5.3细胞呼吸的原理和应用 第2课时 课件 2024—2025学年高一上学期生物人教版必修1

1、葡萄酒瓶为什么会爆炸？ 2、酿葡萄酒时需要提供什么样的氧气条件？ 1 第3节 细胞呼吸的原理和应用（第2课时） 第五章 细胞的能量供应与利用 1 2 本 节 聚 焦 1.细胞呼吸过程中能量是怎样转化的？ 2.有氧呼吸与无氧呼吸各有什么特点？ 3.细胞呼吸原理在生产和生活中有哪些应用？ 1 3 1.无氧呼吸 2.细胞呼吸原理的应用 目 录/contents 3.影响细胞呼吸的因素 1 4 PART 01 无氧呼吸 1 5 （教材P94）除酵母菌以外，还有许多种细菌和真菌能够进行无氧呼吸。此外，马铃薯块茎、苹果果实等植物器官的细胞以及动物骨骼肌的肌细胞等，除了能够进行有氧呼吸，在缺氧条件下也能进行无氧呼吸。一般地说，无氧呼吸最利用的物质也是葡萄糖。 无氧呼吸 1 1.无氧呼吸的过程的图解 2丙酮酸 （C3H4O3） C6H12O6 酶 少量能量 4[H] 酶 酶 2酒精（C2H5OH）+2CO2 2乳酸（C3H6O3） 细胞质基质 无氧呼吸 1 2.无氧呼吸的过程 人为将无氧呼吸划分为两个阶段： 第一阶段发生在细胞质基质，与有氧呼吸第一阶段相同； 第二阶段发生在细胞质基质，丙酮酸和[H]在不同酶催化下形成酒精和二氧化碳，或者转化为乳酸，不生成ATP。 C6H12O6 酶 2C3H4O3 (丙酮酸)+ 4[H]+ 少量能量 2C3H4O3 (丙酮酸) + 4[H] 酶 2C3H6O3（乳酸） 2C2H5OH(酒精)+2CO2 无氧呼吸 1 3.无氧呼吸的能量转化 1 mol的葡萄糖所含能量大约 2870 kJ的能量，氧化分解成乳酸以后，释放出 196.65 kJ的能量，其中 61 KJ能量用来合成 2 molATP。葡萄糖中的能量大部分去了哪里？ 大部分能量存留在酒精或乳酸中。 有机物中稳定化学能 乳酸/酒精中的化学能（大部分） 热能 ATP中活跃化学能 释放出的能量 无氧呼吸 1 与有氧呼吸相比，无氧呼吸是一个将有机物________氧化分解, 并释放出 的过程 不彻底 少量能量 （教材P94）无论是分解成酒精和二氧化碳或者是转化成乳酸，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。 （教材P94）酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫发酵，产生酒精的叫酒精发酵，产生乳酸的叫做乳酸发酵。 无氧呼吸 1 C6H12O6 2C2H5OH+ 2CO2+ 能量（少量） 酶 ① 酒精发酵 实例：酵母菌、大多数高等植物 实例：①人和动物细胞③乳酸菌②某些植物器官马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚 ②乳酸发酵 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 能量（少量） 酶 无氧呼吸的反应式 不同生物无氧呼吸的产物不同,其直接原因是： 根本原因： 催化反应的酶不同 是控制酶合成的基因不同。 无氧呼吸 1 1、不同细胞无氧呼吸产物不同的直接原因是什么？ 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？ 3、请从竞争的角度思考，乳酸菌通过无氧呼吸产生乳酸的意义是什么？ 　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。 减少机体内物质和能量的浪费，有机物和能量再次被利用。 乳酸菌产生的乳酸排到外界环境中，会导致环境中pH降低，使得一些不耐酸的微生物死亡，有利于乳酸菌在竞争中占据优势。 思维提升 1 1．如图是真核生物的细胞呼吸过程图解，图中①～⑤表示代谢过程， X、Y代表物质。下列相关叙述错误的是(　　) ① ， ； ② ， ；③ ， ； ④ ， ； ⑤ ， ； 有氧和无氧呼吸的第一阶段 细胞质基质 有氧呼吸的第二阶段 线粒体基质 有氧呼吸的第三阶段 线粒体内膜 CO2 O2 无氧呼吸的第二阶段 细胞质基质 无氧呼吸的第二阶段 细胞质基质 CO2 小试牛刀 1 1．如图是真核生物的细胞呼吸过程图解，图中①～⑤表示代谢过程， X、Y代表物质。下列相关叙述错误的是(　　) A．过程②和⑤分别发生在线粒体基质和细胞质基质 B．物质Y可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄 C．图中能生成ATP的代谢过程有①③④⑤ D．人体细胞内⑤不能进行是因为缺少催化该过程的酶 C ①②③，×； 小试牛刀 1 元素组成：同核酸、磷脂； 呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸 不同点 场所 线粒体（主）和细胞质基质 细胞质基质 氧气参与 需要 不需要 分解程度 彻底氧化分解 不彻底氧化分解 产物 CO2＋H2O 乳酸或酒精＋CO2 能量 热能（主）+ATP中的化学能 乳酸/酒精中的化学能（主） ＋热能＋ATP中的化学能 ATP生成阶段 一、二、三阶段都产生 第一阶段 相同点 ①第一阶段的过程和场所完全相同 ②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为生物体提供能量 ②生物体代谢的枢纽。 