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

第三节 细胞呼吸的原理与应用 ？ 问题探讨 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？ 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，便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。 在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放的能量多，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。 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。 一、探究酵母菌细胞呼吸的方式 呼吸作用的实质是细胞内有机物氧化分解，并释放能量。因此也叫细胞呼吸。 3 馒头之前，我们要先发面。若用30摄氏度的温水把买来的干酵母粉化开，用它发面，几个小时后面团会逐渐膨大，用手抠开里面，会发现面团里面变成蜂窝一样，有许多空隙。你知道这些空隙是怎么形成的吗？ 探究酵母菌细胞呼吸的方式 一、细胞呼吸的方式 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,以有氧呼吸为主。 代谢 类型 同化 类型 异化 类型 自养型 异养型 需氧型 厌氧型 兼性厌氧型 代谢类型：异养兼性厌氧菌 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。 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、酵母菌活性等 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：变混浊 溴麝香草酚蓝溶液：蓝→绿→黄 酸性重铬酸钾溶液：橙色→灰绿色 CO2 酒精 4.进行实验 1.配制酵母菌培养液：酵母菌+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 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 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 ★注意事项 1.甲组中通过含NaOH溶液的目的是什么？ 去除空气中CO2 ，保证澄清石灰水变浑浊是酵母菌有氧条件 产生CO2所致。 2.B瓶应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的是什么？ 消耗掉B瓶中的氧气，确保通过澄清石灰水的CO2是无氧呼吸产生的。 3.A、B培养瓶中加入煮沸后冷却的葡萄糖溶液，加热煮沸的目的是什么？ 除去溶液中的氧气，避免对自变量的影响。 杀死葡萄糖溶液中可能存在的杂菌，避免对实验结果的干扰。 1.A瓶的酵母菌培养液的滤液加入酸性重铬酸钾后也变成了灰绿色， 可能的原因是什么？ A瓶中的葡萄糖未被消耗尽（葡萄糖溶液也能与酸性重铬酸钾发生颜色反应） 氧气供应不充足，导致A瓶酵母菌进行无氧呼吸产生酒精 科学方法 讨论：本实验中哪个是对照组，哪个是实验组？ 对比实验（相互对照实验） 　　设置两个或两个以上的实验组，通过对几个实验组结果的分析比较，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验。 实验组 实验组 批判性思维：实验装置的改进 有同学认为，在有氧呼吸实验装置中10％的NaOH溶液不能完全吸收空气中的CO2，以致可能对实验结果有干扰，你同意吗？你如何避免这种可能性的发生，以保证实验更严谨？ 还有的同学认为，在无氧呼吸实验装置中不能保证装置内的O2已经被完全消耗完，以致可能对实验结果有干扰。你能不能避免这种可能性的发生，以保证实验更严谨？ 油层 批判性思维：实验装置的改进 有人认为：实验装置中酒精和二氧化碳的产生是葡萄糖水溶液的纯化学反应，与酵母菌无关，你如何看待这种观点？ 批判性思维： 葡萄糖溶液 葡萄糖溶液 将有氧组和无氧组的酵母菌培养液改为加热杀死的酵母菌培养液，其他条件同。 以葡萄糖为例，有氧呼吸过程总共分为几个阶段？ 每个阶段的反应过程是怎样的？发生场所在哪里？能量的产生情况如何？ CO2在哪个阶段产生？ O2在哪个阶段被消耗？ 分析产物CO2中“O”的来源，以及反应物O2中“O”的去向。 