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

生物（人教版） 高中生物 必修一 第3节 细胞呼吸的原理和应用 学习目标 1、根据实验目的,设计探究酵母菌细胞呼吸方式的实验,总结细胞呼吸的类型。 2、概述有氧呼吸的三个阶段，概括有氧呼吸的概念。 3、概述无氧呼吸的过程，并比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同。 2 ATP ADP 水解 合成 （各项生命活动）吸能反应 放能反应 能量 能量 葡萄糖、脂肪等 温故知新：细胞的能量“货币”ATP 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。 培养酵母菌 酵母菌发酵 问题1: 都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？ 问题2: 为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？ 问题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？ 问题探讨 1.呼吸作用的实质 任务一、探究细胞呼吸的方式 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。 思考：1.细胞呼吸能否等同于人体的呼吸运动？ 2.细胞呼吸是否都需要氧？ 3.有氧呼吸和无氧呼吸的产物是什么呢？ 通过设计实验进行探究 提出问题→做出假设→设计实验→进行实验→观察结果 →得出结论 1.实验对象: 酵母菌是一类 ,属于___________,在______和______条件下都能生存。 2.产物的鉴定方法（P91） 兼性厌氧菌 有氧 无氧 单细胞真菌 酵母菌在什么条件下产生CO2，什么条件下产生酒精？ 思考 鉴定对象 试剂 实验现象 CO2 CO2 酒精 澄清石灰水 溴麝香草酚蓝 水溶液 变混浊 （混浊程度可知CO2多少） 蓝→绿→黄 （变色时间快慢可知CO2多少） 橙色→灰绿色（酸性条件） 酸性重铬酸钾溶液 任务一、探究细胞呼吸的方式 （2）探究过程： 提出问题 作出假设 设计实验 酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是什么? 实验组 组A：有氧呼吸组 组B：无氧呼吸组 如何控制有氧和无氧的条件？ 怎样鉴定有无酒精产生？ 怎样鉴定有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？ 无氧 CO2和酒精 产生 CO2 有氧 产生 任务一、探究细胞呼吸的方式 进行实验 B 酵母菌 培养液 C 质量分数为10%的NaOH溶液 A 酵母菌 培养液 D 澄清的 石灰水 气泵 E 运用以上装置分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置? 新鲜的食用酵母菌（10g） +5%葡萄糖溶液（240ml) C 质量分数为10%的NaOH溶液 A 酵母菌培养液 D 澄清的 石灰水 气泵 E B 酵母菌培养液 D 澄清的 石灰水 有氧呼吸装置 无氧呼吸装置 任务一、探究细胞呼吸的方式 思考：1.C装置中的质量分数为10%的NaOH溶液有什么作用？ 2.锥形瓶B为什么要放置一段时间后连接D瓶？ 3.该实验有没有对照组？什么是对比实验？ 答：去除空气中的CO2，保证澄清石灰水变浑浊是酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。 答：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。 答：该实验中有氧条件和无氧条件均为实验组，相互对照 任务一、探究细胞呼吸的方式 观察结果 条件 澄清石灰水/出现的时间 重铬酸钾－浓硫酸溶液 有氧 无氧 变混浊/快 变混浊/慢 不出现灰绿色 出现灰绿色 任务一、探究细胞呼吸的方式 条件 澄清石灰水/出现的时间 溴麝香草酚蓝溶液/出现的时间 重铬酸钾— 浓硫酸溶液 有氧 无氧 变混浊／快 变混浊／慢 出现灰绿色 不变灰绿色 蓝→绿→黄/长 蓝→绿→黄/短 CO2 多 酒精 1.