵴 内膜、基质 结构: 基质 （含与有氧呼吸有关的酶） 2.主要场所 线粒体 3.具体过程 C6H12O6 2丙酮酸 酶 4[H] 能 2ATP 热 线粒体 细胞质基质 ① 第一阶段：葡萄糖的初步分解 C6H12O6 酶 ＋4[H] +能量 场所：细胞质基质 2C3H４O３ （少量） C6H12O6 2丙酮酸 酶 6CO2 4[H] 能 2ATP 热 能 2ATP 热 酶 6H2O 20[H] 线粒体 细胞质基质 ② ① 丙酮酸彻底分解 酶 6CO2 +20[H]+ 能量 线粒体基质 第二阶段： 2C3H４O３ +6H2O （少量） C6H12O6 2丙酮酸 酶 6CO2 4[H] 能 2ATP 热 能 2ATP 热 酶 6H2O 20[H] 12H2O 6O2 酶 能 34ATP 热 线粒体 细胞质基质 ② ① ③ [H]的氧化 酶 12H2O + 能量 场所：线粒体内膜 第三阶段： 24[H] + 6O2 （大量） C6H12O6＋6H２O＋6O２→ 6CO2＋ 12H２O＋能量 酶 24 二: C3H4O3 + H2O CO2 + [H]+ 酶 C6H12O6 +6H2O +6O2 6CO2+12H2O +能量 有氧呼吸的总反应式： 一: C6H12O6 C3H4O3 + [H] + 三: [H]+ O2 H2O+ 酶2 酶3 酶1 2 4 6 6 20 24 6 12 2 能量 能量 能量 （少量） (少量) (大量) 总反应式： C6H12O6＋6O2 → 6CO2＋12H2O＋能量 酶 ＋6H2O 有氧呼吸中氧元素的转移途径： 1.追踪18O2的去向: 2.追踪C6H1218O6的去向: 3.追踪H218O的去向: O2→H2O 葡萄糖→丙酮酸→CO2 H2O→CO2 ？ 能量转化率 1mol葡萄糖彻底氧化分解释放2870kj的能量，其中只有977.28kJ转移到ATP中，其余以热能（体温的来源）的形式散失掉了。据此你可得出哪些结论？ ①有氧呼吸产生的能量绝大部分以热能形式散失了； ②有氧呼吸的能量转换效率只有：977.28÷2870≈34％。 形成32个ATP。 有氧呼吸的概念 有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，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。 同有机物在体外燃烧相比，有氧呼吸有什么不同的特点？ 有氧呼吸概念： 细胞在 的参与下，通过______的催化作用，把葡萄糖等有机物_____________产生 ，释放能量，生成_________的过程。 氧 多种酶 彻底氧化分解 二氧化碳和水 大量ATP 1、哪个阶段产生CO2？ 2、哪个阶段有氧气参与反应？ 3、哪个阶段产生能量最多？ 7、能产生ATP的场所是？ 在有氧呼吸过程中 细胞质基质、线粒体 ５ 、哪个阶段产生水？ ４ 、哪个阶段有水参与？ 6、 哪个阶段产生[H]最多? 第二阶段 第三阶段 第三阶段 第二阶段 第三阶段 第二阶段 C6H12O6 酶 C3H4O3＋ [H] H2O 酶 CO2 [H] O2 酶 H2O 少量能量 少量能量 大量能量 细胞质基质 线粒体内膜 线粒体基质 小结 ＋ [H] ＋ ＋ ＋ ＋ 能量 酶 过程 场所 反应物 产物 释放能量 第一阶段 第二阶段 第三阶段 有氧呼吸各阶段过程比较 细胞质 基质 主要是葡萄糖 丙酮酸、少量[H] 少量能量 线粒体 丙酮酸和 水 CO2 大量[H] 少量能量 线粒体 [H]、O2 H2O 大量能量 外膜 内膜 基质 嵴 三、有氧呼吸 1、场所： 主要在线粒体 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 酶 1、有氧呼吸总反应式： 1mol葡萄糖彻底氧化分解，释放2870KJ的能量，其中977.28KJ储存在ATP中，其余以热能形式散失。能量转化率约为40%。 （该反应中产生的能量包括ATP和热能） 有氧呼吸的过程 有氧呼吸的全过程十分复杂。可以概括地分为三个阶段，每个阶段的化学反应都有相应的酶催化。 CO2 H2O 酶2 丙酮酸 少量能量 〔H〕 + + + 葡萄糖 酶1 2丙酮酸 少量能量 〔H〕 + + O2 H2O 酶3 大量能量 〔H〕 + + 第1阶段： 第2阶段： 第3阶段： （细胞质基质） （线粒体基质） （线粒体内膜） C6H12O6(葡萄糖) 酶 [H] 丙酮酸 能量 散失 ATP 能量 散失 ATP CO2 H2O 酶 [H] O2 H2O 酶 散失 ATP 能量 有氧呼吸的全过程图解： 有氧呼吸的概念 有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，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。 