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(共51张PPT)
第3节 细胞呼吸的原理和应用
复习提问：
1、驱动细胞生命活动的直接能源物质
2、ATP的中文名称、结构简式？其中“A”代表？“～”代表 ？
3、ATP的结构中腺苷指的什么？ATP水解掉2分子的磷酸是构成哪种核酸的单位？
4、ATP特点：含量很少，但转化很快。
5、ATP水解的实质：远离腺苷的特殊的化学键容易水解。
6、ATP水解时能量的来源和去路？合成ATP时能量的来源和去路？
7、合成ATP的场所？ATP水解的场所？
8、吸能反应与ATP水解相联系；放能反应与ATP合成相联系。
9、参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶？在该酶的作用下载体蛋白磷酸化？
10、ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化后，会引起________发生变化，________也被改变，因而可以参与各种化学反应。
11、ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化的意义？
发酵生产葡萄酒的车间
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
1.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。
2.在有氧条件下,酵母菌分解营养物质释放的能量多,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。
3.在密封发酵时酵母茵将有机物转化为酒精对它自身有什么意义
3.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。
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。
酵母菌：单细胞真菌
营养方式：异养
1、有氧和无氧条件下都能生存
2、生殖周期短繁殖速度快
3、易于培养
？
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
1、酵母菌：酵母菌是一种单细胞真菌，其代谢类型是异养兼性厌氧型，其细胞呼吸方式为有氧呼吸和产生 (填“酒精”或“乳酸”)的无氧呼吸。
2、细胞呼吸产物的检测
①CO2的检测方法：
②酒精的检测：
酒精
a、CO2使澄清石灰水变浑浊
b、CO2使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄
在酸性条件下，橙色的重铬酸钾溶液与酒精发生化学反应，变成灰绿色。
3、装置图：
NaOH
吸收空气中的CO2，排除空气中的CO2对实验结果的干扰。
用于检测CO2
①图甲中空气先通过NaOH溶液的目的：
②图乙中B瓶先密封放置一段时间（为什么？）:
耗尽B瓶中的氧气，确保右瓶中检测到的CO2是酵母菌在无氧呼吸产生的
思考1：有同学认为，在有氧呼吸实验装置中１０％的氢氧化钠溶液不能完全吸收二氧化碳，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？
在A锥形瓶前增设一个装有澄清石灰水（或溴麝香草酚蓝水溶液）的锥形瓶，以检测经处理过的气体中有无二氧化碳。
思考2：有人认为：实验装置中酒精和二氧化碳的产生是葡萄糖水溶液的纯化学反应，与酵母菌无关，你如何驳斥这种错误观点？
葡萄糖
水溶液
葡萄糖
水溶液
②结果分析：
条件 澄清石灰水的变化/ 出现变化的时间 重铬酸钾—
浓硫酸溶液
甲组(有氧) 变混浊程度高／快 不变灰绿色
乙组(无氧) 变混浊程度低／慢 出现灰绿色
4、实验结论
有氧呼吸
无氧呼吸
二、细胞呼吸的方式
（主要）
外膜
内膜
基质
嵴
1、主要场所：
线粒体
（一）有氧呼吸
(1)线粒体具有内、外双层膜。
(2)内膜向内腔折叠形成嵴，大大增加了内膜的表面积。
(3)线粒体内充满了液态的基质。
(4)线粒体的内膜上和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
2、总反应式：
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O +能量
酶
大部分以热能形式散失
32ATP
有氧呼吸总过程可分三个阶段：
C6H12O6
2C3H4O3
（丙酮酸）
+4[H]
+少量能量
酶
细胞质基质
+6H2O
