5.3 细胞呼吸的原理和应用-2024-2025学年高一生物同步高效教学课件（人教版2019必修1）

5.3 细胞呼吸的原理与应用-1 有氧呼吸和无氧呼吸 细胞呼吸： 细胞内的有机物 氧化分解， 并释放能量的过程。 个体呼吸： 发生在肺部的气体交换，呼出CO2，吸入O2 。 一.细胞呼吸的方式 实验探究：酵母菌细胞的呼吸方式 1.选酵母菌做实验的原因： 在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。 疏松的孔 有氧 CO2 无氧 酒精 每隔一段时间需要开盖放气 CO2 酵母菌电镜图 2. 有氧条件，产CO2 无氧条件，产酒精和CO2 3 A.通入澄清的石灰水： B.使溴麝香草酚蓝水溶液： C.CO2传感器 实验探究：酵母菌细胞的呼吸方式 3. 如何控制有氧和无氧条件？ 4.如何检测CO2和酒精？ 5.实验过程中酵母菌怎么正常生活？ 通气 密封 营养物质（葡糖糖），适宜温度 ①CO2的检测： ②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 实验步骤： ①配置酵母菌培养液：( + ) ②检测CO2的产生，装置组装： 酵母菌 葡萄糖溶液 实验探究：酵母菌细胞的呼吸方式 D B C A 气泵 Ⅰ 有氧呼吸： A.有氧呼吸装置由 组成。 B.NaOH溶液的作用是 。 C.加入瓶中的葡萄糖溶液需加热并冷却的目的分别是： a.加热目的是 。 b.冷却目的是 。 气泵→D→A →C 吸收空气中CO2，排除空气中CO2对实验结果的干扰 加热以杀死其他微生物 防止高温杀死酵母菌 无氧呼吸： A.无氧呼吸装置由 组成。 B. B瓶放置一段时间再连接澄清的石灰水的目的是： 。 B→C 将原有O2耗完，确保通入澄清的石灰水中的CO2只来自无氧呼吸 Ⅱ 7 ①配置酵母菌培养液 ②检测CO2的产生，装置组装 ③检测酒精的产生：自A、B中各取2 mL酵母菌培养液的滤液分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5 mL溶有0.1 g 的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化。 重铬酸钾 实验步骤： D 1.主要场所：______ 线粒体 线粒体内膜 线粒体外膜 线粒体基质 线粒体内膜向内折叠形成嵴 二、有氧呼吸 （双层膜） 嵴 ______和______含有许多种与有氧呼吸有关的____。 基质中 内膜上 酶 【思考】没有线粒体可以进行有氧呼吸吗？ 可以，如原核细胞没有线粒体，可以有氧呼吸。 扩大膜面积的方式： ① ② ③ 思考： 线粒体可以直接利用葡萄糖吗？   线粒体膜上没有G的转运蛋白，线粒体不能直接利用葡萄糖。 11 2.过程 葡萄糖C6H12O6 丙酮酸C3H4O3 细胞质基质 C6H12O6 2丙酮酸(C3H4O3)+4[H] 线粒体基质 2丙酮酸(C3H4O3)+6H2O 6CO2+20[H] 线粒体内膜 24[H]+6O2 H2O 12 有氧呼吸总反应式： 【思考】1、细胞呼吸产生的[H]是什么物质？其成分是蛋白质？（课本第93页“相关信息”） PART ONE 03 C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量 酶 快速抢答： ①有氧呼吸的生成物CO2和H2O分别产生于第几阶段？ ②有氧呼吸的生成物CO2中的C和O分别来自哪里？ ③有氧呼吸的生成物H2O中的O从何而来？ ④有氧呼吸过程中哪几个阶段有[H]产生？最多的是哪一个阶段？其去向？ ⑤有氧呼吸过程中哪几个阶段有ATP产生？最多的是哪一个阶段？ ⑥有氧呼吸过程中物质变化和能量变化的特点是什么？ Q1：1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870 kJ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。请你计算一下，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？