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第3节 细胞呼吸的原理和应用
人教版 必修1
第1课时 细胞呼吸的原理
通过观看“探究酵母菌细胞呼吸的方式”探究实验视频及生活实例资料等，掌握细胞呼吸的概念，理解细胞呼吸的类型、特点以及细胞呼吸的重要意义；
通过设计图表，学习和掌握有氧呼吸和无氧呼吸的概念和过程，归纳有氧呼吸和无氧呼吸的反应式，分析比较两者的区别和联系，培养分析、比较、综合的能力和科学探究能力，树立结构与功能观、物质与能量观、进化与适应观、稳态与平衡观；
通过联系生活，关注细胞呼吸原理的应用，激发学习兴趣，增强对科学、技术、社会的理解，培养社会责任感。
酵母菌是一类单细胞真菌，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。
细胞呼吸是否都需要氧？生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？
呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸
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？
提出问题
酵母菌可以进行有氧呼吸和无氧呼吸吗？
做出假设
酵母菌可以进行有氧呼吸和无氧呼吸
设计实验
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和CO2
探究酵母菌细胞呼吸方式
①如何控制有氧和无氧的条件？
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。这是因为B瓶在封口后，培养液页面上方的空气存在一定的氧气，静置一段时间，让酵母菌将这部分氧气消耗殆尽，再连同盛有澄清石灰水的锥形瓶可以认为检验的是酵母菌的无氧呼吸释放的气体。
A瓶前的锥形瓶中加入的试剂是NaOH溶液，目的是使进入A瓶的空气先经过NaOH的处理，除去其中的CO2，排除其对实验结果的干扰
实验原理
酒精+重铬酸钾（浓硫酸溶液）：
②溴麝香草酚蓝溶液：
（1）检测CO2
（2）检测酒精
①通入澄清石灰水：
澄清→浑浊
根据浑浊程度检测CO2产生的多少
根据其变黄色时间的长短，检测CO2产生的多少
橙色→灰绿色
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？
3、实验步骤
3、实验步骤
①配置酵母菌培养液
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%的葡萄糖溶液。
②检测CO2的产生
最好将葡萄糖培养液煮沸冷却后，再接种酵母菌，为什么？
煮沸:①除去溶液中的氧气，避免对自变量的影响；
②杀死葡萄糖溶液中可能存在的杂菌，避免其它杂菌的干扰。
冷却后再加入锥形瓶:防止高温将酵母菌杀死。
提出问题
做出假设
设计实验
进行实验
实验结果
条件 澄清石灰水/出现的时间 重铬酸钾-浓硫酸溶液
有氧
无氧
CO2的放出情况：
装置甲、乙两组都有CO2的产生，但甲组产生的CO2更多
酒精产生的情况：
甲组没有酒精的产生，乙组产生了酒精
变混浊／快
无变化
变混浊／慢
出现灰绿色
实验结论
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。
对比实验
无氧呼吸 第一阶段 第二阶段 酒精发酵 乳酸发酵 ①ATP的产生 ②[H]的产生 ③[H]的利用 ④CO2产生 ⑥O2的利用 ⑦H2O的产生 ⑧细胞质基质 ⑨线粒体基质 ⑩线粒体内膜 酒精的产生 乳酸的产生 有氧呼吸

