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必修1

5.3 细胞呼吸的原理和应用 细胞如何进行呼吸作用？ 思考1：供给生命活动的主要能源物质是什么？ 问题探讨 糖类 思考2：供给生命活动的直接能源物质是什么？ ATP 思考3：糖类中储存的能量是如何转化为ATP的能量的？ 通过细胞呼吸（呼吸作用） 细胞呼吸 定义： 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（P90） 思考： 初中学过，呼吸作用是一个吸收氧气，排出CO2的过程， 在生物界，呼吸作用是否都需要氧气呢？ 可以设计实验证明，细胞在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸吗？ 实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式 酵母菌： 分类：单细胞真菌（真核生物） 特点：有糖分供给的情况下，在有氧和无氧条件下都能生存 代谢方式： 兼性厌氧 有氧条件下，进行有氧呼吸，产生水和CO2 无氧条件下，进行无氧呼吸，产生酒精和CO2 实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式 设计实验： 思考：本实验的自变量和因变量分别是什么？ 自变量: 因变量: 细胞呼吸产物的种类 有无氧气供应 该实验的无关变量有？ 除了有无氧气外，影响实验结果的其他因素。 如酵母菌培养液的浓度和体积、温度、PH等 如何设置对照？ 组A：有氧条件 组B：无氧条件 实验有空白对照组吗？ 该实验没有空白对照组， 对照类型属于相互对照。 实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式 设计实验： 如何保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？ 实验过程为酵母菌培养液提供葡萄糖 怎样设计实验装置，控制有氧和无氧的条件？ 如何检验CO2的产生？ 澄清石灰水会变浑浊 实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式 怎样设计实验装置，控制有氧和无氧的条件？ 无氧组 酵母菌培养液 酵母菌培养液 质量分数为10%的NaOH溶液 澄清的石灰水 澄清的石灰水 A B 如何在通入空气中去除CO2？ B瓶应封口放置一段时间后再连通澄清石灰水，为何？ 空气 有氧组 使用NaOH溶液，可吸收空气中的CO2。 静置一段时间，消耗瓶内的氧气，创造无氧环境。 实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式 思考：如何比较产生二氧化碳产生的速度？ 现象： 结论： 在相同反应时间下，有氧组比无氧组更浑浊 酵母菌有氧呼吸与无氧呼吸都产生CO2，有氧呼吸产生的CO2多 实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式 思考：如何比较产生二氧化碳产生的速度？ 溴麝香草酚蓝水溶液 反应现象： 随着CO2通入量增加，溶液由蓝变绿再变黄。 补充： 总结： 1.通入澄清的石灰水：澄清→浑浊 2.溴麝香草酚蓝水溶液：蓝→绿→黄 （相同时间浑浊程度） （相同时间变色程度） （最终变黄所需的时间长短） 实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式 思考：如何检验酒精的产生？ 原理：酸性重铬酸钾溶液（橙色）可与酒精反应，变成灰绿色 实验现象： 有氧组：橙色 无氧组：灰绿色 结论： 有氧呼吸不产生酒精，无氧呼吸产生酒精。 注意： 葡萄糖也可以和酸性重铬酸钾溶液反应！ 因此应该将酵母菌的培养时间适当延长，耗尽溶液中的葡萄糖。 