5.3 细胞呼吸的原理和应用课件（第一课时）-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

第1课时 探究酵母菌细胞呼吸的方式实验过程 第3节 细胞呼吸的原理和应用 1 1.做面包、馒头、酿酒与哪种生物有关，利用了什么原理？ 酵母菌的呼吸作用 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。 2.呼吸=呼吸作用=细胞呼吸？ 3.细胞呼吸是否都需要氧？ 情境导入 呼吸作用 细胞呼吸 情境一 馒头和面包里面都有一个个的小孔，都很松软，是为发面时加入酵母菌，酵母菌细胞呼吸产生了CO2 。酿酒过程中，酵母菌进行细胞呼吸产生了酒精。 问题思考一： 酵母菌在什么条件下产生CO2？ 什么条件下产生酒精？ 联系生活实际，尝试作出你的假设：针对特定的生物学现象，进行提问，体现了科学探究的核心素养。 1.提出问题 2.作出假设 酵母菌在有氧、无氧条件下进行的细胞呼吸的产物分别是什么？ 酵母菌在有氧条件下进行细胞呼吸产生CO2，在无氧情况下进行细胞呼吸产生CO2和酒精。 探究酵母菌细胞呼吸的方式 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 细胞呼吸的产物 有氧 无氧 温度、酵母菌活性、PH 培养液浓度、营养条件等 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CO2 细化 1.怎样控制有氧和无氧条件? 2.怎样检测CO2和酒精？ 3.怎样保证酵母菌正常生活？ 通入氧气：气泵 隔绝氧气：密封、石蜡油 澄清石灰水：变浑浊 溴麝香草酚蓝溶液：蓝→绿→黄 酸性重铬酸钾溶液：橙色→灰绿色 酒精 5 4.进行实验 1.配制酵母菌培养液：酵母菌 + 质量分数5%葡萄糖溶液 2.实验装置 酵母菌培养液 酵母菌培养液 澄清的石灰水 10%的NaOH A B C D 请用下列材料将实验中的有氧装置和无氧装置连通好 有氧组：CAD 无氧组：BD 2.实验装置 分析1：NaOH溶液的作用是什么？ 吸收空气中CO2，排除空气中CO2的干扰。 分析2：B瓶为什么要封口一段时间再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶？ 让酵母菌耗尽瓶内O2，造成无氧环境，确保产物是无氧呼吸的产生的 分析3：请问此实验是否有对照组？ 科学方法：对比实验 有氧组 无氧组 3.检测CO2 变浑浊/快 变浑浊/慢 4.检测酒精 橙色 灰绿色 有氧组 无氧组 5.实验结果 酸性重铬酸钾 观察项目 有氧装置 无氧装置 澄清石灰水变浑浊程度 溴麝香草酚蓝水溶液颜色变化时间 酸性重铬酸钾检验情况 实验结果与分析 浑浊程度高 浑浊程度低 颜色变化时间快 蓝→绿→黄 颜色变化时间慢 蓝→绿→黄 无颜色变化 橙色→灰绿色(酸性) 对比实验（相互对照实验） 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 6.实验结论 酵母菌在有氧和无氧条件下都进行细胞呼吸。 在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量CO2 在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量CO2 设计实验 提出问题 进行实验 验证假设、形成结论 作出假设 小结： 科学探究的一般过程 观察、实验、资料 自变量、因变量、 无关变量 11 第2课时 有氧呼吸的过程 第3节 细胞呼吸的原理和应用 12 细胞呼吸的具体过程是什么？细胞呼吸的场所在哪里？ 外膜 内膜 嵴 基质 1、线粒体有哪些适应有氧呼吸的结构？ 有氧呼吸的主要场所 含有与有氧呼吸有关的酶 1.线粒体具有内外两层膜，内膜的某些部位向线粒体内折叠形成嵴，以增加内膜的表面积 2.线粒体的内膜和线粒体基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。 一、有氧呼吸的主要场所 问题思考：真核细胞中，有氧呼吸的全过程都发生在线粒体中吗？ 二、有氧呼吸的过程探索 资料1： 分离酵母菌的不同结构，分别加入相同浓度葡萄糖溶液，在其他条件均适宜的条件下，发现细胞质基质和细胞匀浆组中，葡萄糖(C6H12O6)减少的同时，丙酮酸（C3H4O3）含量增加，而线粒体组中葡萄糖不变。 A组 B组 C组 细胞质基质 线粒体 细胞匀浆（细胞质基质和线粒体） 葡萄糖含量变化 时间/s 葡萄糖含量变化 时间/s 葡萄糖含量变化 时间/s 分析实验结果： 1.葡萄糖能不能被线粒体分解？ 2.葡萄糖在什么位置首先被分解？生成了什么？ 葡萄糖在细胞质基质中分解，生成丙酮酸和少量能量。 不能 注意：细胞呼吸产生的[H] 是还原型辅酶I (NADH)的简化表示方式 C6H12O6 2丙酮酸+4[H]+少量能量 酶 有氧呼吸第一阶段 资料2： 使用超声波将线粒体破碎，分离线粒体膜状结构和线粒体基质，加入等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管的变化情况。 线粒体膜状结构 线粒体基质 线粒体膜状结构和 线粒体基质 ③ 丙酮酸的量不变;没有荧光 丙酮酸的量减少;有CO2生成 微弱荧光出现 丙酮酸的量减少;有CO2生成较强荧光出现 分析实验结果： 1.丙酮酸分解发生在什么部位，生成了什么？ 2.③号试管为什么有较强荧光出现？ 丙酮酸在线粒体基质中分解，产生CO2，释放少量能量。 线粒体基质分解丙酮酸后，在线粒体膜状结构继续发生反应释放较多的能量。 等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶 等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶 等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶 ① ② 有机物分解释放的能量一部分用于合成ATP（一部分以热能形式散失），ATP水解释放能量导致荧光出现。 2丙酮酸+6H2O 6CO2+20[H]+少量能量 酶 有氧呼吸第二阶段 资料3 超声波震碎线粒体之后，内膜自然卷成了颗粒朝外的小囊泡，这些小囊泡具有氧化[H]的功能。当用胰蛋白酶处理后，这些小囊泡不再具有氧化[H]的功能；当把这些小颗粒装上去之后，小囊泡重新具有了氧化[H]的功能。这些小颗粒被证实是一系列线粒体内膜上的酶。 问题思考三：通过以上事实可以确定在线粒体内膜上发生什么样的反应？谁在氧化[H]？ 线粒体内膜上的氧气与[H]发生了反应。 24[H]+6O2 H2O+大量能量 有氧呼吸第三阶段 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 第一阶段 第二阶段 第三阶段 三、有氧呼吸反应的过程总结 尝试根据三个阶段的反应式，结合写化学方程式的方法，构建有氧呼吸总反应式，并写出C、H、O的来源去路。 C6H12O6 2C3H4O3（丙酮酸）+4[H] +少量能量 酶 2C3H4O3（丙酮酸） +6H2O 6CO2 +20 [H] + 少量能量 酶 24[H] + 6O2 酶 12H2O +大量能量 有氧呼吸总反应式： C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量 酶 易错提醒： ①反应式中的能量不能写成ATP，因为葡 萄糖中的能量只有一部分储存在ATP中。 ②反应式前后的H2O不能消去。反应过程 中，在第二阶段消耗了水，而第三阶段生 成了水。 ③反应式中间不能用等号，要用箭头。 ④反应条件“酶”不能省去。 ⑤不要认为细胞呼吸的底物只有葡萄糖， 教材只是以葡萄糖在有氧条件下彻底氧化 分解为例来介绍有氧呼吸过程。 C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量 酶 物质 变化 有机物 （葡萄糖） 无机物 （CO2+H2O） 能量 变化 有机物中 稳定的化学能 ATP中 活跃的化学能 + 散失的 热能 部分 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，产生大量ATP 的过程。 1、有氧呼吸的概念： 2、有氧呼吸的过程中物质和能量是如何变化的？ 四、有氧呼吸总结 3、葡萄糖在细胞内彻底氧化分解和体外燃烧有哪些相同点和不同点呢？ 有氧呼吸和有机物体外燃烧的本质是一致的，都是有机物氧化分解释放能量的过程。 区别： 有氧呼吸过程温和 有机物中的能量经过一系列化学反应逐步释放 有氧呼吸释放的部分能量储存在ATP中 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？ 大约34%；大约32molATP 977.28÷2870≈34.05% 977.28÷30.54=32mol [例3]. 即学即练 C6H12O6 2C3H4O3 酶 6CO2 4[H] 能量 少量ATP 热能 能量 少量ATP 热能 酶 6H2O 20[H] 12H2O 6O2 酶 能量 大量ATP 热能 线粒体 细胞质基质 ② ① ③ 思考：为什么线粒体不能直接氧化分解葡萄糖？ ①线粒体膜上没有葡萄糖载体；②线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。 [H]:还原型辅酶Ⅰ（NADH） 小结 27 有氧呼吸的过程 28 第3课时 无氧呼吸的过程 第3节 细胞呼吸的原理和应用 29 在持续的下雨天中，好多农民的庄稼被淹，颗粒无收，为什么水太多会让植株死亡？ 加入酵母后，为什么能制作酒？ 加入乳酸菌后，牛奶为什么会变成酸奶？ 我们在运动后常会肌肉发酸，为什么？ 庄稼长期处于水浸状态，土壤中含水量过高，缺少氧进行正常呼吸，必然导致根系腐烂而死亡。 一、无氧呼吸类型：酒精发酵、乳酸发酵 场所 反应物 生成物 释能 第一阶段 第二阶段 总反应式 能量去向 大部分以热能形式散失，小部分转移到ATP中。 概念 项目 阶段 无氧呼吸是指细胞在 参与下，通过 的催化作用，把 等有机物 ，产生 ，释放 的过程。 细胞质基质 主要是葡萄糖 丙酮酸 丙酮酸、[H] 少量 无氧 多种酶 葡萄糖 不彻底氧化分解 少量能量 CO2、酒精或乳酸 细胞质基质 CO2、酒精或乳酸 无 C6H12O6 酶 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量 C6H12O6 酶 2C3H6O3（乳酸）+ 少量能量 31 补充： 1.好氧型原核细胞虽无线粒体，但存在有氧呼吸酶，故可进行有氧呼吸，场所是细胞质基质和细胞膜，如醋酸杆菌等 2.无线粒体的真核细胞（或生物）只能进行无氧呼吸，如哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫等 判断： 没有线粒体，细胞不能进行有氧呼吸，只能进行无氧呼吸。 × 酶 葡萄糖 C6H12O6 丙酮酸2个C3H4O3 [H] 酶1 酒精 + CO2 分解 酶2 乳酸 转化 【绝大多数植物如水稻根、苹果果实；酵母菌等微生物】 【人和动物；植物某些器官如马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚；乳酸菌等微生物】 与有氧呼吸第一阶段完全相同！ 二、微生物的无氧呼吸又叫发酵 乳酸发酵 酒精发酵 所以我们可以把两种无氧呼吸的过程用以下两个方程式来表达。酒精可以在植物体内由某些酶的催化下缓慢代谢分解排出。乳酸一部分与氧气反应生成水和CO2，酸胀消失。一部分被酶催化转变成丙酮酸进入线粒体进一步分解，一部分被血液带到肝脏还原成葡萄糖继续氧化分解， 呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 场所 条件 产物 能量 ATP产生 阶段 相 同 点 联系 实质 细胞质基质、线粒体 细胞质基质 需要O2、多种酶 不需要O2、多种酶 葡萄糖彻底分解为 CO2和H2O 葡萄糖不彻底分解，形成 乳酸或酒精和CO2 释放大量能量 释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中 有氧呼吸的三个阶段均产生ATP 仅在第一阶段产生ATP 三、有氧呼吸与无氧呼吸的比较 讨论并归纳有氧呼吸的异同 分解有机物，释放能量 第一阶段反应场所和过程完全相同 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 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 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 丙酮酸 葡萄糖 氨基酸 甘油 细胞呼吸是蛋白质、糖类和脂质代谢的枢纽 思考：人和酵母菌进行细胞呼吸产生CO2的场所相同吗？ 4 1 2 3 5 构建细胞呼吸过程图解 课堂小结 第4课时 呼吸作用的应用 第3节 细胞呼吸的原理和应用 37 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。 1、通过曲线分析，氧气对呼吸作用的影响以及应用？ 一、影响呼吸作用的环境因素 （1）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。 一、影响呼吸作用的环境因素 （2）应用 ①生产上常利用适当降低氧气浓度等能够抑制细胞呼吸、减少有机物消耗的原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间。 ②中耕松土增加根的有氧呼吸有利于矿质离子的吸收。还可以抑制无氧呼吸产生酒精，防止植物烂根。 ③在医疗上选用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”包扎伤口，可抑制厌氧病原菌的繁殖。 （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。 一、影响呼吸作用的环境因素 2、通过曲线分析，温度如何影响呼吸作用以及应用？ （2）应用 ①生产上常利用这一原理在低温下贮存蔬菜、水果。 ②在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高产量。 ③温水和面发酵快。 （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。 一、影响呼吸作用的环境因素 3、通过曲线分析，二氧化碳对呼吸作用的影响以及应用？ （2）应用：适当增加CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜。 一、影响呼吸作用的环境因素 4、通过曲线分析，水分对呼吸作用的影响以及应用？ （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。 影响呼吸作用的环境因素温度、氧气、二氧化碳、水 二、探究植物细胞呼吸的方式 甲组测定___________,记为x， 乙组测定________________________，记为y. O2吸收量与CO2释放量的差 甲组 乙组 O2吸收量 ———— 呼吸熵= Vco2 Vo2 = ———— x+y x 甲组 乙组 1.若甲组液滴________，乙组液滴________，则种子只进行以葡萄糖为底物的有氧呼吸。 2.若甲组液滴________，乙组液滴________，则种子只进行了无氧呼吸。 左移 不动 不动 右移 二、探究植物细胞呼吸的方式 甲组 乙组 3.若甲组液滴________，乙组液滴________，则种子中既存在有氧呼吸又存在无氧呼吸 4.若甲组液滴________，乙组液滴________，则种子进行了以脂肪等非糖物质的为底物的有氧呼吸。 左移 右移 左移 左移 二、探究植物细胞呼吸的方式 结果预测和结论： a.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子只进行有氧呼吸； b.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子只进行无氧呼吸； c.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。 左移 不动 不动 右移 左移 右移 经典题型：液滴移动问题 二、探究植物细胞呼吸的方式 47 有氧呼吸 有氧呼吸 无氧呼吸 产生乳酸的无氧呼吸 有氧呼吸或同时进行产乳酸的无氧呼吸 两种细胞呼吸并存，差值为无氧呼吸的量 可能存在脂质等物质的氧化分解 无氧呼吸 一定存在有氧呼吸 三、细胞呼吸方式的判定方法一 ①不消耗O2 a．无CO2产生：细胞 b．有CO2产生：细胞 只进行产生乳酸的无氧呼吸 只进行产生酒精的无氧呼吸 ②消耗O2，产生CO2 a．VCO2/VO2＝1，细胞 b．VCO2/VO2＞1，细胞 c．VCO2/VO2＜1，细胞进行 只进行有氧呼吸 同时进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸 有氧呼吸分解的底物中可能有脂肪参与 三、细胞呼吸方式的判定方法一 (2)呼吸作用中各物质之间的比例关系(以葡萄糖为底物的细胞呼吸) ①有氧呼吸——葡萄糖∶O2∶CO2＝ ②无氧呼吸——葡萄糖∶CO2∶酒精＝ ③消耗等量的葡萄糖时，无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2摩尔数之比为： ④消耗等量的葡萄糖时，有氧呼吸消耗的O2摩尔数与有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2摩尔数之和的比为： 1∶6∶6 1∶2∶2 1∶3 3∶4 三、细胞呼吸方式的判定方法二 运用证据和逻辑评价论点 内共生学说。1、3、4 思维训练 关于真核细胞线粒体的起源，科学家提出了一种解释：约十几亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细菌不仅没有被消化分解，反而在细胞中生存下来了。需氧细菌从宿主细胞那里获取丙酮酸，宿主细胞从需氧细菌那里得到丙酮酸氧化分解释放的能量。在共同生存繁衍的过程中，需氧细菌进化为宿主细胞专门进行细胞呼吸的细胞器。 以下哪些证据支持这一论点，哪些不支持这一论点？ 1.线粒体内存在与细菌DNA相似的环状DNA。 2.线粒体内的蛋白质，有少数几种由线粒体DNA指导合成，绝大多数由核DNA指导合成。 3.真核细胞内的DNA有极高比例的核苷酸序列经常不表现出遗传效应，线粒体DNA和细菌的却不是这样。 4.线粒体能像细菌一样进行分裂增殖。 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $$