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(共44张PPT)
第3节 细胞呼吸的原理和应用
第5章 细胞的能量供应和利用
接橡皮球
（或气泵）
A
10% NaOH
酵母菌培养液
澄清石灰水
问题探讨 P90
通气让酵母菌进行有氧呼吸,有利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂;
密封便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。
有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放的能量多，为酵母菌细胞进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。
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。
密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精的同时，能为自身的生命活动提供少量能量。
酵母菌是一类单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。与人类的生活息息相关，不仅是酿酒，做面包、馒头等，都是利用酵母菌的呼吸作用。
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。
细胞呼吸是否都需要氧气？
酵母菌在有氧与无氧条件下有何异同？
一、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌什么条件下产生CO2？什么条件下产生酒精？
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CO2 。
实验思路：
设计实验
作出假设
提出问题
有氧 CO2
无氧 CO2 酒精
产生
产生
+
探究实践 P90-91
1、酵母菌培养液的配置：酵母菌+葡萄糖溶液
煮沸：灭菌、除去葡萄糖溶液中的氧气。
为什么葡萄糖溶液需要煮沸后冷却再加入？
思考讨论：
冷却：避免高温杀死酵母菌。
酵母菌
实验步骤
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。
有氧条件
装置连接
无氧条件
装置连接
（2）B瓶为什么要封口放置一段时间，
再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶？
接气泵
A
10% NaOH
酵母菌培养液
澄清石灰水
B
酵母菌培养液
澄清石灰水
（1）NaOH的作用是什么？
思考：
吸收通入空气中的CO2，排除空气中CO2的干扰。
让酵母菌耗尽瓶内O2，造成无氧环境，
确保产物是无氧呼吸产生的。
怎样控制有氧和无氧条件？
2、检测CO2的产生
CO2多少：
通入澄清的石灰水：
澄清→浑浊
溴麝香草酚蓝溶液：
蓝→绿→黄
A
10% NaOH
酵母菌培养液
澄清石灰水
接橡皮球
（或气泵）
将B瓶先反应一段时间，然后再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶
B
酵母菌培养液
澄清石灰水
澄清的石灰水浑浊程度
溴麝香草酚蓝溶液变黄时间
3、检测酒精的产生
橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生反应：橙色 →灰绿色
提示：
葡萄糖也能和酸性重铬酸钾反应，故检测时需要等培养液中葡萄糖耗尽再进行。
①在A、B中各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入1号、 2号干净的试管中
②在1号、2号试管中各滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液
③并轻轻振荡，观察试管中溶液的颜色变化。
方法步骤：
对比实验 P92
酵母菌既能进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸。
①有氧条件下，酵母菌细胞呼吸产生大量CO2
②无氧条件下，酵母菌细胞呼吸产生酒精和少量CO2
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——对比试验，也叫相互对照实验。
学习前，有氧和无氧两组实验结果均是未知的，都属于实验组。
4、得出结论 P92
探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验
第一阶段：
C6H12O6
酶
2C3H4O3 +4[H] +少量能量
场所：
第二阶段：
场所：
2C3H4O3 +6H2O
酶
6CO2 +20[H] +少量能量
第三阶段：
场所：
24[H] +6O2
酶
12H2O +大量能量
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
2、过程：
1、场所：
细胞质基质、线粒体（主要）
二、有氧呼吸 P92-93
NAD+ → NADH
氧化型辅酶I
