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细胞呼吸的原理和应用
2022
新人教版 · 高中生物必修一 · 第五章 第三节
直接能源物质
主要能源物质
主要储能物质
动物细胞内重要储能物质
植物细胞内重要储能物质
最终能量来源
ATP
糖类
脂肪
糖原
淀粉
太阳能
动物细胞：呼吸作用
植物细胞：呼吸作用、光合作用
ATP合成途径有哪些？
呼吸作用是ATP的主要来源
呼吸作用：指细胞内有机物的氧化分解，并释放出能量的过程。
呼吸：机体与环境之间O2和CO2交换的过程。
呼吸作用：也称细胞呼吸
思考：细胞呼吸是否都需要氧气？生物在有氧和无氧条件下是否都能进行呼吸作用？
酵母菌：单细胞真菌（真核生物）
在有氧和无氧的条件下都能生存。
属于兼性厌氧菌
1.实验材料：酵母菌
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
探究一：酵母菌在什么条件产生的CO2 （有氧？无氧？）
哪种条件下产生的多？
作出假设
提出问题
设计实验
CO2
有氧
产生
无氧
CO2
产生
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
探究二：酵母菌在什么条件产生的酒精（有氧？无氧？）
无氧
酒精
产生
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
（1）怎么控制有氧和无氧的环境？
（2）用什么检测CO2和酒精？
（3）怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
有氧 通氧气
无氧 隔绝空气
CO2：澄清的石灰水或溴麝香草酚蓝溶液(蓝 绿 黄)
酒精：重铬酸钾(橙色 灰绿色)
酸性
为酵母菌提供5％葡萄糖培养液。
设计实验
进行实验
探究一：
根据澄清石灰水浑浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。
A装置中使用气泵的目的是什么？
A装置中质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？
B装置中，为什么要将B瓶封口放置一段时间后再连通装有澄清石灰水的锥形瓶？
通气，设置有氧环境
排除空气中的CO2对实验结果的干扰，确保产物CO2都由酵母菌产生
将B瓶中的氧气消耗掉，确保产物CO2都来自于酵母菌无氧呼吸产生
分析结果、得出结论
结论：酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸，均能产生二氧化碳。
在有氧的条件下，酵母菌产生的二氧化碳多于在无氧的条件下产生的二氧化碳。
改进装置
在有氧呼吸装置中添加装有澄清石灰水的锥形瓶，以检测进入酵母菌培养液中的气体有没有CO2。
在无氧呼吸装置的酵母菌培养液的表层滴加适量的植物油，可以完全隔绝O2以保证绝对的无氧呼吸。
怎样鉴定有无酒精产生？
橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色。
【小科普】酒驾检测：让司机对检测仪进行吹气，吹出的气体直接接触到用硫酸处理过的重铬酸钾，如果吹出的气体中含有酒精，重铬酸钾会变成灰绿色的硫酸铬。
（1）取2支试管编号A,B
（2）各取上个实验中，A（有氧）、B（无氧）锥形瓶酵母菌培养液的滤液2毫升，注入试管
（3）分别滴加0.5毫升酸性重铬酸钾溶液，轻轻震荡、混匀
进行实验
探究二：
加入浓硫酸
结论：
酵母菌只有在无氧条件下才能产生酒精。
分析结果、得出结论
实验推论：
有氧呼吸：
C6H1206＋O2 CO2+H2O+能量
酶
无氧呼吸：
C6H1206 CO2+C2H50H+能量
酶
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸
有氧呼吸消耗O2产生CO2
无氧呼吸不消耗O2产生CO2
设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系，这样的实验叫做对比实验。
对比实验
1.酵母菌
作饲料添加剂：
一直通气→为酵母菌提供O2→大量繁殖
酿酒：
先通气→大量繁殖，再密封→酒精
2.在有氧条件下，酵母菌通过呼吸作用分解营养物质释放的能量多。
单细胞真菌
属于兼性厌氧菌
有氧和无氧的条件下都能生存
线粒体基质
线粒体内膜
内膜向内折叠形成嵴
1、线粒体如何扩大膜面积？
2、酶主要分布在哪里？
3、DNA主要分布在哪里？
线粒体基质
一、细胞呼吸的方式
有氧呼吸
无氧呼吸
线粒体
主要场所：
外膜
嵴(内膜)
DNA
基质
有氧呼吸的过程
H2O
大量
能量
少量
能量
少量
能量
CO2
［H］
O2
［H］
丙酮酸
H2O
丙酮酸
葡萄糖
[H]与O2
结合
NAD+ NADH
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
一、有氧细胞呼吸的过程示意图
有氧呼吸的三个阶段
场所：细胞质基质
第一阶段：葡萄糖的初步分解
场所：线粒体基质
酶
6CO2 +20 [H] +少量能量
2C3H4O3+6H2O
C6H12O6
酶
2C3H4O3 +4 [H] + 少量能量
（丙酮酸）
场所：线粒体内膜
酶
12H2O +大量能量
24[H] + 6O2
第二阶段：丙酮酸彻底分解
第三阶段：[H]的氧化
有氧呼吸 场 所 反应物 产 物 释能
