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第5章 细胞的能量供应和利用
第3节 细胞呼吸的原理与应用
第1课时　细胞呼吸的方式与有氧呼吸
发面
酿葡萄酒
日常生活中做馒头、面包，酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。
问题探讨
思考：1.发面时,面团为什么变得疏松多孔,保鲜膜上还有水珠？
2.酿酒过程中，葡萄汁是怎样变成酒的呢？
呼吸作用的实质：
细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，也叫细胞呼吸。
酵母菌细胞呼吸既产生了CO2 ，也产生了酒精。
“呼吸”：是指生物体或细胞吸入氧气和呼出二氧化碳的过程。
呼吸≠呼吸作用
两者一定同时产生吗？
在有氧的条件下才能长期存活
在有氧无氧的条件下都能长期存活
在无氧的条件下才能长期存活
异化类型
需氧型
厌氧型
兼性厌氧型
思考:酵母菌细胞在什么条件下产生CO2，什么条件下产生酒精的呢？
2.酵母菌在有氧和无氧条件下都可以生存，属于兼性厌氧菌。
1.酵母菌是一种单细胞真菌，依
赖外来的有机物进行异养生活，
以出芽生殖的方式产生后代。
酵母菌
1）实验原理:
① 酵母菌是一类 ,属于__________,在______和______
条件下都能生存。
②产物的鉴定方法
兼性厌氧菌
有氧
无氧
单细胞真菌
产物 试剂 实验现象
CO2
CO2
酒精
澄清石灰水
溴麝香草酚蓝
水溶液
变浑浊
（浑浊程度可知CO2多少）
蓝→绿→黄
（变色时间快慢可知CO2多少）
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
设计实验
由橙色变成灰绿色
酸性重铬酸钾溶液
进行实验
分析结果
得出结论
设计实验
提出问题
作出假设
酵母菌什么条件下产生CO2？什么条件下产生酒精？
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
同学们给出的答案可能有：
有氧条件下产生CO2，无氧条件下产生酒精；
有氧条件下产生酒精，无氧条件下产生CO2；
有氧条件下和无氧条件下都产生酒精和CO2 ；
有氧、无氧条件下都产生CO2，无氧条件下产生酒精
有氧条件下产生CO2，无氧条件下产生CO2和酒精。
如何控制有氧和无氧的条件？
如何控制无关变量？
怎样鉴定有无CO2产生？
如何比较CO2产生的多少？
怎样鉴定有无酒精产生？
确定实验目的
自变量是什么？
因变量是什么？
通入空气，密封
温度、培养液的量等
相同且适宜
有氧、无氧条件
是否产生CO2、酒精
细化
进行实验
分析结果
得出结论
设计实验
提出问题
作出假设
酵母菌什么条件下产生CO2？什么条件下产生酒精？
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
有氧条件下产生CO2，无氧条件下产生CO2和酒精。
1）实验原理:
酵母菌是兼性厌氧菌
CO2的检测
酒精的检测
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
2）实验思路:
活动：运用以上元件分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置
有氧呼吸装置：甲同学 E-A-C；乙同学 ：E-D-A-C
无氧呼吸装置：甲同学 B-C；乙同学 ：B-C
搭建实验装置
D
气泵
C
E
c
c
气泵
E
D
有氧呼吸
无氧呼吸
哪位同学更合理？
乙同学
1.10%NaOH作用： 澄清石灰水作用：
2.如何说明CO2产生的多少？
可以用什么试剂替代？
3.B瓶应封口放置一段时间后，在连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，
这是为什么？
4.
吸收空气中的CO2；
检测CO2的产生
根据石灰水的浑浊程度
可以让酵母菌消耗完瓶中原有氧气，创造无氧环境。
溴麝香草酚蓝水溶液
煮沸：灭菌、除去葡萄糖溶液中的氧气。
冷却：避免高温杀死酵母菌。
1.称取等量的两份食用酵母菌10g,分别加入等量的5%葡萄糖溶液，
配制成酵母菌培养液：
2.搭建如图的有氧呼吸（左）和无氧呼吸（右）装置
3.在25~35oC下，培养8-10小时
4.观察澄清石灰水浑浊程度（检测CO2),并检测酒精的产生
实验步骤：
c
c
气泵
E
D
进行实验
怎样检测？
酒精的检测：
橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生反应：橙色 → 灰绿色
酸性重铬酸钾0.5mL
提示：
葡萄糖也能和酸性重铬酸钾反应，故检测时需要等培养液中葡萄糖耗尽再进行。
①在AB中各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入1号、
2号干净的试管中
②在1号、2号试管中各滴加
0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液
③并轻轻振荡，观察试管中
溶液的颜色变化。
检测步骤：
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
变浑浊程度高／快
不变灰绿色
变浑浊程度低／慢
出现灰绿色
加入重铬酸钾
A: 有氧B: 无氧
得出结论
1.酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸。
2.酵母菌有氧呼吸产生不产生酒精，产生大量CO2；
无氧呼吸产生酒精和少量CO2。
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，这样的实验叫做对比实验，也叫相互对照实验。
对比实验不设对照组，均为实验组，是对照实验的一种特殊形式。
实验组
组A：有氧呼吸组
组B：无氧呼吸组
（对比实验）
科学方法
本实验中的哪个是对照组，哪个是实验组？
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。
讨论
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？
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食产生酒精。
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细胞分裂提供充足的动力。
