3.3 细胞呼吸—能量的转化和利用课件-2025-2026学年高一上学期生物苏教版必修1

苏教版2019 高中生物学 第三章 细胞中能量的转换和利用 第三节细胞呼吸一能量的转化和利用 探究新知 一 、细胞呼吸的概念及种类 二、细胞呼吸的过程 三、探究酵母菌细胞呼吸的方式 四、细胞呼吸的意义 五、判断细胞呼吸方式 目 录 01 素养目标 02 情境导入 04 课堂小结 05 课堂练习 03 1.探究实验过程中激活学生已有的知识、技能,I 训练创造性思维和批判性思维。 (科学探究) 2.通过有氧呼吸和无氧呼吸过程的比较,培养 学生比较、创造思维的能力。 (科学思维) 通过学习细胞呼吸的意义,提高对生命科学的 认识,树立生命科学的价值观。 (社会责任) 1.概述有氧呼吸的三个阶段。 2.阐明无氧呼吸的过程和类型。 3.探究酵母菌的呼吸方式。 4.说出细胞呼吸产生能量的利用 实 例 。 学习目标 核心素养 素养目标 思考 生物体一切生命活动所需的能量主要与细胞呼吸有关。 细胞呼吸是如何释放能量的?这些能量又是如何被转化和利用的呢? 情境导入 积极思维 动物细胞呼吸会产生CO₂, 和释放能量吗? B 氢氧化钾溶液 石灰水 石灰水 ①C瓶石灰水变浑浊,说明: 动物细胞产生CO₂ ; ②钟罩内温度上升,说明: 有能量释放 什么是细胞呼吸?又有哪些种类? 细胞呼吸的概念及种类 ①概念: 细胞呼吸主要是指糖类、脂质和蛋白质等有机物在活细胞内氧化 分解为CO₂或其他物质,同时释放能量并生成ATP的过程。 ②实质: 储存在有机物中的能量 直接利用的能量(ATP) ③类型: 有氧呼吸 无氧呼吸 细胞呼吸的概念及种类 ① 细胞呼吸的概念和种类 细胞呼吸 1.有氧呼吸概念: 指 在 氧 的参与下,细胞内的有机物彻 底 氧 化 分 解 产生 二 氧 化 碳 和 ,水同时 释 放 能 量 ,生成大_ 量 A T P的 过 程 。 2 .主要场所:线粒体 嵴 ①增大膜面积 ②分布有氧呼吸的酶 外膜 内膜 基质 分布有氧呼吸的酶 DNA/RNA 核糖体 线粒体不是进行有氧呼吸必需的,如原核生物无线粒 体 , 但能进行有氧呼吸 。 有氧呼吸发生在质膜上 。 细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径 二、细胞呼吸的过程 二、细胞呼吸的过程 ① 细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径 3.过程: 第一阶段:细胞质基质 糖酵解 C₆ H₁₂O₆ 酶 2C₃H₄O₃ ( 丙 酮 酸 ) +4 [H]+ 少量能量 [H] 通常将NADH 简化为[H] , 读作还原态氢。 NADH: 还原型辅酶I , 烟酰胺腺嘌 呤二核苷酸,一种特殊的核苷酸。 (氧化型辅酶I)NAD++H++2e- NADH 葡萄糖 酶 少量能量 4[H] 丙 酮 酸 一、细胞呼吸的概念及种类 ②细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径 第二阶段: 柠檬酸循环 C-C-C 丙酮酸 ①场所:线粒体基质 酶 C-C 乙酰辅酶A ②条件: 酶,不需要氧气直接参与 CO₂ ③反应物: 丙酮酸、水 ④产物: CO₂ 、大量[H] 、 少量能量 循环 2C₃ H₄O₃+6H₂O 酶 6CO₂+20[H]+ 能量(少量) 20[H] 丙酮酸在多种酶的催化下,先转化成乙酰辅酶A , 再形成柠檬酸,柠檬 酸进一步分解,因此该过程也称作柠檬酸循环或三羧酸循环(TCA 循环)。 少量ATP 柠檬酸 二、细胞呼吸的过程 ① 细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径 乙酰辅酶A 和柠檬酸循环 乙酰辅酶A 是辅酶A 的乙酰化形式。 柠檬酸循环是三大营养物质分解代谢的最终共同途径。 意义 这一阶段把糖、脂肪和蛋白质等物质代谢联系起来, 也是能量代谢的枢纽。 