有氧呼吸和无氧呼吸的比较 补充·拓展 1 15 细胞呼吸类型判断三大依据 补充·拓展 1 1）有氧呼吸的场所并非只是线粒体：真核细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体；原核细胞无线粒体，有氧呼吸在细胞质中和细胞膜上进行。 2）葡萄糖分子不能直接进入线粒体被分解，必须在细胞质基质中分解为丙酮酸才能进入线粒体被分解。 3）无氧呼吸只在第一阶段产生ATP，第二阶段不产生ATP，还要消耗第一阶段产生的[H]。 4）人体内产生的CO2只能是有氧呼吸的产物，因为人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2。 5）无氧呼吸有机物氧化分解不彻底，还有大量能量储存在乳酸或者酒精中。 6）CO2不是判断有氧呼吸是否发生的标志 关于细胞呼吸的5点说明 补充·拓展 1 17 与传统的水稻、小麦等粮食作物相比，玉米具有很强的耐旱性、耐寒性、耐贫瘠性以及极好的环境适应性。玉米的营养价值较高，是优良的粮食作物。下图是玉米不同部位的部分细胞呼吸流程图，下列相关叙述正确的是 A.晴朗夏季的中午，玉米叶肉细胞产生的物质b只可参与光合作用 B.人体细胞中也可产生物质c，c进入血浆后，血浆pH也会基本稳定 C.被水淹的玉米根进行细胞呼吸时葡萄糖中的能量只有2个去路 D.检测酒精时，试剂甲可以是溶有重铬酸钾的盐酸溶液 B 小试牛刀 1 PART 02 细胞呼吸原理的应用 1 19 给盆栽松土，促进根细胞有氧呼吸，有利于根系的生长和对无机盐的吸收。 透气创可贴包扎伤口，创造透气的有氧环境、避免厌氧菌的繁殖。 发面、酿酒、制作酸奶、利用了酵母菌和乳酸菌的呼吸作用产物 细胞呼吸原理的应用 1 适宜的低温、低氧、干燥的环境储存粮食 适宜的低温，低氧，适宜的湿度保存果蔬，可以减少呼吸消耗。 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。 提倡慢跑：促进肌细胞有氧呼吸，防止无氧呼吸产生乳酸使肌肉酸胀。 细胞呼吸原理的应用 1 1、为什么包扎伤口应选用透气的纱布敷料？ 2、提倡慢跑等有氧运动的原因。（提示：肌细胞无氧呼吸产生乳酸，乳酸大量堆积会造成肌肉酸胀） 3、为什么皮肤伤口较深要到医院及时注射破伤风抗毒血清？ 包扎伤口应选用透气(消毒纱布)或松软(创可贴)的敷料。既为伤口敷上了药物，又为伤口创造了疏松透气的环境、避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。 避免破伤风杆菌无氧呼吸大量繁殖，引发破伤风。 抑制厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈 有氧运动能避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量乳酸。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀乏力 思维提升 1 《齐民要术》中记载了利用荫坑储存葡萄的方法(如图所示)。目前我国果蔬主产区普遍使用大型封闭式气调冷藏库(充入氮气替换部分空气)，延长了果蔬保鲜时间，增加了农民收益。下列叙述错误的是(　　) D A．荫坑和气调冷藏库的低温和低氧条件减缓了果蔬中营养成分和风味物质的分解B．荫坑中储存的果蔬，其线粒体内膜上的[H]与O2反应产生H2O，并释放能量C．气调冷藏库中的低温条件可以降低细胞质基质和线粒体中酶的活性，降低呼吸速率D．储存水果时，荫坑和气调冷藏库中的CO2浓度增大，CO2全部来源于水果的细胞质基质 CO2来源于水果的细胞质基质(无氧呼吸)和线粒体基质(有氧呼吸),×； 小试牛刀 1 思维训练：运用证据和逻辑评价论点 内共生学说： 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 内专门进行细胞呼吸的细胞器。 1 内共生学说 1 思维训练：运用证据和逻辑评价论点 下列哪些证据支持内共生学说： 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。 支持 不支持 支持 支持 1 内共生学说包含两个要点: ①线粒体原本是一种独立生存的细菌； ②后来与真核细胞共生变成细胞内的结构。 PART 03 影响细胞呼吸的因素 1 27 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） 氧气浓度 温度 CO2 H2O (第三阶段) (酶活性) (第二阶段) 同一植物不同发育时期不同（幼苗期＞成熟期） 同一植物不同器官不同（生殖器官＞营养器官） 是否有线粒体；酶的种类、数量、活性 影响细胞呼吸的因素 1 28 O2浓度 CO2释放量 无氧呼吸：以酒精发酵为例，无氧呼吸随O2浓度增加而受抑制，O2浓度越高，抑制作用越强，O2浓度达到一定值时，被完全抑制。 