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(共46张PPT)
5.3 细胞呼吸的原理和应用
第1课时　细胞呼吸的方式
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。
能为自己的生命活动提供少量能量。
问题探讨
科学家根据大量实验结果得出结论：
细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。
（1）概念（教材P94） 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。
1、细胞呼吸
（2）细胞呼吸实质：是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。
呼吸≠细胞呼吸
（3）细胞呼吸类型（分类依据：是否需要O2参与)
有氧呼吸和无氧呼吸
酵母菌电镜照片
代谢类型
同化类型
异化类型
自养型
异养型
需氧型
厌氧型
兼性厌氧型
酵母菌:单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，是异养兼性厌氧菌。
酵母菌在什么条件下产生CO2，什么条件下产生酒精？
酵母菌进行有氧呼吸能产生大量的CO2，
在进行无氧呼吸时能产生酒精和CO2
酵母菌结构模式图
一、细胞呼吸的方式
2、探究酵母菌细胞呼吸的方式
(1)酵母菌介绍
探究 实践
探究酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌什么条件下产生CO2？什么条件下产生酒精？
3、怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
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CO2
2、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？
1、怎样控制有氧和无氧条件？
问题细化
实验思路
3.设计实验
2.作出假设
1.提出问题
有氧 CO2
无氧 CO2+酒精
5.分析结果得出结论
4.进行实验
6.表达与交流
2、探究酵母菌细胞呼吸的方式
解决问题：
1、怎样控制有氧和无氧条件？请设计出简易实验装置并思考：
有氧条件
装置连接
无氧条件
装置连接
2）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？
接气泵
A
10% NaOH
酵母菌培养液
澄清石灰水
B
酵母菌培养液
澄清石灰水
1）NaOH的作用是什么？
思考：
吸收通入空气中CO2，排除空气中CO2的干扰。
让酵母菌耗尽瓶内O2，造成无氧环境，确保产物是无氧呼吸产生的
2、探究酵母菌细胞呼吸的方式
2、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？
（1）检测CO2
（2）检测酒精：
3、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
①使澄清石灰水变浑浊（根据浑浊程度检测CO2产生的多少）
②溴麝香草酚蓝：蓝→变绿→再变黄
（根据其变黄色时间的长短，检测CO2产生的多少）
酒精+重铬酸钾（浓硫酸溶液）：橙色→灰绿色
2、探究酵母菌细胞呼吸的方式
解决问题：
(1)配制酵母菌培养液：酵母菌+葡萄糖溶液
取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A（500mL）和锥形瓶B（500mL）中，分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的煮沸冷却后的葡萄糖溶液。
煮沸：灭菌、除去葡萄糖溶液中的氧气。
4.进行实验
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、探究酵母菌细胞呼吸的方式
(2)实验装置：
4.进行实验
讨论：
连一连
① 有氧组： ；
CAD
无氧组： 。
BD
② 分析此实验中如何控制无关变量？控制有氧和无氧条件的方法？
有氧一组不断通入空气，以保证反应始终在有氧条件下进行。无氧一组
密封，先反应一段时间消耗掉培养液中的氧气，确保CO2来自无氧呼吸。
无关变量有酵母菌培养液的浓度和体积、培养时间、澄清石灰水的量等。
2、探究酵母菌细胞呼吸的方式
(3)检测CO2的生成
CO2多少：
1.通入澄清的
石灰水：
澄清→浑浊
2.溴麝香草酚蓝水溶液：
蓝→ 绿→黄
A
10% NaOH
酵母菌培养液
澄清石灰水
接橡皮球
（或气泵）
将B瓶先反应一段时间，然后再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶
B
酵母菌培养液
澄清石灰水
澄清的石灰水浑浊程度
溴麝香草酚蓝水溶液变黄时间
4.进行实验
2、探究酵母菌细胞呼吸的方式
对比实验
设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。
(4)酒精的检测：
橙色的重铬酸钾溶液在酸性 条件下与酒精发生反应：橙色 → 灰绿色
酸性重铬酸钾0.5mL
提示：
葡萄糖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。
①在A、B锥形瓶中各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入1号、2号干净的试管中
