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5.3细胞呼吸的原理与应用
有氧呼吸与无氧呼吸的过程
（第二课时）
01
03
02
有氧呼吸和无氧呼吸各有什么特点？
细胞呼吸过程中能量是怎样转化？
细胞呼吸原理在生产和生活中有哪些应用？
本 节 聚 焦
1.有氧呼吸过程分析
实验一：将酵母菌细胞破碎后进行离心处理，获得上清液(细胞质基质)和沉淀物(线粒体)两部分，与未离心处理过的酵母菌培养液分别放入3支试管内，往3支试管内分别加入等量的氧气、葡萄糖、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管内的变化情况。
（1）葡萄糖 （填“能”或“不能”）被线粒体分解；
（2）分解葡萄糖的分解发生场所是 ，产物有 ；
（3）推测线粒体中能发生的化学反应是 。
推测酵母细胞呼吸过程中的能量变化是 。
不能
细胞质基质
有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能
丙酮酸和少量ATP
丙酮酸分解产生CO2和大量ATP
一、有氧呼吸
实验二：使用超声波将线粒体破碎，分离线粒体膜状结构和线粒体基质，加入等量的氧气、丙酮酸、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管变化情况。
（1）丙酮酸分解的场所是 ，产物有 ；
（2）线粒体的膜状结构有没有参与呼吸的过程？
线粒体基质
CO2和少量ATP
有，产生大量ATP
有氧呼吸的概念：细胞在氧气的参与下，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H2O和CO2，释放能量，生成大量ATP的过程。
细胞质基质
物质变化：
+少量能量
场所：
线粒体基质
物质变化：
+少量能量
酶
2C3H4O3
+6H2O
6CO2
+20[H]
+4[H]
C6H12O6
2丙酮酸
酶
场所：
线粒体内膜
物质变化：
+大量能量
24[H]
+6O2
12H2O
酶
场所：
第一阶段
第二阶段
第三阶段
2.反应过程：
一、有氧呼吸
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2+ 12H2O +能量
酶
3.总反应式：
[H]=NADH(还原型辅酶I)
我会钻研
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
释放大量能量
热量（多）
ADP
ATP
外膜
内膜
线粒体基质
嵴
请从结构与功能观的角度，分析线粒体的结构有哪些适于其功能（有氧呼吸的主要场所）的特点？
线粒体电镜照片
线粒体_____上和_____中分布有许多催化有氧呼吸的酶；
，增大内膜与氧气的接触面积。
内膜
基质
线粒体内膜向内折叠形成嵴
疑惑：无线粒体的细胞或生物一定不能进行有氧呼吸吗？
不一定
不能，如哺乳动物成熟的红细胞。
真核细胞：
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。
易错辨析
1)线粒体是真核生物进行有氧呼吸的主要场所，所以生物没有线粒体就无法进行有氧呼吸( )
2)线粒体能直接利用葡萄糖进行氧化分解( )
3)在线粒体内膜利用的【H】只来自于丙酮酸水解( )
4)有氧呼吸中只产生水不消耗水( )
5)有氧呼吸三个阶段均产生ATP，第二阶段产生的ATP最多( )
6)有氧呼吸过程等同于有机物在体外燃烧( )
7)有水生成的一定是有氧呼吸，有二氧化碳生成的也一定是有氧呼吸
( )
×
×
×
有氧呼吸条件温和，能量逐渐释放，部分储存在ATP中。
×
×
×
×
对 点 训 练
原核生物进行有氧呼吸的场所：细胞膜内侧，细胞质基质
葡萄糖在细胞质基质中分解为丙酮酸后，才被线粒体利用
有氧呼吸【H】来自于第一阶段葡萄糖的分解和第二阶段丙酮酸的水解
有氧呼吸水在第二阶段参与反应，在第三阶段生成。
第三阶段
无氧呼吸——酒精发酵的产物有二氧化碳。
信息提取：阅读P94，回答下列问题，写出无氧呼吸各个阶段的反应式（3分钟）。
1.无氧呼吸最常利用的物质是什么？
2.无氧呼吸可以概括的分为几个阶段？
3.无氧呼吸每个阶段的场所各是什么？
4.无氧呼吸各个阶段，反应物和产物分别是什么？
5.每个阶段能量的释放情况。
二、无氧呼吸
细胞质基质
物质变化：
+少量能量
场所：
细胞质基质
物质变化：
酶
2C3H4O3
+4[H]
2C3H6O3(乳酸)
+4[H]
C6H12O6
2丙酮酸
（C3H4O3）
酶
场所：
第一阶段
第二阶段
1.反应过程：
酶
2C3H4O3
+4[H]
6C2H5OH(酒精)
+2CO2
二、无氧呼吸
没有能量的释放
存留在酒精或乳酸中、储存在ATP中、以热能形式散失
有氧：与O2结合生成水 无氧：将丙酮酸还原成酒精或乳酸
进行无氧呼吸时，葡萄糖分子中的能量的去路？主要去路
葡萄糖分解产生的[H]在有氧和无氧时的去路有何不同
思考：
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。
C6H12O6
酶
2C2H5OH（酒精）+ 2CO2 + 能量（少）
C6H12O6
酶
2C3H6O3（乳酸） + 能量（少）
①产生酒精
②产生乳酸