酶
6CO2
+20[H]
+少量能量
线粒体基质
24[H]
+6O2
酶
12H2O
+大量能量
线粒体内膜
葡萄糖的初步分解
①
丙酮酸彻底分解
②
[H]的氧化
③
有氧呼吸[H]来源：
葡萄糖、H2O
生成水
作用：
2C3H4O3
（丙酮酸）
[H]指的是由氧化型辅酶Ⅰ（NAD+）转化成的还原型辅酶Ⅰ（NADH）
NAD+ +H+ +2e-→ NADH(即[H])
写出有氧呼吸的总反应方程式
并标记氧原子的来源与去路
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O + 能量
酶
葡萄糖
[H]
丙酮酸
少量能量
3.有氧呼吸分成三个阶段：
酶
2丙酮酸+ 4[H] + 少量能量
第一阶段：
C6H12O6
不需要氧的参与
细胞质基质中完成
细胞质基质
葡萄糖
[H]
丙酮酸
少量能量
丙酮酸
H2O
少量能量
CO2
[H]
3.有氧呼吸分成三个阶段：
第二阶段：
2丙酮酸 + 6H2O
6CO2 + 20[H] + 少量能量
酶
细胞质基质
不需要氧直接参与
线粒体基质中完成
葡萄糖
[H]
丙酮酸
少量能量
丙酮酸
少量能量
H2O
大量能量
H2O
[H]与O2结合
CO2
O2
3.有氧呼吸分成三个阶段：
[H]
第三阶段：
24[H] + 6O2
12H2O + 大量能量
酶
细胞质基质
需要氧的参与
线粒体内膜上完成
阶 段 场 所 反应物 产 物 放能
第一阶段
第二阶段
第三阶段
有氧呼吸三个阶段的小结
细胞质基质
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
是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。
4.有氧呼吸的概念
下列分别属于有氧呼吸的第几阶段：
①产生CO2的阶段（　），O的来源？
②产生H2O的阶段（　），O的来源？
③氧气参与的阶段（　　）
④产生ATP的阶段（ 　 　　　）
⑤产生ATP最多的阶段（　　）
⑥消耗水的阶段（ ）
⑦合成水的阶段（ ）
二
三
三
一、二、三
三
二
三
葡萄糖不能在线粒体被分解的原因：
①线粒体膜上没有运输葡萄糖的载体，葡萄糖不能进入线粒体；
②线粒体中没有分解葡萄糖的酶。
CO2
O2
CO2
CO2
O2
O2
O2
CO2
CO2
空气→鼻
肺泡
细
胞
空气中的氧气参与组织细胞的有氧呼吸至少穿过几层膜？
毛细血管
O2
11层
O2
（22层磷脂分子）
与有机物在生物体外的燃烧对比
有氧呼吸过程温和
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。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？（形成1molATP需要30.54kJ的能量）
32mol
34%
有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放
释放的能量有相当一部分储存在ATP中
思考·讨论 有氧呼吸能量利用特点
2.与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义？
保证有机物中的能量得到最充分的利用
复习提问：
1、探究酵母菌细胞呼吸的方式实验：
①酵母菌为兼性厌氧型微生物。
②CO2的检测方法
③酒精与 的发生反应，变成灰绿色。
④有氧呼吸装置中NaOH溶液的作用？
⑤无氧呼吸装置中为什么B瓶先密封放置一段时间？
2、有氧呼吸三个阶段的场所、反应式？有氧呼吸[H]来源？作用？
3、有氧呼吸的总反应式？元素的来源与去路？
4、与有机物在生物体外的燃烧相比，有氧呼吸具有什么特点
C6H12O6
2C3H4O3
（丙酮酸）
+4[H]
+少量能量
酶
细胞质基质
+4[H]
酶1
2C2H5OH+2CO2
（酒精）
细胞质基质
①
②
2C3H4O3
（丙酮酸）
+4[H]
酶2
2C3H6O3（乳酸）
细胞质基质
2C3H4O3
（丙酮酸）
一般地说，无氧呼吸最常利用的物质也是葡萄糖，无氧呼吸的全过程，可以概括的分为两个阶段，这两个阶段需要不同酶的催化，但都是在细胞质基质中进行的。
与有氧呼吸的第一阶段相同
无氧呼吸[H]来源：
葡萄糖
还原丙酮酸，生成乳酸或酒精和CO2
作 用：
（二）无氧呼吸
只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。
产生酒精的无氧呼吸(酒精发酵)：
C6H12O6
2C2H5OH(酒精)
+ 2CO2 + 少量能量