酵母菌在有氧和无氧条件下都能产生___________。 2.酵母菌有氧比无氧时释放出的CO2 ————————。 3.酵母菌无氧时分解葡萄糖还产生_____________。 得出结论 任务一、探究细胞呼吸的方式 1.下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是(　　) A．酸性重铬酸钾溶液鉴定酒精，颜色呈现灰绿色 B．实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液浓度等 C．实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除溶液中的 O2 D．可通过观察澄清石灰水是否变混浊来判断酵母菌细胞呼吸的方式 D 随堂检测 C 随堂检测 2.如图为“探究酵母菌的呼吸方式”的实验装置,有关叙述正确的是 A.该实验需设置有氧和无氧两种条件的对比实验,其中乙组作为对照组 B.反应完毕若向B瓶和E瓶中加入酸性重铬酸钾溶液,则E瓶内的溶液会变黄 C.可根据溴麝香草酚蓝溶液变黄的时间长短,来定量检测CO2的产生速率 D.C瓶和F瓶中溶液都变混浊,澄清石灰水的作用不同 PART ONE 有氧呼吸 场所 反应物 产物 释能 反应式 第一阶段 第二阶段 第三阶段 总反应式 1.有氧呼吸的主要场所？主要场所适于进行有氧呼吸的特点有哪些？ 2.有氧呼吸各过程特征。 3.有机物中能量的去路有哪些？绝大部分能量去路呢？ 4.总结有氧呼吸的概念。 5.同有机物在生物体外燃烧相比，有氧呼吸具有哪些不同的特点？ 任务二、探究有氧呼吸，P92-93 任务二、探究有氧呼吸 细胞呼吸的场所： 线粒体 外膜 内膜 嵴 基质 细胞质基质、线粒体（主要） 线粒体 外膜 内膜 基质 含有与有氧呼吸相关的酶 向内折叠形成嵴，增大内膜表面积 也含有与有氧呼吸相关的酶 一般地说，线粒体均匀地分布在细胞质中。但是，活细胞中的线粒体往往可以定向地运动到代谢比较旺盛的部位。肌细胞内的肌质体就是由大量变形的线粒体组成的，肌质体显然有利于对肌细胞的能量供应。 2、 有 氧 呼 吸 的 过 程 线粒体 细胞质基质 C6H12O6 2C3H4O3 酶 能量 少量ATP 热能 4[H] 6H2O 酶 能量 少量ATP 热能 6CO2 20[H] 6O2 能量 大量ATP 热能 12H2O 酶 [H]是NADH的简写。NADH：还原型辅酶Ⅰ，NAD+：氧化型辅酶Ⅰ。 任务二、探究有氧呼吸 第一阶段 第二阶段 第三阶段 C6H12O6 酶 2丙酮酸 + 4[H] + 能量（少） 葡萄糖的初步分解 场所 细胞质基质 6CO2 + 20[H] + 能量（少） 2丙酮酸 + 6H2O 酶 丙酮酸彻底分解的 线粒体基质 酶 12H2O + 大量能量 24[H]+6O2 [H]的氧化 线粒体内膜 总反应式 C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O +能量 酶 O O O O O 任务二、探究有氧呼吸 3、概念：有氧呼吸是指细胞在____的参与下，通过________的催化作用，把_________等有机物______氧化分解，产生_____________，释放_____，生成________的过程。 多种酶 氧 葡萄糖 彻底 二氧化碳和水 大量ATP 能量 ①物质变化： ②能量转化： 有机物(葡萄糖) → 无机物(CO2+H2O)，转化率约34% 有机物中稳定的化学能 → + 热能 ATP中活跃的化学能（约32mol） 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 2870kJ ATP 977.28kJ 热能散失 任务二、探究有氧呼吸 讨论： 1.葡萄糖能进入线粒体吗？线粒体外膜是否有葡萄糖载体？ 2.与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对生物体来说具有什么意义？ ①线粒体膜上没有运输葡萄糖的载体，葡萄糖不能进入线粒体； ②线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。 意义：保证有机物中的能量得到充分利用。 ①可使有机物中的能量逐步转移到ATP中； ②能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定。 任务二、探究有氧呼吸 易错提示 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。 有氧呼吸 课堂小结 3.下列分别属于有氧呼吸的第几阶段： ①产生CO2的阶段（　　） ②产生H2O的阶段（　　） ③氧气参与的阶段（　　） ④产生[H]的阶段（ 　 　　　） ⑤产生能量最多的阶段（　　） 二 三 三 一、二 三 4.有氧呼吸第一、二阶段的共同产物是[ ] A．CO2、ATP B．[H]、ATP、O2 C．[H]、ATP D．[H]、ATP、CO2 C 随堂检测 5.酵母菌进行有氧呼吸时产生CO2的场所是（ ） A、细胞质基质 B、核糖体 C、线粒体 D、叶绿体 C 6.呼吸过程中能产生ATP的场所有（ ） A 细胞质基质 B 线粒体基质 C 线粒体内膜 D 核糖体 ABC 7.让一只小白鼠吸入18O2，该白鼠体内最先出现18O的化合物是( ) A、二氧化碳 B、水 C、丙酮酸 D、ATP B PART ONE 无氧呼吸 场所 反应物 产物 释能 反应式 第一阶段 第二阶段 总反应式 1.无氧呼吸的场所、反应物、产物和总反应式分别是什么？ 2.有机物中能量的去路有哪些？绝大部分能量去路呢？ 3.总结无氧呼吸的概念。 4.细胞呼吸对生物有什么意义？ 任务三、探究无氧呼吸，P94-95 任务三、探究无氧呼吸 能 酶 C6H12O6 2C3H4O3+4[H] 酶 2C2H5OH + 2CO2 细胞质基质 2C3H6O3 酶 第一阶段与有氧呼吸第一阶段完全一样 第二阶段丙酮酸在不同酶的催化下，分解为酒精和二氧化碳或者转化为乳酸 1、无氧呼吸的场所和过程 C6H12O6 2丙酮酸 + 4 [H]+ 2C2H5OH（酒精）+2CO2 酶 酶 2C3H6O3（乳酸） 酶 第一阶段： 第二阶段： 少能 2ATP 热能 与有氧呼吸第一阶段完全相同 细胞质基质 细胞质基质 不释放能量 无氧呼吸 场所 反应物 产物 释能 第一阶段 第二阶段 细胞质基质 细胞质基质 C6H12O6 2C3H4O3 [H] 2C3H4O3 [H] 少量能量 无能量 2C3H6O3 2C2H5OH和CO2 任务三、探究无氧呼吸 C6H12O6 2C2H5OH+ 2CO2+ 能量（少量） 酶 ⑴ 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②乳酸菌、③某些植物的特殊器官马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚 ⑵ 乳酸发酵 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 能量（少量） 酶 2.总反应式 196.65kJ ATP 61.08kJ 热能散失 任务三、探究无氧呼吸 3、概念：无氧呼吸指细胞在__________参与的情况下，葡萄糖等有机物经过__________分解，释放________能量,生成________ATP的过程。 没有氧气 不完全 少量 少量 为什么无氧呼吸第二阶段不产生ATP，但要进行第二阶段反应呢？ 　 由于细胞中NAD＋的含量不多，随着NADH的积累，NAD＋逐渐被消耗。当NAD＋的含量很低时，细胞呼吸第一阶段的过程就会停止，ATP的合成也会停止。因此为了保障通过细胞呼吸第一阶段的持续以获得ATP, NADH就要转化成NAD＋来实现循环利用，来自NADH中的氢就会被乙醛或丙酮酸接收。另外，丙酮酸是不能运出细胞的，如果持续积累，也会抑制细胞呼吸第一阶段的进行。 