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(共46张PPT)
5.3 细胞呼吸的原理和应用
驱动生命活动的直接能源物质是什么？
回忆旧识
合成ATP所需的能量来源于哪里？
动物和人
绿色植物
用
作
吸
呼
呼
吸
作
用
光
合
作
用
ADP+Pi+
能量
ATP
ATP合成酶
呼吸： 机体与环境之间O2和CO2交换的过程。
对比
呼吸和呼吸作用的区别
细胞呼吸
细胞呼吸的方式：
细胞呼吸是否都需要氧？生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？
是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO2或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。也称呼吸作用。
探究·实践
思考：酵母菌是常用来研究细胞呼吸作用的材料，为什么呢？生活中有哪些应用？
酵母菌是单细胞真菌，是异养兼性厌氧型生物，能将糖发酵成酒精和二氧化碳，在有氧和无氧条件下都能够存活，常用来酿酒、面粉发酵。
一、细胞呼吸的方式：
提出问题
作出假设
无氧
CO2+酒精
产生
CO2
有氧
产生
问题：酵母菌什么条件下产生CO2,什么条件下产生酒精？
同学们给出的答案可能有：
有氧条件下产生CO2，无氧条件下产生酒精；
有氧条件下产生酒精，无氧条件下产生CO2；
有氧条件下和无氧条件下都产生酒精和CO2；
…
根据已有的知识和生活经验，针对所提出的问题作出假设。
探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
无氧
CO2+酒精
产生
CO2
有氧
产生
问题：酵母菌什么条件下产生CO2,什么条件下产生酒精？
问题：怎样设置实验来对所提出的假说进行验证？
提出问题
作出假设
设计实验
探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.确定实验目的
自变量是什么？
因变量是什么？
2.细化：
如何控制自变量
如何检测因变量
3.控制无关变量：
控制那些可能影响实验结果的因素
4.写出具体做法：
方法步骤
设计实验
有氧/无氧条件
是否产生CO2/酒精
通气/密封
用澄清石灰水（溴麝香草酚蓝）、重铬酸钾溶液检测
无关变量保持相同且适宜
探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
B
酵母菌培养液
活动：搭建实验装置
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
运用以上装置分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置
探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
有氧呼吸装置
无氧呼吸装置
A
酵母菌培养液
B
酵母菌培养液
气泵
E
C
质量分数为10%的NaOH溶液
D
澄清的
石灰水
D
澄清的
石灰水
思考：1、锥形瓶A、B中除了酵母菌还有需加入什么营养物质？
2、锥形瓶C的作用是什么
3、锥形瓶B为什么要放置一段时间后连接D瓶？
NaOH溶液的作用是除去空气中的CO2，以保证D瓶中使澄清石灰水变浑浊的CO2是由酵母菌有氧呼吸产生的。
5%葡萄糖溶液
5%葡萄糖溶液
刚封口的时候，锥形瓶中有氧气，本实验探究的是无氧呼吸，所以应先把氧气消耗完，确保通入澄清石灰水中的CO2是无氧呼吸产生的。
探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
无氧
CO2+酒精
产生
CO2
有氧
产生
问题：酵母菌什么条件下产生CO2,什么条件下产生酒精？
问题：怎样设置实验来对所提出的假说进行验证？
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
实验步骤
称取等量的两份食用酵母菌（10g）；
配制质量分数为5%葡萄糖溶液作为酵母菌的培养液；
搭建如图的有氧呼吸（左）和无氧呼吸（右）装置；
培养、观察澄清石灰水的状态并记录。
探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
无氧
CO2+酒精
产生
CO2
有氧
产生
问题：酵母菌什么条件下产生CO2,什么条件下产生酒精？
问题：怎样设置实验来对所提出的假说进行验证？
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果得出结论
探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
观测结果：1、检测CO2的产生情况
根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短。
溴麝香草酚蓝水溶液遇CO2的变色过程
探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
刚加入重铬酸钾
A
B
A
B
灰绿色
A: 有氧条件下酵母菌培养液；
B: 无氧条件下酵母菌培养液
橙色重铬酸钾的浓硫酸溶液
观测结果：2、检测酒精的产生情况
一段时间以后
探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果得出结论
1、酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，产生大量二氧化碳，不产生酒精；