有氧呼吸：在一定范围内，有氧呼吸随O2浓度增加而增加，当O2浓度达到一定值时，由于酶和底物浓度的抑制，将不再增加。 O2浓度 CO2释放量 1．氧气 影响细胞呼吸的因素 1 1．氧气 O2浓度 CO2释放总量 A B C A~B：随O2浓度的升高，无氧呼吸逐渐受到抑制，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。 A：在O2浓度为零时只进行无氧呼吸； 分析某植物种子受O2浓度的影响 影响细胞呼吸的因素 1 1．氧气 O2浓度 CO2释放总量 A B C D 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。 因此要长期储存种子，O2浓度应调至 点。 D 影响细胞呼吸的因素 1 下图表示某高等植物的非绿色器官的细胞呼吸与O2浓度的关系,下列叙述正确的是(　　) A.当O2浓度为b时,该器官只进行无氧呼吸 B.当O2浓度为a时,该器官有氧呼吸和无氧 呼吸消耗的葡萄糖不相等 C.曲线Ⅲ中该器官细胞呼吸发生的场所 是线粒体 D.曲线Ⅰ也可以表示酵母菌的细胞呼吸与O2浓度的关系 B 小试牛刀 1 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。 影响细胞呼吸的因素 1 3．CO2 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：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。 影响细胞呼吸的因素 1 4．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。 影响细胞呼吸的因素 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 小试牛刀 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。 ③ 在保存蔬菜、水果时，应选择乙图中 点对应的O2浓度，因为此时 ；保存条件一般为 。 ④甲图的a、b、c、d四种氧浓度中___是最适合蔬菜、水果的贮藏； ⑤甲图中氧浓度为a时的情况对应乙图中的_____点； B 细胞呼吸最弱 零上低温、低氧 A c 小试牛刀 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。 ⑥甲图中氧浓度为b时的情况对应乙图中的_____段之间； ⑦ 甲图中氧浓度为____时没有酒精产生。 d AC 小试牛刀 1 本节导图 1 一、概念检测 1.某超市有一批过保质期的酸奶出现涨袋现象。酸奶中可能含有的微生物有乳酸菌、酵母菌等。据此分析涨袋现象的原因，判断以下解释是否合理。 (1)是乳酸菌无氧呼吸产生气体造成的。( ) (2)如果有酒味，可能是酵母菌无氧呼吸造成的。( ) 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 练习与应用 1 3.将酵母菌培养液进行离心处理。把沉淀的酵母菌破碎后，再次离心处理为只含有酵母菌细胞质基质的上清液和只含有酵母菌细胞器的沉淀物两部分，与未离心处理过的酵母菌培养液分别放入甲、乙、丙3支试管中，并向这3支试管内同时滴入等量、等浓度的葡萄糖溶液。在有氧条件下，最终能产生CO2和H2O的试管是( ) A.甲 B.丙 C.甲和乙 D.丙和乙 B 练习与应用 1 二、拓展应用 1.松土是许多农作物栽培中经常采取的一项措施。试分析农田松土给农作物的生长、当地的水土保持以及全球气候变暖等方面可能带来的影响，并指出如何尽量减少不利影响。 松土透气可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收，促进作物生长，吸收更多的CO2,缓解全球气候变暖现象；增强根系的水土保持能力；避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对土壤有机物的分解，为植物生长提供更多的CO2,也有可能导致局部大气CO2浓度上升。松土不当，可能伤害植物根系；要根据不同植物、植物不同的生长阶段等，采取不同的松土方法。 练习与应用 1 2.有氧呼吸过程是否含有无氧呼吸的步骤?结合地球早期大气中没有氧气以及原核细胞中没有线粒体等事实，想一想，地球早期的单细胞生物是否只能进行无氧呼吸?你体内的骨骼肌细胞仍保留着进行无氧呼吸的能力，这是否可以理解为漫长的生物进化史在你身上留下的印记? 有氧呼吸第一阶段与无氧呼吸第一阶段完全相同，都不需要氧气，都与线粒体无关。联想到地球的早期以及原核细胞的结构，可以大胆作出这样的推测：在生物进化史上先出现无氧呼吸，而后才出现有氧呼吸。继而推测，地球早期的单细胞生物只进行无氧呼吸。体内骨骼肌细胞保留进行无氧呼吸的能力，可以理解为漫长的生物进化史在人类身上留下的印记，同时也可以理解为人体在进行长跑等剧烈运动时，在供氧不足的情况下，骨骼肌细胞保留一定的无氧呼吸来供能，有一定的适应意义。 练习与应用 1 感谢聆听 问题探讨 1 44 EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$