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5.3 细胞呼吸的原理和应用
“细胞呼吸”是指
生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？
细胞呼吸？
“呼吸”是指
细胞呼吸的实质是：
是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。
【注意】呼吸≠呼吸作用
生物体或细胞吸入氧气和呼出二氧化碳的过程；
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。p94
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。PART ONE
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02
实验原理：酵母菌的生存特点
酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式
探究·实践：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
酵母菌：单细胞真菌，真核生物，有细胞壁，它与人类的生活息息相关。做馒头、面包、酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
一、细胞呼吸的方式
科学探究的一般步骤
1.提出问题
2.作出假设
3.设计实验
4.进行实验
5.得出结论
6.交流讨论
酒精和CO2是酵母菌在什么条件下产生的？
酵母菌在有氧和无氧的条件下产生的CO2是否一样多？
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
无氧
CO2和酒精
产生
CO2
有氧
产生
怎样检测二氧化碳和酒精？
CO2的检测：P91
方案1：通入澄清的石灰水：澄清→混浊
方案2：溴麝香草酚蓝水溶液：蓝→ 绿→黄
方案3：CO2传感器
酒精的检测：
橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应：
橙色→灰绿色
石灰水
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
（3）设计实验
变量 处理方法
自变量
有氧条件
是否产生CO2
用澄清石灰水
是否产生酒精
无氧条件
密封
因变量
酸性重铬酸钾溶液检测
通气
溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄
反应物的量、反应时间、pH、温度、酵母菌的活性
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
无关变量：
气泵
A
B
C
D
E
运用元件
分别搭建
有氧呼吸、
无氧呼吸
的装置
有氧呼吸装置：
无氧呼吸装置：
酵母菌什么条件下产生CO2,什么条件下产生酒精？
设计实验
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
E-C-A-D
B-D
思考：
以上锥形瓶中的溶液在实验中的作用分别是什么？
将培养液煮沸冷却后再加入酵母菌的目的是？
B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，这是为什么？
煮沸是为了杀死培养液中的杂菌；冷却是防止高温杀死酵母菌
可以让酵母菌消耗完瓶中原有氧气，创造无氧环境。
除去空气中的CO2
检测CO2的产生
（4）进行实验
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
有氧呼吸装置
无氧呼吸装置
新鲜的食用酵母菌（10g）+5%葡萄糖溶液（240ml)
【实验结果】
澄清的石灰水变浑浊程度大/快
有氧呼吸装置组：
无氧呼吸装置组：
澄清的石灰水变浑浊程度小/慢
二氧化碳产生情况
结论：有氧条件产生的CO2多
检测酒精的产生
【实验结果】
无颜色变化
变成灰绿色
有氧呼吸装置组：
无氧呼吸装置组：
结论：有氧条件不产生酒精，无氧条件产生酒精
分析结果，得出结论
组别 条件 CO2检测 结果 结论 酒精检测 结果 结论
A组 有氧 由蓝变绿再变黄/较快 无明显颜色变化
B组 无氧 由蓝变绿再变黄/较慢 橙色变灰绿色 有氧条件产生的CO2多
有氧条件不产生酒精，
无氧条件产生酒精
对比实验
组别 条件 溴麝香草酚蓝水溶液 加入酸性重铬酸钾溶液
A组 有氧
B组 无氧
由蓝变绿再变黄/较快
无明显颜色变化
由蓝变绿再变黄/较慢
橙色变灰绿色
记录结果
细胞呼吸的方式
有氧呼吸
无氧呼吸
（5）分析结果，得出结论
酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸。在有氧条件下，通过细胞呼吸产生大量的CO2和水；在无氧条件下通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的CO2。
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
实验设计—注意事项
①葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，所以应将酵母菌的培养时间适当_____以_____________________；
延长
耗尽溶液中的葡萄糖
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