②在1号、2号试管中各滴加
0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液
③并轻轻振荡，观察试管中
溶液的颜色变化。
方法步骤：
4.进行实验
2、探究酵母菌细胞呼吸的方式
1提出问题
2作出假设
3设计实验
4进行实验
5分析结果得出结论
6表达与交流
条件 澄清 石灰水 溴麝香草酚蓝溶液/出现的时间 重铬酸钾-浓硫酸溶液
有氧
无氧
浑浊程度高
由蓝变绿再变黄
-短
不出现灰绿色
浑浊程度低
由蓝变绿再变黄
-长
橙色→灰绿色
分析结果
2、探究酵母菌细胞呼吸的方式
得出结论：酵母菌在有氧和无氧条件下都进行细胞呼吸。在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量CO2；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量CO2
1、有氧呼吸的主要场所
外膜
内膜
嵴
线粒体基质
线粒体结构有哪些适于其功能的特点？
二、有氧呼吸
含有氧呼吸有关的酶
（教材P92）对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，这一过程必须有氧的参与。有氧呼吸的主要场所是线粒体。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峭，峭使内膜的表面积大大增加。峭的周围充满了液态的基质。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
C6H12O6
2C3H4O3
酶
4[H]
能量
少量ATP
热能
能量
少量ATP
热能
6CO2
酶
6H2O
20[H]
12H2O
6O2
酶
能量
大量ATP
热能
线粒体基质
细胞质基质
②
①
③
2、线粒体不能直接分解葡萄糖？
因为①膜上无葡萄糖载体；②线粒体内无分解葡萄糖的酶。
3、反应式中“能量”不能写成“ATP”
1、[H]:还原型辅酶Ⅰ（NADH）
线粒体内膜
2.有氧呼吸过程
二、有氧呼吸
①过程图解
注意
②总反应式（及原子来源出路）:
C6H12O6 + 6H2O+6O2 6CO2 +12H2O+能量
酶
有氧呼吸 场所 反应物 产物 释能
第1阶段 细胞质基质 主要是葡萄糖 丙酮酸 [H] 少量
第2阶段 线粒体基质 H2O、丙酮酸 CO2、[H] 少量
第3阶段 线粒体内膜 [H]、O2 H2O 大量
呼吸底物常用的是葡萄糖，也可是脂肪等其他能源物质。
二、有氧呼吸
2.有氧呼吸过程③解析
注意
原核生物
①动物都能进行有氧呼吸吗？
②人体细胞都能进行有氧呼吸吗？
③进行有氧呼吸的生物一定有线粒体吗？
成熟红细胞
蛔虫
原核生物
有氧呼吸 反应场所 反应式
第一阶段
第二阶段
第三阶段
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
C6H12O6→2C3H4O3＋4[H]＋少量能量
酶
2C3H4O3＋6H2O→6CO2＋20[H]＋少量能量
酶
24 [H]＋6O2→ 12H2O ＋大量能量
酶
④有氧呼吸过程各步反应式---归纳记忆
二、有氧呼吸
2.有氧呼吸过程
3、有氧呼吸概念
细胞在___的参与下，通过______的催化作用，把______等有机物____________，产生____和____，释放____,生成_________的过程。
氧
多种酶
葡萄糖
CO2
H2O
能量
大量ATP
彻底氧化分解
实质：细胞内有机物彻底氧化分解，并释放能量过程。
二
三
三
二
葡萄糖和水
三
一、二
与氧气结合形成水，并释放大量能量
酶
C6H12O6
+6H2O
＋6O2
6CO2
＋12H2O
＋ 能量
6CO2+20 [H] +少量能量
2丙酮酸
+6H2O
酶
酶
12H2O+大量能量
24[H]+6O2
C6H12O6
酶
2丙酮酸 +4 [H] + 少量能量
（C3H4O3)
2.有氧呼吸的过程
葡萄糖的初步分解
丙酮酸的水解
[H]的氧化
①反应式中不能写等号，要用箭头。
②反应条件“酶”不能省略。
1.在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解，释放能量2870kJ。其中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。
1、有氧呼吸的能量利用特点
4、有氧呼吸的特点（同有机物体外燃烧相比）：
① 条件温和(常温、常压、一定的pH等)
② 能量经过一系列的化学反应逐步释放
③ 有相当一部分能量储存在ATP中
34%
32mol
有氧呼吸释放的能量大部分以热能形式散失，少部分存储在ATP中
二、有氧呼吸
P93思考·讨论
977.28KJ/2870KJx100% ≈34％
977.28KJ/30.54KJ=32
5、有氧呼吸能量利用意义：
2.与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义？
二、有氧呼吸
P93思考·讨论
答：可以保证有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面：
1、可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；
2、能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。
巩固：有氧呼吸过程中，物质和能量的变化:
①各反应物参与的阶段：
葡萄糖参与的阶段（ ）；H2O参与的阶段（ ）；
氧气参与的阶段（　　）
②各产物生成的阶段：
产生H2O的阶段（　 ）；产生CO2的阶段（　　）
③消耗H2O的阶段（ ）；产生H2O的阶段（　 ），反应式两边的H2O不能消去③[H]产生的阶段（　　 ）；[H]被消耗的的阶段（　　）
④产生能量的阶段（ 　 　　　 ）；产生能量最多的阶段（　　）
一
二
三
二
一、二
三
2.有氧呼吸的过程
三
一、二、三
三
二
三
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
2.有氧呼吸的过程
巩固：有氧呼吸过程中氧元素的转移途径
（2）CO2中的O来自： 。
（1） H2O中的O来自： 。
（3） H2O中的H来自： 。
O2
C6H12O6、H2O
C6H12O6、H2O
（1）线粒体能直接利用葡萄糖吗？
易错提醒：
不能。葡萄糖不能进入线粒体，其先在细胞质基质中被分解成丙酮酸，丙酮酸进入线粒体，在有氧条件下被氧化分解成CO2和水。
（2）线粒体膜上有没有运输葡萄糖的载体？线粒体中有没有氧化分解葡萄糖的酶？
没有 没有
（3）所有的真核生物都有线粒体？都能进行有氧呼吸吗？
哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫等无线粒体，只能进行无氧呼吸。
（4）有线粒体才能进行有氧呼吸吗？
某些原核生物如蓝细菌、硝化细菌等，无线粒体也能进行有氧呼吸。
加入酵母后，为什么能制作酒？
加入乳酸菌后，牛奶为什么会变成酸奶？
我们在运动后常会肌肉发酸，为什么？
三、无氧呼吸
1.场所:
2.过程:
细胞质基质
少量［H］+丙酮酸+少量能量
酒精+CO2
乳酸
总反应式：
C6H12O6
酶
2C3H6O3（乳酸）+少量能量
例：乳酸菌、高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等
C6H12O6
酶
2C2H5OH（酒精）+ 2CO2+ 少量能量
例：酵母菌、大多数植物等
乳酸发酵
酒精发酵
三、无氧呼吸
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或
不同生物无氧呼吸的产物不同的原因：
催化反应的酶不同
葡萄糖
储存在ATP中
以热能形式散失（维持体温）
少部分
大部分
无氧呼吸
释放少量能量
储存在酒精或乳酸中
大部分能量
三、无氧呼吸
无氧呼吸只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量的ATP。葡萄糖分子中的大部分能量则存留在酒精或乳酸中。
2870KJ
196.65KJ
61.08KJ，约占31%
细胞质基质
线粒体
C6H12O6(葡萄糖)
散失
ATP
酶
[H]
少量能量
丙酮酸
酶
C2H5OH(酒精)
CO2
C3H6O3
（乳酸）
酶
过程
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。
三、无氧呼吸
无氧呼吸实质
不彻底分解有机物，释放少量能量
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 细胞质基质、线粒体
细胞质基质
需要O2、多种酶
不需要O2、需要多种酶
葡萄糖彻底分解为
CO2和H2O
葡萄糖不彻底分解，形成
乳酸或酒精和CO2
释放大量能量
释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中
有氧呼吸的三个阶段均产生ATP
仅在第一阶段产生ATP
有氧呼吸与无氧呼吸的比较
分解有机物，释放能量
第一阶段反应场所和过程完全相同
无氧呼吸并不是只有在绝对无氧的条件下才能进行，有氧但氧气浓度较低的条件下同样可以进行。
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。
思考：人和酵母菌进行细胞呼吸产生CO2的场所相同吗？
四、细胞呼吸
1. 概念：
人：线粒体基质；
酵母菌：线粒体基质、细胞质基质
判断：人在剧烈运动时，肌肉细胞呼吸产生的CO2量大于O2的消耗量。
×，人在任何状态下，CO2产生量都是等于O2消耗量的。人只有有氧呼吸产生CO2。
①为生物体提供能量
②生物体代谢的枢纽
2. 细胞呼吸的意义
葡萄糖
多糖
氨基酸
中间产物
细胞呼吸是蛋白质、糖类和脂质代谢的枢纽
四、细胞呼吸
细胞呼吸
蛋白质
甘油
脂肪酸
脂肪
a.中耕松土，可增强根的呼吸作用，有利于离子的吸收。
应用
c.在储存蔬果、粮食时，为了减少有机物消耗， 应控制低氧(a点氧气浓度)环境
b.缺氧的情况下，厌氧病菌大量繁殖，不利于伤口痊愈
d.有氧运动指人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。人体细胞通过有氧呼吸可获得较多的能量。
e.无氧运动中，肌细胞因氧不足，要靠乳酸发酵来获取能量，会引起人有肌肉酸胀乏力的感觉。
f.皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖。遇到这种情况，需及时治疗并注射破伤风抗毒血清。
1.内部因素
(1)遗传特性：不同种类的植物呼吸速率不同。
实例：旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。
(2)生长发育时期：同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同。
