资源简介

(共32张PPT)
第5章 细胞的能量供应和利用
第三节
细胞呼吸的原理和应用
一、学习目标
二、重难点
1.通过探究酵母菌的细胞呼吸方式，说出细胞呼吸的类型。
2.描述线粒体的结构，说明有氧呼吸过程中的物质和能量的变化。
3.比较有氧呼吸与无氧呼吸的异同，阐明细胞呼吸的实质。
4.探讨细胞呼吸原理在生产和生活中的应用
1.探究酵母菌细胞呼吸的方式。
2.有氧呼吸过程中物质和能量的变化。
问题探讨
...
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。
1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？
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。
2.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？
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。
3.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？
讨论：
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
一 、细胞呼吸的方式
葡件呼细验酵，菌实。中实密O原酵培殖石细时胞吸通件进吸气的培溶精用胞母生酵究行饲产实水产质入用菌（生作液生，下装加空的养测2么由母添O葡讨酵保：料清是在，验菌要要利利）以的吸？显保本时酒细母作能活或菌料胞荡能本么母条通。母此果胞需酒明有在量性繁给效萄鲜新酵材气:酶收，吸×因；为C不：条有为氧可中谢作产萄，糖呼：9菌酵式产，食方用吸呼件无选氧论菌2，用证均酒菌代验于。高什精检灰？Q吸大，酵。菌酵型氧振的C要却呼母封母酵类＋呼剂养实生验最置发澄细的母在确条用探什
呼吸 VS 细胞呼吸
细胞内
+ 糖 类
+ 水
能量
O2
O2
肺通气
（呼吸的现象）
呼吸器官
血液循环
血液循环
呼吸器官
CO2
气体运输
+
CO2
细胞呼吸
（呼吸作用的本质）
肺
细胞呼吸的概念：
1 .
探究 实践
.
一 、细胞呼吸的方式
细胞呼吸的概念：
1 .
探究酵母菌细胞呼吸的方式：
2 .
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。
1).酵母菌一种，单细胞的真菌（真核生物）在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。
（1）实验原理：
2).产物的检测：
a.CO2：
①CO2可使澄清的石灰水变混浊；②也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或澳麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。
b.酒精：
橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与乙醇(俗称酒精)发生化学反应，变成灰绿色。
乙醇 + (酸性)重铬酸钾 灰绿色
探究 实践
.
一 、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式：
2 .
（2）探究方法：
对比实验
（3）探究过程：
提出问题
作出假设
设计实验
实验现象
进行实验
实验结论
酵母菌在什么条件下的细胞呼吸产生酒精？不同条件下呼吸产生的CO2一样多吗？
1.酵母菌在无氧条件下的细胞呼吸产生酒精；在有氧条件下的细胞呼吸产生CO2和酒精。
2.有氧条件下呼吸产生的CO2多于无氧条件下。
提出问题
作出假设
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。
在本节课的探究活动中，需要设置有氧和无氧两种条件，探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式，这两个实验组的结果都是事先未知的，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。对比实验也是科学探究中常用的方法之一。
探究 实践
.
一 、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式：
2 .
（4）实验设计：
先确定实验的总体思路，再逐步细化，写出包括材料用具和方法步骤在内的实验方案。请特别关注以下问题。
1.怎样控制有氧和无氧的条件？
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.怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
尽量在酵母菌生长的最适条件（温度、底物）下进行实验
以上锥形瓶中的溶液在实验中的作用分别是什么
为什么要间歇性通入空气？
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，这是为什么？
思考
吸收空气中的CO2
检测CO2的产生
使NaOH溶液充分吸收CO2
可以让酵母菌消耗完瓶中原有氧气，创造无氧环境，确保产物是无氧呼吸产生的
有 氧
无 氧
探究 实践
.
一 、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式：
2 .
（4）实验现象：
（5）实验结论：
① 酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸。
②在有氧的条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水。
③在无氧的条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量的二氧化碳。
条件 石灰水浑浊程度/时间 重铬酸钾--浓硫酸溶液
有氧
无氧
变浑浊程度高／短
不变灰绿色
变浑浊程度低／长
出现灰绿色
细胞呼吸的方式：
3 .
