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(共52张PPT)
5.3 细胞呼吸的原理和应用
第1课时 探究酵母菌细胞呼吸的方式
学习目标：
1、通过探究酵母菌的细胞呼吸方式，能学习控制变量、观察和检测因变量，认识对比实验；并且能总结出细胞呼吸的类型。
发面
酿葡萄酒
问题：酵母菌有氧条件会产生酒精和CO2吗？无氧条件下呢？
发面的过程中，干酵母吸收自由水，恢复旺盛的代谢，产生气体将面团撑起；发面时间过长，面会有酒味。
将葡萄洗净榨汁，置于密封的玻璃瓶中发酵，由于酵母菌的活动，发酵液中出现气泡，发酵液逐渐有了酒味。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题：
酵母菌有氧条件会产生酒精和CO2吗？无氧条件下呢？
作出假设：
①有氧条件下产生CO2，无氧条件下产生酒精
②有氧条件下和无氧条件下都产生酒精和CO2
③有氧、无氧条件下都产生CO2，无氧条件下产生酒精
④。。。。。。
设计实验
自变量？
因变量？
如何控制？
如何检测？
有无氧气
有氧：给酵母菌通入空气
无氧：密封
实验材料：酵母菌、5%的葡萄糖溶液、澄清石灰水（或溴麝香草酚蓝溶液）、酸性重铬酸钾、气泵、锥形瓶等
是否产生酒精和CO2
CO2: 澄清石灰水是否变浑浊或溴麝香草酚蓝溶液是否由蓝变绿再变黄
酒精：酸性重铬酸钾是否由橙色变灰绿色
溴麝香草酚蓝溶液通入CO2后颜色变化
设计实验
思考：如何比较CO2产生多少？
根据石灰水变浑浊的程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色时间长短
思考：怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
给酵母菌提供葡萄糖溶液
探究酵母菌细胞呼吸的方式
设计实验
C
D
气泵
E
有氧呼吸装置如何装？
无氧呼吸装置如何装？
无关变量？
如何控制可能影响实验结果的因素？
方案1：E-A-D
方案2：E-C-A-D
B-D
温度、反应时间、加入葡萄糖溶液的量、酵母菌的量等保持等量且适宜
B瓶封口放置一段时间，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，让酵母菌先进行有氧呼吸，将氧气消耗完，之后进行无氧呼吸
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
观察实验现象
有氧呼吸装置中澄清石灰水变浑浊，橙色酸性重铬酸钾溶液不变色。
无氧呼吸装置中澄清石灰水也变浑浊，但浑浊程度比有氧呼吸小；橙色重铬酸钾溶液由橙色变为灰绿色。
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
观察实验现象
实验结论
酵母菌在有氧气条件下进行有氧呼吸，产生大量二氧化碳，不产生酒精；
酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸，产生了少量二氧化碳，同时也产生了酒精。
刚加入重铬酸钾
A: 有氧条件下酵母菌培养液
B: 无氧条件下酵母菌培养液
A
B
A
B
一段时间以后
思考1、本实验中哪组是对照组，哪组是实验组？
学习本节内容前，我们对两组实验结果均是未知的，都属于实验组。通过设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系——对比实验（相互对照）。
酵母菌是单细胞真菌，有氧氧无条件下均能生存，属兼性厌氧菌。
大量实验证实，细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸。
5.3 细胞呼吸的原理和应用
第2课时 有氧呼吸
学习目标：
1、通过分析线粒体适于进行有氧呼吸的结构，说明有氧呼吸过程中物质与能量的变化。能正确书写有氧呼吸的反应过程。
细胞呼吸
有氧呼吸
无氧呼吸
细胞呼吸的实质是细胞内有机物氧化分解，并释放能量的过程。
（主要）
有氧呼吸的反应物和产物：
O2
CO2
