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第5章　细胞的能量供应和利用
第3节 细胞呼吸的原理和应用　
呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，也叫细胞呼吸。
01
细胞呼吸的方式
实验原理
酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
探究酵母菌的呼吸方式
红山教育 高中生物名师工作室
酵母菌在有氧条件下产生的气体是CO2吗？酵母菌在无氧条件下的产物是什么？
观察现象
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
得出结论
怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
怎么控制有氧和无氧的条件？
怎么鉴定有无酒精产生？怎么鉴定有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？
阅读课本90-91页 《探究·实践》
CO2
有氧
产生
无氧
CO2和酒精
产生
通气、密封
探究酵母菌细胞呼吸的方式
观察现象
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
得出结论
CO2的检测
1.通入澄清的石灰水：
酒精的检测：
橙色的重铬酸钾,酸性下与酒精反应：
2.溴麝香草酚蓝水溶液：
澄清→浑浊
蓝→绿→黄
橙色→灰绿色
CO2的多少看浑浊程度
CO2的多少看蓝变绿再变黄所需要的时间
探究酵母菌细胞呼吸的方式
观察现象
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
得出结论
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
酒精、CO2
探究酵母菌细胞呼吸的方式
观察现象
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
得出结论
有氧呼吸
无氧呼吸
煮沸冷却
煮沸冷却
甲装置：
将装置甲连通橡皮球的目的：
保证O2的充分供应。
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。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
观察现象
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
得出结论
有氧呼吸
无氧呼吸
乙装置：
Ⅱ瓶应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的：
消耗完Ⅱ瓶中的O2，确保通过澄清石灰水的CO2是无氧呼吸产生的。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
观察现象
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
得出结论
有氧呼吸
无氧呼吸
葡萄糖也能与酸性重铬酸钾发生颜色变化，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
观察现象
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
得出结论
探究酵母菌细胞呼吸的方式
刚加入重铬酸钾 一段时间以后
A
B
A
B
A: 有氧条件下酵母菌培养液；
B: 无氧条件下酵母菌培养液
观察现象
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
得出结论
探究酵母菌细胞呼吸的方式
观察现象
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
得出结论
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／快
无变化
变混浊／慢
出现灰绿色
酵母菌
有氧条件下产生大量CO2
无氧条件下产生酒精和少量CO2
结论：
探究酵母菌细胞呼吸的方式
本实验中哪个是对照组，哪个是实验组？
本实验的两组都是实验组
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。
02
有氧呼吸
请阅读课本92-93页，在课本上找到答案并标注出来：
1.有氧呼吸的场所？主要场所？主要场所适于进行有氧呼吸的特点有哪些？
2.有氧呼吸可以分为几个阶段？每个阶段分别在哪里、发生了什么变化（请用方程式的方式表示）？
3.总结有氧呼吸的总反应式
4.总结什么叫有氧呼吸。
5.同有机物在生物体外燃烧相比，有氧呼吸具有哪些不同的特点？
二、有氧呼吸
1、主要场所：
线粒体
具有内、外两层膜，内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴，嵴使内膜的表面积大大增加。
嵴的周围充满了液态的基质，称为线粒体基质。
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。
外膜
内膜
嵴
基质
丙酮酸彻底分解
②
场所：线粒体内膜
[H]的氧化
③
酶
12H2O + 能量（大量）
24[H] + 6O2
酶
6CO2 +20 [H] +能量（少量）
2C3H4O3
（丙酮酸）
+6H2O