NADH（还原型辅酶I）
还原氢[H]：
还原型辅酶I
3、有氧呼吸总反应式 P92
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O + 能量
酶
同位素标记法
有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖，也可利用脂肪等其他能源物质。
思考：线粒体能直接分解葡萄糖吗？为什么？
不能，①膜上无葡萄糖载体； ②线粒体内无分解葡萄糖的酶
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）能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。
34%
32mol
1.在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解，释放能量2870kJ。其中977.28kJ储存在ATP分子中。则转化效率为 ，这些能量能使 ADP转化为ATP。
有氧呼吸的能量利用特点
有氧呼吸释放的能量大部分以热能形式散失，少部分储存在ATP中。
思考讨论 P93
4、有氧呼吸的特点P93（同有机物在生物体外的燃烧相比）：
① 有氧呼吸过程温和
③ 有相当一部分能量储存在ATP中
② 有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放
5、有氧呼吸概念 P93
细胞在____的参与下，通过_______的催化作用，把_______等有机物____________，产生____和____，释放____,生成_________的过程。
氧
多种酶
葡萄糖
彻底氧化分解
CO2
H2O
能量
大量ATP
C6H12O6
2C3H4O3
酶
4[H]
能量
少量ATP
热能
能量
少量ATP
热能
6CO2
酶
6H2O
20[H]
12H2O
6O2
酶
能量
大量ATP
热能
线粒体基质
细胞质基质
②
①
③
线粒体内膜
二、有氧呼吸
三、无氧呼吸 P94
2、过程：
第一阶段：
C6H12O6
酶
2C3H4O3 +4[H] +少量能量
场所：
第二阶段：
场所：
2C3H4O3 +4[H]
酶
2C2H5OH + 2CO2
2C3H4O3 +4[H]
酶
2C3H6O3
细胞质基质
细胞质基质
1、场所：
细胞质基质
多数植物、酵母菌、苹果果实
高等动物、乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等
3、无氧呼吸总反应式 P94
C6H12O6 2C2H5OH +2CO2 +少量能量
酶
C6H12O6 2C3H6O3 +少量能量
酶
高等动物、乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等
无氧呼吸的产物不同的直接原因在于催化反应的酶不同，
根本原因在于控制酶合成的基因不同。
多数植物、酵母菌、苹果果实
酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫发酵，产酒精的叫酒精发酵，产生乳酸的叫乳酸发酵。
4、无氧呼吸能量去向 P94
乳酸
酒精
1mol葡萄糖
196.65（kJ）
61.08kJ
ATP
热能
乳酸或酒精
未释放的能量存留在 或 中
释放
特别注意：无氧呼吸仅第一阶段释放少量能量 ，生成少量ATP。
5、无氧呼吸概念
在没有 参与的情况下， 等有机物经过 分解，释放 能量的过程。
氧气
葡萄糖
不完全
少量
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糖糖。P94
细胞质基质
细胞无氧呼吸过程示意图
细胞膜
细胞外
细胞内
C6H12O6
酶3
2C2H5OH(酒精)和2CO2
2丙酮酸
酶1
4[H]
少能
①
2C3H6O3(乳酸)
酶2
②
少量ATP
热能
细胞呼吸 P94
1）定义: 细胞呼吸是指 在 内经过一系列的 分解，
生成 或其他产物，释放 并生成 的过程。
有机物
细胞
氧化
二氧化碳
能量
ATP
细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽。
细胞呼吸产生的中间产物丙酮酸，是蛋白质、糖类和脂质转化的媒介，蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。
2）意义：
丙酮酸
葡萄糖
氨基酸
甘油
ATP是葡萄糖氧化分解的产物。
×
细胞呼吸是放能反应，释放的能量可以合成ATP。
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 联系 实质 细胞质基质、线粒体
细胞质基质
需要O2、多种酶
不需要O2、多种酶
葡萄糖彻底分解为CO2和H2O
葡萄糖不彻底分解，形成乳酸
或酒精和CO2
释放大量能量
释放少量能量，大部分能量储存在
乳酸或酒精中
有氧呼吸的三个阶段均产生ATP
仅在第一阶段产生ATP
有氧呼吸与无氧呼吸的比较
分解有机物，释放能量
第一阶段反应场所和过程完全相同
(1)图中A是 ，其产生的部位是 。
(2)反应①②③④中，必须在有氧条件下进行的是 ，可在人体细胞中进行的是 。