同有机物在体外燃烧相比，有氧呼吸有什么不同的特点？ 酶 C6H12O6 +6H2O +6O2 6CO2+12H2O +能量 3. 总反应式： C6H12O6 酶 2丙酮酸＋ [H] ＋能量(少量)2ATP 【H】+O2 H2O+能量（大量)28ATP 酶 C3H4O3+H2O CO2＋[H]＋能量(少量)2ATP 酶 思考:此过程原子转移途径? 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 约40％ （体温的来源） 1mol葡萄糖彻底氧化分解，共释放2870kJ/mol的能量，其中一部分以热能形式散失(约60%)； 另一部分转移到ATP中(977.28kJ/mol，约40%)储存，约形成32个ATP。 4、有氧呼吸的能量转化值： 思考 1、有机物被彻底氧化分解发生在第几阶段？ 2、呼吸作用过程中吸收的氧气用于第几阶段？ 3、如果你在思考上述问题的时候，消耗了2摩尔葡萄糖，那么有多少能量转移到了ATP中？ 第二阶段 第三阶段 64 4、下列分别属于有氧呼吸的第几阶段： ①产生CO2的阶段（　　） ②产生H2O的阶段（　　） ③氧气参与的阶段（　　） ④产生ATP的阶段（ 　 　　　） ⑤产生ATP最多的阶段（　　） 二 三 三 一、二、三 三 ①主要场所： 线粒体 ②能量去向： 一部分以热能形式散失 另一部分转移到ATP中　 ③总反应式： ④有氧呼吸概念： 细胞在____的参与下，通过_______的催化作用，把_______等有机物______________，产生_____和_____，释放______,生成_________的过程。 　　C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O +能量 酶 有氧呼吸小结 (约60%) (约40%) 氧 多种酶 葡萄糖 CO2 H2O 能量 彻底氧化分解 许多ATP 32个ATP 氧 吸 呼 无 请思考 尝试运用所学知识，解释以下现象： 现象1：长久较封闭放置的苹果，有时会有酒香味。 现象2：洪灾容易导致农田被淹，引发农作物死亡。 一、无氧呼吸 现象3：剧烈运动后，容易产生肌肉酸痛的现象。 细胞进行无氧呼吸的情况是怎样的？ 除酵母菌以外，还有许多种细菌和真菌能够进行无氧呼吸。此外，马铃薯块茎、苹果果实等植物器官的细胞以及动物骨骼肌的肌细胞等，除了能够进行有氧呼吸，在缺氧条件下也能进行无氧呼吸。一般无氧呼吸最常利用的物质也是葡萄糖。 C6H12O6 2丙酮酸 + 4 [H]+ 2C2H5OH（酒精）+2CO2 酶 酶 2C3H6O3（乳酸） 酶 第一阶段： 第二阶段： 能 2ATP 热 与有氧呼吸第一阶段完全相同 细胞质基质 细胞质基质 一、无氧呼吸 不释放能量 C6H12O6 2C2H5OH+ 2CO2+ 能量（少量） 酶 无氧呼吸的反应式 ⑴ 酒精发酵 实例：酵母菌、大多数高等植物 实例：①人和动物细胞③乳酸菌、②某些植物的特殊器官马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、 ⑵ 乳酸发酵 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 能量（少量） 酶 4.概念 指细胞在 的条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物 氧化分解，产生 ，释放 能量，生成 ATP的过程。 无氧 不彻底 乳酸或酒精和二氧化碳 少量 少量 化学能未被完全释放，产物中存在能量 C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2 + 少量能量 酶 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 少量能量 酶 C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 大量能量 酶 同样质量的葡萄糖氧化分解，为什么无氧呼吸释放的能量比有氧呼吸少？ 无氧呼吸氧化分解有机物不彻底，尚有大量的能量储存在酒精或乳酸中。 