5.3细胞呼吸的原理和应用课件2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

5.3 细胞呼吸的原理和应用 人体的呼吸只是表象，真实情况是细胞在呼吸。 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。 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 一. 细胞呼吸的方式 酵母菌是一类单细胞真菌，它与人类的生活息息相关。做馒头、面包、酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。 呼吸作用的实质是细胞内有机物的氧化分解，并释放能量，也叫细胞呼吸。 酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。 都是利用酵母菌的呼吸作用..... 一. 细胞呼吸的方式 【信息】在制作面包的时候，人们习惯用泡打粉使面包快速蓬松。其原理是： 【信息】在制作面包的时候也可以利用干酵母。但其蓬松的速度不如泡打粉快，而且如果操作不当，还会有酒味出现。 联系生活 由一个面团引发的一场思考..... 思考： 1.干酵母能使面团蓬松的原理是否与泡打粉一样都是由CO2引起的呢？酵母菌在什么条件会产生CO2 ？ 2.面团发酵的过程为什么出现酒味？ 探究酵母菌细胞呼吸的方式 酵母菌的细胞呼吸是否一定需要O2 ？ 人的呼吸作用会伴随产生CO2，酵母菌的细胞呼吸是否也产生CO2 ？若细胞呼吸类型有多种，且均产生CO2 ，含量上会不会有区别？ 面团撒上酵母密封发酵后，会有浓浓的酒精味儿，其呼吸作用是否可能产生酒精？ 如何通过实验验证上述猜想？产物如何让检测？ 探究酵母菌细胞呼吸的方式 做对比实验，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。 本实验设置两个实验组，分别为有氧和无氧环境，根据实验结果来对酵母菌的呼吸方式。 装置一 装置二 探究酵母菌细胞呼吸的方式 【观察】装置一与装置二的区别在哪？ （有氧条件） （无氧条件） 自变量：有氧和无氧 装置一 装置二 探究酵母菌细胞呼吸的方式 【思考】装置一中NaOH溶液的作用是什么？ 提示：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。 装置一 装置二 探究酵母菌细胞呼吸的方式 【思考】澄清石灰水的作用？还可以用什么替代？ 提示：检验CO2的有无， CO2会使澄清石灰水变浑浊，也可以让溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色。 装置一 装置二 探究酵母菌细胞呼吸的方式 【思考】为保证装置二的无氧条件，B瓶需要需要做怎样的处理？ 提示：应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，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。 装置一 装置二 探究酵母菌细胞呼吸的方式 【思考】酒精应该用什么检测？ 提示：橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精反应，变为灰绿色。 装置一 装置二 探究酵母菌细胞呼吸的方式 【思考】如何区分CO2产生量的多少？ 提示：澄清石灰水变浑浊的程度和溴麝香草酚蓝水溶液变色的时间。 条件 澄清石灰水的变化/出现变化的快慢 重铬酸钾溶液（酸性） 装置一 变浑浊程度大/快 无变化 装置二 变浑浊程度小/慢 出现灰绿色 【思考】通过实验现象的观察和分析，你能得出什么结论？请用科学而简明的语言，说出酵母菌的呼吸方式有多少种？每种方式的条件和产物有什么区别？（1min后抢答） 探究酵母菌细胞呼吸的方式 1.酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸，均能产生二氧化碳 2.在有氧的条件下，酵母菌呼吸产生有氧呼吸大量的二氧化碳，且速度快。 3.在无氧的条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量二氧化碳。 探究酵母菌细胞呼吸的方式 科学家根据大量的实验结果得出结论：细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。 