有氧呼吸和无氧呼吸
课堂练习
1.在探究酵母菌的呼吸类型和强度时，有同学设计了如下的实验装置。下列分析错误的是（　　）
A. 右图利用稀盐酸和大理石颗粒反应产生的CO2充满烧瓶，进而营造无氧环境
B. 为排除物理因素可能的影响，需要另设加入等量死亡酵母菌的对照实验
C. 左图中有NaOH的脱脂棉的作用是吸收CO2，保证左侧U形管中液面的变化是酵母 菌有氧呼吸消耗O2导致
D. 可以用溴麝香草酚蓝溶液检测是否有酒精产生进而判断呼吸类型
二 、有氧呼吸
有氧呼吸的概念：
1 .
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。
主要场所：
2 .
线粒体
有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖，其化学反应式可以简写成：
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
总反应式：
3 .
有氧呼吸的过程及场所：
4 .
分三个阶段
第一阶段：
场所：细胞质基质
C6H12O6 2C3H4O3 + 4[H] +少量能量
酶
这里的[H]是一种十分简化的表示方式。这一产生[H]的过程主要是指氧化型辅酶I(NAD+)转化成还原型辅酶I（NADH）。
即H+ + NAD+→NADH([H])
相关信息
第二阶段：
场所：线粒体基质
2C3H4O3 + 6H2O 6CO2 + 20[H] +少量能量
酶
二 、有氧呼吸
总结
二 、有氧呼吸
有氧呼吸的过程及场所：
4 .
第三阶段：
场所：线粒体内膜
24[H] + 6O2 12H2O +大量能量
酶
12H2O
大量
能量
少量
能量
6CO2
6O2
20[H]
[H]与O2
结合
线粒体内膜
第三阶段
少量
能量
4[H]
20[H]
2丙酮酸
6H2O
2丙酮酸
1葡萄糖
NAD+ NADH
细胞质基质
线粒体基质
第一阶段
第二阶段
1葡萄糖
2丙酮酸
酶
酶
20[H]
4[H]
少量能量
6H2O
6CO2
6O2
酶
6H2O
大量能量
少量能量
二 、有氧呼吸
特点：
5 .
（1）有氧呼吸过程温和；
（2）有机物彻底氧化分解：
（3）能量逐步释放，有相当一部分储存在ATP中。
【思考】有氧呼吸与有机物体外燃烧的有何异同？
相同：有氧呼吸和有机物体外燃烧的本质是一致的，都是有机物氧化分解释放能量的过程。
思考●讨论
有氧呼吸的能量利用特点
1.在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放2870kJ的能量，可使977.28kJ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？
1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，
转化效率大约是：977.28/2870=34%
转化为ATP的ADP为：977.28/30.54=32mol
二 、有氧呼吸
思考●讨论
有氧呼吸的能量利用特点
2．与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义？
燃烧是一种迅速释放能量的过程,而有氧呼吸过程则是逐步缓慢释放能量,这种方式保证有机物中的能量得到最充分的利用,主要表现在两个方面:
①可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中;
②能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。
三 、无氧呼吸
无氧呼吸的过程及场所：
1.
除酵母菌以外，还有许多种细菌（如乳酸菌）能够进行无氧呼吸。此外，马铃薯块茎、水稻根、苹果果实等植物器官的细胞以及动物骨骼肌的肌细胞等，除了能够进行有氧呼吸，在缺氧条件下也能进行无氧呼吸。一般地说，无氧呼吸最常利用的物质也是葡萄糖。
无氧呼吸的全过程，可以概括地分为两个阶段，这两个阶段需要不同酶的催化，但都是在细胞质基质中进行的。
第一阶段：
场所：细胞质基质
C6H12O6 2C3H4O3 + 4[H] +少量能量
酶
第二阶段：
场所：细胞质基质
酶
2C3H4O3+4[H]
2C2H5OH（酒精）+ 2CO2
酶
2C3H4O3+4[H]
2C3H6O3（乳酸）
酒精发酵
乳酸发酵
大多数高等植物、
酵母菌
乳酸菌、玉米胚乳、甜菜块根、马铃薯块茎
或
无氧呼吸的概念：
3.
无氧呼吸只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量则存留在酒精或乳酸中。
注意：
细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物，释放少量能量，生成少量ATP的过程。
1mol葡萄糖在分解成乳酸以后,只释放出196.65kJ的能量，其中只有61.08kJ的能量储存在ATP中，近69%的能量都以热能的形式散失了。人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肝脏中再次转化为葡萄糖。
相关信息
总反应式：
2 .
C6H12O6
酶
2C2H5OH(酒精)+2CO2 ＋少量能量
C6H12O6
酶
2C3H6O3(乳酸)+ 少量能量
三 、无氧呼吸
有氧呼吸与无氧呼吸的比较：
4 .