CO₂+H₂O 合成ATP 脂肪 糖 蛋白质 乙酰 辅酶A 柠檬酸循环 第三阶段:氧化磷酸化 ①场所:线粒体内膜 ②条件: 酶,氧气 ③反应物:第一、第二阶段产生的[H]、O2 二、细胞呼吸的过程 ① 细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径 4[H] (第一阶段产生的[H]) C-C-C 丙酮酸 酶 C-C 乙酰辅酶A 20[H] 产 物 :H₂O 、 大量能量 酶 24[H]+6O₂ 12H₂O+ 能 量 ( 大 量 ) 柠檬酸 循环 24[H] O H₂O 细胞质基质 6O₂ ③ 酶 大量飞 能量 12H₂O 线粒体内膜 C₆ H₁₂O₆ ① 酶 2丙酮酸 2 酶 6CO₂ 热量 ATP 少量能量 4[H] 20[H] 6H₂O 少量能量 _二、细胞呼吸的过程 总结有氧呼吸的总反应方程式 线粒体基质 热 量 热 量 ATP ATP H₂O 多种酶参 与 释放 少量能量 第二阶段 有氧呼吸过程 在多种酶的催化下,[H] 经过一系列化学反应, 与O₂ 结合 释放 大量能量 第三阶段 二、细胞呼吸的过程 ① 细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径 葡萄糖 — 丙 酮 酸 释放 少量能量 第一阶段 CO₂ 酶 阶段 项目 第一阶段 (糖酵解) 第二阶段 (柠檬酸循环) 第三阶段 (氧化磷酸化) 场 所 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜 反应物 葡萄糖 丙酮酸+H₂O [H]+O₂ 生成物 丙酮酸+[H] CO₂+[H] H₂O ATP产生量 少量 少量 大量 ① 细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径 二、细胞呼吸的过程 ② 细胞无氧呼吸也为生命活动提供能量 1.概 念 : 在无氧或缺氧条件下,细胞通过酶的催化作用,把葡萄糖等有机物分解为乙醇 (C₂H₅OH) 和CO₂ , 或分解为乳酸(C₃H₆O₃) 等物质,同时释放较少能量的过程。 2.场所:细胞质基质 3.过程:(2个阶段) 与有氧呼吸第一阶段完全相同! 第一阶段 C₆ H₁₂O₆ 酶 2C₃ H₄O₃ +4[H]+ 能量( 少 量 ) 细胞质基质 酶 1 2C₂H₅OH ( 酒 精 ) + 2CO 第二阶段 2C₃ H₄O₃+4[H] 或 不产生能 细 胞 质 基 质 酶 2 由 于 酶 的 种 类 不 同 2C₃H₆O₃ (乳酸) 二、细胞呼吸的过程 C₆ H₁₂O₆ - 酶>2C₂ H₅OH ( 酒 精 ) + 2CO₂+ 少量能量 例:酵母菌、大多数植物(水稻、苹果等)。 C₆H₁₂O₆ 酶 、2 C₃H₆O₃ ( 乳 酸 ) + 少 量 能 量 例:乳酸菌、动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等。 ② 细胞无氧呼吸也为生命活动提供能量 4.无氧呼吸总反应式 注意 无氧呼吸仅第一阶 段释放少量能量, 生成少量ATP。 人体肌细胞无氧呼 吸产生的的乳酸, 能在肝脏中再次转 化为葡萄糖。 热 能 大部分能量存留在酒精 5.能量转化 1mol 葡萄糖 二 细胞呼吸的过程 196.65(kJ) 释放的能量 乳酸或_ 酒精 一 ATP 61.08kJ 乳 酸 中 或 ② 细胞无氧呼吸也为生命活动提供能量 6.习惯上把微生物的无氧呼吸称作发酵。