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第三节 细胞呼吸——能量的转化和利用
第三章 细胞中能量的转换和利用
苏教版（2019）必修一
学习目标
壹
说出细胞呼吸的本质
贰
理解探究酵母菌的呼吸方式的实验原理，学会设计实验探究酵母菌细胞的呼吸方式
叁
掌握有氧呼吸和无氧呼吸的基本过程及其主要区别
课前导入
跑步是一种良好的锻炼身体的方式。但锻炼超过一定强度后，就会产生乳酸。
积极思维 动物细胞呼吸会产生CO2和释放能量吗？
实验原理
A
氢氧化钾溶液
B
石灰水
C
石灰水
在实验中，设置A瓶、B瓶和C瓶的目的分别是什么？
说出在实验过程中A瓶、B瓶和C瓶里溶液颜色的变化情况，并说明理由。
钟罩内温度的上升能说明什么？
根据以上现象请说出：什么是细胞呼吸？
A瓶：除去装置通入O2中的CO2，防止其对实验结果产生干扰
B瓶：检测通入的O2中是否有残留的CO2
C瓶：检验小鼠细胞呼吸是否产生CO2
A瓶：无颜色变化
B瓶：无颜色变化，说明CO2完全除去；若变浑浊，则通入的O2中有残余的CO2
C瓶：溶液变浑浊，小鼠呼吸产生CO2
钟罩内温度的上升说明，细胞呼吸的过程中产生了热能。
细胞呼吸主要是指糖类、脂质和蛋白质等有机物在活细胞内氧化分解为CO2或其他物质，同时释放出能量并生成ATP 的过程。
动物细胞呼吸会产生CO2，和释放能量吗？
一、细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径
细胞呼吸
细胞呼吸主要是指糖类、脂质和蛋白质等有机物在活细胞内氧化分解为CO2或其他物质，同时释放能量并生成ATP的过程。
储存在有机物中的能量
直接利用的能量（ATP）
细胞呼吸
实质：
概念：
类型：
无氧呼吸
有氧呼吸
一、细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径
细胞内
CO2
有氧呼吸
O2
呼吸（现象）
呼吸器官
血液循环
血液循环
呼吸器官
CO2
气体运输
O2
？
高等动物的呼吸现象与细胞呼吸
一、细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径
(1)概念：是指在____的参与下，细胞内的有机物彻底氧化分解产生
_____和_____，同时释放_____，生成大量______的过程。
(2)特点：有氧呼吸是连续的代谢过程，由一系列生化反应组成，
其中每一步生化反应的顺利完成都需要__________参与。
(3)主要场所：________。
ATP
特定的酶
线粒体
氧
CO2
水
能量
（　　　　　　）
细胞质基质
有氧呼吸
一、细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径
外膜
内膜
DNA/RNA
核糖体
嵴
基质
①增大膜面积
②分布有氧呼吸的酶
分布有氧呼吸的酶
线粒体不是进行有氧呼吸必需的，如原核生物无线粒体，但能进行有氧呼吸。有氧呼吸发生在质膜上。
一、细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径
(3)过程：
有氧呼吸
C6H12O6
酶
2C3H4O3＋
4[H]＋能量(少量)
第一阶段：
糖酵解
细胞质基质
4[H]
丙 酮 酸
少量能量
葡 萄 糖
酶
NADH
还原性辅酶Ⅰ
一、细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径
(3)过程：
有氧呼吸
线粒体
柠檬酸循环
第二阶段：
线粒体基质
20[H]
柠檬酸
循环
C-C
乙酰辅酶A
CO2
少量ATP
C-C-C
丙酮酸
酶
2C3H4O3+6H2O 6CO2＋20[H]＋能量（少量）
酶
(3)过程：
第二阶段：
一、细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径
资料阅读
乙酰辅酶A和柠檬酸循环
乙酰辅酶A是辅酶A的乙酰化形式。
柠檬酸循环是三大营养物质分解代谢的最终共同途径。
CO2+H2O
合成ATP
柠檬酸循环
乙酰
辅酶A
蛋白质
糖
脂肪
这一阶段把糖、脂肪和蛋白质等物质代谢联系起来，也是能量代谢的枢纽。
意义：
一、细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径
有氧呼吸
(3)过程：
24[H]
线粒体
4[H]（细胞质基质）
20[H]
24[H]+6O2 12H2O+能量（大量）