实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式 实验现象： 条件 澄清石灰水/出现的时间 酸性重铬酸钾溶液反应 有氧 无氧 变浑浊／快 橙色 变浑浊／慢 出现灰绿色 有氧呼吸能产生大量CO2， 无氧呼吸产生少量CO2 酵母菌有氧呼吸产生CO2，无氧呼吸产生CO2和酒精。 细胞呼吸可以分为有氧呼吸和无氧呼吸两种 细胞呼吸的原理 有氧呼吸 无氧呼吸 （动、植物的主要方式） （一）有氧呼吸 1、主要场所： 线粒体 细胞呼吸的原理 外膜 内膜 嵴 线粒体基质 分布与有氧呼吸相关的酶 线粒体有哪些适应有氧呼吸的结构特点？ ①线粒体内膜向内折叠形成嵴，大大增加了线粒体的内膜表面积； ②线粒体内膜和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。 （一）有氧呼吸 细胞呼吸的原理 （一）有氧呼吸 1、主要场所： 线粒体 2、具体过程： 请阅读教材92、93页，分别找出三个阶段的的化学反应过程。 留意每个阶段的： 反应物、生成物、反应场所 细胞呼吸的原理 （一）有氧呼吸 这条总反应式是怎样得到的呢？ 细胞呼吸的原理 （一）有氧呼吸 第二阶段： 酶 12H2O + 大量能量 24[H] + 6O2 酶 6CO2 +20 [H] +少量能量 2C3H4O3 +6H2O 场所： 第一阶段： C6H12O6 酶 2C3H4O3 +4 [H] + 少量能量 场所： 第三阶段： 场所： C6H12O6＋6H2O＋6O2 6CO2＋ 12H2O＋能量 酶 总反应式 三个阶段都释放能量 丙酮酸 细胞质基质 ——葡萄糖的初步分解 线粒体基质 ——丙酮酸彻底分解 线粒体内膜 ——所有[H]与O2反应 反应式前后水分子不能抵消！！！ 细胞呼吸的原理 （一）有氧呼吸 思考与总结： 1、从物质运输和酶的角度，分析葡萄糖为什么不能进入线粒体中分解？ 线粒体膜上不含运输葡萄糖的蛋白，葡萄糖无法进入线粒体 线粒体内没有催化分解葡萄糖的酶 3、在有氧呼吸过程中： H2O参与第_____阶段反应，在第____阶段产生； [H]在第________阶段产生，只参与第_____阶段的反应； O2参与第______阶段反应，CO2在第____阶段产生。 2 3 1、2 3 3 2 2、有氧呼吸的场所回答： 细胞质基质和线粒体 主要场所：线粒体 细胞呼吸的原理 （一）有氧呼吸 思考与总结： 3、在有氧呼吸过程里，生成物的各种元素分别来源于哪种反应物？ C6H12O6＋6H2O＋6O2 6CO2＋ 12H2O＋能量 酶 总反应式 CO2中的碳原子来自 H2O中的氧原子来自 H2O中的氢原子来自 CO2中的氧原子来自 葡萄糖 葡萄糖和水 葡萄糖和水 氧气 细胞呼吸的原理 思考与总结： 4、在有氧呼吸过程里，生成物的各种元素分别来源于哪种反应物？ 5、若用放射性同位素18O，分别标记C6H12O6和O2中的氧，放射性会分别出现在哪种产物中？ C6H12186→C18O2 18O2→H218O 6、各阶段释放出的能量如何被细胞利用于各种生命活动？ 能量 ADP+Pi ATP 能量不能直接被利用，必须用于合成ATP后，才可以被细胞用于各种生命活动 7、所有释放的能量都用于合成ATP了吗？ 思考与总结： 7、所有释放的能量都用于合成ATP了吗？ 细胞呼吸的原理 1mol葡萄糖彻底氧化分解，共释放2870kJ能量 977.28kJ用于合成ATP 大部分(1892.72kJ)以热能形式散失 思考与总结： 细胞呼吸的原理 P93 有氧呼吸概念 细胞在____的参与下，通过多种____的催化作用，把______等有机物彻底氧化分解，产生____________，释放_____，生成大量____的过程。 氧 酶 葡萄糖 二氧化碳和水 能量 ATP （与有机物在体外燃烧相比） ① 过程温和 ② 有机物中的能量逐步释放 ③ 释放出的能量有相当一部分储存在ATP中 有氧呼吸的特点 能量逐步温和释放的好处是？ 