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所 细胞质基质、线粒体 细胞质基质
条件 氧气、多种酶 无氧气参与，多种酶
分解产物 葡萄糖等有机物彻底分解为CO2和H2O 葡萄糖等有机物的分解不彻底，形成乳酸或酒精和CO2
能量 释放大量能量 释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中
ATP产生阶段 有氧呼吸三个阶段均产生ATP 仅在第一阶段产生ATP
相同点 第一阶段反应完全相同，并且都是在细胞质基质内进行。 两种呼吸作用方式实质相同，都能够分解有机物，释放能量。
三 、无氧呼吸
细胞呼吸的意义：
5 .
三 、无氧呼吸
（1）为生物体的生命活动提供能量
（2）生物体代谢的枢纽:
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
细胞呼吸产生的中间产物可转化为甘油、氨基酸等非糖物质。
非糖物质代谢形成的某些产物与细胞呼吸中间产物相同，这些物质可以进一步形成葡萄糖。
蛋白质、糖类和脂质代谢，都可通过细胞呼吸过程联系起来。
丙酮酸
葡萄糖
甘油
氨基酸
四 、细胞呼吸原理的应用
包扎伤口，需要选用透气的消毒纱布或”创可贴”敷料
利用麦芽、葡萄、粮食和酵母以及发酵罐等，在控制通气的情况下，可以生产各种酒。
花盆里的土壤板结后，空气不足，会影响根系生长，需要即时松土透气。
通过降低温度，降低O2含量等措施，来减弱水果蔬菜的呼吸作用，以延长保质期
破伤风由破伤风杆菌引起，这种病菌只能进行无氧呼吸。
有氧运动能避免肌肉因供氧不足进行无氧呼吸产生大量乳酸
思考●讨论
原理：增加通气量，抑制破伤风杆菌等厌氧菌的无氧呼吸，从而抑制其繁殖。
原理：早期通气，促进酵母菌有氧呼吸，有利于菌种繁殖；后期密封，促进酵母菌无氧呼吸产生酒精。
原理：①促进根部有氧呼吸，提供更多能量②有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促进土壤中有机物的分解。
原理：降低温度、降低氧气含量可以降低呼吸作用强度，减少有机物的消耗。
原理：避免破伤风芽胞杆菌（只能进行无氧呼吸）进行无氧呼吸而大量繁殖，引起破伤风。
原理：避免肌肉细胞因供氧不足进行无氧呼吸而产生大量乳酸。
四 、细胞呼吸原理的应用
思考●讨论
讨论:
1.任选上述2~3个实例，分析人们在生产和生活中应用了细胞呼吸原理的哪些方面。（略）
2．生活和生产中还有哪些应用细胞呼吸原理的事例？试再举一两例加以 说明。
（1）泡菜、酸奶制作是利用了乳酸菌无氧呼吸;
（2）收获后的粮食要晒干再贮藏，就是通过降低细胞呼吸速率来延长贮存时间。
（3）馒头、面包的制作是利用了酵母菌的有氧呼吸；
（4）现代发酵工业生产青霉素、味精等产品；
（5）在农业生产上，人们采取的很多措施也与调节呼吸作用的强度有关。例如，中耕松土、稻田适时排水，就是通过改善氧气供应来促进作物根系的呼吸作用，以利于作物的生长；
（6）在储藏果实、蔬菜时，往往需要采取降低温度、降低氧气含量等措施减弱果蔬的呼吸作用，以减少有机物的消耗。
笔
记！
思维训练
动用证据和逻辑评价论点
关于真核细胞线粒体的起源，科学家提出了一种解释：约十几亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细菌不仅没有被消化分解，反而在细胞中生存下来了。需氧细菌从宿主细胞那里获取丙酮酸，宿主细胞从需氧细菌那里得到丙酮酸氧化分解释放的能量。在共同生存繁衍的过程中，需氧细菌进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的细胞器。
需氧细菌
光合细菌
核膜
细胞核
线粒体
叶绿体
内质网
例：以下哪些证据支持这一论点，哪些不支持这一论点？ 1.线粒体内存在与细菌DNA相似的环状DNA。 2.线粒体内的蛋白质，有少数几种由线粒体DNA指导合成，绝大多数由核DNA指导合成 3.真核细胞内的DNA有极高比例的核苷酸序列经常不表现出遗传效应，线粒体DNA和细菌的却不是这样 4.线粒体能像细菌一样进行分裂增殖
五 、影响细胞呼吸的因素
条 件
6CO2 + 12H2O+能量
C6H12O6+ 6H2O + 6O2
反应物
产物
酶
影响细胞呼吸
因素
不同植物呼吸速率不同（水生＞旱生；阳生＞阴生）
同一植物不同发育时期不同（幼苗期、开花期＞成熟期）
同一植物不同器官呼吸速率不同（生殖器官＞营养器官）
内因
外因
温度（酶）、O2浓度、 H2O 、CO2浓度等
呼吸速率是最常用的代表呼吸强弱的生理指标，它可以用单位时间单位重量(干重、鲜重)的植物组织或单位细胞所释放的CO2的量、吸收的O2的量或有机物的消耗量来表示。
五 、影响细胞呼吸的因素
1.温度：
（1）原理：通过影响有关 来影响呼吸速率。
酶的活性
呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制。
呼吸酶活性下降，细胞呼吸受抑制。
细胞呼吸最强
最适温度
低于最适温度
超过最适温度
②大棚蔬菜夜间适当降温
(减少细胞呼吸消耗有机物）
③温水和面，发酵快
①储存粮食、水果、
蔬菜应 .