2、酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸，产生少量二氧化碳，同时也产生酒精。
科学方法
讨论：本实验中哪个是对照组，哪个是实验组？
对比实验（相互对照实验）
　　设置两个或两个以上的实验组，通过对几个实验组结果的分析比较，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。
实验组
实验组
实验小结
科学探究的一般过程：
观察实验资料：
自变量
因变量
无关变量
有氧呼吸的过程
二、有氧呼吸
C6H12O6＋6H2O＋6O2 6CO2＋12H2O＋能量
外膜
内膜
DNA/RNA
核糖体
嵴
增大膜面积
分布有氧呼吸的酶
1、主要场所：线粒体
基质
2、总反应式
分布有氧呼吸的酶
以葡萄糖为例，有氧呼吸过程总共分为几个阶段？
每个阶段的反应过程是怎样的？发生场所在哪里？能量的产生情况如何？
CO2在哪个阶段产生？
O2在哪个阶段被消耗？
分析产物CO2中“O”的来源，以及反应物O2中“O”的去向。
二、有氧呼吸
二、有氧呼吸
（1）第一阶段：
C6H12O6
2丙酮酸
酶
4[H]
能
ATP
热
线粒体
细胞质基质
①
葡萄糖的初步分解
C6H12O6
酶
+4[H] +能量
场所：细胞质基质
2C3H4O3
（少量）
二、有氧呼吸
（2）第二阶段：
线粒体
6CO2
能
ATP
热
20[H]
②
丙酮酸彻底分解
酶
6CO2 +20[H]+ 能量
场所：线粒体基质
2C3H4O3
+6H2O
（少量）
C6H12O6
2丙酮酸
酶
4[H]
能
ATP
热
细胞质基质
①
酶
6H2O
二、有氧呼吸
（3）第三阶段：
12H2O
6O2
酶
能
ATP
热
细胞质基质
③
[H]的氧化
酶
12H2O + 能量
场所：线粒体内膜
24[H] + 6O2
（大量）
线粒体
6CO2
能
ATP
热
20[H]
②
C6H12O6
2丙酮酸
酶
4[H]
能
ATP
热
①
酶
6H2O
有氧呼吸过程
2.1
能
+6H2O
酶
C6H12O6
2C3H4O3
能
酶
6CO2+
6O2+24[H]
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
12H2O+
酶
能
4[H] +
第一阶段糖变酸
葡萄糖的初步分解
第二阶段
丙酮酸的彻底分解
你搅拌我搅拌，冒出气泡CO2
第三阶段
氢氧见
化作纯水御春寒
注：这里的[H]是一种十分简化的表示方式，这一过程实际上是指氧化型辅酶I（NAD十)转化成还原型辅酶I (NADH)。
人为将有氧呼吸划分为三个阶段
有氧呼吸过程
2.2
C6H12O6
2C3H4O3 +4 [H] + 少量能量
（丙酮酸）
酶
6CO2+20[H] +少量能量
酶
2C3H4O3+6H2O
12H2O + 大量能量
24[H] + 6O2
酶
（场所：细胞质基质）
1. 葡萄糖的初步分解
（场所：线粒体基质）
2. 丙酮酸的彻底分解
（场所：线粒体内膜）
3. [H]的氧化
酶
C6H12O6
＋
6H2O
＋ 6O2
6CO2
＋12H2O
＋ 能量
6CO2+20 [H] +能量(少量)
2丙酮酸
+6H2O
酶
酶
12H2O+能量(大量)
24[H]+6O2
C6H12O6
酶
2丙酮酸 +4 [H] + 能量(少量)
有氧呼吸过程小结
1、有氧呼吸中哪一种物质既是反应物又是生成物？
2、有氧呼吸中吸收的O2量和释放的CO2量有什么特点？
二、有氧呼吸
细胞在 的参与下，通过多种 的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生 ，同时释放能量，生成 的过程，叫做有氧呼吸。
原核生物可以
与有氧呼吸相关的酶、通氧气。
1.没有线粒体可以进行有氧呼吸吗？
2.进行有氧呼吸需要什么条件？
思考：
O2
酶
CO2和水
大量ATP
3、有氧呼吸的概念：
思考·讨论1
1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870 kJ能量，可以使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。请你计算一下，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？
其余1892.72kJ主要以热能的形式散失掉。
1mol葡萄
糖释放能量
2870kJ
有977.28kJ转移至ATP能量效率高达34％，使32molADP转化为ATP。
葡萄糖的燃烧
思考·讨论2
保证有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面：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。
（完成探究案8）
三、无氧呼吸
、概念：无氧呼吸是指细胞在 条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为 的氧化产物，释放出少量能量，生成 的过程。
无氧
不彻底
少量ATP
三、无氧呼吸
细胞质基质
线粒体
C6H12O6(葡萄糖)
散失
ATP
酶
[H]
能量
丙酮酸
酶
C2H5OH(酒精)
CO2
C3H6O3
（乳酸）
酶
1、过程
H2O
[H]
CO2
O2
H2O
酶
酶
大量能量
第一阶段：细胞质基质
酶
2丙酮酸+4[H]
2C3H6O3（乳酸）
第二阶段：细胞质基质
酶
2丙酮酸+4[H]
2C2H5OH+2CO2
例：动物细胞、高等植物的某些器官（如马铃薯块茎、玉米胚、甜菜块根等）
例：酵母菌、绝大多数植物
C6H12O6
2C3H4O3 +4[H]+少量能量
酶
无氧呼吸过程（完成探究案9）
3.1