C6H12O6
＋
＋
H2O
＋
能量
从化学角度来讲，这是一个葡萄糖的氧化过程，葡萄糖在这个过程中失去了H，失去了电子。化学过程中失去电子、失去H的过程就是氧化。
葡萄糖的燃烧
此反应中的有机物和生成物与细胞内发生的细胞呼吸是一样的，我们为什么没有看到细胞内放出的许多光和热呢？
思考：体外燃烧和有氧呼吸的区别？
燃烧是一种迅速释放能量的过程，而有氧呼吸过程则是逐步缓慢释放能量，这种方式保证有机物中的能量得到充分的利用，主要表现在两个方面：可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；能量缓慢有序释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。
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（既有细胞质基质又有线粒体）
加入等量葡萄糖 时间
细胞质基质可以分解葡萄糖；
线粒体不能直接分解葡萄糖；
线粒体能促进葡萄糖的分解；
大量科学研究表明：
有氧呼吸的场所包括细胞质基质和线粒体。先由细胞质基质完成葡萄糖的初步分解，之后由线粒体完成剩下的部分。
有氧呼吸场所的分析
有氧呼吸第一阶段分析
阅读下列材料，回答细胞质基质为葡萄糖的分解提供了什么物质？
资料2： 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。
提供了酶和小分子物质
小分子NAD+是电子和H+载体
NAD+
NADH
NAD+
通常将NADH简化为[H]，读作还原氢
H+ + NAD+(氧化型辅酶I)+2e → NADH
NADH → H+ + NAD+ + 2e
笔记做在课本93页相关信息处。
有氧呼吸第一阶段概括（需要记忆）
葡萄糖 (C6H12O6)
2丙酮酸 (C3H4O3)
多种酶
NAD+
NADH（[H]）
ADP+Pi
ATP(少量)
反应场所：细胞质基质
C6H12O6→2C3H4O3＋4[H]＋少量能量
酶
（一部分用于ATP合成）
有氧呼吸第二、三阶段
外膜
内膜
线粒体基质
嵴
线粒体电镜照片
分析：线粒体的结构有哪些适于其功能的特点？
内膜向内折叠形成嵴，极大地增大了面积，为有氧呼吸相关的酶提供了附着位点；线粒体基质中也含有很多的酶和其他物质，为有氧呼吸提供物质基础。
有氧呼吸第二阶段
请同学们分析一下这个循环过程中物质和能量的变化。（从物质输入和输出进行分析）
有氧呼吸第二阶段概括（需要记忆）
2C3H4O3＋6H2O→6CO2＋20[H]＋少量能量
酶
场所：线粒体基质
（一部分用于ATP合成）
有氧呼吸第三阶段
特点：
[H]和O2参与反应
产生大量ATP
场所：线粒体内膜
资料3：
1、线粒体内膜两侧有H+浓度差；
2、有一种能破坏这种浓度差的药物，可以使线粒体产生大量热也消耗氧气，但不生成ATP。
外膜
内膜
线粒体基质
嵴
思考：以上资料能说明什么？
1、O2的消耗与ATP的生成不是一个过程
2、H+的浓度在两个过程中起到连接的作用
有氧呼吸第三阶段
电子势能
H+浓度势能
ATP
能量转移路径：
外膜与内膜的膜间区域
线粒体基质
线粒体内膜
蛋白复合体
NADH → H+ + NAD+ + 2e
有氧呼吸第三阶段（需要记忆）
24 [H]＋6O2→ 12H2O ＋大量能量
酶
场所：线粒体内膜
H20
O2
大量ATP
第一阶段产生的[H]
第二阶段产生的[H]
（一部分用于ATP合成）
有氧呼吸总反应式
C6H12O6＋H2O＋O2
CO2＋H2O＋能量
请配平上述总反应式：
C6H12O6＋6H2O＋6O2
6CO2＋12H2O＋能量
有氧呼吸的能量利用特点
1mol葡萄糖彻底氧化可释放出2870kJ的能量，但其中只有977.28kJ左右的能量储存在ATP当中，其余的则以热能的形式散失了。
思考：这种散失对生物体有何意义？
可以维持体温恒定
C6H12O6＋6H2O＋6O2
6CO2＋12H2O＋能量
大部分以热能形式散失
少部分合成ATP
小结
尝试在下图画中画出有氧呼吸简要过程
小结
5.3 细胞呼吸的原理和应用
第3课时 无氧呼吸、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
学习目标：
1、通过酵母菌和乳酸菌的无氧呼吸，总结无氧呼吸过程特点。
2、通过表格归纳，厘清有氧呼吸与无氧呼吸的异同点，归纳细胞呼吸的概念，说明细胞呼吸的意义。
酒不醉人人自醉，花不迷人人自迷
资料一：
1952年，二战后驻扎在东京的一位美国士兵虽然滴酒不沾，但也会进入醉酒的状态，难以解释的醉酒现象的发生。
25年后，一个内科医生终于诊断出了其中的病因。原来在肠道里，生活着一种突变的酵母菌，这些突变酵母细胞利用摄入到人体内的糖类作为原料，通过糖酵解和乙醇发酵，制造出乙醇（酒精）。
分析资料，了解酵母菌无氧呼吸的产物
刚加入重铬酸钾
一段时间以后
葡萄糖
酒精
+
二氧化碳（CO2）
A：有氧条件下酵母菌培养液
B：无氧条件下酵母菌培养液
酵母菌无氧呼吸实验
回顾所学
一、无氧呼吸
（一）无氧呼吸的过程---------酒精发酵
葡萄糖 (C6H12O6)
2丙酮酸 (C3H4O3)
酶
NAD+
NADH（[H]）
ADP+Pi
ATP(少量)
CO2
乙醛
酶
酶
乙醇（酒精）
C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量
大部分以热能形式散失
少部分合成ATP
密封有酒味
水淹烂根
定期排水
葡萄糖
酒精
+
二氧化碳（CO2）
资料2：
我们在牛奶中添加一定量的乳酸菌，密封发酵就可以得到酸奶，那酸奶中的酸味物质是什么呢？
在运动场上踢完一场足球赛、打完一场篮球或者跑完一项长跑运动之后，下肢骨骼肌会产生酸痛感，这又是什么原因呢？
无氧呼吸产生乳酸导致的结果
思考：乳酸是如何形成的？
一、无氧呼吸
（二）无氧呼吸的过程---乳酸发酵
乳酸菌
葡萄糖 (C6H12O6)
2丙酮酸 (C3H4O3)
酶
NAD+
NADH（[H]）
ADP+Pi
ATP(少量)
酶
乳酸
C6H12O6→2C3H6O3＋少量能量
酶
大部分以热能形式散失
少部分合成ATP
1、人进行剧烈运动时，尽管呼吸运动血液循环大大加快了，但仍不能满足骨骼肌细胞对能量的需求，此时骨骼肌的部分细胞会通过无氧呼吸合成ATP以满足细胞对能量的需求。同时此过程会产生乳酸。
2、马铃薯块茎、甜菜块茎等某些高等植物的器官进行无氧呼吸时也可以产生乳酸。
一、无氧呼吸
（三）在下列细胞中画出无氧呼吸的过程
2酒精
+
2CO2
酶
2丙酮酸(2C3H4O3)
酶
2乳酸
酶
能量
[H]
葡萄糖（C6H12O6）
细胞质基质
无氧呼吸:
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。
思考1：细胞呼吸是为细胞生命活动提供能量的，为什么无氧呼吸第二阶段不产生ATP，还要进行第二阶段反应呢？
事实1：NAD+在细胞中的含量很少
事实2：丙酮酸不能出细胞
如果没有第二阶段，会导致NADH和丙酮酸含量在细胞质基质中积累，NAD+含量不足，从而导致葡萄糖的分解受阻。
思考2：从竞争的角度思考乳酸菌产生乳酸的意义。
乳酸菌无氧呼吸产生的乳酸代谢到周围环境中，会使环境中的PH降低，从而抑制了其他微生物的生长繁殖。有利于乳酸菌在竞争中占据优势。
思考3、动物骨骼肌中的丙酮酸被还原成乳酸，大部分从活跃的肌细胞中扩散到血液，然后又通过血液带回肝脏，在肝中重新转化成葡萄糖。从物质和能量角度分析，乳酸在肝脏中重新转化成葡萄糖的意义是什么？
减少机体内物质和能量的浪费，使有机物和能量再次被利用。
思考4：酒精和CO2以什么样的跨膜运输方式出细胞呢？
自由扩散
此过程不但可以避免丙酮酸的积累，同时酒精的杀菌作用，使酵母菌在竞争中占据优势。
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
ATP生成阶段
相同点 细胞质基质和线粒体（主）
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(最多)
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