有氧呼吸的过程
场所：细胞质基质
葡萄糖的初步分解
①
C6H12O6
酶
2C3H4O3 +4 [H] + 能量（少量）
（丙酮酸）
场所：线粒体基质
C6H12O6
2丙酮酸
6CO2
酶
能量
ATP
热
酶
20[H]
12H2O
酶
ATP
大量
能量
热
细胞质基质
2丙酮酸
6H2O
能量
热
6O2
6O2
线粒体基质
线粒体内膜
4[H]
2丙酮酸
酶
ATP
[H]指的是还原型辅酶I（NADH)
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
有氧呼吸三个阶段的比较
细胞质基质
主要是葡萄糖
丙酮酸、[H]
少量
丙酮酸、水
CO2、[H]
少量
[H]、O2
H2O
大量
线粒体基质
线粒体内膜
C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2 6 CO2+ 12 H2O +
能量
酶
O
O
O
总反应式
【思考】
1.化学式前后的水分子能否抵消？如若不能，请说明理由？
2.水中的氧来自那种物质？
3.二氧化碳中的氧来自那种物质？
不能，
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；
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。
二、有氧呼吸
细胞在 的参与下，通过多种 的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生 ，同时释放能量，生成 的过程，叫做有氧呼吸。
可以
与有氧呼吸相关的酶、通氧气。
1.没有线粒体可以进行有氧呼吸吗？
2.进行有氧呼吸需要什么条件？
思考：
有氧呼吸的定义
O2
酶
CO2和水
大量ATP
能量的利用特点
阅读93页，《思考·讨论》，回答以下问题：
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转化成ATP？
有氧呼吸过程中能量发生了什么变化？
有氧呼吸是逐级释放能量的，对于生物体来说具有什么意义？
约为34% 32mol
有机物中
稳定化学能
热能
ATP中活跃化学能
保证有机物中的能量得到最充分的利用
使有机物中的能量逐步地转移到ATP中
能量缓慢有序的释放，有利于维持细胞的相对稳定状态
①有氧呼吸过程温和，常温常压，多种酶的催化。
②释放的能量大部分以热能的形式散失，小部分储存在ATP中。
③有机物中的能量逐级释放，保证有机物中的能量得到充分利用。
有氧呼吸的特点
03
无氧呼吸
请阅读课本94页，在课本上找到答案并标注出来：
无氧呼吸的场所？
无氧呼吸可以分为几个阶段？每个阶段分别在哪里、发生了什么变化（请用方程式的方式表示）？
总结无氧呼吸的总反应式。
无氧呼吸过程能量发生了什么变化？
总结什么叫无氧呼吸。
总结什么叫细胞呼吸？细胞呼吸对生物有什么意义？
过程：
2丙酮酸
（C3H4O3）
C6H12O6
酶
少量能量
4[H]
酶
酶
2酒精（C2H5OH）+2CO2
2乳酸（C3H6O3）
细胞质基质
三、无氧呼吸
总反应式:
C6H12O6
+2CO2
酶
2C2H5OH
+少量能量
C6H12O6
（乳酸）
酶
2C3H6O3
+少量能量
三、无氧呼吸
第一阶段产生
思考：
1mol的葡萄糖所含能量大约2870kJ的能量，氧化分解成乳酸以后，释放出196.65kJ的能量，其中61KJ能量用来合成2molATP。其余能量的去处？
一部分以热能形式散失，另一大部分储存在不彻底的氧化分解产物酒精或乳酸中。
不同的生物无氧呼吸的方式不同，请将下面生物进行分类：
①甜菜块根　②玉米的根毛细胞　③马铃薯块茎　④人体剧烈运动时的部分肌肉细胞　⑤酵母菌　⑥乳酸菌 ⑦玉米的胚　⑧苹果　
产酒精、二氧化碳的_________；产乳酸的是__________。
填一填：
②⑤⑧
①③④⑥⑦
三、无氧呼吸
像酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸叫做发酵，根据发酵产物不同，产生酒精的叫作酒精发酵，产生乳酸的叫作乳酸发酵。
无氧呼吸是指细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。
无氧呼吸定义
细胞呼吸定义
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
O　　　　　　　 NH2
　　 ‖　　　　　　　 ▕
CH3—C—COOH→CH3—CH—COOH
例：丙酮酸
丙氨酸
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
细胞呼吸的意义
类 型 比较项目
不 同 点
相 同 点 有氧呼吸
无氧呼吸
比较有氧呼吸与无氧呼吸：
场所
条件
产物
释放能量
分解程度
过程
实质
意义
第一阶段： 细胞质基质；
第二、三阶段： 线粒体
细胞质基质
O2、酶、适宜温度
无O2 、酶、适宜温度
CO2和H2O
CO2、酒精或乳酸
较多（三个阶段均合成ATP）
较少(第一阶段合成ATP)
彻底
不彻底
第一阶段反应完全相同
分解有机物，释放能量，合成ATP
为生物体的各项生命活动提供能量
04
影响呼吸作用的环境因素
影响细胞呼吸的因素：
C6H12O6 +6H2O +6O2
酶
6CO2 +12H2O+能量
温度
温度、氧气、二氧化碳、水
氧气
四、影响呼吸作用的环境因素
水
二氧化碳
CO2
释放量
释放CO2的总量
有氧呼吸
无氧呼吸
A
B
最佳储存点
氧气
