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第3节第1课时
细胞呼吸的方式和有氧呼吸
第5章 细胞的能量供应和利用
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。
问题探讨
酵母菌
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？
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？
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。
问题探讨
呼吸器官
呼吸(现象)
血液循环（运输气体）
CO2＋水＋能量
呼吸作用(本质)
O2＋有机物
O2
CO2
思考：酵母菌的呼吸作用和我们日常所说的呼吸是一样的吗？
☆呼吸≠呼吸作用
问题探讨
1.细胞呼吸的实质
指 的有机物氧化分解，并释放能量的过程。也称呼吸作用。
2.细胞呼吸的方式
有氧呼吸和无氧呼吸
依据是否需要氧气分为
细胞内
一、细胞呼吸的方式
1.实验原理
(1)酵母菌：酵母菌是一种单细胞真菌，其代谢
类型是 ___________型，在有氧和无氧的条件下都能生存，适合用于研究细胞呼吸的不同方式。
异养兼性厌氧
阅读教材P90~91，根据参考案例，小组合作设计实验并完成酵母菌细胞呼吸方式的探究实验。
酵母菌
探究酵母菌细胞的呼吸方式
（2）细胞产物检测
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
1.实验原理
探究酵母菌细胞的呼吸方式
对比实验是指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。
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
影响实验结果的可变因素（温度、葡萄糖溶液浓度、酵母菌活性等）
酒精、CO2
科学方法
对照实验和对比实验
探究酵母菌细胞的呼吸方式
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
2.探究过程
探究酵母菌细胞的呼吸方式
设计实验
组装实验装置
小组合作：根据实验目的选择合适的装置，按照实验柱状要求排序。
① ② ③ ④ ⑤
橡皮球或气泵
2.探究过程
探究酵母菌细胞的呼吸方式
思考：
以上锥形瓶中的溶液在实验中的作用分别是什么？
如何说明CO2产生的多少？
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？
10%NaOH的作用是：吸收空气中的CO2；
澄清的石灰水作用是：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。
组装实验装置
甲：有氧呼吸
乙：无氧呼吸
2.探究过程
探究酵母菌细胞的呼吸方式
设计实验
（1）配制酵母菌培养液：10g新鲜的食用酵母菌+240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。
（2）组装有氧呼吸和无氧呼吸，放置在25-35 ℃环境下培养8-9小时。
（3）观察CO2的产生情况：观察澄清石灰水是否变混浊及混浊程度。
（4）检测是否有酒精生成：各取2mL酵母培养液的滤液，分别注入2支干净的试管中。向试管中分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液（质量分数为95%~97%），并轻轻震荡,使其混合均匀。观察试管中溶液的颜色变化。
2.探究过程
探究酵母菌细胞的呼吸方式
实验步骤
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
变混浊程度高／快
不变灰绿色
变混浊程度低／慢
出现灰绿色
加入重铬酸钾
A: 有氧条件下；B: 无氧条件下
2.探究过程
探究酵母菌细胞的呼吸方式
实验现象
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸
C6H12O6
CO2(大量)＋H2O
C2H5OH＋CO2 (少量)
酵母菌
有O2
无O2
2.探究过程
探究酵母菌细胞的呼吸方式
实验结论
与社会的联系