细胞内有机物经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳和水或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。也叫细胞呼吸，可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。 一. 细胞呼吸的方式 细胞呼吸 有氧呼吸 无氧呼吸 概括地说，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。 在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。 1.下列关于探究酵母菌细胞呼吸方式实验的叙述，错误的是（ ） A.通过设置有氧和无氧两组实验互为对比，易于判断酵母菌的呼吸方式 B.实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液浓度等 C.实验的因变量是澄清石灰水是否变混浊和加入酸性重铬酸钾溶液后样液的颜色变化 D.实验中将进气管、排气管与锥形瓶连接后需要进行气密性检查，确保不 漏气 【小试牛刀】 2.检测酵母菌细胞呼吸的产物，下列描述正确的是（ ） A.如果产生的气体使澄清的石灰水变混浊，则酵母菌只进行有氧呼吸 B.如果产生的气体使溴麝香草酚蓝溶液变黄色，则酵母菌只进行无氧呼吸 C.无论进行有氧呼吸还是无氧呼吸，酵母菌都能产生CO2 D.酵母菌无氧呼吸不产生气体，但其中的产物能使酸性重铬酸钾溶液变成 灰绿色 【小试牛刀】 二、有氧呼吸 概念：有氧呼吸是指细胞在氧气的参与下，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。 场所：对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，这一过程必须有氧气的参与。有氧呼吸的主要场所是线粒体。 (一)有氧呼吸的主要场所 —线粒体 双层膜 少量的DNA 含有核糖体、半自主性细胞器 【思考】线粒体内膜是如何增大膜面积的？有何意义？ 提示：内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴，嵴使内膜的表面积大大增加。为呼吸有关的酶提供了广阔的附着位点。 体现了功能与结构相适应的观点 二、有氧呼吸 (二)有氧呼吸的总反应式 P92 有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O +能量 酶 讨论： 1.反应物中的H2O与生成物中的H2O能约掉吗？ 2.反应式中的能量能写成ATP吗？ 3.有氧呼吸生成的能量的去向有什么？ 1mol葡萄糖彻底氧化分解释放2870kJ的能量，其中977.28kJ转移到ATP（少部分）中，其余以热能形式散失（注要）。 二、有氧呼吸 (三)有氧呼吸的三个阶段 P92~P93 【任务】请大家带着以下5个问题快速阅读P92~P93的相关内容，并结合P93的图5-9有氧呼吸过程示意图进行解答。 1.三个阶段的场所分别在哪？ 2.三个阶段分别有哪些物质变化？ 3.三个阶段是否都需要氧气？ 4.三个阶段产生的能量是否一样多？ 5.三个阶段所用的酶是否相同？ 二、有氧呼吸 有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖，其过程十分复杂，可以概括地分为三个阶段，每个阶段都需要相应的酶来催化。 第一阶段1分子葡萄糖分解为2分子丙酮酸，产生少量的[H]，并释放少量能量。不需要氧的参与。 第二阶段C3H4O3(丙酮酸)和H2O彻底分解成CO2和[H] ，并释放少量能量。不需要氧的直接参与。 第三阶段前两个阶段产生的[H]，经过一系列化学反应，与O2结合形成H2O ，同时释放大量能量。需要氧的直接参与。 (三)有氧呼吸的三个阶段 P92~P93 阶段1：葡萄糖的初步分解 （细胞质基质） 1葡萄糖 2丙酮酸 +4 [H] +能量（少量） 酶1 2丙酮酸+6H2O 6CO2 +20 [H] +能量（少量） 酶2 阶段2：丙酮酸彻底分解 （线粒体基质） 阶段3：[H] 的利用 （线粒体内膜） 24[H] +6O2 12H2O+能量（大量） 酶3 相关信息：这里的 [H]是一种十分简化的表示方式。