有氧呼吸逐步、缓慢地释放能量， 既可满足细胞持续的能量需求， 又可避免能量集中快速释放产生大量热能，对细胞造成伤害。 思考与总结： 细胞呼吸的原理 易混易错点整理 1、葡萄糖不能进入线粒体！必须在细胞质基质中先分解为丙酮酸，丙酮酸再进入线粒体内分解 2、化学反应式中的能量不可写成ATP！ 3、真核细胞的有氧呼吸必须有线粒体参与， 有些真核细胞是没有线粒体的，只能进行无氧呼吸 如哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫细胞等 4、原核细胞没有线粒体，但只要细胞中含有与有氧呼吸相关的酶，也能进行有氧呼吸。 丙酮酸 少量能量 少量能量 大量能量 H2O CO2 O2 CO2 细胞呼吸的原理 （二）无氧呼吸 场所： C6H12O6 酶 2C3H4O3+4[H]+少量能量 第一阶段： 对于不同类型的细胞，丙酮酸在不同酶作用下，分解成酒精和二氧化碳，或转化为乳酸 第二阶段： 2C3H4O3+4[H] 2C3H6O3（乳酸） 2C2H5OH（酒精） 2CO2 + 酶 酶 2个阶段均在细胞质基质 第二阶段不产生能量！！ 与有氧呼吸第一阶段完全相同 1、无氧呼吸的具体过程 总反应式： C6H12O6 酶 2C3H6O3（乳酸）+少量能量 C6H12O6 酶 +少量能量 2C2H5OH（酒精） 2CO2 + 2、无氧呼吸的能量去向 细胞呼吸的原理 （二）无氧呼吸 1mol葡萄糖在无氧呼吸分解成乳酸以后，只释放出196.65kJ的能量，其中只有61.08kJ的能量储存在ATP中，近69%(135.57kJ)的能量都以热能形式散失了。 有氧呼吸：2870kJ 绝大部分未释放的能量存留在酒精或乳酸中 少部分释放的能量 中的大部分以热能的形式散失 无氧呼吸能量去向 中的少部分储存在ATP中 思考：尚未释放的能量储存在何处？ 细胞呼吸的原理 （二）无氧呼吸 3、无氧呼吸的实例 例：高等动物的肌细胞、乳酸菌、高等植物的某些器官 例：酵母菌、大多数植物细胞等 C6H12O6 酶 2C3H6O3（乳酸）+少量能量 C6H12O6 酶 +少量能量 2C2H5OH（酒精） 2CO2 + 产生乳酸的无氧呼吸 产生酒精的无氧呼吸 【思考】不同生物/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 （如马铃薯块茎、甜菜块根、玉米的胚等） 细胞呼吸的原理 （二）无氧呼吸 无氧呼吸： 在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过_____________， 释放___________的过程。 不完全分解 少量能量 有氧呼吸： 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，生成大量ATP的过程。 细胞呼吸： 有机物在细胞内经过一系列的_________，生成____________________，释放能量并生成ATP的过程。 氧化分解 二氧化碳或其他产物 细胞呼吸的原理 （二）无氧呼吸 呼吸作用的意义 1、为生物体提供能量 2、是生物体代谢的枢纽 含义：呼吸过程的一些中间产物，可以参与到细胞中的其他化学反应中。 线粒体(主要)和细胞质基质 细胞质基质 需要 不需要 CO2＋H2O 乳酸 或 酒精＋CO2 热能(主) ＋储存在ATP中的化学能 乳酸/酒精中的化学能(主) ＋热能＋储存在ATP中的化学能 彻底氧化分解 不彻底氧化分解 第一、第二、第三阶段 只在第一阶段 ①第一阶段完全相同，包括反应过程和反应场所。 ②反应实质相同，都是氧化分解有机物，释放能量。 ③都为生物体提供能量，生物体代谢的枢纽 能量去向 补充：判断呼吸方式的装置 作用：NaOH可以吸收掉呼吸作用产生的CO2。 