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第3节 细胞呼吸的原理和应用 第一课时
必修1分子与细胞 第5章 细胞的能量供应和利用
课标要求
说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。
核心素养
生命观念：认同线粒体的结构特点与其作为有氧呼吸的主要场所相适应
科学思维：构建有氧呼吸和无氧呼吸的过程模型，理解二者之间的关系
社会责任：运用细胞呼吸原理，对生活和生产中的应用实例作出科学解释
光
合
作
用
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
人、动物、
真菌、多数细菌等
绿 色 植 物
能量
ADP + Pi +
ATP
酶
化
能
合
成
硝化细菌
ATP合成：
什么是呼吸作用？
O2
呼吸系统
循环系统
组织细胞
CO2
人体的呼吸只是表象，真实情况是细胞在呼吸。
细胞呼吸：呼吸作用的实质是细胞内有机物的氧化分解，并释放能量。
酵母菌：单细胞真菌，真核生物，有细胞壁，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
一、细胞呼吸方式
认识酵母菌
二、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
（验证假设）
分析结果
得出结论
科学探究步骤
提出问题
作出假设
设计实验
酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是什么
实验组
组A：有氧呼吸组
组B：无氧呼吸组
如何控制有氧和无氧的条件？
怎样鉴定有无酒精产生？
怎样鉴定有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？
无氧
CO2和酒精
产生
CO2
有氧
产生
自变量
因变量
有氧/无氧条件
通气/密闭
产生CO 的多少/是否产生酒精
CO2的检测：
酒精的检测：
无关变量
影响
温度、pH等相同且适宜
①通入澄清的石灰水：
②使溴麝香草酚蓝水溶液：
澄清→浑浊
蓝→绿→黄
酸性重铬酸钾溶液：
橙色→灰绿色
（对比实验）
自变量
因变量
有氧/无氧条件
通气/密闭
产生CO 的多少/是否产生酒精
CO2的检测：
酒精的检测：
无关变量
影响
温度、pH等相同且适宜
①通入澄清的石灰水：
②使溴麝香草酚蓝水溶液：
澄清→浑浊
蓝→绿→黄
酸性重铬酸钾溶液：
橙色→灰绿色
（对比实验）
实验现象
条件 澄清石灰水/出现的时间 重铬酸钾-浓硫酸溶液
有氧
无氧
变混浊程度高／快
不变灰绿色
变混浊程度低／慢
出现灰绿色
加入重铬酸钾
A: 有氧条件下；B: 无氧条件下
一、探究细胞呼吸的方式
延伸思考1：实验装置的改进
有同学认为，在有氧呼吸实验装置中10％的NaOH溶液不能完全吸收空气中的CO2，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？
酵母菌培养液
气泵
质量分数为10%的NaOH溶液
澄清的
石灰水
澄清的
石灰水
还有的同学认为，在无氧呼吸实验装置中不能保证装置内的O2已经被完全消耗完，以致可能对实验结果有干扰。你能不能避免这种可能性的发生，以保证实验更严谨？
酵母菌培养液
澄清的
石灰水
石蜡油或植物油密封
延伸思考2：实验装置的改进
延伸思考3：实验误差分析
用酸性重铬酸钾检测时，有氧和无氧装置产生的颜色反应几乎一样。可能原因是什么？
①有氧呼吸装置实验操作中可能供氧不足，导致部分酵母菌进行无氧呼吸产生少量酒精
②有氧和无氧组葡萄糖未消耗完所致，重铬酸钾是强氧化剂，酵母菌培养液中的葡萄糖是还原性糖，同样也可以被重铬酸钾氧化，其颜色反应与酒精相同。
注意：
葡萄糖（具有还原性）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。
煮沸：灭菌、除去葡萄糖溶液中的氧气。
1、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
2、怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
在酵母菌生长的适宜温度下进行试验，以保证酵母菌高效活性
3、如何确定酵母菌通过细胞呼吸产生的CO2量的多少？
根据石灰水变浑浊的程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短。
4、NaOH的作用是什么？
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、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？