（1）曲线分析
由曲线可知，O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸有抑制作用。
①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。
②0＜O2浓度＜10%时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。
③O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。
④A点时，有机物消耗最少，利于储存粮食、水果。
四、影响呼吸作用的环境因素
（2）应用
①生产上常利用适当降低氧气浓度等能够抑制细胞呼吸、减少有机物消耗的原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间。
②中耕松土增加根的有氧呼吸有利于矿质离子的吸收。还可以抑制无氧呼吸产生酒精，防止植物烂根。
③在医疗上选用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”包扎伤口，可抑制厌氧病原菌的繁殖。
氧气
四、影响呼吸作用的环境因素
破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，这种病菌是能进行无氧呼吸。皮肤破损较深或被锈铁钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖（遇到这种情况，需要及时到医院治疗）
提倡慢跑等有氧运动的原因之一是：有氧运动能避免肌肉细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量的乳酸。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀无力。
稻田需要定期排水。
如果稻田中的氧气不足，水稻根的细胞就会进行酒精发酵，时间长了，酒精就会对根细胞产生毒害作用，使根系变黑、腐烂。
（2）应用
（1）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. 二氧化碳
四、影响呼吸作用的环境因素
应用：适当增加CO2浓度，抑制细胞呼吸，有利于水果和蔬菜的保鲜。
（1）温度主要通过影响呼吸酶的活性，进而影响呼吸作用。在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强；但超过一定的温度，酶的活性下降，甚至会变性失活，从而使呼吸作用减弱直至停止。
3. 温度
四、影响呼吸作用的环境因素
（2）应用
①生产上常利用这一原理在低温下贮存蔬菜、水果。
②在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高产量。
③温水和面发酵快。
3. 温度
四、影响呼吸作用的环境因素
（1）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。
4. 水分
四、影响呼吸作用的环境因素
应用
①粮食在收仓储存之前要进行晾晒，甚至烘干，减少水分，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗。
②干种子在萌发时，要浸泡以增强代谢。
果蔬保存：零上低温、低氧、适宜水分。
种子保存：零上低温、低氧、干燥条件。
若你是一位农民，根据学习过的有关细胞呼吸的知识，谈一谈如何更好的储藏新鲜瓜果和干种子？
四、影响呼吸作用的环境因素
酿酒的时候，为什么早期通气，后期密封？
早期通气：促进酵母菌有氧呼吸，为其进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力，有利于菌种的繁殖
后期密封：促进酵母菌无氧呼吸，有利于产生酒精。
思考：
四、影响呼吸作用的环境因素
细胞呼吸类型的判断
酵母菌培养液
NaOH
酵母菌培养液
清水
a
b
当a液滴 、b液滴 时，只进行有氧呼吸。
当a液滴 、b液滴 时，只进行无氧呼吸。
当a液滴 、b液滴 时，即有无氧呼吸也有有氧呼吸。
右移
左移
不动
不动
左移
右移
根据CO2释放量和O2消耗量判断细胞呼吸状况
课堂小结
1、氧气在第几阶段参与反应？场所是哪里？
2、水在第几阶段参与反应？水的生成在第几阶段？
3、有氧呼吸产生二氧化碳的场所是哪里？
4、生成的水中，氧原子来源于哪里？
5、产生的二氧化碳中氧原子来源于哪里？碳原子来源于哪里？
抢答
4、哪些过程能产生二氧化碳？
3、酵母菌细胞中可以进行哪些过程？
2、动物细胞中可以进行哪些过程？
1、①②③④过程进行的场所分别是哪里？
5、哪些阶段可以释放能量，产生ATP？
抢答
1.下图是细胞代谢过程中某些物质的变化过程示意图，下列叙述正确的是(　　)
A.在乳酸菌细胞中，能进行过程①②④
B.过程①④都需要O2的参与才能正常进行
C.真核细胞中催化过程①②③酶均位于细胞质基质中
D.植物细胞中均不会发生②
C
课堂练习
2.下图表示氧浓度和温度对洋葱根尖细胞有氧呼吸速率的影响。下列有关叙述错误的是(　　)
A.氧气浓度为0时，细胞中能够产生[H]的场所是细胞质基质
B.氧气浓度低于20%时，30℃、35℃两温度对有氧呼吸速率影响不大
C.由图可知，细胞有氧呼吸的最适温度位于30℃和35℃之间
D.与b点相比，限制c点有氧呼吸速率的因素有氧浓度和温度
C
课堂练习

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