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第三节 细胞呼吸的原理和应用
高一生物学必修一
第五章 细胞的能量供应和利用
目标
01
02
03
有氧呼吸和无氧呼吸
利用结构与功能观分析线粒体结构与细胞呼吸的关系。(生命观念）
细胞呼吸方式
根据实验目的，设计探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，实施方案，观察实验结果，得出正确结论。（科学探究）
应用实例
运用细胞呼吸原理，对生活和生产中的应用实例作出科学解释。（社会责任）
一、有氧呼吸
任务一：请同学们自主阅读课本，小组合作完成以下问题：
1.有氧呼吸的主要场所？主要场所适于进行有氧呼吸的特点有哪些？
2.有氧呼吸各阶段特征。
3.有机物中能量的去路有哪些？绝大部分能量去路呢？
4.总结有氧呼吸的概念。
5.同有机物在生物体外燃烧相比，有氧呼吸具有哪些不同的特点？
有氧呼吸 场所 反应物 产物 释能 反应式
第一阶段
第二阶段
第三阶段
总反应式 1、主要场所：线粒体
外膜
内膜
DNA/RNA
核糖体
嵴
基质
分布有氧呼吸的酶
一、有氧呼吸
（1）线粒体内膜向内折叠形成嵴,大大增加了线粒体的内膜表面积
（2）线粒体内膜和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
一、有氧呼吸
2、线粒体适应于有氧呼吸的主要特点：
一、有氧呼吸
3、过程：
线粒体
细胞质基质
葡萄糖
2丙酮酸
酶
少量
能量
CO2
酶
酶
O2
大量能量
少量
能量
H2O
H2O
2丙酮酸
少量[H]
大量[H]
[H]指的是由氧化型辅酶Ⅰ（NAD+）转化成的还原型辅酶Ⅰ（NADH）
一、有氧呼吸
3、过程：
第一阶段
第二阶段
第三阶段
C6H12O6
酶
2丙酮酸 + 4[H] + 能量（少）
葡萄糖的初步分解
场所
细胞质基质
6CO2 + 20[H] + 能量（少）
2丙酮酸 + 6H2O
酶
丙酮酸彻底分解的
场所
线粒体基质
酶
12H2O + 大量能量
24[H]+6O2
[H]的氧化
场所
线粒体内膜
一、有氧呼吸
4、各阶段特征比较：
有氧呼吸 场所 反应物 产物 释能
第一阶段
第二阶段
第三阶段
细胞质基质
主要是葡萄糖
丙酮酸、[H]
少量
丙酮酸
CO2、[H]
少量
[H]、O2
H2O
大量
线粒体基质
线粒体内膜
一、有氧呼吸
4、各阶段特征比较：
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
一、有氧呼吸
5、有氧呼吸总反应式：
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
物质
变化
有机物
（葡萄糖）
无机物
（CO2+H2O）
能量
变化
有机物中
稳定的化学能
ATP中
活跃的化学能
+
散失的
热能
一、有氧呼吸
5、有氧呼吸总反应式：
化学式前后的水分子能否抵消？如若不能，请说明理由？
不能，理由如下：
①反应物的水是在线粒体基质中参与反应的，而产物中的水在线粒体内膜中产生；
②反应物中水在有氧呼吸第二阶段被消耗，而产物水在有氧呼吸第三阶段产生。
一、有氧呼吸
5、有氧呼吸总反应式：
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
【有氧呼吸】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，同时生成大量ATP的过程。
问：为什么线粒体不能直接氧化分解葡萄糖？
①线粒体膜上没有葡萄糖载体；
②线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。
一、有氧呼吸
6、有氧呼吸定义：
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？
1mol的葡萄糖
2870KJ
少部分储存于ATP中
大部分以热能形式散失
释放能量
977.28KJ
1892.72KJ
一、有氧呼吸
7、有氧呼吸的能量利用特点：
区别：
有氧呼吸过程温和
有机物中的能量经过一系列化学反应逐步释放
有氧呼吸释放的部分能量储存在ATP中
【意义】可使有机物中的能量逐步转移到ATP中，保证能量得到最充分的利用；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定。
一、有氧呼吸
7、有氧呼吸的能量利用特点：
