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(共39张PPT)
细胞呼吸的原理与应用
Cellular Respiration
导
01
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震荡，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
Q1.都是培养酵母菌，为什么有的通气，有的密封 ？
A1. 通气可以给酵母菌提供需要的氧气，有利于其分裂,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。
Q2. 为什么通气有利于酵母菌繁殖？
A2.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进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力
Q3.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？
A3.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的能量
02
思
请同学们根据导纲上的提示，认真阅读课本并完成《基础感知》和《深入学习》部分的内容
要求：
1.不讨论、不提问、不商量
2.思考结果用铅笔记录，有疑问的地方红笔标注
3.快速完成，限时6分钟
波浪线 ：识记部分
三角星 ：重点内容
展
日常生活中的做馒头、面包、酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用
呼吸作用的实质是:
酵母菌：单细胞真菌，属于______生物。
真核
细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸
酵母菌进行呼吸时，到底需不需要氧气？
展
展
一、细胞呼吸的方式
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌的新陈代谢类型是：
异养，兼性厌氧型
有一位同学知道酵母菌能使葡萄糖发酵产生酒精，但是不清楚这一过程是在有氧还是在无氧条件下进行的；另一位同学知道酵母菌的细胞呼吸会产生二氧化碳，但是不知道不同条件下产生的二氧化碳是否一样多？
Q:如何检测酒精或二氧化碳？
实验原理
①CO2的检测：澄清石灰水或溴麝香草酚蓝溶液
结果：澄清石灰水变浑浊；溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄
②酒精的检测：酸性重铬酸钾
结果：酸性重铬酸钾由橙色变为灰绿色
展
提出问题
作出假设
酵母菌在什么条件下产生CO2 ？什么条件下产生酒精？
①酵母菌在有氧条件下产生CO2 ；无氧条件下产生酒精；
②酵母菌在无氧条件下产生CO2 ；有氧条件下产生酒精；
③酵母菌在有氧条件和无氧条件下产生CO2和酒精；
④酵母菌在有氧条件下产生CO2和酒精；无氧条件下产生酒精……
科学探究的一般过程
设计实验
进行实验
分析结果
得出结论
展
设计实验
自变量：
因变量：
细胞呼吸的产物
有无氧气
CO2
酒精
分析变量
如何控制自变量？
有氧条件：
无氧条件：
A组：通入空气
B组：密封
通入澄清石灰水/溴麝香草酚蓝溶液
酸性条件下的重铬酸钾
无关变量：
除自变量外，对实验结果造成影响的可变因素
如培养液的浓度、温度、pH、营养条件、酵母菌的活性、CO2等
总结：无关变量遵循相同且适宜的原则
展
实验方法
对比实验是指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，这样的实验叫做对比实验，也叫相互对照实验。对比实验不设对照组，均为实验组，可看成是对照实验的一种特殊形式。
实验装置
展
进行实验
酵母菌培养液配置：取20g新鲜的食用酵母菌均分为两份，分别放入锥形瓶A（500 mL）和锥形瓶B（500 mL）中，分别向两瓶中注入240 mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。
煮沸：为了灭菌，避免其他微生物的呼吸作用对实验产生干扰
冷却后使用：防止酵母菌被杀死
2.葡萄糖溶液需要煮沸后冷却使用的目的？
1.为什么要使用新鲜的酵母菌？
新鲜酵母菌繁殖快，细胞代谢旺盛，实验效果明显。
3.实验要在什么温度下进行？为什么？
在酵母菌生长的最适温度（25-35℃）下进行，此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。
展
进行实验
有氧呼吸装置
Q1.橡皮球或气泵的作用？
保证O2的充分供应
Q2.NaOH溶液的作用？
去除空气中的CO2，保证澄清石灰水变浑浊是酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致
展
进行实验
无氧呼吸装置
Q1. B瓶为什么密封一段时间再连接澄清石灰水？
消耗完B瓶中的O2，确保通过澄清石灰水的CO2是无氧呼吸产生的
分析结果
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)
乙组(无氧)
变混浊/快
变混浊/慢
无变化
出现
展
酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸。
有氧条件下产生大量CO2
无氧条件下产生酒精和少量CO2
酵母菌呼吸
作用的类型
有氧呼吸
无氧呼吸
得出结论
总结