动物、乳酸菌、少部分植物(马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等)
大多数植物（苹果果实、水稻根）、酵母菌
2.无氧呼吸总反应式：
思考：不同生物无氧呼吸的产物不同，
直接原因是？
根本原因？
酶种类不同
控制合成相关酶的基因不同
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。
易错辨析
(1)有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段反应完全相同( )
(2)无氧呼吸的第一阶段和第二阶段两个阶段都可以释放出能量( )
(3)呼吸作用分解葡萄糖所释放的能量，在有氧呼吸中有两个去向，在无氧呼吸中有三个去向（ ）
（4）无氧呼吸不需要氧气的参与，该过程最终有【H】的积累（ ）
（5）人体骨骼肌细胞在缺氧条件下，细胞呼吸产生的CO2体积多于吸收的O2的体积( )
（6）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（ ）
×
×
×
×
√
无氧呼吸唯有第一阶段释放少量能量
无氧呼吸第一阶段释放少量能量，大部分以热能形式散失，少部分用于合成ATP。
无氧呼吸第一阶段产生的【H】用于第二阶段丙酮酸的还原
等于
乳酸发酵
√
对 点 训 练
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
条件
产物
能量
ATP产生阶段
相同点 联系
实质
意义
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
O2、多种酶
无O2参与、多种酶
彻底分解为12H2O+6CO2
不彻底分解为2酒精和2CO2或2乳酸
大量能量(32ATP)，大部分能量以热能散失
少量能量(2ATP)，大部分能量储存在乳酸或酒精中
三个阶段均产生ATP
仅在第一阶段产生ATP
分解有机物，释放能量，合成ATP
第一阶段反应完全相同，且都在细胞质基质中进行
为生物体的各项生命活动提供能量
有氧呼吸和无氧呼吸各有什么特点？（列表比较）
据图分析，三大能源物质氧化分解的共同途径是第 阶段。
三大能源物质供能都要经过该阶段的
原因？
三
第三阶段释放大量能量
为何第Ⅲ阶段释放的能量最多？
NADH比例越高，释放能量越多
必修1 P94“小字部分”：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。
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
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。
三、细胞呼吸：
细胞呼吸
能
量
热能
散失
能量
转移
ATP
ADP
Pi
能
量
细胞分裂
生长发育
主动运输
肌肉收缩
神经冲动的传导
C6H12O6
CO2＋H2O
细胞呼吸意义：
②生物体代谢的枢纽。
①为生物体提供能量；
模型构建：在下图中将细胞呼吸的过程写出
细胞质基质
四、影响呼吸速率的因素
又称呼吸作用强度。指在单位时间内吸收氧气或释放二氧化碳的量,或有机物的消耗量。呼吸速率的大小可反映代谢活动的强弱。
C6H12O6 +6H2O +6O2
酶
6CO2 +12H2O+能量
氧气
水
二氧化碳
根据有氧呼吸的反应式，思考哪些外界因素会影响呼吸速率？
温度
1.CO2浓度
（1）原理：
CO2是细胞呼吸的最终产物，
积累过多会抑制细胞呼吸的进行。
（2）应用：
在蔬果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物消耗。
2.水
（1）原理：
在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，自由水含量高呼吸旺盛。当含水量过多时，呼吸速率减慢甚至死亡。
（2）应用：
种子的储存要风干；合理灌溉。
四、影响呼吸速率的因素
(1)原理：温度通过影响 进而影响细胞呼吸速率。
3.温 度
酶的活性
呼吸速率
温度/℃
(2)应用
a.温室栽培中增大昼夜温差(降底夜间温度)
以减少夜间呼吸消耗有机物。
b.食物的储存保鲜常采用低温法（零上低温）
零上低温：既能降低有机物消耗，又不破坏植物组织
4.氧气浓度
氧气浓度
有氧呼吸速率
O
氧气浓度
无氧呼吸速率
O
A
B
C
呼吸速率用单位时间内CO2的释放量/O2吸收量表示，请画出植物体细胞呼吸速率CO2释放总量和O2吸收量随氧气浓度变化的曲线？
氧气浓度
气体交换的相对值
O
a
b
c
CO2释放量
O2吸收量
①O2浓度＝0时，细胞只进行___________。
②0＜O2浓度＜b时，进行_____________________，且CO2释放量比吸收的O2吸收量 。
③O2浓度≥b时，只进行________________。
④O2浓度为_______ 时，有机物消耗最少，利于储存粮食、水果。
无氧呼吸
无氧呼吸和有氧呼吸
有氧呼吸
a
能力提升：曲线特征分析
氧气浓度
多
E点时，有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄是否相等，若不等，其比值为多少？
不等 1:3