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？
①反应式中的能量不能写成ATP，因为葡萄糖中的能量只有一部分储存在ATP中。
②反应式前后的H2O不能消去。反应过程中，在第二阶段消耗了水，而第三阶段生成了水。
③反应式中间不能用等号，要用箭头。
④反应条件“酶”不能省去。
⑤不要认为细胞呼吸的底物只有葡萄糖，教材只是以葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解为例来介绍有氧呼吸过程。
一、有氧呼吸
8、注意点：
人在剧烈运动后，肌肉会发酸；苹果储藏久了会有酒味。
请分析出现上述现象的原因？
二、无氧呼吸
PART ONE
无氧呼吸 场所 反应物 产物 释能 反应式
第一阶段
第二阶段
总反应式 任务二：请自主阅读课本，小组合作完成以下问题。
1.无氧呼吸的场所、反应物、产物和总反应式分别是什么？
二、无氧呼吸
细胞质基质
线粒体
C6H12O6(葡萄糖)
散失
ATP
酶
[H]
能量
丙酮酸
酶
C2H5OH(酒精)
CO2
C3H6O3
（乳酸）
酶
1、过程：细胞质基质
二、无氧呼吸
C6H12O6
2丙酮酸 + 4 [H]+
2C2H5OH（酒精）+2CO2
酶
酶
2C3H6O3（乳酸）
酶
第一阶段：
第二阶段：
少能
2ATP
热能
与有氧呼吸第一阶段完全相同
细胞质基质
细胞质基质
不释放能量
问：通过以上的学习，请总结出无氧呼吸的两类总反应式。
1、过程：细胞质基质
二、无氧呼吸
无氧呼吸 场所 反应物 产物 释能
第一阶段
第二阶段
细胞质基质
细胞质基质
C6H12O6
2C3H4O3
[H]
2C3H4O3
[H]
少量能量
无能量
2C3H6O3
2C2H5OH和CO2
2、各阶段特征比较：
二、无氧呼吸
C6H12O6 2C2H5OH+ 2CO2+ 能量（少量）
酶
⑴ 酒精发酵
实例：酵母菌、大多数高等植物
实例：①人和动物细胞②乳酸菌、③某些植物的特殊器官马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚
⑵ 乳酸发酵
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 能量（少量）
酶
问：同样是分解葡萄糖，为何无氧呼吸只能释放少量能量？
形象记忆：马吃甜玉米
3、总反应式：
二、无氧呼吸
葡萄糖中的能量
储存在酒精/乳酸中（大部分）
无氧呼吸
释放出来的能量
（小部分）
热能散失（大部分）
合成ATP（少部分）
3、总反应式：
二、无氧呼吸
同样是分解葡萄糖，为何无氧呼吸只能释放少量能量？
【无氧呼吸】指细胞在__________参与的情况下，葡萄糖等有机物经过__________分解，释放________能量,生成________ATP的过程。
没有氧气
不完全
少量
少量
4、定义：
二、无氧呼吸
问：为什么无氧呼吸第二阶段不产生ATP，但要进行第二阶段反应呢？
由于细胞中NAD＋的含量不多，随着NADH的积累，NAD＋逐渐被消耗。当NAD＋的含量很低时，细胞呼吸第一阶段的过程就会停止，ATP的合成也会停止。因此为了保障通过细胞呼吸第一阶段的持续以获得ATP, NADH就要转化成NAD＋来实现循环利用，来自NADH中的氢就会被乙醛或丙酮酸接收。另外，丙酮酸是不能运出细胞的，如果持续积累，也会抑制细胞呼吸第一阶段的进行。
二、无氧呼吸
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 线粒体（主）和细胞质基质
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
第一阶段
第一阶段完全相同，
反应实质相同，都能氧化分解有机物，释放能量
三、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
1.有氧呼吸的场所并非只是线粒体：真核细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体；原核细胞无线粒体，有氧呼吸在细胞质中和细胞膜上进行。
2.葡萄糖分子不能直接进入线粒体被分解，必须在细胞质基质中分解为丙酮酸才能进入线粒体被分解。
3.无氧呼吸只在第一阶段产生ATP，第二阶段不产生ATP，还要消耗第一阶段产生的[H]。
4.人体内产生的CO2只能是有氧呼吸的产物，因为人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2。
5.无氧呼吸有机物氧化分解不彻底，还有大量能量储存在乳酸或者酒精中。