实例：幼苗期呼吸速率高，成熟期呼吸速率低。
(3)器官类型：同一植物的不同器官呼吸速率不同。
实例：生殖器官 营养器官。
大于
影响细胞呼吸的因素及其应用
2.外界因素
(1)温度
①解读：细胞呼吸是一系列 反应，温度通过影响 进而影响细胞呼吸速率。
②应用：储存水果、蔬菜时应选取 (填“高温”“零上低温”或“零下低温”)。
酶促
酶的活性
零上低温
(2)O2浓度
①解读
a.O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有 作用。
b.O2浓度低时， 呼吸占优势。
c.随着O2浓度增大， 呼吸逐渐被抑制， 呼吸不断加强。
d.当O2浓度达到一定值后，随着O2浓度增大，有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的影响)。
抑制
无氧
无氧
有氧
②应用
a.选用透气的消毒纱布包扎伤口，抑制破伤风芽孢杆菌等厌氧细菌的无氧呼吸。
b.作物栽培中及时松土，保证根的正常细胞呼吸。
c.提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生 。
d.稻田定期排水，抑制无氧呼吸产生 ，防止 中毒，烂根死亡。
乳酸
酒精
酒精
(3)CO2浓度
①解读：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会 (填“促进”或“抑制”)细胞呼吸的进行。
②应用：在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。
抑制
(4)含水量
①解读：一定范围内，细胞中自由水含量越多，代谢越 ，细胞呼吸越强。
②应用：粮食储存前要进行晒干处理，目的是降低粮食中的 含量，降低细胞呼吸强度，减少储存时有机物的消耗。
旺盛
自由水
结合O2浓度影响细胞呼吸的曲线分析：
阐述基本原理，突破长句表达
(1)O2浓度为C时，AB＝BC，此时有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖_____(填“是”或“不是”)一样多，
不是
理由是________________________________________________________
_____________________________________________________。
(2)在保存蔬菜、水果时，应选择 点对应的O2浓度，理由是__________
______________________________。
根据有氧呼吸和无氧呼吸的方程式可以看出：当有氧呼吸和无
氧呼吸释放的CO2量相等时，二者消耗的葡萄糖之比是1∶3
R
此时总CO2
释放量最少，有机物的损耗最少
(3)低氧环境下，有机物消耗少的原因_____________________________
__________________________________________________________________________。
在低氧条件下，无氧呼吸受到抑
制强度较弱，有氧呼吸因氧气不足强度也比较小，故总的CO2释放量少，呼吸强度弱
2.细胞呼吸反应式中各物质量的比例关系
(1)反应式
①有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O 6CO2＋12H2O＋能量。
②无氧呼吸：C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2＋少量能量；
C6H12O6 2C3H6O3＋少量能量。
(2)相关物质间量的比例关系
①有氧呼吸：C6H12O6∶O2∶CO2＝1∶6∶6。
②无氧呼吸：C6H12O6∶CO2∶C2H5OH＝1∶2∶2或C6H12O6∶C3H6O3＝1∶2。
③有氧呼吸和无氧呼吸消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质的量之比为有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和＝3∶4。
④产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量之比为无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。
2.液滴移动法探究细胞呼吸的方式
(1)探究装置：欲确认某生物的细胞呼吸方式，应设置两套实验装置，如图所示(以发芽种子为例)：
O2
CO2 - O2
(2)结果结论
实验结果 结论
装置一液滴 装置二液滴 不动 不动
不动 右移
左移 右移
左移 不动
左移 左移
只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已经死亡
只进行产生酒精的无氧呼吸
进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸
种子进行有氧呼吸时，底物中除糖类外还含有脂质
(3)误差校正：为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置三。装置三与装置二相比，不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。

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