第一阶段
第二阶段
第三阶段
细胞质基质
主要是
葡萄糖
丙酮酸
[H]
少量
丙酮酸
H2O
CO2、[H]
少量
[H]、O2
H2O
大量
线粒体
基质
线粒体
内膜
有氧呼吸的三个阶段
有氧呼吸
过程图解
线粒体
细胞质基质
C6H12O6
酶
少量能量
4[H]
2丙酮酸(C3H4O3)
第一阶段
细胞质基质
酶
6 H2O
6CO2
少量能量
20[H]
6O2
大量能量
酶
12H2O
第二阶段
线粒体基质
第三阶段
线粒体内膜
1. 用含18O的葡萄糖进行有氧呼吸，最终出现含18O
的物质是？
A. 丙酮酸 B. CO2
C. H2O D. H2O和CO2
2.白鼠吸入18O2，体内最先出现含18O的物质是？
A.CO2 B.水 C.丙酮酸 D.乳酸
18O2：C6H1218O6→丙酮酸→C18O2
拓展：白鼠吸入放射性18O2，它呼
出的CO2中可能含有18O吗？
18O2→H218O→C18O2
18O2
H218O
H218O
C18O2
探究元素动向的方法：同位素标记法
有氧呼吸过程中氧元素的去向：
有氧呼吸的能量利用特点：
1mol
葡萄糖
彻底氧化分解释放能量
ATP
ADP
Pi
977.28kJ
其余的能量
热能
散失
2870kJ
有氧呼吸的能量转化效率大约是多少？
这些能量大约能使多少ADP转化为ATP？
大约34%
32molADP转化为ATP
思考·讨论
有氧呼吸与体外燃烧的比较：
【思考·讨论】
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？
比较项目 作用条件 能量释放 能量去向
有氧呼吸 温和 逐步释放 部分储存在ATP中
体外燃烧 点燃 一下子释放 全部热能散失
葡萄糖的燃烧
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？
可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；
能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。
思考·讨论
①主要场所：
线粒体
②能量去向：
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
③总反应式：
④有氧呼吸概念：
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。
　 　C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+ 12H2O +能量
酶
氧
多种酶
葡萄糖
CO2
H2O
能量
彻底氧化分解
大量ATP
有氧呼吸小结
你是否有过同样的感受？
剧烈运动后
腿部酸痛
这种剧烈运动后的肌肉酸痛是由什么引起的？
◆ 与有氧呼吸第一阶段相同
第一阶段：葡萄糖的初步分解
C6H12O6
酶
+4[H] + 少量能量
无氧呼吸的过程
反应场所
物质变化
能量变化
生成少量能量（2ATP）
细胞质基质
2C3H4O3
第二阶段：丙酮酸不彻底分解（以乳酸为产物）
2C3H4O3
酶
+4[H]
无能量产生，能量储存在乳酸中
细胞质基质
2C3H6O3
（乳酸）
无氧呼吸的过程
反应场所
物质变化
能量变化
总反应式：
C6H12O6 2C3H6O3 +少量能量
酶
第二阶段：丙酮酸不彻底分解（以酒精为产物）
2C3H4O3
酶
+4[H]
无能量产生，能量储存在酒精中
细胞质基质
2C2H5OH+2CO2
(酒精)
无氧呼吸的过程
反应场所
物质变化
能量变化
总反应式：
C6H12O6 2C2H5OH +2CO2+少量能量
酶
C6H12O6酶少量能量4[H]2丙酮酸(C3H4O3)第一阶段细胞质基质酶酶2酒精+2CO2(C3H6O3)2乳酸第二阶段细胞质基质(C2H5OH)两种无氧呼吸的异同细胞质基质线粒体无氧呼吸的场所（个体水平）
高等动物骨骼肌、乳酸菌、高等植物的某些器官（马铃薯块茎根等）
大多数植物（如苹果果实）、酵母菌
◆微生物的无氧呼吸特称为发酵，产生酒精的称酒精发酵，产生乳酸的称乳酸发酵。
C6H12O6 2C3H6O3 +少量能量
酶
C6H12O6 2C2H5OH +2CO2+少量能量
酶
为什么无氧呼吸的产物有的是酒精，有的是乳酸？
酶的专一性
有氧呼吸
细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，将葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放大量能量，生成大量ATP的过程。
01
02
细胞在缺氧的条件下，通过多种酶的催化作用，将葡萄糖等有机物不彻底氧化分解，产生乳酸或二氧化碳和酒精，释放少量能量的过程。
无氧呼吸
有氧呼吸与无氧呼吸的概念比较
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。
细胞呼吸：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，释放出能量并生成ATP的过程。
场所：细胞内
实质：有机物氧化分解→主要是葡萄糖氧化分解
条件：有氧、无氧
产物：CO2或其他产物，释放能量
合成ATP
以热能形式散失（维持体温）
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 条件
场所