第一阶段

第二阶段
第三阶段
请同学们自主阅读教材第92-94页，完成下图连线。
细胞呼吸的方式和过程
（一）有氧呼吸
1.有氧呼吸的全过程
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
4
20
2
C6H12O6
酶
+ [H] +少量能量
C3H4O3
6
6
+ H2O
酶
2C3H4O3
CO2 + [H] +少量能量
酶
H2O +大量能量
24[H] + O2
[H]=NADH(还原型辅酶I)
第二阶段：丙酮酸彻底分解
第一阶段：葡萄糖的初步分解
第三阶段：[H]的氧化
有氧呼吸过程示意图
【思考】为什么葡萄糖不能在线粒体中氧化分解？
线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。
线粒体膜上没有运输葡萄糖的载体，葡萄糖不能进入线粒体。
AEROBIC RESPIRATION
2.有氧呼吸的全过程图解
线粒体
细胞质基质
C6H12O6 (葡萄糖)
2 丙酮酸
酶
4 [H]
少量能量
第一阶段
细胞质基质
还原型辅酶Ⅰ（ NADH）
6H2O
酶
少量能量
6CO2
20 [H]
第二阶段
线粒体基质
6O2
酶
大量
能量
12H2O
第三阶段
线粒体内膜
3.有氧呼吸总化学反应式
C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O 6 CO2 + 12 H2O + 能量
酶
【思考】
【1】有氧呼吸产生的CO2中C元素、H2O中H元素分别来源于哪里？
【2】有氧呼吸产生的CO2和H2O中的O分别来自反应物中的什么物质
CO2中的C来自葡萄糖，产物H2O中的H来自葡萄糖和水
CO2中的O来自葡萄糖和H2O，产物H2O中的O来自O2
AEROBIC RESPIRATION
4.有氧呼吸中元素去向
C原子的运动轨迹
C6H12O6
2C3H4O3
6CO 2
H原子的运动轨迹
C6H12O6
2C3H4O3+6H2O
20[H]
12H2O
4[H]
O原子的运动轨迹
C6H12O6
2C3H4O3+6H2O
6CO 2
6O2
12H2O
AEROBIC RESPIRATION
5.有氧呼吸过程中的能量转换
1 mol葡萄糖彻底氧化分解，释放2870 kJ的能量，其中977.28 kJ储存在ATP中，其余以热能形式散失。试计算：
（1）有氧呼吸的能量转化效率。
（2）有氧呼吸消耗1 mol葡萄糖能合成多少ATP
转化效率 = 977.28 / 2870 = 34%
产生ATP mol数 = 977.28 / 30.54 = 32 mol
第1阶段：2mol
第2阶段：2mol
第3阶段：28mol
糖类等有机物中稳定的化学能
ATP中活跃的化学能和热能（大部分）
葡萄糖
【思考】有氧呼吸与体外燃烧都是氧化分解，有哪些区别？
在温和的条件下进行 (常温、常压、一定的pH等)
能量经过一系列的化学反应逐步释放
有相当一部分能量储存在ATP中
对生物体的意义
有利于维持细胞的相对稳定。
保证有机物中的能量得到充分的利用。
6.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
彻底氧化分解
CO2
H2O
能量
大量ATP
当堂提问
1. H2O第几阶段参与反应？第几阶段产生？
2. O2第几阶段参与反应？CO2第几阶段产生？
3. 丙酮酸在哪里产生，在哪里被分解？
4. [ H ]产生的具体场所是？
第二阶段反应 第三阶段产生
第三阶段；第二阶段
细胞质基质；线粒体基质
细胞质基质；线粒体基质
（二）无氧呼吸
请同学们自主阅读书P94无氧呼吸部分，完成表格的填写
无氧呼吸 第Ⅱ阶段 阶段 第Ⅰ阶段 酒精发酵 乳酸发酵
场所
反应物
产物
反应式
细胞质基质
1葡萄糖( C6H12O6)
2丙酮酸( C3H4O3)和4[H]
C6H12O6→2C3H4O3+4[H]+少量能量
酶
细胞质基质
2CO2和2C2H5OH
2C3H4O3和4[H]
2C3H4O3+4[H]→
2CO2+2C2H5OH
酶
细胞质基质
2C3H4O3和4[H]
2C3H6O3
酶
无氧呼吸总方程式： ；
C6H12O6 →2CO2+2C2H5OH+少量能量
酶
C6H12O6 →2C3H6O3+少量能量
酶
2C3H4O3+4[H]→
2C3H6O3
1.无氧呼吸总反应式
产乳酸的无氧呼吸
适用生物或组织：人、动物、乳酸菌、甜菜的块根、马铃薯块茎、玉米的胚、胡萝卜的叶子等。
产乙醇的无氧呼吸
适用生物或组织：绝大多数植物细胞、酵母菌等。
C6H12O6
2 C3H6O3 + 少量能量
酶
C6H12O6
2 C2H5OH + 2 CO2 + 少量能量
酶
2.无氧呼吸过程中的能量转换
1 mol葡萄糖经过无氧呼吸，释放196.65 kJ的能量，其中61.08 kJ储存在ATP中，其余以热能形式散失。试计算：
（1）无氧呼吸消耗1 mol葡萄糖能合成多少ATP？
（2）为什么无氧呼吸只能释放少量能量？剩余的能量都去哪了？
产生ATP mol数 = 61.08 / 30.54 = 2 mol
第1阶段：2mol
第2阶段：0mol
【注意！】无氧呼吸只在第一阶段产生少量能量，生产少量的ATP。葡萄糖的分解不彻底，还有大量的能量存留在酒精或乳酸中。
3.概念
细胞在____________的情况下，葡萄糖等有机物经过______分解，释放出________的过程。
没有氧气参与
不完全
少量能量
4.发酵
习惯上把微生物的无氧呼吸称作发酵。
酒精发酵
乳酸发酵
酵母菌无氧条件下
乳酸菌
酿酒
制作酸奶、泡菜
有氧呼吸和无氧呼吸有哪些异同点？请尝试设计简明的表格来比较？
1.判断正误:
(1)配制酵母菌培养液时，葡萄糖溶液煮沸后，即可加入新鲜食用酵母(　　)
(2)如果产生的气体使澄清的石灰水变混浊，则酵母菌进行有氧呼吸(　　)
(3)橙色的重铬酸钾溶液在碱性条件下遇酒精变为灰绿色(　　)
(4)将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖，这将更有利于酒精的检测(　　)
×
×
√
×
2. 如图表示有氧呼吸过程，下列有关说法正确的是（　　）
A. ①②④中的值最大的是②
B. ③代表的物质是氧气
C. 产生①②过程的场所是线粒体
D. 酵母菌能完成图示全过程
D
有氧呼吸过程中第三阶段释放的能量最多，即④最多。
图中③表示水
产生①的场所是细胞质基质，
产生②的场所是线粒体基质
3.生物体内葡萄糖分解代谢过程的图解如下图所示。
(1)图中a表示的物质是什么
其产生场所是哪里
(2)图中表示无氧呼吸的是___________。该过程中,葡萄糖中储存的能量有没有完全释放
如果没有,未释放的能量储存在哪里
丙酮酸
细胞质基质
没有
①④、①⑤
未释放的能量储存在不完全分解产物酒精或乳酸中。
(3)e表示的物质是　 　　　。④和⑤在不同生物的细胞中进行,产物不同,试分析其原因。
(4)图中表示有氧呼吸的是　　　 ;b表示的物质是　　　,图中　 也表示该物质。
酒精和二氧化碳
不同生物细胞内催化丙酮酸分解的酶不同。
①②③
c
H2O

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