封闭条件下，若容器内气体增加，液滴会被向外推；若容器内气体减少，液滴会被向内吸。 补充：判断呼吸方式的装置 请思考： 1、若种子进行有氧呼吸，瓶内的红色液滴是否会移动？ 2、若种子进行产生酒精的无氧呼吸，瓶内的红色液滴是否会移动？ C6H12O6＋6H2O＋6O2 6CO2＋ 12H2O＋能量 酶 补充：判断呼吸方式的装置 C6H12O6 酶 +少量能量 2C2H5OH（酒精） 2CO2 + 有氧呼吸：消耗6分子氧气，产生6分子CO2 气体分子的总量没有发生改变！ 无氧呼吸：直接产生2分子CO2 气体分子的总量会增加！ 补充：判断呼吸方式的装置 请思考： 1、若种子进行有氧呼吸，瓶内的红色液滴是否会移动？ 2、若种子进行产生酒精的无氧呼吸，瓶内的红色液滴是否会移动？ 减少6份氧气，同时产生6份CO2 6份CO2迅速被NaOH吸收 最终结果：气体总量下降！ 红色液滴向左移动 产生2份CO2 2份CO2迅速被NaOH吸收 最终结果：气体总量不变！ 红色液滴不移动 补充：判断呼吸方式的装置 蒸馏水对瓶内气体的变化没有影响。 请思考： 1、若种子进行有氧呼吸，瓶内的红色液滴是否会移动？ 2、若种子进行产生酒精的无氧呼吸，瓶内的红色液滴是否会移动？ 减少6份氧气，同时产生6份CO2 最终结果：气体总量不变！ 红色液滴不移动 净产生2份CO2，且不被吸收 最终结果：气体总量增加！ 红色液滴向右移动 补充：细胞呼吸中的分子数量关系 C6H12O6＋6H2O＋6O2 6CO2＋ 12H2O＋能量 酶 在有氧呼吸中： 每消耗一分子葡萄糖，就会同时消耗： 6分子的水、6分子O2 还会同时产生： 6分子的CO2、12分子的水 葡萄糖 : O2 = 葡萄糖 : CO2 = O2 : CO2 = 1 : 6 1 : 6 1 : 1 补充：细胞呼吸中的分子数量关系 C6H12O6 酶 +少量能量 2C2H5OH（酒精） 2CO2 + 在产生酒精的无氧呼吸中： 每消耗一分子葡萄糖，就会同时产生： 2分子的CO2、2分子的酒精 葡萄糖 : CO2 = 葡萄糖 : 酒精 = 酒精 : CO2 = 1 : 2 1 : 2 1 : 1 C6H12O6 酶 2C3H6O3（乳酸）+少量能量 在产生酒精的无氧呼吸中： 最大特点：既没有气体的吸收，也没有气体的产生 补充：判断细胞呼吸的方式 (1)根据反应物和产物来判断 ①消耗O2 或 产物中有H2O→ ②产物中有 酒精 或 乳酸→ 一定存在有氧呼吸 一定存在无氧呼吸 (2)根据CO2释放量与O2消耗量来判断 ①不消耗O2 ，但释放CO2→ ②不消耗O2 ，不释放CO2→ ③CO2释放量 = O2消耗量→ ④CO2释放量 > O2消耗量→ 只进行产生酒精的无氧呼吸 只进行产生乳酸的无氧呼吸 或 细胞已死亡 只进行有氧呼吸 或同时进行有氧呼吸和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 影响细胞呼吸速率的因素 细胞呼吸的本质是化学反应，哪些因素可能影响到化学反应的速率呢？ 反应物的量 反应条件 酶的活性 ...... 呼吸速率：指呼吸作用单位时间内反应物的消耗量 或生成物的产生量 影响细胞呼吸速率的因素 1、氧气浓度 无氧呼吸：O2浓度越高，对无氧呼吸的抑制作用越强， O2浓度达到一定值时，无氧呼吸被完全抑制。 O2浓度 无氧呼吸CO2释放量 A 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，由于酶或底物浓度的限制，呼吸速率将不再增加。 底物的量或酶的量限制 O2浓度 有氧呼吸CO2释放量 B ※由于在有氧呼吸里，CO2:O2=1:1,因此该图也可以表示有氧呼吸O2的消耗量。 