（1molATP所含能量约30.54KJ） 3.能量利用特点 977.28÷2870≈34% 977.28÷30.54=32mol ATP 66%的能量以热能的形式散失 维持体温 为生命活动供能 葡萄糖的燃烧 Q2：与葡萄糖的体外燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐步释放能量的，这对于生物体来说有什么意义？ ①过程温和，有利于细胞维持相对稳定状态 ②能量逐步释放转移到ATP中，保证有机物中的能量得到最充分的利用 4.总结 细胞在 的参与下，通过多种 的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生 ，同时释放能量，生成 的过程，叫做有氧呼吸。 O2 酶 CO2和水 大量ATP C C D D 1.哪些生物/细胞能进行无氧呼吸？ （1）许多细菌（乳酸菌）和真菌（酵母菌） （2）动植物局部细胞在缺氧条件下暂时进行无氧呼吸 三.无氧呼吸 植物：马铃薯块茎、水稻根、苹果果实等 动物：骨骼肌细胞等 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 酶 酶 2C3H6O3 2丙酮酸+4[H] 酶 少量能量 第一阶段 (细胞质基质) 第二阶段 (细胞质基质) 2.过程 乳酸 酒精 三.无氧呼吸 23 丙酮酸 C3H4O3 例：动物、乳酸菌、马铃薯块茎、玉米胚细胞、甜菜块根等 例：大多数植物（如水稻根、苹果果实）、酵母菌 C6H12O6 酶 2C3H6O3(乳酸) + 少量能量 乳酸发酵 酒精发酵 03 C6H12O6 2C2H5OH(酒精) + 2CO2 + 少量能量 酶 马铃薯块茎 玉米胚 甜菜块根 【思考1、】进行酒精发酵和乳酸发酵的生物分别有哪些？ 只进行无氧呼吸: 乳酸菌 破伤风杆菌(产物不是乳酸或酒精) 哺乳动物成熟红细胞 4.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，就是无氧呼吸。 2、在进行无氧呼吸过程中，葡萄糖中能量的主要去向和葡萄糖氧化分解释放的能量的主要去向分别是什么？(参考P94相关信息） 能量主要是存留在酒精或乳酸中。 氧化分解释放的能量主要以热能的形式散失。 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不同点 场所 条件 产物 分解 程度 释放 能量 相同点 过程 实质 意义 细胞质基质、线粒体 细胞质基质 需O2、多种酶 CO2、H2O 酒精和CO2或乳酸 彻底分解 不彻底分解 第一阶段(葡萄糖丙酮酸)相同 分解有机物，释放能量，产生ATP 为生物体生命活动提供能量 不需O2、多种酶 大量（三个阶段均合成ATP，第三阶段最多） 少量（只有第一阶段合成ATP） 四.细胞呼吸的概念和意义 （1）为生物体提供能量 （2）生物体代谢的枢纽 O　　　　　　　 NH2 　　 ‖　　　　　　　 ▕ CH3—C—COOH → CH3—CH—COOH 例：丙酮酸 丙氨酸 细胞呼吸 能 量 热能 散失 能量 转移 ATP ADP Pi 能 量 细胞分裂 生长发育 主动运输 肌肉收缩 神经冲动的传导 C6H12O6 CO2＋H2O 1、概念：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。 2、细胞呼吸的意义 【易错警示】 判断下列说法是否正确 葡萄糖 丙酮酸 CO2+H2O 乳酸 乙醇+CO2 ① ② ③ ④ （1）植物细胞能进行过程①和③或①和④（ ） （2）真核细胞的细胞质基质能进行过程①和②（ ） （3）原核细胞不能进行过程②( ) （4）乳酸菌细胞内过程④消耗[H]，并产生少量ATP( ) （5）哺乳成熟的红细胞只能进行过程①和④（ ） （6）葡萄糖中的能量通过过程①和③一部分转移至ATP，其余的存留在酒精中（ ） √ × √ × × × D C 丙酮酸 细胞质基质 ② ①②④ ①③ ①④ 种子在有氧呼吸过程中产生了水。 