5.3 细胞呼吸的原理和应用课件-2026-2027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 问题探讨 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。 问题探讨 1.都是培养酵母菌,为什么有的需要通气,有的却需要密封? 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它自身有什么意义? 通气可以给酵母菌提供呼吸需要的氧气,利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂;密封则是避免空气进入,便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。 在有氧条件下,酵母菌分解营养物质释放能量多,这些能量可以为酵母菌细胞进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。 密封发酵时,酵母菌将有机物转化为酒精的同时,能为自己的生命活动提供少量能量。 呼吸作用的实质是细胞内有机物的氧化分解,并释放能量 因此也叫细胞呼吸 “呼吸”是指人和动物与外界进行的交换气体的过程,是指呼吸动作。 “呼吸作用”是指细胞内有机物氧化分解并释放能量的过程。 思考:呼吸等于呼吸作用吗? 【注意】呼吸≠呼吸作用 1.提出问题 2.作出假设 3.设计实验 5.分析结果 6.表达与交流 酵母菌在有氧和无氧环境下能呼吸吗?呼吸产物是什么? 酵母菌可以进行有氧和无氧呼吸 分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件, 一段时间后检测其产物是否含酒精或二氧化碳 细胞呼吸的条件 细胞呼吸的产物 影响实验结果的可变因素(保持相同且适宜) 分析变量 CO2和酒精 有氧、无氧 温度、pH、培养液的浓度和体积 ③无关变量 ①自变量 ②因变量 4.进行实验 探究酵母菌细胞呼吸的方式 1 有氧呼吸产生水和CO2,无氧呼吸产生酒精和CO2; 探究酵母菌细胞呼吸的方式 1 进行实验 1.实验材料 酵母菌 细胞类型:单细胞真菌 代谢类型:兼性厌氧型 在有氧和无氧条件下都能生存,属于兼性厌氧菌; 产生二氧化碳和水 产生酒精和二氧化碳 有氧呼吸 无氧呼吸 2.实验原理 酒精+重铬酸钾(浓硫酸溶液): ②溴麝香草酚蓝溶液: (1)检测CO2 (2)检测酒精 ①通入澄清石灰水: 澄清 浑浊 根据浑浊程度检测CO2产生的多少 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 橙色 灰绿色 进行实验 P91 CO2传感器 3.实验步骤 (1)配置酵母菌培养液:( + ) 葡萄糖溶液 酵母菌 进行实验 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%的葡萄糖溶液。 酵母菌溶液的体积以及葡萄糖溶液的体积和浓度均保持一致是为了什么? 排除无关变量对实验结果的影响 气泵 C D E 运用以上元件分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置 有氧呼吸装置: 无氧呼吸装置: E-C-A-D B-D 3.实验步骤 (2)检测CO2的产生 无氧呼吸 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 有氧呼吸 NaOH溶液可吸收空气中的CO2,排除空气中CO2对实验结果的干扰。 将原有O2耗完,确保通过澄清石灰水的CO2只来自无氧呼吸。 P91 (2)检测CO2的产生 ①现象 澄清石灰水都变浑浊,且有氧呼吸装置比无氧呼吸的更浑浊。 加入瓶中的葡萄糖溶液需加热并冷却的目的分别是: a.加热目的是 。 b.冷却目的是 。 加热以杀死其他微生物及除去溶解氧 防止高温杀死酵母菌 3.实验步骤 (2)检测酒精的产生 空气 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 由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化,因此应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。 