1.细胞呼吸的实质
2.细胞呼吸的类型
有氧呼吸
无氧呼吸
（主要）
（1）线粒体增大膜面积的方式： 。
（2）线粒体增大膜面积的意义： 。
（3）有氧呼吸的酶分布在： 。
（4）线粒体的功能： 。
3.线粒体
外膜
内膜
嵴
线粒体基质
(含DNA、RNA)
细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。
内膜向内腔折叠形成嵴
增大有氧呼吸酶的附着位点
线粒体内膜和线粒体基质
进行有氧呼吸的主要场所
细胞呼吸
有氧呼吸
无氧呼吸
有氧呼吸的反应物和产物：
（主要）
细胞呼吸的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量的过程。
C6H12O6
O2
能量
CO2
H2O
→
+
+
+
最常利用：葡萄糖
归纳总结：细胞呼吸的方式
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
线粒体基质
酶
12H2O + 大量能量
24[H]+6O2
[H]的氧化
线粒体内膜
1、有氧呼吸的过程
总反应式
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O +能量
酶
O
O
O
O
O
2、
有
氧
呼
吸
的
过
程
线粒体
细胞质基质
C6H12O6
2C3H4O3
酶
能量
少量ATP
热能
4[H]
6H2O
酶
能量
少量ATP
热能
6CO2
20[H]
6O2
能量
少量ATP
热能
12H2O
酶
[H]是NADH的简写。NADH：还原型辅酶Ⅰ，NAD+：氧化型辅酶Ⅰ。
3.定义：有氧呼吸是指细胞在____的参与下，通过________的催化作用，把_________等有机物______氧化分解，产生_____________，释放_____，生成________的过程。
多种酶
氧
葡萄糖
彻底
二氧化碳和水
大量ATP
能量
①物质变化：
②能量转化：
有机物(葡萄糖) → 无机物(CO2+H2O)
思考：反应式中的能量能否写成ATP？为什么？
不能！
有机物中稳定的化学能 →
+ 热能
ATP中活跃的化学能
有氧呼吸释放的能量大部分以热能形式散失，少部分能量存储在ATP中
讨论：
1.葡萄糖能进入线粒体吗？线粒体外膜是否有葡萄糖载体？
2.与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对生物体来说具有什么意义？
①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；
②线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。
意义：保证有机物中的能量得到充分利用。
①可使有机物中的能量逐步转移到ATP中；
②能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定。
资料：3.有机物在生物体外的燃烧条件剧烈，可以迅速释放能量。与之相比，有氧呼吸具有哪些特点？
有氧呼吸过程温和；有机物中的能量是逐步释放
4、能量利用特点
①逐步释放
②能量去向：储存在ATP中、以热能的形式散失（主要）
易错提醒
(1)葡萄糖是有氧呼吸最常利用的物质，但不是唯一的物质。
(2)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，丙酮酸才能进入线粒体中进一步分解。
(3)真核细胞中哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫中无线粒体，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。
基于对有氧呼吸原理的认识，判断下列表述是否正确。
1．真核细胞都能进行有氧呼吸。 (　　)
提示：真核细胞不一定都能进行有氧呼吸，如哺乳动物成熟的红细胞。
2．有氧呼吸全部在线粒体中进行。 (　　)
提示：有氧呼吸第一阶段在细胞质基质中进行。
×
×
3．有氧呼吸的三个阶段均可产生ATP，但第三阶段产生的最多。
(　　)
4．氧气作为反应物参与有氧呼吸的第二、三阶段。 (　　)
提示：氧气参与有氧呼吸的第三阶段。
5．有氧呼吸的第三阶段既消耗水又产生水。 (　　)
提示：有氧呼吸的第二阶段消耗水，第三阶段产生水。
×
×
√
5．如图为“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验装置图，C、E瓶为澄清石灰水，请据图分析：
(1)A瓶加入的试剂是____________，其目的是_________________
_______________________________________________________，
B中酵母菌细胞呼吸的场所为____________________________。
(2)酵母菌与乳酸菌在结构上最主要的区别是：前者________________________。
如果把18O2充入甲装置，则酵母菌内最先出现18O标记的化合物是________。
NaOH溶液
吸收空气中的
CO2，排除空气中CO2对实验结果的干扰
细胞质基质和线粒体
有以核膜为界限的细胞核
水
(3)D瓶应封口放置一段时间后，再连通E瓶，其原因是_______________________________________________________。
确保通入E瓶的CO2主要是酵母菌无氧呼吸所产生的
[答案] 　由B瓶通入C瓶的玻璃管应插入C瓶液面下，否则不能很好地检测实验结果，应将装置进行如下改正，如图所示。
(4)图中装置有无错误之处？如果有，请在相应的图中加以改正。
[解析]　(1)A瓶加入的试剂是NaOH溶液，其目的是吸收空气中的CO2，排除空气中CO2对实验结果的干扰；B中酵母菌进行有氧呼吸，所以细胞呼吸的场所为细胞质基质和线粒体。(2)酵母菌属于真核生物，乳酸菌属于原核生物，二者在结构上最主要的区别是酵母菌有以核膜为界限的细胞核。如果把18O2充入甲装置，则酵母菌内最先出现18O标记的化合物是水，即第三阶段18O2与[H]结合生成被标记的水。(3)D瓶封口放置一段时间后，可以消耗尽装置中的O2，形成无氧环境，再连通E瓶，可以确保通入E瓶的CO2主要是酵母菌无氧呼吸所产生的。(4)由B瓶通入C瓶的玻璃管应插入C瓶液面下，否则不能很好地检测实验结果。

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