呼吸类型 有氧呼吸 无氧呼吸       不 同 点 进行场所     进行条件     分解产物     放能情况     反应式     相同点   细胞有氧呼吸和无氧呼吸的比较 细胞质基质、线粒体 细胞质基质 O2、酶 缺氧或无氧、酶 H2O、CO2 C2H5OH、CO2或C3H6O3 释放大量能量，形成大量ATP 释放少量能量，形成少量ATP C6H12O6+6H2O+6O2 酶 12H2O+6CO2+大量能量 C6H12O6 酶 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量 C6H12O6 2C3H6O3+少量能量 ①第一阶段完全相同;②分解有机物，释放能量 C6H12O6 细胞质基质 2C2H5OH+2CO2+能量 两种细胞呼吸的联系 6CO2+12H2O+能量 2C3H6O3+能量 2丙酮酸 有O2 线粒体 无O2 细胞质基质 共同进行 分别进行 细胞呼吸的中间产物是各种有机物之间转化的枢纽，细胞呼吸原理在生产实践中有广泛的应用。 1.发酵技术 2.农业生产 3.粮食储藏和果蔬保 4、医学上 五、细胞呼吸原理的应用 酵母菌是兼性厌氧微生物。酵母菌在适宜的通气、温度和pH等条件下，进行有氧呼吸并大量繁殖；在无氧条件下则进行酒精发酵。 醋酸杆菌是一种好氧细菌。在氧气充足和具有酒精底物的条件下，醋酸杆菌大量繁殖并将酒精氧化分解成醋酸。 1.发酵技术 发酵 微生物在无氧条件下的呼吸。 （1）酒精发酵：酵母菌 C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+ 2CO2 + 能量 酶 （2）乳酸发酵：乳酸菌 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 能量 酶 1.含义： 2.类型： 2.粮食储藏和果蔬保鲜 细胞呼吸要消耗有机物，使有机物积累减少。 因此，对粮食储藏和果蔬保鲜来说，就要设法降 低细胞的呼吸强度，尽可能减少有机物的消耗等。 粮食储藏 果蔬保鲜 为了抑制细胞呼吸，果蔬储藏时采用降低氧浓度、冲氮气或降低温度等方法。 粮食储藏时，降低温度和保持干燥，抑制细胞呼吸，延长保存期限。 低温低氧 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。 4、医学 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。所以，伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时请医生处理。 有氧运动是指人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。人体细胞通过有氧呼吸可以获得较多的能量。相反，百米冲刺等无氧运动，是人体细胞在缺氧条件下进行的高速运动。 无氧运动中，肌细胞因氧不足，要靠乳酸发酵来获取能量。因为乳酸能够刺激肌细胞周围的神经末梢，所以人会有肌肉酸胀乏力的感觉。 细胞呼吸原理的应用实例 (先连线，然后每人选两个实例进行简单概述) ①包扎伤口用透气消毒纱布或松软创可贴 ②用酵母菌酿酒 ③用醋酸杆菌生产食醋 ④用谷氨酸棒状杆菌生产味精 ⑤松土 ⑥稻田排水 ⑦慢跑 a.促进无氧呼吸 b.抑制无氧呼吸 c.促进有氧呼吸 1、松土可使根细胞充分进行有氧呼吸。 2、新鲜果蔬储存的条件：零上低温、低氧、湿度适宜 3、粮食的储存条件：低温、低氧、干燥 4、食醋或味精是利用淀粉在醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌在有氧条件下生产的。 5、破伤风芽孢杆菌属于厌氧生物。 6、肌肉酸痛是由于产生乳酸所致。 五、细胞呼吸原理应用 影响呼吸效率的因素？ 6O2 酶3 12H2O 34ATP Ⅲ 20[H] Ⅱ 6CO2 2ATP 酶2 线粒体 C6H12O6 C3H4O3（丙酮酸） Ⅰ 细胞质基质 酶1 4[H] 2ATP 6H2O 看图再说话：影响呼吸作用的外界因素有哪些？ 氧气浓度-----原料越多促进反应 二氧化碳-----产物越多抑制反应 温度---影响酶活性 水---自由水越多代谢越快 六、影响细胞呼吸因素 1、温度：通过影响酶的活性影响呼吸作用强度 应用：贮存水果时，适当降低温度能延长保存时间 温度 呼吸速率 一、外部因素（温度、氧气浓度、二氧化碳浓度、含水量) 植物最适40℃左右 人体最适温度37 ℃ 64 2、O2浓度 CO2释放 O2吸收 O2浓度 气体交换相对值 a 细胞呼吸类型的判断（以酵母为例） 若只产生CO2，不消耗O2，则只进行无氧呼吸。 