内容正文:
细胞呼吸的原理和应用(第一课时)
第五章
温故知新
呼吸作用的实质:是细胞内有机物的氧化分解,并释放能量。
放能反应
吸能反应
释放能量
吸收能量
ATP合成的过程中:
能量来源:放能反应
能量去路:保存于ATP
ATP水解的过程中:
能量来源:ATP保存的能量
能量去路:吸能反应
吸收能量
释放能量
植物:光合作用
动植物、真菌、细菌:呼吸作用
绝大多数需要能量的生命活动
生活情境
发面中,面团会产生很多的小孔,保鲜膜上有水珠,而且在发面时,早期并没有酒味,而时间过长则会有酒味。
1.发面主要与什么微生物有关?
酵母菌
2.从上述过程中,你能猜测到发面过程中酵母菌产生了哪些物质吗?
CO2 H2O 酒精
提出问题
1. 生物类型
2. 呼吸方式
3. 生产生活应用
请设计一个实验,探究在不同呼吸条件对酵母菌呼吸作用产物的影响。
真菌(真核生物)
兼性厌氧菌
酿酒、发面等
如何从上述实验目的确定自变量、因变量分别是什么?
实验思路
提出问题:探究在有氧条件和无氧条件下酵母菌呼吸作用产物分别是什么?
作出假设:
设计实验:
自变量:不同呼吸条件
因变量:呼吸作用产物
无关变量:
影响实验结果的可变因素(温度、酵母菌浓度、酵母菌活性等)
有氧 通气
无氧 密封
酒精、CO2
实验思路:
分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件,一段时间后检测产物是否含酒精或CO2
因变量检测
①澄清的石灰水
②溴麝香草酚蓝水溶液
澄清 → 浑浊
蓝 → 绿 → 黄
橙色 → 灰绿色
酸性重铬酸钾
重铬酸钾+酒精
酒精的检测
CO2的检测
③二氧化碳传感器
本质上是酸性重铬酸钾氧化了酒精。
自变量控制
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
新鲜的食用酵母菌(10g)+5%葡萄糖溶液(240ml)
如何利用上述装置创设有氧和无氧环境呢?
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
实验操作
1. 酵母菌培养液的配置: 取20g新鲜的食用酵母菌,分成两等份,分别放入锥形瓶A(500mL)和锥形瓶B(500mL)中,分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的煮沸冷却后的葡萄糖溶液。
煮沸:灭菌、除去葡萄糖溶液中的氧气。
冷却:避免高温杀死酵母菌。
为什么葡萄糖溶液需要煮沸后冷却再加入?
酵母粉
实验操作
2.组装与反应:按预设计划进行组装,让空气间歇性地依次通过3个锥形瓶(约50min)。然后将实验装置放到25-35℃的环境中培养8-10h。
除去空气中的CO2
检测CO2的产生
B瓶应封口放置一段时间后,再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶,这是为什么?
可以让酵母菌消耗完瓶中原有氧气,创造无氧环境。
氢氧化钠溶液和澄清石灰水分别是什么作用?
实验操作
3. 检测酒精的产生:各取2mL酵母菌培养液滤液,分别注入2支干净的试管中。向试管中分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液并轻轻震荡,使它们混合均匀,观察试管中溶液的颜色变化。
为什么要反应充分的时间后,才能用酸性重铬酸钾检验酒精?
避免葡萄糖与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化。
实验结果
实验结果
检测指标 澄清石灰水变浑浊的快慢 重铬酸钾-浓硫酸溶液
有氧
无氧
结论
快
慢
无变化
灰绿色
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
有氧条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生大量的CO2和水;
无氧条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生酒精,还产生少量的CO2
该实验有没有对照组?