二、有氧呼吸 关于有氧呼吸的基础知识（自读课本92、93页相关知识点） 18 有氧呼吸的过程 19 二、有氧呼吸 外膜 内膜 DNA/RNA 核糖体 嵴 分布有氧呼吸的酶 1、主要场所：线粒体 基质 分布有氧呼吸的酶 20 【思考·讨论】 线粒体是有氧呼吸的主要场所,试从结构与功能相适应的角度,说明线粒体内膜与有氧呼吸相适应的结构特点:_____ 1.内膜某些部位折叠形成嵴，增大了内膜的表面积 2.线粒体内膜和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。 这个反应是一步完成的吗？ ? 有氧呼吸总反应方程式： 不是；全过程十分复杂，可概括分为三个阶段，每个阶段的反应都有相应的酶催化。 　　C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O +能量 酶 2C3H4O3 酶 4[H] 能量 少量ATP 热能 线粒体 细胞质基质 ① C6H12O6 2.有氧呼吸过程 过程：第一阶段（葡萄糖的初步分解） 场所： 细胞质基质 物质变化： C6H12O6 酶 + 4 [H] + 能量 （少量） 2 C3H4O3 2C3H4O3 酶 6CO2 4[H] 能量 少量ATP 热能 能量 少量ATP 热能 酶 6H2O 20[H] 线粒体 细胞质基质 ② ① C6H12O6 过程：第二阶段（丙酮酸的彻底分解） 场所： 线粒体基质 物质变化： + 6 H2O 酶 6 CO2 + 20 [H] + 能量 2 C3H4O3 （少量） 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 C6H12O6 过程：第三阶段（[H]的氧化） 场所： 线粒体内膜上 物质变化： 酶 12 H2O + 能量 24 [H] + 6O2 （大量） 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。 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 二、有氧呼吸 C6H12O6 + 6O2 +12H2O +能量 + 6H2O 6CO2 酶 4.总反应式: 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 → 热能散失+ATP中活跃的化学能 二、有氧呼吸 思考：生成物中二氧化碳及水中的氧原子分别来自哪里？ 03 3.有氧呼吸的概念 细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生CO2和H2O，释放能量，产生大量ATP 的过程。 4.有氧呼吸的特点(同有机物体外燃烧相比) a.过程温和(常温、常压、一定的pH等) b.能量逐步释放 c.释放的能量有一部分储存在ATP中。 有氧呼吸释放的能量大部分以热能形式散失，少部分能量存储在ATP中 28 思考 ● 讨论 　在细胞内，1mol 葡萄糖彻底氧化可放出2870 kJ 的能量，但其中只有977.28 kJ左右的能量储存在ATP中，其余的则以热能形式散失了。 资料 1.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? 2.与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐渐释放能量的，这对于生物体来说，具有什么意义？ 能量转化效率 = 977.28÷2870≈34.05% 生成ATP = 977.28÷30.54=32mol 提示：这种方式保证有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面：可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。 微信公众号：中学生物科学，欢迎关注！ 第一个阶段 第二个阶段 第三个阶段 场 所 反应物 生成物 能量 细胞质基质 葡萄糖 丙酮酸、[H] 少量 线粒体基质 丙酮酸、H2O CO2、[H] 少量 线粒体内膜 大量 H2O [H]、O2 有氧呼吸各阶段的比较： 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？ 均在无氧条件下，细胞进行了无氧呼吸，产生了酒精 或者乳酸。 三、无氧呼吸 细胞质基质 线粒体 C6H12O6(葡萄糖) 热能散失 ATP 酶 [H] 能量 丙酮酸 酶 C2H5OH(酒精) CO2 C3H6O3 （乳酸） 酶 1、过程 H2O [H] CO2 O2 H2O 酶 酶 大量能量 第一阶段：细胞质基质 酶 2丙酮酸+4[H] 2C3H6O3（乳酸） 第二阶段：细胞质基质 酶 2丙酮酸+4[H] 2C2H5OH+2CO2 例：动物细胞、高等植物的某些器官（如马铃薯块茎、玉米胚、甜菜块根等） 例：酵母菌、绝大多数植物 C6H12O6 2C3H4O3 +4[H]+少量能量 酶 2.