二、有氧呼吸和无氧呼吸比较
细胞呼吸及其意义：
细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还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。
5.3 细胞呼吸的原理和应用
第4课时 细胞呼吸原理的应用、探究影响细胞呼吸的因素
学习目标：
1、探讨细胞呼吸原理在生产和生活中的应用，能够利用细胞呼吸原理解决生产生活中的实际问题。
透气的消毒纱布、松软的“创可贴”包扎伤口。
松土
透气
有氧呼吸增强
能量供应增加
主动运输吸收无机盐离子
防止厌氧微生物滋生。
破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，这种病菌只能进行无氧呼吸。皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖。需要及时到医院注射破伤风抗体。
一、细胞呼吸原理的应用
零上低温、低氧、高CO2、一定湿度
储存水果、蔬菜
零上低温、低氧、高CO2、干燥
储存种子
无氧运动中，肌细胞因氧不足，要靠无氧呼吸来获取能量，会产生大量乳酸，引起肌肉酸胀乏力。
提倡慢跑：促进肌细胞有氧呼吸,防止无氧呼吸产生乳酸。
利用酵母菌发酵可生产各种酒。发酵时，先给发酵罐通气，有利于酵母菌进行有氧呼吸并大量繁殖；之后密封发酵罐，酵母菌无氧呼吸产生酒精。
一、细胞呼吸原理的应用
（一）、内因
①不同生物种类，呼吸速率不同。
②同一生物的不同器官或组织，呼吸速率不同。
③同一器官不同生长发育阶段，呼吸速率不同
探究环境因素对呼吸速率的影响时，要选取等量的同种生物在相同发育阶段的同一器官为材料。
项目 规律 举例
遗传特性 不同种类的植物呼吸速率不同 旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物
器官类型 同植物的不同器官呼吸速率不同 生殖器官大于营养器官
生长发育阶段 同一植物的同一器官在不同的生长发育阶段呼吸速率不同 幼苗期、开花期植株器官的呼吸速率高，成熟期呼吸速率低。
二、影响呼吸速率的因素及其应用
（二）、外部因素(环境因素)
①温度：
通过影响_____________来影响呼吸速率。
注意：恒温动物具有体温调节能力，体温一般不会随着外界温度变化而变化。在外界温度较低时，恒温动物会通过增加呼吸速率来增加产热量进而维持体温恒定。
应用
冰箱(_____低温储存蔬菜和水果）
大棚夜间或阴雨天适当降低温度,从而降低_______速率，减少_______
的消耗，而增加农作物产量。
零上
细胞呼吸
有机物
呼吸酶的活性
二、影响呼吸速率的因素及其应用
应用：微生物发酵时依据微生物种类调整pH。
（二）、外部因素(环境因素)
②pH：
通过影响__________来影响呼吸速率。
酶的活性
③氧气浓度
氧气浓度对有氧呼吸速率的影响
氧气浓度对无氧呼吸速率的影响
二、影响呼吸速率的因素及其应用
氧气浓度0~b时
氧气浓度对酵母菌(或植物非绿色器官)的呼吸速率的影响。
有氧呼吸速率增大，
无氧呼吸速率减小。
氧气浓度为0时
有氧呼吸速率为零，
无氧呼吸速率最大，
有机物消耗量较多。
氧气浓度为a时
无氧呼吸减弱，
有氧呼吸较弱，
消耗有机物较少。
氧气浓度为b时
无氧呼吸被完全抑制
细胞呼吸即为有氧呼吸
氧气浓度为c时
有氧呼吸速率达到最大时的最小氧气浓度
三、测定细胞呼吸速率（定量）
1.测定有氧呼吸速率
（1）指标：
单位时间O2吸收量。
（2）原理：
有氧呼吸吸收O2，释放CO2。CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，有色液滴左移。单位时间液滴左移量即表示有氧呼吸速率。
（3）物理误差的校正：
将生物材料灭活，其余条件不变。
（灭活）
2.判断细胞呼吸方式
反映O2吸收量
反映CO2释放量-O2吸收量
例题：

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