该实验中有氧条件和无氧条件均为实验组,两组间进行相互对照,为相互对照实验(对比实验)。
实验结果
对比实验:设置两个或两个以上的实验组,通过对结果的比较分析,来探究某种因素与实验对象的关系,这样的实验称为对比实验,也叫相互对照实验。
对比实验
实验组1:未知结果
实验组2:未知结果
其他对照实验
实验组:未知结果
对照组:已知结果
6.植物体中的氧气除了来自光合作用以外,还可以来自H2O2的分解,过氧化氢酶能催化H2O2分解并产生氧气,氧气能氧化焦性没食子酸呈橙红色,过氧化氢酶在高于60 ℃环境中失活。为探究马铃薯块茎中是否存在过氧化氢酶,设计实验如下表,实验中对无关变量进行了有效控制。下列相关叙述不正确的是 ( )
对照组
对照组
对照组
实验组
问题探讨
发酵生产葡萄酒的车间
通气让酵母菌进行有氧呼吸,有利于酵母菌快速繁殖;
密封让酵母菌进行无氧呼吸,产生酒精。
1、都是培养酵母菌,为什么有的通气有的需要密封?
2、为什么通气有利于酵母菌大量繁殖?
3、在密封发酵时,酵母菌将有机物转化为酒精对自身有什么意义?
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。
有氧条件下,酵母菌分解营养物质释放能量多,为细胞增殖提供充足的动力。
密封发酵时,酵母菌将有机物分解为酒精时,也能为自身的生命活动提供少量能量。
细胞呼吸的原理和应用(第二课时)
第五章
回顾旧知
酵母菌
有氧条件
无氧条件
产物:少量的二氧化碳与酒精
产物:大量的二氧化碳和水
酵母菌培养液
澄清石灰水
NaOH溶液
连接气泵
酵母菌培养液
澄清石灰水
对比实验
两组相互对照
1. 兼性厌氧菌
2. 真菌
任务目标
有氧呼吸的物质能量变化
无氧呼吸的物质能量变化
有氧呼吸与无氧呼吸的比较
线粒体与呼吸作用
线粒体外膜
线粒体内膜
嵴(线粒体内膜内折形成)
功能:增大了膜面积,提供酶的附着位点。
线粒体是有氧呼吸的主要场所
阅读P92-93有氧呼吸三阶段相关内容回答以下问题:
呼吸作用的场所仅仅包括线粒体吗?
各阶段的反应物与产物分别是什么?
各阶段能量释放情况是怎样的?
线粒体基质
有氧的呼吸酶分布于线粒体基质、内膜
有氧呼吸的过程
阶段 场所 反应物 产物 释放
能量 反应方程式
第一阶段 细胞质基质 葡萄糖 丙酮酸和[H] 释放少量能量
第二阶段 线粒体基质 丙酮酸和水 CO2和[H] 释放少量能量
第三阶段 线粒体内膜 [H]和氧气 水 释放大量能量
C6H12O6
2C3H4O3+4【H】+少量能量
酶
2C3H4O3+6H2O
20【H】+6CO2+少量能量
酶
24【H】+6O2
12H2O+大量能量
酶
总反应:C6H12O6+6H2O+6O2
酶
6CO2+12H2O+能量
两边的水能否消掉?
丙酮酸与【H】
中文名称:丙酮酸
化学式: C3H4O3
反应物中的【H】:还原型辅酶I到氧化型辅酶I的过程
产物中的【H】:氧化型辅酶I到还原型辅酶I的过程
组成元素:
还原型辅酶I
氧化型辅酶I
NADH
NAD+
还原
氧化
C H O N P
物质变化过程
1葡萄糖 C6H12O6
2丙酮酸 C3H4O3
6CO2
4[H]
20[H]
6H2O
12H2O
第一阶段
第二阶段
第三阶段
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
6O2
在有氧条件下选用下列条件培养酵母菌,上述哪些物质会被检测出对应同位素?
1. 培养基中的葡萄糖被14C标记
2. 培养基中的葡萄糖被18O标记
3. 供给的O2被18O标记
葡萄糖、丙酮酸、二氧化碳
葡萄糖、丙酮酸、二氧化碳
水,更长一段时间后还有二氧化碳
能量变化特点
C6H12O6
2C3H4O3+4【H】+少量能量
酶
2C3H4O3+6H2O
20【H】+6CO2+少量能量
酶
24【H】+6O2
12H2O+大量能量
酶
总反应方程式:C6H12O6+6H2O+6O2
酶
6CO2+12H2O+能量
第一阶段
第二阶段
第三阶段
标出下列方程式中的有机物:
有氧呼吸中能量是逐步释放的
能量变化特点
(1)在细胞内,1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870kJ的能量,可使977.28kJ左右的能量储存在ATP中,其余的能量则以热能的形式散失掉了。计算有氧呼吸的能量转化效率,这些能量大约能使多少ADP转化为ATP?