无氧呼吸方式比较 对象： 乳酸菌，人和动物，高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根、玉米的胚等）。 酵母菌，大多数植物(萌发的种子、植物的非绿色器官) 相同点： 1．第一阶段完全相同 2．都在细胞质基质中进行 3．都只在第一阶段产生少量能量 不同点： 第二阶段不同 直接原因：催化反应的酶不同 根本原因：控制酶合成的基因不同 C6H12O6 酶 2C2H5OH+2CO2+少量能量 （酒精） C6H12O6 酶 2C3H6O3+少量能量 （乳酸） 无氧呼吸释放的能量为什么比有氧呼吸少？ 无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。有机物分解不彻底，还有大部分能量储存于乳酸和酒精中。 【问题探讨】 3.无氧呼吸概念： 4.实质： 不彻底分解有机物，释放少量能量 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。 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。 × 无氧呼吸的特点？ 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。 （1）为生物体的生命活动提供能量 （2）生物体代谢的枢纽（如丙酮酸） 四、细胞呼吸 1、概念 2、意义 36 拓展： 1.所有活细胞在缺氧条件下都能进行无氧呼吸。 2.不同生物的细胞无氧呼吸的产物不一定相同，产物的种类取决于生物体酶的种类。 3.产物中一定会有小分子有机物，但一定没有水。 4. 微生物的无氧呼吸也叫做发酵，产生酒精的叫做酒精发酵；产生乳酸的叫做乳酸发酵。 总结：有氧呼吸与无氧呼吸的比较 比较项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不同点 场所 条件 产物 分解程度 能量释放 生成ATP 相同点 联系 实质 细胞质基质、线粒体 细胞质基质 需O2、酶 不需O2、酶 CO2 和H2O 乳酸或酒精、CO2 彻底 不彻底 多（2870KJ） 少(196.65KJ或225KJ) 32molATP(977.28KJ 2molATP(61.08KJ) 第一阶段的反应完全相同 分解有机物，释放能量 为伤口创造了疏松透气的环境、避免厌氧病原菌的繁殖，有利于伤口的痊愈。 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。 3、应用 1.为什么包扎伤口要选用透气消毒纱布或创可贴？ 2.为什么利用酵母菌酿酒要先通入一定量的无菌空气，再密封？ 39 松土透气，根细胞进行充分的有氧呼吸产生的能量，有利于主动运输吸收无机盐。定期排水，避免根细胞无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。 较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌（厌氧菌）适合生存并大量繁殖。所以患者应及时注射破伤风血清（抗体）。 3、应用 3.为什么要给作物及时松土？为什么水稻要定期排水？ 4.为什么皮肤伤口较深要到医院及时注射破伤风抗毒血清？ 40 5.为什么储藏水果粮食要降低温度和氧气含量等措施来延长保质期？ 通过降低温度和氧气含量，减弱呼吸作用，降低有机物的消耗。 避免肌细胞无氧呼吸产生大量乳酸，造成肌肉酸痛。 3、应用 6.为什么提倡慢跑？ ① 不同种类的植物细胞呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。 ② 同一植物在不同的生长发育时期细胞呼吸速率不同，如幼苗期、开花期细胞呼吸速率较高，成熟期细胞呼吸速率较低。 ③ 同一植物的不同器官细胞呼吸速率不同，如生殖器官大于营养器官。 （一）内部因素 遗传因素(决定酶的种类和数量) 六、影响细胞呼吸的因素（优化64页，归纳提升） 1 温度 温度 呼吸速率 低温保存 过高CO2抑制细胞呼吸 增加CO2的浓度保鲜 O2浓度 呼吸速率 O2浓度 呼吸速率 有氧呼吸 无氧呼吸 CO2浓度 呼吸速率 影响酶的活性 干燥保存 低氧保鲜 4 O2浓度 2 CO2浓度 3 H2O 五、细胞呼吸的影响因素 不消耗O2，只进行无氧呼吸。 B点： C点之后： 只进行有氧呼吸。 无氧呼吸消失。 