展
二、有氧呼吸的过程及场所
1.过程：
2丙酮酸
（C3H4O3）
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
C6H12O6
C6H12O6
酶
4[H]
2丙酮酸
6H2O
酶
20[H]
6CO2
少量能量
6O2
[H]与O2结合
12H2O
大量能量
展
2.场所以及反应式（必背必背必背！）
场所：
细胞质基质
物质变化：
产能情况：
少量能量
场所：
线粒体基质
物质变化：
产能情况：
少量能量
酶
2C3H4O3
+6H2O
6CO2
+20[H]
+4[H]
C6H12O6
2C3H4O3
酶
场所：
线粒体内膜
物质变化：
产能情况：
大量能量
24[H]
+6O2
12H2O
酶
第一阶段
第二阶段
第三阶段
+少量能量
+少量能量
+大量能量
展
第一阶段
第二阶段
第三阶段
酶
2C3H4O3
+6H2O
6CO2
+20[H]
+4[H]
C6H12O6
2C3H4O3
酶
24[H]
+6O2
12H2O
酶
总反应方程式：
C6H12O6 + 6H2O +6O2
酶
6 CO2
+ 12H2O
+大量能量
+少量能量
+少量能量
+大量能量
C6H12O6 + 6H2O +6O2
酶
6 CO2
+ 12H2O
+大量能量
元素的去路：
评
【思考讨论】
1.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
3.与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐渐释放能量的，这对于生物体来说，具有什么意义？
能量转化效率 = 977.28÷2870≈34%
生成ATP = 977.28÷30.54=32mol
这种方式保证有机物中的能量得到最充分的利用：
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。
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分子中，其余的能量则以热能形式散失掉了。
2.与燃烧相比，有氧呼吸的特点？（从反应条件、能量释放情况、能量去向角度分析）
①过程温和；②有机物中的能量经过一系列化学反应逐步释放；③这些能量有一部分储存在ATP中。
展
2870kJ
ATP
977.28kJ
热能散失
能量的去路：
氧化葡萄糖释放的能量主要以热能的形式散失了；少部分用于合成ATP
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。
有氧呼吸概念：
评
【思考】
1.有氧呼吸的场所：
细胞质基质和线粒体
2.线粒体为什么不能分解葡萄糖？
①线粒体膜上无葡萄糖载体
②线粒体没有氧化分解葡萄糖的酶
3.无线粒体一定不能进行有氧呼吸吗？
不一定
真核细胞：
不能，如哺乳动物成熟的红细胞
原核细胞：
能，如好氧细菌利用细胞质和细胞膜完成有氧呼吸
葡萄糖-丙酮酸
评
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
评
为什么剧烈运动后腿会发酸，苹果放太久会闻到酒的味道？
评
人为将无氧呼吸划分为两个阶段：
第一阶段发生在细胞质基质，与有氧呼吸第一阶段相同；
第二阶段发生在细胞质基质，丙酮酸和[H]在不同酶催化下形成酒精和二氧化碳，或者转化为乳酸，不生成ATP。
4[H]
C6H12O6
2C3H4O3
少量
能量
酶
丙酮酸
2C2H5OH＋2CO2
或
2C3O6O3
ATP
细胞质基质
三、无氧呼吸的过程及场所
1.过程及场所：
评
2.反应式：
细胞质基质
物质变化：
+少量能量
场所：
细胞质基质
物质变化：
不产能
酶
2C3H4O3
+4[H]
2C3H6O3(乳酸)
+4[H]
C6H12O6
2C3H4O3
酶
场所：
第一阶段
第二阶段
酶
2C3H4O3
+4[H]
6C2H5OH(酒精)
+2CO2
C6H12O6
2C2H5OH(酒精)
+ 2CO2+少量能量
酶
例：大多数植物组织器官、酵母菌等
C6H12O6
2C3H6O3(乳酸)
+ 少量能量
酶
例：人和动物的骨骼肌细胞、马铃薯块茎、甜菜根、玉米的胚、乳酸菌等
总反应式：
评
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。
注：微生物的无氧呼吸叫做发酵。
产生酒精的叫作酒精发酵，产生乳酸的叫作乳酸发酵。
但工业上的发酵并非完全无氧，比如醋酸发酵。
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。
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萄糖。
3.能量去路：
4.概念：
评
细胞呼吸能为生物体提供能量。
细胞呼吸释放的能量，大部分以热能形式散失有助于维持体温，少部分储存在ATP中，用于各项生命活动
细胞呼吸是生物体代谢的枢纽。
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
四、细胞呼吸的意义
评
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
氧气参与
分解程度
产物
能量去向
ATP生成阶段
相同点 线粒体（主）和细胞质基质
细胞质基质
需要
不需要
CO2＋H2O
乳酸或酒精＋CO2
热能（主）＋
储存在ATP中的化学能
乳酸/酒精中的化学能（主）
＋热能＋储存在ATP中的化学能
彻底氧化分解
不彻底氧化分解