酶
举例:酵母菌和大多数植物，如：水稻的根、苹果果实。
产生乳酸的无氧呼吸(乳酸发酵)：
C6H12O6
酶
2C3H6O3(乳酸)
+ 少量能量
举例:玉米胚、马铃薯块茎、甜菜块根；高等动物；乳酸菌。
酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫发酵。产生酒精的叫酒精发酵。产生乳酸的叫乳酸发酵。
(1)不同生物无氧呼吸的产物不同，其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。
(2)无氧呼吸只释放少量能量，其余能量储存在分解不彻底的氧化产物——酒精或乳酸中。
(3)水稻长期水淹烂根的原因是无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用。
(4)有氧呼吸与无氧呼吸产物最大的区别是无氧呼吸没有水生成，并且无氧呼吸只在第一阶段产生ATP。
小结：有氧呼吸与无氧呼吸的区别与联系
有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
条件
产物
分解程度
释放能量
相同点 联系 实质 细胞质基质和线粒体
细胞质基质
需氧气和酶
不需氧气，需酶
H2O、CO2
酒精和CO2或乳酸
彻底
不彻底
多
第一阶段完全相同，都在细胞质基质内进行
分解有机物，释放能量，合成ATP
少
无氧呼吸的概念
在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。
细胞呼吸的概念
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）为生物体提供能量
（2）生物体代谢的枢纽。
（三）细胞呼吸意义
丙酮酸
葡萄糖
氨基酸
甘油
细胞呼吸是蛋白质、糖类和脂质代谢的枢纽
细胞呼吸方式的判断：
1、不耗O2，产生CO2：
2、CO2释放量=O2消耗量：
3、CO2 释放量>O2消耗量时：
4、CO2 释放量＜O2消耗量时：
只进行无氧呼吸
同时进行无氧呼吸和有氧呼吸
只进行有氧呼吸
可能存在脂质类氧化分解
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O + 能量
酶
C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量
酶
1、消耗等量的葡萄糖时，无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2摩尔数之比为1:3
相关计算
2、消耗等量的葡萄糖时，有氧呼吸消耗的氧气与有氧和无氧呼吸产生的CO2摩尔数之比为3:4
3、产生等量CO2时，无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖摩尔数之比为3:1
4、有氧呼吸过程中氧气的消耗量和二氧化碳的产生量之比为1:1
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O + 能量
酶
C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量
酶
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O + 能量
酶
VCO2/VO2=4/3，有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等
VCO2/VO2＞4/3，无氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于有氧呼吸
VCO2/VO2＜4/3，有氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于无氧呼吸
C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量
酶
以下甲、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。
解读如下：
a：O2吸收量为零→
b、c：CO2释放量 O2吸收量→ 和
d：CO2释放量 O2吸收量→
(1)甲图解读
无氧呼吸
大于
无氧呼吸
有氧呼吸
等于
有氧呼吸
(2)乙图解读
①曲线a、b、c分别表示 、 和CO2释放的总量。
