5.3细胞呼吸的原理和应用(第1课时)(共42张PPT4份视频)课件-人教版必修一同步课件

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(共42张PPT)
第5章 细胞的能量供应与应用
第3节 细胞呼吸的原理和应用第1课时












人、动物、
真菌、多数细菌等
绿 色 植 物
能量
ADP + Pi +
ATP





硝化细菌
ATP合成:
什么是呼吸作用?
细胞呼吸是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,释放出能量并产生ATP的过程。
一、细胞呼吸的方式
呼吸 = 细胞呼吸 ?
“呼吸”是指生物体或细胞吸入氧气和呼出二氧化碳的过程

细胞呼吸是否都需要氧?
2024/3/7
问题探讨
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。
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?
3、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?
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。
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。
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。
发酵生产葡萄酒的车间
细胞新陈代
谢的类型
同化作用类型
自养型
异养型
异化作用类型
需氧型
厌氧型
同化作用(合成代谢):生物体把从外界环境中摄取的营养物质转变成自身的组成物质,并储存能量 如光合作用
异化作用(分解代谢):同时,生物体又把组成自身的一部分物质加以分解,释放出其中的能量,并把代谢的最终产物排出体外 如呼吸作用
光能自养型
化能自养型(硝化细菌)
兼氧型
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。
酵母菌的电镜照片
实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式
实验原理
提出问题
作出假设
酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是什么
有氧条件下产生CO2
无氧条件下产生CO2+酒精
怎样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?
怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活?
设计实验
实验思路:
分析变量
自变量:
因变量:
无关变量:
细胞呼吸的条件
细胞呼吸的产物
有氧
无氧
影响实验结果的可变因素(温度、葡萄糖溶液浓度、酵母菌活性等)
——酒精、CO2
分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件,一段时间后检测其产物是否含酒精或二氧化碳。
通入空气
隔绝空气
酸性重铬酸钾
澄清石灰水
溴麝香草酚蓝溶液
相同且适宜
1.通入澄清的石灰水:
2.使溴麝香草酚蓝溶液:
酒精的检测:
CO2的检测:
澄清→浑浊
蓝变绿再变黄
+酒精
酸性重铬酸钾
灰绿色
橙色的重酪酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应,变成灰绿色
③如何保证酵母菌在整个实验过程中正常生活?
条件适宜(25~35℃ ,pH3.0-7.5)
给予充足的养料(葡萄糖溶液)
设计实验
CO2多少:
澄清的石灰水浑浊程度
溴麝香草酚蓝水溶液变黄时间
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;
搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置;
培养、观察、检测、记录
气泵
A
B
C
D
E
运用以上元件分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置
有氧呼吸装置:
无氧呼吸装置:
E-C-A-D
B-D
进行实验
将培养液煮沸冷却的目的:
去除培养液中的O2,杀死培养液中的杂菌
通过含NaOH溶液的目的:
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。
B瓶应封口放置一段时间的目的:
消耗掉B瓶中的氧气,确保通过澄清石灰水的CO2是无氧呼吸产生的。
新鲜的食用酵母菌(10g)+5%葡萄糖溶液(240ml)
通气
密封
进行实验
实验结果
检测二氧化碳产生情况
条件 澄清石灰水/出现的时间
有氧
无氧
溴麝香草酚蓝溶液
变混浊/快
变混浊/慢
蓝色→绿色→黄色
蓝色→绿色→黄色
实验结论:
有氧呼吸与无氧呼吸都产生CO2,且有氧呼吸产生的更多
条件 重铬酸钾-浓硫酸溶液
有氧
无氧
出现灰绿色
不出现灰绿色
有氧呼吸不产生酒精,无氧呼吸产生酒精。
提示:葡萄糖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。
刚加入重铬酸钾 一段时间以后
实验结果
实验结论:
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/快
变混浊/慢
无变化
出现灰绿色
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
在有氧条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生 和 ;
在无氧条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生 ,还产生 。
大量CO2
酒精
少量CO2