这一产生[H]的过程实际上是指氧化型辅酶I（NAD+）转化成还原型辅酶I（NADH）。P93 (三)有氧呼吸的三个阶段 P92~P93 1.H2O在第几阶段参与反应，又在哪一阶段生成？ 2.在第几阶段产生CO2？O2在第几阶段参与反应？ 3.哪个阶段产生的[H]最多？最后[H]参与反应的场所在哪儿？ 4.生成物H2O中的O、CO2中的O分别来自什么物质？ 【任务】在老师梳理完有氧呼吸3个阶段后，进一步思考并讨论以下问题: (三)有氧呼吸的三个阶段 P92~P93 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O +能量 酶 二、有氧呼吸 (四)原子的来源及去向 （五）有氧呼吸与体外燃烧的区别 P93 二、有氧呼吸 【思考】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。 【拓展】关于“有氧呼吸的场所”的探究 实验一: 葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖 A（细胞所有结构） B（细胞质基质） C（线粒体） 结果：产生CO2 试管壁很热 产生丙酮酸和[H] 试管壁微热 无现象 无现象 实验二: 丙酮酸 丙酮酸 D（细胞质基质） E（线粒体） 首先产生CO2 和[H]试管壁微热 结果： 【思考】线粒体能直接利用葡萄糖吗？葡萄糖在什么结构中被初步分解？ 分解成什么物质？ 【思考】丙酮酸在哪里被分解？被分解产生哪些物质？ 【拓展】关于“有氧呼吸的场所”的探究 实验一: 葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖 A（细胞所有结构） B（细胞质基质） C（线粒体） 结果：产生CO2 试管壁很热 产生丙酮酸和[H] 试管壁微热 无现象 无现象 实验二: 丙酮酸 丙酮酸 D（细胞质基质） E（线粒体） 首先产生CO2 和[H]试管壁微热 结果： 结论：线粒体 直接分解葡萄糖，葡萄糖在 分解，产物丙酮酸和[H]到线粒体中继续发生反应。 不能 细胞质基质 2.人体细胞内葡萄糖氧化分解释放的能量，大部分的去向是(　　) A．以热能形式散失 B．储存在ATP中 C．存在于线粒体内 D．供生命活动利用 1.在有氧呼吸过程中，水分子参与反应的过程和生成水分子的过程分别发生在(　　) A．第一阶段和第二阶段 B．第一阶段和第三阶段 C．第二阶段和第三阶段 D．第三阶段和第二阶段 【小试牛刀】 3.如图为某细胞内部分物质的代谢过程，①②表示物质、一、二、三表示阶段，相关叙述正确的是(　　) A．①②分别是水和氧气 B．三个阶段放能一样多 C．产生的能量都存储在ATP中 D．三个阶段都是在线粒体中进行 【小试牛刀】 这些现象都与细胞的无氧呼吸有关...... 三、无氧呼吸 概念：在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。 举例：除酵母菌以外，还有许多种细菌(如乳酸菌)能够进行无氧呼吸。此外，马铃薯块茎、甜菜的块根、水稻根、苹果果实等植物器官的细胞以及动物骨骼肌的肌细胞等，在缺氧条件下也能进行无氧呼吸。 马铃薯 甜菜 三、无氧呼吸 【任务1】请大家带着以下3个问题快速阅读P94的相关内容。 1.无氧呼吸最常利用的有机物是什么？ 2.无氧呼吸的2个阶段的场所分别在哪？ 3.无氧呼吸的2个阶段分别有哪些物质变化？ 无氧呼吸最常利用的物质也是葡萄糖 阶段1：葡萄糖的初步分解 1葡萄糖 2丙酮酸 +4 [H] +能量（少量） 酶1 阶段2：丙酮酸不彻底分解 （细胞质基质） （细胞质基质） 2丙酮酸 4[H] 酶2 2酒精（C2H5OH）+2CO2 酶3 2乳酸（C3H6O3） 三、无氧呼吸 注意：无氧呼吸都只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量则存留在酒精或乳酸中。 三、无氧呼吸 C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量（植物、酵母菌等） 酶 产物为酒精： C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+少量能量（动物、乳酸菌、少数植物器官） 酶 产物为乳酸： 酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸叫作发酵。 产生酒精的叫作酒精发酵，产生乳酸的叫作乳酸发酵。 