若产生的CO2的摩尔数比吸收O2的摩尔数多，则两种呼吸同时并存 若产生CO2的摩尔数与吸收O2的摩尔数相等，则只进行有氧呼吸 O2% CO2释放量 有氧呼吸 无氧呼吸 A B C D CO2的总量 5 10 15 20 25 A点 AC段 C点以后 B点 表示无氧呼吸与有氧呼吸CO2释放量相等 D点 O2浓度超过一定值（10%）以上时，无氧呼吸消失。 E E点 CO2释放量最少，有机物消耗最少。 66 实验组 对照组 结 论 装置 结果1 结果2 结果3 酵母菌 NaoH溶液 酵母菌 清水 只进行有氧呼吸 只进行无氧呼吸 二者都有 不移动 左移 不移动 右移 左移 右移 如何用实验方法判定有氧呼吸和无氧呼吸呢？ 3、CO2浓度：增加浓度抑制呼吸有良好的保鲜效果。 4、水：自由水含量越高呼吸作用越快。 二、内部因素 1.不同生物，细胞呼吸速率不同。如：阴生<阳生 2.不同发育时期，细胞呼吸速率不同。如：成熟<开花 3.同一个体的不同器官，细胞呼吸速率不同。 如：皮肤<肝脏 注：第一种情况是由于遗传物质不同引起的；第二、三种情况是由于基因的选择性表达引起的。 69 以酵母菌为例，假如以葡萄糖为细胞呼吸的底物，则： (1)不消耗O2而产生CO2，则只进行（ ）； (2)消耗的O2量等于产生的CO2的量，则只进行（ ） (3)消耗O2且产生的CO2的量大于O2的消耗量，则（ ） (4)酒精的产生量等于CO2的释放量，则只进行（ ） 如果一瓶酵母菌既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸，已知O2的消耗量等于a mol，CO2的产生量是b mol，则呼吸消耗的葡萄糖中有（ ）mol用于有氧呼吸，有（ ）mol用于无氧呼吸。 如下图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下CO 2 的释放量和O 2 吸收量的变化，请据图回答： （1）在外界氧浓度为10％以下时，该器官的呼吸作用方式是 。 （2）该器官CO 2 的释放和O 2 的吸收两条曲线在C点相交后重合为一条曲线，此时该器官的呼吸方式是 。 （3）当外界氧浓度为4％—5％时，该器官CO 2 的释放量相对值为0.6，而O 2 的吸收量相对值为0.4。此时，无氧呼吸消耗葡萄糖的相对值约相当于有氧呼吸的 倍。 （4）图中阴影部分的面积代表 ： 。 （5）储存获活的植物器官是以少消耗有机物为好，由此可见，保存水果、蔬菜，应控制空气流通，使氧浓度保持在 。 (2)曲线分析：最适温度时，细胞呼吸最强。 在一定范围内，呼吸强度随温度的升高而 增强。超过最适温度呼吸酶活性降低，甚 至变性失活，细胞呼吸受抑制。低于最适 温度呼吸酶活性下降，细胞呼吸受抑制。 温度 (1)机理：温度通过影响与细胞呼吸有关酶的活性来影响呼吸速率。 (3)应用： ①低温储存食品； ②大棚栽培作物在夜间和阴天适当降温。 (2)曲线分析： 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＝5%时，有机物消耗最少。 (1)机理：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作。 (3)应用： ①中耕松土促进植物根部有氧呼吸； ②酿酒时先通氧气再密封，造成无氧环境； ③低氧仓储粮食、水果和蔬菜。 O2浓度 (2)曲线分析：在一定范围内， 细胞呼吸速率随含水量的增加 而加快，当含水过多时，呼吸 速率减慢，甚至死亡。 (1)机理：水作为有氧呼吸的原料和环境影响细胞呼吸的速率。 (3)应用： ①粮食在收仓前要进行晾晒处理； ②干种子萌发前进行浸泡处理。 水 (1)机理：CO2是细胞呼吸的产物，对细胞呼吸具有抑制作用。 (3)应用：适当增加CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜， 抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。 (2)曲线分析：CO2浓度作为呼吸 抑制剂，抑制细胞呼吸，CO2 浓度越高，抑制作用越明显。 CO2浓度 二、影响细胞呼吸的因素和应用 1.内因：遗传因素 2.外因：环境因素 温度、O2浓度、水、CO2浓度等。 $$