转化效率=977.28/2870*100%=34%
ATP产量=977.28/30.54=32mol
1mol的葡萄糖
2870KJ
少部分储存于ATP中
大部分以热能形式散失
释放能量
977.28KJ
1892.72KJ
根据上图说明反应式中的能量为什么不能写成ATP?
1. 葡萄糖中的能量只有一部分储存在ATP中;2. ATP是一种直接能源物质。
能量变化特点
(2)与燃烧迅速释放能量相比,有氧呼吸是逐级释放能量的,这对于生物体来说具有什么意义?
(1) 可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中;
(2) 能量能够缓慢有序地释放,有利于维持细胞的相对稳定状态。
有氧呼吸相较于有机物的体外燃烧相比的特点
1. 过程温和
2. 能量逐步释放
3. 相当一部分储存于ATP中
有氧呼吸总结
定义: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.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。
2.脂肪进行有氧呼吸时,消耗的O2>产生的CO2 原因:脂肪与葡萄糖相比,含H的比例更高,消耗的氧气更多,如油菜种子
注意
小试牛刀
差速离心
+葡萄糖
通入空气
+葡萄糖
通入空气
葡萄糖分解,消耗O2
+葡萄糖
通入空气
葡萄糖分解,不消耗O2
葡萄糖不分解
检测到中间产物丙酮酸含量的升高过程
线粒体
细胞匀浆
细胞质基质
线粒体
预测实验结果
任务目标
有氧呼吸的物质能量变化
无氧呼吸的物质能量变化
有氧呼吸与无氧呼吸的比较
无氧呼吸
酵母菌
水稻根部
苹果
骨骼肌
普遍性:无氧呼吸具有普遍性
差异性:不同生物无氧呼吸产物不同
差异性的直接原因:
无氧呼吸的普遍性与差异性:
差异性的根本原因:
不同生物的细胞中含有的酶有所不同
不同生物细胞中的基因有所不同
无氧呼吸过程
阅读P94有无氧呼吸相关内容填写下列表格:
无氧呼吸 场所 反应物 产物 能量
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
或2C2H5OH和CO2
葡萄糖
2丙酮酸+4【H】+少量能量
酶
第一阶段
第二阶段
2丙酮酸+4【H】
酶
2乳酸(C3H6O3)
2丙酮酸+4【H】
酶
2酒精(C2H5OH)+2CO2
总反应式
C6H12O6 2C2H5OH+ 2CO2+ 少量能量
酶
⑴ 产物为酒精与二氧化碳
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 产物为乳酸
C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+ 少量能量
酶
物质变化
对于微生物而言,无氧呼吸过程也称为发酵过程,分为酒精发酵与乳酸发酵。
能量变化
C6H12O6 2C2H5OH+ 2CO2+ 少量能量
酶
C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+ 少量能量
酶
标出下列方程式中的有机物:
Q:同样是分解葡萄糖,为何无氧呼吸只能释放少量能量?
A:大部分能量仍然储存于酒精或乳酸中
1mol的葡萄糖
196.65KJ
储存于ATP中(2mol)
以热能形式散失
释放能量
61.08KJ
135.57KJ
乳酸或酒精中的能量
无氧呼吸总结
无氧呼吸定义: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
有氧呼吸定义: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
细胞呼吸定义: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。
任务目标
有氧呼吸的物质能量变化
无氧呼吸的物质能量变化
有氧呼吸与无氧呼吸的比较
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
回顾旧知
回顾旧知
呼吸作用的意义
第一阶段
第三阶段
2. 细胞呼吸是生物体代谢的枢纽。
1. 为生物体提供能量。
第二阶段
细胞呼吸
能
量
热能
散失
能量
转移
ATP
ADP
Pi
能
量
C6H12O6
CO2+H2O
各类生命活动
(1)哪个阶段产生CO2?
(2)哪个阶段有氧气参与反应?