分析实验现象: 条件 澄清石灰水 溴麝香草酚蓝水溶液 酸性重铬酸钾 有氧 浑浊(+++) 黄(迅速) 不变灰绿色 无氧 浑浊(+) 黄(较慢) 变灰绿色 实验结论:P92 酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸,均能产生CO2 在有氧的条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生大量CO2 在无氧的条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量CO2 1、为什么要把装置放置在25 ~35 的环境下培养? 2、本实验的自变量和因变量分别是什么?是如何控制自变量的? 3、A装置中用气泵间歇性地通入空气的目的是什么? 4、怎样保证酵母菌在整个实验过程能正常生活? 在25 ~35 的条件下,酵母菌中酶的活性最高,生命活动最旺盛,细胞呼吸明显,可保证实验效果。 自变量是氧气的有无,因变量为是否有CO2和酒精的产生。有氧呼吸装置中用橡皮球或者气泵充气的目的是保证A瓶中有氧气存在,无氧呼吸装置中B瓶密封是保证无氧环境。 保证酵母菌有充足的氧气,以进行有氧呼吸。 培养条件适宜(25-35 ,pH3.0-7.5)、给予充足的养料(葡萄糖) 细胞呼吸的方式 THE WAY OF CELLULARRESPIRATION 思维拓展:实验装置的改进 有同学认为,在有氧呼吸实验装置中10%的NaOH溶液不能完全吸收空气中的CO2,以致可能对实验结果有干扰,你同意吗?你如何避免这种可能性的发生,以保证实验更严谨? 气泵 质量分数为10%的NaOH溶液 酵母菌培养液 澄清的石灰水 质量分数为10%的NaOH溶液 气泵 酵母菌培养液 澄清的石灰水 澄清的石灰水 验证空气中的CO2是否完全被吸收 在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中,需要设置有氧和无氧两种条件来探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式,这两个实验组的结果都是事先未知的, 通过对比可以看出氧气条件对细胞 呼吸的影响。对比实验也是科学探 究中常用的方法之一。 举例 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。 对比实验 有氧呼吸 指细胞在_ 的参与下,通过多种酶的催化作用,把等有机物彻底氧化分解,产生,释放,生成大量 的过程。 氧 二氧化碳和水 葡萄糖 能量 ATP P93 有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式,有氧呼吸的主要场所是线粒体; 线粒体具有怎样的结构特点?这与它的功能有什么关系? 内、外膜,外膜光滑 嵴增大了内膜面积 线粒体内膜上和线粒体基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶 外膜 内膜 线粒体基质 嵴 二、有氧呼吸 P92 1、有氧呼吸过程分几个阶段? 2、各阶段的反应场所分别是哪里? 3、有氧呼吸各个阶段,反应物和产物分别是什么? 二、有氧呼吸 阅读课本P92-P93 线粒体 有氧呼吸的三个场所: 细胞膜 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜 二、有氧呼吸 NAD+(氧化型辅酶 ),是电子和H+的载体 NADH(还原型辅酶 );通常将NADH简化为[H],读作还原氢 相关信息 二、有氧呼吸 NAD+ NADH NAD+ 2C3H4O3 1、过程: 葡萄糖的初步分解 C6H12O6 酶 + 4[H] + 能量 场所:细胞质基质 ① 丙酮酸彻底分解 酶 6CO2 + 20[H] + 能量 场所:线粒体基质 ② 2C3H4O3 [H]的氧化 酶 12H2O + 能量 场所:线粒体内膜 ③ 24[H] + 6O2 + 6H2O (大量) (少量) (少量) SkyUser (S) - 简单看一下上一张PPT,介绍[H] 1、水的参与在第几阶段? 2、水的产生在第几阶段? 3、CO2的产生在第几阶段? 4、O2的参与在第几阶段? 5、释放大量能量的是第几阶段? 