第一、第二、第三阶段
第一阶段
第一阶段完全相同，包括反应过程和反应场所
反应实质相同，都能氧化分解有机物，释放能量
评
五、影响细胞呼吸的因素
1.内因
（1）不同种类的植物呼吸速率不同，如旱生植物的小于水生植物的，阴生植物的小于阳生植物的。
（2）同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同，如幼苗期、开花期呼吸速率升高，成熟期呼吸速率下降。
（3）同一植物的不同器官呼吸速率不同，如生殖器官的大于营养器官的。
评
2.外因：
（1）温度：
通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率。与温度影响酶催化效率的曲线特征一致。
应用：①（零上）低温条件下储存水果、蔬菜
②蔬菜大棚夜间适当降温，以降低呼吸消耗，从而提高产量
五、影响细胞呼吸的因素
（2）氧气浓度
A：只进行无氧呼吸，释放较多的CO2；
E：总呼吸强度最低，释放的CO2量最少；（一般为储存的最适氧气浓度）；
D：无氧呼吸消失点（此点之后只进行有氧呼吸）；
AE段急剧下降的原因：
无氧呼吸受抑制，有氧呼吸又比较弱；
随着O2浓度的增加，
当氧气浓度为G时，FB=BG，有氧呼吸与无氧呼吸释放的二氧化碳量相等，两者消耗的葡萄糖是不是也一样多？
有氧呼吸：1葡萄糖+6O2——6CO2
无氧呼吸：1葡萄糖——2CO2
应用：①低氧储存水果、蔬菜
②“透气”创可贴
③中耕松土，促进有氧呼吸、无机盐吸收
A
E
C
B
5 10 15 20 25
无氧呼吸
有氧呼吸
释放量
CO2
O2浓度%
D
无氧呼吸消失点
总呼吸
F
G
评
应用：低氧 高CO2条件下保存蔬菜、水果，以减少有机物消耗
二氧化碳是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行
从化学平衡的角度分析，CO2浓度增大，呼吸速率下降
（3）二氧化碳浓度
评
应用：晒干的种子易于储存（播种前要先浸泡）
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。
（4）含水量
评
六、细胞呼吸的计算
有氧呼吸：C6H12O6——6O2——6CO2
问题1：酵母菌以葡萄糖为呼吸底物分别进行有氧呼吸和无氧呼吸，产生等量的CO2，无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗葡萄糖的 倍？
问题2：酵母菌以葡萄糖进行细胞呼吸，有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖的量相等，则酵母菌吸收的O2和释放的CO2的体积之比为：_________.
3
无氧呼吸：C6H12O6 —— 2CO2 + 2C2H5OH
吸收的O2
释放的CO2
6
8
＝
3
4
＝
3:4
评
七、液滴移动问题
探究装置：欲确认某生物的细胞呼吸方式，应设置两套实验装置，如图所示(以发芽种子为例)：
结果预测和结论：
a.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子只进行有氧呼吸；
b.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子只进行产酒精无氧呼吸；
c.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子只进行产乳酸无氧呼吸；
c.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。
左移
不动
不动
右移
左移
右移
不动
不动
评
1.无CO2释放，细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸。
2.不消耗O2，但产生CO2，细胞只进行产生酒精的无氧呼吸。
3.CO2的释放量等于O2的吸收量，细胞只进行有氧呼吸或同时进行有氧和乳酸式无氧呼吸。
4.CO2的释放量大于O2的吸收量，细胞同时进行有氧和酒精式无氧呼吸。
小结：细胞呼吸状况的判断
八、细胞呼吸的应用
包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料。
避免破伤风芽孢杆菌等进行无氧呼吸而大量繁殖，引发破伤风。
利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌以及发酵罐等，在控制通气的情况下，可以生产各种酒。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。
花盆里的土壤板结后，空气不足，会影响根系生长，需要及时松土透气。可使根细胞充分的有氧呼吸，能量供应增加，有利于根系生长和主动运输吸收无机盐。
评
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。
储藏果蔬
零上低温、低氧、高CO2、一定湿度
储存种子
零上低温、低氧、高CO2、干燥
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。
评
稻田定期排水：促进有氧呼吸，抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精对根细胞的毒害作用，烂根死亡。
评
画一画、写一写：写出有氧呼吸过程
Class over
下课
biology
2020

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