能
酶
C6H12O6
2C3H4O3+4[H]
酶
2C2H5OH + 2CO2
细胞质基质
2C3H6O3
酶
第一阶段与有氧呼吸第一阶段完全一样
第二阶段丙酮酸在不同酶的催化下，分解为酒精和二氧化碳或者转化为乳酸
C6H12O6
酶
2C3H6O3（乳酸）+少量能量
例：高等动物（如肌细胞）、乳酸菌、高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等）。
C6H12O6
酶
2C2H5OH（酒精）+ 2CO2+ 少量能量
酒精发酵
例：大多数植物（如水稻根、苹果果实）、酵母菌。
无氧呼吸的总反应式
3.4
注：微生物的无氧呼吸叫做发酵。但工业上的发酵并非完全无氧，比如醋酸发酵。
乳酸发酵
三、无氧呼吸
无氧呼吸释放的能量为什么比有氧呼吸少？
无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。有机物分解不彻底，还有大部分能量储存于乳酸和酒精中。
不同点 有氧呼吸 无氧呼吸
场所
条件
产物
能量
相同 联系
实质
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
氧气、酶等
酶等
CO2和H2O
酒精和CO2或乳酸
释放大量能量
释放少量能量
分解有机物，释放能量
第一阶段反应场所和过程完全相同
小组讨论，比较有氧呼吸与无氧呼吸的异同
细胞呼吸的概念和意义
概念
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。
意义
（1）为生物体的生命活动提供能量
（2）生物体代谢的枢纽（如丙酮酸）
糖类
葡萄糖
丙酮酸
有氧呼吸
第二、三阶段
脂肪
甘油 + 脂肪酸
蛋白质
氨基酸
有机酸
脱氨基作用
NH3
β氧化
四、细胞呼吸原理的应用
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？
1、选用“创可贴”等敷料包扎伤口，既为伤口敷上了药物，又为伤口创造了疏松透气的环境、避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。
2、酵母菌是兼性厌氧微生物。酵母菌在适宜的通气、温度和pH等条件下，进行有氧呼吸并大量繁殖；在无氧条件下则进行酒精发酵。
通过降低温度和氧气含量，减弱呼吸作用
避免肌细胞无氧呼吸产生大量乳酸
3、松土透气，根细胞进行充分的有氧呼吸产生的能量，有利于根系的生长和根细胞通过主动运输吸收无机盐。稻田定期排水，避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。
4、较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌（厌氧菌）适合在这种环境中生存并大量繁殖。所以，伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时注射破伤风血清（抗体）。
四、细胞呼吸原理的应用
影响细胞呼吸的外界因素
2.0
呼吸速率：指单位时间内呼吸作用消耗的反应物的量或生成物的产生量。
影响有氧呼吸的外界因素：
C6H12O6+ 6H2O + 6O2
酶
6CO2 + 12H2O+能量
反应物
自由水量
氧气浓度
条件
温 度
产物
水的散失
CO2
浓
度
五、影响细胞呼吸的环境因素
1 温度
温度
呼吸速率
应用：低温保存
过高CO2抑制细胞呼吸
应用：增加CO2的浓度保鲜
O2浓度
呼吸速率
O2浓度
呼吸速率
有氧呼吸
无氧呼吸
CO2浓度
呼吸速率
影响酶的活性
应用：干燥保存
应用：低氧保鲜
4 O2浓度
2 CO2浓度
3 H2O
不消耗O2，只进行无氧呼吸。
B点：
C点之后：
只进行有氧呼吸。
无氧呼吸消失。
A
P
C
B
0 5 10 15 20 25
无氧呼吸CO2释放量
CO2生成总量
有氧呼吸CO2释放量
释放量
CO2
O2浓度%
D
A点：
重点分析：O2浓度对细胞呼吸速率的曲线分析
P点：CO2释放量最低
细胞呼吸最弱，有机物消耗最少。
对应的O2浓度（D点），利于储藏和保存
O2浓度为0-10%时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。
水果蔬菜保鲜：低温、低氧、中等湿度
粮食储存：低温、低氧、干燥
结合影响细胞呼吸的因素，你认为蔬菜水果和粮食应该在什么条件下储存？
归纳提升：判定细胞呼吸方式的三大依据
课堂检测
1、下列生产措施或生活现象所涉及的细胞呼吸知识，解释不正确的是( 　 )
C
A．提倡慢跑，可防止无氧呼吸产生乳酸使人体肌肉酸胀
B．零度以上低温贮存果蔬，可降低呼吸酶活性，减少有机物的分解
C．马铃薯块茎腐烂的原因是无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用
D．作物种子贮藏前需要干燥，主要是通过减少水分以抑制细胞有氧呼吸
课堂检测
2、细胞内糖分解代谢过程如图，下列叙述正确的是（ ）
A．动物细胞内能进行过程①②或过程①③
B．酵母菌的过程②只在线粒体中进行
C．过程①③释放的能量转移至ATP和酒精中
D．乳酸菌细胞内过程④不需要[H]参与
B
课堂检测
3、下图表示某植物幼根的细胞呼吸过程中，O2的吸收量和CO2的释放量随环境中O2浓度的变化而变化的曲线，其中线段XY＝YZ，则在氧浓度为a时说明正确的是( 　 )
C
A.有氧呼吸比无氧呼吸消耗的有机物多
B.有氧呼吸和无氧呼吸释放的能量相等
C.有氧呼吸比无氧呼吸释放的能量多
D.有氧呼吸比无氧呼吸释放的二氧化碳多

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