1:3 影响因素 内因 遗传因素 外因 环境因素 不同植物呼吸速率不同 （阳生植物＞阴生植物）； 同一植物不同发育时期不同 （幼苗期＞成熟期） 同一植物不同器官呼吸速率与不同 （生殖器官＞营养器官）； 是否有线粒体；酶的种类，数量和活性。 如：蛔虫、乳酸菌只有与无氧呼吸有关的酶 氧气 温度 CO2 H2O 影响呼吸作用的因素 （一） （二） 总呼吸作用强度曲线怎么画？ A B C A、B、C点代表的意义？ （二）影响细胞呼吸的环境因素 1．氧气 O2浓度 CO2释放总量 A B C A：在O2浓度为零时只进行无氧呼吸； A~B：随O2浓度的升高，无氧呼吸受到抑制，而有氧呼吸还很弱，使得CO2释放总量减少。 B~C：主要与有氧呼吸加强有关。 C：无氧呼吸停止，只进行有氧呼吸。 O2浓度 CO2释放总量 A B C 生产中常利用降低氧气浓度能抑制呼吸作用，减少有机物消耗这一原理来延长蔬菜、水果保鲜时间。但是，在完全无氧的情况下，无氧呼吸强，分解的有机物也较多，同时产生酒精，一样不利于蔬菜、水果的保质、保鲜。 D 因此要长期储存种子，O2浓度应调至 点。 D 2．温度 温度 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，夜晚适当降低温度，可减少呼吸作用对有机物的消耗。 温度主要通过影响酶活性来影响呼吸速率。 应用： 储存 粮食（干燥、零上低温） 水果、蔬菜(湿润、零上低温) 种植大棚作物 白天：适当 温 夜间：适当 温 升 降 3．水 水既是原料，又是产物，细胞呼吸必需在水环境中才能进行。在一定范围内，呼吸作用强度 随含水量的增加而加强，随含水量的减少而减弱。 应用：稻谷等种子在贮藏前要晾晒，甚至风干，减少水分，降低呼吸消耗。 4．CO2浓度 作为呼吸产物，根据化学平衡，CO2浓度高会抑制细胞呼吸的进行。 应用：地窖储存蔬菜果蔬，果实保鲜或储藏，可向密封环境中充入CO2或N2降低呼吸消耗。 (1)有氧呼吸时：C6H12O6∶O2∶CO2＝_________； (2)无氧呼吸时：C6H12O6∶CO2∶酒精＝ _________， 或葡萄糖∶CO2∶乳酸＝___________； (3)消耗等量的C6H12O6时，无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2摩尔数之比为_________； (4)消耗等量的C6H12O6时，有氧呼吸消耗的O2摩尔数与有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2摩尔数之和的比值为_________； 3.细胞呼吸反应式中各物质间的关系比 1:6:6 3/4 1:2:2 1:0:2 1:3 因此：（1）若Vo2/Vco2=3/4,有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等； （2）若Vo2/Vco2<3/4,有氧呼吸消耗葡萄糖的速率小于无氧呼吸； （3）若Vco2/Vo2>4/3,有氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于无氧呼吸； 拓展: 1.判断装置中细胞的呼吸方式 38 2.液滴移动法判断细胞呼吸的方式 （1）装置一烧杯内是氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的作用是吸收细胞呼吸产生的CO2，所以装置一测量的是细胞呼吸消耗的氧气的量，液滴移动说明有氧气消耗，则一定有有氧呼吸； （2）装置二烧杯内是清水，清水不能吸收气体，也不释放气体，该装置测量的是细胞呼吸释放的CO2的量和消耗O2的量的差值，液滴移动则说明有产生酒精的无氧呼吸存在； 实验结果 结论 装置一液滴 装置二液滴 不动 不动 不动 右移 左移 右移 左移 不动 只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子死亡 只进行产生酒精的无氧呼吸 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸 注意：1、为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应将装置及所测材料进行消毒处理。 