观察结果
分析结论
实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式
实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式
1、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
进一步探究
2、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
进一步探究
3、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。
进一步探究
1、酵母菌在有氧和无氧条件下进行细胞呼吸的产物是否相同?为什么只检测CO2并不能确定酵母菌的呼吸方式?
易错提示
不相同。因为有氧和无氧条件下均可产生CO2。
2、如何确定酵母菌通过细胞呼吸产生的CO2量的多少?
3、如何确定酵母菌通过无氧呼吸产生的酒精的多少?
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。
根据重铬酸钾变成灰绿色所需时间的长短。
4、鉴定酒精时为什么酵母菌培养液要过滤?
酵母菌培养液本身具有颜色且不透明,可能会对颜色反应产生遮盖和干扰
科学方法
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
(1)起对照作用的是_____号试管。
(2)能形成对比实验是__________号试管。
对照实验、对比实验
1
2、3、4
比较过氧化氢在不同条件下的分解
如何检测汽车司机是否喝了酒?
具体做法:让司机呼出的气体直接接触到用硫酸处理过的重铬酸钾,如果呼出的气体中含有酒精,重铬酸钾会变成灰绿色的硫酸铬.
1.如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置。下列说法正确的是
A.两个装置均需要在黑暗条件下进行
B.在装置乙的Ⅲ中可检测到有酒精生成
C.装置乙中的Ⅱ应先封口放置一段时间,再与Ⅲ连接
D.装置甲中NaOH溶液的作用是吸收Ⅰ中的CO2

小试牛刀
(1)根据实验目的选择装置序号,并按照实验的组装要求排序(装置可重复使用)有氧条件下的装置序号: ;无氧条件下的装置序号: 。
(2)B瓶中澄清的石灰水还可用 代替,根据其水溶液变成 (颜色)的时间长短,可以检测酵母菌培养液中的产生CO2情况。
(3)一段时间后,在A、D中取少量培养液,滴加 溶液检测酒精的存在,若存在酒精,会出现的颜色变化为 。
C→(B)→A→B
D→B
溴麝香草酚蓝溶液
黄色
酸性重铬酸钾
橙色变为灰绿色
2. 某生物兴趣小组想探究:酵母菌是否在有氧、无氧条件下均能产生CO2、现提供若干套(每套均有数个)实验装置,如图(A~D)所示,请分析作答:
23
概念:细胞内的有机物经过一系列的氧化分解,生成二氧化碳或其他产物,释放出能量并生成ATP的过程。
外膜
内膜
DNA/RNA
核糖体

基质
1、线粒体的结构和功能
(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
二、细胞呼吸
资料一 科学家提取了新鲜的动物肝脏组织,研磨离心后获取了细胞质基质(作为A组)和线粒体(作为B组)以及细胞匀浆(其中既有细胞质基质又有线粒体,作为C组)。分别向三组材料中加入等量的葡萄糖,检测葡萄糖含量的变化,实验结果如图。
一)有氧呼吸
1.有氧呼吸场所分析
A组 B组 C组
细胞质基质 线粒体 细胞匀浆
加入等量葡萄糖

