5.3细胞呼吸（第2课时）课件 2024—2025学年高一上学期生物人教版必修1

1 第3节 细胞呼吸的原理和应用 1 第5章 细胞的能量供应与利用 重难点 1.酵母菌细胞呼吸方式的探究实验。 2.有氧呼吸和无氧呼吸的过程与比较，阐明细胞呼吸的实质。 3.影响细胞呼吸的因素。 4.探讨细胞呼吸在生产和生活中的应用。 人在剧烈运动后，肌肉会发酸；苹果储藏久了会有酒味。 出现下列现象的原因？ 加入乳酸菌后，牛奶为什么会变成酸奶？ 【生活现象】 问题探讨 在没有氧气参与情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量，生成少量ATP的过程。 1. 实质： 有机物的不彻底分解，释放少量能量。 +4[H] +少量能量 C6H12O6 酶 2C3H4O3 2. 过程： 无氧呼吸包含2个阶段，场所都在细胞质基质 第一阶段： + 4 [H] 2C3H4O3 2CO2 + 2C2H5OH (酒精) 酶 2C3H6O3 (乳酸) 酶 第二阶段： 1mol葡萄糖有氧呼吸释放2870KJ能量，无氧呼吸分解为乳酸释放196.65kJ能量，其中有61.08kJ转移至ATP中，能量转换效率约为31％，近69%的能量都以热能形式散失。 无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量（低于有氧呼吸）， 葡萄糖中大部分能量存留在乳酸或酒精中。 无氧呼吸 03 C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+ 2CO2+ 能量（少量） 酶 例：酵母菌、大多数高等植物 例：人和动物细胞、乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 能量（少量） 酶 3.总反应式: 酒精发酵 乳酸发酵 酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫发酵。 小练： 1.人和酵母菌进行细胞呼吸产生CO2的场所相同。 2.人体骨骼肌细胞在缺氧条件下细胞呼吸产生的CO2量大于O2的吸收量。 3.线粒体是人体细胞内唯一产生CO2的场所。 4.细胞在供糖不足时，无氧呼吸可将脂肪氧化为乳酸或酒精。 5.若呼吸底物为葡萄糖，人和动物呼吸作用产生的CO2 O2的消耗量。 6.无氧呼吸过程中 （有/没有）[H]积累。 等于 没有 等于 √ × 思考1. 不同细胞无氧呼吸产物不同的直接原因是什么？ 　不同细胞所具有的酶的种类不同，导致反应途径不同，产物也不同。 思考2.骨骼肌中的丙酮酸被还原成乳酸，大部分从活跃的肌细胞中扩散到血液，然后又通过血液带回肝，在肝中重新转化成葡萄糖。从物质和能量角度分析，乳酸在肝脏中重新转化成葡萄糖的意义是什么？ 减少机体内物质和能量的浪费，有机物和能量再次被利用。 无氧呼吸 03 6 呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸 不同点 场所 氧气参与 分解程度 产物 能量 ATP 生成阶段 相同点 线粒体（主）和细胞质基质 细胞质基质 需要 不需要 CO2＋H2O 乳酸 或 酒精＋CO2 大量能量（主要转化为热能， 少部分储存在ATP中的化学能） 少量能量(热能+少量ATP） 大部分储存在乳酸/酒精中 彻底氧化分解 不彻底氧化分解 第一、第二、第三阶段 第一阶段 第一阶段完全相同， 反应实质相同，都能氧化分解有机物，释放能量 细胞呼吸的意义： 1.为生物体的生命活动提供能量。细胞呼吸是ATP的主要来源。 2.生物体代谢的枢纽，为生物体其他化合物的合成提供原料。 细胞呼吸产生的丙酮酸可作为合成脂肪、非必需氨基酸的原料。 非糖物质（蛋白质、脂肪）代谢形成的某些产物与细胞呼吸中间产物相同，这些物质可进一步形成葡萄糖。 细胞呼吸是蛋白质、糖类和脂质代谢的枢纽 其他能源物质的细胞呼吸 核酸 蛋白质 多糖 脂肪 核苷酸 氨基酸 丙酮酸 单糖 脂肪酸 糖酵解 β氧化 脱氨基 乙酰辅酶A 课堂小结 1.(2023·山东高考)水淹时，玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，无氧呼吸产生的乳酸也使细胞质基质pH降低。pH降低至一定程度会引起细胞酸中毒。细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径，延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是(　 ) A.正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质 B.检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成 C.转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP增多以缓解能量供应不足 D.