②为什么只检测CO2并不能确定酵母菌的呼吸方式？
有氧和无氧条件下均可产生CO2
③如何确定酵母菌通过细胞呼吸产生的CO2量的多少？
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。
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。
概念
举例
在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，需要设置有氧和无氧两种条件来探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式，这两个实验组的结果都是事先未知的，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。对比实验也是科学探究中常用的方法之一。
本实验的两组都是实验组，相互对照，为对比实验。
第二课时
以葡萄糖为例，有氧呼吸过程总共分为几个阶段？
每个阶段的反应过程是怎样的？发生场所在哪里？能量的产生情况如何？
CO2在哪个阶段产生？
O2在哪个阶段被消耗？
分析产物CO2中“O”的来源，以及反应物O2中“O”的去向。
二、有氧呼吸
二、有氧呼吸
外膜
内膜
DNA/RNA
核糖体
嵴
增大膜面积
分布有氧呼吸的酶
1、主要场所：线粒体
基质
分布有氧呼吸的酶
二、有氧呼吸
（1）第一阶段：
C6H12O6
2丙酮酸
酶
4[H]
能
ATP
热
线粒体
细胞质基质
①
葡萄糖的初步分解
C6H12O6
酶
+4[H] +能量
场所：细胞质基质
2C3H4O3
（少量）
NAD+ NADH
NAD+ NADH
二、有氧呼吸
（2）第二阶段：
线粒体
6CO2
能
ATP
热
20[H]
②
丙酮酸彻底分解
酶
6CO2 +20[H]+ 能量
场所：线粒体基质
2C3H4O3
+6H2O
（少量）
C6H12O6
2丙酮酸
酶
4[H]
能
ATP
热
细胞质基质
①
酶
6H2O
二、有氧呼吸
（3）第三阶段：
12H2O
6O2
酶
能
ATP
热
细胞质基质
③
[H]的氧化
酶
12H2O + 能量
场所：线粒体内膜
24[H] + 6O2
（大量）
线粒体
6CO2
能
ATP
热
20[H]
②
C6H12O6
2丙酮酸
酶
4[H]
能
ATP
热
①
酶
6H2O
酶
C6H12O6
＋
6H2O
＋ 6O2
6CO2
＋12H2O
＋ 能量
有氧呼吸过程小结
1、有氧呼吸中哪一种物质既是反应物又是生成物？
2、有氧呼吸中吸收的O2量和释放的CO2量有什么特点？
※分析元素的去向来源（重点氧元素）
C6H12O6
酶
+4[H] + 能量
场所：细胞质基质
酶
6CO2 +20[H] + 能量
场所：线粒体基质
酶
12H2O + 能量
场所：线粒体内膜
24[H] + 6O2
+6H2O
（大量）
（少量）
（少量）
2丙酮酸
2丙酮酸
有氧呼吸过程小结
（1）条件：需要 参与
(2)物质变化:______ 等有机物 彻底氧化分解为 _______和 ___。
(3)能量转化:有机物中稳定的化学能→热能 + _____中活跃的化学能。
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。
O2
CO2和水
大量ATP
3、有氧呼吸的概念：
（1）条件：需要氧气参与
（2）物质变化:葡萄糖 等有机物彻底氧化分解为CO2和水。
（3）能量转化:有机物中稳定的化学能→热能 + ATP中活跃的化学能。
酶
原核生物可以
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：
3、有氧呼吸过程中进入线粒体的物质有？
丙酮酸、H2O、【H】、氧气
强调：葡萄糖不能进入线粒体
(1)葡萄糖不能进入线粒体，需要在细胞质基质中分解为丙酮酸和[H]后，丙酮酸才能在线粒体中进一步分解。
(2)真核细胞中哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫无线粒体，只能进行无氧呼吸。 线粒体不是进行有氧呼吸必需的结构，如蓝细菌(原核生物)无线粒体，但能进行有氧呼吸。
(3)葡萄糖是有氧呼吸最常利用的物质，但不是唯一的物质
特别提醒
(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＿＿＿＿＿＿
(6)产生[H]的阶段＿＿＿＿＿
(7)消耗[H]的阶段_______
思考总结有氧呼吸：
第二阶段
第三阶段
第三阶段
三个阶段
第三阶段
第一、二阶段
第三阶段
思考·讨论1
1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870 kJ能量，可以使977.28kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。请你计算一下，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转化为ATP？
其余1892.72kJ主要以热能的形式散失掉。
1mol葡萄
糖释放能量
2870kJ
有977.28kJ转移至ATP能量效率高达34％，使32molADP转化为ATP。
葡萄糖的燃烧
思考·讨论2
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：可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。

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