【思考】无氧呼吸与有氧呼吸在能量释放上有什么区别 ？ 有氧呼吸1mol葡萄糖彻底氧化分解释放2870 kJ能量，而无氧呼吸1mol葡萄糖在分解成乳酸以后，只释放出196.65 kJ的能量，其中只有61.08kJ的能量储存在ATP中，近69％的能量都以热能的形式散失了。由此可见，无氧呼吸能量释放并不彻底，大量能量还蕴藏在乳酸或酒精中。 有氧呼吸和无氧呼吸都属于细胞呼吸。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。 所有生物的生存，都离不开细胞呼吸释放的能量。细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽。例如，在细胞呼吸过程中产生的中间产物，可转化为甘油、氨基酸等非糖物质;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。蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。 四、细胞呼吸原理的应用 透气创可贴 发酵酿酒 适时松土 低温保鲜 破伤风打疫苗 有氧运动 【任务】请结合本章所学知识，对以下生活中常见的现象进行解释。 四、细胞呼吸原理的应用 思考：手上有伤口，要选择什么材料进行包扎？ 提示：透气性好，细胞呼吸正常，能抑制厌氧病菌的繁殖。 【任务】请结合本章所学知识，对以下生活中常见的现象进行解释。 四、细胞呼吸原理的应用 思考：花盆为什么需要及时松土？ 提示：土壤板结后，透气不足，会影响根系细胞呼吸对氧气的需求，影响矿物质离子的主动运输而影响根系生长。 思考:稻田为什么需要定期排水？ 提示：稻田长期泡水，氧气不足，根细胞进行无氧呼吸，酒精对根细胞产生毒害作用，使根系变黑、腐烂。 【任务】请结合本章所学知识，对以下生活中常见的现象进行解释。 四、细胞呼吸原理的应用 思考：伤口较深或被生锈钉子扎伤后，患者为什么要及时就医并注射破伤风抗毒素？ 提示：较深的伤口里缺乏氧气，破伤风芽孢杆菌（厌氧菌）适合在这种环境中生存并大量繁殖。 思考：一个人在剧烈运动后，为什么会肌肉酸胀乏力？ 提示：人在剧烈运动时，氧气供应不足，细胞进行了无氧呼吸产生了乳酸，积累在骨骼肌处，使人感到酸胀乏力。 提倡：进行慢跑等有氧运动。 【任务】请结合本章所学知识，对以下生活中常见的现象进行解释。 四、细胞呼吸原理的应用 生物老师家的冰箱...... 思考：你是如何对水果，蔬菜等进行保鲜的？ 提示：细胞呼吸强度与含水量有关 ，在一定范围内，细胞呼吸强度随含水量的增加而增强。 提示：降低温度、降低氧气含量等措施，减弱细胞的呼吸作用，以延长保质期。 思考：粮食的储存（如稻谷），可通过晾晒减少含水量后放进仓库进行较长时间的储存，而干种子在萌发前却要进行浸泡，其原理是什么？ 如图表示某种植株的非绿色器官在不同氧浓度下，O2的吸收量和CO2的释放量的变化。尝试写出三条线各自所代表的生命活动过程，并分析a、b、c三个点的含义。 氧气浓度为c时，有氧呼吸速率达到最大时的最小氧气浓度，再增加氧气浓度，呼吸速率不再增加。限制因素可能是呼吸底物的量或酶的量与酶的活性等。 氧气浓度为a时，无氧呼吸减弱，有氧呼吸较弱，细胞呼吸较弱，消耗有机物较少。储存蔬菜、水果、粮食等，应控制氧气浓为a(或a附近)。 氧气浓度为b时，无氧呼吸被完全抑制，细胞呼吸即为有氧呼吸。 五、影响细胞呼吸原理的因素 1.温度对细胞呼吸的影响 五、影响细胞呼吸原理的因素 2.氧气浓度对细胞呼吸的影响 五、影响细胞呼吸原理的因素 3.二氧化碳浓度对细胞呼吸的影响 五、影响细胞呼吸原理的因素 4.水对细胞呼吸的影响 比较项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 条件 需要O2、酶 不需要O2,需要酶 场所 细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜 细胞质基质 产物 CO2、H2O 酒精和CO2或乳酸 能量 释放 有机物彻底氧化分解,释放大量能量 有机物氧化分解不彻底,能量释放较少 相 同 点 实质 　细胞内的有机物氧化分解,释放能量 意义 ①为各项生命活动提供能量 ②为体内其他化合物的合成提供原料 联系 第　一　阶段相同 Lavf57.62.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$