(植物的无氧呼吸不) 酒精发酵 酵母菌无氧条件下 酿酒 乳酸发酵 乳酸菌 制作酸奶、泡菜 细胞呼吸的过程 类型 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 反应条件 外因: O₂ 内因:酶 外因无氧或缺氧 内因:酶 反应场所 细胞质基质、线粒体(主要) 细胞质基质 分解产物 CO₂+H₂O CO₂+酒精/乳酸 释能多少 大量能量 少量能量 特点 有机物完全 分解, 能量 完全 释放 有机物没有彻底分解, 能量没完全释放 相同点 ①反应条件:都需要酶和适宜的温度; ②场所及过程:第一阶段完全相同; ③本质分解有机物,释放能量; ④作用为生命活动提供能量 有氧呼吸和无氧呼吸的比较 二、细胞呼吸的过程 ①认识酵母菌 1.生物类型: 芽体 酵母菌是一种单细胞真菌,属于 真核 生物。 2.代谢类型: 属 于兼 性 厌 氧 菌。 在有氧和无氧的条件下都能生存。 扫描电镜6400倍 酵母菌的特点 酵母菌电镜照片 ①常生活在含糖量较高、酸度较大的液体环境中 细胞壁 细胞核 ②个体一般以单细胞状态存在 细胞质 ③多数能出芽生殖 ④细胞壁常含有甘露聚糖 酵母菌的结构 膜 潮 施 沛 细 探究酵母菌细胞呼吸的方式 一位同学为了探究酵母菌的呼吸类型,设计和实施了酵母菌细胞呼吸的实验 ( 如 图 ) 。 结论: 油脂层 酵母菌既能进行有氧呼吸, 也能进行无氧呼吸。 有氧呼吸 ②实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式 三 、 探究酵母菌细胞呼吸的方式 一段时间 后,澄清 的石灰水 变浑浊 酵母菌 和葡萄 糖溶液 酵母菌 和葡萄 糖溶液 无氧呼吸 提出问题 作出假设 设计实验 酵母菌在什么条件下产生酒精? 酒精是在无氧条件下产生的。 ① 考虑实验中的温度影响。 ② 制定方案时,要尽可能选用 容易测量、操作简便的器材。 如塑料注射器。 ③考虑设置对照实验。 ④产物的检测 A.有氧环境 氧气 吸入等量的 — 酵母菌和葡 萄糖溶液 B.无氧环境 ②实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式 三 、 探究酵母菌细胞呼吸的方式 ①使澄清石灰水变浑浊 (根据浑浊程度检测CO₂ 产生的多少) ②溴麝香草酚蓝:蓝 变绿 再变黄 (根据其变黄色时间的长短,检测CO₂ 产生的多少) 酒精+重铬酸钾(浓硫酸溶液):橙色 灰绿色 注 意 :检测时需要等培养液中葡萄糖耗尽再进行。 因为葡萄糖能和酸性重铬酸钾反应 ② 实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式 怎样鉴定有无酒精?怎样鉴定有无CO₂ ? 如何比较CO₂ 的多少? _三、探究酵母菌细胞呼吸的方式 ( 2 ) 检 测CO₂ (1)检测酒精: ②实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式 待培养液中的葡萄糖充分消耗后,从注射器中分 别取2mL,加入对应的试管A和B, 然后分别滴加 少量硫酸,混匀后滴加少量重铬酸钾溶液。 A 组不变色 B组变绿色 得出结论、验证假设 酵母菌无氧条件产生酒精,有氧条件不产。 _ 三、探究酵母菌细胞呼吸的方式 进行实验 科学方法 对比实验/相互对照实验 1.概念:设置两个或两个以上的实验组,通过对结果的 比较分析,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,也叫相互对照实验。 2.实 例 :在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中, 设置有氧和无氧两种条件的实验结果都是 事 先 未 知的 , 都 是实 验 组,通 过 对 比 可以看出氧气条件对细胞呼 吸 的 影 响 。 氧 气 吸入等量的 . 酵母菌和葡 萄糖溶液 A.有氧环境 B.无氧环境 ② 实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式 三、探究酵母菌细胞呼吸的方式 以热能的形式散失 主要储存在ATP中,供给生物体的各项生命活动。 