影响细胞呼吸速率的因素 1、氧气浓度 O2浓度(%) 0 5 10 15 20 25 有氧呼吸速率 无氧呼吸速率 CO2释 放 量 无氧呼吸速率消失点 该点开始只进行有氧呼吸，CO2只来自于有氧呼吸产生 由图可知， ①氧气浓度为 0 %时，只进行_____呼吸，有氧呼吸速率为 ； ②一定范围内，有氧呼吸速率随氧气浓度升高而增大，无氧呼吸速率受到抑制； ③氧气浓度达到10%时，_____呼吸被完全抑制，细胞只进行_____呼吸。 无氧 无氧 有氧 CO2释放总量 (总呼吸速率=有氧呼吸+无氧呼吸) 0 该点之后，曲线与有氧呼吸的曲线完全重合 影响细胞呼吸速率的因素 1、氧气浓度 B-C：曲线上升主要与有氧呼吸加强有关。 A:在O2浓度为零，时只进行无氧呼吸 A-B:随O2浓度的升高，无氧呼吸迅速受到抑制，而有氧呼吸还很弱，使得总呼吸作用下降，CO2释放总量减少。 B：呼吸作用最低点 影响细胞呼吸速率的因素 1、氧气浓度 进阶考点：相关计算 O2% A B C CO2的释放 5 10 15 20 25 氧气的吸收 8 4 只进行无氧呼吸 B点： 总呼吸作用最低点 C点： 无氧呼吸消失点 A点： 请计算：氧气浓度为5%时，无氧呼吸和有氧呼吸消耗的葡萄糖之比？ 无氧消耗葡萄糖 : 有氧消耗葡萄糖 = 3 : 1 影响细胞呼吸速率的因素 1、氧气浓度 O2% 5 10 15 20 25 8 6 CO2的释放 酒精的生成 A B 只进行无氧呼吸 B点： 无氧呼吸消失点 A点： 请计算：氧气浓度为10%时，无氧呼吸和有氧呼吸消耗的葡萄糖之比？ 无氧消耗葡萄糖 : 有氧消耗葡萄糖 = 9 : 1 影响细胞呼吸速率的因素 2、温度 原理：温度通过影响酶的活性，从而影响呼吸作用的速率 应用： ①在零上、低温储存蔬果 ②温水和面发面更快 ③在温室栽培时，适当增大昼夜温差 原理：白天在最适温度进行光合作用，积累大量有机物； 夜晚设置低温，可抑制呼吸作用，减少有机物的消耗。 影响细胞呼吸速率的因素 3、CO2浓度 原理：CO2作为生成物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。 应用： 在蔬果储存时，可以适当增加CO2浓度，抑制呼吸作用，减少糖分的消耗。 4、水 原理：水作为反应物和环境因素，能影响细胞呼吸的速率。 应用： 在种子储存时，将种子风干，能有效保留有机物；灌溉时用水不能过多，否则容易产生酒精。 细胞呼吸的应用 1.包扎伤口时，需要选用________的消毒纱布或“创可贴”。 2.酿酒时要先通气后密封，通气的目的是_______________________________，密封的目的是________________________________________。 3.花盆里的土壤板结后，空气不足，会影响根系生长，对花盆里的土壤要及时进行__________。 4.粮食储藏需要的条件是______________________； 蔬菜、水果储藏的条件是_____________________________。 透气 让酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖 让酵母菌在无氧条件下产生酒精 松土透气 零上低温、低氧和干燥 零上低温、低氧和适宜的湿度 抑制伤口处的厌氧细菌（破伤风杆菌）的繁殖 零上低温、低氧→共同点都是减弱其呼吸作用强度，若呼吸作用强度高，则有机物消耗多，达不到储藏的效果。 思考：为什么不用无氧条件？ 无氧条件容易产生大量酒精，不利于食品的储藏。 细胞呼吸的应用 破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，这种病菌只能进行________。皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖。 提倡有氧运动：有氧运动能避免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。 无氧呼吸 $$