从图中你能够得出有氧呼吸的场所在哪里吗?
葡萄糖可以在细胞质基质中分解;葡萄糖不能在线粒体中直接分解;
线粒体促进了葡萄糖的分解。
一)有氧呼吸
2.有氧呼吸第一阶段分析
(1)阅读下列资料,回答细胞质基质为葡萄糖的分解提供了什么物质?
资料二 科学家发现酵母汁液(主要成分是细胞质基质)能够发酵(分解)葡萄糖,但将酵母汁液加热到50 ℃以上,便会失效。酵母汁液经过透析(除去小分子物质)以后,也失去了发酵能力。
细胞质基质为葡萄糖的分解提供了酶和小分子物质。
一)有氧呼吸
(2)阅读拓展资料:
资料三 细胞质基质中的一种小分子物质——NAD+(氧化型辅酶 Ⅰ ),实际上是电子和氢离子的载体,能够与葡萄糖氧化过程中脱下来的氢离子和电子结合,形成NADH(还原型辅酶 Ⅰ )。NADH在后续的反应中还
会解离出电子和氢离子,使得电子和氢离子能够继续用于后续的反应。而NAD+则可以重新结合新的电子和氢离子。由于NADH携带了电子和氢离子,因此具有较强的还原性,通常可以把它简化为[H]
请完善下面有氧呼吸第一阶段图解。
NADH
ATP
丙酮酸
一)有氧呼吸
第一阶段:葡萄糖的初步分解
C6H12O6
2丙酮酸
4[H]
能量
2ATP
热量
细胞质基质


细胞质基质
物质变化(反应式):
C6H12O6

2C3H4O3
+ 4[H] +能量
场 所:
(少量)
一)有氧呼吸
[H]是NADH的简写。NADH:还原型辅酶Ⅰ,NAD+:氧化型辅酶Ⅰ。
思考:葡萄糖能进入线粒体吗?线粒体外膜是否有葡萄糖载体?
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线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。
3.有氧呼吸第二阶段分析
(1)资料四 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。
一)有氧呼吸



丙酮酸量不变
丙酮酸减少,有CO2生成
丙酮酸减少,有CO2生成
线粒体膜状结构
线粒体基质
线粒体膜状结构和基质
1、丙酮酸分解发生在什么部位,生成了什么?
2、③号试管为什么有较强荧光出现?
丙酮酸在线粒体基质中分解,产生CO2释放少量能量
线粒体基质分解丙酮酸后,在线粒体膜状结构继续发生反应释放大量能量
(2)请结合资料,完善有氧呼吸第二阶段的简化图解。
资料五 克雷布斯以鸽子飞行肌为材料,实验证明在多种酶作用下,丙酮酸在线粒体中被激活、氧化生成CO2和H2O,且丙酮酸在相关脱羧酶的作用下脱[H],该过程没有O2参与。
利维和施利曼等利用低速离心等方法分离出线粒体的外膜和内膜,科学家在线粒体基质发现有脱羧酶存在,
通过分析以上资料,推测丙酮酸在线粒体基质中分解生成CO2的同时还伴随什么物质的生成?
一)有氧呼吸
第二阶段:丙酮酸彻底分解
C6H12O6
2丙酮酸
4[H]
能量
2ATP
热量
细胞质基质




6H2O
20[H]
能量
6CO2
2ATP
热量
线粒体基质
物质变化(反应式):
场 所:

2C3H4O3
6CO2 +20[H]+ 能量
+6H2O
(少量)
一)有氧呼吸
4.有氧呼吸第三阶段分析
资料六 超声波震碎线粒体之后,内膜自然卷成了颗粒朝外的小囊泡,这些小囊泡具有氧化[H]的功能。当用胰蛋白酶处理后,这些小囊泡不再具有氧化[H]的功能;当把这些小颗粒装上去之后,小囊泡重新具有了氧化[H]的功能。这些小颗粒被证实是一系列线粒体内膜上的酶。
通过分析以上资料,推测线粒体内膜上发生了怎样的反应?[H]被谁氧化?
一)有氧呼吸
C6H12O6
2丙酮酸
4[H]
能量
2ATP
热量




6H2O
20[H]
能量
2ATP
热量
6CO2
细胞质基质
第三阶段:[H]的氧化
线粒体内膜
物质变化(反应式):
场 所:

24[H]+
12H2O+能量
6O2
(大量)
6O2


12H20
能量
34ATP
热量
一)有氧呼吸
一)有氧呼吸
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
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
有氧呼吸三个阶段的比较
一)有氧呼吸
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量