细胞呼吸 肌细胞收缩 萤火虫发光 电鳗放电 细胞分裂 四、细胞呼吸的意义 能量 五 、判断细胞呼吸方式 ①细胞呼吸反应式中各物质间量的比例关系 C₆H₁₂O₆+6H₂O+60₂ 酶 6CO₂+12H₂O+ 能 量 C₆H₁₂O₆— 酶 1 — 2CO₂+2C₂H₅OH+ 能量 LC₆H₁₂06— 酶 2 2C₃ H₆O₃ + 能量 1. 有氧呼吸总反应式:葡萄糖: O₂ :C O₂= 1:6:6。 2.无氧呼吸总反应式:葡萄糖:酒精:CO₂= 1:2:2 或 :葡萄糖:乳酸:CO₂= 1:2:0。 3.呼吸速率(耗糖量)相 等时 产CO₂ 量 :有氧呼吸:无氧呼 吸 =3:1。 4. 产CO₂ 量相等时的 耗 糖 速 率 :V 有氧呼吸:V无氧呼吸=1:3。 5. 酵母菌两种呼吸速率相等时 ,CO₂ 量/O₂ 量 = 4 / 3 = 呼 吸 熵(RQ)。 注意:若以脂肪为底物,则放CO2量< 耗O2量,呼吸熵<1,因为H 比例高。 计 算 : CO₂ 12=有氧放CO₂ 量 6=无氧放CO₂ 量 氧分压(%) 酶 12 6CO₂+12H₂O+ 4相对值 18 6 a C₆ H₁₂0₆+6H₂O+60₂ 例 1有一瓶混有酵母菌的葡萄糖培养液,实验测得不同氧气浓度下的相关曲线 如图所示,请问氧气浓度为a 时有3/5 (答比例)的葡萄糖用于酒精发酵。 ₆H₁206 酶1 CO₂+2C₂ H₅OH+ 能量 2 6 C 3 ①细胞呼吸反应式中各物质间量的比例关系 五 、判断细胞呼吸方式 能 量 2 气体交换 相对值 CO₂释放量 O₂吸收量 5 =无氧放CO₂量 }3 = 有氧吸O₂ 量=有氧放CO₂ 量 a b C d 氧 浓 度 例2 下图为某植物的非绿色器官在不同氧浓度下CO₂释放量和O₂ 吸收量的变化, 则氧浓度为b时无氧呼吸消耗的葡萄糖的量是有氧呼吸的_5 倍。 ①细胞呼吸反应式中各物质间量的比例关系 酶 6 CO₂+12H₂O+ 能量 5 2CO₂+2C₂H₅OH+ 能量 五 、判断细胞呼吸方式 10 5 0 1/ l/Z C₆H₁₂O₆+6H₂O+6O₂ 5/2 C₆H₁₂O₆ 酶1 A.a 条件下,呼吸产物除CO₂ 外还有酒精和乳酸 ,只有酒精 B.b 条件下,有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多 , 少 C.c 条件下,释放的CO₂ 来自细胞质基质和线粒体 √ D.d 条件下,有氧呼吸强度达到了最大值 ,不一定 条件 只无氧 以无 氧为主 只有氧 CO₂释放量 10 8 6 7 O₂ 吸收量 0 3 4 7 例3在a.b.c、d 条件下,测得某植物种子萌发时CO₂ 和O₂ 体积变化的 相对值如表所示。底物是葡萄糖,则下列叙述中正确的是(C) ①细胞呼吸反应式中各物质间量的比例关系 五 、判断细胞呼吸方式 ② 判断细胞呼吸的方式 C₆H₁₂O₆+6H₂O+6O₂ 酶 6CO₂+12H₂O+ 能 量 C₆H₁₂O₆— 酶 1 _ 2CO₂+2C₂H₅OH+ 能量 LC₆H₁₂O₆— 酶2 2C₃H₆O₃+ 能 量 一定存在 有氧呼吸 一定存在 有氧呼吸 一定存在 无氧呼吸 一定存在 产乳酸的无氧呼吸 无氧呼吸(真核生物) 有氧呼吸(或两类呼吸并存) 消耗O₂ 产生H₂O 产生酒精或乳酸 无CO, 释放 只在细胞质基质 有线粒体参与 1.根据反应 物和产物 2.根据反 应场所 五 、判断细胞呼吸方式 变化特点 细胞呼吸的方式 CO₂释放量=O₂ 消耗量 只进行有氧呼吸,或同时进行产乳酸的无氧呼吸 CO₂释放量>O₂ 消耗量 有氧呼吸+酒精发酵,多余的CO₂来自酒精发酵 酒精量=CO₂量 只进行无氧呼吸 酒精量<CO₂量 有氧呼吸+酒精发酵,多出的CO₂来自有氧呼吸 不消耗O₂2,释放CO₂ 只进行无氧呼吸产生酒精和CO₂ 无CO₂释放 只进行无氧呼吸产生乳酸 五 判断细胞呼吸方式 ② 判断细胞呼吸的方式 C₆ H₁2O₆ +6H₂O+6O₂- 酶 6CO₂+12H₂O+ 能 量 C₆ H1206 酶 2 C₃H₆O₃(乳酸)+少量能量 C₆H₁₂O₆ 酶 2 C₂H₅OH ( 酒 精 ) + 2CO₂+ 少量能量 3.