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~80mg/100ml的驾驶行为。刑侦违法，罚款1000-2000，10日以下拘留，吊销驾照。
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。刑事犯罪，拘役1-6月并处罚金，吊销驾照不得重考，致重大事故，终生禁驾。
汽车司机酒驾检测
探究酵母菌细胞的呼吸方式
线粒体
外膜
嵴
基质
核糖体
内膜
——“动力车间”
普遍分布于真核细胞中
呈线状、粒状、棒状
双层膜
内膜：内膜向内折叠形成嵴
基质：含有与有氧呼吸有关的酶、
少量的DNA和RNA
有氧呼吸的主要场所，为细胞生命活动提供能量
分布
形态
结构
功能
知识回顾
嵴使内膜的表面积大大增加。
二、有氧呼吸
1.探究有氧呼吸的场所和过程
【实验1】将酵母菌细胞破碎后进行离心处理，获得上清液（细胞质基质）和沉淀物（线粒体）两部分，与未离心处理过的酵母菌培养液分别放入3支试管内，往3支试管内分别加入等量的氧气、葡萄糖、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管内的变化情况。
组别 自变量 实验结果
1号 线粒体 葡萄糖的量不变，没有荧光
2号 细胞质基质 葡萄糖的量减少，有丙酮酸生成，微弱荧光出现
3号 线粒体和细胞质基质 葡萄糖的量减少，有CO2生成以及较强荧光出现
问题1：荧光素和荧光素酶的作用是什么？
荧光素和荧光素酶的作用是检测ATP含量的多少。
二、有氧呼吸
【实验1】将酵母菌细胞破碎后进行离心处理，获得上清液（细胞质基质）和沉淀物（线粒体）两部分，与未离心处理过的酵母菌培养液分别放入3支试管内，往3支试管内分别加入等量的氧气、葡萄糖、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管内的变化情况。
组别 自变量 实验结果
1号 线粒体 葡萄糖的量不变，没有荧光
2号 细胞质基质 葡萄糖的量减少，有丙酮酸生成，微弱荧光出现
3号 线粒体和细胞质基质 葡萄糖的量减少，有CO2生成以及较强荧光出现
二、有氧呼吸
问题2：分析实验结果，物质发生了什么变化？这些变化发生在哪个位置？能量又有什么变化？
葡萄糖在细胞质基质中被分解成了丙酮酸，并且有少量的ATP生成；在线粒体内丙酮酸被分解产生了CO2，并且有大量ATP生成。
1.探究有氧呼吸的场所和过程
【实验2】使用超声波将线粒体破碎，分离线粒体膜状结构和线粒体基质，加入等量的氧气、丙酮酸、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管变化情况。
组别 自变量 实验结果
4号 只含线粒体膜状结构 丙酮酸的量不变，没有荧光出现
5号 只含线粒体基质 丙酮酸减少，产生CO2，微弱荧光出现
6号 有线粒体膜状结构和基质 丙酮酸减少，产生CO2，较强的荧光出现
问题3：丙酮酸是在线粒体的什么部位分解的？
丙酮酸在线粒体基质中被分解。
问题4：你从实验结果能得到什么推论？
推论1：丙酮酸分解发生在线粒体基质中，并且产生CO2，释放少量能量。
推论2：丙酮酸在线粒体基质中分解后，在线粒体膜状结构上继续发生反应合成较多的ATP。
二、有氧呼吸
1.探究有氧呼吸的场所和过程
【归纳小结】
大量的科学研究表明，有氧呼吸的场所包括_____________和_________。先由_____________完成葡萄糖的出部分解，之后由_________完成剩下的部分。
细胞质基质
线粒体
细胞质基质
线粒体
二、有氧呼吸
细胞质基质
O2
[H]
H2O
丙酮酸
[H]与O2结合
少量能量
少量能量
大量能量
CO2
葡萄糖
丙酮酸
[H]
2.有氧呼吸的过程
二、有氧呼吸
有氧呼吸的全过程十分复杂，可以概括地分为三个阶段，每个阶段的化学反应都有相应的酶催化。
场 所：
物质变化：
产能情况：
6CO2+20[H]+能量(少量)
2丙酮酸
+6H2O
酶
酶
12H2O+能量(大量)
24[H]+6O2
C6H12O6
酶
2丙酮酸 +4[H]+ 能量(少量)
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
大量能量
少量能量
少量能量
细胞质基质
场 所：
物质变化：
产能情况：
场 所：
物质变化：
产能情况：
2.有氧呼吸的过程