(3)苹果贮藏久了，会有酒味产生，其原因是发生了图中 过程；而马铃薯块茎贮藏久了却没有酒味产生，其原因是马铃薯块茎在无氧条件下进行了图中 过程。(序号)
丙酮酸和还原氢
细胞质基质
②
①②④
①③
①④
四、细胞呼吸原理的应用 P95
用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料包扎伤口，既敷了药物，又为伤口创造了疏松透气的环境、避免厌氧菌的繁殖，有利于伤口的痊愈。
酵母菌是兼性厌氧菌。在控制通气等条件下，酵母菌有氧呼吸并大量繁殖；无氧条件下则酒精发酵。
土壤板结后及时松土透气，可使根细胞充分的有氧呼吸，有利于根系生长和吸收无机盐。有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使其分解土壤中的有机物。
破伤风芽孢杆菌只进行无氧呼吸，很适合在较深的伤口里生存并大量繁殖。所以，皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌容易大量繁殖。
储藏水果、粮食的仓库，往往要通过降低温度、降低氧气含量等措施，来减弱水果、粮食的呼吸作用，以延长保质期。
提倡有氧运动：原因之一避免肌细胞因O2不足无氧呼吸产生大量乳酸，积累过多乳酸使肌肉酸痛。
变化特点 细胞呼吸的方式
有水生成
有酒精或乳酸生成
酒精量＝CO2量
酒精量＜CO2量
不消耗O2，释放CO2
五、细胞呼吸类型的判断
一定存在有氧呼吸
一定存在无氧呼吸
只进行无氧呼吸
两种呼吸方式同时进行
只进行无氧呼吸
O2吸收量＝CO2释放量
O2吸收量＜CO2释放量
O2吸收量>CO2释放量
五、细胞呼吸类型的判断
只进行有氧呼吸
（或同时无氧呼吸生成乳酸）
两种呼吸方式同时进行
可能存在脂质类氧化分解
①有氧呼吸：C6H12O6∶O2∶CO2＝
②无氧呼吸：C6H12O6∶CO2∶C2H5OH＝ 或C6H12O6∶C3H6O3＝
1∶6∶6
1∶2∶2
1∶2
CO2释放量∶O2吸收量＝4∶3
CO2释放量∶O2吸收量＞4∶3
CO2释放量∶O2吸收量＜4∶3
有氧呼吸＝无氧呼吸
有氧呼吸＜无氧呼吸
有氧呼吸＞无氧呼吸
消耗等量葡萄糖时，有氧呼吸与无氧呼吸产生的CO2的比例为：
产生等量CO2，用于有氧呼吸和无氧呼吸的葡萄糖比例为：
3：1
1：3
液滴移动法探究细胞呼吸的方式
(1)探究装置
(2)结果结论
实验结果 结论
装置1液滴 装置2液滴 不动 不动
不动 右移
左移 右移
左移 不动
左移 左移
只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已经死亡
只进行产生酒精的无氧呼吸
进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸
种子进行有氧呼吸时，底物中除糖类外还含有脂质
误差校正：
若要消除物理因素引起的气体体积变化，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置3。
液滴移动法探究细胞呼吸的方式
煮熟的种子
装置3
装置3与装置2相比，不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。
内因——遗传因素
是否有线粒体
酶的种类、数量、活性
器官种类
生长时期等
影响细胞呼吸的因素
外因——环境因素
O2浓度
温度
CO2浓度
水
……
六、影响细胞呼吸的外部因素
1.O2浓度
(1)影响原理：
(2)曲线分析：
①O2浓度低时，无氧呼吸占优势。
②随O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强。
③当O2浓度达到一定值后，随O2浓度增大，有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的影响)。
O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。
Q点：
P点：
QP段(不包含Q、P点)：
R点：
(2)O2浓度为C时，若AB=BC，有氧呼吸速率=无氧呼吸速率，则此时有氧呼吸消耗的葡萄糖量为无氧呼吸消耗葡萄糖量的 。
不耗O2，产生CO2 只进行无氧呼吸；
耗O2量＝产生CO2量 只进行有氧呼吸；
产生CO2量＞耗O2量 同时进行有氧呼吸和无氧呼吸；
产生CO2最少 细胞呼吸最弱点。在保存蔬菜、水果时,应选择R点对应的O2浓度,因为此时总CO2释放量最少,有机物的损耗最少。
1/3
1.O2浓度
(1)图中几个点表示的生物学意义
柱形图分析：
a点：
b点：
c点：
只有CO2释放量，无O2吸收量，说明只进行产生酒精的无氧呼吸
O2吸收量3，CO2释放量8，有氧和无氧同时进行，有氧呼吸消耗葡萄糖0.5，无氧呼吸消耗葡萄糖2.5
O2吸收量等于CO2释放量，说明只进行有氧呼吸
O2吸收量4，CO2释放量6，有氧和无氧同时进行，有氧呼吸消耗葡萄糖 2/3，无氧呼吸消耗葡萄糖1
d点：
1.甲、乙两图都表示某植物的非绿色器官CO2释放量和O2吸收量的变化。相关叙述不正确的是（ ）
A.甲图中氧浓度为a时的情况对应于乙图中的A点
B.甲图中氧浓度为b时的情况对应于乙图中的CD段