6.CO2不是判断有氧呼吸是否发生的标志
三、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
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。
培养酵母菌
酵母菌发酵
问: 都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？
问: 为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？
问: 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？
问: 通过分析以上问题，思考酵母菌细胞呼吸是否一定需要氧呢？生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？请用实例来论证你的猜想。
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。
四、细胞呼吸的方式
任务三：请同学们自主阅读教材探究酵母菌细胞呼吸的方式相关内容，小组合作完成以下问题。
1.你能对酵母菌细胞呼吸的方式提出什么问题？
2.作出假设:___________________________________________
3.自变量？因变量？因变量如何检测？
4.实验思路及预期结果。
5.如何选择器材设计实验装置
酵母菌培养液
酵母菌培养液
10%NaOH培养液
澄清石灰水
A
B
C
D
E
橡皮球
四、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
设计实验
酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是什么
实验组
组A：有氧呼吸组
组B：无氧呼吸组
（对比实验）
如何控制有氧和无氧的条件？
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？
无氧
CO2和酒精
产生
CO2
有氧
产生
四、细胞呼吸的方式
实验原理
CO2的检测
①通入澄清的石灰水：
②使溴麝香草酚蓝水溶液：
酒精的检测
酸性重铬酸钾溶液：
澄清→浑浊
蓝→绿→黄
由橙色变成灰绿色
CO2产生的多少检测：
根据石灰水的混浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
四、细胞呼吸的方式
实验步骤
（1）配置酵母菌培养液
排除无关变量对实验结果的影响
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%的葡萄糖溶液。
问题7: 两锥形瓶中酵母菌溶液的体积以及葡萄糖溶液的体积和浓度均保持一致是为什么？
探究酵母菌细胞呼吸的方式
四、细胞呼吸的方式
实验步骤
（2）实验过程及现象
无氧呼吸
酵母菌培养液
酵母菌培养液
质量分数为10%的NaOH溶液
澄清的石灰水
澄清的石灰水
A
B
如何在通入空气中去除CO2？
B瓶应封口放置一段时间后再连通澄清石灰水，为何？
空气
有氧呼吸
NaOH溶液可吸收空气中的CO2。
消耗瓶内的氧气，造成无氧环境。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
四、细胞呼吸的方式
结果分析
（1）CO2的检测及结论
现象：
结论：
澄清石灰水都变浑浊，且有氧呼吸装置比无氧呼吸的更浑浊。
有氧呼吸与无氧呼吸都产生CO2，且有氧呼吸产生的更多。
溴麝香草酚蓝水溶液
由蓝变绿再变黄
探究酵母菌细胞呼吸的方式
四、细胞呼吸的方式
结果分析
（1）酒精的检测及结论
酵母菌培养液
酵母菌培养液
质量分数为10%的NaOH溶液
澄清的石灰水
澄清的石灰水
A
B
空气
橙色重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应，变成灰绿色
结论：
有氧呼吸不产生酒精，无氧呼吸产生酒精。
由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
四、细胞呼吸的方式
结果结论
细胞呼吸
有氧呼吸:产生大量二氧化碳和水
无氧呼吸:产生酒精和少量二氧化碳
绝大多数生物细胞呼吸的的主要形式都是有氧呼吸
酵母菌单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
四、细胞呼吸的方式