任务三、探究无氧呼吸 有氧呼吸与无氧呼吸的比较 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 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 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 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 有氧呼吸与无氧呼吸的比较 易错提示 （1）为生物体提供能量 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 神经冲动的传导 C6H12O6 CO2＋H2O （2）生物体代谢的枢纽 丙酮酸 葡萄糖 甘油 氨基酸 细胞呼吸的意义 (1)细胞呼吸可以把蛋白质、糖类和脂质的代谢联系起来(　　) (2)无氧呼吸过程中没有氧气参与，所以有[H]的积累(　　) (3)水稻根、苹果果实、马铃薯块茎等植物器官的细胞无氧呼吸的产物都是酒精和二氧化碳(　　) (4)人体产生二氧化碳的细胞呼吸方式一定是有氧呼吸(　　) (5)和有氧呼吸相比，无氧呼吸的两个阶段释放的能量较少(　　) (6)用透气的消毒纱布包扎伤口，目的是保证伤口处细胞的有氧呼吸(　　) (7)无氧和零下低温的环境有利于水果保鲜(　　) (8)及时排涝，能防止水稻根细胞受酒精毒害(　　) 基础检测 A.一个细胞内②③不能同时进行 B.酵母细胞中③④进行的场所不同 C.图中过程①②③④中均能产生ATP 和[H] D.①②、①③的产物不同，原因是酶 的种类不同 9.如图①～④表示细胞呼吸中的物质变化过程，下列叙述错误的是( ) C 随堂检测 10.如图表示某同学测得不同O2浓度下，酵母菌在一段时间内分解葡萄糖时CO2释放量和O2吸收量。下列叙述错误的是（ ） A.O2浓度为a时，葡萄糖的氧化分解不彻底 B.O2浓度为b时，无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸所消耗的葡萄糖的5倍 C.O2浓度为c时，有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等 D.O2浓度为d时，产生的CO2全部来自线粒体 C 以植物为例 项目 规律 举例 遗传特性 不同种类的植物呼吸速率不同 旱生植物小于水生植物 阴生植物小于阳生植物 器官类型 同植物的不同器官呼吸速率不同 生殖器官大于营养器官 生长发育阶段 同一植物的同一器官在不同的生长发育阶段呼吸速率不同 幼苗期、开花期植株器官的呼吸速率高，成熟期呼吸速率低。 内因 任务四、探究影响细胞呼吸的因素 外因 任务四、探究影响细胞呼吸的因素 呼吸速率：指单位时间内呼吸作用消耗的反应物的量或生成物的产生量。 影响有氧呼吸的外界因素： C6H12O6+ 6H2O + 6O2 酶 6CO2 + 12H2O+能量 反应物 自由水量 氧气浓度 条件 温 度 产物 水的散失 CO2 浓 度 通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率。 温度 呼吸速率 温度 水 水既是反应物，又是生成物。 任务四、探究影响细胞呼吸的因素 CO2浓度 CO2是细胞呼吸的最终产物 O2浓度 O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。 A C D E G 任务四、探究影响细胞呼吸的因素 A B C E D 任务四、探究影响细胞呼吸的因素 (1) B、C、D、 E点所表示的含义，阴影部分表示？ B点表示： C点表示： D点表示： E点表示： 阴影部分表示： (2) A、E、C、A B段、BC段的呼吸类型？ CO2生成量最小，呼吸作用最弱，有机物消耗最少 无氧呼吸停止，只进行有氧呼吸的起始点 O2浓度为10%时，无氧呼吸消失，只进行有氧呼吸。（无氧呼吸消失点） 无氧呼吸与有氧呼吸CO2释放量相等。 A：只进行无氧呼吸；E：有氧和无氧呼吸，C：只进行有氧呼吸 AB：有氧呼吸和无氧呼吸 BC：有氧呼吸和无氧呼吸 无氧呼吸生成的CO2总量。 A B C E D 任务四、探究影响细胞呼吸的因素 (3)A B段CO2释放急剧减少的原因为？ BC段CO2释放不断增加的主要原因为？ (4)储存水果的最佳的点？原因？ (5)图甲中a、b、c、d各点分别对应的前图中的哪段曲线？ 随着 O2 浓度的增加，无氧呼吸逐渐减弱，而有氧呼吸也比较弱。 随着 O2 浓度的增加，有氧呼吸逐渐加强。 E点，此时呼吸作用最弱，有机物的消耗最少。 a：A， b：AB c：BC d：C点及以后 A B C E D 任务四、探究影响细胞呼吸的因素 (1) B、C、D、 E点所表示的含义，阴影部分表示？ B点表示： C点表示： D点表示： E点表示： 阴影部分表示： (2) A、E、C、A B段、BC段的呼吸类型？ CO2生成量最小，呼吸作用最弱，有机物消耗最少 无氧呼吸停止，只进行有氧呼吸的起始点 O2浓度为10%时，无氧呼吸消失，只进行有氧呼吸。（无氧呼吸消失点） 无氧呼吸与有氧呼吸CO2释放量相等。 A：只进行无氧呼吸；E：有氧和无氧呼吸，C：只进行有氧呼吸 AB：有氧呼吸和无氧呼吸 BC：有氧呼吸和无氧呼吸 无氧呼吸生成的CO2总量。 细胞呼吸原理的应用 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。皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖（遇到这种情况，需要及时到医院治疗）。而且包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料，既可为伤口敷上药物，又可为伤口创造疏松透气的环境，避免厌氧病菌的繁殖，有利于伤口愈合。 【创可贴】 【破伤风抗毒血清】 细胞呼吸原理的应用 利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌以及发酵罐等，在控制通气的情况下，可以生产各种酒；利用淀粉、醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌以及发酵罐在控制通气的情况下，可以生产食醋或味精。 【发酵】 细胞呼吸原理的应用 一定范围内，有氧呼吸随氧气浓度升高而增强，无氧呼吸则随氧气浓度的升高而受到抑制。 花盆里的土壤板结后，空气不足，会影响根系生长，需要及时松土透气。 稻田也需要定期排水，否则水稻幼根因缺氧而变黑、腐烂。 细胞呼吸原理的应用 细胞呼吸要消耗有机物，使有机物积累减少。因此，对粮食储藏和果蔬保鲜来说，要设法减少细胞呼吸，尽可能减少有机物的消耗。 粮食储藏时，要注意降低温度、低氧和保持干燥，抑制细胞呼吸，延长保存期限。 为了抑制细胞呼吸，果蔬储藏时采用降低氧浓度（补充N2或CO2 ）、保持一定的湿度、降低温度等方法。 细胞呼吸原理的应用 有氧运动是人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼，细胞通过有氧呼吸可以获得较多的能量，相反无氧运动是人体细胞在缺氧条件下进行的高速运动，无氧运动中肌细胞因氧不足，要靠无氧呼吸来获取能量。而无氧呼吸产生的乳酸会刺激肌细胞周围的神经末梢，使人产生肌肉酸胀乏力的感觉。 【有氧运动】 【无氧运动】 1.(2023·云南省·期末考试)某实验室用两种方式进行酵母菌酒精发酵(均以葡萄糖为底物) 。甲发酵罐中保留一定量的氧气, 乙发酵罐中没有氧气, 其余条件相同且适宜。实验过程中每小时测定两发酵罐中氧气和酒精的物质的量, 记录数据并绘成如下的坐标图。据此判断下列说法正确的是( ) A. 甲、乙两发酵罐分别在第9h和第6h无氧呼吸速率最快 B. 甲、乙两发酵罐分别在第3h和第0h开始进行无氧呼吸 C. 甲、乙两发酵罐实验结果表明酵母菌为异养厌氧型生物 D. 在实验结束时甲、乙两发酵罐中产生的二氧化碳之比为8:5 D 深化提高 2.(2023·广西壮族自治区·假期作业)甲、乙、丙三图都表示细胞呼吸强度与氧气浓度的关系（呼吸底物为葡萄糖）。据图分析回答下列问题： （1）图甲所示细胞的呼吸方式最可能是____________，如果呼吸强度不能用CO2的释放量表示，原因是_____________________________。 （2）图乙中B点释放的CO2来自____________，当氧气浓度达到Ｍ点以后，CO2释放量不再继续增加的内因是________________________________。 （3）图丙中YZ:ZX=4:1，则有氧呼吸消耗的葡萄糖占总消耗量的____________，图中无氧呼吸强度降为0时，其对应的氧气浓度为____________（填图中字母）。 （4）图丙中细胞呼吸对有机物中能量的利用率最低的点对应的氧气浓度是___________。 无氧呼吸 该生物无氧呼吸不产生CO2 无氧呼吸 呼吸酶的数量有限 1/13 І O $$