注 意 2 3 2 3 3 2、总反应式: C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 细胞质基质、线粒体 场所: 1mol的葡萄糖 2870KJ 储存于ATP中 以热能形式散失 释放能量 977.28KJ 1892.72KJ 能量转化:P93思考 讨论 有氧呼吸能量利用特点:释放能量多,转化效率高、能量逐级释放 3.特点:与有机物在生物体外的燃烧相比 ①有氧呼吸过程温和; ②有氧呼吸进行时有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放; ③有氧呼吸释放的能量有相当一部分储存在ATP中。 4.对生物体的意义 P93思考讨论2 有利于维持细胞的相对稳定; 保证有机物中的能量得到充分的利用。 二、有氧呼吸 比较有氧呼吸的三个阶段 第一阶段 第二阶段 第三阶段 场所 条件 产物 反应式 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜 不需要O2 不需要O2 需要O2 丙酮酸,[H] H2O 二氧化碳,[H] 少量能量 少量能量 大量能量 C6H12O6 2丙酮酸+4[H]+少量能量 酶 6H2O + 2丙酮酸 酶 6CO2+20[H]+少量能量 6O2+24[H] 酶 12H2O+大量能量 对下列有关有氧呼吸的说法进行判断 1、生成物H2O中的O全部来自于O2,H全部来自于葡萄糖 3、水既可以作为反应物又可作为生成物 2、生成物CO2中的O来自于葡萄糖和水 4、CO2在线粒体基质中产生,O2在线粒体内膜中产生 6、第三阶段中生成的能量大部分用于合成ATP 葡萄糖和水 5、线粒体中可发生 参加反应 细胞质基质和线粒体 大部分以热能形式散失,少部分用于合成ATP 关注细胞呼吸过程中的几个易错点 (1)有氧呼吸的反应式中箭头不能写成等号,能量不能写成ATP。 (2)葡萄糖是有氧呼吸最常利用的物质,但不是唯一的物质。 (3)[H]是一种十分简化的表示方式,这一过程实际上是氧化型辅酶I (NAD+)转化成还原型辅酶I (NADH)。 (4)有氧呼吸的三个阶段都需要不同的酶来催化。 (5)原核生物没有线粒体,但是也可进行有氧呼吸,场所是细胞质基质和细胞膜。 (6)产生CO2的不只是有氧呼吸,酒精发酵过程中也有CO2的产生。 (7)有氧呼吸过程中产生的水和反应物中的水其来源和去向不同,所以不是同一分子的水。 为什么你在跑完步后第二天早上肌肉发酸? 为什么泡菜、酸菜制作的时候要密封? 为什么面包发酵时间过长会有一股酒味? 细胞质基质 线粒体 场所:只在细胞质基质 注意: 三、无氧呼吸 1.过程:第一个阶段与有氧呼吸的第一个阶段 完全相同,第二个阶段是丙酮酸在不同酶的催化作用下,分解成 酒精和二氧化碳,或者转化成乳酸。 2.只在第一阶段释放少量能量。 C6H12O6 能量(少) 2丙酮酸 (2C3H4O3) [H] 2C2H5OH(酒精)+2CO2 酶 酶 2C3H6O3(乳酸) 酶 1、过程: 第一个阶段 第二个阶段 场所: 酒精式无氧呼吸 乳酸式无氧呼吸 细胞质基质 大部分能量储存在乳酸或酒精中 三、无氧呼吸 大部分以热能形式散失掉,少部分能量转移至ATP中。 无氧呼吸指在 的情况下, 等有机物经过 ,释放 的过程。 2、总反应式:P94 C6H12O6 酶 2C3H6O3(乳酸) +少量能量 C6H12O6 2C2H5OH(酒精) + 2CO2 +少量能量 酶 例:人、动物、乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根 例:大多数植物、酵母菌 没有氧气参与 葡萄糖 不完全分解 少量能量 酵母菌、乳酸菌等微生物进行无氧呼吸也叫作发酵。P94 细胞呼吸的意义: 细胞呼吸能为生物体 ,还是生物体代谢的枢纽。 的代谢,都可以通过细胞呼吸过程联系起来。 提供能量 蛋白质、糖类和脂质 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。 (1)无氧呼吸只在第一阶段产生少量ATP,第二阶段不产生ATP。 (2)无氧呼吸产物不同的原因:不同生物体内催化反应进行的酶的种类不同。 (3)无氧呼吸并不是必须在绝对无氧的条件下进行。有氧但氧气浓度较低的条件下同样可以进行无氧呼吸。 (4)一般动物细胞无氧呼吸产物为乳酸,植物细胞无氧呼吸产物为酒精和二氧化碳,但也有例外,如马铃薯的块茎、甜菜的块根、玉米的胚等器官,无氧呼吸产生乳酸。 