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。
二、有氧呼吸
线粒体结构：
（1）线粒体增大膜面积的方式： 。
（2）线粒体增大膜面积的意义： 。
（3）有氧呼吸的酶分布在： 。
（4）线粒体的功能： 。
内膜向内折叠成嵴
增大有氧呼吸酶的附着位点
线粒体内膜和线粒体基质
进行有氧呼吸的主要场所
外膜
内膜
嵴
线粒体基质
C6H12O6
6CO2
能量
ATP
热能
酶
20[H]
12H2O
酶
ATP
大量
能量
热能
2丙酮酸
6H2O
能量
热能
6O2
6O2
线粒体基质
4[H]
2丙酮酸
酶
ATP
[H]指的是还原型辅酶I（NADH)
二
有氧呼吸
细胞质基质
线粒体内膜
一、有氧呼吸过程
二、有氧呼吸
第一阶段
第二阶段
第三阶段
C6H12O6
酶1
2C3H4O3 + 4[H] + 少量能量
场所
细胞质基质
6CO2 + 20[H] + 少量能量
2C3H4O+ 6H2O
酶2
线粒体基质
酶3
12H2O + 大量能量
24[H]+6O2
线粒体内膜
总反应式
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O +能量
酶
O
O
O
O
O
葡萄糖的初步分解
丙酮酸彻底分解的
[H]的氧化
一、有氧呼吸
各阶段特征比较：
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
CO2、[H]
少量
[H]、O2
H2O
大量
线粒体基质
线粒体内膜
物质
变化
有机物
（葡萄糖）
无机物
（CO2+H2O）
能量
变化
有机物中
稳定的化学能
ATP中
活跃的化学能
+
散失的
热能
（彻底氧化分解）
一、有氧呼吸
有氧呼吸总反应式：
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
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，同时生成大量ATP的过程。
有氧呼吸定义：
一、有氧呼吸
思考: 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？
区别：
有氧呼吸过程温和
有机物中的能量经过一系列化学反应逐步释放
有氧呼吸释放的部分能量储存在ATP中
意义：可使有机物中的能量逐步转移到ATP中，保证能量得到最充分的利用；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定
共同：有氧呼吸和有机物体外燃烧的本质是一致的，都是有机物氧化分解释放能量的过程。
一、有氧呼吸
思考: 为什么线粒体不能直接氧化分解葡萄糖？
①线粒体膜上没有葡萄糖载体；②线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。
思考: 化学式前后的水分子能否抵消？如若不能，请说明理由？
不能，
①反应物的水是在线粒体基质中参与反应的，而产物中的水在线粒体内膜中产生；
②反应物中水在有氧呼吸第二阶段被消耗，而产物水在有氧呼吸第三阶段产生。
一、有氧呼吸
易错提示
①反应式中的能量不能写成ATP，因为葡萄糖中的能量只有一部分储存在ATP中。
②反应式中间不能用等号，要用箭头。③反应条件“酶”不能省去。
④不要认为细胞呼吸的底物只有葡萄糖，教材只是以葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解为例来介绍有氧呼吸过程。
⑤真核细胞中哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫中无线粒体，只能进行无氧呼吸线粒体不是进行有氧呼吸必需的结构，如蓝细菌(原核生物)无线粒体，但能进行有氧呼吸。（原因：含有与有氧呼吸有关的酶；场所：细胞质和细胞膜内表面）
归纳：有氧呼吸过程
C6H12O6
2C3H4O3
2C3H4O3+ 4[H]+少量能量
C6H12O6
酶
细胞质基质
少量能量
场 所：
物质变化：
产生能量：
第一阶段：
场 所：
物质变化：
产生能量：
第二阶段：
6CO2+20[H]+少量能量
2丙酮酸
+6H2O
酶
线粒体基质
少量能量
场 所：
物质变化：
产生能量：
第三阶段：
线粒体内膜
酶
12H2O+大量能量
24[H]+6O2
大量能量
6H2O
6CO2
4[H]
20[H]
6O2
12H2O

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