(3)哪个阶段产生能量最多?
(7)能产生ATP的场所是?
在有氧呼吸过程中
细胞质基质、线粒体
(5)哪个阶段产生水?
(4)哪个阶段有水参与?
(6)哪个阶段产生[H]最多?
第二阶段
第三阶段
第三阶段
第二阶段
第三阶段
第二阶段
小试牛刀
2.概念结论速判:酵母菌在生活和生产中应用广泛,下列是关于酵母菌细胞
呼吸的说法,请判断正误。
(1)可以根据酵母菌有无产生CO2判断其呼吸类型。( )
提示:酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2。
(2)酵母菌有氧呼吸的全过程都发生在线粒体。( )
提示:有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质。
(3)氧气可以作为反应物参与酵母菌有氧呼吸的第二、三阶段。( )
提示:有氧呼吸第三阶段,氧气与[H]结合生成水,同时释放大量能量。
(4)酵母菌有氧呼吸第三阶段既消耗水又产生水。( )
提示:有氧呼吸第二阶段消耗水,第三阶段产生水。
×
×
×
×
小试牛刀
细胞呼吸的原理和应用(第三课时)
第五章
回顾旧知
有氧呼吸 :C6H12O6+6H2O+6O2
酶
6CO2+12H2O+能量
C6H12O6 2C2H5OH+ 2CO2+ 少量能量
酶
C6H12O6 2C3H6O3+ 少量能量
酶
无氧呼吸
酒精发酵
乳酸发酵
问题探讨
影响呼吸作用的方式与强度的因素有哪些?
1.温度
2.氧气
3.水分
4.二氧化碳
外因
内因
细胞的结构(线粒体)与物质(酶)
对于原核细胞
原核细胞中没有线粒体,如果进行有氧呼吸,由于相关的酶附着于细胞质基质与细胞膜上,所以有氧呼吸发生于细胞质基质与细胞膜上。
原核生物的无氧呼吸方式(酒精发酵/乳酸发酵)取决于酶的种类。
对于真核细胞
若真核细胞没有线粒体,则该细胞只能进行无氧呼吸。
例如:哺乳动物成熟红细胞
温度的影响
温度通过影响与细胞呼吸有关酶的活性来影响呼吸速率。
T1
最适温度T1时,细胞呼吸最强。
低于T1,呼吸速率随温度升高而升高
高于T1,呼吸速率随温度升高而降低
应用:
①零上低温下贮存蔬菜水果。
②温室栽培中增大昼夜温差(降低夜间温度),以减少夜间呼吸消耗有机物。
为什么温度会影响呼吸速率?
氧气的影响
酒精和二氧化碳[如酵母菌和植物的非绿色器官]
该曲线描述的生物其无氧呼吸产物是什么?
随O2浓度增大,无氧呼吸逐渐被抑制,有氧呼吸不断加强。
当O2浓度达到一定值后,随O2浓度增大,有氧呼吸不再加强。
有氧呼吸强度和无氧呼吸强度随氧气浓度增高怎么变化?
为何有氧呼吸强度不会随氧气浓度无限增强?
受呼吸酶数量等因素的限制
氧气的影响
尝试画出呼吸作用CO2的总释放量曲线
A
D
m
2m
确定特殊点:
F
A、C、D、E
B
C
A :有氧呼吸速率为零,无氧呼吸速率最大,有机物消耗量较多。
C:有氧呼吸与无氧呼吸产生的CO2相等,消耗的葡萄糖有氧:无氧=1:3
D:无氧呼吸被完全抑制,细胞呼吸=有氧呼吸
E
E:有氧呼吸速率达到最大时的最小氧气浓度
氧气的影响
应用:
贮藏水果、蔬菜、种子时,采用低氧环境(约为3%-5%),减少有机物消耗。
呼吸作用CO2释放量与O2浓度之间的关系是怎样的?
CO2释放量随O2浓度先降低,后升高。
F点:当CO2释放量最低时,有机物消耗较少
A
D
m
2m
F
B
C
E
水分的影响
应用:
1. 作物栽培中,合理灌溉,避免水分不足,或过度施水导致烂根。
2. 粮食晾干储藏
3. 种子萌发需要浸泡
水分可以作为溶剂及反应物参与呼吸作用,但是会影响氧气的吸收。
呼吸速率随含水量先升高后降低。
当含水量过多时,呼吸速率会减慢,甚至死亡。
为什么水分会影响呼吸速率?