②在O2浓度为0时，CO2的释放量为A，此时只进行 ；当O2浓度 时，只进行有氧呼吸，此时释放的CO2量＝吸收的O2量；当0＜O2浓度＜D时，既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。
③在保存蔬菜、水果时，应选择 点对应的O2浓度，因为此时 ，同时宜保持 条件。
无氧呼吸
有氧呼吸
无氧呼吸
≥D
B
细胞呼吸最弱
零上低温、低氧
(3)甲、乙图对应解读
①甲图中氧浓度为a时的情况对应乙图中的 点；
②甲图中氧浓度为b时的情况对应乙图中的AC段之间；
③甲图的a、b、c、d四种氧浓度中 是最适合蔬菜、水果的贮藏；
④甲图中氧浓度为 时没有酒精产生。
A
c
d
(1)温度：
温度通过影响酶的活性影响细胞呼吸速率，超过或低于酶的最适温度呼吸酶活性降低。
应用：①低温贮存蔬菜水果（零上低温）②大棚蔬菜夜间适当降温，以减少夜间呼吸消耗有机物，从而提高产量。
温度
呼吸速率
1.影响细胞呼吸的环境因素
四、影响细胞呼吸的因素及应用
(2) O2浓度：
在一定温度范围内有氧呼吸强度随氧气浓度的升高而增加；氧气对无氧呼吸有抑制作用
应用：①降低氧气浓度，延长蔬菜水果的保鲜时间②中耕松土③透气消毒纱布，可抑制厌氧病原菌的繁殖④稻田定期排水，有利于根系有氧呼吸，防止无氧呼吸产生酒精造成酒精中毒，烂根死亡。
O2浓度与呼吸作用的关系
O2：贮藏水果时下降到____最有利贮藏。
CO2：增加CO2浓度，降低O2浓度有良好的保鲜效果。
思考：AB、BC段代表
什么含义？
AB:无氧呼吸产生的CO2量
R
BC:有氧呼吸产生的CO2量
Q:只进行无氧呼吸
P:只进行有氧呼吸
QP(不包括Q点和P点):同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
R:产生CO2最少，有机物消耗最少，最适合储存蔬菜、水果
QOP区域的含义:不同氧气浓度下无氧呼吸的强度
AB＝BC时,有氧呼吸消耗的葡萄糖量应为无氧呼吸消耗葡萄糖量的1/3。
(3) CO2浓度：
应用：在蔬菜、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。
从化学平衡的角分析：CO2 浓度增加，对细胞呼吸具有抑制作用
(4)含水量：
应用
在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。当含水量过多时，呼吸速率减慢，甚至死亡。
储存种子：零上低温、低氧、干燥；
储存果蔬：零上低温、低氧、一定湿度。
特别提醒　(1)O2浓度为零时，细胞呼吸强度并不为零，因为此时细胞进行无氧呼吸。
(2)储存蔬菜和水果的条件并不是无氧环境。蔬菜、水果在储藏时都应在低温、低氧条件下，低温以不破坏植物组织为标准，一般为零上低温；种子储存时应保持干燥，而蔬菜、水果储存时应保持一定的湿度。
(3)影响细胞呼吸的因素并不是单一的。若需要增强相关植物或器官的细胞呼吸强度，可采取供水、升温、增氧等措施；若需降低细胞呼吸强度，可以采取干燥、低温、低氧等措施。
2.细胞呼吸原理的应用
(1)对有氧呼吸原理的应用
①包扎伤口应选用 的敷料，抑制破伤风杆菌的无氧呼吸。
②提倡慢跑等有氧运动使细胞进行 ，避免肌细胞产生大
量 。
③及时松土有利于植物 。
④稻田定期排水有利于根系 ,防止幼根因缺氧变黑、腐烂。
(2)对无氧呼吸原理的应用
①利用粮食通过 发酵可以生产各种酒。
②利用淀粉、醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌可以生产食醋或味精。
③破伤风芽孢杆菌可通过 进行大量繁殖，较深的伤口需及时清理、注射破伤风抗毒血清等。
透气
有氧呼吸
乳酸
根系生长
有氧呼吸
酵母菌
无氧呼吸
复习提问：
1、无氧呼吸两个阶段的场所、反应式？无氧呼吸[H]来源？作用？
2、无氧呼吸的总反应式？
3、与有氧呼吸相比，无氧呼吸释放的能量为什么较少？
4、影响细胞呼吸的外界因素：温度、O2浓度、CO2浓度、含水量等
（1）温度通过影响酶的活性影响细胞呼吸速率。
（2）稻田定期排水目的？防止无氧呼吸产生酒精造成酒精中毒，烂根死亡。
（3）储存种子：低温、低氧、干燥；储存果蔬：低温、低氧、一定湿度。
5、细胞呼吸原理的应用
(1)对有氧呼吸原理的应用
①包扎伤口应选用透气的敷料，抑制破伤风杆菌的无氧呼吸。②提倡慢跑等有氧运动使细胞进行有氧呼吸，避免肌细胞产生大量乳酸。③及时松土有利于植物根系生长。④稻田定期排水有利于根系有氧呼吸，防止幼根因缺氧变黑、腐烂。
(2)对无氧呼吸原理的应用