转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒 B 习题巩固 玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，说明细胞质基质内H＋转运至液泡需要消耗能量，为逆浓度梯度的主动运输，即液泡中H＋浓度高，故正常玉米根细胞液泡内pH低于细胞质基质，A错误； 玉米根部短时间水淹时，根部氧气含量少，但部分根细胞可以进行有氧呼吸产生CO2，因此检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成，B正确； 丙酮酸产乳酸途径和丙酮酸产酒精途径均无ATP的产生，C错误； 丙酮酸产酒精途径消耗的[H]与丙酮酸产乳酸途径消耗的[H]的量相同，D错误。 11 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不同（生殖器官＞营养器官） 氧气 温度 CO2 H2O C6H12O6 +6H2O +6O2 酶 6CO2 +12H2O+能量 细胞呼吸原理的应用 04 1 温度： 温度 呼吸速率 影响原理： 通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率。 细胞呼吸的最适温度一般在25～35 ℃之间。 应用： ① 零上低温下贮存蔬菜、水果。 ② 大棚栽培蔬菜，在夜间和阴天应适当降低温度，减少有机物的消耗，提高产量。 ③温水和面，发酵快。 05 影响细胞呼吸的因素 影响原理： CO2是细胞呼吸的产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。 2 CO2浓度 应用： ①地窖中CO2浓度高，有利于储存蔬菜水果； ②果蔬保鲜和储藏时， 可适当增加CO2浓度或通入N2，从而抑制细胞呼吸， 减少有机物消耗。 P点：O2浓度为零时,只进行 时产生的CO2量。 O2浓度在0~b时： 进行 ； B点时： 无氧呼吸 CO2总生成量 影响原理：O2是有氧呼吸所必需的；对无氧呼吸有抑制作用。 3 O2浓度 O2浓度 CO2释 放 量 0 C P Q B a b 有氧呼吸释放的CO2=O2吸收量 R A 有氧呼吸和无氧呼吸 有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2量相等， 无氧呼吸受到抑制，有氧呼吸逐渐增强 无氧呼吸 AB = BC 但消耗葡萄糖的速率不相等。 3 O2浓度 无氧呼吸 CO2总生成量 O2浓度 CO2释 放 量 0 C P Q B a b 有氧呼吸释放的CO2=O2吸收量 R A Q点： O2浓度为b时,无氧呼吸停止，Q点之后只进行有氧呼吸。 无氧呼吸消失点 R点： CO2产生量最少，细胞呼吸最弱。 O2浓度为c：有氧呼吸速率达到最大，呼吸速率不再增加； 限制因素可能是呼吸底物的量或酶的数量与酶的活性等。 c 应用：储藏蔬果、种子时O2浓度应调至R点对应的O2浓度附近，因为此时细胞呼吸最弱，有机物消耗最少。 用透气消毒的创可贴：抑制厌氧型细菌的繁殖。 皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，应注射破伤风疫苗，避免引起破伤风（由破伤风芽孢杆菌引起，这种病菌只能进行无氧呼吸） 提倡有氧运动。 剧烈运动时，肌肉细胞供氧不足进行部分无氧呼吸补充能量，无氧呼吸产生乳酸大量积累使肌肉酸胀乏力。 细胞呼吸原理的应用 04 【发酵】 利用酵母菌在控制通气的情况下酿酒时要先通气再密封： 通气： ； 密封： 。 让酵母菌进行有氧呼吸并大量繁殖 让酵母菌在无氧条件下进行酒精发酵 中耕松土的目的：提高土壤氧含量，增强根的呼吸作用，有利于矿质元素的吸收，防止根细胞无氧呼吸产生酒精堆积，导致烂根。 细胞呼吸原理的应用 04 4 含水量 原理： 水是有氧呼吸的反应物直接参与反应； 水是生物化学反应的介质影响反应的进行。 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。 应用： ①粮食和种子贮藏前要晾晒甚至风干，减少水分，降低呼吸强度以减少有机物消耗；干种子萌发前要浸泡处理。 ②稻田定期排水，防止根细胞无氧呼吸产生酒精大量积累导致烂根。 蔬果保鲜：低温、低氧、适宜湿度 粮食储存：低温、低氧、干燥 二 一定存在有氧呼吸 一定存在有氧呼吸 一定存在无氧呼吸 只进行产乳酸的无氧呼吸或细胞已死亡 无氧呼吸 有氧呼吸或两种并存 判断细胞呼吸的方式 《强基》87页微专题2 只有有氧呼吸或有氧呼吸+产乳酸的无氧呼吸 有氧+产酒精的无氧呼吸，差值为无氧呼吸量 可能存在脂肪氧化分解 判断细胞呼吸的方式 三 不耗O2，产生CO2 CO2量=酒精量 CO2量>酒精量 只有产酒精的无氧呼吸 只有产酒精的无氧呼吸 有氧呼吸+产酒精的无氧呼吸 细胞呼吸有关计算： 例.在有氧呼吸与无氧呼吸同时进行过程中，若两种呼吸消耗了等量的葡萄糖，则细胞中O2吸收量/CO2释放量=______。 （1）若0<O2吸收量/CO2释放量<3/4,说明____________占优势； （2）若3/4<O2吸收量/CO2释放量<1,说明____________占优势。 3/4 有氧呼吸 无氧呼吸 呼吸熵(RQ)是指单位时间内进行呼吸作用的生物CO2释放量与O2吸收量的比值。不同的呼吸底物有不同的呼吸熵。一般来说： ①完全以葡萄糖为底物进行有氧呼吸的呼吸熵等于1， ②以葡萄糖为底物但含无氧呼吸的呼吸熵大于1； ③以脂肪、蛋白质为底物进行有氧呼吸时，呼吸熵小于1。 (脂肪呼吸熵为0.7，蛋白质呼吸熵为0.8)； 有氧呼吸的底物葡萄糖中混有蛋白质或脂肪，则呼吸熵小于1，故根据测得的RQ值，可以粗略判断细胞呼吸的底物种类。 likezhisheng a点：只有CO2释放量，无O2吸收量，说明： b点：有氧呼吸释放的CO2为 ，无氧呼吸释放的CO2为 ，则有氧呼吸消耗葡萄糖 ，无氧呼吸消耗葡萄糖 。 c点：有氧呼吸释放的CO2为 ，无氧呼吸释放的CO2为 ，则有氧呼吸消耗葡萄糖 ，无氧呼吸消耗葡萄糖 。 d点：O2吸收量等于CO2释放量，说明： =有氧呼吸释放CO2量 只进行无氧呼吸。 只进行有氧呼吸。 3 2.5 2/3 1 =有氧呼吸+无氧呼吸释放CO2总量 0.5 5 4 2 典题演练 2.有一瓶含有酵母菌的葡萄糖培养液，当通入不同浓度的O2时，其产生的酒精和CO2的物质的量如下图所示。据图信息推断错误的是（ ） A．当氧浓度为a时，酵母菌细胞呼吸第一阶段才产生ATP B．当氧浓度为b时，酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸 C．当氧浓度为c时，酵母菌消耗的葡萄糖中仍有2/5用于无氧呼吸 D．当氧气浓度为d时，酵母菌的能量供应全部来源于有氧呼吸 C 装置1：加入NaOH溶液吸收细胞呼吸释放的CO2，CO2被吸收后，装置内气体总量 ，压强 ，刻度管内的液滴向 移动。单位时间内液滴左移的距离代表 。 装置2： 液滴移动的距离代表呼吸作用消耗的氧气和释放的CO2的体积差值，这个差值即无氧呼吸释放的CO2的体积。 根据液滴移动方向探究细胞呼吸方式： 检测是否进行有氧呼吸 检测是否进行无氧呼吸 减少 减小 左 有氧呼吸消耗的O2量 装置一 装置二 结果 液滴不动 液滴不动 液滴不动 液滴右移 液滴左移 液滴右移 液滴左移 液滴不动 只进行有氧呼吸或有氧+产乳酸的无氧 只进行产酒精的无氧呼吸 既进行有氧呼吸又进行产酒精的无氧 细胞已死亡或只进行产乳酸的无氧呼吸 装置三 煮沸的种子 1.如果实验材料是绿色植物，整个装置应遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。 2.如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行消毒处理。 3.为防止气压、温度等物理因素引起误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活(如将种子煮熟)，其他条件均不变。 A.在时间a之前，植物根细胞无CO2释放， 只进行无氧呼吸产生乳酸 B.a～b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸 产生酒精和CO2的过程 C.每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时 生成的ATP比产生乳酸时的多 D.植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP (2023·全国乙卷)植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。在无氧条件下，某种植物幼苗的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率随时间的变化趋势如图所示。下列相关叙述错误的是(　 ) C 习题巩固 在时间a之前，植物根细胞无CO2释放，说明此时段植物根细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸，A正确； 在无氧条件下，a～b时间内植物根细胞释放CO2，推测该时段植物根细胞存在产生酒精和CO2的无氧呼吸过程，B正确； 在葡萄糖经无氧呼吸产生酒精或乳酸的过程中，只有第一阶段释放能量，这两个过程的第一阶段相同，故消耗1分子葡萄糖，这两个过程生成的ATP相同，C错误； 酒精跨膜运输的方式为自由扩散，不需要消耗ATP，D正确。 29 2.下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。下列叙述正确的是( ) A.氧气浓度为0时，该器官不进行呼吸作用。 B.氧气浓度在10%以下时，该器官只进行无氧呼吸。 C.氧气浓度在10%以上时，该器官只进行有氧呼吸。 D.保存该器官时，氧气浓度越低越好 C 30 $$