A P C B 0 5 10 15 20 25 无氧呼吸CO2释放量 CO2生成总量 有氧呼吸CO2释放量 释放量 CO2 O2浓度% D A点： O2浓度对细胞呼吸速率的影响 P点： 对应的O2浓度（D点），有利于储藏和保存。 O2浓度为0-10%时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。 五、细胞呼吸的影响因素 CO2释放量最低细胞呼吸最弱，有机物消耗最少。 E 44 真核细胞呼吸方式的判定方法 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 细胞呼吸方式的判定方法 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 只进行有氧呼吸或同时进行产生乳酸的无氧呼吸 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 细胞呼吸方式的判断: 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 1.甲、乙两图都表示某植物的非绿色器官CO2释放量和O2吸收量的变化。 ① 曲线a、b、c分别表示 、 和呼吸作用CO2释放量。 ② 在O2浓度为0时，CO2的释放量为___，此时只进行 ； 当O2浓度 时， 只进行有氧呼吸，此时CO2释放量_____O2吸收量； 当0＜O2浓度＜D 时，既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。 无氧呼吸 有氧呼吸 无氧呼吸 ≥D A 等于 练习 二、根据实验结果判断呼吸类型 （呼吸底物以葡萄糖为例） 细胞呼吸的相关应用 二、根据实验结果判断呼吸类型 （呼吸底物以葡萄糖为例） 实验结果预测和结论 实验现象 结　论 装置一液滴 装置二液滴 只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡 只进行产生酒精的无氧呼吸 左移 右移 进行 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸 有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸 不动 不动 不动 不动 右移 左移 细胞呼吸的相关应用 课堂小结 构建细胞呼吸过程图解 一、测定组织细胞的呼吸速率 测定原理 细胞有氧呼吸既产生CO2，又消耗O2，为测定其真实的呼吸情况，应只对其中一种气体的变化进行测定。为此，通常向装置内添加______溶液或_______溶液吸收释放的CO2 NaOH KOH 测定指标 CO2被吸收后，装置内气体总量减少，压强减小，刻度管内的小液滴向左移动。所以，可用单位时间内小液滴左移的距离代表细胞有氧呼吸消耗____的速率 O2 通常用___________速率或_______速率来表示 CO2的产生 O2消耗 细胞呼吸的相关应用 一、测定组织细胞的呼吸速率 装置变式 如果用绿色叶片作实验材料，则必须进行怎样的操作？ 遮光处理 细胞呼吸的相关应用 1.下图是探究酵母菌呼吸类型的装置,如果装置一中红色液滴向左移,装置二中红色液滴向右移,证明酵母菌(　　)。 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 A.只进行有氧呼吸　 B.只进行无氧呼吸 C.可能死亡 D.既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸 D 54 下图是某研究小组在探究酵母菌细胞呼吸方式时的两套实验装置图,下列分析合理的是(　　)。 A.为检验空气中的二氧化碳是否被A瓶完全 吸收,可在B瓶前加一个盛有澄清石灰水的 锥形瓶 B.实验中发现C瓶先变混浊后又澄清了,说明实验不成功 C.实验进行一段时间后用酸性的重铬酸钾溶液检测E瓶中物质会出现灰绿色 D.D瓶封口后应立即接通E瓶,防止D瓶中的培养液被分解完 A 下图表示细胞呼吸的过程,其中①~③代表有关生理过程发生的场所,甲、乙代表有关物质。下列相关叙述正确的是(　　)。 A.①和②都是线粒体的组成部分 B.在②和③中都能产生大量的ATP C.在②和③中所含酶的种类相同 D.甲、乙分别代表丙酮酸、[H] D 下图是高等生物细胞有氧呼吸过程图,据图回答下列问题。 (1)图中①③所代表的物质分别是　　 　　、　　　　。  (2)④⑤⑥代表能量,其中能量最多的是　　　　(填序号)。  (3)[H]与O2结合生成②的过程,发生的场所是 　　　 　。  (4)有氧呼吸的反应式: 　　　　　　　　 　。  丙酮酸　 CO2 ⑥ 线粒体内膜　 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $$