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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
光
合
作
用
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
动物、人、真菌、
大多数细菌等
绿色植物、
蓝细菌等
能量
ADP + Pi +
ATP
酶
ATP合成：
【复习】：在ADP转化成ATP的过程中，所需的能量从哪里来？
呼吸作用的实质：
细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸。
学习目标
描述线粒体适于进行有氧呼吸的结构。
探究酵母菌细胞呼吸方式，说出细胞呼吸的类型。
说明有氧呼吸过程中物质与能量的变化。
细胞呼吸的方式
一
探究·实践
探究酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌是一类单细胞真菌，属于异养生物。
在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
█ 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,以利于酵母菌大量繁殖。
█ 在利用酵母菌生产葡萄酒时，需要密封发酵，还需要适时排气。
█ 馒头、面包要做的多孔松软，离不开一个重要的过程——发面。“发面”正是酵母菌“发酵”的过程。
在生产和生活实践中，我们发现……
█ 通气的目的是什么？
为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？
█ 密封的目的是什么？
█ 发面中的“小孔”是怎么产生的？
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
科学探究
本节要探究的问题：
酵母菌在有氧条件和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸？
CO2和酒精等产物是在什么条件下产生的？
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
科学探究
酵母菌在有氧条件和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
在有氧条件下产生：
在无氧条件下产生：
CO2
酒精、CO2
提出问题：
酵母菌在有氧条件和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸？
CO2和酒精等产物是在什么条件下产生的？
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
科学探究
需要关注的问题：
如何检测因变量？
如何控制自变量？
如何控制无关变量？
1.确定实验变量
2.选用什么材料用具？
请大家参照教材第91页内容，讨论实验的思路。
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
科学探究
确定实验变量
自变量
细胞呼吸的条件（有无氧气）
因变量
细胞呼吸的产物（酒精、CO2）
无关变量
酵母菌培养液的浓度、体积、温度、pH等
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
科学探究
【1】如何控制自变量？
有氧组
通气
密封
无氧组
【2】如何检测因变量（产物）？
CO2的检测方法
方法1：澄清的石灰水
方法2：溴麝香草酚蓝溶液
澄清→浑浊
蓝→绿→黄
【思考】：如何判断CO2产生的多少？
根据石灰水浑浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
科学探究
【2】如何检测因变量？
酒精的检测方法
橙色→灰绿色
重铬酸钾
酸性重铬酸钾+酒精
橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生反应，变成灰绿色。
【思考】：葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化。
如何排除葡萄糖的干扰？
将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
科学探究
【3】如何控制无关变量？
配制酵母菌培养液：
新鲜的食用酵母菌
质量分数为5%的葡萄糖培养液
煮沸：杀菌和去除溶液中的氧气。
冷却：防止高温杀死酵母菌。
【思考】：配制时需先将葡萄糖溶液煮沸，然后冷却到常温后加入新鲜的酵母菌。 为什么？
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
科学探究
实验装置
有氧呼吸装置图
有氧组
【思考】：
10%NaOH溶液的作用是什么？
去除空气中的CO2，保证检测出的CO2都是酵母菌有氧呼吸产生的。
通气
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
科学探究
密封
无氧组
【思考】：
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。为什么？
无氧呼吸装置图
使酵母菌消耗尽瓶内的氧气，造成无氧环境，保证检测出的CO2均由酵母菌无氧呼吸产生的。
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
科学探究
实验装置
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