柱形图分析：
a点：只有CO2释放量，无O2吸收量，说明只进行产生酒精的无氧呼吸
b点：O2吸收量3，CO2释放量8，说明有氧呼吸消耗葡萄糖0.5，无氧
呼吸消耗葡萄糖2.5
c点：O2吸收量4，CO2释放量6，说明有氧呼吸消耗葡萄糖2/3，无氧
呼吸消耗葡萄糖1
d点：O2吸收量等于CO2释放量，说明只进行有氧呼吸
注意图例：
O2吸收量代表有氧呼吸，
CO2释放量代表有氧呼吸
和产生酒精的无氧呼吸
对点训练：有多瓶(条件一致)酵母菌、葡萄糖悬液，分别通入不同浓度的O2时，其产生的酒精和CO2的量如图所示。据图可以得出的结论是
A.当氧浓度为a时，酵母菌只进行无氧呼吸
B.当氧浓度为c时， 的葡萄糖用于酒精发酵
C.当氧浓度为d时，酵母菌细胞内有ATP大
　量积累
D.不同氧浓度下，细胞中ATP的生成速率相同
A
水果蔬菜保鲜：
粮食储存：
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？
低温、低氧、中等湿度
低温、低氧、干燥
五、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？
为伤口创造有氧环境，避免厌氧菌的繁殖，有利于伤口愈合。
先通气，后密封。先让酵母菌有氧呼吸，大量繁殖，再无氧呼吸产生酒精。
促进根部有氧呼吸，吸收无机盐等。
减弱水果、粮食的呼吸作用，以延长保质期
避免破伤风芽孢杆菌等进行无氧呼吸而大量繁殖，引起破伤风。
避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸，产生大量乳酸。
运用证据和逻辑评价论点
关于真核细胞线粒体的起源，科学家提出了一种解释：约几十亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细胞不仅没有被消化分解，反而在细胞中生存下来了。需氧细菌从宿主细胞那里得到丙酮酸氧化分解释放的能量。在共同生存繁衍的过程中，需氧细菌进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的细胞器。以下哪些证据支持这一论点，哪些不支持这一论点？
1.线粒体内存在与细菌DNA相似的环状DNA
2.线粒体内的蛋白质，有少数几种由线粒体DNA指导合成，绝大多数由核DNA指导合成。
3.真核细胞内的DNA有极高比例的核苷酸序列经常不表现出遗传效应，线粒体DNA和细菌的却不是这样。
4.线粒体能像细菌一样进行分裂增殖。
支持：___________ 不支持：_________
1、3、4
2
一、概念检测
1.某超市有一批过保质期的酸奶出现涨袋现象。酸奶中可能含有的微生物有乳酸菌、酵母菌等。据此分析涨袋现象的原因，判断以下解释是否合理。
(1)是乳酸菌无氧呼吸产生气体造成的。( )
(2)如果有酒味，可能是酵母菌无氧呼吸造成的。( )
2.下图表示某种植株的非绿色器官在不同氧浓度下，O2的吸收量和CO2的释放量的变化。下列叙述正确的是( )
A.氧气浓度为0时，该器官不进行呼吸作用
B.氧气浓度在10%以下时，该器官只进行无氧呼吸
C.氧气浓度在10%以上时，该器官只进行有氧呼吸
D.保存该器官时，氧气浓度越低越好
×
√
C
练习与应用
3.将酵母菌培养液进行离心处理。把沉淀的酵母菌破碎后，再次离心处理为只含有酵母菌细胞质基质的上清液和只含有酵母菌细胞器的沉淀物两部分，与未离心处理过的酵母菌培养液分别放入甲、乙、丙3支试管中，并向这3支试管内同时滴入等量、等浓度的葡萄糖溶液。在有氧条件下，最终能产生CO2和H2O的试管是( )
A.甲 B.丙 C.甲和乙 D.丙和乙
B
1.松土是许多农作物栽培中经常采取的一项措施。试分析农田松土给农作物的生长、当地的水土保持以及全球气候变暖等方面可能带来的影响，并指出如何尽量减少不利影响。
松土透气可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收，促进作物生长，吸收更多的CO2,缓解全球气候变暖现象；增强根系的水土保持能力；避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对土壤有机物的分解，为植物生长提供更多的CO2,也有可能导致局部大气CO2浓度上升。松土不当，可能伤害植物根系；要根据不同植物、植物不同的生长阶段等，采取不同的松土方法。
二、拓展应用
练习与应用
2.有氧呼吸过程是否含有无氧呼吸的步骤 结合地球早期大气中没有氧气以及原核细胞中没有线粒体等事实，想一想，地球早期的单细胞生物是否只能进行无氧呼吸 你体内的骨骼肌细胞仍保留着进行无氧呼吸的能力，这是否可以理解为漫长的生物进化史在你身上留下的印记
有氧呼吸第一阶段与无氧呼吸第一阶段完全相同，都不需要氧气，都与线粒体无关。联想到地球的早期以及原核细胞的结构，可以大胆作出这样的推测：在生物进化史上先出现无氧呼吸，而后才出现有氧呼吸。继而推测，地球早期的单细胞生物只进行无氧呼吸。体内骨骼肌细胞保留进行无氧呼吸的能力，可以理解为漫长的生物进化史在人类身上留下的印记，同时也可以理解为人体在进行长跑等剧烈运动时，在供氧不足的情况下，骨骼肌细胞保留一定的无氧呼吸来供能，有一定的适应意义。

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