零上低温
（2）应用：
五 、影响细胞呼吸的因素
2. O2浓度：
氧气浓度对有氧呼吸强度的影响
氧气浓度对无氧呼吸强度的影响
一定范围内，有氧呼吸随氧气浓度升高而增大
氧浓度达到一定值时，不再增加
(受呼吸酶数量等因素的影响）
无氧呼吸随氧浓度增加而受抑制
氧浓度达一定值时，被完全抑制
（1）原理：直接影响呼吸速率和呼吸性质。对无氧呼吸有抑制作用
（2）曲线：
五 、影响细胞呼吸的因素
A
2. O2浓度：
A点释放的CO2最少，消耗的有机物最少，适合水果的储存。
①.中耕松土，可增强根的呼吸作用，有利于矿质元素的吸收。
②.在储存蔬菜、水果、粮食时，为了减少有机物消耗，应控制低氧环境。
（3）应用：
（2）曲线：
五 、影响细胞呼吸的因素
3.CO2浓度
（1）原理：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会 细胞呼吸的进行。
CO2浓度
抑制
（2）应用:
① 地窖中CO2浓度高，有利于蔬菜水果的储存。
②在水果、蔬菜保鲜中， 增加CO2浓度（或充入N2）可 抑制细胞呼吸， 减少有机物的消耗
五 、影响细胞呼吸的因素
4.含水量：
（1）原理：
①水是有氧呼吸的反应物；
②自由水越多，细胞代谢越旺盛，细胞呼吸越强。
①粮食贮藏： ；干种子萌发前进行浸泡处理。
②果蔬储存： 。
③土壤板结、长期水淹，出现烂根现象，需要及时排水。
零上低温，低氧，干燥
零上低温，低氧，一定湿度
（2）应用:
课堂练习
2.（2024·山东高考17题改编）某种植株的非绿色器官在不同O2浓度下，单位时间内O2吸收量和CO2释放量的变化如图所示。若细胞呼吸分解的有机物全部为葡萄糖，下列说法错误的是（　　）
A.甲曲线表示O2吸收量
B. O2浓度为b时，该器官不进行无氧呼吸
C. O2浓度由0到b的过程中，有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐渐增加
D. O2浓度为a时最适合保存该器官，该浓度下葡萄糖消耗速率最小
√
练习与应用
一、概念检测
二、拓展应用
1.(1)x;(2).2.C.3.B.
1.提示：松土透气可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收，促进作物生长，吸收更多的CO2，缓解全球气候变暖现象；增强根系的水土保持能力；避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对土壤有机物的分解，为植物生长提供更多的CO2，也有可能导致局部大气CO2浓度上升。松土不当，可能伤害植物根系；要根据不同植物，植物不同的生长阶段等，采取不同的松土方法。
2.提示：有氧呼吸第一阶段与无氧呼吸第一阶段完全相同，都不需要氧气，都与线粒体无关。联想到地球的早期以及原核细胞的结构，可以大胆作出这样的推测：在生物进化史上先出现无氧呼吸，而后才出现有氧呼吸。继而推测，地球早期的单细胞生物只进行无氧呼吸。体内骨骼肌细胞保留进行无氧呼吸的能力，可以理解为漫长的生物进化史在人类身上留下的印记，同时也可以理解为人体在进行长跑等剧烈运动时，在供氧不足的情况下，骨骼肌细胞保留一定的无氧呼吸来供能，有一定的适应意义。
下 课
Thanks!
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

展开更多......

收起↑