①利用粮食通过酵母菌发酵可以生产各种酒。②利用淀粉、醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌可以生产食醋或味精。③破伤风芽孢杆菌可通过无氧呼吸进行大量繁殖，较深的伤口需及时清理、注射破伤风抗毒血清等。
3.植物组织呼吸方式的探究
(1)实验设计
欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，如图所示(以发芽种子为例)：
(2)实验结果预测和结论
实验现象 结　论
装置一液滴 装置二液滴 只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡
只进行产生酒精的无氧呼吸
左移 右移 进行
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
不动
不动
不动
不动
右移
左移
(3)物理误差的矫正：
为使实验结果精确除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。对照装置与装置二相比，不同点是用“ ”代替“ ”，其余均相同。
煮熟的种子
发芽种子
影响细胞呼吸的因素
项目 温度 氧气浓度 水分
影响原理 影响酶活性 决定呼吸类型和强度 自由水含量较高时呼吸旺盛
坐标曲线
实践应用 在零上低温下贮存蔬菜、水果；在大棚蔬菜的栽培过程中，增加昼夜温差以减少有机物的消耗，提高产量 常利用降低氧的浓度抑制细胞呼吸、减少有机物消耗这一原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间 贮藏作物种子时，将种子风干，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗
易错易混　防范清零
[易错清零]
易错点1　误认为ATP就是能量或错将细胞呼吸反应式中“能量”
写成“ATP”或错误地认为线粒体只分解有机物不合成有机物
点拨　(1)ATP≠能量，ATP本身不是能量，它只是一种含有能量的物质，生命活动所需能量大量储存在ATP的高能磷酸键中，正因为如此，线粒体中分解有机物的同时，也可合成“ATP”这种有机物。
(2)细胞呼吸反应式应为
C6H12O6＋6O2＋6H2O 6CO2＋12H2O＋能量，此处的“能量”不可用“ATP取代”，但可分为“热能＋ATP”。
易错点2　混淆ATP、DNA、RNA、脱氧核苷酸及核糖苷酸中
“A”及“五碳糖”
点拨　相关化合物中“A”及五碳糖辨析：
易错点3　误认为细胞中ATP含量很多，或误认为剧烈运动或饥
饿或代谢旺盛时ATP分解量大于ATP合成量或ATP合成量大于
ATP分解量
点拨　ATP在细胞中含量很少，但转化很迅速，ATP与ADP“循环”速度随细胞代谢状况的不同而有差异，但二者总处于“动态平衡”中，不可说成ATP的合成大于分解或分解大于合成。
易错点4　误认为“无氧”环境更有利于果蔬、种子储存并认为
果蔬与种子的储存条件相同
点拨　(1)O2浓度为零时，细胞呼吸强度并不为零，因为此时细胞进行无氧呼吸，大量消耗有机物，不利于果蔬、种子储存。
(2)蔬菜、水果与种子储藏条件的区别
蔬菜和水果应放置在低温、低氧、湿度适中的条件下，而种子应储藏在低温、干燥、低氧条件下。其目的都是降低呼吸强度，减少有机物的消耗，但由于水果和蔬菜本身的特点，需要一定的湿度才能保持新鲜度，故造成二者储藏条件上的差异。
易错点5　不明确不同生物无氧呼吸的类型或产物，误认为人体
剧烈运动时CO2产生量大于O2消耗量或误认为此时CO2产生场
所为细胞质基质和线粒体
点拨　(1)不同生物无氧呼吸的产物不同
生物 无氧呼吸产物
植物 大多数植物细胞 酒精和CO2
马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等 乳酸
动物 骨骼肌细胞、哺乳动物成熟的红细胞等 乳酸
微生物 乳酸菌等 乳酸
多数微生物如酵母菌等 酒精和CO2
(2)人体细胞无氧呼吸产物为乳酸，无CO2生成，故人在剧烈运动(辅助以无氧呼吸)时，CO2仍然只产自有氧呼吸，其产生场所的只能是线粒体，人体细胞的细胞质基质中并无CO2产生。
易错点6　误认为无氧呼吸两个阶段都产生ATP
点拨　无氧呼吸过程共产生2个ATP，而这2个ATP只产自第一阶段，第二阶段不产生ATP。
易错点7　误认为种子萌发过程中，种子干重一定下降
点拨　对于绝大多数种子来说，萌发过程中，由于细胞呼吸消耗有机物会使干重减少，但对于含脂肪较多的油料种子来说，由于脂肪在氧化过程消耗较多的氧气，干重反而会上升。

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