CO2的影响
应用:在蔬菜、水果保鲜中,增加CO2浓度可抑制细胞呼吸,减少有机物的消耗。
CO2是细胞呼吸的产物,对细胞呼吸具有抑制作用。
呼吸速率随CO2浓度的升高而降低。
为什么二氧化碳浓度会影响呼吸速率?
呼吸作用的应用
1.为什么被锈钉扎伤或伤口很深时,需要注射破伤风疫苗,且用透气的创可贴或纱布包扎伤口?
避免破伤风芽孢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。
破伤风芽孢杆菌
(厌氧菌、细菌)
呼吸作用的应用
2.为什么在利用酵母菌生产葡萄酒时,酿酒初期通气处理,后期密封?
2. 密封阶段:使其发酵(即进行无氧呼吸),产生酒精。
1. 通气阶段:让酵母菌进行有氧呼吸使其大量繁殖
酵母菌
(兼性厌氧菌、真菌)
呼吸作用的应用
3.为什么农业生产中要经常松土?
4.在种植盆栽时为什么浇过多的水会发生烂根的现象?
有氧条件下:植物根部进行有氧呼吸,有利于产生大量能量,供给各项生命活动,尤其是主动运输过程。
无氧条件下:植物根部进行无氧呼吸,产生具有毒性的酒精,破坏根部结构
呼吸作用的应用
5.为什么储藏水果、粮食的仓库,往往通过降低温度、降低氧气含量含量等措施,延长保质期?
减弱其呼吸作用,减少有机物的消耗以延长保质期。
呼吸作用的应用
6.为什么提倡慢跑等有氧运动?
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。
细胞呼吸方式判断
细胞呼吸方式判断
例1 下列可准确判断储存的小麦种子细胞呼吸方式的方法是( )A.检测有无CO2的生成B.检测是否有[H]产生C.测定O2消耗量与CO2生成量的比值D.测定小麦种子中有机物的消耗量
例2 酵母菌以葡萄糖作为呼吸底物,放出的CO2体积随O2浓度的变化曲线如图所示。下列叙述错误的是 ( )
A.a点有酒精和CO2的生成B.a、b、c三点均有CO2和水的生成C.b点酵母菌既进行了无氧呼吸,又进行了有氧呼吸D.若c点酵母菌消耗O2的体积等于放出CO2的体积,则其只进行有氧呼吸
细胞呼吸方式判断
2.装置2中着色液滴移动的距离代表呼吸作用消耗的氧气和释放的
二氧化碳的体积的差值。
实验原理
1.装置1中加入NaOH溶液的目的是 ,根据着色液滴
移动的距离可测出 的体积。
吸收二氧化碳
呼吸作用消耗的氧气
液滴移动问题
56
若装置一刻度左移5个单位,装置二刻度右移2个单位,则实际呼吸强度为_____个单位。
7
装置一 装置二 结果
红色液滴左移 红色液滴不动
红色液滴不动 红色液滴右移
红色液滴左移 红色液滴右移
红色液滴不动 红色液滴不动
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
液滴移动问题
57
发芽种子
发芽种子
按上述两装置正确操作,某同学
发现开始的一段时间内装置1中的
着色液滴向左移动,而装置2中
的着色液滴位置却不发生改变,
则可推定该种子发芽过程所消耗的能源物质主要是 ,理由是:
葡萄糖
若发现装置1和装置2中的着色液滴均向左移动,则该种子发芽过程中所消耗的能源物质主要是 ,理由是:
以葡萄糖为能源物质进行有氧呼吸时,吸收的氧气量等于释放的二氧化碳量。
脂肪
脂肪富含氢,在被氧化分解时吸收的氧气量大于释放的二氧化碳量。
液滴移动问题
58
实验误差的校正
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。
蒸馏水
5mL
液滴移动问题
59
Lavf58.20.100
Packed by Bilibili XCoder v2.0.2
$