产物
能量
相同点 过程 本质 意义 氧气、酶、适宜的温度
酶、适宜的温度
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
CO2、H2O
CO2和酒精 / 乳酸
释放大量能量
（彻底氧化分解）
释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中
（不彻底氧化分解）
第一阶段完全相同
有氧呼吸与无氧呼吸的比较
分解有机物，释放能量，合成ATP
为生物体各项生命活动提供能量
课堂检测
（4）哪些过程能产生二氧化碳？
（3）酵母菌细胞中可以进行哪些过程？
（2）动物细胞中可以进行哪些过程？
（1）①②③④过程进行的场所分别是哪里？
（5）哪些阶段可以释放能量，产生ATP？
1.思考：
2.下图是细胞代谢过程中某些物质的变化过程示意图，下列叙述正确的是(　　)
A.在乳酸菌细胞中，能进行过程①②④
B.过程①④都需要O2的参与才能正常进行
C.真核细胞中催化过程①②③酶均位于细胞质基质中
D.植物细胞中均不会发生②
C
判断酵母菌呼吸方式：
只有有氧呼吸
有氧呼吸和无氧呼吸
只有无氧呼吸
a：只有CO2释放→
b：吸收O2＜释放CO2→
c：吸收O2=释放CO2→
归纳提升：判定细胞呼吸方式的三大依据
细胞呼吸的意义
为生命活动提供能量
细胞呼吸
能
量
热能
散失
能量
转移
ATP
ADP
Pi
Pi
能
量
细胞分裂
生长发育
主动运输
肌肉收缩
大脑思考……
C6H12O6
CO2＋H2O
吸能反应
影响呼吸作用的因素有哪些？
　 　C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+ 12H2O +能量
酶
温度
水
O2浓度
CO2浓度
影响呼吸作用的因素
温度
作用机理：影响酶活性而影响呼吸速率
温度
呼吸速率
应用：贮存水果时，适当降低温度
在农业上，夜晚适当降低温度，可以减
少呼吸作用对有机物的消耗。
水
作用机理：细胞自由水水含量高，代谢增强。
应用：稻谷等种子在贮藏前要晾晒，甚至风干，减少水分，降低呼吸消耗。
O2浓度
作用机理：O2是有氧呼吸必须的，对无氧呼吸有抑制作用
无氧呼吸速率
O2
有氧呼吸速率
O2
CO2的生成速率
CO2的生成速率
O2=0，
O2>0，
O2浓度↑，有氧呼吸速率逐渐增高；
在一定O2浓度下达到最大值
进行无氧呼吸；
无氧呼吸逐渐受到抑制。
CO2浓度
作用机理：CO2是细胞呼吸的产物，积累过多会抑制细胞呼吸。
CO2浓度
呼吸速率
应用：适当增加CO2浓度，抑制细胞呼吸，有利于水果和蔬菜的保鲜。
五、影响呼吸作用的因素
O2浓度
作用机理：O2是有氧呼吸必须的，对无氧呼吸有抑制作用
总呼吸速率
O2
无氧
呼吸
+
有氧
呼吸
B点。低氧气浓度下储藏
A
B
C
哪个氧气浓度下储藏粮食最好？
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
A点呼吸方式：
AB段呼吸方式：
C点呼吸方式：
O2浓度为0-10%时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。
教材 P96 一 2
C
呼吸作用的应用
为什么包扎伤口要选用透气消毒纱布或创可贴？
为什么利用酵母菌酿酒要先通入一定量的无菌空气，再密封？
为什么要给作物及时松土？为什么水稻要定期排水？
为什么储藏水果粮食要降低温度和氧气含量等措施延长保质期？
为什么皮肤伤口较深要到医院及时注射破伤风抗毒血清？
为什么提倡慢跑？
阅读P95的6个资料，说说细胞呼吸原理在生活生产中有哪些应用？
细胞呼吸原理的应用（P95）
病菌多是厌氧生物
O2对其生命有抑制作用
酸奶
酒
乳酸杆菌
(兼性厌氧)
酵母菌
(厌氧)
抑制根无氧呼吸
(酒精有毒害)
抑制病菌无氧呼吸
先通氧，再密封
促进根有氧呼吸
有利于主动运输
吸收_____________
矿质离子
细胞呼吸原理的应用（P95）
破伤风杆菌
（厌氧）
促进有氧呼吸(减少乳酸产生)
种子、粮食
蔬菜、水果
低温、低氧、干燥
低温、低氧、一定湿度
注射破伤风抗毒血清（抗体）
1.与有氧呼吸相比，无氧呼吸最主要的特点是
Ａ.分解有机物
Ｂ.释放能量
Ｃ.需要酶催化
Ｄ.有机物分解不彻底
2.新鲜蔬菜放在冰箱的冷藏室中，适当延长保鲜时间的生理原因是
A.呼吸作用减弱
B.呼吸作用加强
C.光合作用减弱
D.促进了物质的分解
D
A
3.种在湖边的玉米，长期被水淹，生长不好，其原因是
A.根细胞吸收水分过多
B.营养缺乏
C.光合作用强度不够
D.细胞有氧呼吸受阻
D
4.马铃薯储存不当会出现酸味，这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。下列说法正确的是
A.马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖
B.马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来
C.马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生产ATP
D.马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生
B

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