酶
第 三 阶 段
O2
线粒体内膜
柠檬酸循环
C-C-C
丙酮酸
酶
C-C
乙酰辅酶A
一、细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径
有氧呼吸过程总览
葡萄糖
丙酮酸
酶
多种酶参与
释放
释放
释放
少量能量
少量能量
大量能量
在多种酶的催化下,[H]经过一系列化学反应，与O2结合
H2O
CO2
第一阶段
第三阶段
第二阶段
一、细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
酶
有氧呼吸总反应式
2丙酮酸+6H2O 6CO2＋20[H]＋能量（少量）
C6H12O6
酶
2丙酮酸＋
4[H]＋能量（少量）
24[H]+6O2 12H2O+能量（大量）
酶
酶
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅲ
二、细胞无氧呼吸也为生命活动提供能量
无氧呼吸
1.概念
一般是指在______________的条件下，细胞通过_________的催化作用，把__________等有机物分解为____________________和__________或分解为___________________等物质，同时释放出____________的过程。
无氧或缺氧
酶
葡萄糖
较少能量
乳酸（C3H6O3）
CO2
乙醇（C2H5OH）
2.场所：
细胞质基质
最常利用的物质
3.两个类型
产生酒精的叫做酒精发酵；
产生乳酸的叫做乳酸发酵；
二、细胞无氧呼吸也为生命活动提供能量
无氧呼吸
4.过程：
葡萄糖
丙酮酸
2C2H5OH（酒精）+2CO2
2C3H6O3 （乳酸）
酶
少量能量
[H]
葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中；
乙醇脱氢酶
乳酸脱氢酶
C6H12O6
C3H4O3
无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP；
热能散失
少量ATP
无氧呼吸过程中产生了[H]，并随之用于第二阶段，没有积累；
二、细胞无氧呼吸也为生命活动提供能量
无氧呼吸
5.实例：
Ⅰ.植物绝大多数器官、酵母菌等微生物
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量
酶
Ⅱ应用：酿酒工业（乙醇发酵）
（1）酒精发酵
（能量只产生于第一阶段即：糖酵解）
二、细胞无氧呼吸也为生命活动提供能量
无氧呼吸
5.实例：
Ⅰ.动物、胡萝卜的叶、玉米的胚、甜菜的根、马铃薯的块茎、乳酸菌等
C6H12O6 2C3H6O3 （乳酸） +少量能量
酶
Ⅱ.应用：酸奶制作、泡菜制作（乳酸发酵）
该过程不产生二氧化碳！
（2）乳酸发酵
（能量只产生于第一阶段即：糖酵解）
走进实验室 探究酵母菌的呼吸方式
实验原理
酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，依赖外来的有机物进行异养生活，以出芽生殖为主要方式产生后代。酵母菌进行有氧呼吸能产生大量的CO2和H2O，在进行无氧呼吸时能产生酒精和CO2。
走进实验室 探究酵母菌的呼吸方式
设计实验
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
温度、底物溶液浓度等
酒精、CO2
实验思路
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二氧化碳。
走进实验室 探究酵母菌的呼吸方式
设计实验
一位同学为了探究酵母菌的呼吸类型，设计和实施了酵母菌细胞呼吸的实验（如图）。
走进实验室 探究酵母菌的呼吸方式
设计实验
2.问题与假设：
小组分析该同学的探究活动后，尝试提出有关酵母菌呼吸方式的问题。针对问题，作出假设。
3.设计与实验：
根据假设，考虑器材、试剂和实验方法等，在小组充分讨论的基础上，制订实验方案，并切实按照实验方案实施实验。
走进实验室 探究酵母菌的呼吸方式
结论与分析
检测方法 现象
CO2 澄清的石灰水 澄清石灰水变混浊
溴麝香草酚蓝溶液 蓝色→黄绿色
酒精 在酸性条件下，使用橙色的重铬酸钾溶液 橙色→绿色
结论：既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸
二、细胞无氧呼吸也为生命活动提供能量
思 考
C6H12O6
葡萄糖
C3H4O3
丙酮酸
C2H5OH（酒精）+CO2或C3H6O3（乳酸）
CO2+H2O
ADP+Pi
ATP
ADP+Pi
ATP
无氧
有氧
细胞有氧呼吸与无氧呼吸过程示意图
在无氧呼吸过程中，丙酮酸分解为乙醇或乳酸的阶段有没有释放能量？
细胞有氧呼吸和无氧呼吸主要有哪些区别？
没有
二、细胞无氧呼吸也为生命活动提供能量
有氧呼吸和无氧呼吸的异同点
总结：
有氧呼吸 无氧呼吸
不 同 点 条件
产物
场所
释放 能量
相同点 O2、酶、适宜的温度
仅第一阶段释放少量能量，生成ATP
释放大量能量，生成ATP，且三个阶段均释放能量
不需要O2、酶、适宜的温度
H2O和CO2
酒精和CO2或乳酸
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
①第一阶段完全相同
②均是氧化分解有机物，释放能量
三、细胞呼吸产生能量的利用
细胞
呼吸
能量
以热能的形式散失
主要储存在ATP中，供给生物体的各项生命活动。
肌细胞收缩
萤火虫发光
电鳗放电
细胞分裂
课堂小测
1.下列关于细胞呼吸方式的叙述不正确的是（ ）
A.酵母在有氧和无氧条件下均能生成CO2，只是生成量不同
B.酵母菌的呼吸方式有有氧呼吸和无氧呼吸两种
C.人体成熟的红细胞只能进行无氧呼吸
D.细菌等原核生物中有线粒体，可进行有氧呼吸
解析：酵母菌有氧呼吸生成大量CO2，无氧呼吸生成少量CO2，A正确；酵母菌的呼吸方式有有氧呼吸和无氧呼吸两种，B正确；人体成熟的红细胞没有线粒体，只能进行无氧呼吸，C正确；细菌等原核生物中无线粒体，D错误。
D
课堂小测
2.下列关于呼吸作用的叙述，正确的是（ ）
A.有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水
B.乳酸菌无氧呼吸的终产物是酒精和CO2
C.无氧呼吸第一阶段有[H]产生，第二阶段有[H]的消耗
D.相同质量脂肪比糖原有氧氧化释放的能量少
解析：乳酸菌无氧呼吸的终产物是乳酸，A项错误；有氧呼吸产生的[H]在线粒体内膜上与氧结合生成水，属于有氧呼吸的第三阶段，B项错误；无氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和[H]，而第二阶段转化成酒精和二氧化碳或乳酸，所以有[H]的消耗，C项正确；由于脂肪中碳氢比例高，所以相同质量脂肪比糖原有氧氧化释放的能量多，D项错误。
C
课堂小测
3.为探究酵母菌的细胞呼吸方式，可利用酵母菌、葡萄糖溶液等材料进行实验。下列关于该实验的叙述，正确的是（ ）
A.酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是本实验的自变量
B.酵母菌可利用的氧气量是本实验的无关变量
C.可选用酒精和CO2生成量作为因变量的检测指标
D.不同方式的细胞呼吸消耗等量葡萄糖所释放的能量相等
解析：在探究酵母菌的细胞呼吸方式实验中，酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是无关变量，A项错误；酵母菌可利用的氧气量是该实验的自变量，B项错误；1分子葡萄糖经需氧呼吸可产生6分子CO2，1分子葡萄糖经厌氧呼吸可产生2分子酒精和2分子CO2，故可选用酒精和CO2生成量作为因变量的检测指标，C项正确；消耗等量的葡萄糖，需氧呼吸释放的能量比厌氧呼吸释放的能量多，D项错误。
C
课堂小测
4.下列有关细胞呼吸原理应用的叙述，错误的是（ ）
A.南方稻区早稻浸种后催芽过程中，常用40℃左右温水淋种并时常翻种，可以为种子的呼吸作用提供水分、适宜的温度和氧气
B.农作物种子入库贮藏时，在无氧和低温条件下呼吸速率降低，贮藏寿命显著延长
C.油料作物种子播种时宜浅播，原因是油料种子萌发时呼吸作用需要大量氧气
D.柑橘在塑料袋中密封保存，可以减少水分散失、降低呼吸速率，起到保鲜作用
解析：南方稻区早稻浸种后催芽过程中，“常用40℃左右温水淋种”，可以为种子的呼吸作用提供水分和适宜的温度，“时常翻种”可以为种子的呼吸作用提供氧气，A正确；种子无氧呼吸会产生酒精，因此，农作物种子入库贮藏时，应在低氧和零上低温条件下保存，贮藏寿命会显著延长，B错误；油料作物种子中含有大量脂肪，相较于细胞呼吸所利用的糖类，脂肪中C、H含量较高，O含量较低，萌发时呼吸作用需要消耗大量氧气，因此，油料作物种子播种时宜浅播，C正确；柑橘在塑料袋中密封保存使水分散失减少，氧气浓度降低，从而降低了呼吸速率，起到保鲜作用，D正确。
B
感
谢
观
看

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