有同学认为，在有氧呼吸实验装置中10％的NaOH溶液不能完全吸收空气中的CO2，以致可能对实验结果有干扰，你同意吗？你如何避免这种可能性的发生，以保证实验更严谨？
质量分数为10%NaOH溶液
酵母菌
培养液
澄清
石灰水
A
气泵
E
C
D
质量分数为10%NaOH溶液
澄清
石灰水
澄清
石灰水
D
气泵
E
C
酵母菌
培养液
D
A
验证空气中的CO2是否完全被吸收
延伸
四、细胞呼吸的方式
本实验中哪个是对照组，哪个是实验组？
本实验的两组都是实验组
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。
对比实验（相互对照实验）
酵母菌
10%NaOH
澄清石灰水
有氧呼吸装置
酵母菌
澄清石灰水
无氧呼吸装置
四、细胞呼吸的方式
（1）为生物体提供能量
（2）生物体代谢的枢纽
细胞呼吸
能
量
热能
散失
能量
转移
ATP
ADP
Pi
能
量
细胞分裂
生长发育
主动运输
肌肉收缩
神经冲动的传导
C6H12O6
CO2＋H2O
丙酮酸
葡萄糖
甘油
氨基酸
细胞呼吸的意义：
四、细胞呼吸的方式
饮酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于20mg/100ml，小于80mg/100ml的驾驶行为。
醉酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100ml的驾驶行为。
五、应用实例
（1）哪个阶段产生CO2？
（2）哪个阶段有氧气参与反应？
（3）哪个阶段产生能量最多？
（7）能产生ATP的场所是？
1.在有氧呼吸过程中
细胞质基质、线粒体
（5）哪个阶段产生水？
（4）哪个阶段有水参与？
（6）哪个阶段产生[H]最多
第二阶段
第三阶段
第三阶段
第二阶段
第三阶段
第二阶段
六、练习
2.概念结论速判:酵母菌在生活和生产中应用广泛,下列是关于酵母菌细胞
呼吸的说法,请判断正误。
(1)可以根据酵母菌有无产生CO2判断其呼吸类型。( )
提示:酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2。
(2)酵母菌有氧呼吸的全过程都发生在线粒体。( )
提示:有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质。
(3)氧气可以作为反应物参与酵母菌有氧呼吸的第二、三阶段。( )
提示:有氧呼吸第三阶段,氧气与[H]结合生成水,同时释放大量能量。
(4)酵母菌有氧呼吸第三阶段既消耗水又产生水。( )
提示:有氧呼吸第二阶段消耗水,第三阶段产生水。
×
×
×
×
六、练习
3.下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是（ ）
A.实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除溶液中的O2
B.可以根据石灰水的浑浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短检
测CO2产生情况
C.葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，所以应该等葡萄糖充分
消耗完以后再进行酒精的检测
D.该实验通过设置有氧和无氧两种条件探究酵母菌细胞呼吸的方式，其中
有氧条件为实验组，无氧条件为对照组
六、练习
D
4．关于生物实验中“对照”及“变量”的相关叙述，正确的是（　　）
A．观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离与复原实验中，滴加蔗糖和清水，属于自变量，原生质层位置为因变量，该实验不存在对照
B．蝾螈受精卵横缢实验是对比试验，只存在相互对照，无自身前后对照
C．检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验中，没有进行对照
D．探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验中，没有对照组，只有两个实验组
六、练习
D
A.一个细胞内②③不能同时进行
B.酵母细胞中③④进行的场所不同
C.图中过程①②③④中均能产生ATP
和[H]
D.①②、①③的产物不同，原因是酶
的种类不同
5.如图①～④表示细胞呼吸中的物质变化过程，下列叙述错误的是( )
六、练习
C
END

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