根据物质 的量的关系 ② 判断细胞呼吸的方式 分 析 : 个气体交换相对值 10 a: 只有CO₂ 释放 只有无氧呼吸 b: 吸收O₂ <释放CO₂ 有氧呼吸和无氧呼吸 c: 吸收O₂= 释放CO₂ 只有有氧呼吸 C₆H₂O₆+6H₂O+60₂ 酶 6CO₂+12H₂O+ 能量 酶 C₆H₁₂O₆ 一 2C₂H₅OH( 酒 精 ) + 2CO₂+少量能量 CO₂ 释放量 O₂吸收量 5 0 a b c 氧浓度(%) 五 、判断细胞呼吸方式 目的 实验装置 实验推理 定性 探究 (糖类 底物) 装置1结果 装置2结果 实验结论 左移 右移 有氧+无氧 不动 右移 只无氧呼吸 左移 不动 只有氧 不动 不动 死亡或产乳酸 左移 左移 有脂肪供能 装置1 装置2 装置1中的NaOH 溶液 吸收CO2 ,则装置内的气体变化由 O₂ 引起,故红墨水滴 的移动情况反映O₂ 吸收量 ;装置2中,清水不会吸收任何气体,则装置内气体变化 由 CO₂和O₂ 共同引起,红墨水滴的移动情况反映 释放CO₂和吸收O₂ 的差值 。 根据 液滴移动方向探究细胞的呼吸方式 — 液滴移动法。 活塞一( 测耗Q2量 红色液滴 0₂ 四、判断细胞呼吸方式 测CQ量-耗O2量 活塞一 蒸馏水 5 L 萌发 . 种子 20%NaOH 5nL O₂' TTCO 萌发 种子 红色液滴 CO₂ (2)为防止微生物呼吸的干扰,使实验结果精确,应将所有装置进行灭 菌处理 , 将所有种子进行消 毒处理。 (3)若测定绿色植物绿色器官的呼吸方式,应将整个装置放在黑 暗环境中进行, 以避免光合作用的干扰。 五、判断细胞呼吸方式 根据液滴移动方向探究细胞的呼吸方式—液滴移动法。 (1)为排除大气压、气温等环境因素的干扰,使实验结果精确,还应设置对 照装置3:用等量的煮熟种子代替发芽种子,其余均相同。 活塞-一 0= TT 11 幕孝 装置1 萌 发 蒸馏水 装置2 红 滴 20%的NaOH 5mL 蒸馏水 5mL 装置3 活塞-0 北 TTTT 活塞- 煮熟 种子 种 子 5mL 0 TT 红夜滴 红.一夜滴 2:2丙酮酸+6H₂O 酶>6CO₂+20〔H〕+少量能量 3:24 〔H〕+60₂ 酶 、12 H₂O+ 大量能量 总 式 : C₆H₁₂O₆+6H₂O+60₂ 鹰 6CO₂+12H₂O+ 能量 生物体内的有机物(糖类,脂类,蛋白质等)在细胞内经过一系列的 氧化分解,最终生成二氧化碳或其他产物,并且释放能量的总过程。 1: 葡萄糖 酶、2丙酮酸+4〔H〕+少量能量 2C₂H₅OH+2CO₂+ 酶 2C₃ H₆O₃+ 能 量 C₆ H₁₂O₆ C₆ H₁₂O₆ 课堂小结 有氧 呼吸 无氧 呼吸 细胞呼吸 能量 概念 方式 B.若细胞既不吸收O₂ 也不放出CO₂, 说明细胞已停止无氧呼吸 C.适当降低氧浓度可降低果实的有氧呼吸进而减少有机物的消耗 D.利用葡萄糖进行有氧呼吸时,吸收O₂ 与 释 放CO2 的摩尔数不同 可能进行的是产生乳酸的无氧呼吸,如马铃薯块茎、甜菜块根。 利用葡萄糖进行有氧呼吸时.吸收O₂ 与释放CO₂ 的摩尔数相同。 1.下列有关植物细胞呼吸作用的叙述,正确的是( C) A.分生组织细胞的呼吸速率通常比成熟组织细胞的小 分生组织细胞代谢旺 盛,呼吸速率通常比 成熟组织细胞的大。 课堂练习 A.①②③发生在细胞质基质中,④⑤发生在线粒体中 ②③是无氧呼吸第二 B.①②③④生成的ATP 量较少,⑤生成的ATP 量较多 阶段,不生成ATP C.④ 阶段水中的氧原子会转移到终产物CO₂ 中去 D.O₂ 不足时,人体骨骼肌细胞产生的CO₂ 量等于消耗的O₂ 量 1. (多选)下图为真核细胞中的细胞呼吸示意图(底物全为葡萄糖) , 其中①②③④⑤表示生理过程,下列叙述正确的是( ACD ) 课堂练习 $$