细胞有氧呼吸和无氧呼吸的比较 物质 来源 去向 [H] ①有氧呼吸:C6H12O6和H2O; ②无氧呼吸:C6H12O6 ①有氧呼吸: 与O2结合生成水; ②无氧呼吸:还原丙酮酸 ATP ①有氧呼吸:三个阶段都产生; ②无氧呼吸:只在第一阶段产生 用于细胞中绝大多数 需要能量的生命活动 细胞呼吸中[H]和ATP的来源和去向 呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸 不同点 场所 条件 产物 能量 ATP产生阶段 相同点 细胞质基质、线粒体 细胞质基质 O2、多种酶 无O2参与、多种酶 H2O、CO2 酒精和CO2或乳酸 大量能量(32ATP),大部分的能量以热能散失 少量能量(2ATP),大部分能量储存在乳酸或酒精中 三个阶段均产生ATP 仅在第一阶段产生ATP 第一阶段反应完全相同,且都在细胞质基质中进行; 两种呼吸作用实质相同,都能分解有机物、释放能量、合成ATP; 意义:为生物体的各项生命活动提供能量 细胞有氧呼吸和无氧呼吸的比较 1、呼吸作用过程中有CO2放出时,则可判断此过程( ) A.一定是无氧呼吸 B.一定是有氧呼吸 C.一定不是乳酸发酵 D.一定不是酒精发酵 C 2、下列有关有氧呼吸与无氧呼吸的相同点,不正确的 是 ( ) A.都有从葡萄糖分解成丙酮酸的过程 B.都有有机物的氧化分解 C.都有能量释放,并有ATP的生成 D.分解产物中都有CO2 D 兴趣小组利用装置一(橡皮塞上的弯管为带有红色液滴的刻度玻璃管),探究酵母菌的细胞呼吸类型。 序号 装置中红色液滴的移动现象 结论 装置一 装置二 1 只进行有氧呼吸 2 只进行无氧呼吸 3 既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸 不移动 左移 不移动 右移 左移 右移 装置二除了用等量清水代替10%NaOH溶液外,其他设计与装置一相同 在以C6H12O6为呼吸底物的情况下,CO2释放量和O2的消耗量是判断细胞呼吸类型的重要依据,总结如下: (1)没有CO2释放时,细胞只进行 产生 ,此种情况下,容器内气体体积 变化,如 的无氧呼吸。 (2)不消耗O2,但产生CO2,细胞只进行 产生 。此种情况下容器内气体体积 ,如 的无氧呼吸。 (3)CO2释放量等于O2消耗量时,细胞只进行 ,或者,细胞同时进行 。此种情况下,容器内气体体积 ,但若将CO2吸收,可引起气体体积 。 (4)当CO2释放量大于O2消耗量时,细胞同时进行 _和 两种方式,如酵母菌在不同O2浓度下的细胞呼吸。 无氧呼吸 乳酸 不发生 无氧呼吸 酒精 增大 酵母菌 马铃薯块茎 有氧呼吸 不变 变小 细胞呼吸方式的判定方法 酒精发酵 有氧呼吸 乳酸发酵和有氧呼吸 SkyUser (S) - 这两页一般不展示(40、41) 思考与讨论 1、为什么不同的生物无氧呼吸的产物不同? 2、蓝藻(原核生物)没有线粒体,为什么可以进行有氧呼吸? 3、只进行无氧呼吸的真核生物(例如蛔虫),细胞内有线粒体吗? 细胞质基质中有与有氧呼吸有关的酶 细胞质基质中所含呼吸酶的种类不同 没有线粒体 SkyUser (S) - 这两页一般不展示(40、41) 四、影响细胞呼吸速率的因素 温度(酶)、O2浓度、水分、CO2浓度等 ①温度: /mmol. s -1 o T / 酶活性受温度影响示意图 a b c 温度 呼吸酶的活性 呼吸速率 ①O2浓度=0时, ; ②0<O2浓度<10%时, ; ③O2浓度≥10%时, ; ④O2浓度=5%时, ; 只进行无氧呼吸 同时进行有氧呼吸和无氧呼吸 只进行有氧呼吸 ② O2浓度: 释放CO2总量最少,细胞呼吸最弱,有机物消耗最少 应用:适当降低氧气浓度,可减少呼吸消耗,延长蔬菜和水果的保鲜时间。 ③CO2浓度: 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 ④含水量: 作为呼吸原料,在一定范围内,含水量增加,会促进呼吸反应的进行,超过一定范围,细胞呼吸会受到抑制。 四、影响细胞呼吸速率的因素 ①粮食在收仓前要进行晾晒处理,减少有机物消耗。 ②干种子萌发前进行浸泡处理。 ① 在储存农产品时,可以在密闭的仓库里充CO2、N2 ② 降低温度 ③ 降低水分含量 食物的保存或保鲜有哪些常见的方法? 目的:降低呼吸作用,减少有机物的消耗 透气性好的创可贴 植物松土 水稻露、晒田 水果保鲜 发酵生产 破伤风疫苗 提倡慢跑 零上低温、低氧、一定湿度 种子储藏 低温、低氧、干燥 细胞呼吸原理的应用 五、细胞呼吸原理的应用 $