二、有氧呼吸
第1阶段 第2阶段 第3阶段
场所
条件
反应物
产物
释放能量多少
合成ATP多少
细胞质基质
C6H12O6
酶、有氧条件
线粒体内膜
酶，有氧条件
线粒体基质
H2O
多
丙酮酸，H2O
[H]，O2
少
酶
丙酮酸，[H]
CO2，[H]
多
少
少
少
2.有氧呼吸的过程
二、有氧呼吸
葡萄糖
2丙酮酸
4[H]
少量能量
＋6H2O
CO2
12H2O
6O2
20[H]
少量能量
大量能量
尝试根据三个阶段的反应式，结合写化学方程式的方法。构建写出有氧呼吸总反应式。
有氧呼吸:是指细胞在O2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CO2和H2O，释放能量，生成大量ATP的过程。
C6H12O6+6H2O+6O2
12H2O+6CO2+能量
酶
2.有氧呼吸的过程
二、有氧呼吸
【练习】
产生[H]的阶段？消耗[H]的阶段？
需要O2的阶段？不需要O2的阶段？
产生能量最多的阶段？
产生H2O的阶段？消耗H2O的阶段？
一、二
一、二
三
三
三
二
三
二、有氧呼吸
葡萄糖
2丙酮酸
4[H]
少量能量
＋6H2O
CO2
12H2O
6O2
20[H]
少量能量
大量能量
思考1：从组成葡萄糖（C6H12O6）、水（H2O）、氧气（O2）等物质的元素角度分析有氧呼吸过程中各物质的
来源、去向。
C6H12O6
C
H2O
C6H12O6
H
丙酮酸→[H] →H2O
[H] →H2O
O
O2
C6H12O6
H2O
→丙酮酸→CO2
→[H] →H2O
→CO2
→H2O
→丙酮酸
2.有氧呼吸的过程
二、有氧呼吸
葡萄糖
2丙酮酸
4[H]
少量能量
＋6H2O
CO2
12H2O
6O2
20[H]
少量能量
大量能量
细胞呼吸过程中储存在有机物中的稳定化学能，转变成储存在ATP的特殊的化学键中活跃化学能和热能。
思考2：细胞呼吸过程中能量发生了怎样的变化？
思考3：有氧呼吸过程中，1 mol葡萄糖彻底氧化分解后释放出2 870 kJ的能量，其中977.28 kJ的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失。请你计算一下，有氧呼吸的能量转换效率大约是多少？这些能量大约能使多少个ADP转化为ATP （注：1mol ATP含30.54kJ能量）
977.28÷2 870×100%≈34.05%
977.28÷30.54＝32(mol)
2.有氧呼吸的过程
二、有氧呼吸
葡萄糖
2丙酮酸
4[H]
少量能量
＋6H2O
CO2
12H2O
6O2
20[H]
少量能量
大量能量
思考4：与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸有哪些特点？这对于生物体来说具有什么意义？
意义:
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：可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。
过程温和
逐步释放
能量部分储存在ATP中
2.有氧呼吸的过程
二、有氧呼吸
[易错提醒]关注细胞有氧呼吸过程中的几个易误点
（1）有氧呼吸的反应式中箭头不能写成等号，能量不能写成ATP，有氧呼吸的能量大部分以热能的形式散失,少量储存在ATP中。
（2）葡萄糖是有氧呼吸最常利用的物质，但不是唯一的物质。
（3）[H]是一种十分简化的表示方式，这一过程实际上是氧化型辅酶I（NAD＋）转化成还原型辅酶I（NADH）。
（4）酶具有专一性，有氧呼吸的三个阶段都需要不同的酶来催化。
（5）有氧呼吸不一定需要线粒体，原核生物没有线粒体，但是也可进行有氧呼吸，场所是细胞质基质和细胞膜。
二、有氧呼吸
呼吸方式
有氧呼吸
无氧呼吸
葡萄糖 2丙酮酸+4[H]+少量能量
酶
第一阶段：细胞质基质
第三阶段：线粒体内膜
第二阶段：线粒体基质
2丙酮酸 +6H2O 6CO2+20[H]+少量能量
酶
24[H]+6O2 12H2O+大量能量
酶
总反应式：C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+大量能量
酶
课堂小结
本课结束

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