定义:有氧呼吸是指细胞在____的参与下,通过________的催化作用,把_________等有机物______氧化分解,产生_____________,释放_____,生成________的过程。
多种酶

葡萄糖
彻底
二氧化碳和水
大量ATP
能量
①物质变化:
②能量转化:
有机物(葡萄糖) → 无机物(CO2+H2O)
思考:反应式中的能量能否写成ATP?为什么?
不能!
有机物中稳定的化学能 →
+ 热能
ATP中活跃的化学能
一)有氧呼吸
有氧呼吸释放的能量大部分以热能形式散失,少部分能量存储在ATP中
2.与燃烧迅速释放能量相比,有氧呼吸是逐级释放能量的,这对生物体来说具有什么意义?课本P93
思考·讨论
意义:保证有机物中的能量得到充分利用。
①可使有机物中的能量逐步转移到ATP中;
②能量缓慢有序地释放,有利于维持细胞的相对稳定。
特点:
反应过程 ,多步反应, 释放能量,有相当一部分储存在 中。
温和
ATP
逐步
1.1mol葡萄糖彻底氧化分解,释放能量2870kJ。其977.28kJ储存在ATP分子中。则转化效率为 ,这些能量能使 ADP转化为ATP.
34%
32mol
32molATP
第1阶段: 2mol
第2阶段: 2mol
第3阶段: 28mol
1.下列分别属于有氧呼吸的第几阶段:
①产生CO2的阶段(  )
②产生H2O的阶段(  )
③氧气参与的阶段(  )
④产生ATP的阶段(       )
⑤产生ATP最多的阶段(  )



一、二、三

2.产物 H2O 和 CO2 中的O分别来自什么物质?
H2O的O来自氧气
CO2的O来自葡萄糖和水
练一练
(1)葡萄糖是有氧呼吸最常利用的物质,但不是唯一的物质。
(2)认为葡萄糖进入线粒体被彻底氧化分解是错误的——葡萄糖需在细胞质基质中先分解为丙酮酸,丙酮酸再进入线粒体分解。
(3)能量不可写成ATP——有氧呼吸的能量大部分以热能形式散失,其余的能量转移到ATP中。
(4)真核细胞的有氧呼吸必须有线粒体参与——没有线粒体的真核细胞只能进行无氧呼吸(如蛔虫的细胞、哺乳动物成熟红细胞等)。
(5)好氧细菌无线粒体,利用细胞质和细胞膜完成有氧呼吸。
与有氧呼吸相关的3个易错点
拓展:
好氧细菌:第一和二阶段在细胞质基质中,第三阶段在细胞膜上,细胞膜行使线粒体内膜的功能。
1、有氧呼吸的过程只发生在线粒体内。( )
2、有氧呼吸释放的能量全部用于合成ATP。( )
3、有氧呼吸既产生水也消耗水。( )
4、有氧呼吸第一、第二阶段产生的[H]全部用于第三阶段。( )
5、下列在有氧呼吸的反应阶段中,但不在线粒体中进行的只有( )
A、[H]传递给氧气生成水 B、C6H12O6分解为丙酮酸和[H]
C、丙酮酸分解为CO2和[H] D、ADP与磷酸结合生成ATP
6、生物体吸收的氧气用于( )
A、在线粒体中合成CO2 B、在细胞质中与[H]结合生成水
C、在线粒体中与[H]结合生成水 D、部分形成CO2,部分与[H]结合生成水
B
C
课堂检测
7、下图是有氧呼吸过程的图解,请据图回答问题:
(1)有氧呼吸的总反应式为____________________________________________
(2)有氧呼吸的过程十分复杂,可以分为________个阶段,其中[H]和O2结合的是第________阶段。
(3)在有氧呼吸过程中,释放出大量能量的是第________阶段,反应的场所是________。
(4)图中②③分别是________、________。

C6H12O6

6H2O
+ 6O2
6CO2
+12H2O
+ 能量



线粒体内膜

CO2
课堂检测
42

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