2、为防止气压、温度等物理膨胀因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测定的生物材料灭活（将种子煮熟），其他条件均不变。 在a、b、c、d条件下，测得某植物种子萌发时CO2和O2体积变化的相对值如表。若底物是葡萄糖，则下列叙述中正确的是(　　) 条件 a b c d CO2释放量 10 8 6 7 O2吸收量 0 3 4 7 A．a条件下，呼吸产物除CO2外还有乙醇或乳酸 B．b条件下，有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸少 C．c条件下，种子消耗的葡萄糖最少 D．d条件下，产生的CO2来自细胞质基质和线粒体 B (2020·湖北省十堰市高一)下表表示苹果在储存过程中，有关气体变化的情况。下列分析正确的是(　　) A．氧浓度为a时，细胞呼吸会产生乳酸 B．氧浓度为b时，细胞呼吸消耗的葡萄糖最少 C．氧浓度为c时，无氧呼吸产生CO2的速率为0.3 mol/min D．氧浓度为d时，有氧呼吸消耗的葡萄糖的量是无氧呼吸的2倍 典例 6 B 氧浓度(%) a b c d CO2产生速率(mol/min) 1.2 1.0 1.3 1.6 O2的消耗速率(mol/min) 0 0.5 0.7 1.2 【例11】 解析：氧浓度为a时，O2消耗速率为0，故只进行无氧呼吸，产物是酒精与二氧化碳，A错误；氧浓度为b时，细胞呼吸产生二氧化碳量最少，此时细胞呼吸最弱，消耗的葡萄糖最少，B正确；氧浓度为c时，据表格数据可知，有氧呼吸O2的消耗速率为0.7 mol/min，则有氧呼吸CO2产生速率为0.7 mol/min，无氧呼吸产生CO2的速率为1.3－0.7＝0.6 mol/min，C错误；氧浓度为d时，O2的消耗速率为1.2 mol/min，则有氧呼吸消耗葡萄糖的速率为1.2×1/6＝0.2 mol/min，此时无氧呼吸CO2产生速率为1.6－1.2＝0.4 mol/min，无氧呼吸消耗葡萄糖的速率为0.4×1/2＝0.2 mol/min。故氧浓度为d时，有氧呼吸消耗葡萄糖的量等于无氧呼吸消耗葡萄糖的量，D错误。 不同种类的生物在不同的条件下呼吸方式不同。下列对生物细胞呼吸方式的判断,错误的是(　　) A.若既不消耗O2也不释放CO2,则说明该细胞已经死亡 B.若只释放CO2,不消耗O2,则细胞只进行无氧呼吸 C.若CO2的释放量等于O2的消耗量,则细胞可能只进行有氧呼吸 D.若CO2的释放量多于O2的消耗量,则细胞既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸 解析:有氧呼吸的产物是CO2和H2O,无氧呼吸的产物是酒精和CO2或乳酸。若细胞既不消耗O2也不释放CO2,则细胞可能死亡,也可能进行乳酸发酵(无氧呼吸),A项错误;若细胞只释放CO2,不消耗O2,说明细胞只进行酒精发酵(无氧呼吸),B项正确;若细胞释放的CO2量与消耗的O2量相等,则细胞可能只进行有氧呼吸,C项正确;若细胞释放的CO2量多于消耗的O2量,则细胞既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸,D项正确。答案:A 典例 7 A 【例12】 若利用下列装置，探究某植物发芽种子的细胞呼吸类型(假设呼吸底物只有葡萄糖且不考虑外界条件的影响)，某同学设计实验装置如图，请完善下面的结果预测： 装置甲中NaOH溶液的作用_______________________ ，红色液滴移动的距离代表____________。装置乙中红色液滴移动的距离代表__________________________。 吸收细胞呼吸产生的CO2 消耗O2的体积 消耗O2和释放CO2的体积差值 （1）若甲液滴左移，乙液滴不动，则 。 （2）若甲液滴不动，乙液滴右移，则 。 （3）若甲液滴左移，乙液滴右移，则____________ 。 只进行有氧呼吸 只进行无氧呼吸 既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸 典例 12 【例13】 46 $$