C.甲图的a、b、c、d中c对应的氧浓度最适合贮藏植物器官
D.甲图中氧浓度为d时没有酒精产生
B
甲图中氧浓度为b时，CO2的释放量远远大于氧气的吸收量，说明细胞既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，且无氧呼吸强度大，应对应乙图中的AC段
2.温度
(1)影响原理：温度通过影响酶的活性，影响细胞呼吸速率。
(2)曲线分析：
(3)实际应用：
最适温度时，细胞呼吸最强；超过最适温度，呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制；低于最适温度酶活性下降，细胞呼吸受抑制。
①水果、蔬菜等放入冰箱中(应选取零上低温)，可延长保鲜时间。
②大棚增大昼夜温差：夜间适当降低温度，可降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高蔬菜的产量。
3.CO2浓度
(1)影响原理：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。
(2)曲线分析：
(3)实际应用：
在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度(或充入N2)可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。如地窖中CO2浓度高，有利于蔬菜水果的储存。
4.水
(1)影响原理：
水既是有氧呼吸反应物，又是反应的介质。
在一定范围内自由水含量越多，代谢越旺盛，呼吸作用越强。
(2)实际应用：
①抑制细胞呼吸——晒干的种子含水量降低，细胞呼吸减慢，更有利于储存。
②促进细胞呼吸——浸泡种子，含水量增加，有利于种子的萌发。
种子储存：低氧+零上低温+干燥
蔬菜、水果储存：低氧+零上低温+适宜湿度
二、拓展应用 P96
1、松土透气可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收，促进作物生长，吸收更多的CO2，缓解全球气球变暖现象；增强根系的水土保持能力；避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对土壤有机物的分解，为植物生长提供更多的CO2，也有可能导致局部大气CO2浓度上升。松土不当，可能伤害植物根系；要根据不同植物、植物不同的生长阶段等，采取不同的松土方法。
2.有氧呼吸第一阶段与无氧呼吸第一阶段完全相同，都不需要氧气，都与线粒体无关。联想到地球的早期以及原核细胞的结构，可以大胆作出这样的推测，在生物进化史上先出现无氧呼吸，而后才出现有氧呼吸。继而推测，地球早期的单细胞生物只进行无氧呼吸。体内骨骼肌细胞保留进行无氧呼吸的能力，可以理解为漫长的生物进化史在人类身上留下的印记，同时也可以理解为人体在进行长跑等剧烈运动时，在供氧不足的情况下，骨骼肌细胞保留一定的无氧呼吸来供能，有一定的适应意义。
种子萌发相关物质和生理过程的变化
1.萌发的条件
(1)外部因素——适宜的温度、水分和充足的氧气等。
(2)内部因素——具有活性的胚。
2.物质变化
(1)水分的变化——
种子吸水使自由水增多，代谢增强。
阶段1：种子吸涨吸水；
阶段2：吸涨吸水饱和（受种皮限制）；
阶段3：胚根突破种皮，胚根大量吸水(渗透吸水)
2.物质变化
(1)水分的变化——种子吸水使自由水增多，代谢增强。
(2)有机物的变化——
a有机物的种类：增加，因为细胞呼吸会产生许多中间产物。
b有机物的质量：一般情况下，有机物的变化应该是先减少后增大，真叶长出之前由于呼吸作用要消耗大量有机物，而此时无法进行光合作用，所以只有有机物的消耗；在萌发长出真叶之后，由于可以利用叶绿体进行光合作用制造有机物，光合作用逐渐大于细胞呼吸，因此有机物的量会逐渐上升。
注意：：
但也有萌发初期有机物增加的情况，那就是油菜种子的萌发。
种子萌发相关物质和生理过程的变化
3.细胞呼吸的变化
(1)在第Ⅰ阶段，种子由于吸胀吸水，呼吸速率上升，CO2释放>O2吸收，有氧呼吸和无氧呼吸同时进行。
(2)在第Ⅱ阶段，种子呼吸作用CO2的产生量要比O2的消耗量大得多，说明此期间主要进行无氧呼吸。
(3)在胚根长出后，由于胚根突破种皮，增加了O2的吸收量，呼吸速率上升，种子以有氧呼吸为主，CO2释放＜O2吸收量，糖类、脂肪参与氧化分解。
种子萌发相关物质和生理过程的变化
水解 vs 氧化分解
多糖
二糖
葡萄糖
初步水解
彻底水解
蛋白质
多肽
氨基酸
核酸
核苷酸
磷酸基团五碳糖
含N碱基
脂肪（甘油三酯）
脂肪酸+甘油
肽酶
蛋白酶
核苷酸酶
DNA酶/RNA酶
脂肪酶
淀粉
麦芽糖
葡萄糖
麦芽糖酶
淀粉酶
纤维素
纤维二糖
葡萄糖
葡萄糖苷酶
C1酶、Cx酶
水解
较大分子→较小分子
氧化分解
糖类
脂肪
彻底氧化分解
CO2+H2O
+能量
蛋白质
彻底氧化分解
CO2+H2O+尿素
+能量
C H O N
C H O
(消化）
有机物→ CO2+其他产物+能量
含P有机物
彻底氧化分解
CO2+H2O+磷酸盐
+能量
C H P
(代谢利用）

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