科学探究
实验过程
实验现象
实验现象 有氧组 无氧组
澄清石灰水 浑浊程度
溴麝香草酚蓝溶液变色的 时间长短
酸性重铬酸钾 颜色变化
浑浊程度高
浑浊程度低
时间短
时间长
无颜色变化
橙色→灰绿色
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
科学探究
实验结论
有氧：产生大量CO2和水
无氧：产生酒精、少量CO2
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
科学探究
要探究的问题：
酵母菌在有氧条件和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸？
CO2和酒精等产物是在什么条件下产生的？
实验结论
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
科学探究
细胞呼吸的方式：
有氧呼吸
无氧呼吸
有氧呼吸
二
将酵母菌细胞破碎后进行离心处理，获得只含有细胞质基质的上清液和线粒体。把完整酵母菌、线粒体、上清液分别放入3支试管中。向这3支试管中分别加入等量等浓度的葡萄糖溶液，并通入氧气。一段时间后，检测各试管中的变化情况。
甲试管（完整酵母菌）
乙试管（线粒体）
丙试管（细胞质基质）
葡萄糖减少
产生CO2
葡萄糖含量不变
不产生CO2
葡萄糖减少
不产生CO2
【思考】该实验说明酵母菌有氧呼吸的场所是？
细胞质基质、线粒体
资料1
在上述实验中，科研人员还发现，甲试管和丙试管中，葡萄糖减少的同时，丙酮酸含量增加，而乙试管中葡萄糖不变，也没有出现丙酮酸。
资料1
2.葡萄糖在哪里被氧化分解？生成了什么？
【思考】1.葡萄糖能不能被线粒体氧化分解？
不能
细胞质基质
丙酮酸
甲试管（完整酵母菌）
乙试管（线粒体）
丙试管（细胞质基质）
葡萄糖减少
丙酮酸增加
葡萄糖含量不变
无丙酮酸
葡萄糖减少
丙酮酸增加
有氧呼吸过程示意图
思维拓展：为什么葡萄糖不能在线粒体中被氧化分解？
②线粒体膜上没有运输葡萄糖的载体蛋白，葡萄糖不能进入线粒体。
①线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。
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，分别加入3支试管中，再向每支试管加入等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管的变化情况。
资料2
2.③号试管为什么有较强荧光出现？
①
线粒体膜状结构
②
线粒体基质
③
线粒体膜状结构和线粒体基质
丙酮酸的量不变
未产生CO2
没有荧光
丙酮酸减少
产生CO2
微弱荧光出现
丙酮酸减少
产生CO2
较强荧光出现
【思考】1.丙酮酸分解发生在什么部位？生成了什么？
线粒体基质
CO2和ATP
线粒体膜状结构也生成了ATP
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。
注：[H]是指还原型辅酶Ⅰ(NADH)，是由氧化型辅酶Ⅰ(NAD＋)转化而成。
资料3
【思考】在线粒体内膜上发生了什么反应？
氧化[H]的反应
内膜
外膜
线粒体基质
嵴
线粒体是有氧呼吸的主要场所
线粒体基质中含有与有氧呼吸有关的酶。
内膜向内折叠形成嵴，扩大了内膜的表面积。
内膜上含有与有氧呼吸有关的酶。
1.有氧呼吸过程共分为几个阶段？
2.每个阶段进行的场所是什么？
3.每个阶段的反应物和产物分别是什么？
阅读教材第92-93页“有氧呼吸”，回答下列问题：
有氧呼吸的过程：
C6H12O6
酶
2C3H4O3 +4[H] +能量(少量)
（丙酮酸）
场所：细胞质基质
第一阶段：
酶
6CO2 +20[H] +能量(少量)
场所：线粒体基质
第二阶段：
2C3H4O3
（丙酮酸）
酶
12H2O+能量（大量）
场所：线粒体内膜
第三阶段：
24[H]+6O2
+6H2O
有氧呼吸总反应式：
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 能量
酶
思考：若用同位素18O分别标记C6H12O6 和O2中的氧，
18O会分别出现在哪种产物中？
有 氧 呼 吸
是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。
概念：
场所：
细胞质基质、线粒体（主要）
C6H12O6(葡萄糖)
酶
4 [H]
2丙酮酸
少量能量
少量能量
6CO2
6H2O
酶
20 [H]
6O2
12H2O
酶
大量能量
下列关于探究酵母菌呼吸方式的实验，叙述错误的是(　　)
A.酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸
B.可根据澄清石灰水是否变浑浊判断呼吸方式
C.探究有氧呼吸时泵入的空气需去除CO2
D.探究无氧呼吸时需将装置封口静置一段时间
随堂检测
B
(1)甲是________，乙来源于____________________。
动物细胞中，葡萄糖的部分代谢过程如下图。①～③代表过程，甲、乙、丙、丁代表物质。
随堂检测
丙酮酸
葡萄糖和丙酮酸
(2)过程③发生在_______________上，。
线粒体内膜
(3)产生ATP最多的过程是________。
③
1.思考题：若用同位素18O分别标记C6H12O6 和O2中的氧，
18O会分别出现在哪种产物中？
2.课时作业：第3节第1课时
课后作业
作业建议用时：20分钟

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